JP3839123B2 - Tunable frequency variable filter - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数ホッピング通信の送受信機に用いられ、ホッピング周波数に対応して同調周波数を高速に切替えられるように構成された同調周波数可変フィルタに関し、特に、その切替回路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周波数ホッピング通信機の送受信機に用いられている例えば20〜70MHzの高周波帯の同調周波数可変フィルタとして、ピンダイオード(PINダイオード)などのスイッチ素子により同調容量を切替えて同調周波数を変えるように構成したフィルタが実用されている。
【0003】
従来の同調周波数可変フィルタは、例えば、並列共振回路を構成する主同調回路に、容量値が互いに等しいかまたは異なる付加コンデンサとピンダイオードとの直列回路を複数個、並列に接続し、バイアス電流によって各並列アームのピンダイオードをオン/オフすることにより付加容量値を変えて同調周波数を変えるように構成されている。
【0004】
図3は従来の同調周波数可変フィルタの部分構成例図であり、n個の切替回路を有する1段の部分である。切替回路の数(n)は8個の場合が多く、フィルタとしては、2〜3段の縦続接続構成が多い。
図において、Z0 は等価的に主インダクタンスと主コンデンサの並列共振回路で構成された主同調回路であり、例えば、λ/4空胴共振器やヘリカル共振器などが用いられる。
C1 〜Cn は同調周波数を可変にするための付加コンデンサであり、ピンダイオードD11〜Dn1がオンのとき主同調回路Z0 に並列に付加され、同調周波数が変化する。
【0005】
L11〜Ln1はチョークコイルであり、バイアス電圧VB が印加されるとピンダイオードD11〜Dn1に直流が流れる。
C12〜Cn2は高周波バイパスコンデンサである。
VB は正または負のバイアス電圧であり、ピンダイオードD11〜Dn1をオン/オフする制御電圧である。
【0006】
図4は従来の切替回路の説明図であり、(A)は切替回路が1つのときの回路例図であり、(B)はそのピンダイオードD11がオンになったときのa点の電圧Va の特性例図である。
【0007】
この回路の動作原理について説明する。
図5はピンダイオードの等価回路を示す。(A)は逆バイアス時でスイッチはオフ状態、(B)は順方向電流を流しているオン状態を示す。ピンダイオードは理想スイッチとは異なり、完全なオン/オフとなっていないことがわかる。例えば、ピンダイオードがオフのときは等価容量Cp =1.5 pF、等価抵抗rp =1000kΩであり、オンのときは等価抵抗rs =0.2 Ωである。
【0008】
図4において、交流的に高いインピーダンスを有するチョークコイルL11を経てバイアス電圧VB がピンダイオードD11に与えられる。正のバイアス電圧のときは順方向の電流が流れピンダイオードD11は低抵抗rs を示す。また、負のバイアス電圧のときは、D11は高抵抗rp を示す。バイアス電圧VB の正負によりスイッチ素子D11のピンダイオードをオン/オフすることにより、コンデンサC1 の一端を接地させたり、開放したりする。
【0009】
ピンダイオードに正のバイアス電圧を印加して順方向の電流を流すと、ピンダイオードの抵抗値が小さくなり付加コンデンサC1 の一端がアースされ、付加コンデンサC1 は主同調回路である並列共振回路Z0 の付加容量として機能し同調周波数が下がる。
【0010】
また、逆バイアスを与えてピンダイオードをオフにすると、ピンダイオードの抵抗値が大きくなり、付加コンデンサC1 の一端が開放状態になり、付加容量として機能せず同調周波数は並列共振回路Z0 の共振周波数となる。
以上のような動作により、コンデンサ(容量値)を切替えて同調周波数を変えることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の同調周波数可変フィルタの問題点は、バイアス電圧VB の印加によってピンダイオードがオフになったとき、過度電流がコンデンサC1 に流れ、コンデンサC1 に電荷が溜まる。このため、次のような問題が生じる。
1)コンデンサC1 に−VB が印加された上に、フィルタに入力される交流電力に応じた電圧が共振回路Z0 に発生し、図4(B)のようにコンデンサC1 のa点には直流と交流が重畳された電圧が加わる。よって、ピンダイオードがオフになったときC1 に電荷が蓄積されるため、耐圧の大きいコンデンサが必要であり、高価である。
2)ピンダイオードD11がオフのときは、バイパスコンデンサC12と同調周波数可変用コンデンサC1 の合成容量に−VB が充電されている。よって、ピンダイオードD11がスイッチ動作するときの時定数は、合成容量に比例して大きくなり、この結果、切替時間がかかって切替速度が遅くなるという問題がある。
3)一般にコンデンサは、高圧の直流バイアスが加わると、電位差による物理的変化が起こり、わずかではあるが、コンデンサの容量値が変化する。この変化を起こす回路に交流信号が入力されると、相互変調歪の発生となり、特に、入力される高周波信号がディジタル変調方式の場合は、占有帯域を拡大することになり大きな問題となる。
【0012】
さらに、電位が一方に片寄って与えられている本回路の例では、同じコンデンサを使ったとしても、その発生度合いの量が顕著である。従来回路の場合、コンデンサC1 にバイアス電圧が加わり、それに高周波信号が重畳されるので、コンデンサC1 の容量値が変化して歪みが生じやすいという問題がある。
