CN106788308A - Pin二极管与变容二极管结合型跳频滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，包括依次连接的匹配网络一、谐振电感一、开关电容阵列一、变容二级管组一、耦合器、变容二级管组二、开关电容阵列二、谐振电感二和匹配网络二；所述匹配网络一与射频输入端连接，匹配网络二与射频输出端连接；还包括变容二极管驱动电路，PIN二极管驱动电路，以及分别与变容二极管驱动电路和PIN二极管驱动电路连接的数字控制电路；开关电容阵列一和开关电容阵列二均由两组以上包括有电容的PIN二极管单元并联组成；变容二极管组一和变容二极管组二均通过变容二极管与***电路连接组成。本发降低了对PIN二极管单元电容的精度要求，避免需要挑选替换电容的问题。

Description

PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，更具体地说，涉及一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器。
背景技术
在谐振型带通滤波器的基础上，通过对谐振电感或电容的变化来更改带通滤波器的工作频率就是通常的可调谐带通滤波器。如果能快速改变调谐，就是常见定义的跳频滤波器。跳频滤波器因其可随工作频率变化同时良好抑制带外信号，因此在需要快速改变工作频率、适应复杂电磁环境的军用通信中得到广泛应用。
目前，跳频滤波器通常都是靠改变带通滤波器中的电容实现工作频率调谐，一般常见二种实现方式：一是使用变容二极管实现可调电容，这种形式可以尺寸小，但是因为使用变容二极管需要大的电压调节范围来实现可调电容的大范围变化，而电压低时自然功率能力弱，因此通常只能工作在几个dBm以下。二是通过PIN二极管作为开关电容实现调谐。通过改变PIN二极管种类、反压高低和散热形式等方式来实现大中小功率能力的跳频滤波器，因此使用更广泛。
目前最常用的PIN管型小跳频滤波器(1W不损坏，通常可工作到20dBm不压缩的类型)因为要求尺寸小，不仅造成PIN二极管开关电容组数少，而且对电容精度和两边对称电容的成对匹配性要求高，不然会调谐不到要求的频率或指标较差。因此常用的PIN管型小跳频滤波器需要预先挑选高精度配对电容，同时调试时还可能需要换补电容，使用这种PIN管型小跳频滤波器不仅降低了可靠性，而且也使得生产调试比较麻烦。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，该跳频滤波器采用PIN二极管与变容二极管结合的方式可实现在PIN二极管单元的电容容量存在偏差的情况下，通过变容二极管实现电容连续可调以补偿电容偏差，从而降低了对PIN二极管单元电容的精度要求，避免需要挑选替换电容的问题。本发明的另一目的提供一种可提高功率能力的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，分别与射频输入端和射频输出端连接，其特征在于：包括依次连接的匹配网络一、谐振电感一、开关电容阵列一、变容二级管组一、耦合器、变容二级管组二、开关电容阵列二、谐振电感二和匹配网络二；所述匹配网络一与射频输入端连接，匹配网络二与射频输出端连接；还包括变容二极管驱动电路，PIN二极管驱动电路，以及分别与变容二极管驱动电路和PIN二极管驱动电路连接的数字控制电路；所述变容二极管驱动电路分别与变容二级管组一和变容二级管组二连接；所述PIN二极管驱动电路分别与开关电容阵列一和开关电容阵列二连接；
所述开关电容阵列一和开关电容阵列二均由两组以上包括有电容的PIN二极管单元并联组成；所述变容二极管组一和变容二极管组二均通过变容二极管与***电路连接组成。
在上述方案中，本发明采用PIN二极管与变容二极管结合实现小跳频滤波器，其主要的电容部分采用开关电容阵列一和开关电容阵列二中两组以上的PIN二极管单元中的电容来实现，剩余的小电容(通常0.5-3pf)采用变容二极管组一和变容二极管组二中的变容二极管实现。在PIN二极管单元的电容容量存在偏差的情况下，变容二极管因为可以实现电容连续可调，因此可以补偿PIN二极管单元中电容的偏差，从而降低了对PIN二极管单元电容的精度要求，避免需要挑选替换电容的问题。
另外，变容二极管因为此时只需要实现小电容，所以只需要使用电压比较高的小电容范围，同时再选用高压的变容二极管，这样就大大提高变容二极管的功率能力。
具体地说，每组所述PIN二极管单元由PIN二极管、电容、电感和***电路连接组成。
或者，每组所述PIN二极管单元由双PIN二极管直流串联射频并联后，再通过电容和***电路连接组成；每个所述PIN二极管分别与用于分压并阻值高的电阻一并联。该方式的PIN二极管单元是需要两个馈电，每个PIN二极管分别与高阻值的电阻一并联是为了分压均匀。
所述变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。本发明的变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联，可进一步提升功率能力。串联方式使得射频电压被串联的变容二极管均分，这样每个变容二极管承受的射频电压会减半，功率能力提升为4倍；而背对背串联方式则通过相位相反抵消大大减弱了偶次失真。如果需要进一步提高功率还可以加多串联。采用以上方式后，功率能力可以达到PIN管型小跳频滤波器的功率能力，即1W不损坏，可工作到20dBm不压缩的类型。
本发明变容二级管背对背串联的方式如下：
第一种，所述变容二级管背对背串联是指：包括四个变容二极管，其中，每两个变容二极管并联后成为一组变容二极管单元，两组变容二极管单元再以背对背的方式串联；其中，两组变容二极管单元背对背的方式是指：一组变容二极管单元中每个变容二极管的负极与另一组变容二极管单元中每个变容二极管的负极相对设置。
