CN107317076B - Pin管加载频率可调均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PIN管加载频率可调均衡器。其包括从上至下依次层叠的电路层、介质层和金属层；所述电路层包括沿直线依次设置的输入端口、阻抗匹配传输线和输出端口；所述阻抗匹配传输线的一侧中段设置有直流供电单元，所述阻抗匹配传输线的另一侧相对于其中段对称设置有第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元和第二谐振单元均包括PIN变容二极管。本发明通过外加电压的变化直接调节变容管的偏置电压大小，根据PIN变容二极管的变容曲线调节偏置电压，PIN变容二极管连接于阻抗匹配传输线，使整个谐振单元谐振于所需频率，从而具有良好的二端口特性，结构简单，交、直流隔离良好，频率调节效果明显。

Description

PIN管加载频率可调均衡器

技术领域

本发明属于微波功率器件技术领域，特别涉及一种PIN管加载频率可调均衡器。

背景技术

微波功率模块(MPM)是集固态功率器件和行波管的优势于一体的电路，具有体积小、功率大、增益高等优点，是现代军、民用领域中十分重要的一类功率器件。行波管在宽频带内存在增益波动大的问题，使得MPM难以实现平坦的输出功率，因此，在电路中使用额外的均衡网络成为改善行波管增益波动的主要措施。均衡器是一个类似于陷波器的衰减电路，通常置于MPM前级固态驱动与后级行波管之间，与放大电路一起实现相对平坦的功率输出。根据前级输出功率以及后级行波管增益曲线，确定目标均衡曲线，主要矫正行波管的增益波动。目前的均衡器多为无源结构，腔体式均衡器因其体积重量等局限使用较少，常用的是易于平面集成的微带式均衡器以及多层电路工艺实现的小型化均衡器。均衡器的原理类似于陷波器，目的在于在所用频段中相应的频点上实现所需的衰减量，同时保证电路输入输出端口良好的驻波。谐振单元是均衡器的关键，决定了均衡曲线的形态。谐振单元通过电阻并联于主传输线上，谐振提取的能量被电阻所吸收，从而实现特定频率的衰减，衰减量的大小由电阻控制，多个谐振单元级联可实现较复杂的均衡目标曲线。

当前工程所采用的平面式均衡器多为固定形式，不能实现加工转配后的二次调节，因此，每套均衡器只能适用于与其对应的行波管。目前行波管一致性较差，每只行波管所需的均衡曲线存在一定差异，因此需要分别设计对应的均衡器，这就带来了大量相近而又不可缺少的工作，同时延长了整个项目的设计周期。此外，由于加工和装配上存在一些误差，使得实测的均衡器曲线与设计的目标略有差距。如果能实现均衡器的小范围二次调节，不仅可以根据具体需要调整均衡曲线以适应不同目标，还能修正加工和装配上引入的误差，将极大的提高设计效率以及精度。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种PIN管加载频率可调均衡器。

本发明的技术方案是：一种PIN管加载频率可调均衡器，包括从上至下依次层叠的电路层、介质层和金属层；所述电路层包括沿直线依次设置的输入端口、阻抗匹配传输线和输出端口；所述阻抗匹配传输线的一侧中段设置有直流供电单元，所述直流供电单元用于提供直流偏置电压；所述阻抗匹配传输线的另一侧相对于其中段对称设置有第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元和第二谐振单元均包括PIN变容二极管。

进一步地，所述直流供电单元包括导线焊盘和隔离电阻；所述导线焊盘通过隔离电阻与所述阻抗匹配传输线连接。

进一步地，所述第一谐振单元包括串联连接的第一SIR谐振器和第一PIN变容二极管，所述第一SIR谐振器的另一端通过第一耦合电阻与所述阻抗匹配传输线连接，所述第一PIN变容二极管的另一端通过设置有第一金属化通孔的金属片接地。

进一步地，所述第二谐振单元包括串联连接的第二SIR谐振器和第二PIN变容二极管，所述第二SIR谐振器的另一端通过第二耦合电阻与所述阻抗匹配传输线连接，所述第二PIN变容二极管的另一端通过设置有第二金属化通孔的金属片接地。

进一步地，所述输入端口与所述阻抗匹配传输线之间串联有第一隔直电容。

进一步地，所述输出端口与所述阻抗匹配传输线之间串联有第二隔直电容。

进一步地，所述介质层包括介质基板及分别设置在所述介质基板上对应所述电路层的第一金属化通孔(11)和第二金属化通孔(15)的第一金属化通孔(11)和第二金属化通孔(15)。