【0013】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、切替速度が速く、付加コンデンサC1 の耐圧が低く、相互変調歪に対して影響のないコンデンサ切替回路を備えた同調周波数可変フィルタを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の同調周波数可変フィルタは、主インダクタンスと主コンデンサの並列共振回路からなる主同調回路と、該主同調回路に並列に接続して同調周波数を変えるための複数の付加コンデンサと、該複数の付加コンデンサのそれぞれに直列接続されたピンダイオードと該ピンダイオードにバイアス電圧を印加するバイアス回路とからなる複数の直列回路によって構成された付加コンデンサ切替回路とが備えられ、前記バイアス電圧の極性を変えて前記ピンダイオードをオン/オフすることにより前記主同調回路に並列に接続する付加コンデンサによる付加容量を変化させて同調周波数を切替え変化させるように構成された同調周波数可変フィルタにおいて、
前記付加コンデンサ切替回路の前記直列回路のそれぞれは、前記付加コンデンサの一端は前記主同調回路の高電位側に接続され他端は前記ピンダイオードのカソード端子に接続され、該ピンダイオードのアノード端子はバイアス電圧印加端子に接続されるとともに交流的にバイパスコンデンサで接地され、前記付加コンデンサとピンダイオードとの接続点と接地との間にチョークコイルが接続されていることを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明では、従来切替回路のチョークコイルの一端を接地に接続し、ピンダイオードD11に直接バイアス電圧VB を印加するようにしたことにより、切替速度が速く、コンデンサの耐圧が低くてよく、歪みに対する影響の少ないコンデンサ切替回路を備えた同調周波数可変フィルタを実現することができる。
【0016】
図1は本発明の実施例を示す構成図であり、本発明の要部をなす切替回路を複数個用いた実施例である。この図ではフィルタの1段の部分を示したが、実際には複数段を縦続接続して用いられる。
図において、Z0 は主インダクタンス素子と主コンデンサの並列共振回路を構成する主同調回路である。C1 〜Cn は同調周波数可変用の付加コンデンサである。D11〜Dn1は付加コンデンサC1 〜Cn を接地に対してオン/オフするピンダイオードである。L11〜Ln1はチョークコイルである。C12〜Cn2はバイパスコンデンサである。VB はバイアス電圧であり、スイッチ素子D11〜Dn1をオン/オフする正/負の制御電圧である。
【0017】
本発明によるフィルタの同調周波数を変化させる動作原理は、制御電圧印加端子にそれぞれのバイアス電圧VB を与え、ピンダイオード(D11〜Dn1)をオン/オフすることにより、同調周波数可変用の付加コンデンサ(C1 〜Cn )をオン/オフして付加容量値を変えて同調周波数を変化させる。制御電圧VB のn個の印加端子を個々に組み合わせれば、同調周波数を2n 種類に変化させることができる。
【0018】
図2は図1の切替回路の説明図であり、(A)は切替回路が1つのときの回路例図であり、(B)はそのピンダイオードD11がオンになったときのa点の電圧Va の特性例図である。
VB に正のバイアスを印加しピンダイオードD11に所定の順方向電流を流すと、コンデンサC1 は接地され同調周波数が下がる。VB に負のバイアス電圧を印加すると、ピンダイオードD11に逆バイアス電圧がかかって高抵抗を示し、コンデンサC1 は開放状態となり同調周波数が上がる。
【0019】
ピンダイオードD11は、オン/オフに関わらず直流的にはC1 の両端とも接地されるため、従来回路のように、コンデンサC1 に直流電荷が蓄積されることがなく、このため、図2(B)に示すように、不要な過渡特性がなくなるため、切替速度が速く、コンデンサの耐圧は低くて済み、コンデンサの直流電圧印加による歪みの発生が少ない。
【0020】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明を実施することにより、次の効果が得られる。
(1)同調周波数可変用の付加コンデンサC1 の耐電圧が低くてよい。
(2)切替時間が短くなり切替速度が速くなる。
(3)相互変調歪の発生をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回路構成図である。
【図2】本発明の要部をなす切替回路例図である。
【図3】従来のフィルタ回路例図である。
【図4】従来の切替回路例図である。
【図5】ピンダイオードの等価回路図である。
【符号の説明】
Z0 主インダクタンス素子と主コンデンサの主同調回路
C1 〜Cn 同調周波数可変用付加コンデンサ
D11〜Dn1 ピンダイオード
C12〜Cn2 バイパスコンデンサ
L11 チョークコイル
VB バイアス制御電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tuning frequency variable filter that is used in a transmitter / receiver of frequency hopping communication and is configured to be able to switch a tuning frequency at a high speed corresponding to the hopping frequency, and more particularly to an improvement of the switching circuit.
[0002]
[Prior art]
