CN109120250A - 一种Ka波段宽带开关网络 - Google Patents

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常进
李良
刘海强
芦嘉
赵宇博
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    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03K2017/515—Mechanical switches; Electronic switches controlling mechanical switches, e.g. relais

Abstract

本发明涉及一种Ka波段宽带开关网络，包括多级单刀多掷开关和开关间级联电路，开关间级联电路位于单刀多掷开关之间；所述的开关间级联电路依次包括第一开关间级联传输线、第一PIN二极管、第二开关间级联传输线、第二PIN二极管、第三开关间级联传输线、第四开关间级联传输线、隔直电容和第四开关间级联传输线；在第三开关间级联传输线、第四开关间级联传输线之间设有馈电网络，所述的开关馈电网络由高频扼流电感、旁路电容、电源馈线组成，旁路电容的一端接地，另一端与电源馈线连接，高频扼流电感的一端与旁路电容连接，另一端连接于第三开关间级联传输线和第四开关间级联传输线之间。

Description

一种Ka波段宽带开关网络
技术领域
本发明属于微波技术领域，涉及一种微波开关网路的高性能设计。
背景技术
微波开关是微波电路中的关键部件，尤其在阵列雷达、MIMO通信、微波成像等应用场景下，其性能指标尤为关键。现有开关网络设计带宽较窄，带内幅相一致性差，尤其在Ka波段以上，设计难度大。
在阵列雷达、MIMO通信、微波成像等应用场景下，对开关网络性能指标提出了苛刻要求。现有开关网络设计带宽较窄，在开关支路过多时难以保证支路间的幅相一致性。本发明提出了一种新颖的开关网络设计方法，该方法基于目前器件水平，能够同时满足微波开关网络的幅相一致性和宽带宽。
本发明提出一种开关网络设计方法，在现有器件水平下，经过合适选型，该开关网络具有宽带宽、幅相一致性优异的特点。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有微波开关网络的幅相不一致和宽带窄的问题，本发明提出了一种Ka波段宽带开关网络。
技术方案
一种Ka波段宽带开关网络，包括多级单刀多掷开关和开关间级联电路，开关间级联电路位于单刀多掷开关之间；其特征在于所述的开关间级联电路依次包括第一开关间级联传输线、第一PIN二极管、第二开关间级联传输线、第二PIN二极管、第三开关间级联传输线、第四开关间级联传输线、隔直电容和第四开关间级联传输线；在第三开关间级联传输线、第四开关间级联传输线之间设有馈电网络，所述的开关馈电网络由高频扼流电感、旁路电容、电源馈线组成，旁路电容的一端接地，另一端与电源馈线连接，高频扼流电感的一端与旁路电容连接，另一端连接于第三开关间级联传输线和第四开关间级联传输线之间。
所述的隔直电容和旁路电容的容值小于等于100pf。
所述的第一开关间级联传输线、第二开关间级联传输线、第三开关间级联传输线、第四开关间级联传输线和第四开关间级联传输线，位于模块中采用微带线，位于不同模块间采用稳相电缆。
有益效果
本发明提出的一种Ka波段宽带开关网络，该微波开关网络设计新颖精巧，在Ka波段具有宽带宽、切换速度快、幅相一致性好的特点，可应用于阵列雷达、MIMO通信、微波成像等场景下。
附图说明
图1Ka波段宽带开关网络设计框图
图2开关间级联电路方案
图3Ka波段单刀192掷开关网络设计方案
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
Ka波段宽带开关网络设计信号流程图如图1所示。其中1是第一级开关，单刀M掷；2是第二级开关，单刀N掷；3是第三级开关，单刀P掷。其中M、N、P均为大于1的整数。据此方案可以得到开关支路为M×N×P路。在此发明中开关采用基于AlGaAs的PIN二级管开关芯片，该类型射频开关具有快速切换、较低插损、较高频率和适用多掷输出的特点。图1中4、5、6是开关间级联电路，该级联电路参数在同级开关之间要保证严格一致，用以确保各开关支路间幅度相位的一致性。该部分电路是本发明核心所在，具体电路形式在图二中展开叙述。
图2中，链路中箭头方向代表信号输出方向。7、9、11、12、14是开关间级联传输线。作为优选，模块中采用微带线，不同模块间采用稳相电缆。该传输线长度要精确控制，要保证同级开关间同一位置处的传输线电长度一致，这点需要利用仿真软件对带宽内中心频率处相位一致性进行仿真确定。另外微带传输线中存在阻抗匹配问题，这点尤其需要关注。
8、10是用以增加开关隔离度而添加的单只PIN二极管，可根据具体需求酌情使用，优选二极管个数0～3只，图中示意给出了两只。13是隔直电容，需要注意Ka波段需选用高频小电容(小于等于100pf)，优选单层薄膜电容器，且电容宽度与微带线宽度相近。15、16、17是开关的馈电网络，17是电源馈线，作为优选，这里采用专用多路PIN驱动器。16是旁路电容，同样的在Ka波段需选用高频小电容(小于等于100pf)，优选单层薄膜电容器。15为高频扼流电感，优选25um金丝绕制电感，直接键和在微带线上。
利用本发明提出的宽带开关网络设计方法可以完成单刀多掷的Ka波段开关网络设计，下面举例说明。具体框图如图三所示，1是第一级开关选用单刀8掷开关，2是第二级选用单刀3掷开关，3是第三极选用单刀8掷开关，组成单刀192掷开关网络。其中第一级开关放置于1个模块中，为单刀8掷开关模块；第一级开关后的支路，即第二、三级开关置于同一模块中，为单刀24掷开关模块。8条支路连接8个模块，4是模块之间传输线，采用稳相电缆(即级联传输线14)，以保证相位一致性。5为单刀24掷开关中的单刀3掷和单刀8掷间的级联电路，其设计依据图二中的电路方案，得到了较好的幅度相位一致性。6为开关网络输出，共计192支路，直接连接至天线。
通过对所有支路测试，采用本发明中的设计方法，192路开关网络开关速度快，应用频段32GHz～37GHz，在该频段内幅度一致性在3dB内，相位一致性在90度内。

Claims (3)

1.一种Ka波段宽带开关网络，包括多级单刀多掷开关和开关间级联电路，开关间级联电路位于单刀多掷开关之间；其特征在于所述的开关间级联电路依次包括第一开关间级联传输线(7)、第一PIN二极管(8)、第二开关间级联传输线(9)、第二PIN二极管(10)、第三开关间级联传输线(11)、第四开关间级联传输线(12)、隔直电容(13)和第四开关间级联传输线(14)；在第三开关间级联传输线(11)、第四开关间级联传输线(12)之间设有馈电网络，所述的开关馈电网络由高频扼流电感(15)、旁路电容(16)、电源馈线(17)组成，旁路电容(16)的一端接地，另一端与电源馈线(17)连接，高频扼流电感(15)的一端与旁路电容(16)连接，另一端连接于第三开关间级联传输线(11)和第四开关间级联传输线(12)之间。
2.根据权利要求1所述的一种Ka波段宽带开关网络，其特征在于所述的隔直电容(13)和旁路电容(16)的容值小于等于100pf。
3.根据权利要求1所述的一种Ka波段宽带开关网络，其特征在于所述的第一开关间级联传输线(7)、第二开关间级联传输线(9)、第三开关间级联传输线(11)、第四开关间级联传输线(12)和第四开关间级联传输线(14)，位于模块中采用微带线，位于不同模块间采用稳相电缆。
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