CN111865284B - 一种单刀多掷pin管开关电路 - Google Patents

一种单刀多掷pin管开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单刀多掷PIN管开关电路，包括：射频电路和偏置电路；射频电路包括由若干PIN管串联形成的多条射频通道，每条射频通道设置有一个或多个偏置接入点，每个偏置接入点连接一个偏置电路；偏置电路包括一个加电端和至少两级滤波电感电路，直接连接偏置接入点的第一级滤波电感电路采用锥形电感，其他级滤波电感电路使用空心电感。本发明通过锥形电感和空心电感结合的方式，使锥形电感直接向PIN管供电，而其他各级滤波电感采用空心电感，可以减少供电轭流圈和耦合电容，提高PIN管开关的带宽以及结构的紧凑性，使得该开关电路无需再配合同轴开关使用，极大简化了电路结构和尺寸，而且还可以提高开关插损和功率容量等指标。

Description

一种单刀多掷PIN管开关电路
技术领域
本发明涉及通信电路技术领域，特别涉及一种单刀多掷PIN管开关电路。
背景技术
跳频通信在民用移动通信、个人通信等领域得到了广泛的应用。其中，快速的收发或波段转换是跳频通信的关键技术之一，同时也是跳频通信系统开发的难点。
PIN管开关具有寿命长、切换速度快、功率容量大等优点，在雷达、通信以及电子对抗系统中得到广泛应用。
现有的VHF/UHF(Very high frequency，甚高频/Ultra High Frequency，特高频)频段的通信及电子对抗系统中，需进行分频段实现功率放大，因而配套的快速收发开关也进行相应分段。而随着功率管技术的发展，目前在该频段内使用一台功率放大器已经能够满足放大要求，因而此时PIN管开关在实现收发和波段切换时，需结合同轴开关使用，这会对实际工作有种种限制，比如只能在某些波段进行快速切换，或者只能在某一段实现收发功能。因而需要开发一种可以不需要同轴开关的PIN管开关电路。
发明内容
鉴于现有技术的宽带开关需使用PIN管与同轴开关相结合的形式，存在结构复杂、体积大等问题，提出了本发明的一种单刀多掷PIN管开关电路，以便解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种单刀多掷PIN管开关电路，该开关电路包括：射频电路和偏置电路；
所述射频电路包括由若干PIN管串联形成的多条射频通道，每条所述射频通道设置有一个或多个偏置接入点，每个偏置接入点连接一个所述偏置电路；
所述偏置电路包括一个加电端和至少两级滤波电感电路，所述加电端的偏置电压经过各级所述滤波电感电路进入所述偏置接入点，以调整所述PIN管的开关状态，实现射频通道的切换；其中，直接连接所述偏置接入点的第一级滤波电感电路采用锥形电感，其他级滤波电感电路使用空心电感。
可选地，在电路安装时，所述锥形电感内径小的一端面朝向所述射频通道，连接所述偏置接入点。
可选地，所述偏置电路包括两级滤波电感电路；第一级滤波电感电路包括第一电感和第一电容；第二级电感电路包括第二电感和第二电容；所述第一电感为锥形电感，所述第二电感为空心电感；
所述第一电感的一端连接所述偏置接入点，所述第一电感的另一端连接所述第一电容的一端和所述第二电感的一端，所述第一电容的另一端接地，所述第二电感的另一端连接所述第二电容的一端和所述加电端，所述第二电容的另一端接地。
可选地，所述射频电路包括第一射频通道，所述第一射频通道包括串联的第一PIN管和第二PIN管；
所述第一PIN管的正极连接射频信号输入端，所述第一PIN管的负极连接第二PIN管的正极，所述第二PIN管的负极为信号输出端，所述第一PIN管的正极和所述第二PIN管的负极为两个偏置接入点，分别连接一个偏置电路。
可选地，所述射频电路包括第二射频通道，所述第二射频通道包括串联的第三PIN管和第四PIN管；
所述第三PIN管的正极连接射频信号输入端，所述第三PIN管的负极连接第四PIN管的正极，所述第四PIN管的负极为信号输出端，所述第四PIN管的负极为一个偏置接入点，连接一个偏置电路。
可选地，所述射频电路中，各射频通道串联PIN管的输出端连接有隔直电容和接地PIN管，所述隔直电容串联在射频通道末尾；所述接地PIN连接在所述隔直电容之前，且负极接地。
可选地，所述射频电路中，各射频通道的连接公共端串联有隔直电容。
可选地，所述射频电路中，各射频通道的连接公共端还串联有滤波电感，所述滤波电感串联在所述隔直电容之后。
可选地，在电路安装过程中，各相邻的电感相互垂直安装。
综上所述，本发明的有益效果是：
