CN109638390A - 毫米波低插损吸收式开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了毫米波低插损吸收式开关，涉及毫米波开关器件，属于基本电气元件的技术领域。该吸收式开关包含多个级联的耦合线单元，每个耦合线单元都包括：耦合线、第一控制元件、第二控制元件、第一匹配电路、第二匹配电路，通过控制元件的开启和关断实现开关模块的导通和关断，耦合线参与开关模块导通和关断状态下的阻抗匹配，在毫米波频段实现低的插入损耗和低的关态电压驻波比。

Description

毫米波低插损吸收式开关

技术领域

本发明公开了毫米波低插损吸收式开关，涉及毫米波开关器件，属于基本电气元件的技术领域。

背景技术

在电子通讯系统中，开关作为控制信号通断的控制元件，在雷达系统、微波通信系统和测量系统尤其在是收发组件中有着广泛的应用。开关的技术指标主要有:工作频带、插入损耗、隔离度、开关时间、开态输入电压驻波比、开态输出电压驻波比、关态输入电压驻波比、关态输出电压驻波比、功率容量等，但是传统的开关在高频段的电气性能指标较差，主要表现在：1）带宽窄；2）关态电压驻波比大；3）面积大；4）插损大等，这限制了这类产品在收发组件中的广泛应用。

申请号为201720859921.2名称为“一种DC-20GHz吸收式单刀单掷开关”的申请提出了一种通过7级串并联晶体管结构实现的开关电路，改善了单级串联结构的开关电路带宽但高频插损大、隔离度小的缺陷，改善了单级并联结构的开关电路高频插损小、隔离度大但窄带的缺陷，但该多级晶体管串并联组成开关电路高频损耗大。

申请号为201721298520.0名称为“一种1～18GHz等相位吸收式单刀四掷开关链路”的申请通过在现有开关芯片输出端再设置两级开关芯片，利用等路径保证开关整体输出等相位，并利用多个开关芯片增大隔离度，进而改善关断驻波，该单刀四掷开关链路仍为传统的串并联结构，高频损耗大。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了毫米波低插损吸收式开关，降低了高频插入损耗并改善了关态电压驻波比，解决了现有开关模块在高频段的插入损耗大、关态电压驻波比大的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：毫米波低插损吸收式开关，包含多个级联的耦合线单元，每个耦合线单元都包括：耦合线、第一控制元件、第二控制元件、第一匹配电路、第二匹配电路，耦合线的输入端口接输入端子或前一耦合线单元中耦合线的隔离端口，耦合线的隔离端口接后一耦合线单元中耦合线的输入端口或输出端子，耦合线的耦合端口接第一匹配电路和第一控制元件的源极，耦合线的直通端口接第二匹配电路和第二控制元件的源极，第一控制元件的漏极和第二控制元件的漏极均接地。

进一步的，毫米波低插损吸收式开关中的耦合线为两线平行耦合线或三线平行耦合线或四线平行耦合线或Lange桥耦合线。

进一步的，毫米波低插损吸收式开关的多个耦合线单元采用直线型级联方式或折线型级联方式或方型级联方式或圆型级联方式连接。

进一步的，毫米波低插损吸收式开关中，第一控制元件和第二控制元件为场效应管控制元件或PIN二极管控制元件或双极结型晶体管控制元件或微机电控制元件。

在实际使用中，开关模块中控制元件可以由场效应管控制元件、PIN二极管控制元件、双极结型晶体管控制元件或微机电控制元件实现；同时，开关模块材料可以采用Si、GaAs、GaN、SiGe、InP、高分子合成树脂或陶瓷中任意一种或多种组合。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

（1）本发明在并联型开关的基础上，以耦合线为开关模块的主要元件，耦合线的耦合端口及直通端口接有控制元件及匹配网络，通过控制元件的开启和关断实现开关模块的导通和关断，耦合线参与开关模块导通和关断状态下的阻抗匹配，在毫米波频段实现低的插入损耗和低的关态电压驻波比。

（2）采用多线耦合线单元提高开关模块的耦合度，采用折线型耦合线单元、方型耦合线单元或圆型耦合线单元减少开关模块的版图面积。

综上，本发明公开的吸收式开关，工作频带宽，插入损耗低，隔离度高，开态/关态输入输出电压驻波比好，电路尺寸小，控制简单，使用方便而且特别适合毫米波宽带低插损应用设计。

