CN112038736A - 一种射频滤波器以及射频控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种射频滤波器以及射频控制系统，通过采用推挽升压电路交替导通第一变压器原边两端的MOS管，在隔离变换中正激和反激中，可以调节占空比，提高电源效率，且直流输入较低时，可以忽略直通问题；由于改变PWM调制器的外部控制端的电流可以控制PWM波持续的时间长度，因此，本发明通过计数器用于记录PWM波开始和结束的时间，得出PWM波持续时间长度，根据计数器的计数结果调整PWM调制器的外部控制端的电流，进而调整PWM波持续的时间长度，从而实现精确控制脉冲时间的目的。

Description

一种射频滤波器以及射频控制系统
技术领域
本发明涉及无线电通信技术领域，尤其涉及一种射频滤波器以及射频控制系统。
背景技术
随着现代通讯系统的快速发展，无线电通信技术在各领域的应用也日益广泛。射频控制及检测作为通信设备的重要组成部分，主要功能是在设备处于开发阶段时的一种控制及检测系统，可以对产品进行一系列的控制及检测。射频滤波器是通信设备前端的重要部件，在投入使用时，需要对其进行检测。射频滤波器中设置有PIN二极管，由高压信号驱动。但是现有的高压产生电路产生的高压等级、输出精度和纹波系数等方面都有所欠缺，因此，为解决上述问题，本发明提供一种射频滤波器以及射频控制系统，通过优化射频滤波器的结构使其覆盖频段范围更宽，优化高压产生电路，使其产生的高压信号等级高、精度可控，以及纹波系数小。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种射频滤波器以及射频控制系统，通过优化射频滤波器的结构使其覆盖频段范围更宽，优化高压产生电路，使其产生的高压信号等级高、精度可控，以及纹波系数小。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种射频滤波器，包括：
腔体，其内部设置有第一容置空间和第二容置空间；
第一容置空间，设置有射频输入口和射频输出口；
第二容置空间，设置有第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔，第一谐振腔、第二谐振腔、三谐振腔和第四谐振腔分别对应四段频率范围不同的频带；
第一谐振腔、第二谐振腔、第三谐振腔和第四谐振腔内均设置有数字板和模拟板；
模拟板上设置有结构相同并且相互并联的开关二极管电路；
数字板上设置有高压驱动电路；所述高压驱动电路产生用于控制开关二极管电路接通与断开的驱动信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔均为矩形谐振腔，第四谐振腔为直角梯形谐振腔。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔中开关二极管电路包括十组并联的开关二极管电路；
第四谐振腔中开关二极管电路包括八组并联的开关二极管电路。
另一方面，本发明提供一种射频控制系统，其包括直流电源、高压电源和射频滤波器，射频滤波器采用上述的射频滤波器；
高压电源包括双变压器推挽升压电路、PWM调制器和高压反馈模块；
直流电源输出直流电压信号至双变压器推挽升压电路，双变压器推挽升压电路将该直流电压升压为0-500V的高压信号，并将该高压信号输送至射频滤波器的数字板上高压驱动电路的供电端，高压反馈模块采集双变压器推挽升压电路的高压信号，并将该高压信号反馈给PWM调制器，PWM调制器根据反馈信号调节输出至双变压器推挽升压电路的控制信号。
在以上技术方案的基础上，优选的，双变压器推挽升压电路包括第一变压器和两路结构相同的推挽升压电路；
直流电源输出直流电压信号至第一变压器中心抽头，PWM调制器的两个PWM输出端分别通过两路推挽升压电路与第一变压器原边的两端电性连接，第一变压器副边输出0-500V的高压信号，高压反馈模块采集第一变压器副边电流，并将该电流值输出至PWM调制器的反馈端。
在以上技术方案的基础上，优选的，推挽升压电路包括：MOS管Q5、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R11和电阻R9；
PWM调制器的PWM输出端通过电阻R11分别与NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极电性连接，NPN型三极管Q1的集电极与电源电性连接，NPN型三极管Q1的发射极分别与PNP型三极管Q2的发射极以及MOS管Q5的栅极电性连接，PNP型三极管Q2的集电极以及MOS管Q5的源极均接地，MOS管Q5的漏极与第一变压器原边的一端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括用于精确控制PWM波输出时间的计数器；