第二种，所述变容二级管背对背串联是指：包括两个变容二极管，每个变容二极管以负极相对的方式串联。
第三种，所述变容二级管背对背串联是指：包括两个变容二极管，每个变容二极管以正极相对的方式串联。其中，第二种和第三种方式的馈电极性是不相同的。
第四种，所述变容二级管背对背串联是指：包括十二个变容二极管，其中，每三个变容二极管并联后成为一组变容二极管单元；在四组变容二极管单元中，每两组变容二极管单元串联后形成变容二极管阵列，两个变容二极管阵列再以背对背的方式串联；其中，两个变容二极管阵列背对背的方式是指：一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极与另一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极相对设置；
每组所述变容二极管单元分别与用于分压并阻值高的电阻二并联。
该方式中每组变容二极管单元分别与高阻值的电阻二并联是为了分压均匀。
所述匹配网络一和匹配网络二均为一个电感。本发明的匹配网络一和匹配网络二也可以采用低通等多种形式实现。
所述耦合器由三个电感以星型的形式连接组成；或者耦合器为一个电感；或者耦合器采用谐振电感通过电感耦合的方式实现。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器是采用PIN二极管与变容二极管结合的方式，可实现在PIN二极管单元的电容容量存在偏差的情况下，通过变容二极管实现电容连续可调以补偿电容偏差，从而降低了对PIN二极管单元电容的精度要求，避免需要挑选替换电容的问题。
2、本发明的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器可提高功率能力。
附图说明
图1是本发明PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器的示意图；
图2是本发明PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器的电路图；
图3是实施例二中每个PIN二极管单元的示意图；
图4是实施例三中变容二级管背对背串联形式是示意图；
图5是实施例四中变容二级管背对背串联形式是示意图；
图6是实施例五中变容二级管背对背串联形式是示意图；
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1和图2所示，本发明一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，分别与射频输入端和射频输出端连接，该跳频滤波器包括依次连接的匹配网络一、谐振电感一、开关电容阵列一、变容二级管组一、耦合器、变容二级管组二、开关电容阵列二、谐振电感二和匹配网络二；其中，匹配网络一与射频输入端连接，匹配网络二与射频输出端连接。
本发明跳频滤波器还包括变容二极管驱动电路，PIN二极管驱动电路，以及分别与变容二极管驱动电路和PIN二极管驱动电路连接的数字控制电路，其中，变容二极管驱动电路分别与变容二级管组一和变容二级管组二连接，述PIN二极管驱动电路分别与开关电容阵列一和开关电容阵列二连接；
该跳频滤波器的开关电容阵列一和开关电容阵列二均由两组包括有电容的PIN二极管单元并联组成，变容二极管组一和变容二极管组二均通过变容二极管与***电路连接组成。
其中，开关电容阵列一中每组PIN二极管单元由PIN二极管(VD1或VD2、电容(C1或C2)、电感(L4或L5)和***电路连接组成。开关电容阵列二中每组PIN二极管单元由PIN二极管(VD11或VD12、电容(C3或C4)、电感(L11或L12)和***电路连接组成。
而变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。具体地说，在变容二极管组一中，上述变容二级管背对背串联是指：包括四个变容二极管(VD3、VD4、VD5和VD6)，其中，两个变容二极管(VD3和VD4)并联后成为一组变容二极管单元，另外两个变容二极管(VD5和VD6)并联后成为另一组变容二极管单元，两组变容二极管单元再以背对背的方式串联。其中，两组变容二极管单元背对背的方式是指：一组变容二极管单元(包括有变容二极管VD3和变容二极管VD4)中每个变容二极管的负极与另一组变容二极管单元(包括有变容二极管VD5和变容二极管VD6)中每个变容二极管的负极相对设置。本发明的变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联，可进一步提升功率能力。串联方式使得射频电压被串联的变容二极管均分，这样每个变容二极管承受的射频电压会减半，功率能力提升为4倍；而背对背串联方式则通过相位相反抵消大大减弱了偶次失真。如果需要进一步提高功率还可以加多串联。采用以上方式后，功率能力可以达到PIN管型小跳频滤波器的功率能力，即1W不损坏，可工作到20dBm不压缩的类型。
本发明的匹配网络一为一个电感L1，匹配网络二为一个电感L15。而耦合器由三个电感(L7、L9和L8)以星型的形式连接组成。本实施例的耦合器可为一个电感；或者该耦合器采用谐振电感通过电感耦合的方式实现。
图2中的VC1、VC2、VC5和VC6是连接PIN开关驱动电路的输出，VC3和VC4是连接变容二极管驱动电路的输出。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处仅在于：开关电容阵列一和开关电容阵列二由两组以上包括有电容的PIN二极管单元并联组成。如图3所示，每组PIN二极管单元由双PIN二极管直流串联射频并联后，再通过电容和***电路连接组成，每个PIN二极管分别与用于分压并阻值高的电阻一并联。该方式的PIN二极管单元是需要两个馈电，每个PIN二极管分别与高阻值的电阻一并联是为了分压均匀。