本发明将锥形电感与空心电感结合使用，在偏置接入点上，偏置电路的第一级滤波电感电路使用锥形电感，其他各级滤波电感电路使用空心电感，这样更改了偏置供电的方式，以减少供电轭流圈和耦合电容，从而简化了射频通道，提高了PIN管开关电路的带宽和结构的紧凑性，不再需要结合同轴开关使用，开关电路的尺寸更小，结构也得到简化。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种单刀多掷PIN管开关电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的技术构思是：本发明将锥形电感与空心电感结合使用，在偏置接入点上，偏置电路的第一级滤波电感电路使用锥形电感，其他各级滤波电感电路使用空心电感，这样更改了偏置供电的方式，以减少供电轭流圈和耦合电容，从而简化了射频通道，提高了PIN管开关电路的带宽和结构的紧凑性，不再需要结合同轴开关使用，开关电路的尺寸更小，结构也得到简化，可以提高开关插损、功率容量等指标。
图1所示，为本发明一个实施例提供的一种单刀多掷PIN管开关电路的结构示意图。如图1所示，该单刀多掷PIN管开关电路，包括：射频电路和偏置电路。
射频电路包括由若干PIN管串联形成的多条射频通道，每条射频通道设置有一个或多个偏置接入点，每个偏置接入点连接一个偏置电路。在图1所示的开关电路实施例中，该射频电路包括第一射频通道和第二射频通道两条射频通道。当然，可理解地，该射频电路也可以包括更多条的射频通道，具体根据通信需求确定，这里不做限定。
在超短波频段的射频大功率PIN管开关设计中，通常需使用多个偏置接入点来控制各射频通道上PIN管的导通与截止，实现射频通道的选通、切换。而开关支路上的偏置接入点越多，则射频特性的调整就越麻烦，影响插入损耗及驻波等特性。这些影响，在大功率应用场合都是不可忽视的问题。因而，本发明通过更改合适的偏置供电方式，来减少供电轭流圈和耦合电容，从而简化射频通道。
因而，本发明提出一种改进结构的偏置电路。
如图1所示，以第一偏置电路为例，本发明实施例偏置电路包括一个加电端(见图中DC1)和至少两级滤波电感电路。加电端的偏置电压经过各级滤波电感电路进入偏置接入点，以调整PIN管的开关状态，实现射频通道的切换。其中，直接连接偏置接入点的第一级滤波电感电路采用锥形电感(即图1中第一电感L1)，其他级滤波电感电路使用空心电感(即图1中第二电感L2)。
锥形电感是面向宽带和高频应用的，它的结构可以拓展线圈的带宽，且尺寸较小，因此杂散电容较小。同时，锥形电感在提供直流偏置时，还具有将电源与有源器件隔离的效果。
本发明通过锥形电感和空心电感结合的方式，锥形电感直接向PIN管供电，而其他各级滤波电感采用空心电感，实现各频段区分，可以减少供电轭流圈和耦合电容，提高PIN管开关的带宽以及结构的紧凑性，使得该PIN管开关电路无需再配合同轴开关使用，极大简化了电路结构和尺寸，而且还可以提高开关插损和功率容量等指标。
在本实施例中，在电路安装时，要注意锥形电感内径小的一端面朝向射频通道，连接偏置接入点，以优化结构，减少电路和电感间影响。
在本实施例中，如图1所示，偏置电路包括两级滤波电感电路。以第一偏置电路为例，第一级滤波电感电路包括第一电感L1和第一电容C1；第二级电感电路包括第二电感L2和第二电容C2。第一电感L1为锥形电感，第二电感L2为空心电感。
第一电感L1的一端连接偏置接入点，第一电感L1的另一端连接第一电容C1的一端和第二电感L2的一端，第一电容C1的另一端接地，第二电感L2的另一端连接第二电容C2的一端和加电端DC1，第二电容C2的另一端接地。
从而，加电点DC1处施加的偏置电压，经过第二电感L2和第二电容C2组成的第二级滤波电感电路后，再由第一电感L1和第一电容C1组成的第一级滤波电感电路馈入到射频通道，为PIN管供电。
如图1所示，第二偏置电路和第三偏置电路的结构形式与第一偏置电路相同。第二偏置电路中，第一级电感电路的电感L3为锥形电感，第二级电感电路的电感L4为空心电感；第三偏置电路中，第一级电感电路的电感L5为锥形电感，第二级电感电路的电感L6为空心电感。电容C1、C2、C3、C4、C5和C6作为滤波电容，其大小对开关的速度有一定的影响，因而需要根据需求进行选择，另外，大功率开关对滤波电容C1～C6的耐压也有要求，因而也要根据各偏置电路的实际情况进行调整。
在本实施例中，第二级电感电路的电感L2、L4和L6使用体积、电感量较小的空心电感，可以节省空间体积，但需要电感的粗细满足偏置电流的大小。在不同偏置电路中，需要根据频段的高低选用电感量合适的电感，而无需保证全频段指标，频率越高，所需电感越小，这样的结构设计可极大缩小开关的尺寸。
在本实施例中，如图1所示，射频电路包括第一射频通道，第一射频通道包括串联的第一PIN管V1和第二PIN管V2。
第一PIN管V1的正极连接射频信号输入端，第一PIN管V1的负极连接第二PIN管V2的正极，第二PIN管V2的负极为信号输出端，第一PIN管V1的正极和第二PIN管V2的负极为两个偏置接入点，分别连接第一偏置电路和第二偏置电路。
在本实施例中，如图1所示，该射频电路还包括第二射频通道，第二射频通道包括串联的第三PIN管V3和第四PIN管V4。
第三PIN管V3的正极连接射频信号输入端，第三PIN管V3的负极连接第四PIN管V4的正极，第四PIN管V4的负极为信号输出端，第四PIN管V4的负极为一个偏置接入点，连接第三偏置电路。
