CN103580658B - 一种射频开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种射频开关电路，包括：第一射频信号输入端、第二射频信号输入端、电压控制端和射频信号输出端。本发明提出的低噪声高隔离度的射频开关电路，信号通路具有接近理论热噪底的噪声基底，适用于具有超低噪声的射频信号的开关切换，而且提出了多级开关分布式布局的方案，解决了射频信号的空间串扰问题，具有超高的隔离度，两级开关就能做到130dB以上的隔离度，而且电路结构简单，全部用分立模拟器件，电路成本低。
Description
技术领域
本发明涉及射频领域，特别涉及一种射频开关电路。
背景技术
射频开关是用于控制射频信号传输路径及信号大小的控制器件之一，在无线通信、电子对抗、雷达系统及电子测量仪器等许多领域有广泛用途。随着现代雷达和无线电通信技术等的发展，各种电子设备对其内部应用或系统测试使用的射频开关电路不断提出更高的要求，其中重要的一点就是要有极低的相位噪声和极高的隔离度。电子测量仪器的时基准确度和灵活性越来越重要，不但要有准确的内部时基，而且还要在各种测量场合中接收外部参考时基，如为了获得更准确的频率准确度，微波信号发生器需要外接参考信号作为整机的频率基准，在测试需要或组成测试系统时需要各台仪器工作在同一时基下，这就需要仪器使用外参考。内外参考切换的电路中就需要射频开关电路，由于参考信号是整机近端相位噪声的基准，要求射频开关电路具有低噪声特性，为避免内外参考相互串扰，需要射频开关电路具有很高的隔离度。
电子测量仪器的时基参考信号一般为标准的10MHz，这种较低频率的射频信号常用的开关电路有数字门电路或CMOS模拟开关。数字门电路中的与门两路输入信号与输出信号存在逻辑与的关系，可以由一路输入信号来控制另一路信号的通断，常被用作低频的射频开关电路。CMOS模拟开关作为模拟开关，接通时信号的功率和频率都能通过，具有较低的噪声基底和较大功率。
高端电子测量仪器中的时基参考信号具有很低的相位噪声，超过-170dBc/Hz，接近理论热噪底，而且内外参考的频率非常接近，串扰后不可能被滤除，并在整机输出的微波信号中被放大，10GHz的微波信号中就会被放大60dB，使用隔离度为100dB的开关，10GHz的微波信号中串扰信号仅有-40dBc，所以射频开关电路的隔离度要求非常高。数字门电路作为数字器件，噪声基底差，不能满足-170dBc/Hz的高端要求，隔离度也不能仅有几十dB，不能满足微波仪器的高隔离度要求。CMOS模拟开关虽然是模拟开关，但作为有源器件其噪声基底同样满足不了要求，隔离度也仅有几十dB，无法满足微波仪器的高隔离度要求。
发明内容
本发明提出一种射频开关电路，解决了现有技术中数字门电路或CMOS模拟开关无法满足微波仪器的高隔离度要求的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种射频开关电路，包括：第一射频信号输入端、第二射频信号输入端、电压控制端和射频信号输出端；
所述第一射频信号输入端通过第一电容器耦接到第一二极管的阳极，第一二极管的阴极通过第二电容器耦接到第二二极管的阳极，第一二极管的阳极通过第一电阻器耦接到地电位，第二二极管的阳极通过第二电阻器耦接到地电位；
所述第二射频信号输入端通过第三电容器耦接到第三二极管的阴极，第三二极管的阳极通过第四电容器耦接到第四二极管的阴极，第三二极管的阴极通过第四电阻器耦接到地电位，第四二极管的阴极通过第五电阻器耦接到地电位；
所述电压控制端连接到第三电阻器的第一端，第三电阻器的第二端通过第一电感器耦接到所述第一二极管的阴极，第三电阻器的第二端通过第二电感器耦接到所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极，所述第二电感器、第二二极管阴极和第四二极管阳极的公共点通过第五电容器耦接到所述射频信号输出端，第三电阻器的第二端通过第三电感器耦接到所述第三二极管的阳极。
可选地，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管为双肖特基势垒二极管。
可选地，所述第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器和第五电容器为隔直电容器。
可选地，所述第一二极管与所述第二二极管之间的距离为1-3厘米，所述第三二极管与第四二极管之间的距离为1-3厘米。
可选地，所述第二二极管和第四二极管位于同一屏蔽腔。
可选地，所述第一二极管和第三二极管位于同一屏蔽腔。
可选地，所述第一二极管和第三二极管位于两个屏蔽腔。
可选地，所述屏蔽腔包括电路板和盖在电路板上的金属屏蔽盒。
本发明的有益效果是：
(1)信号通路具有接近理论热噪底的噪声基底，适用于具有超低噪声的射频信号的开关切换；
(2)多级开关分布式布局的方案，解决了射频信号的空间串扰问题，具有超高的隔离度，两级开关就能做到130dB以上的隔离度；
(3)电路结构简单，全部用分立模拟器件，电路成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种射频开关电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的一种射频开关电路包括：第一射频信号输入端P1、第二射频信号输入端P2、电压控制端P3和射频信号输出端P4。第一射频信号输入端P1通过第一电容器C1耦接到第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极通过第二电容器C2耦接到第二二极管D2的阳极，第一二极管D1的阳极通过第一电阻器R1耦接到地电位，第二二极管D2的阳极通过第二电阻器R2耦接到地电位。第二射频信号输入端P2通过第三电容器C3耦接到第三二极管D3的阴极，第三二极管D3的阳极通过第四电容器C4耦接到第四二极管D4的阴极，第三二极管D3的阴极通过第四电阻器R4耦接到地电位，第四二极管D4的阴极通过第五电阻器R5耦接到地电位。电压控制端P3连接到第三电阻器R3的第一端，第三电阻器R3的第二端通过第一电感器L1耦接到第一二极管D1的阴极，第三电阻器R3的第二端通过第二电感器L2耦接到第二二极管D2的阴极和第四二极管D4的阳极，第二电感器L2、第二二极管D2阴极和第四二极管D4阳极的公共点通过第五电容器C5耦接到射频信号输出端P4，第三电阻器R3的第二端通过第三电感器L3耦接到第三二极管D3的阳极。
