CN101311688B - 用于物位测量装置的电路和物位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一个示例性实施例公开了一种针对物位测量装置的用于在接地端口上快速接通高频元件的电路。在该设置中，所述电路包括带有电路体的开关单元；带有高频体的高频元件；以及将所述两个体耦合在一起、同时以直流方式使它们相互绝缘的耦合元件。这样，开关单元可以设置在高频元件的接地端口，从而不影响高频元件的高频特性。

Description

用于物位测量装置的电路和物位测量装置

相关申请参考

本申请要求2007年5月23日提交的德国专利申请第102007023927.2号和2007年5月23日提交的美国临时专利申请第60/939,647号的申请日的权益，上述申请的公开内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及物位测量。具体而言，本发明涉及针对物位测量装置的用于在接地端口上快速接通高频元件的电路；涉及包括这样一种电路的物位测量装置；涉及这样一种电路在物位测量中的用途；还涉及用于在接地端口上快速接通高频元件以便进行物位测量的方法。

背景技术

如果要暂时接通高频元件(HF元件)，而没有适合的控制连接，则通常对工作电压进行开关。如图1所示，这种做法可以有不同的变型。可以对工作电压进行直接开关。此外，也可以借助于控制输入(所谓的停机(shut-down))来进行间接开关。

就快速接通过程而言，开关单元包括例如具有相应的快速开关时间的各个晶体管。通常，继电器或集成式开关对于特别强调时间的应用来说太慢。

如果开关单元直接设置在高频元件的工作电压上，则借助于相对慢的PNP晶体管来进行开关，或者在使用快速NPN晶体管的情况下，必须保证足够的控制电平。

如果开关单元设置在接地端口上，则就高频元件而言，它设置在所谓的热路径中，即所述开关单元被并入装置或高频元件的高频特性中。

本发明的一个目的是使得能够简单且快速地接通或关断高频元件以便进行物位计量。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种针对物位测量装置的用于在接地端口上快速接通高频元件的电路，该电路包括带有第一接地端口的开关单元；带有第二接地端口的高频元件；耦合元件；以及第二接地端口和第一接地端口之间的绝缘装置。在该设置中，开关单元连接在第一接地端口和高频元件之间，其中，第二接地端口借助于耦合元件耦合到第一接地端口。

换言之，开关单元可以设置在高频元件的接地端口，从而不影响所述高频元件的高频特性。

这种快速接通可以使得能够将所述电路(即高频元件)用于脉冲雷达测量或用于节能(因为当由于能量的原因而不使用高频元件时将高频元件关断)。

根据本发明的另一个示例性实施例，耦合元件及第二接地端口和第一接地端口之间的绝缘装置设计成防止第一接地端口和高频元件之间的任何直流电流。

当由于开关单元被开关而使两个接地端口之间建立了短路时才可能会造成这种直流电流。

这样，在待接通的高频元件的区域，引入了与电路体(circuit mass)绝缘的新体(new mass)。借助于耦合元件(例如采取电容器的形式)，它又耦合到电路体。当高频元件接通时，为使电流能够流动，只需要以直流方式(DC方式)将两个体的电位短路。

根据本发明的另一个示例性实施例，耦合元件是电容器。

根据本发明的另一个示例性实施例，所述电路包括印刷电路板，该印刷电路板包括第一层、第二层和第三层，其中耦合元件设计成由第二层和第三层形成的板式电容器。

根据本发明的另一个示例性实施例，所述电路包括印刷电路板，该印刷电路板包括第一层、第二层和第三层，其中板式电容器由第二层和第一层形成。

应当指出，耦合元件还可以以其它方式设计。不过重要的是，当开关单元处在“断开”位置时，所述耦合元件能够防止电路体和高频体之间的直流电流。例如，如果例如耦合元件集成在第二层，则可以完全不用第三层。

根据本发明的另一个示例性实施例，所述电路也可以包括带有三层的印刷电路板，然而其中耦合元件设计成第三层中的耦合区域。这样，耦合元件不是由第二层和第三层以板式电容器的形式形成。

