本發(fā)明屬于電子電路技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于PIN電子開(kāi)關(guān)的短波天線調(diào)諧器。

背景技術(shù)：

天線調(diào)諧器(以下簡(jiǎn)稱天調(diào))是短波通信系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它是實(shí)現(xiàn)短波發(fā)射極與窄帶天線間的阻抗匹配，使發(fā)射極的功率最大限度地傳輸至天線。因受短波天調(diào)調(diào)諧時(shí)間的限制，短波通信中的很多業(yè)務(wù)都不能快速高效地進(jìn)行，所以提升天調(diào)調(diào)諧速度是一代代科研工作者努力的方向。

早期的天線調(diào)諧器是通過(guò)手搖或電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)等模擬方式調(diào)整電感或電容值實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，這種模擬調(diào)諧精度較高，一般不會(huì)有死點(diǎn)(不能匹配的頻率點(diǎn))，但其至命的缺點(diǎn)是調(diào)諧時(shí)間久，在幾秒甚至幾十秒，效率低，已被淘汰。

目前國(guó)內(nèi)外常用是數(shù)字式自動(dòng)天線調(diào)諧器，它是由多組以二進(jìn)制方式連續(xù)取值的離散電感或電容組成，如圖1所示，C_n＝2^(n-1)×C₁，L_m＝2^(m-1)×L₁,Cn和Lm的接入與否由CPU控制繼電器Kn和K(m+n)的閉合與斷開(kāi)。

繼電器因其低插損、高隔離度、耐高壓等優(yōu)勢(shì)，一直作為天調(diào)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)切換開(kāi)關(guān)，因整個(gè)過(guò)程均是由CPU根據(jù)調(diào)諧算法自動(dòng)控制繼電器動(dòng)作，使天調(diào)的調(diào)諧時(shí)間可以縮短至1-3秒內(nèi)。

但由于繼電器是通過(guò)機(jī)械吸合和斷開(kāi)方式，單次動(dòng)作時(shí)間一般大于10ms，這就限制了進(jìn)一頻提升調(diào)諧速度的可能。

PIN二極管因其在直流正-反偏壓下呈現(xiàn)近似導(dǎo)通或斷開(kāi)的阻抗特性，及快速切換(小于100ns)的特性，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于微波信號(hào)通道的切換。但因其功率容量及耐壓的限制，一直未被應(yīng)用于短波天調(diào)內(nèi)。

本發(fā)明使用多種耐高壓、低插損的PIN開(kāi)關(guān)二極管替代天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)中的部分繼電器，并為提高開(kāi)關(guān)二極管的隔離度、減少諧波對(duì)收信號(hào)的影響設(shè)計(jì)了相應(yīng)的外圍電路，大大縮短天調(diào)的調(diào)諧時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于PIN電子開(kāi)關(guān)的短波天線調(diào)諧器，用多種耐高壓、低插損的PIN開(kāi)關(guān)二極管替代原數(shù)字式自動(dòng)天線調(diào)諧器中的部分繼電器，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的外圍電路，提高開(kāi)關(guān)二極管的隔離度，減少諧波對(duì)收信號(hào)的影響，使天調(diào)在各頻率點(diǎn)的調(diào)諧時(shí)間縮短至200毫秒以內(nèi)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于PIN電子開(kāi)關(guān)的短波天線調(diào)諧器，包括主線路，多組以二進(jìn)制方式連續(xù)取值串聯(lián)于主線路上的離散電感Lm和并聯(lián)于主線路上的電容Cn，每個(gè)電容Cn串聯(lián)一個(gè)帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路，每個(gè)電感Lm并聯(lián)一個(gè)帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路；

所述帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路包括一個(gè)由兩個(gè)同樣型號(hào)的第一PIN二極管和第二PIN二極管負(fù)極串聯(lián)組成的單刀單置的電子開(kāi)關(guān)，所述第一PIN二極管和第二PIN二極管正極分別連接一個(gè)由電感和電容組成的第一LC低通濾波器一端，第一LC低通濾波器另一端加+5V的偏置電壓；

所述第一PIN二極管和第二PIN二極管的負(fù)極接入控制電路，控制第一PIN二極管和第二PIN二極管的導(dǎo)通和截止，所述控制電路包括有一個(gè)由電感和電容組成的第二LC低通濾波器，所述第二LC低通濾波器一端連接第一PIN二極管和第二PIN二極管的負(fù)極，另一端連接NPN三極管的集電極，所述NPN三極管的集電極另加+HV高壓，發(fā)射極接地，基極通入Kn_set信號(hào)；當(dāng)Kn_set信號(hào)為低電平時(shí)，第一PIN二極管和第二PIN二極管負(fù)極為+HV高壓，第一PIN二極管和第二PIN二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)Kn_set信號(hào)為高電平時(shí)，第一PIN二極管和第二PIN二極管負(fù)極與地短接，第一PIN二極管和第二PIN二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)；

串聯(lián)于電容Cn上的帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路中，第一PIN二極管的正極連接電容Cn，第二PIN二極管的正極連接主線路；