在本实施例的射频电路中，在满足功率容量、反向击穿电压等指标要求下，应选取结电容较小的PIN管，从而可以降低电路调试的难度。
在本实施例中，各偏置电路的偏置电压为：第一偏置电路的加电点DC1偏置电压为0V，第二偏置电路的加电点DC2偏置电压为-5V，第三偏置电路的加电点DC3偏置电压为+5V。
在本实施例的射频电路中，如图1所示，各射频通道串联PIN管的输出端连接有隔直电容(即电容C8和电容C9)和接地PIN管(即PIN管V5和PIN管V6)，隔直电容串联在射频通道的末尾；接地PIN管连接在隔直电容之前，且负极接地。
在本实施例的射频电路中，如图1所示，各射频通道的连接公共端串联有隔直电容，即隔直电容C7。
此外，在本实施例的射频电路中，如图1所示，各射频通道的连接公共端还串联有滤波电感L7，滤波电感L7串联在隔直电容C7之前。滤波电感L7可以用于匹配射频通道中PIN管的结电容。
在本实施例的射频电路中，在电路安装过程中，为防止各电感间的相互耦合，各相邻的电感需要相互垂直安装。此外，还可以在各射频通道之间增加隔板，进一步降低相互影响。
综上所述，本发明将锥形电感与空心电感结合使用，在偏置接入点上，偏置电路的第一级滤波电感电路使用锥形电感，其他各级滤波电感电路使用空心电感，这样更改了偏置供电的方式，可以减少供电轭流圈和耦合电容，从而简化了射频通道，提高了P I N管开关电路的带宽和结构的紧凑性，不再需要结合同轴开关使用，开关电路的尺寸更小，结构也得到简化，可以提高开关插损、功率容量等指标。而且，由于本发明开关电路不再需要使用同轴开关，因此Z轴方向上具有较强的抗振能力，结构可靠性大大提高。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，该开关电路包括：射频电路和偏置电路；
所述射频电路包括由若干PIN管串联形成的多条射频通道，每条所述射频通道设置有一个或多个偏置接入点，每个偏置接入点连接一个所述偏置电路；
所述偏置电路包括一个加电端和至少两级滤波电感电路，所述加电端的偏置电压经过各级所述滤波电感电路进入所述偏置接入点，以调整所述PIN管的开关状态，实现射频通道的切换；其中，直接连接所述偏置接入点的第一级滤波电感电路采用锥形电感，其他级滤波电感电路使用空心电感；
所述偏置电路包括两级滤波电感电路；第一级滤波电感电路包括第一电感和第一电容；第二级电感电路包括第二电感和第二电容；所述第一电感为锥形电感，所述第二电感为空心电感；
所述第一电感的一端连接所述偏置接入点，所述第一电感的另一端连接所述第一电容的一端和所述第二电感的一端，所述第一电容的另一端接地，所述第二电感的另一端连接所述第二电容的一端和所述加电端，所述第二电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，在电路安装时，所述锥形电感内径小的一端面朝向所述射频通道，连接所述偏置接入点。
3.根据权利要求1所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，所述射频电路包括第一射频通道，所述第一射频通道包括串联的第一PIN管和第二PIN管；
所述第一PIN管的正极连接射频信号输入端，所述第一PIN管的负极连接第二PIN管的正极，所述第二PIN管的负极为信号输出端，所述第一PIN管的正极和所述第二PIN管的负极为两个偏置接入点，分别连接一个偏置电路。
4.根据权利要求1所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，所述射频电路包括第二射频通道，所述第二射频通道包括串联的第三PIN管和第四PIN管；
所述第三PIN管的正极连接射频信号输入端，所述第三PIN管的负极连接第四PIN管的正极，所述第四PIN管的负极为信号输出端，所述第四PIN管的负极为一个偏置接入点，连接一个偏置电路。
5.根据权利要求1所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，所述射频电路中，各射频通道串联PIN管的输出端连接有隔直电容和接地PIN管，所述隔直电容串联在射频通道末尾；所述接地PIN管连接在所述隔直电容之前，且负极接地。
6.根据权利要求1所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，所述射频电路中，各射频通道的连接公共端串联有隔直电容。
7.根据权利要求6所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，所述射频电路中，各射频通道的连接公共端还串联有滤波电感，且所述滤波电感串联在所述隔直电容之后。
8.根据权利要求6所述的单刀多掷PIN管开关电路，其特征在于，在电路安装过程中，各相邻的电感相互垂直安装。
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