As a tuning frequency variable filter of a high frequency band of, for example, 20 to 70 MHz used for a transceiver of a frequency hopping communication device, a tuning capacitor is switched by a switching element such as a pin diode (PIN diode) to change the tuning frequency. Filters are in practical use.
[0003]
In a conventional tuning frequency variable filter, for example, a plurality of series circuits of additional capacitors and pin diodes having the same or different capacitance values are connected in parallel to a main tuning circuit constituting a parallel resonant circuit, and a bias current is used. The tuning frequency is changed by changing the additional capacitance value by turning on / off the pin diode of each parallel arm.
[0004]
FIG. 3 is a diagram showing a partial configuration example of a conventional tuning frequency variable filter, which is a one-stage portion having n switching circuits. The number of switching circuits (n) is often eight, and the filter has many cascade connection configurations of two to three stages.
In the figure, Z 0 is a main tuning circuit equivalently composed of a parallel resonance circuit of a main inductance and a main capacitor. For example, a λ / 4 cavity resonator or a helical resonator is used.
C 1 to C n are additional capacitors for making the tuning frequency variable. When the pin diodes D 11 to D n1 are on, they are added in parallel to the main tuning circuit Z 0 , and the tuning frequency changes.
[0005]
L 11 to L n1 are choke coils, and when a bias voltage V B is applied, direct current flows through the pin diodes D 11 to D n1 .
C 12 to C n2 are high frequency bypass capacitors.
V B is a positive or negative bias voltage, and is a control voltage for turning on / off the pin diodes D 11 to D n1 .
[0006]
Figure 4 is an explanatory view of a conventional switching circuit, (A) is a circuit illustration of the switching circuit 1 Tsunotoki, (B) the voltage of a point when the pin diode D 11 is turned on it is a characteristic illustration of V a.
[0007]
The operation principle of this circuit will be described.
FIG. 5 shows an equivalent circuit of a pin diode. (A) is a reverse bias, the switch is in an OFF state, and (B) is an ON state in which a forward current flows. It can be seen that the pin diode is not completely turned on / off unlike the ideal switch. For example, when the pin diode is off, the equivalent capacitance C p = 1.5 pF and the equivalent resistance r p = 1000 kΩ, and when it is on, the equivalent resistance r s = 0.2 Ω.
