CN111903222B - 一种双极pi型pin二极管电调衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双极PI型PIN二极管电调衰减器。该电调哀减器包括射频信号输入接口、传输线变压器、PIN二极管转换开关、单极PI型PIN二极管电调衰减器、射频信号输出接口、控制信号输入接口、开关驱动电路、绝对值变换电路、电调驱动电路、直流偏置电路；本发明通过PIN二极管转换开关和绝对值电路，实现了开关PIN二极管正向导通电流与反向截止电压的解耦控制以及单极PI型PIN二极管电调衰减双极化的自适应控制，同时降低了射频主通路的最小插入损耗，将双PI型并联电调衰减器简化为单PI型电调衰减器，减小了主要器件用量，节省了成本。

Description

一种双极PI型PIN二极管电调衰减器

技术领域

本发明属于通信技术与电磁兼容领域，具体涉及一种双极PI型电调衰减器，特别适用于自动增益控制。

背景技术

在通信与电磁兼容领域中经常采用双极性电调衰减器，然而其设计方法有待进一步提高。传统方法一般采用两个并联PI型PIN二极管电调衰减器实现双极性，在射频输入端通过功分器将射频信号分成两路，一路直接输出给PI型衰减器，另一路通过反向器后再输出给另一个PI型衰减器，两路信号在射频输出端经过合成器合并。利用控制信号分别控制两路信号的导通与关断，当控制信号为正时仅使不带反向器的支路导通，而当控制信号为负时仅使带反向器的支路导通，从而实现电调衰减器的双极性。传统双极性PI型PIN二极管电调衰减器插入损耗大，仅功分器和合成器的最小插入损耗至少为6dB，而在输入功率有限时电调衰减器的插入损耗不宜过大，否则会导致电调衰减器的最大输出功率过小，这是实际使用双极电调衰减器时必须考虑的重要因素。除此之外，该双极电调衰减器使用了两个并联PI型PIN二极管电调衰减器，不仅浪费了器件并且增加了成本。

由于双极电调衰减器在通信与电磁兼容领域中广泛采用，直接关系着许多装置与设备的性能优越与否，而传统的双极电调衰减器插入损耗大且成本高，因此有必要研制一种双极性电调衰减器，克服现有方法的缺陷，减小插入损耗并降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双极PI型PIN二极管电调衰减器，利用传输线变压器、PIN二极管转换开关和绝对值电路，实现电调衰减器的双极变换，既减小了该电调衰减器的插入损耗，又减少了射频主路上PIN二极管的数量，既提高了系统性能又降低了成本。

一种双极PI型PIN二极管电调衰减器包括射频信号输入接口、传输线变压器、PIN二极管转换开关、单极PI型PIN二极管电调衰减器、射频信号输出接口、控制信号输入接口、开关驱动电路、绝对值变换电路、电调驱动电路、直流偏置电路；射频信号主通道依次由射频信号输入接口、传输线变压器、PIN二极管转换开关、单极PI型PIN二极管电调衰减器、射频信号输出接口串联而成；控制信号通过控制信号输入接口与开关驱动电路相连，开关驱动电路根据控制信号的正负控制PIN二极管转换开关的开通方式；控制信号通过控制信号输入接口与绝对值变换电路相连，将控制信号转变为正值；绝对值变换电路与电调驱动电路相连，驱动单极PI型PIN二极管电调衰减器，决定电调衰减器的衰减量；直流偏置电路与单极PI型PIN二极管电调衰减器相连接，提供直流工作点。

本发明的技术效果体现在：

(1)传输线变压器通过PIN二极管转换开关与单极PI型PIN二极管电调衰减器相连，根据控制信号的正负控制传输线变压器的输出极性，实现了单极PI型PIN二极管电调衰减器输入射频信号的双极性，巧妙的将单极PI型PIN二极管电调衰减器自适应转变为双极PI型PIN二极管电调衰减器，从而降低了射频主通路的最小插入损耗。

(2)PIN二极管转换开关各PIN二极管支路中加入了隔直电容，可实现PIN二极管正向导通时支路电流与反向截止电压的解耦控制，从而可根据需要灵活确定反向截止电压大小，进而提高该电调衰减器的最大功率输出能力。