并聯(lián)于電感Lm上的帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路中，第一PIN二極管和第二PIN二極管的正極分別連接電感Lm兩端。

進(jìn)一步的，所述+HV高壓比射頻電壓高出2倍以上。保證足夠的冗余度。

進(jìn)一步的，所述第一LC低通濾波器與+5V的偏置電壓之間連接有用于限定PIN二極管偏置電流的電阻。

進(jìn)一步的，串聯(lián)于電容Cn上的帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路中的PIN二極管的型號(hào)和+HV高壓根據(jù)電容Cn的電容值設(shè)定；并聯(lián)于電感Lm上的帶有PIN電子開(kāi)關(guān)的電路中的PIN二極管的型號(hào)+HV高壓根據(jù)電感Lm的電感值設(shè)定。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明可以對(duì)短波天調(diào)的調(diào)諧速度有一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升，從原來(lái)的秒級(jí)提升至毫秒級(jí)，可以加快各業(yè)務(wù)信道間的快速切換，縮短通信業(yè)務(wù)中建鏈時(shí)間，提高短波通信的時(shí)效性。同時(shí)，因PIN開(kāi)關(guān)二極管相比繼電器體積小、可靠性高，可以縮小整個(gè)天調(diào)設(shè)備的體積，提高整機(jī)的可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1數(shù)字式自動(dòng)天線調(diào)諧器匹配網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖2 PIN電子開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路設(shè)計(jì)；

圖3 PIN電子開(kāi)關(guān)的并聯(lián)電路設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明主要包括兩種電路模式，一種是PIN電子開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路設(shè)計(jì)(如圖2所示)，另一種是PIN電子開(kāi)關(guān)的并聯(lián)電路設(shè)計(jì)(如圖3所示)。

PIN電子開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路設(shè)計(jì)用于替代串聯(lián)在并聯(lián)電容Cn(如圖1所示)上的Kn繼電器，如圖2所示，為提高PIN電子開(kāi)關(guān)的隔離度，選用兩個(gè)同樣型號(hào)的PIN二極管V2和V3組成一個(gè)單刀單置的電子開(kāi)關(guān)，V2和V3型號(hào)選擇由射頻功率大小及Cn容值大小決定，功率一定，Cn容值越大，導(dǎo)通時(shí)經(jīng)過(guò)V2和V3的電流越大；功率越大，要求V2和V3的反向擊穿電壓V_BR越高。在V2和V3的正極分別加+5V的偏置電壓，R1和R5用于限定PIN二極管的偏置電流，偏置電流越大，一般導(dǎo)通電阻越小，射頻損耗會(huì)越小，L1、C1和L3、C2分別組成一個(gè)LC低通濾波器，防止直流和射頻信號(hào)間相互串?dāng)_。在V2和V3的負(fù)極接入控制電路，控制V2和V3的導(dǎo)通和截止，當(dāng)Kn_set信號(hào)(TTL電平)為低電平時(shí)，V2和V3負(fù)極為+HV高壓(為保證足夠的冗余度，要求+HV高壓比射頻電壓高出2倍以上)，V2和V3處于截止?fàn)顟B(tài)(相對(duì)于射頻斷開(kāi)狀態(tài))；當(dāng)Kn_set信號(hào)為高電平時(shí)，V2和V3負(fù)極與地短接，V2和V3處于導(dǎo)通狀態(tài)。L2和C5原理同L1和C1。

PIN電子開(kāi)關(guān)的并聯(lián)電路設(shè)計(jì)用于替代并聯(lián)在串聯(lián)電感Lm(如圖1所示)上的K(n+m)繼電器上，如圖3所示，電路設(shè)計(jì)原理與PIN電子開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路設(shè)計(jì)相同，V4和V5組成一個(gè)單刀單置的電子開(kāi)關(guān)，主要區(qū)別在于V4和V5的選型及+HV高壓的設(shè)定，天調(diào)在最終匹配狀態(tài)時(shí)，LC網(wǎng)絡(luò)處于諧振狀態(tài)，Lm電感值越大，其兩端射頻電壓越高，比如對(duì)于100W的天調(diào)，在10MHz頻率點(diǎn)以上，4μH的串聯(lián)電感兩端的射頻電壓已超過(guò)3000V，所以要求V4和V5的反向擊穿電壓V_BR≥1500V，而這類PIN二極管國(guó)內(nèi)外都相當(dāng)少，所以需根據(jù)Lm不同電感值，選擇相應(yīng)的PIN二極管和+HV高壓值。

本發(fā)明可以對(duì)短波天調(diào)的調(diào)諧速度有一個(gè)數(shù)量級(jí)的提升，從原來(lái)的秒級(jí)提升至毫秒級(jí)，可以加快各業(yè)務(wù)信道間的快速切換，縮短通信業(yè)務(wù)中建鏈時(shí)間，提高短波通信的時(shí)效性。同時(shí)，因PIN開(kāi)關(guān)二極管相比繼電器體積小、可靠性高，可以縮小整個(gè)天調(diào)設(shè)備的體積，提高整機(jī)的可靠性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。