[0008]
In FIG. 4, a bias voltage V B is applied to the pin diode D 11 through a choke coil L 11 having an alternating high impedance. When the bias voltage is positive, a forward current flows, and the pin diode D 11 has a low resistance r s . When the bias voltage is negative, D 11 indicates a high resistance r p . By turning on / off the pin diode of the switch element D 11 by positive / negative of the bias voltage V B , one end of the capacitor C 1 is grounded or opened.
[0009]
When a forward bias current is applied by applying a positive bias voltage to the pin diode, the resistance value of the pin diode decreases and one end of the additional capacitor C 1 is grounded. The additional capacitor C 1 is a parallel resonant circuit that is a main tuning circuit. It functions as an additional capacitor of Z 0 and the tuning frequency is lowered.
[0010]
Further, when a reverse bias is applied to turn off the pin diode, the resistance value of the pin diode increases, and one end of the additional capacitor C 1 is opened, so that it does not function as an additional capacitor and the tuning frequency is that of the parallel resonant circuit Z 0 . Resonant frequency.
By the operation as described above, the tuning frequency can be changed by switching the capacitor (capacitance value).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional tuning frequency variable problem of the filter when the pin diode by the application of the bias voltage V B is turned off, excessive current flows to the capacitor C 1, the charge is accumulated in the capacitor C 1. For this reason, the following problems arise.
1) In addition to -V B applied to the capacitor C 1 , a voltage corresponding to the AC power input to the filter is generated in the resonance circuit Z 0 , and the point a of the capacitor C 1 as shown in FIG. 4B. A voltage in which direct current and alternating current are superimposed is applied to. Therefore, since charges are accumulated in C 1 when the pin diode is turned off, a capacitor with a high withstand voltage is necessary and expensive.
2) when the pin diode D 11 is off, -V B is charged to the combined capacitance of the bypass capacitor C 12 tuning frequency varying capacitor C 1. Therefore, the time constant when the pin diode D 11 operates the switch increases in proportion to the combined capacitance, as a result, there is a problem that the switching speed becomes slow takes switching time.
3) Generally, when a high-voltage DC bias is applied to a capacitor, a physical change due to a potential difference occurs, and the capacitance value of the capacitor changes slightly. When an AC signal is input to a circuit that causes this change, intermodulation distortion is generated. In particular, when the input high-frequency signal is a digital modulation system, the occupied band is expanded, which is a serious problem.
[0012]
Furthermore, in the example of this circuit in which the potential is applied to one side, even if the same capacitor is used, the amount of occurrence is significant. In the case of the conventional circuit, since a bias voltage is applied to the capacitor C 1 and a high frequency signal is superimposed on the capacitor C 1 , there is a problem that the capacitance value of the capacitor C 1 changes and distortion is likely to occur.
[0013]
An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, fast switching speed, low breakdown voltage of the additional capacitor C 1, a tuning frequency variable filter comprising a capacitor switching circuit having no effect on the intermodulation distortion It is to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The tuning frequency variable filter of the present invention includes a main tuning circuit including a parallel resonance circuit of a main inductance and a main capacitor, a plurality of additional capacitors connected in parallel to the main tuning circuit to change a tuning frequency, and the plurality of capacitors. An additional capacitor switching circuit configured by a plurality of series circuits each including a pin diode connected in series to each of the additional capacitors and a bias circuit for applying a bias voltage to the pin diode; and changing the polarity of the bias voltage. In the tuning frequency variable filter configured to change the tuning frequency by changing the additional capacitance by the additional capacitor connected in parallel to the main tuning circuit by turning on and off the pin diode,
In each of the series circuits of the additional capacitor switching circuit, one end of the additional capacitor is connected to the high potential side of the main tuning circuit, the other end is connected to the cathode terminal of the pin diode, and the anode terminal of the pin diode is It is connected to a bias voltage application terminal and grounded by a bypass capacitor in an alternating manner, and a choke coil is connected between a connection point between the additional capacitor and the pin diode and the ground.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, by connecting one end of the choke coil of the conventional switching circuit to the ground and applying the bias voltage V B directly to the pin diode D 11 , the switching speed is fast and the withstand voltage of the capacitor may be low. A tuning frequency variable filter including a capacitor switching circuit having little influence on distortion can be realized.