计数器与PWM调制器的外部控制端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括为射频控制系统提供工作电压的开关电源；
开关电源包括浪涌抑制电路、开关器件、第二变压器、整流滤波电路、频率采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器和开关管驱动电路；
直流电源通过依次串联的浪涌抑制电路、开关器件、第二变压器、整流滤波电路输出3.3V或5V电压，频率采样电路采集整流滤波电路输出信号的频率，并将该频率转换为电压，并将该频率对应的电压值与比较放大电路中的基准电压进行比较，V/F转换电路将比较放大电路输出的电压值转换为对应的频率值，该频率值经振荡器震荡输出至开关管驱动电路，开关管驱动电路控制开关器件导通或截止。
本发明的一种射频滤波器以及射频控制系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在腔体1中设置第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4，每个谐振腔分别对应30MHz～90MHz、90MHz～225MHz、225MHz～512MHz以及512MHz～678MHz频带，可以实现30MHz～678MHz的短波全波段要求，使得共址滤波器覆盖的频率范围宽；
(2)通过将第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3设置为矩形谐振腔，第四谐振腔12-4设置为直角梯形谐振腔，可以提高射频信号辐射功率；
(3)通过在第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3中设置十组开关二极管电路切换谐振电容实现跳频，在第四谐振腔12-4中设置八组开关二极管电路切换谐振电容实现跳频，可以实现快速跳频的目的；
(4)通过采用推挽升压电路交替导通第一变压器原边两端的MOS管，在隔离变换中正激和反激中，可以调节占空比，提高电源效率，且直流输入较低时，可以忽略直通问题；
(5)由于改变PWM调制器的外部控制端的电流可以控制PWM波持续的时间长度，因此，本发明通过计数器用于记录PWM波开始和结束的时间，得出PWM波持续时间长度，根据计数器的计数结果调整PWM调制器的外部控制端的电流，进而调整PWM波持续的时间长度，从而实现精确控制脉冲时间的目的；
(6)通过设置频率采样电路和比较放大电路，将整流滤波电路输出电压对应的频率信号与预设的频率值进行比较，比较放大电路输出的比较结果可以作为调节开关管驱动电路的控制信号，具体调节控制信号的频率和占空比；
(7)通过设置V/F转换电路将比较放大电路输出的直流电压转换频率与其数值成正比的频率信号，该频率信号输入至振荡器，振荡器根据该频率信号转换成频率相对应的方波信号，当整流滤波电路输出电压的变化，方波信号响应变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种射频滤波器隐藏盖板的正视图；
图2为本发明一种射频滤波器的等效电路图；
图3为本发明一种射频控制系统的结构图；
图4为本发明一种射频控制系统中推挽升压电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本发明的一种射频滤波器，其包括腔体1。
腔体1，由可拆卸底板、侧板和盖板固定连接成，其内部设置有第一容置空间11、第二容置空间12、第三容置空间13和第四容置空间14。
第一容置空间11，设置有射频输入口11-1和射频输出口11-2。射频输入信号通过射频输入口11-1进入射频滤波器，并选择性进入第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4中任一个谐振腔，通过开关二极管电路切换谐振腔的谐振电容实现跳频，射频输出信号通过射频输出口11-2输出射频滤波器。
第二容置空间12，如图1所示，设置有第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4，每个谐振腔构成一个谐振单元，第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4由三个可拆卸的隔板2分隔成；第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4分别对应四段频率范围不同的频带，第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4对应的频带分别是30MHz～90MHz、90MHz～225MHz、225MHz～512MHz以及512MHz～678MHz。第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2和第三谐振腔12-3均为矩形谐振腔，第四谐振腔12-4为直角梯形谐振腔。
