CN109495083B

CN109495083B - 双极性电调衰减器

Info

Publication number: CN109495083B
Application number: CN201811155132.6A
Authority: CN
Inventors: 李毅; 孟进; 何方敏; 赵治华; 葛松虎; 王青
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-09-30
Also published as: CN109495083A

Abstract

本发明提供了一种双极性电调衰减器，包括射频电路和控制电路；射频电路包括依次电连接的第一LC补偿电路、第一巴伦电路、第一阻抗变换电路、PIN二极管阵列电路、第二阻抗变换电路、第二巴伦电路和第二LC补偿电路；控制电路包括依次电连接的电压调理电路、电压再调理电路、第一电压到电流转换电路和第一分段线性拟合电路，其中电压调理电路的输出端经第二电压到电流转换电路和第二分段线性拟合电路电连接；PIN二极管阵列电路分别与第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路电连接；PIN二极管阵列电路采用四排PIN二极管阵列的结构；本发明具有应用频带宽、***损耗小、非线性失真小、动态范围大和控制特性逼近线性等特性。

Description

双极性电调衰减器

技术领域

本发明涉及信号处理与电磁兼容技术领域，具体涉及一种双极性电调衰减器。

背景技术

自适应辐射干扰对消技术是解决舰船等通信***收发天线共平台干扰的一种有效方法，其主要思想是采用等幅反相消除技术来主动抑制共址强干扰信号。基本原理是从作为干扰源的通信发射***的发射天线处提取一路参考信号，处理后输入到被干扰的通信接收***的接收天线与接收机之间，与接收天线直接接收到的干扰信号做等幅反相对消，使从而避免通过空间辐射耦合的干扰信号进入接收机，消除接收机的干扰，使收发***可以同时工作。该方法同样可用于解决多部收发机之间的相互干扰问题。

双极性电调衰减器是干扰对消***中的关键器件之一，其一般利用FET或PIN二极管的射频电阻随电压或电流的变化特性来实现对衰减量的控制。基于桥型结构的电调衰减器具有***损耗小，线性控制强等特点，但其设计结构复杂，衰减动态范围小。因此，有必要研制一种电调衰减器，克服现有方法的缺陷，在结构设计以及衰减动态范围进行优化。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种双极性电调衰减器，其具有应用频带宽、***损耗小、非线性失真小、动态范围大和控制特性逼近线性等特性。

本发明提供了一种双极性电调衰减器，其特征在于包括射频电路和控制电路；射频电路包括依次电连接的第一LC补偿电路、第一巴伦电路、第一阻抗变换电路、PIN二极管阵列电路、第二阻抗变换电路、第二巴伦电路和第二LC补偿电路；控制电路包括依次电连接的电压调理电路、电压再调理电路、第一电压到电流转换电路和第一分段线性拟合电路，其中电压调理电路的输出端经第二电压到电流转换电路和第二分段线性拟合电路电连接；PIN二极管阵列电路分别与第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路电连接；PIN二极管阵列电路采用四排PIN二极管阵列的结构；射频信号由射频输入端进入LC补偿电路，控制信号通过控制电压输入接口，一路经过电压调理电路与分段线性拟合电路，对PIN二极管阵列中的两排PIN二极管状态进行控制；另一路经过电压再调理后，通过分段线性拟合电路对另两排PIN二极管状态进行控制。

上述技术方案中，巴伦电路和阻抗变换器采用传输线变压器设计。

上述技术方案中，PIN二极管阵列电路每排PIN二极管分别采用N个二极管串联形成，第一排PIN二极管的末端二极管与第二排PIN二极管的首端二极管经第一电感串联，第三排PIN二极管的末端二极管与第四排PIN二极管的首端二极管经第二电感串联；每排PIN二极管的首端和尾端分别串联有一个电容；第一排和第四排PIN二极管的首端二极管经其对应的首端电容与第一阻抗变换电路一侧输出端电连接；第二排和第三排PIN二极管的首端二极管经其对应的首端电容与第一阻抗变换电路另一侧输出端电连接；第一排和第三排PIN二极管的末端二极管经其对应的末端电容与第二阻抗变换电路一侧输入端电连接；第二排和第四排PIN二极管的末端二极管经其对应的末端电容与第二阻抗变换电路另一侧输入端电连接；外部电源分别经电感电连接于第一排和第三排PIN二极管的首端二极管的阳极；第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路的输入端分别经电感电连接于第二排和第四排PIN二极管的末端二极管的阴极。

