CN1012249B - 超高频电子开关装置 - Google Patents

Abstract

利用两个放大器通路来实现一种开关装置。该放大器通路是可用晶体管来控制的，将各输出晶体管(T/、T/B)的集电极一起连接到某一被连接到共用于该两通路的阻抗匹配电路(L5、R7)的共用点(10)上，而不用对每个通路都接上一个阻抗匹配电路。特别是，这种开关装置是用于在由人造卫星接收电视信号的系统中选通频率为/和2GHz之间的信号通路的。

Description

本发明涉及一种用于接通或关断超高频（SHF）电视信号〔例如1至2千兆赫（GHz）左右〕的电子开关装置，它包括至少两条通路，每条通路不是要求放大、就是要求阻断加到其输入端的信号，每条通路包括一个阻抗匹配输入级和一个放大器级。

特别是，这种开关装置是用于由人造卫星接收电视信号的设备中的。根据为这种接收系统而规定的标准，两个信道同时按照两个不同偏振方向发射，而接收机头端将各对应于一个偏振方向的两个信号传送给某一调谐器。本发明的开关装置能被用于选收这两个信号之一。

从第4397041号美国专利文献中得知一种用于接通和关断VHF电视信号的电子开关装置。在该文献中所描述的设备可在约为若干兆赫（MHz）的相对低的频率下工作。它包括两个各由变压器的半个绕组加载的通路。如果准备把按照这篇文献制作的开关装置用于要经由人造卫星接收的超高频信号（该信号位于1至2GHz的频带中）上，则因为该通路的负载绕组相当于一个与另一通路并联的控制失灵的阻抗而将出现严重的阻抗失配问题，因而必须把它切除。本发明的一个目的是要提供一种用于1至2GHz频率的单个开关装置，从而可很简便地解决上述问题。

为此，本发明的开关装置的特征在于，各放大器级的所述晶体管的发射极直接接地，全部放大器级的输出端直接接到一个公共点，该公共点连接到为所有通路公用的一个阻抗匹配和负载级。这里的术语“直接连接”的意思是它们被象直流电那样地连接到某一共用点，而且在该共用点与放大器之间不接阻抗匹配电路。这种解决方法的优点是非常简单，尤其是：并不局限用于一种二信道开关装置，而且也可用于接通和关断如人们所希望那样多的通路的开关装置。

在本发明开关装置的某一特定实施例中，每级放大器都包括一个按共射极连接并配置在输出端的晶体管，该实施例的特征在于在初期改进中，这些晶体管的集电极被连接到所述共用点，而所述匹配和负载级连接到电源上以便向所述各集电极供应电流。

在另一实施例中，该开关装置的特征在于，它的各晶体管的集电极是各经由一个电阻连接到电源以及各经由一个二极管连接到所述共用点的;所述匹配和负载级连接到电源上，以便经由对所述电流是正向偏置的各二极管向所述各集电极供应前述电流。

在所有情况下，各放大信号的晶体管最好把它们的发射极直接接地，实验已证明这一接法惊人地改进了隔离效能。

现在参考各附图并通过举例对本发明进行详细描述，其中：

图1概略地示出某一公知的可控增益VHF（甚高频）放大器。

图2示出按照图1两个放大器的、组成一个开关的公知组合。

图3概略地示出用于构成本发明开关装置的两 个放大器的组合。

图4示出本发明第一实施例的详细电路图。

图5示出本发明第二实施例的详细电路图。

图6示出用于图4和5各电路中的增益控制电路的详细电路图。

图7按比例示出某一包括综合图5和6各元件的电路的实际应用图。

在图1电路中，将输入信号加在连接到阻抗匹配电路2的端子1上，放大级3跟随在后面，其增益可用加在端子9上的控制电压进行控制，该控制电压值是在相当于该信号被阻断或隔离状态的最小值和相当于该信号处于放大状态的最大值之间;接着最后是某一阻抗匹配电路4，从而将已被放大的信号加到输出端子5上。该隔离状态的隔离度规定为最大增益和最小增益之间的差值。

