[发明专利]快速转换RF网路电感器

说明书

本发明涉及到RF（无线电频率）网络，更具体地说涉及到具有选择转换的可调电感器的RF网络。

在许多RF网络应用中采用发射源信号来电气激励一支天线，以播放无线电磁波，就如同接收无线电传输信号的RF接收电路一样，发送RF网络通常可以在一定频率范围内转换到指定的发射频率。但是，这种RF发射器在运行期间需要有工作于各种不同频率的RF信号源。因此，象这样的网络就需要有可调的部件。例如，与RF网络配接的天线就需要用外部电子电路进行电器控制的可调电子感器。在这种情况中，发射天线通过具有可选择谐振阻抗以匹配频率的转换RF网络来与该RF信号源耦合。当该操作信号源的频率变化时，转换电路的谐振频率也应作相应的改变，以获得和在信号源与发射天线之间的最大传输能量和最佳阻抗匹配。一般来说，这种转换RF匹配网络需在信号源和天线之间保持50欧阻抗匹配，才能在所选的频率范围内将有效能量传输到天线。

为了能实现快速电子选择和改变发射或接收频率，诸如用电感器或电容器构成的转换部件的数值必须具有适当的快速变化能力。这些数值的改变通常是靠外部电子控制线路来实现。因此，转换部件应当具有在高速下转接的可调数值以及受外部电子控制信号进行选择的能力。

一个典型的可调转换网络的实施例包括有多个电感值固定的分立电感器串联相接。每个电感器具有一个相应的并联短路开关，它可以打开或关合以使串联相接的各分立的固定值电感器能分别被接通或断开。接入的这些电感器数值（即相应的短路开关处于开路）加起来而构成总电感值。当全部电感器都接入时（即每个电感器自身的开关处在开路位置）合成最大电感值。当无任一电感器被接入时（即各电感器自身开关都处于闭合位置将电感器短接），就得到足可忽略的最小电感值。

这些开关必须具有适当的转换速度，以便能快速选择各种工作频率，特别是对计算机的控制频率“跳跃”的应用，某些类型有机械开关，例如簧片开关和真空开关，虽然有相当高速的转换能力，但是大多数这类开关随着它们的“打开”状态伴有相当大的寄生电容。这类寄生电容会使上述的有串接电感器的网络失谐。因此，可采用一个固态开关与该机械开关串联相接，以阻止寄生电容与各个电感器起反应。

现有的机械开关存在的其它问题包括：它们无能承受相对高的RF功率电平，也无能在此电平下具有相当快速的转换时间。在建立开关转换的稳定时间（settlingtime）方面也有问题，在一项发射操作中，当转换时为了避免发弧和产生伪信号，一般关断发射器。当将发射器关断后再接通时所需的时间（也即该机械开关的转换加上稳定时间）累加起来，则与固态开关相比较就会发现这是一种低效转换装置，但在某些应用中，仍希望用机械开关。

固态开关已用于将各个电感器接入电路或从电路上断开的转换中，这种用于可选地接入或断开电感器的固态开关的优点是，具有较低的短路接通电阻和较低的断开电路电容，所以不会影响转换RF网络的谐振频率。PIN结（正极一本征负极结）二极管能满足这些要求。PIN结二极管已在可调转换电感器匹配网络中用来转接电感器。众所周知，在串接有电感器的电路中相应并联着PIN结二极管对于UHF（超高频）和VHF（甚高频）的传输十分适用，因为PIN二极管的导通时间长。在高压RF信号通过各电感器传导期间，PIN结二极管基于该器件内的少数载流子而显示长导通持续时间，而且甚至在RF信号电压波动很大的期间仍保持导通，从而使电感器短路。

高压RF信号造成常规的PN结二极管随RF信号的改变而导通或截止。因此，这些PN结二极管不大适于在高压RF信号中作转换应用。但是，PIN结二极管由于具有达6微秒的导通持续时间，所以非常适于在高压UHF和VHF中应用。它的长导通持续时间与PN二极管的导通持续时间截然不同，后者在高压RF信号负相期间趋于停止导通，而PIN结二极管由于它的导通持续时间长，所以在全部信号相中保持导通，以及在高频应用中连续地使并联的电感器短路。为了进一步了解在各种可调转换RF网络中采用PIN结二极管的种种应用，可参见Cooper的美国专利US.4564843，Anderson的美国专利4477817和Landt的美国专利4486722。

但是，PIN结二极管不适于高压高频（3～30兆赫），因为其导通持续时间不足以在高压高频信号的负相期间保持导通。该高压高频信号负相周期会长于少数载流子导通持续时间，从而造成PIN结二极管停止导通，以致不能使该并联电感器短路。