CN102857191B - 变电感谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电感谐振器，主要解决了现有技术中通过改变电容来实现LC谐振器可调功能在高频段容易导致谐振器Q值降低的问题。变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感L1相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。通过上述方案，本发明达到了品质因数Q值更高、调谐范围更宽，性能较为稳定的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

变电感谐振器

技术领域

本发明涉及一种谐振器，具体地说，是涉及一种变电感谐振器。

背景技术

目前，具有选频滤波等功能的可调LC谐振器被广泛运用于通信电路中。一般情况下，谐振器的品质因数Q值越高，其选频滤波作用也就越好，调谐范围越宽，则使用范围更大，因此，人们在设计可调LC谐振器时，总是希望获得品质因数Q值更高、调谐范围更宽的谐振器。

如图1所示，现有技术中，人们通常采用改变电容值来实现谐振器的可调功能。然而，随着频率上升，电容Q值下降，电感Q值上升，以硅基芯片为例，在毫米波频段，电容Q值一般在5左右，而电感Q值很高，一般在20左右。在这种情况下，在电容加入开关会使电容Q值更低，如此也就使谐振器的Q值更低，其性能更差，因此，对于毫米波频段来说，通过改变电容值来实现LC谐振器的可调并不好。

因此，要在保证品质因数的情况实现毫米波频段甚至更高频段的LC谐振器可调功能，必须改变现有技术的传统性设计思维。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变电感谐振器，解决传统技术中通过改变电容来实现LC谐振器可调功能容易导致谐振器Q值降低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感L1相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。

在本发明中，我们提供了两种次级电感线圈回路的设置方法：

方法一：所述次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相互并联的一个次级副电感组，该次级副电感组包括相互并联的控制开关和次级副电感L2′。

方法二：所述次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相互并联的一个次级副电感组；该次级副电感组包括至少一个控制开关，连接于控制开关相同端之间的次级副电感L2′，以及与最末一个控制开关并联的次级副电感L2′。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明克服了可调LC谐振器领域中长期存在的设计思维惯性，将传统设计思维的改变电容值设计为改变电感值，从而突破了传统设计思维的限制；由于长期以来人们在设计可调LC谐振器时，均是从改变电容大小来入手，从未意识到对电感进行改变的功效，也找不到合适的改变电感方式，因此，从某种意义上来说，本发明克服了人们对可调LC谐振器的Q值提高方式上的技术偏见，解决了由改变电容大小带来的谐振器Q值降低的不利影响，具有突出的实质性特点和显著的进步；

(2)本发明采用逆向思维，通过增加次级电感线圈回路，并实现对该次级电感线圈回路中电感值的改变，来实现对初级电感的等效电感的影响，最终达到改变谐振器Q值的目的；由于在毫米波频段，集成电路中，电感的面积往往较小，结构简单，在电感上增加开关来改变其大小，难度较小；

(3)由于在可调LC谐振器中，随着工作频率的上升，电容Q值下降，电感Q值上升，在毫米波段，谐振器的Q值由电容Q值决定，因此，改变电感值不仅不会使谐振器Q值降低，而且更有利于可调LC谐振器在毫米波频段甚至更高频段的应用；

(4)本发明只需要闭合次级电感线圈回路中的任意控制开关，即可实现次级电感线圈回路中电感值的改变，增大、减小其电感值均十分方便，可根据工作频段的实际情况任意变化，十分灵活；

(5)本发明在设计中，每个开关之间的电感值可以设置不同的步长，进而得到不同步长的等效电感值，从而合理控制谐振器谐振点。

附图说明

图1为现有技术中的切换电容可变谐振器的电路原图。

图2为本发明实施例1中的电路原理图。

图3为本发明实施例2中的电路原理图。

图4为本发明实施例3中的电路原理图。

图5为本发明实施例4中的电路原理图。

图6为本发明的公式推导用简化模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感L1相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。

如图2所示，所述次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相互并联的一个次级副电感组，该次级副电感组包括相互并联的控制开关和次级副电感L2′。

实施例2

变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感L1相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。

如图3所示，所述次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相互并联的一个次级副电感组；该次级副电感组包括至少两个相互并联的控制开关，连接于相邻控制开关相同端之间的次级副电感L2′，以及与最末一个控制开关并联的次级副电感L2′。

实施例3

变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。

如图4所示，所示次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的两个次级主电感L2，该两个次级主电感L2分别并联有一个次级副电感组；所述次级副电感组均包括至少两个相互并联的控制开关，连接于相邻控制开关相同端之间的次级副电感L2′，以及与最末一个控制开关并联的次级副电感L2′。

次级主电感L2的数量可以根据实际需要来设计，可以为一个、两个甚至更多。当次极主电感L2的数量改变时，次级副电感组的数量也相应改变，保持一个次级主电感L2并联一个次级副电感组的对应关系。

实施例4

变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，还包括与初级电感相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路。

如图5所示，所示次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相串联的一个以上次级副电感组；所述次级副电感组均由相互并联的次级副电感L2′和控制开关组成。次级副电感组的具体数量可以根据实际需要而改变，本技术并不对此进行限定。

在本发明中，我们通过开合开关控制次级电感线圈回路的电感值达到改变初级电感的等效电感的目的，其中，次级电感永远导通，开关的开合能够改变其电感值，控制好次级线圈电感各个开关之间的感值便可以实现不同大小的改变，能够很好地实现微调。

如图6所示，本发明的整体原理如下：

初级线圈中：

v₁＝jwL_prii₁+jwMi₂

由于次级线圈闭合，因此v₂＝0，由此我们可以得到：

v₂＝0＝jwMi₁+jwL_seci₂

联立两个等式，可以得到从L_pri看进去的等效电感为：

$L_{\mathrm{eff}}=L_{\mathrm{pri}}-\frac{M^2}{L_{\sec }}$

其中，L_pri是固定的，常规思维都想通过改变两个线圈的耦合系数M来改变等效电感，但是由于耦合度是由两个电感间的物理关系决定的，所以这种方式很难实现。

本发明通过改变L_sec来改变等效电感。如图2或图3所示，我们通过开关来改变次级线圈的电感值，可以达到很好的线性可控电感的效果，当L_sec的电感值很大时，L_eff约等于L_pri，即其本身的电感值；当L_sec较小时，对L_eff影响较大，此时电感值在使用过程中，人们可以通过开关切换来改变L_sec，最终得到不同的电感值。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (3)

1.变电感谐振器，包括由可变电容和初级电感L1并联构成的初级线圈回路，其特征在于，还包括与初级电感L1相耦合且电感值可变的次级电感线圈回路；所述次级电感线圈回路包括与初级电感L1相耦合的次级主电感L2，以及与该次级主电感L2相互并联的一个次级副电感组；所述次级主电感和次级副电感组一直导通。

2.根据权利要求1所述的变电感谐振器，其特征在于，所述次级副电感组包括相互并联的控制开关和次级副电感L2′。

3.根据权利要求1所述的变电感谐振器，其特征在于，所述次级副电感组包括至少一个控制开关，连接于相邻控制开关相同端之间的次级副电感L2′，以及与最末一个控制开关并联的次级副电感L2′。