在图2中，由第一电路1至4和第二电路1B至4B（它们各相当于图1中的电路图）复合而组成一个开关。

将该加到端子9的控制电压直接加到第一电路，同时在反相后将其加到第二电路，这样就使一路处于信号被隔离状态而另一路处于信号被放大状态中。

将这两个电路汇合于输出端。在频率很高的情况下，这样一种公知电路具有严重的缺陷。假设，例如通路B是处于隔离状态;则与另一电路4的输出相并联的阻抗匹配电路4B具有可随频率而变化的某一阻抗值，该阻抗值可在某些频率下为零，因而组成一陷波电路而干扰有用信号。

应当注意，如果有两个以上的通路，则可组成一个以上的干扰电路，因而使问题甚至更难解决了。

图3示出本发明的某一开关装置，它具有两个分别为2、3和2B、3B的通路，其每一通路都要求可分别对加到其输入端1和1B的信号进行放大或隔离，每一通路包括有一个阻抗匹配输入级2、2B以及一个放大器级3、3B。将各放大器级3、3B的输出直接接到某一共用点10，该共用点10被接到某一个对所有通路都是共用的阻抗匹配和负载级4上。这样一种开关装置要比公知的开关装置更简单。隔离放大器输出端呈现的阻抗是一个单纯的低值电容器，它与正向通路输出端的电容相并联，因而并不产生任何有害影响：这在确定该共用阻抗匹配电路的过路中把它考虑进去是足够的了。尤其是要能够毫不困难地提供两个以上的通路。

在图4中，每条实际通路的放大器级包括一个在其输出端按共射电路连接的晶体管T2或T2B，而这些晶体管的集电极均被连接到共用点10。由一个其一端连接到共用点10而另一端经由电容器C6接地，以及经由两个串联电阻R7和R6（它们的公共连接点8通过接地电容C5去耦）而接到电压源+12V的电感L5组成匹配和负载级。由R6、R7、L5组成的通路容许向各晶体管T2、T2B的集电极供应某一偏流。尽管从所述各集电极到共用点10的连接是不具备任何阻抗匹配电路的，然而晶体管T2、T2B各集电极在此情况下所体现的两放大器输出端之间的连接却是直接的。既然是这样，由匹配和负载级所匹配的阻抗是取决于随后各级状况的;视情况而定，该匹配状况可作不同调整。

将一个通路的信号送到输入端1，并经由由接在输入端1与地之间的电容C1、一个串联电容C8和一个串联电感L1，以及由各元件L2、L3、C2（将在下文说明）组成的阻抗匹配电路传送到第一晶体管T1的基极，其射极直接接地。将各不同元件装入一个封闭外壳内，圈住端子1的符号圆圈表示该外壳的入口点。所述信号经由电容C8传送到T1的基极。T1的集电极通过串联了电阻R3的电感L4加电，该电阻R3以另一端接到电源（可在连接点8利用）上、并接到一接地的去耦电容C3上。

将T1的集电极接到第二晶体管T2的基极，T2借此经由耦合电容C4而成为级联电路。第二晶体管T2也是让射极直接接地的，而其集电极则构成该放大器的上述输出端。

晶体管T1和T2的基极通过完全相同的电路偏置，这将在下文参考图6进行描述。该电路通过影响晶体管T1、T2的基极偏置深度而控制它们的放大倍数。为此，将各基极分别经由电阻R1或R4接地、并经由电阻R2或R5接到某一增益控制输入端子7，该端子7本身是接到图6的电路的。

端子6是电源输入端，它借助于元件L3、C2、L2而使电源电流传送到连接到端子1的线路上（它并不构成本发明的一部分），它对所述信号 具有所要求的阻抗。这电源是打算用于通常与接收天线一起位于高层建筑屋顶上的接收机头的。

图4的下半部分示出带有信号输入端子1B的第二通路的各元件，以及可控放大器晶体管T1B、T2B。该通路的各元件与上述第一通路的各元件相同，因而不再作进一步描述了。

通过连接到共用点10，输出晶体管T2B的集电极直接和第一通路的晶体管T2的集电极连接，这种连接要尽可能地短，而连接到这上面的匹配和负载级L5、C6、R7、C5对于所述两条通路则是公用的。