此外，根据本发明的另一个示例性实施例，所述电路可以设计成微带电路，其中第二接地端口设计成印刷电路板下侧的区域。

根据本发明的另一个示例性实施例，所有的三层都包括第一接地端口(电路体)。

根据另一个示例性实施例，印刷电路板可以设计成包括许多层的多层，其中，多层体耦合仅仅在子区即仅仅在所述许多层的部分建立。

根据另一个示例性实施例，两个体的耦合只能在第一层和第二层之间发生。

根据本发明的另一个示例性实施例，第一层包括所述高频元件，其中第二层包括代表第二接地端口的绝缘高频体区域，并且其中第三层包括所述耦合元件。

根据本发明的另一个示例性实施例，开关单元设计成从包括例如晶体管或二极管的半导体部件、信号开关和继电器的组中选出的元件。

根据本发明的另一个示例性实施例，高频元件设计成从包括振荡器、发送器放大器(transmitter amplifier)、低噪放大器(LNA)、可变增益放大器(VGA)、混频器和乘法器的组中选出的元件。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种包括如上所述的电路的物位测量装置。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了这样一种电路在物位测量中的用途。

根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种在接地端口上快速接通高频元件以便进行物位测量的方法，在该方法中，将第一接地端口设置在开关单元上，将第二接地端口设置在高频元件上，其中将开关单元连接在第一接地端口与高频元件之间，并且其中在第二接地端口与第一接地端口之间设置绝缘装置。此外，借助于耦合元件实现第二接地端口到第一接地端口的耦合。

在另一个与方法有关的步骤中，借助于开关单元将所述两个接地端口相互短路，以便接通高频元件。

应当指出，针对所述电路所描述的本发明的示例性实施例还包括所述方法、所述用途和所述物位测量装置。

本发明的其它示例性实施例和优点在从属权利要求中公开。

以下参照附图描述本发明的示例性实施例。

附图说明

图1示出了根据现有技术的开关单元和高频元件的两种设置的示意图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的电路的示意图；

图3示出了微波印刷图案(microwave print)的分层设计的示意图；

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的微波放大器的所有三层的微波印刷图案；

图5示出了图4的第一层301的微波印刷图案；

图6示出了图4的第二层302的微波印刷图案；

图7示出了图4的第三层303的微波印刷图案；

图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的耦合装置的原理；

图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的物位测量装置。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的，未按比例绘制。

在以下对附图的描述中，相同的标号用于相同或类似的元件。

图1示出了两个根据现有技术的用于开关高频元件的电路。在左手边的实施例中，高频元件102在一侧连接到大地(接地端口GND)103。高频元件102在另一侧连接到开关单元101，开关单元101又建立到电压源104的连接。

在右手边的实施例中，开关单元101设置在体103和高频元件102之间，高频元件102在另一侧连接到电压源104。

在左手边的实施例中，借助于相对慢的PNP晶体管来进行开关，或者在使用快速NPN晶体管的情况下，必须保证足够的控制电平。

在右手边的实施例中，就高频元件而言，开关单元位于所谓的“热路径”中，即所述开关单元被并入装置或高频元件的高频特性中。

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的电路。高频元件102在一侧连接到电压源104，高频元件102在另一侧(借助于另外的连接)借助于线203、204连接到高频体201。

高频体201例如设置在第二层的印刷电路板中，该第二层设置在带有高频元件102的第一层与带有耦合元件202的第三层之间(见图3)。

高频元件102的高频体201借助于线205、207连接到耦合元件202，该耦合元件202又借助于线208连接到电路体103。

此外，高频体201借助于线205、206连接到开关单元101，该开关单元101又借助于线209连接到电路体103。

从高频的角度来看，两个体201、103是相同的。然而，只有当两个体201、103借助于开关单元短路在一起时才可以有直流电流。

在微带电路的情况下，高频体201被设计成例如印刷电路板下侧的区域。耦合元件202(例如两个体电位201、103之间的电容器)可以通过另一内层中的目标耦合实现，其中无论如何，如果有可能，将该内层设置成非常接近于高频体层。

图3示出了本发明一个示例性实施例的微波印刷图案的分层设计的示意图。提供了第一层301、第二层302和第三层303。所有三层都包括电路体103。第一层301包括待被开关的高频元件102，如果需要，该高频元件102与另外的微带电路元件(未示出)一起被开关。第二层302则包括与第一层301的高频元件102相关的绝缘高频体区域201。第三层303包括同样与电路体103绝缘的耦合元件202，该耦合元件202提供电路体103与高频元件102的高频体201之间的耦合。原则上，印刷电路板在耦合元件202与体区域201及电路体103之间形成板式电容器。

三层301、302、303中的电路体的构造是可变的，即它还可以以某一其它方式设计。同样，第三层303中的耦合元件的设计是可变的。可以实现各种实施例。

对各种体的耦合可以以各种方式实现。例如，可以以上述方式将耦合设计成第三层303中的耦合区域202。此外，还可以以片状方式将第三层303设计成电路体，其中耦合则由在第二层302与第三层303之间形成的板式电容器来实现。

