CN108900183A - 一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路 - Google Patents

一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，开关电路安装在介质集成悬置线上，开关电路包括：第一至第四二极管、4个补偿结构、第一隔直器、第二隔直器、射频扼流圈、电容；解决了现有开关电路存在的损耗大、体积大、集成度低等缺点，实现了介质集成悬置线开关电路低损耗、体积小、易于集成的技术效果；同时，避免了使用分立电容、分立电感所引入的寄生效应，提高了仿真精准性和整体电路性能。

Description

一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路
技术领域
本发明涉及微波毫米波开关领域，具体地，涉及一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路。
背景技术
微波毫米波开关电路是雷达、导航、测控、通信和电子对抗系统的重要组成部分，负责控制射频信号的导通或者中断，对系统的整个性能和可靠性有重要影响。随着现代电子科学技术的飞速发展，对开关电路提出了小型化、高集成度、低损耗、高隔离度等要求。常见的板级开关电路采用微带线和鳍线结构，其中微带线由于电磁场主要分布在介质中且存在辐射损耗，具有相对大的损耗；而鳍线由于结构特征，因体积较大而具有较低的集成度。另一方面，低频开关电路常采用分立器件(如分立电容、分立电感)，引入的寄生效应在高频电路中将不可忽略，对电路的仿真设计带来了更大的挑战。
发明内容
本发明提供了一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，基于介质集成悬置线的结构特性，解决了现有开关电路存在的损耗大、体积大、集成度低等缺点，实现了介质集成悬置线开关电路低损耗、体积小、易于集成的技术效果；同时，避免了使用分立电容、分立电感所引入的寄生效应，提高了仿真精准性和整体电路性能。
为实现上述发明目的，本申请提供了一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，所述开关电路安装在介质集成悬置线上，所述开关电路包括：
第一至第四二极管、4个补偿结构、第一隔直器、第二隔直器、射频扼流圈、电容；其中，第一隔直器的一端连接PORT1端，第二隔直器的一端连接PORT2端，第一至第四二极管的正极均与第一隔直器的另一端、第二隔直器的另一端、射频扼流圈的一端均连接，第一至第四二极管的负极分别与一补偿结构连接后接地；射频扼流圈的另一端与电容的一端和Vdc端均连接，电容的另一端接地。
优选的，所述开关电路还包括限流电阻R，限流电阻R串联在射频扼流圈的另一端与Vdc之间。
优选的，第一至第四二极管对应正向导通电阻为5.2欧姆，反向截止电容为0.02pF。
优选的，第一至第四二极管以等间距L排列，L为对应频段的四分之一波长。
优选的，所述介质集成悬置线的结构为：
从上往下共计五层介质板：Substrate1-Substrate5，每层介质板正反两面均敷有铜，从上往下共计十层金属层：G1-G10；对第2层介质板和第4层介质板进行挖槽镂空处理，以形成介质集成悬置线的上下空腔，空腔周围设置的金属通孔与金属层G2和G9与共同形成电磁屏蔽效应来减少辐射损耗。
优选的，开关电路位于Substrate3的正反金属层G5，G6上，悬置线主线路的G5和G6层金属导带通过金属通孔连接起来，四个并联PIN二极管之间间隔为2.2mm，在每一个PIN二极管与射频地之间存在一个电容性的补偿电路，电容性的补偿电路是通过一个四分之一波长至半波长的一段折叠短路线实现。
优选的，利用带阻滤波器替代所述开关电路中的射频扼流圈和电容，偏置电路包括：电阻滤波器，电阻，测试所需的焊盘。带阻滤波器在偏置电路中，其一端连接SISL主线路，另一端连接偏置电路中焊接电阻的地方，焊接电阻的地方另一端与测试焊盘相连。带阻滤波器包括：一个长2.6mm宽0.2mm的高阻抗线和一个半径为2.6mm的60度扇形开路枝节，高阻线一端与SISL主线路相连，另一端与扇形开路枝节圆心和偏置电路焊接电阻的地方相连，即扇形开路枝节圆心、高阻线一端、电阻焊盘一端三者相互连接，扇形枝节另一端开路。在悬置线主线路(即有G5、G6双层金属相互连接的地方为主线路)的输入和输出端。调节匹配的传输线在悬置线主线路与充当隔直电路的耦合线之间。悬置线主线路输入和输出端各有一段调节阻抗匹配的传输线和一个充当隔直电路的耦合线，其中耦合线为宽边耦合线，耦合线的金属导带分别位于G5层和G6层。
优选的，L为2.2mm。
优选的，限流电阻值R为160欧姆。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请中的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，基于介质集成悬置线的结构特性，解决了现有开关电路存在的损耗大、体积大、集成度低等缺点，实现了介质集成悬置线开关电路低损耗、体积小、易于集成的技术效果；同时，避免了使用分立电容、分立电感所引入的寄生效应，提高了仿真精准性和整体电路性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；
图1是本申请中开关电路的三维结构图及每层图形示意图；
图2是本申请中示例1中开关电路的原理示意图；
图3是本申请中示例1中开关电路的G5层平面视图；
图4是本申请中示例1中开关电路的G6层平面视图；
图5是本申请中示例1加上过渡结构的开关电路的G5层平面视图；
图6是本申请中示例1加上过渡结构的开关电路的G6层平面视图；
图7是本申请中示例1中开关电路有无介质挖除和双层走线的插入损耗对比示意图；
图8是本申请中示例1中开关电路在导通情况的回波损耗和截至情况的隔离度示意图；
图9是本申请中示例2中开关电路的原理示意图；
图10是本申请中示例2中带有过渡结构的开关电路的G5层平面视图；
图11是本申请中示例2中带有过渡结构的开关电路的G6层平面视图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请中的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，优点实现了开关电路低损耗、体积小、易于集成的技术效果，且运用传输线结构代替了使用分立电容、分立电感。该专利具体涉及频率包括但不限于900MHz、2.4GHz、5GHz、24GHz、28GHz、60GHz、77GHz。
介质集成悬置线每一层介质板可选用任意厚度的FR4，Rogers系列，陶瓷等材料，例如，设计频率范围为24GHz-27GHz的开关电路的第一层板为0.6mm厚的FR4，介电常数4.4；第二层板为0.6mm厚的FR4，介电常数4.4；第三层板为0.254mm厚的Rogers5880，介电常数2.2；第四层板为0.6mm厚的FR4，介电常数4.4；第五层板为0.6mm厚的FR4介电常数4.4。
PIN二极管可采用任意公司的任意二极管，例如可以使用MACOM的MA4AGFCP910、MA4AGBLP912等。并联的PIN二极管数目可以为2-N个，N为任意大于2的整数。