(3)该双极PI型PIN二极管电调衰减器采用了绝对值变换电路，将并联双PI型电调衰减器简化为单PI型电调衰减器，减少了主要器件用量。

附图说明

图1是本发明的功能原理框图；

图2是本发明的射频信号主通道电气连接图；

图3为控制信号为正时PIN二极管转换开关等效电路图；

图4为控制信号为负时PIN二极管转换开关等效电路图；

图5是本发明的开关驱动电路；

图6是本发明的绝对值电路；

图7是本发明的电调驱动电路；

图8为PI型PIN二极管电调衰减器直流偏置与控制电路；

图9为PI型PIN二极管电调衰减器交流射频电路；

具体实施方式

图1为本发明实施例功能原理框图，一种双极PI型PIN二极管电调衰减器包括射频信号输入接口1、传输线变压器2、PIN二极管转换开关3、单极PI型PIN二极管电调衰减器4、射频信号输出接口5、控制信号输入接口6、开关驱动电路7、绝对值变换电路8、电调驱动电路9、直流偏置电路10；射频信号主通道依次由射频信号输入接口1、传输线变压器2、PIN二极管转换开关3、单极PI型PIN二极管电调衰减器4、射频信号输出接口5串联而成；控制信号通过控制信号输入接口6与开关驱动电路7相连，开关驱动电路7根据控制信号的正负控制PIN二极管转换开关3的开通方式；控制信号通过控制信号输入接口6与绝对值变换电路8相连，将控制信号转变为正值；绝对值变换电路8与电调驱动电路9相连，驱动单极PI型PIN二极管电调衰减器4，决定电调衰减器的衰减量；直流偏置电路10与单极PI型PIN二极管电调衰减器4相连接，提供直流工作点。

图2为本发明实施例射频信号主通道电气连接图。四个开关型PIN二极管D1_PIN、D2_PIN、D3_PIN和D4_PIN构成反并联桥式结构，并联结构一端接地，另一端通过电容C5接单极PI型PIN二极管电调衰减器。

当Port1端口开关驱动直流信号为正时，PIN二极管D1_PIN和D4_PIN截止，此时Port2端口开关驱动直流信号也为正，驱动信号通过L2、R2、D2_PIN和L5以及L3、R3和D3_PIN形成开通路径，其等效电路图如图3所示。当Port1端口开关驱动直流信号为负时，驱动信号通过L4、R4、D4_PIN和L5以及L1、R1和D1_PIN形成开通路径，此时Port2端口开关驱动直流信号也为负，PIN二极管D2_PIN和D3_PIN截止，其等效电路图如图4所示。因此，当Port1与Port2端口开关驱动直流信号为正时，PIN二极管D2_PIN和D3_PIN导通，传输线变压器输出上方端子与射频主路直通，而其下方端子与地连接；当Port1与Port2端口开关驱动直流信号为负时，PIN二极管D1_PIN和D4_PIN导通，传输线变压器输出下方端子与射频主路直通，而其上方端子与地连接；可见开关驱动信号的正负决定了传输线变压器输出到单极PI型PIN二极管电调衰减器的射频信号的极性。电容C1、C2、C3、和C4为各PIN二极管支路中加入的隔直电容，可实现PIN二极管正向导通时支路电流与反向截止电压的解耦控制，从而可根据需要灵活确定反向截止电压大小，进而提高该电调衰减器的最大功率输出能力；电感L1、L2、L3和L4通直流阻交流，电阻R1、R2、R3和R4为直流限流电阻。

图5为开关驱动电路，Port1和Port2分别对应图2中相同的标识端口，图中Control_0对应于图1中控制信号接口6处的输入控制信号。LM311N_1和LM311N_2为比较器，当控制信号为正时比较器输出负电源电压，此时D1和D2导通，Port1和Port2分别输出-5V和-15V电压信号；当控制信号为负时比较器输出正电源电压，此时D1和D2截止，晶体管Q1和Q2导通，Port1和Port2分别输出+15V和+5V电压信号。