上述技术方案中，电压调理电路包括第一运算放大器，其负极输入端经电阻Ri2与输出端电连接，负极输入端经电阻Ri1接外部控制电压，正极输入端经电阻Ri4接输入电压VP1，正极输入端经电阻Ri3接地。

上述技术方案中，电压再调理电路包括第三运算放大器，其负极输入端经电阻RD6与输出端电连接，负极输入端经电阻RD5接电压调理电路输出端，正极输入端经电阻RD8接输入电压VP2，正极输入端经电阻RD7接地。

上述技术方案中，第一电压到电流转换电路包括第四运算放大器和场效应三极管N2；其负极输入端经电阻RD10与输出端电连接，负极输入端经电阻RD9接电压再调理电路输出端，正极输入端经电阻RD10接输入电压VP3，正极输入端经电阻RD11接地；其输出端与场效应三极管N2的栅极电连接；场效应三极管N2的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N2的源极与第一分段线性拟合电路电连接。

上述技术方案中，第二电压到电流转换电路包括第二运算放大器和场效应三极管N1；其负极输入端经电阻RD2与输出端电连接，负极输入端经电阻RD1接电压调理电路输出端，正极输入端经电阻RD4接输入电压VP3，正极输入端经电阻RD3接地；其输出端与场效应三极管N1的栅极电连接；场效应三极管N12的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N1的源极与第二分段线性拟合电路电连接。

上述技术方案中，第一分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N2的源极；上述二极管的阴极接地。

上述技术方案中，第二分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N1的源极；上述二极管的阴极接地。

本发明通过采用四排PIN二极管阵列的结构，实现了衰减动态范围大；每一排PIN二极管通过采用个数相同的多个PIN二极管串联的结构，实现了大功率容量。本发明的控制路上采用不同数量的二极管先串联再并联的方法，使控制曲线分段逼近理想的控制曲线。本发明通过传输线变压器和LC补偿电路可以使双极性电调衰减器内部特性阻抗匹配到端口的50欧姆特性阻抗。按照本发明的电调衰减器结构简单、布局对称、非线性失真小、功率容量大、适用频带宽等特点，因而尤其适用于宽带大功率自适应干扰对消***或类似的应用场合

附图说明

图1本发明的结构框图

图2本发明的射频电路实例

图3本发明的控制电路实例

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，提供了一种双极性电调衰减器，其特征在于包括射频电路和控制电路；射频电路包括依次电连接的第一LC补偿电路、第一巴伦电路、第一阻抗变换电路、PIN二极管阵列电路、第二阻抗变换电路、第二巴伦电路和第二LC补偿电路；控制电路包括依次电连接的电压调理电路、电压再调理电路、第一电压到电流转换电路和第一分段线性拟合电路，其中电压调理电路的输出端经第二电压到电流转换电路和第二分段线性拟合电路电连接；PIN二极管阵列电路分别与第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路电连接；PIN二极管阵列电路采用四排PIN二极管阵列的结构；射频信号由射频输入端进入LC补偿电路，控制信号通过控制电压输入接口，一路经过电压调理电路与第一分段线性拟合电路，对PIN二极管阵列中的两排PIN二极管状态进行控制；另一路经过电压再调理后，通过第二分段线性拟合电路对另两排PIN二极管状态进行控制。控制电路用于将控制信号转化为控制PIN二极管射频电阻变化的电流信号

如图2所示，RF1为射频信号的输入；串联电感Lm1与并联电容Cm1、Cm2优化输入端阻抗匹配，TLF1和TLF2均基于传输线变压器设计，分别为巴伦和阻抗变换器，分别实现电压平衡到不平衡转换和射频通路前后级的阻抗变换。

