一种基于PIN二极管的低损耗电子式天线开关

一种基于pin二极管的低损耗电子式天线开关
技术领域
1.本发明涉及无线通信技术领域，具体的说，涉及一种基于pin二极管的低损耗电子式天线开关。


背景技术：

2.许多无线电爱好者和电视业余爱好者往往希望有一种能够从一个天线转换到另一个天线的简单方法。
3.通常的办法是采用插头和插座装置，但用于转换天线的无损耗开关并不像所说的那样简单，比如机械开关所引起的能量损耗在比较低的频率上（中波和短波），这种损耗并不严重，但是在甚高频（vhf）和特高频（uhf）频段，这种损耗便成为严重的问题。
4.即使如此，天线信号切换最直观而又最容易的方法，仍是使用图1所示的开关s1，s1可以为普通的机械开关，也可以为常见的电子开关如cd4066，这时开关s1的高频损耗不可忽视，图1中，j1、j2、j3、j4为输入连接器，j5为输出连接器，u1、u2、u3、u4为输入的高频信号，u0为输出的高频信号。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于pin二极管的低损耗电子式天线开关，本发明能完成不同高频信号的切换，损耗低，工作可靠，降低噪声，避免各路高频信号相互串话或干扰。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于pin二极管的低损耗电子式天线开关，包括若干个pin二极管、若干个输入连接器、输出连接器和电源单元，各个pin二极管和各个输入连接器分别一一对应，各个pin二极管的正极分别通过第一隔直电容与对应的各个输入连接器连接，各个pin二极管的负极并联并通过第二隔直电容与输出连接器连接，电源单元的正极通过单刀多掷开关连接有若干个正向偏置电流电路，各个正向偏置电流电路的另一端分别与各个pin二极管的正极一一对应连接，其中一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通，使对应的pin二极管导通，实现某一高频信号通过对应的输入连接器输入到对应的第一隔直电容，该高频信号通过对应的第一隔直电容后流经上述导通的pin二极管，再通过第二隔直电容后由输出连接器输出。
7.正向偏置电流电路包括发光二极管、接地电阻、第一去耦电容和第一扼流圈，发光二极管的正极通过单刀多掷开关与电源单元的正极连接，发光二极管的负极分别与接地电阻、第一去耦电容和第一扼流圈的一端并联连接，接地电阻和第一去耦电容的另一端均接地。
8.本发明还包括第二扼流圈、限流电阻和第二去耦电容，第二扼流圈的一端与各个pin二极管的负极并联连接，第二扼流圈的另一端分别与限流电阻和第二去耦电容的一端并联连接，限流电阻和第二去耦电容的另一端均接地。
9.输入连接器和输出连接器外层设置有接地的屏蔽层，输入连接器的输入阻抗和输
出连接器的输出阻抗均为50～75ω，各个输入连接器之间的隔离不小于30分贝。
10.第一扼流圈和第二扼流圈均使用线径为0.3mm的铜漆包线在铁氧体磁环上绕制而成。
11.本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明采用pin二极管来代替传统的机械开关或常见的电子开关完成不同高频信号的切换，有效克服了传统的机械开关或常见的电子开关在高频时损耗很高的缺陷；这是由于pin二极管是一种特殊的开关二极管，它最重要的性质是具有非常低的自身电容，而且在高频时pin二极管实际上呈纯阻性，通过借助直流电流，即所谓正向偏置电流，可以使pin二极管电阻值在1ω～10000ω之间改变，如图2所示，这样pin二极管的电阻值在一个很宽的电流值范围内是线性变化的，因此，通过改变pin二极管的正向偏置电流，便可使pin二极管用于高频信号衰减、均衡、甚至调幅；本发明中的电子式天线开关即利用pin二极管的特性，将pin二极管用作高频开关，如图3所示，当开关s1闭合时，电流源通过开关s1产生正向偏置电流i，pin二极管d1导通，高频信号ui便通过pin二极管d1后输出高频信号u0，开关s1断开时，正向偏置电流消失，pin二极管d1也断开；本发明将多个pin二极管分别与多个输入连接器一一对应并通过第一隔直电容连接，电源单元通过单刀多掷开关和各个正向偏置电流电路分别给各个pin二极管提供正向偏置电流，其中一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通，使对应的pin二极管导通，实现某一高频信号通过对应的输入连接器输入到对应的第一隔直电容，该高频信号通过对应的第一隔直电容后流经上述导通的pin二极管，再通过第二隔直电容后由输出连接器输出，进而实现多个天线之间的切换，损耗低。
12.当一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通时，则对应的一个发光二极管便与电源单元串接，从而该发光二极管迅速指示对应的天线被接通；正向偏置电流便首先流过该发光二极管，然后经对应的第一扼流圈流经对应的pin二极管，最后经第二扼流圈和限流电阻接地，限流电阻决定上述正向偏置电流的值，使正向偏置电流足以保证对应的pin二极管可靠地开关和对应的发光二极管达到满意的亮度。
13.第一隔直电容和第二隔直电容分别用于防止高频信号的输入和输出端出现直流电压，保证工作可靠。第一扼流圈和第二扼流圈用于防止高频信号通过电源线泄露到地，第一去耦电容和第二去耦电容用于消除电源线对高频信号的影响，可以提供较稳定的电源，同时也可以降低其自身元件耦合到电源端的噪声，间接可以减少其他元件受噪声的影响。