本发明的有益效果是：本发明通过在阻抗匹配传输线中段设置直流供电单元，直流电压通过隔离电阻接入阻抗匹配传输线中；再在阻抗匹配传输线两端对称连接PIN变容二极管，PIN变容二极管另一端由金属焊盘通过通孔接地，整个电路采用两级谐振单元级联；从而通过外加电压的变化直接调节变容管的偏置电压大小，根据PIN变容二极管的变容曲线调节偏置电压，PIN变容二极管连接于阻抗匹配传输线，使整个谐振单元谐振于所需频率，从而具有良好的二端口特性，结构简单，交、直流隔离良好，频率调节效果明显。

附图说明

图1是本发明的PIN管加载频率可调均衡器的爆炸结构图。

图2是本发明的PIN管加载频率可调均衡器的正视图。

图3是本发明实施例中S21的测试结果示意图。

图4是本发明实施例中S11的测试结果示意图。

其中，输入端口1，第一隔直电容2，阻抗匹配传输线3，隔离电阻4，导线焊盘5，第二隔直电容6，输出端口7，第一耦合电阻8，第一SIR谐振器9，第一PIN变容二极管10，第一金属化通孔11，第二耦合电阻12，第二SIR谐振器13，第二PIN变容二极管14，第二金属化通孔15，介质基板16，接地金属板17。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的PIN管加载频率可调均衡器的爆炸结构图。一种PIN管加载频率可调均衡器，包括从上至下依次层叠的电路层、介质层和金属层，电路层位于最上层，金属层位于底层，介质层位于电路层和金属层之间；所述电路层包括沿直线依次设置的输入端口1、阻抗匹配传输线3和输出端口7；所述阻抗匹配传输线3的一侧中段设置有直流供电单元，所述直流供电单元用于提供直流偏置电压；所述阻抗匹配传输线3的另一侧相对于其中段对称设置有第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元和第二谐振单元均包括PIN变容二极管，电路整体相对阻抗匹配传输线中段为对称结构。

如图2所示，为本发明的PIN管加载频率可调均衡器的正视图。本发明的直流供电单元包括导线焊盘5和隔离电阻4；导线焊盘5通过隔离电阻4与阻抗匹配传输线3连接。电源通过导线连接到电路层中的导线焊盘5上，再通过一个高阻值的隔离电阻4连接到阻抗匹配传输线3上，直流电在电路结构上并未形成回路，隔离电阻4对直流电压近似短路，对射频信号开路，将直流与射频信号分离开。

本发明的利用PIN变容二极管的变容特性实现频率谐振单元谐振频率的调节，直流电压控制其有效电容值，因此通过在电路中引入直流电压，在阻抗匹配传输线上输入输出端口分别串联第一隔直电容2、第二隔直电容6，电容对射频信号近似短路，直流电压被限定于隔直电容之间的部分电路，而射频信号传输不受明显影响。本发明的均衡器电路采用第一谐振单元和第二谐振单元构成的两级谐振单元，第一谐振单元包括串联连接的第一SIR谐振器9和第一PIN变容二极管10，第一SIR谐振器9的另一端通过第一耦合电阻8与阻抗匹配传输线3连接，第一PIN变容二极管10的另一端通过设置有第一金属化通孔11的金属片接地，第一耦合电阻8吸收谐振单元的谐振能量，形成陷波；第二谐振单元包括串联连接的第二SIR谐振器13和第二PIN变容二极管14，第二SIR谐振器13的另一端通过第二耦合电阻12与阻抗匹配传输线3连接，第二PIN变容二极管14的另一端通过设置有第二金属化通孔15的金属片接地，第二耦合电阻12吸收谐振单元的谐振能量，形成陷波。第一PIN变容二极管10和第二PIN变容二极管14共用直流供电单元作为直流控制电源，对直流电压呈开路状态。外加电压与加到两个PIN变容二极管上的电压几乎一致，控制外加电压的压值即可直接控制两个PIN变容二极管的偏置电压。在便于提供的外接电源电压范围内，选取最大有效容值很小的两个PIN变容二极管，减小加载两个PIN变容二极管与不加载两个PIN变容二极管时均衡电路均衡频率的突变，根据需要的频率调节范围选取合适的变容区间，变容率需兼顾频率调节与电压控制的便捷、可靠性，并考虑所用微波频段内PIN管的寄生参量影响。通过在谐振单元上加载两个PIN变容二极管，调节其直流偏置电压实现了电路谐振频率的调节，完成了频率电调控制均衡器的设计。