实施案例1：本开关电路基于介质集成悬置线，其结构如图1所示，从上往下共计五层介质板(Substrate1-Substrate5)，每层介质板正反两面均敷有铜，从上往下共计十层金属层(G1-G10)。对第2层介质板和第4层介质板进行挖槽镂空处理，以形成介质集成悬置线的上下空腔，空腔周围设置的金属通孔与金属层G2和G9与共同形成电磁屏蔽效应来减少辐射损耗。
开关电路的原理图如图2所示，开关电路使用低损耗的并联结构，整个开关电路使用四个MACOM公司的二极管MA4AGFCP910并联而成，PIN二极管对应正向导通电阻为5.2欧姆，反向截止电容为0.02pF。为了提高隔离度，每个PIN二极管以等间距L排列，L约为对应频段的四分之一波长，在本例中应用频段为24-27GHz，L的长度对应为2.2mm。在每一个PIN二极管与射频地之间存在一个补偿电路用以抵消PIN二极管的寄生电感效应，提高隔离度。开关电路的偏置电路包括一个一个限流电阻R，其电阻值根据正向偏压和所需电流决定，在本例中，所需限流电阻值R为160欧姆。
开关电路的实际版图布局如图3、图4所示，电路位于Substrate3的正反金属层G5，G6上，为了减小损耗，G5和G6层金属导带通过金属通孔连接起来，介质板substrate3上的介质。四个并联PIN二极管之间间隔为2.2mm，在每一个PIN二极管与射频地之间存在一个电容性的补偿电路用以抵消PIN二极管的寄生电感效应，电容性的补偿电路是通过一个四分之一波长至半波长的一段短路线实现的，同时，对这段短路线进行折叠以缩小体积。偏置电路实际版图中不再使用分立电容和分立电感，而是通过一个长2.6mm宽0.2mm的高阻抗线与一个半径为2.6mm的60度扇形开路枝节组成带阻滤波器来抑制射频能量泄漏。在输入和输出端各有一段调节阻抗匹配的传输线和一个充当隔直电路的耦合线，其中耦合线为宽边耦合线，耦合线的金属导带分别位于G5层和G6层。
为了能与测试设备连接，开关电路需要与过渡电路相连接，图5、图6分别展示了加上过渡电路的G5和G6层平面视图。在介质板上有许多铆钉孔用来将多层PCB板相互铆接，形成轻重量、高集成度、自封装的开关电路结构。
图7是开关电路在导通情况下有无介质挖除和双层走线的插入损耗对比，图8是开关电路在导通情况下的回波损耗和截至情况下的隔离度。
实施案例2：本开关电路基于介质集成悬置线，其结构与实施案例1相似，从上往下共计五层介质板(Substrate1-Substrate5)，每层介质板正反两面均敷有铜，从上往下共计十层金属层(G1-G10)。对第2层介质板和第4层介质板进行挖槽镂空处理，以形成介质集成悬置线的上下空腔，空腔周围设置的金属通孔与金属层G2和G9与共同形成电磁屏蔽效应来减少辐射损耗。
开关电路的原理图如图9所示，开关电路使用低损耗的并联结构，整个开关电路使用四个MACOM公司的二极管MA4AGFCP910并联而成，PIN二极管对应正向导通电阻为5.2欧姆，反向截止电容为0.02pF。PIN二极管直接与射频地相连。为了提高隔离度，每个PIN二极管以等间距L排列，L约为对应频段的四分之一波长，在本例中应用频段为24-27GHz，L的长度对应为2.2mm。开关电路的偏置电路包括一个一个限流电阻R，其电阻值根据正向偏压和所需电流决定，在本例中，所需限流电阻值R为160欧姆。
开关电路的实际版图布局如图10、图11所示，电路位于Substrate3的正反金属层G5，G6上，为了减小损耗，G5和G6层金属导带通过金属通孔连接起来，介质板substrate3上的介质。四个并联PIN二极管之间间隔为2.2mm，PIN二极管直接与射频地相连。偏置电路实际版图中不再使用分立电容和分立电感，而是通过一个长2.6mm宽0.2mm的高阻抗线与一个半径为2.6mm的60度扇形开路枝节组成带阻滤波器来抑制射频能量泄漏。在输入和输出端各有一段调节阻抗匹配的传输线和一个充当隔直电路的耦合线，其中耦合线为宽边耦合线，耦合线的金属导带分别位于G5层和G6层。
为了能与测试设备连接，开关电路输入输出端分别与过渡电路相连接。在介质板上有许多铆钉孔用来将多层PCB板相互铆接，形成轻重量、高集成度、自封装的开关电路结构。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，所述开关电路安装在介质集成悬置线上，所述开关电路包括：
第一至第四二极管、4个补偿结构、第一隔直器、第二隔直器、射频扼流圈、电容；其中，第一隔直器的一端连接PORT1端，第二隔直器的一端连接PORT2端，第一至第四二极管的正极均与第一隔直器的另一端、第二隔直器的另一端、射频扼流圈的一端均连接，第一至第四二极管的负极分别与一补偿结构连接后接地；射频扼流圈的另一端与电容的一端和Vdc端均连接，电容的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，所述开关电路还包括限流电阻R，限流电阻R串联在射频扼流圈的另一端与Vdc之间。
3.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，第一至第四二极管对应正向导通电阻为5.2欧姆，反向截止电容为0.02pF。
4.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，第一至第四二极管以等间距L排列，L为对应频段的四分之一波长。
5.根据权利要求1所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，所述介质集成悬置线的结构为：
从上往下共计五层介质板：Substrate1-Substrate5，每层介质板正反两面均敷有铜，从上往下共计十层金属层：G1-G10；对第2层介质板和第4层介质板进行挖槽镂空处理，以形成介质集成悬置线的上下空腔，空腔周围设置的金属通孔与金属层G2和G9与共同形成电磁屏蔽效应来减少辐射损耗。
6.根据权利要求5所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，开关电路位于Substrate3的正反金属层G5，G6上，悬置线主线路的G5和G6层金属导带通过金属通孔连接起来，四个并联PIN二极管之间间隔为2.2mm，在每一个PIN二极管与射频地之间存在一个电容性的补偿电路，电容性的补偿电路是通过一个四分之一波长至半波长的一段折叠短路线实现。
7.根据权利要求5所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，利用带阻滤波器替代所述开关电路中的射频扼流圈和电容，带阻滤波器包括：一个长2.6mm宽0.2mm的高阻抗线和一个半径为2.6mm的60度扇形开路枝节，在悬置线主线路输入和输出端各有一段调节阻抗匹配的传输线和一个充当隔直电路的耦合线，其中耦合线为宽边耦合线，耦合线的金属导带分别位于G5层和G6层。
8.根据权利要求4所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，L为2.2mm。
9.根据权利要求2所述的基于介质集成悬置线的低损耗开关电路，其特征在于，限流电阻值R为160欧姆。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111326840A (zh) * 2020-02-07 2020-06-23 北京邮电大学 自封装基片集成的领结胞元人工表面等离子体激元传输线