第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4，用于使电磁场在其内持续振荡的金属空腔，在第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4内，电磁场可以在一系列频率下进行振荡。本实施例中第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4均可以等效为如图2所示的电路图，其中，电感L9为谐振电感L9；电感L14和电感L15分别为传输电感；电容C21和电容C22均为谐振电容；本实施例中，第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4都是采用双调谐串联谐振的方式实现谐振，双调谐串联谐振有两个谐振频率，同时吸收两个邻近频率的谐波，等效于两个并联的单调谐振滤波器；具体的，射频输入信号通过射频输入口11-1进入射频滤波器，并经过第一射频开关选择性进入第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4中任一个，射频输入信号通过传感电感L14进入谐振电感L9进行谐振，谐振电感L9的第二连接端子输出谐振后的射频输入信号，通过切换谐振电容C21的容值进而实现跳频；谐振后的射频信号通过电感L9的第三连接端子和谐振电容C22与PIN二极管D10的负极电性连接，通过切换谐振电容C21的容值进而实现跳频，电感L9的第四连接端子通过传输电感L15输出射频输出信号，该射频输出信号通过射频输出口11-2输出。图2中，D1和D2分别是高压驱动电路输出的控制信号。
本实施例中，第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4内部均设置有数字板和模拟板。
模拟板，设置有开关二极管电路；通过切换开关二极管电路可以切换第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4的谐振电容进而实现跳频。本实施例中，第一谐振腔12-4、第二谐振腔12-2和第三谐振腔12-3中开关二极管电路包括十组并联的开关二极管电路；第四谐振腔12-4中开关二极管电路包括八组并联的开关二极管电路。本实施例中，第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4均采用双调谐串联谐振的方式实现的带通滤波器；第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2和第三谐振腔12-3通过十组开关二极管电路分别切换第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2和第三谐振腔12-3等效的谐振电容实现跳频，第四谐振腔12-4通过八组开关二极管电路切换第四谐振腔12-4等效的谐振电容实现跳频，即谐振电容的容值状态有1024类，从1024个谐振频率点中选出插损较小、指标较好且频率连续的250个谐振频率点用以覆盖该段的频段范围。
数字板，设置有高压驱动电路；高压驱动电路产生用于控制开关二极管电路接通与断开的驱动信号。本实施例中，高压驱动电路可以采用现有技术。
本实施例的有益效果为：通过在腔体1中设置第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3和第四谐振腔12-4，每个谐振腔分别对应30MHz～90MHz、90MHz～225MHz、225MHz～512MHz以及512MHz～678MHz频带，可以实现30MHz～678MHz的短波全波段要求，使得共址滤波器覆盖的频率范围宽；
通过将第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3设置为矩形谐振腔，第四谐振腔12-4设置为直角梯形谐振腔，可以提高射频信号辐射功率；
通过在第一谐振腔12-1、第二谐振腔12-2、第三谐振腔12-3中设置十组开关二极管电路切换谐振电容实现跳频，在第四谐振腔12-4中设置八组开关二极管电路切换谐振电容实现跳频，可以实现快速跳频的目的。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例提供为射频滤波器中高压驱动电路提供高压的高压产生电路，其包括直流电源、高压电源和计数器。
直流电源，输出稳定的18V电压，并且该18V电压分别作为高压电源和开关电源的输入电压。本实施例的直流电源可采用现有技术，在此不再累述。
高压电源，将18V电压转变为0-+500V高压，并且高压电源的稳定性好，可以克服零点漂移的问题。本实施例中，如图3所示，高压电源包括双变压器推挽升压电路、PWM调制器和高压反馈模块。