图5示出本发明的另一最佳实施例。每个放大器只有一个晶体管级，而由于在通路处于隔离状态时就被阻断的二极管D或DB（PIN，即正-本-负二极管），所以就使其维持与前述组装件中相同水平的隔离度。

配置在输入端子1和晶体管T1输出端之间的各元件是与图4所示的相同的，并具有相同的标号。既然是这样，成为该放大器输出端的就是T1的集电极。在增益控制输入端子7处有一个去耦电容C13。

二极管D将晶体管T1的集电极连接到其标号L5、R7、C5及其作用与图4情况相同的匹配和负载级的共用点10上。将二极管的阳极接到共用点10，而将其阴极接到晶体管T1的集电极;因此对晶体管T1的电流来说，D是按正方向接入的。将T1的集电极通过电阻R30（它不是阻抗匹配和负载元件）接到电源端子8。它的作用是当晶体管T1截止而将信号隔离时，使集电极电位固定在端子8的电位上。二极管D也被阻断，其结电容合并串联在该信号通路中，因而提高了隔离度。

第二通路的各元件与第一通路的相同，并且它们的标号除加上B字符外也是相同的。标号12、C15表示对第二通路的连接元件，并将参考图7的布线图予以说明。字符B使其能在布线平面图7上标明各元件是属于第二通路的。将第二通路的二极管DB的阳极直接接到第一通路的二极管D的阳极、并接到阻抗匹配和负载级的共用点10，再把输出信号经由电容C16和串联的电阻R15（C16和R15也是有助于阻抗匹配的）而传送到另一电路（未示出）。

图6也示出图4和5的两个连接点7和7B。将每个连接点接到其射极被接到电源端子8的晶体管T7、T7B的集电极，各射极、集电极通过电容C7、C7B互相连接以防止任何自激，而各基极经由一电阻R12、R12B接到电源+12V，并分别经由电阻R9、R9B接到另两晶体管T5、T5B的集电极。该两晶体管T5、T5B按照称为斯密特触发器的公知方式连接，它们的射极互相连接并共同经由电阻R11接地，而将T5的基极经由电阻R10连接到T5B的集电极，该基极同时经由电阻R13接地。将T5B的基极接到两个串联电阻R8、R14的共用连接点上，该R8和R14连接在电源+12V和本开关的控制端子9之间。

如果这端子9上的电压是低的，则晶体管T5和T7就导通，因而T1同样如D那样导通，而晶体管T5B、T7B和第二通路标有B字的各有源元件就阻断，因而第二通路就被隔离了。如果端子9上的电压是高的，则该过程就相反。

在T7B基极附近的标号11表示由电路布线中的连线所实现的连接。这根相当长的连线是用电容C10在T7B的基极侧去耦的。

图7按照在图中用标号“1CM”所示的比例尺示出图5和6各电路的组件。该电路在一块具有金属镀敷孔的双面印刷电路板上实现，并且装在一个由标号13表示、其壳壁垂直于该电路板的外壳中，而且由标号14指明一块把所述开关装置同其它电路分开的、未被描述过的内部隔板。这个实施例的各元件具有与图5和6中相同的标号。所以就无需再描述其互相连接情况了。所有元件基本上都是装在表面上的元件，或称“CMS”，并且都是水平地装置在印刷电路板的各铜质连接点上的。电感L1、L1B是印制在电路板上的。只有L2、L2B、L3、L3B、L5是带有延长穿过印刷电路板的接线头的分立元件。这些元件于是都座落在所示面的反面。除了为某些不接地的贯穿连接、特别是为那些作为分立元件的电感贯穿连接留出的地方外，所述反面实际上全部是金属镀敷的，以便组成一个地电位平面。在该图中被示为接地的各不同点都是经由金属镀敷孔而连接到该第二表面（即地电位平面）的。位于各CMS元件一面的地平面的各组成部分，其周围备有一排金属镀敷孔（未示出）以确保有效接地。