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225751A (zh) * 1997-06-03 1999-08-11 松下电器产业株式会社 双频带开关、双频带天线共用器及其双频带移动通信装置
CN201839100U (zh) * 2010-10-12 2011-05-18 西安天伟电子系统工程有限公司 基于脉冲功率放大器的供电装置
US20110182111A1 (en) * 2008-03-24 2011-07-28 Min-Sang Kim Electromechanical switch and method of forming the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1225751A (zh) * 1997-06-03 1999-08-11 松下电器产业株式会社 双频带开关、双频带天线共用器及其双频带移动通信装置
US20110182111A1 (en) * 2008-03-24 2011-07-28 Min-Sang Kim Electromechanical switch and method of forming the same
CN201839100U (zh) * 2010-10-12 2011-05-18 西安天伟电子系统工程有限公司 基于脉冲功率放大器的供电装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李文炬: "基于SISL的微波开关研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
高修立: "一种低相移的衰减器", 《2005’全国微波毫米波会议论文集》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111326840A (zh) * 2020-02-07 2020-06-23 北京邮电大学 自封装基片集成的领结胞元人工表面等离子体激元传输线
CN111326840B (zh) * 2020-02-07 2021-04-27 北京邮电大学 自封装基片集成的领结胞元人工表面等离子体激元传输线

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