双变压器推挽升压电路，用于将18V直流电压升压为0-500V的高压信号。本实施例中，双变压器推挽升压电路包括第一变压器和两路结构相同的推挽升压电路；直流电源输出直流电压信号至第一变压器中心抽头，PWM调制器的两个PWM输出端分别通过两路推挽升压电路与第一变压器原边的两端电性连接，第一变压器副边输出0-500V的高压信号，高压反馈模块采集第一变压器副边电流，并将该电流值输出至PWM调制器的反馈端。
优选的，本实施例中，如图4所示，推挽升压电路包括：MOS管Q5、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R11和电阻R9；具体的，PWM调制器的PWM输出端通过电阻R11分别与NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极电性连接，NPN型三极管Q1的集电极与电源电性连接，NPN型三极管Q1的发射极分别与PNP型三极管Q2的发射极以及MOS管Q5的栅极电性连接，PNP型三极管Q2的集电极以及MOS管Q5的源极均接地，MOS管Q5的漏极与第一变压器原边的一端电性连接。推挽升压电路的工作原理为：NPN型三极管Q1和PNP型三极管Q2交替导通和截止，形成推拉式工作方式。具体为：NPN型三极管Q1导通，PNP型三极管Q2截止时，电源电压加载在第一变压器原边的上半部分；NPN型三极管Q1截止，PNP型三极管Q2导通时，电源电压加载在第一变压器原边的下半部分。
PWM调制器，用于输出控制两组推挽升压电路中MOS管交替导通和截止的PWM波，并根据高压反馈模块的反馈信号调节输出的PWM波的频率和脉宽，实现对PWM波的精准控制。本实施例中，PWM调制器选用SG3525调制器。
高压反馈模块，用于采集第一变压器副边电压，并将该电压值反馈至PWM调制器的反馈端。高压反馈模块可以采用现有技术，因此，在此不再累述。
计数器，用于精确控制PWM波输出时间。本实施例中，计数器与PWM调制器的外部控制端电性连接。由于改变PWM调制器的外部控制端的电流可以控制PWM波持续的时间长度，因此，本实施例通过计数器用于记录PWM波开始和结束的时间，得出PWM波持续时间长度，根据计数器的计数结果调整PWM调制器的外部控制端的电流，进而调整PWM波持续的时间长度，从而实现精确控制脉冲时间的目的。
本实施例的工作原理为：直流电源输出稳定的18V电压，并输出至第一变压器原边的中心抽头，两路推挽升压电路受PWM调制器控制交替导通并联在第一变压器原边两端的MOS管，使得第一变压器原边的直流变换成交流，第一变压器将该交流变换成500V的高压信号，高压反馈模块采集该高压信号，并反馈给PWM调制器，PWM调制器根据反馈信号调节输出至双变压器推挽升压电路的控制信号，即可实现对PWM波的频率和脉宽调节功能，同时，利用计数器的计时功能对脉冲时间的精确控制。
本实施例的有益效果为：通过采用推挽升压电路交替导通第一变压器原边两端的MOS管，在隔离变换中正激和反激中，可以调节占空比，提高电源效率，且直流输入较低时，可以忽略直通问题；
由于改变PWM调制器的外部控制端的电流可以控制PWM波持续的时间长度，因此，本实施例通过计数器用于记录PWM波开始和结束的时间，得出PWM波持续时间长度，根据计数器的计数结果调整PWM调制器的外部控制端的电流，进而调整PWM波持续的时间长度，从而实现精确控制脉冲时间的目的。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例提供一种适用于射频控制系统的开关电源，其包括浪涌抑制电路、开关器件、第二变压器、整流滤波电路、频率采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器和开关管驱动电路。
浪涌抑制电路，对直流电源输出的18V电压进行滤波、浪涌抑制和整流处理。可以采用现有技术实现，在此不再累述。
开关器件，用于传输能量，其受开关管驱动电路的控制。本实施例中，开关器件可以采用MOS管。
第二变压器，进行隔离与降压处理。
整流滤波电路，对第二变压器输出的电压进行整流和滤波处理，可以采用现有技术实现。
频率采样电路，采集整流滤波电路输出电压的频率，并将该频率转换为对应的电压值。可以采用现有技术实现，在此不再累述。
比较放大电路，将频率采样电路采集的频率对应的电压值与比较放大电路中的基准电压进行比较，并将比较值输出至V/F转换电路。比较放大电路可以采用现有技术，在此不再累述。
V/F转换电路，将比较放大电路输出的直流电压转换频率与其数值成正比的频率信号。当其输入的电压变化时，V/F转换电路输出的频率也响应变化。
振荡器，用于产生重复的方波信号，并通过该方波信号控制开关管驱动电路，由开关管驱动电路控制开关器件的导通和截止。振荡器可以采用现有技术实现，在此不再累述。