本发明的介质层包括介质基板16及分别设置在所述介质基板16上对应所述电路层的第一金属化通孔11和第二金属化通孔15的第一金属化通孔11和第二金属化通孔15。介质层的第一金属化通孔11和第二金属化通孔15与电路层的第一金属化通孔11和第二金属化通孔15分别共同构成通孔结构。金属层包括接地金属板17。

如图3和图4所示，为是本发明实施例中S21和S11的测试结果示意图。设计的频率可调均衡器工作于1～7GHz，PIN变容二极管选用SKYWORKS公司的SMV2019-040LF，所取变容电压为0～10V，对应的变容范围约0.3～2.2pF，实现了最大衰减频率2.3GHz到4.4GHz的调节，在整个调节范围内，最大衰减为8～10dB，端口驻波良好。

本发明采用微带均衡器加载PIN变容二极管的形式实均衡器现频率调节，通过在阻抗匹配传输线末端串联两个PIN变容二极管两个PIN变容二极管的另一端均由金属片通过金属化通孔接地，整个电路采用两级谐振单元级联，偏置电压供电位置设置于阻抗匹配传输线中间位置，直流电压通过偏置隔离电阻接入阻抗匹配传输线中。电路输入输出端口内侧各串联一个电容隔离直流电压，PIN变容二极管主要特性是电容特性，因此对直流偏置电压近似开路，直流电压在均衡器电路内部未形成回路，外加电压与PIN变容二极管一侧的电压近似等势。外加电压的变化直接调节变容管的偏置电压大小，根据PIN变容二极管的变容曲线调节偏置电压，即获得相应的等效电容值，串联于谐振微带线，使整个谐振单元谐振于所需频率。本发明通过选择电压控制合适的变容管，可直接利用前级固态驱动电路的直流电路给均衡器供电，省去额外的供电设计，简化电路。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种PIN管加载频率可调均衡器，其特征在于，包括从上至下依次层叠的电路层、介质层和金属层；所述电路层包括沿直线依次设置的输入端口(1)、阻抗匹配传输线(3)和输出端口(7)；所述阻抗匹配传输线(3)的一侧中段设置有直流供电单元，所述直流供电单元用于提供直流偏置电压；所述阻抗匹配传输线(3)的另一侧相对于其中段对称设置有第一谐振单元和第二谐振单元，所述第一谐振单元和第二谐振单元均包括PIN变容二极管；根据PIN变容二极管的变容曲线调节直流偏置电压，获得PIN变容二极管的等效电容；

所述第一谐振单元包括串联连接的第一SIR谐振器(9)和第一PIN变容二极管(10)，所述第一SIR谐振器(9)的另一端通过第一耦合电阻(8)与所述阻抗匹配传输线(3)连接，所述第一PIN变容二极管(10)的另一端通过设置有第一金属化通孔(11)的金属片接地；

所述第二谐振单元包括串联连接的第二SIR谐振器(13)和第二PIN变容二极管(14)，所述第二SIR谐振器(13)的另一端通过第二耦合电阻(12)与所述阻抗匹配传输线(3)连接，所述第二PIN变容二极管(14)的另一端通过设置有第二金属化通孔(15)的金属片接地。

2.如权利要求1所述的PIN管加载频率可调均衡器，其特征在于，所述直流供电单元包括导线焊盘(5)和隔离电阻(4)；所述导线焊盘(5)通过隔离电阻(4)与所述阻抗匹配传输线(3)连接。

3.如权利要求1或2所述的PIN管加载频率可调均衡器，其特征在于，所述输入端口(1)与所述阻抗匹配传输线(3)之间串联有第一隔直电容(2)。

4.如权利要求3所述的PIN管加载频率可调均衡器，其特征在于，所述输出端口(7)与所述阻抗匹配传输线(3)之间串联有第二隔直电容(6)。

5.如权利要求4所述的PIN管加载频率可调均衡器，其特征在于，所述介质层包括介质基板(16)及分别设置在所述介质基板(16)上对应所述电路层的第一金属化通孔(11)和第二金属化通孔(15)的第一金属化通孔(11)和第二金属化通孔(15)。

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