例如，还可以借助于在第二层302与第一层301之间形成的板式电容器来实现耦合。在这种情况下，第三层303将不起作用。

开关单元101也可以以各种方式实现。例如，开关单元101可以设计成晶体管、二极管、信号开关或继电器。而且，开关的设置可以以各种方式实现，因为所述开关没有设置在所谓的“热路径”中。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的微波放大器的所有三层301、302、303的微波印刷图案。微波放大器包括高频布图(高频元件)401，以图7的色区(colour field)705所限定的图案示出。此外，第三层的耦合元件以图7的色区703所限定的图案示出。第二层的绝缘体区域以图7的色区704所限定的图案示出。电路体以图7的色区702所限定的图案示出。

图5示出了带有高频布图(高频元件)401的图4的微波放大器的第一层301的微波印刷图案。

图6示出了图4的微波放大器的第二层302的微波印刷图案。第二层302包括与第一层301的高频元件102相关的绝缘高频体区域201。

图7示出了图4的微波放大器的第三层303的微波印刷图案。第三层303包括提供电路体103与高频元件102的高频体201之间的耦合的耦合元件202和701。

图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的耦合的原理。元件801、802以电容器示出，表示在印刷电路板的各层之间形成的板式电容器。也可以不用耦合区域(耦合元件)202本身，在此情况下绝缘高频体201和电路体103只通过单个电容器连接。

附图中示出的原理所涉及的不仅仅是印刷电路板设计。

本发明尤其涉及所述电路在物位测量装置中的用途。待开关的高频元件是例如振荡器、发送器放大器、LNA、混频器、乘法器，或者概括地讲，高频技术中的任何有源部件。

图9以物位雷达的形式示出了根据本发明的一个示例性实施例的物位测量装置的示意图。物位雷达800包括天线801和壳体802。壳体802包括上述电路。

天线801发射电磁波804，电磁波804由给料材料805的表面反射为信号803。反射信号803随后由天线801获得并由壳体中所容纳的电子设备评估。

另外，应当指出，“包括”并不排除其它元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个。此外，应当指出，参照以上示例性实施例之一所描述的特性或步骤也可以与上述其它示例性实施例的其它特性或步骤结合起来使用。权利要求中的标号不应当理解为限制。

Claims (13)

1.一种针对物位测量装置的用于在接地端口上快速接通高频元件的电路，该电路包括：

开关单元，带有第一接地端口；

高频元件，带有设计成高频接地端口的第二接地端口；

耦合元件；

绝缘装置，处于所述第二接地端口和所述第一接地端口之间；

其中，所述开关单元连接在所述第一接地端口和所述高频元件之间；并且

其中，所述第二接地端口借助于所述耦合元件耦合到所述第一接地端口，其中，所述第二接地端口到所述第一接地端口的耦合是高频耦合。

2.根据权利要求1的电路，其中，所述耦合元件以及所述第二接地端口与所述第一接地端口之间的所述绝缘装置设计成防止所述第一接地端口与所述高频元件之间的直流电流。

3.根据权利要求1的电路，其中，所述耦合元件是电容器。

4.根据权利要求3的电路，其中，所述电路包括印刷电路板，该印刷电路板包括第一层、第二层和第三层；并且

其中，所述耦合元件设计成由所述第二层和所述第三层形成的板式电容器。

5.根据权利要求3的电路，其中，所述电路包括印刷电路板，该印刷电路板包括第一层、第二层和第三层；并且

其中，所述耦合元件设计成所述第三层中的耦合区域。

6.根据权利要求4或5的电路，其中，所述电路设计成微带电路；并且

其中，所述第二接地端口设计成所述印刷电路板下侧的区域。

7.根据权利要求5的电路，其中，所有的三层都包括所述第一接地端口。

8.根据权利要求6的电路，其中，所有的三层都包括所述第一接地端口。

9.根据权利要求5的电路，其中，所述第一层包括所述高频元件；

其中，所述第二层包括代表所述第二接地端口的绝缘高频体区域；并且

其中，所述第三层包括所述耦合元件。

10.根据权利要求1至5中的任何一项的电路，其中，所述开关单元设计成从包括晶体管、二极管、信号开关和继电器的组中选出的元件。

11.根据权利要求1至5中的任何一项的电路，其中，所述高频元件设计成从包括振荡器、发送器放大器、低噪放大器、混频器和乘法器的组中选出的元件。

12.一种物位测量装置，包括根据权利要求1到11中的任何一项的电路。

13.根据权利要求1到11中的任何一项的电路在物位测量中的用途。

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