第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4为双肖特基势垒二极管，具有很低的噪声基底和很高的隔离度；第一电容器C1、第二电容器C2、第三电容器C3、第四电容器C4和第五电容器C5为隔直电容器，隔直电容器将偏置电路限制在开关电路内部，不会对外部电路产生干扰；电感器将射频信号与电压控制端P3隔离，使射频信号在各端口间被隔离，也不会受到电压控制端P3引入的低频杂散信号的干扰；电阻为偏置电压提供回路并限流。
当电压控制端P3输入正电压时，第一二极管D1、第二二极管D2处于反相截止状态，第三二极管D3、第四二极管D4处于正向导通状态。这时，由第一射频信号输入端P1输入的第一射频信号被阻断，而由第二射频信号输入端P2输入的第二射频信号经过导通的二极管到射频信号输出端P4输出。当电压控制端P3输入负电压时，第一二极管D1、第二二极管D2处于正向导通状态，第三二极管D3、第四二极管D4处于反相截止状态。这时，由第二射频信号输入端P2输入的第二射频信号被阻断，而由第一射频信号输入端P1输入的第一射频信号经过导通的二极管到射频信号输出端P4输出。
信号导通时，射频信号在通过整个射频开关电路中只经过了隔直电容和肖特基势垒二极管，作为分立的无源模拟器件，两个都具有接近理论热噪底的噪声基底，对具有超低相位噪声的射频信号的噪声不会有任何恶化影响。
肖特基势垒二极管由于没有反相阻断电流，不仅开关速度快，隔离度也非常高，本发明采用的双二极管隔离度更高，对10MHz的信号具有60dB以上的隔离度。在射频电路中，由于射频信号具有辐射特性，信号可以通过空间造成串扰，隔离度到达一定量级后就不再由二极管本身决定，所以电路中一个二极管器件无法再提高隔离度，即使串联多个二极管器件，由于空间的串扰存在也不会达到很好的效果。为了进一步提供本发明射频开关电路的隔离度，如图1所示，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4在电路布局上采取了分布式方案。第一二极管D1与第二二极管D2之间的距离为1-3厘米，第三二极管D3与第四二极管D4之间的距离为1-3厘米，空间上的距离使空间串扰信号减弱。将两级电路放在不同的屏蔽腔内可以进一步提高本发明射频开关电路的隔离度，即第二二极管D2和第四二极管D4位于同一屏蔽腔，第一二极管D1和第三二极管D3根据射频信号的频率，位于同一屏蔽腔或者位于两个屏蔽腔，屏蔽腔包括电路板和盖在电路板上的金属屏蔽盒，能有效的屏蔽空间信号，减小串扰。
本发明的射频开关电路能够实现频率为10MHz、频偏10kHz处单边带相位噪声-172dBc/Hz的射频信号开关切换，相位噪声无任何恶化，隔离度高于130dB。
本发明提出的低噪声高隔离度的射频开关电路，信号通路具有接近理论热噪底的噪声基底，适用于具有超低噪声的射频信号的开关切换，而且提出了多级开关分布式布局的方案，解决了射频信号的空间串扰问题，具有超高的隔离度，两级开关就能做到130dB以上的隔离度，而且电路结构简单，全部用分立模拟器件，电路成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种射频开关电路，其特征在于，包括：第一射频信号输入端、第二射频信号输入端、电压控制端和射频信号输出端；
所述第一射频信号输入端通过第一电容器耦接到第一二极管的阳极，第一二极管的阴极通过第二电容器耦接到第二二极管的阳极，第一二极管的阳极通过第一电阻器耦接到地电位，第二二极管的阳极通过第二电阻器耦接到地电位；
所述第二射频信号输入端通过第三电容器耦接到第三二极管的阴极，第三二极管的阳极通过第四电容器耦接到第四二极管的阴极，第三二极管的阴极通过第四电阻器耦接到地电位，第四二极管的阴极通过第五电阻器耦接到地电位；
所述电压控制端连接到第三电阻器的第一端，第三电阻器的第二端通过第一电感器耦接到所述第一二极管的阴极，第三电阻器的第二端通过第二电感器耦接到所述第二二极管的阴极和所述第四二极管的阳极，所述第二电感器、第二二极管阴极和第四二极管阳极的公共点通过第五电容器耦接到所述射频信号输出端，第三电阻器的第二端通过第三电感器耦接到所述第三二极管的阳极。
2.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管为双肖特基势垒二极管。
3.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述第一电容器、第二电容器、第三电容器、第四电容器和第五电容器为隔直电容器。
4.如权利要求1所述的射频开关电路，其特征在于，所述第一二极管与所述第二二极管之间的距离为1-3厘米，所述第三二极管与第四二极管之间的距离为1-3厘米。
5.如权利要求4所述的射频开关电路，其特征在于，所述第二二极管和第四二极管位于同一屏蔽腔。
6.如权利要求5所述的射频开关电路，其特征在于，所述第一二极管和第三二极管位于同一屏蔽腔。
7.如权利要求5所述的射频开关电路，其特征在于，所述第一二极管和第三二极管位于两个屏蔽腔。
8.如权利要求5、6、7任一项所述的射频开关电路，其特征在于，所述屏蔽腔包括电路板和盖在电路板上的金属屏蔽盒。
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