输入端子1、1B都是金属薄片，它们的长度 是考虑阻抗匹配（Zc＝75Ω）而确定的。输入端6、6B、9以及接地端子都是集中布置（在该图的顶部）的，而靠近外壳输入处的连接点6、6B经由与电阻R20、R20B（均为22Ω）串联的安全二极管D2、DB接地。

在图5中由标号12表示的和在图6中由标号11表示的那两部分是位于装有大部分元件的表面的反面上的连线。在图7中，将该连线11示为虚线。为使该图清楚起见，对连线12仅用箭头示出其始端和未端。这根连线12把该图顶部处金属镀敷的输入端6B与该图底部L3B和C15处的共用点连接起来。由于这些相当长的连线（也许是一些“冷”连接）的寄生电感，所以将它们的尽端用电容C15和C10接地，以便各自对连线12和11去耦。可将电容C15分成为各接到连线的一个尽端的两个元件。

在图5、6、7各电路中所用各元件，例如具有下列各值：

C1＝0.5pF    R1＝1KΩ

C2＝10pF    R2＝2.2KΩ

C5＝2×100pF    R30＝10KΩ

C7，C7B＝47nf    R6＝100Ω

C8＝5pF    R7＝47Ω

C9＝100pF    R8＝100kΩ

C10＝100pF    R9，R9B＝6.8kΩ

C15＝2×100pF    R10＝82kΩ

R11＝1.2kΩ

R12，R12B＝2.2kΩ

R13＝47kΩ

R14＝5.6kΩ

T1＝BFR92A    L2    1.5匝铜钱，50/100°

T1B＝BFR92AR    内径2mm

D，DB＝BA679    L3    5.5匝铜钱，50/100°

T5＝BC848BR    内径2.5mm

T5B＝BC848B    L5    1.5匝铜钱，50/100°

T7＝BC858BR    内径3mm

T7B＝BC858B

图5和7的组装件具有以下性能：

-有用频带：900至1800MHz

-输入阻抗：75Ω

-隔离通路的隔离度：≥35dB

-有源通路的增益：≥8dB

-标准驻波比：1.5

-用于控制目的（端子9）的TTL（晶体管-晶体管逻辑电路）兼容性。

到现在为止，这样的一些性能非用同轴继电器或非用使用昂贵的专门PIN二极管的组件是不能达到的。

所述组装件在不超出本发明范围内的各种改进型是有可能的，例如，本领域的技术人员可通过各极性的适配而实现用MOS晶体管来替换T1、T2晶体管。那时就应该用术语栅极、源极、漏极代替基极、射极和集电极了。

Claims (4)

1、一种用于换接超高频(SHF)电视信号的电子开关装置，包括至少两条通路，其每一通路能以电子学方法换接成对加于其输入端的信号或者放大、或者阻断，其每一通路包括具有在其输出端设置成共发射极组态的晶体管的一个放大器级和一个阻抗匹配输入级，

其特征在于，各放大器级的所述晶体管的发射极直接接地，全部放大器级的输出端直接接到一个公共点，该公共点连接到为所有通路公用的一个阻抗匹配和负载级。

2、如权利要求1的电子开关装置，其特征在于各所述晶体管的集电极连至所述公共点，所述阻抗匹配和负载级连至电源以便向各所述集电极供给电流。

3、如权利要求1的电子开关装置，其特征在于各所述晶体管的集电极都经过一个用于固定其电位的电阻接到电源，并通过一个二极管接到所述公共点，所述阻抗匹配和负载级被接到电源上以便经由各二极管向各所述集电极供给电流，所述二极管对于所述电流是正向偏置的。

4、如权利要求2的电子开关装置，其中每个放大器级包括两个级联设置的晶体管，其特征在于该两个晶体管的发射极直接接地，两个晶体管之间通过容性连接关系而互相连接，并且各晶体管的基极采用同一个电路进行偏置，该电路通过改变基极偏置而控制该放大器放大倍数。

Images