CN103618528B - 一种微波单刀多掷开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波单刀多掷开关，包括一端为输入端的输入传输线，该输入传输线的另一端同时连接到开关组和补偿电路，所述开关组由至少两个开关臂组成，每个开关臂的另一端为输出端，所述补偿电路改变开关组的输入阻抗，使其与输入传输线实现阻抗匹配。本发明在单刀双掷开关的基础上，再增加多个开关臂，即构成了单刀多掷开关。同时与多个开关臂相并联的设置补偿电路，该补偿电路由电抗性元件电容和/或电感组成。在实际使用中，补偿电路中的电容电感可以选用合适的电容电感值，使得开关臂与输入源、输入传输线实现阻抗匹配。

Description

一种微波单刀多掷开关
技术领域
本发明涉及一种微波单刀多掷开关，属于微波控制器件领域。
背景技术
单刀双掷开关是一种主要用于微波通信、雷达、电子对抗以及卫星宇航等系统的微波控制器件。由于基于场效应管的补偿式单刀双掷开关，具有工作频率范围宽、体积小、重量轻、开关速度快、无功耗和可靠性高等优点，在许多现代先进的电子系统和设备中倍受欢迎。描述这种产品性能的参数和主要技术指标有：1）工作频率带宽；2）插入损耗；3）隔离度；4）输入和输出驻波；5）开关速度；6）芯片尺寸；7）芯片间电性能一致性。
同类产品由于电路拓扑设计、版图设计、材料选择及工艺实现途径本身的缺陷，存在下列缺点：1）输入和输出驻波指标较差；2）插入损耗大等。
发明内容
发明目的：本发明提出一种微波单刀多掷开关，使开关内部实现阻抗匹配，改善了开关的驻波比和插入损耗，减少了输出端的反射波。
技术方案：本发明采用的技术方案为一种微波单刀多掷开关，包括一端为输入端的输入传输线，该输入传输线的另一端同时连接到开关组和补偿电路，所述开关组由至少两个开关臂组成，每个开关臂的另一端为输出端，所述补偿电路改变开关组的输入阻抗，使其与输入传输线实现阻抗匹配。
作为本发明的一种改进，所述补偿电路由补偿电容组成，该补偿电容一端与输入传输线连接，另一端接地。
作为本发明的又一种改进，所述补偿电路还包括补偿电感，所述补偿电容一端接地，另一端通过与其串联的补偿电感连接到输入传输线。也可以是所述补偿电容与补偿电感的一端均与输入传输线连接，它们的另一端均接地。还可以是所述补偿电感一端接地，另一端通过与其串联的补偿电容连接到输入传输线。
作为本发明的更进一步改进，所述开关臂至少包括一个控制晶体管和两个相互串联的输出传输线；所述控制晶体管的沟道连接在相邻两个输出传输线的公共端和地之间，或者连接在相邻两个输出传输线之间。每个控制晶体管的栅极上还设有隔离电阻。
作为本发明的更进一步改进，所述开关组由两个开关臂组成。所述控制晶体管为MOS管。所述传输线为微带线。
有益效果：本发明在单刀双掷开关的基础上，再增加多个开关臂，即构成了单刀多掷开关。同时与多个开关臂相并联的设置补偿电路，该补偿电路由电抗性元件电容和/或电感组成。在实际使用中，补偿电路中的电容电感可以选用合适的电容电感值，使得开关臂与输入源、输入传输线实现阻抗匹配。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的电路拓扑结构图；
图3为本发明实施例2和3的结构示意图；
图4为本发明实施例2中开关臂的结构示意图；
图5为本发明实施例2中补偿电路的结构示意图；
图6为本发明实施例2的驻波比与频率关系图；
图7为本发明实施例2的插入损耗与频率关系图；
图8为本发明实施例3中补偿电路的结构示意图；
图9为本发明实施例3中开关臂的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：如图1所示，本实施例中输入微带线ML的一端为输入端Input，另一端为公共端。该公共端还连接着第一开关臂SWa、第二开关臂SWb和补偿电路CP。第一开关臂SWa和第二开关臂SWb组成了开关组。第一开关臂SWa的另一端是第一输出端Output1，第二开关臂SWb的另一端是第二输出端Output2。
如图2所示，第一开关臂SWa由第一输出微带线Ma1、第二输出微带线Ma2和第一控制NMOS管Fa组成。其中第一输出微带线Ma1的一端连接到所述公共端，另一端与第二输出微带线Ma2连接。第二输出微带线Ma2的另一端为第一输出端Output1。第一输出微带线Ma1和第二输出微带线Ma2的公共端点连接着第一控制NMOS管Fa的漏极，第一控制NMOS管Fa的源极接地。所述第一控制NMOS管Fa的栅极上还连接有第一隔离电阻Ra，第一隔离电阻Ra的另一端接第一控制电压Va。
第二开关臂SWb由第三输出微带线Mb1、第四输出微带线Mb2和第二控制NMOS管Fb组成。其中第三输出微带线Mb1的一端连接到所述公共端，另一端与第四输出微带线Mb2连接。第四输出微带线Mb2的另一端为第二输出端Output2。第三输出微带线Mb1和第四输出微带线Mb2的公共端点连接着第二控制NMOS管Fb的漏极，第二控制NMOS管Fb的源极接地。所述第二控制NMOS管Fb的栅极上还连接有第二隔离电阻Rb，第二隔离电阻Rb的另一端接第二控制电压Vb。