图6为绝对值电路，当输入信号为正时，二极管D3和D4导通，输出电压与输入电压相等为正值；当输入信号为负时，二极管D3和D4截止，输出电压是输入电压的负值。因此，输出电压恒为正值，此时选择R19与R20的电阻值相同。

图7为电调驱动电路，TDA2030为音频功率放大器，如选择各电阻取值，使

则输出电流信号与输入电压信号的关系为I_L＝-(U_in/R₂₃)(R₂₂/R₂₁)。

图8为单极PI型PIN二极管电调衰减器直流偏置与控制电路。电调衰减器的直流偏置电路由+5V直流电源、电阻R5、R6、R7、R8、R9、D5_PIN和D6_PIN组成，电源通过R7、R6、R5给D5_PIN提供直流偏置电流，同时通过R7、R8、R9给D6_PIN提供直流偏置电流。单极PI型PIN电调衰减器的控制电路由电阻R5、R9、R10、D6_PIN和D8_PIN组成，控制信号通过R10、L6和R5给D6_PIN提供直流控制电流，同时通过R10、L6和R9给D8_PIN提供直流控制电流，调节D6_PIN和D8_PIN的射频电阻大小，达到单极PI型PIN二极管电调衰减器衰减量的目的。根据电路对称性，电阻R6和R8取值相等，电阻R5和R9取值相等，合理选择R6和R10的值可实现PI型PIN二极管电调衰减器的射频输入与输出的阻抗匹配。为减小PI型PIN二极管电调衰减器的插入损耗，电阻R5与R9的取值应较大，但也不应太大，过大的电阻值则要求保持相同控制精度时的控制电压大幅增加。如果对射频带宽要求不大时，可在R5和R9电阻支路中加入电感以减小插入损耗。

图9为PI型PIN二极管电调衰减器交流射频电路，在考虑射频电路时，合理选择各隔直电容的取值，则在分析射频电路时可认为隔直电容在射频信号通过时呈短路状态。因此，PI型PIN二极管电调衰减器主要由电阻R5、R9、D5_PIN、D6_PIN、D7_PIN和D8_PIN组成。如果输入输出匹配电阻为R0，同时考虑电调衰减器的对称性，令D5_PIN和D7_PIN的射频电阻为

D6_PIN和D8_PIN的射频电阻为

R5＝R9＝R59，则可得到衰减器的S参数为S11＝S22＝(Rb-R0)/(Rb+R0)，

其中

只要求得传输系数S12或S21，根据公式可得PIN二极管电调衰减器的衰减量为α＝20log(S12)。可见，PIN二极管电调衰减器的衰减量主要由四个电阻值R0、

R59决定。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种双极PI型PIN二极管电调衰减器，其特征在于：该电调衰减器包括射频信号输入接口、传输线变压器、PIN二极管转换开关、单极PI型PIN二极管电调衰减器、射频信号输出接口、控制信号输入接口、开关驱动电路、绝对值变换电路、电调驱动电路、直流偏置电路；射频信号主通道依次由射频信号输入接口、传输线变压器、PIN二极管转换开关、单极PI型PIN二极管电调衰减器、射频信号输出接口串联而成；控制信号通过开关驱动电路控制PIN二极管转换开关的开通方式，并通过绝对值变换电路与电调驱动电路相连，驱动单极PI型PIN二极管电调衰减器；直流偏置电路与单极PI型PIN二极管电调衰减器相连接，提供直流工作点。

2.根据权利要求1所述的电调衰减器，其特征在于：传输线变压器通过PIN二极管转换开关与单极PI型PIN二极管电调衰减器相连，根据控制信号的正负控制传输线变压器的输出极性，实现了单极PI型PIN二极管电调衰减器输入射频信号的双极性，将单极PI型PIN二极管电调衰减器自适应转变为双极PI型PIN二极管电调衰减器。

3.根据权利要求1所述的电调衰减器，其特征在于：在PIN二极管转换开关各PIN二极管支路中加入了隔直电容，实现了PIN二极管正向导通时支路电流与反向截止电压的解耦控制。

4.根据权利要求1所述的电调衰减器，其特征在于：采用了绝对值变换电路，将并联双PI型电调衰减器简化为单PI型电调衰减器。

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