[0016]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, which is an embodiment using a plurality of switching circuits forming the main part of the present invention. In this figure, the one-stage part of the filter is shown, but actually, a plurality of stages are connected in cascade.
In the figure, Z 0 is a main tuning circuit constituting a parallel resonance circuit of a main inductance element and a main capacitor. C 1 to C n are additional capacitors for tuning frequency adjustment. D 11 to D n1 are pin diodes that turn on / off the additional capacitors C 1 to C n with respect to the ground. L 11 to L n1 are choke coils. C 12 to C n2 are bypass capacitors. V B is a bias voltage, which is a positive / negative control voltage for turning on / off the switch elements D 11 to D n1 .
[0017]
The operation principle of changing the tuning frequency of the filter according to the present invention is that the bias voltage V B is applied to the control voltage application terminal, and the pin diodes (D 11 to D n1 ) are turned on / off to change the tuning frequency. The tuning frequency is changed by changing the additional capacitance value by turning on / off the additional capacitors (C 1 to C n ). If n application terminals of the control voltage V B are individually combined, the tuning frequency can be changed to 2 n types.
[0018]
2 is an explanatory diagram of the switching circuit of FIG. 1. FIG. 2A is a circuit example diagram when there is one switching circuit, and FIG. 2B is a diagram of the point a when the pin diode D 11 is turned on. it is a characteristic illustration of the voltage V a.
When a positive bias is applied to V B and a predetermined forward current is passed through the pin diode D 11 , the capacitor C 1 is grounded and the tuning frequency is lowered. When a negative bias voltage is applied to V B , a reverse bias voltage is applied to the pin diode D 11 to exhibit a high resistance, and the capacitor C 1 becomes open and the tuning frequency increases.
[0019]
Since the pin diode D 11 is grounded at both ends of C 1 regardless of whether it is on or off, DC charge is not accumulated in the capacitor C 1 unlike the conventional circuit. As shown in FIG. 2 (B), since unnecessary transient characteristics are eliminated, the switching speed is fast, the withstand voltage of the capacitor is low, and distortion due to application of a DC voltage to the capacitor is small.
[0020]
【The invention's effect】
As described above in detail, the following effects can be obtained by implementing the present invention.
(1) The withstand voltage of the additional capacitor C 1 for tuning frequency adjustment may be low.
(2) The switching time is shortened and the switching speed is increased.
(3) Generation of intermodulation distortion can be eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a switching circuit forming a main part of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional filter circuit.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a conventional switching circuit.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a pin diode.
[Explanation of symbols]
Z 0 main inductance element and main capacitor main tuning circuit C 1 to C n tuning frequency variable additional capacitor D 11 to D n1 pin diode C 12 to C n2 bypass capacitor L 11 choke coil V B bias control voltage
Claims (1)
前記付加コンデンサ切替回路の前記直列回路のそれぞれは、前記付加コンデンサの一端は前記主同調回路の高電位側に接続され他端は前記ピンダイオードのカソード端子に接続され、該ピンダイオードのアノード端子はバイアス電圧印加端子に接続されるとともに交流的にバイパスコンデンサで接地され、前記付加コンデンサとピンダイオードとの接続点と接地との間にチョークコイルが接続されていることを特徴とする同調周波数可変フィルタ。A main tuning circuit comprising a parallel resonance circuit of a main inductance and a main capacitor, a plurality of additional capacitors connected in parallel to the main tuning circuit to change the tuning frequency, and connected in series to each of the plurality of additional capacitors An additional capacitor switching circuit configured by a plurality of series circuits including a pin diode and a bias circuit for applying a bias voltage to the pin diode is provided, and the pin diode is turned on / off by changing the polarity of the bias voltage. In the tuning frequency variable filter configured to change the tuning frequency by changing the additional capacitance by the additional capacitor connected in parallel to the main tuning circuit,
In each of the series circuits of the additional capacitor switching circuit, one end of the additional capacitor is connected to the high potential side of the main tuning circuit, the other end is connected to the cathode terminal of the pin diode, and the anode terminal of the pin diode is A tuning frequency variable filter connected to a bias voltage application terminal and AC-grounded by a bypass capacitor, and a choke coil is connected between the connection point of the additional capacitor and the pin diode and the ground .
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