补偿电路是一个补偿电容C，该补偿电容C的一端连接在所述公共端，即与输入微带线ML连接，另一端接地。当开关工作时，第一控制NMOS管Fa和第二控制NMOS管Fb负责选择输出通路。当选择从第一输出端Output1输出时，第一控制电压Va为低电平，使第一控制NMOS管截止，而第二控制电压Vb为高电平，使第二控制NMOS管导通。这样进入第二开关臂SWb的输入信号就被接地，而进入第一开关臂SWa的输入信号则通过第一输出微带线Ma1和第二输出微带线Ma2到达第一输出端Output1。反过来，如果选择从第二输出端Output2输出，则第一控制电压Va为高电平，第二控制电压Vb为低电平。
在开关工作时，无论从哪个输出端输出，在同一时刻只有一个开关臂是导通的。从所述公共端向输出端看，有三条支路连接到公共端，一条是一端被接地的微带线，一条是相互串联的两条微带线，另一条是另一端接地的补偿电容C。补偿电容的加入使得这三条支路的总阻抗与输入电源内阻抗、输入微带线ML之间实现阻抗匹配，让输出端获得最大功率。
实施例2：在实施例1的基础上，开关组还可以包括更多的开关臂，实现一端输入多端输出。如图3所示，本实施例中输入微带线ML的一端为输入端Input，另一端为公共端。该公共端还连接着第一开关臂SWa、第二开关臂SWb、第三开关臂SWc、第四开关臂SWd和补偿电路CP。第一开关臂SWa、第二开关臂SWb、第三开关臂SWc和第四开关臂SWd组成了开关组。第一开关臂SWa的另一端是第一输出端Output1，第二开关臂SWb的另一端是第二输出端Output2，第三开关臂SWc的另一端是第三输出端Output3，第四开关臂SWd的另一端是第四输出端Output4。
其中第一开关臂SWa至第四开关臂SWd均拥有如图4所示的相同的结构，图4中开关臂内设有相互串联的第一输出微带线Ma1至第八输出微带线Ma8。相邻的两个输出微带线的公共端点还连接有控制NMOS管Fa的漏极，因此共有七个控制NMOS管Fa。每个控制NMOS管Fa的源极接地，栅极通过隔离电阻Ra1至Ra7与第一控制电压Va连接。第一输出微带线Ma1的另一端连接到所述公共端，第八输出微带线Ma8的另一端为第一输出端Output1。
补偿电路CP如图5所示，补偿电感L与补偿电容C相互串联，补偿电感L的另一端与所述公共端连接，补偿电容C的另一端接地。补偿电路CP的工作原理与实施例1相同，也是通过改变开关组和补偿电路CP的总阻抗来实现阻抗匹配。
如图6和图7所示，由于加入了本实施例的补偿电路CP，使得驻波比和插入损耗明显下降。本实施例的其他部分与实施例1相同。
实施例3：如图3所示，本实施例中输入微带线ML的一端为输入端Input，另一端为公共端。该公共端还连接着第一开关臂SWa、第二开关臂SWb、第三开关臂SWc、第四开关臂SWd和补偿电路CP。第一开关臂SWa、第二开关臂SWb、第三开关臂SWc和第四开关臂SWd组成了开关组。第一开关臂SWa的另一端是第一输出端Output1，第二开关臂SWb的另一端是第二输出端Output2，第三开关臂SWc的另一端是第三输出端Output3，第四开关臂SWd的另一端是第四输出端Output4。
本实施例中补偿电路CP如图8所示，补偿电感L和补偿电容C并联在所述公共端和地之间。
而第一开关臂SWa至第四开关臂SWd均拥有如图9所示的相同的结构。这种结构中，第一输出微带线Ma1至第八输出微带线Ma8之间还串联或并联着七个控制NMOS管Fa。每个控制NMOS管Fa的栅极通过隔离电阻Ra1至Ra7与第一控制电压Va连接。其中并联的控制NMOS管Fa的源极接地，漏极连接到两个输出微带线的公共端。而相邻的两个并联的控制NMOS管Fa之间有两个输出微带线，这两个输出微带线之间串联有一个控制NMOS管Fa。

Claims (4)

1.一种微波单刀多掷开关，其特征在于，包括一端为输入端的输入传输线，该输入传输线的另一端同时连接到开关组和补偿电路，所述开关组由至少两个开关臂组成，每个开关臂的另一端为输出端，所述补偿电路改变开关组的输入阻抗，使其与输入传输线实现阻抗匹配；所述补偿电路由补偿电容组成，该补偿电容一端与输入传输线连接，另一端接地。
2.由权利要求1所述的微波单刀多掷开关，其特征在于，还包括补偿电感，所述补偿电容一端接地，另一端通过与其串联的补偿电感连接到输入传输线。
3.由权利要求1所述的微波单刀多掷开关，其特征在于，还包括补偿电感，所述补偿电感一端接地，另一端通过与其串联的补偿电容连接到输入传输线。
4.由权利要求1所述的微波单刀多掷开关，其特征在于，还包括补偿电感，所述补偿电容与补偿电感的一端均与输入传输线连接，补偿电容与补偿电感的另一端均接地。
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