开关管驱动电路，受振荡器输出的方波信号控制，并根据方波信号控制开关器件的导通和截止。开关管驱动电路可以采用现有技术实现，在此不再累述。
本实施例的有益效果为：通过设置频率采样电路和比较放大电路，将整流滤波电路输出电压对应的频率信号与预设的频率值进行比较，比较放大电路输出的比较结果可以作为调节开关管驱动电路的控制信号，具体调节控制信号的频率和占空比；
通过设置V/F转换电路将比较放大电路输出的直流电压转换频率与其数值成正比的频率信号，该频率信号输入至振荡器，振荡器根据该频率信号转换成频率相对应的方波信号，当整流滤波电路输出电压的变化，方波信号响应变化。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种射频滤波器，其特征在于，包括：
腔体(1)，其内部设置有第一容置空间(11)和第二容置空间(12)；
第一容置空间(11)，设置有射频输入口(11-1)和射频输出口(11-2)；
第二容置空间(12)，设置有第一谐振腔(12-1)、第二谐振腔(12-2)、第三谐振腔(12-3)和第四谐振腔(12-4)，第一谐振腔(12-1)、第二谐振腔(12-2)、三谐振腔(12-3)和第四谐振腔(12-4)分别对应四段频率范围不同的频带；
所述第一谐振腔(12-1)、第二谐振腔(12-2)、第三谐振腔(12-3)和第四谐振腔(12-4)内均设置有数字板和模拟板；
所述模拟板上设置有结构相同并且相互并联的开关二极管电路；
所述数字板上设置有高压驱动电路；所述高压驱动电路产生用于控制开关二极管电路接通与断开的驱动信号。
2.如权利要求1所述的一种射频滤波器，其特征在于：所述第一谐振腔(12-1)、第二谐振腔(12-2)和第三谐振腔(12-3)均为矩形谐振腔，第四谐振腔(12-4)为直角梯形谐振腔。
3.如权利要求1所述的一种射频滤波器，其特征在于：所述第一谐振腔(12-1)、第二谐振腔(12-2)和第三谐振腔(12-3)中开关二极管电路包括十组并联的开关二极管电路；
所述第四谐振腔(12-4)中开关二极管电路包括八组并联的开关二极管电路。
4.一种射频控制系统，其包括直流电源、高压电源和射频滤波器，其特征在于：所述射频滤波器采用权利要求1所述的射频滤波器；
所述高压电源包括双变压器推挽升压电路、PWM调制器和高压反馈模块；
所述直流电源输出直流电压信号至双变压器推挽升压电路，双变压器推挽升压电路将该直流电压升压为0-500V的高压信号，并将该高压信号输送至射频滤波器的数字板上高压驱动电路的供电端，高压反馈模块采集双变压器推挽升压电路的高压信号，并将该高压信号反馈给PWM调制器，PWM调制器根据反馈信号调节输出至双变压器推挽升压电路的控制信号。
5.如权利要求4所述的一种射频控制系统，其特征在于：所述双变压器推挽升压电路包括第一变压器和两路结构相同的推挽升压电路；
所述直流电源输出直流电压信号至第一变压器中心抽头，PWM调制器的两个PWM输出端分别通过两路推挽升压电路与第一变压器原边的两端电性连接，第一变压器副边输出0-500V的高压信号，高压反馈模块采集第一变压器副边电流，并将该电流值输出至PWM调制器的反馈端。
6.如权利要求5所述的一种射频控制系统，其特征在于：所述推挽升压电路包括：MOS管Q5、NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、电阻R11和电阻R9；
所述PWM调制器的PWM输出端通过电阻R11分别与NPN型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极电性连接，NPN型三极管Q1的集电极与电源电性连接，NPN型三极管Q1的发射极分别与PNP型三极管Q2的发射极以及MOS管Q5的栅极电性连接，PNP型三极管Q2的集电极以及MOS管Q5的源极均接地，MOS管Q5的漏极与第一变压器原边的一端电性连接。
7.如权利要求4所述的一种射频控制系统，其特征在于：还包括用于精确控制PWM波输出时间的计数器；
所述计数器与PWM调制器的外部控制端电性连接。
8.如权利要求4所述的一种射频控制系统，其特征在于：还包括为射频控制系统提供工作电压的开关电源；
所述开关电源包括浪涌抑制电路、开关器件、第二变压器、整流滤波电路、频率采样电路、比较放大电路、V/F转换电路、振荡器和开关管驱动电路；
所述直流电源通过依次串联的浪涌抑制电路、开关器件、第二变压器、整流滤波电路输出3.3V或5V电压，频率采样电路采集整流滤波电路输出信号的频率，并将该频率转换为电压，并将该频率对应的电压值与比较放大电路中的基准电压进行比较，V/F转换电路将比较放大电路输出的电压值转换为对应的频率值，该频率值经振荡器震荡输出至开关管驱动电路，开关管驱动电路控制开关器件导通或截止。
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