本实施例的其它结构与实施例一一致。
实施例三
本实施例与实施例一不同之处仅在于：变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。其中，变容二级管背对背串联是指：如图4所示，包括两个变容二极管，每个变容二极管以负极相对的方式串联。
本实施例的其它结构与实施例一一致。
实施例四
本实施例与实施例一不同之处仅在于：变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。其中，变容二级管背对背串联是指：如图5所示，包括两个变容二极管，每个变容二极管以正极相对的方式串联。
本实施例的其它结构与实施例一一致。
实施例五
本实施例与实施例一不同之处仅在于：变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。其中，变容二级管背对背串联是指：变容二级管背对背串联是指：如图6所示，包括十二个变容二极管，其中，每三个变容二极管并联后成为一组变容二极管单元；在四组变容二极管单元中，每两组变容二极管单元串联后形成变容二极管阵列，两个变容二极管阵列再以背对背的方式串联；其中，两个变容二极管阵列背对背的方式是指：一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极与另一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极相对设置；
每组变容二极管单元分别与用于分压并阻值高的电阻二并联。该方式中每组变容二极管单元分别与高阻值的电阻二并联是为了分压均匀。
本实施例的其它结构与实施例一一致。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，分别与射频输入端和射频输出端连接，其特征在于：包括依次连接的匹配网络一、谐振电感一、开关电容阵列一、变容二级管组一、耦合器、变容二级管组二、开关电容阵列二、谐振电感二和匹配网络二；所述匹配网络一与射频输入端连接，匹配网络二与射频输出端连接；还包括变容二极管驱动电路，PIN二极管驱动电路，以及分别与变容二极管驱动电路和PIN二极管驱动电路连接的数字控制电路；所述变容二极管驱动电路分别与变容二级管组一和变容二级管组二连接；所述PIN二极管驱动电路分别与开关电容阵列一和开关电容阵列二连接；
所述开关电容阵列一和开关电容阵列二均由两组以上包括有电容的PIN二极管单元并联组成；所述变容二极管组一和变容二极管组二均通过变容二极管与***电路连接组成。
2.根据权利要求1所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：每组所述PIN二极管单元由PIN二极管、电容、电感和***电路连接组成。
3.根据权利要求1所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：每组所述PIN二极管单元由双PIN二极管直流串联射频并联后，再通过电容和***电路连接组成；每个所述PIN二极管分别与用于分压并阻值高的电阻一并联。
4.根据权利要求1所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述变容二极管组一和变容二极管组二均由变容二级管背对背串联后，再与***电路连接组成。
5.根据权利要求4所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述变容二级管背对背串联是指：包括四个变容二极管，其中，每两个变容二极管并联后成为一组变容二极管单元，两组变容二极管单元再以背对背的方式串联；其中，两组变容二极管单元背对背的方式是指：一组变容二极管单元中每个变容二极管的负极与另一组变容二极管单元中每个变容二极管的负极相对设置。
6.根据权利要求4所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述变容二级管背对背串联是指：包括两个变容二极管，每个变容二极管以负极相对的方式串联。
7.根据权利要求4所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述变容二级管背对背串联是指：包括两个变容二极管，每个变容二极管以正极相对的方式串联。
8.根据权利要求4所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述变容二级管背对背串联是指：包括十二个变容二极管，其中，每三个变容二极管并联后成为一组变容二极管单元；在四组变容二极管单元中，每两组变容二极管单元串联后形成变容二极管阵列，两个变容二极管阵列再以背对背的方式串联；其中，两个变容二极管阵列背对背的方式是指：一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极与另一个变容二极管阵列中每个变容二极管的负极相对设置；
每组所述变容二极管单元分别与用于分压并阻值高的电阻二并联。
9.根据权利要求1所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述匹配网络一和匹配网络二均为一个电感。
10.根据权利要求1所述的PIN二极管与变容二极管结合型跳频滤波器，其特征在于：所述耦合器由三个电感以星型的形式连接组成；或者耦合器为一个电感；或者耦合器采用谐振电感通过电感耦合的方式实现。
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