14.接地电阻保证了未投入使用pin二极管正极接地，避免各路高频信号相互串话或干扰，使得各个天线的信号不可能混合。
附图说明
15.图1是现有技术中利用机械开关实现高频信号的切换电路图。
16.图2是pin二极管的电阻值与正向偏置电流的电流值之间线性关系图。
17.图3是pin二极管作为开关进行导通、断开的工作条件示意图。
18.图4是本发明的整体电路示意图。
具体实施方式
19.以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
20.图4中：d1、d2、d3、d4为pin二极管，d5、d6、d7、d8为发光二极管，s1为单刀多掷开关，12v为电源单元，u1、u2、u3、u4为输入的高频信号，u0为输出的高频信号，j1、j2、j3、j4为输入连接器，j5为输出连接器，l1、l2、l3、l4为第一扼流圈，l5为第二扼流圈，c1、c2、c3、c4为第一隔直电容，c9为第二隔直电容，c5、c6、c7、c8为第一去耦电容，c11为第二去耦电容，r1为限流电阻，r2、r3、r4、r5为接地电阻。
21.如图4所示，一种基于pin二极管的低损耗电子式天线开关，包括若干个pin二极管、若干个输入连接器、输出连接器和电源单元，各个pin二极管和各个输入连接器分别一一对应，各个pin二极管的正极分别通过第一隔直电容与对应的各个输入连接器连接，各个pin二极管的负极并联并通过第二隔直电容与输出连接器连接，电源单元的正极通过单刀多掷开关连接有若干个正向偏置电流电路，各个正向偏置电流电路的另一端分别与各个pin二极管的正极一一对应连接，其中一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通，使对应的pin二极管导通，实现某一高频信号通过对应的输入连接器输入到对应的第一隔直电容，该高频信号通过对应的第一隔直电容后流经上述导通的pin二极管，再通过第二隔直电容后由输出连接器输出。
22.正向偏置电流电路包括发光二极管、接地电阻、第一去耦电容和第一扼流圈，发光二极管的正极通过单刀多掷开关与电源单元的正极连接，发光二极管的负极分别与接地电阻、第一去耦电容和第一扼流圈的一端并联连接，接地电阻和第一去耦电容的另一端均接地。
23.本发明还包括第二扼流圈、限流电阻和第二去耦电容，第二扼流圈的一端与各个pin二极管的负极并联连接，第二扼流圈的另一端分别与限流电阻和第二去耦电容的一端并联连接，限流电阻和第二去耦电容的另一端均接地。
24.输入连接器和输出连接器外层设置有接地的屏蔽层，输入连接器的输入阻抗和输出连接器的输出阻抗均为50～75ω，各个输入连接器之间的隔离不小于30分贝。
25.第一扼流圈和第二扼流圈均使用线径为0.3mm的铜漆包线在铁氧体磁环上绕制而成。对于特高频信号输入，铜漆包线在铁氧体磁环上绕2圈就够；对于甚高频信号输入，铜漆包线在铁氧体磁环上可以绕5圈。
26.本发明采用pin二极管来代替传统的机械开关或常见的电子开关完成不同高频信号的切换，有效克服了传统的机械开关或常见的电子开关在高频时损耗很高的缺陷；这是由于pin二极管是一种特殊的开关二极管，它最重要的性质是具有非常低的自身电容，而且在高频时pin二极管实际上呈纯阻性，通过借助直流电流，即所谓正向偏置电流，可以使pin二极管电阻值在1ω～10000ω之间改变，如图2所示，这样pin二极管的电阻值在一个很宽的电流值范围内是线性变化的，因此，通过改变pin二极管的正向偏置电流，便可使pin二极管用于高频信号衰减、均衡、甚至调幅；本发明中的电子式天线开关即利用pin二极管的特性，将pin二极管用作高频开关，如图3所示，当开关s1闭合时，电流源通过开关s1产生正向偏置电流i，pin二极管d1导通，高频信号ui便通过pin二极管d1后输出高频信号u0，开关s1断开时，正向偏置电流消失，pin二极管d1也断开；本发明将多个pin二极管分别与多个输入连接器一一对应并通过第一隔直电容连接，电源单元通过单刀多掷开关和各个正向偏置电流电路分别给各个pin二极管提供正向偏置电流，其中一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通，使对应的pin二极管导通，实现某一高频信号通过对应的输入连接
器输入到对应的第一隔直电容，该高频信号通过对应的第一隔直电容后流经上述导通的pin二极管，再通过第二隔直电容后由输出连接器输出，进而实现多个天线之间的切换，损耗低。
27.当一个正向偏置电流电路通过单刀多掷开关与电源单元连通时，则对应的一个发光二极管便与电源单元串接，从而该发光二极管迅速指示对应的天线被接通；正向偏置电流便首先流过该发光二极管，然后经对应的第一扼流圈流经对应的pin二极管，最后经第二扼流圈和限流电阻接地，限流电阻决定上述正向偏置电流的值，使正向偏置电流足以保证对应的pin二极管可靠地开关和对应的发光二极管达到满意的亮度。
28.第一隔直电容和第二隔直电容分别用于防止高频信号的输入和输出端出现直流电压，保证工作可靠。第一扼流圈和第二扼流圈用于防止高频信号通过电源线泄露到地，第一去耦电容和第二去耦电容用于消除电源线对高频信号的影响，可以提供较稳定的电源，同时也可以降低其自身元件耦合到电源端的噪声，间接可以减少其他元件受噪声的影响。
29.接地电阻保证了未投入使用pin二极管正极接地，避免各路高频信号相互串话或干扰，使得各个天线的信号不可能混合。
30.以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。