CN1018312B - 传输线开关 - Google Patents

Abstract

传输线开关使单个输出线路3能转换到固定连接于共同接头4的两根或多根输入线路1，2之一。每个输入线路1，2具有相连的放大级10，后者可被偏置在正常的高增益“导通”状态，或者偏置在隔离“关断”状态。适当地偏置在“关断”状态能保证所述放大级输出端对其输入线路呈现低阻抗，选择输入线的长度L以便在有其它线路的接头4反映一个高阻抗。正确的设计能使回程损耗和“导通”通道的插入损耗保持低值，而同时给“关断”通道信号以高插入损耗。

Description

本发明涉及传输线开关，更具体地说，涉及具有信号增益的传输线开关，该信号来自连到共同的输出线路的若干输入线路之一。

很多年来，PIN二极管作为微波线路开关器的控制元件成为优选方法。最近，在设计快速开关器时，注意力集中到使用单栅和双栅场效应晶体管（FET）。使用FET的电路构形包括串联和并联安装的设置，两种设置都依赖于把“导通”状态的器件的低漏源电阻作为低阻抗通路，它可以用来传输信号（串联构形），也可以是跨接在线路上的分流器（并联构形）。串联和并联安装的器件组合也是众所周知的，它更改善了开关在“关断”状态的隔离度。所有这些装置提供宽频带（不谐振）响应。“导通”状态的插入损耗，通过附加适当的谐振部件可以略有降低。但是，按照这种方法，作为开关的二极极或EFT造成一定程度的信号衰减，并在一定程度上增加整个系统的噪声系数。此外，这些结构没有一个能利用FET器件的放大能力。在传输线开关是在微波接收系统的前端应用中，例如，要求开关用于选择具有不同极化波的两个直接广播卫星（DBS）广播信号中的一个，以噪声系数频率响应和隔离度来表示开关的性能，对于可用于系统的其余部分的信号的质量具有深远的影响。在这种场合，把FET器件作为开关以提供增益具有显著的优点，位于接收系统前端的开关，就噪声性能来说，是最重要的一级，其噪声系数大体上就是放大电路的噪声系数。

本发明的目的是提供传输线开关，该开关具有比现有的开关改善了的噪声性能。

根据本发明，传输线开关装置（把它的若干输入线路在一个接头处连接到共同的输出线路）在每一输入线路中包含一相连的放大装 置，它可以工作于“导通”状态来传输增益大于1的信号，也可工作在“关断”状态以在所述接头（4）处呈现高阻抗，而在“关断”状态该放大装置的输出阻抗连同连接在所述放大装置和接头之间的输入线路的长度一起，要使得在所述接头处产生所述高阻抗。

处在“关断”状态的放大装置的输出阻抗与输入线路的特征阻抗相比可以是低阻抗。

每个放大装置都可以包括EFT型器件，把器件与它的有关输入线路相匹配的匹配网络以及确定放大装置状态的偏置装置。

FET型器件可以是一种高电子迁移率晶体管（HEMT）。

输入线路，输出线路，接头和至少放大装置的一部份可以是印制成的微带型。

传输线开关装置的噪声系数大体上由放大装置在“导通”状态的噪声系数所确定。

所述装置可以包括两根输入传输线，每根传输线传输来自微波天线接收喇叭的两个正交极化信号之一，处于“导通”状态的放大装置对于这些信号构成接收机的一部分。

参照图1，它示出两根输入传输线1和2，它们在接头4固定地连接到共同的输出线路3。每个输入电路1和2在它的通道中都包含放大级10，该放大级包含具有偏压电路6和7的FET器件9。偏压电路6和7可使FET器件9工作于两种状态中的一个状态：高增益的“导通”状态，这时放大级10将输入线路加给它的信号放大;另一种状态是隔离，即“关断”状态，这时加到输入线路的信号在放大级10的输出端大大衰减掉，器件9具有低的输出阻抗。除了偏置功能之外，电路6是这么设计的，以致于存在对于器件9的最佳噪声源阻抗，而电 路7使器件9的输出阻抗与输入线路的特征阻抗相匹配。

工作时，将两个不同的信号分别地加到输入线路1和2，其中一个信号要求传送或转换到输出线路3，另一个信号就基本上和输出线路3及另一个输入电路隔离开来。例如，假定加到输入线路1的信号是所要求的信号，这时，器件9就被它的偏压电路6′和7′控制在“导通”状态，这样，从电路7′出来的信号就是经电路6′加到器件9′的所要求的信号的放大状态。在“关断”状态，器件9′的输出阻抗由电路7′变换成输入线路1的特征阻抗，这就保证从放大级10′的输出到输入线路1的最大信号转换。同时，输入线路2的放大级10″的器件9″由偏压电路6″和7″偏置在“关断”状态。于是，器件9″对加到输入线路2的信号不提供增益，并且，该信号还被放大级10″在其通向输入线2的输出端呈现的低阻抗所衰减。

在接头4，输入线路1上所需要的（放大的）信号具有两条供选择的通道：在接头4呈现传输线特征阻抗的输出传输线3，和另一个输入线路2。理想的是，来自输入线路1的所需要的信号只传送到输出线路3，而不把所需要的信号传输到输入线路2。所需要的信号到输出线路3的最佳转换还要求在输入线路1和2之间的最大隔离，这由以下安排来实现：在接头4，输入线路2对所需要的信号是很高阻抗的通道。输入线路2呈现的阻抗比输出线路3呈现的特征阻抗应当高，因为，正是这两个阻抗的比确定接头4处的插入损耗。器件9″在“关断”状态所呈现的低输出阻抗可以转换成接头4处的高阻抗，其方法是选择放大级10″的输出和接头4之间的输入线路2的适当长度L。如果线路长度L选择合适的话，则在接头4，所需要的信号优先流入低阻抗通道，即，输出线路3，而使输入线路2上的信号损耗最小。