上述技术方案中，PIN二极管阵列电路每排PIN二极管分别采用N个二极管串联形成，第一排PIN二极管的末端二极管与第二排PIN二极管的首端二极管串联，第三排PIN二极管的末端二极管与第四排PIN二极管的首端二极管串联；每排PIN二极管的首端和尾端分别串联有一个电容；第一排和第四排PIN二极管的首端二极管与第一阻抗变换电路一侧输出端电连接；第二排和第三排PIN二极管的首端二极管与第一阻抗变换电路另一侧输出端电连接；第一排和第三排PIN二极管的末端二极管与第二阻抗变换电路一侧输入端电连接；第二排和第四排PIN二极管的末端二极管与第二阻抗变换电路另一侧输入端电连接；外部电源分别经电感电连接于第一排和第三排PIN二极管的首端二极管的阳极；第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路的输入端分别经电感电连接于第二排和第四排PIN二极管的末端二极管的阴极。PIN二极管阵列电路是双极性电调衰减器的核心，其中D11、D12、…、D1n共n个二极管和C1、C2电容组成第一排，D21、D22、…、D2n共n个二极管和C3、C4电容组成第二排，D31、D32、…、D3n共n个二极管和C5、C6电容组成第三排，D41、D42、…、D4n共n个二极管和C7、C8电容组成第四排；每排串联的电容用于隔离直流控制信号，电感L1、L3、L4、L6用于隔离射频信号，避免使射频信号分流，以及影响控制信号；电感L2、L5用于隔离直流串联的两***频信号，避免两***频信号互相影响；CP1、CP2用于电源滤波，及减小射频信号对控制信号的影响。

如图3所示，电压调理电路包括第一运算放大器，其负极输入端经电阻Ri2与输出端电连接，负极输入端经电阻Ri1接外部控制电压，正极输入端经电阻Ri4接输入电压VP1，正极输入端经电阻Ri3接地。电压再调理电路包括第三运算放大器，其负极输入端经电阻RD6与输出端电连接，负极输入端经电阻RD5接电压调理电路输出端，正极输入端经电阻RD8接输入电压VP2，正极输入端经电阻RD7接地。电压调理电路和电压再调理电路均是基于运算放大器线性运算电路，输入电压VP1、VP2是用于第一和第三抬高运算放大器的输出电压。电阻Ri1-Ri4、RD5-RD8依据需要选取。

上述技术方案中，第一电压到电流转换电路包括第四运算放大器和场效应三极管N2；其负极输入端经电阻RD10与输出端电连接，负极输入端经电阻RD9接电压再调理电路输出端，正极输入端经电阻RD10接输入电压VP3，正极输入端经电阻RD11接地；其输出端与场效应三极管N2的栅极电连接；场效应三极管N2的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N2的源极与第一分段线性拟合电路电连接。第二电压到电流转换电路包括第二运算放大器和场效应三极管N1；其负极输入端经电阻RD2与输出端电连接，负极输入端经电阻RD1接电压调理电路输出端，正极输入端经电阻RD4接输入电压VP3，正极输入端经电阻RD3接地；其输出端与场效应三极管N1的栅极电连接；场效应三极管N12的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N1的源极与第二分段线性拟合电路电连接。两个电压到电流转换电路用于将前级电压转换成需要的电流，它们的结构和电路参数一致，基于运算放大器线性运算电路和场效应三极管电路组成，运算放大器线性运算电路提供场效应管的栅源电压，栅源电压的变化控制场效应管漏源电流的变化，从而为射频电路中PIN二极管阵列提供变化的偏置电流，其中输入电压VP3用于抬高第二和第四运算放大器的输出电压。

上述技术方案中，第一分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N2的源极；上述二极管的阴极接地。，第二分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N1的源极；上述二极管的阴极接地。两个分段线性拟合电路用于将场效应管漏源电流调整成分段线性电流，实现射频电路更好的阻抗匹配、更低的非线性失真。第一和第二分段线性拟合电路均由多条并联支路组成，其中一条支路上只有电阻，另外的支路由电阻串联不同数量的二极管组成，用于分段改变电流随控制电压的变斜率。实施例中有4条并联支路，串联二极管的支路的二极管数量分别是1、2、3个。控制电路与射频电路的接口OUTA和OUTB，依据射频电路对双极性要求，可以交换。

值得注意的是，在不同的应用场合，采用不同的控制电路也能够实现双极性电调衰减器的控制。因而，按照上述双极性电调衰减器结构设计的衰减器，使用不同的控制电路，也应在本发明的保护范围之内。