附图说明

图1为本发明公开的毫米波低插损吸收式开关的框图。

图2为本发明实施例1所示吸收式开关的电路拓扑结构图。

图3为本发明实施例2所示吸收式开关的电路拓扑结构图。

图4为本发明实施例3所示吸收式开关的电路拓扑结构图。

图5为本发明实施例2所示吸收式开关插入损耗与频率的关系图。

图6为本发明实施例2所示吸收式开关输入驻波比与频率的关系图。

图7为本发明实施例2所示吸收式开关输出驻波比与频率的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明，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保护范围，在阅读了本发明申请文件之后，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权利要求所限定的范围。

本发明公开的毫米波低插损吸收式开关如图1所示，开关模块的一端接输入端，开关模块的另一端接输出端。为改善现有开关模块高频损耗大的缺陷，本申请以耦合线为并联型开关模块的主要元件，将耦合线的一传输线接在输入端子和输出端子之间，耦合线另一传输线的两端分别接控制元件和匹配电路。

实施例1：如图2所示，开关模块通过一个耦合线单元实现，耦合线单元包括：耦合线、第一控制元件a1、第二控制元件b1、第一匹配电路a1、第二匹配电路b1以及接地线，耦合线的输入端（1号端口）接输入端，耦合线的隔离端口（2号端口）接输出端，耦合线的耦合端口（3号端口）接第一匹配电路a1及第一控制元件a1的源极，耦合线的直通端口（4号端口）接第二匹配电路b1及第二控制元件b1的源极，第一控制元件a1的漏极和第二控制元件b1的漏极接地线。控制元件的开启和关断，一方面实现开关模块的导通和关断，另一方面实现开关模块在导通和关断状态下的输入输出匹配，当开关模块关断时，关态时的发射信号被耦合线的隔离端口吸收，提高了开关模块的关态输入输出电压驻波比，同时实现了开关模块的低插损和高隔离度。

实施例2：如图3所示，级联多个实施例1所示的耦合线单元实现本申请的毫米波低插损吸收式开关，第一级耦合线单元的隔离端口连接在下一级耦合线单元的输入端，一直连接到第n级耦合线单元的输入端，输入信号经n个耦合线单元后到达输出端。级联耦合线单元的吸收式开关插入损耗与频率的关系如图5所示，中心频率为30GHz，相对带宽67%，插入损耗为0.7dB；级联耦合线单元的吸收式开关输入驻波比与频率的关系如图6所示，级联耦合线单元的吸收式开关输出驻波比与频率的关系图7所示，关态输入输出电压驻波比典型值为1.2。

实施例3：如图4所示，级联多个实施例1所示的耦合线单元实现本申请的毫米波低插损吸收式开关，开关模块中的耦合线单元为折线型耦合线，本实施例中第一级耦合线单元、第x级耦合线单元以及第n级耦合线单元分别在不同的直线上，后一级耦合线单元的输入端接前一级耦合线单元的隔离端，从而在毫米波宽带低插损开关的情况下，通过折线型耦合线缩小面积。

Claims (6)

1.毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，包含多个级联的耦合线单元，每个耦合线单元都包括：耦合线、第一控制元件、第二控制元件、第一匹配电路、第二匹配电路，耦合线的输入端口接输入端子或前一耦合线单元中耦合线的隔离端口，耦合线的隔离端口接后一耦合线单元中耦合线的输入端口或输出端子，耦合线的耦合端口接第一匹配电路和第一控制元件的源极，耦合线的直通端口接第二匹配电路和第二控制元件的源极，第一控制元件的漏极和第二控制元件的漏极均接地。

2.根据权利要求1所述毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，所述耦合线为两线平行耦合线或三线平行耦合线或四线平行耦合线或Lange桥耦合线。

3.根据权利要求1所述毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，多个耦合线单元采用直线型级联方式或折线型级联方式或方型级联方式或圆型级联方式连接。

4.根据权利要求1所述毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，所述第一控制元件和第二控制元件为场效应管控制元件或PIN二极管控制元件或双极结型晶体管控制元件或微机电控制元件。

5.根据权利要求1所述毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，所述第一匹配电路和第二匹配电路为电感、电容、电阻或地线中任意一种或多种的串并联电路。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述毫米波低插损吸收式开关，其特征在于，采用Si、GaAs、GaN、SiGe、InP、高分子合成树脂或陶瓷中任意一种或多种材料制成。