在实际实施例中，输入线路1和2，以及放大级10′和10″一般具有同样的特征，所以在放大级10的输出端两个输入线路长度L将是相 同的。因此，所希望的信号可由适当控制偏压电路6和7，从两条输入线路中选择。为有效地转换起见，在“关断”状态，器件9的输出阻抗要么很高，要么很低。对于FET的器件或HEMT来说，最容易调整偏压以便在“关断”状态提供低输出阻抗。对于这种器件，低输出阻抗的典型值约为5欧姆，但一般不超过10欧姆左右。实验证明，与工作于高输出阻抗相比，当工作于低输出阻抗时，对于无用信号，器件提供较大衰减。在接头4，低输出阻抗转换成另一阻抗，该阻抗比传输线的特征阻抗（一般为50欧姆）要高。最小值为500欧姆被认为是高值，但在另一种应用中，可用更低阻抗值，这取决于放大级的增益和所需要的信号到其它输入线路所允许的损耗是多少。

在实际实施例中，几条传输线可印制在共同的基片上。那么，电路6和7就可印制为“短截线”，该“短截线”在距FET器件9适当距离处加到输入线的印制轨迹上。确定这个距离和短截线的长度来得到阻抗匹配。电路6和7的一些偏置元件也可以印制在所述基片上，这可以包括低通滤波器以把传输的信号同器件9的电源相隔离。输入线路1和2的每一个都需要包括在放大级10的输出和接头4之间的直流断路器5。直流断路器5用于阻断加到器件9之一的偏压加到其它器件上去。在印制的微带传输线中，直流断路器5可由具有电容耦合的断开线段制成。所述耦合可包含若干薄的、在输入线路两个隔离线段之间“交织”轨迹的密集平行带。这些带的长度构成输入线路的一部份，并且对于信号具有有效的通道长度，该长度也包括在线路总长度L以内。

输入线路可以是任意方便的长度L（如所示），该长度提供在器件9的“关断”状态所要求的阻抗变换。器件9在“关断”状态的输出阻抗必然包括附加到低电阻上的容性分量。这主要是由于器件9的漏一源电容。为了在接头4获得高阻抗，线路长度L必须增加以把这个电 容考虑进去。依靠传输线固定的电长度，所述开关具有固有的窄频带。所以，输入线路的长度L应当保持尽可能的短以提供最大的频带宽度和使损耗最小。

在“导通”状态，放大级的增益取决于所使用的器件，但使用HEMT器件，在频率约11GHz时增益一般为10dB。在输出传输线3，两个信号的隔离度已经达到大于20dB。当所述开关器用于接收系统的前端去选择，例如，两个信号之一时，所述放大级成为接收系统的一部份，并且所述开关的噪声系数大体上由放大级的噪声系数所确定。在这种类型的应用中，使用所描述的开关装置的优点是：改善了总体噪声系数，即，比在前端使用有损耗开关的总体噪声系数要低，这时，有损耗开关将把它自己的噪声在放大以前引进到信号中去;它还比在两个输入放大器之后使用各自的开关节约了空间和部件。应用本开关的一个方面是DBS卫星接收系统，该系统的两个分开的节目共占用同一频率，且节目的信号具有不同的（相互正交的）极化场。如果安排接收天线来同时提取两个信号，并且分别加到为所述开关装置馈送信号的各自传输线，那么节目的选择就可方便地通过远离接收天线的电子控制系统来进行。

虽然所述实施例只具有两个输入线路，但是，本开关的工作原理同样可用到具有多输入线路的装置，它所选择的输入放大器工作于高增益的“导通”状态，而其它的输入放大器偏置于“关断”状态。然而，当输入线路的数目增加时，所需要的信号进入“关断”状态的输入线路的损耗机会也就增加。所以，如果要避免所需要信号的不良插入损耗系数，对“关断”状态的输入线路在所述接头呈现高阻抗的要求将更严格。

Claims (7)

1、传输线开关装置，在该装置中，若干输入线路(1，2)在接头(4)连接到共同的输出线路(3)，在每个输入线路，该装置在每一输入线路中都包含相连的放大装置(10)，其特征在于：

每个所述放大装置(10)工作于“导通”状态以传送增益大于1的信号，而在“关断”状态工作时可使得在所述接头(4)处呈现高阻抗，在“关断”状态下，所述放大装置(10)的输出阻抗连同连接在所述放大装置(10)和接头(4)之间的输入线路的长度(L)一起，要使得在所述接头(4)处产生所述高阻抗。

2、如权利要求1的传输线开关装置，其特征在于：

所述输出阻抗比起输入线路（1、2）的特征阻抗是低阻抗。

3、如权利要求1的传输线开关装置，其特征在于：

每个所述放大装置（10）包括FET型器件（9）、用于使所述器件与相连的输入线路匹配的匹配网络（6、7）和确定放大装置（10）的状态的偏压装置（6、7）。

4、如权利要求3的传输线开关装置，其特征在于：

所述器件（9）是高电子迁移率晶体管（HEMT）。

5、如权利要求1的传输线开关装置，其特征在于：

每个输入线路（1、2）在相连的放大装置（10）和所述接头（4）之间包含直流断开器（5）。

6、如权利要求1的传输线开关装置，其特征在于：

所述输入线路（1、2）、输出线路（3）和接头（4）都在微带上形成。

7、如以上任何一项权利要求的传输线开关装置，其特征在于：所述多根输入线路包含两根传输线，每根传送两个正交极化信号中的一个，所述信号来自微波天线的接收喇叭，所述放大装置在所述“导通”状态构成所述信号的接收机的一部分。

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