此外，本发明的双极性电调衰减器除了运用于自适应辐射干扰对消技术领域之外，也能满足其它场合需求

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种双极性电调衰减器，其特征在于包括射频电路和控制电路；射频电路包括依次电连接的第一LC补偿电路、第一巴伦电路、第一阻抗变换电路、PIN二极管阵列电路、第二阻抗变换电路、第二巴伦电路和第二LC补偿电路；控制电路包括依次电连接的电压调理电路、电压再调理电路、第一电压到电流转换电路和第一分段线性拟合电路，其中电压调理电路的输出端经第二电压到电流转换电路和第二分段线性拟合电路电连接；PIN二极管阵列电路分别与第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路电连接；PIN二极管阵列电路采用四排PIN二极管阵列的结构；射频信号由射频输入端进入LC补偿电路，控制信号通过控制电压输入接口，一路经过电压调理电路与分段线性拟合电路，对PIN二极管阵列中的两排PIN二极管状态进行控制；另一路经过电压再调理后，通过分段线性拟合电路对另两排PIN二极管状态进行控制；

第一电压到电流转换电路包括第四运算放大器和场效应三极管N2；第四运算放大器的负极输入端经电阻RD10与第四运算放大器的输出端电连接，第四运算放大器的负极输入端经电阻RD9接电压再调理电路输出端，第四运算放大器的正极输入端经电阻RD10接输入电压VP3，第四运算放大器的正极输入端经电阻RD11接地；第四运算放大器的输出端与场效应三极管N2的栅极电连接；场效应三极管N2的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N2的源极与第一分段线性拟合电路电连接；

第二电压到电流转换电路包括第二运算放大器和场效应三极管N1；第二运算放大器的负极输入端经电阻RD2与第二运算放大器的输出端电连接，第二运算放大器的负极输入端经电阻RD1接电压调理电路输出端，第二运算放大器的正极输入端经电阻RD4接输入电压VP3，第二运算放大器的正极输入端经电阻RD3接地；第二运算放大器的输出端与场效应三极管N1的栅极电连接；场效应三极管N12的漏极与PIN二极管阵列电路的输出端电连接；场效应三极管N1的源极与第二分段线性拟合电路电连接。

2.根据权利要求1所述的双极性电调衰减器，其特征在于：巴伦电路和阻抗变换器采用传输线变压器设计。

3.根据权利要求1所述的双极性电调衰减器，其特征在于PIN二极管阵列电路每排PIN二极管分别采用N个二极管串联形成，第一排PIN二极管的末端二极管与第二排PIN二极管的首端二极管经第一电感串联，第三排PIN二极管的末端二极管与第四排PIN二极管的首端二极管经第二电感串联；每排PIN二极管的首端和尾端分别串联有一个电容；第一排和第四排PIN二极管的首端二极管经其对应的首端电容与第一阻抗变换电路一侧输出端电连接；第二排和第三排PIN二极管的首端二极管经其对应的首端电容与第一阻抗变换电路另一侧输出端电连接；第一排和第三排PIN二极管的末端二极管经其对应的末端电容与第二阻抗变换电路一侧输入端电连接；第二排和第四排PIN二极管的末端二极管经其对应的末端电容与第二阻抗变换电路另一侧输入端电连接；外部电源分别经电感电连接于第一排和第三排PIN二极管的首端二极管的阳极；第一电压到电流转换电路和第二电压到电流转换电路的输入端分别经电感电连接于第二排和第四排PIN二极管的末端二极管的阴极。

4.根据权利要求3所述的双极性电调衰减器，其特征在于电压调理电路包括，第一运算放大器的负极输入端经电阻Ri2与第一运算放大器的输出端电连接，第一运算放大器的负极输入端经电阻Ri1接外部控制电压，第一运算放大器的正极输入端经电阻Ri4接输入电压VP1，第一运算放大器的正极输入端经电阻Ri3接地。

5.根据权利要求4所述的双极性电调衰减器，其特征在于电压再调理电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的负极输入端经电阻RD6与第三运算放大器的输出端电连接，第三运算放大器负极输入端经电阻RD5接电压调理电路输出端，第三运算放大器的正极输入端经电阻RD8接输入电压VP2，第三运算放大器的正极输入端经电阻RD7接地。

6.根据权利要求4所述的双极性电调衰减器，其特征在于第一分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N2的源极；上述二极管的阴极接地。

7.根据权利要求2所述的双极性电调衰减器，其特征在于第二分段线性拟合电路包括M条并联支路，每条支路均设置有一个电阻，每个支路的电阻分别串联有0至M-1个二极管；上述二极管的阳极接效应三极管N1的源极；上述二极管的阴极接地。