CN113067569B - 一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，包括第一pHEMT管，漏极连接第三pHEMT管源极和第三微带线一端，源极接地，栅极通过第一电阻连接VG1；第三微带线另一端连接发射端TX；第二pHEMT管，漏极连接第四pHEMT管源极和第六微带线一端，源极接地，栅极通过第三电阻连接VG2；第六微带线另一端连接接收端RX；第三pHEMT管，漏极连接第四pHEMT管漏极，栅极通过第二电阻连接VG2；第四pHEMT管，栅极通过第四电阻连接VG1；第二、第一、第四和第五微带线的一端分别连接于第三微带线和第一pHEMT管、第一pHEMT管和第三pHEMT管、第三pHEMT管和第二pHEMT管、第二pHEMT管和第六微带线之间，另一端分别接地。本发明基于GaAs的pHEMT工艺实现一个改进的SPDT的射频开关，在保证插损的前提下，实现了高隔离。

Description

一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关
技术领域
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关。
背景技术
第五代通信引入多输入多输出技术，这就要求不同射频前端通道之间具有较好的隔离度。然而，目前传统的SPDT开关结构隔离度有限，这使得信号在传输的过程中存在严重的泄露。
射频开关的插入损耗、隔离度和回波损耗是开关最重要的基本性能参数。插入损耗的降低可以显著改善发射机的失真度和提高接收机灵敏度，隔离度的提高可以减小开关在高频下工作时信号泄露在其他链路上的程度，回波损耗即开关端口的匹配程度，它的提高可以改善开关的插入损耗。射频开关在毫米波系统中作为控制信号通断的控制元件，是射频前端结构中不可或缺的一部分。由于砷化镓GaAs材料具有较高的电子迁移率、饱和漂移速度以及较宽的禁带宽度等优点，其逐渐在高频、高速、高温等应用领域中占据重要地位，而异质结的赝高电子迁移率pHEMT晶体管相较于同质结的金属半导体场效应管MESFET拥有更高的电子迁移率和漂移速度，故将其引入SPDT开关并优化射频开关的插入损耗、隔离度和回波损耗等开关最重要的基本性能参数成为研究方向。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明基于GaAs pHEMT工艺提出了一种增加了匹配单元的单刀双掷SPDT开关，确定了小型化高性能的26-30GHz的毫米波开关电路设计拓扑结构。
为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，包括：
第一pHEMT管，其漏极分别连接第三pHEMT管的源极和第三微带线的一端，其源极接地，其栅极通过第一电阻连接第一状态控制信号VG1；第三微带线的另一端连接发射端TX；第二pHEMT管，其漏极分别连接第四pHEMT管的源极和第六微带线的一端，其源极接地，其栅极通过第三电阻连接第二状态控制信号VG2；第六微带线的另一端连接接收端RX；第三pHEMT管，其漏极连接第四pHEMT管的的漏极，其栅极通过第二电阻连接第二状态控制信号VG2；第四pHEMT管，其栅极通过第四电阻连接第一状态控制信号VG1。
第二微带线的一端连接于第三微带线和第一pHEMT晶体管之间，另一端接地；第一微带线的一端连接于第一pHEMT晶体管和第三pHEMT管之间，另一端接地；第四微带线的一端连接于第三pHEMT管和第二pHEMT管之间，另一端接地；第五微带线的一端连接于第二pHEMT管和第六微带线之间，另一端接地；天线端ANT连接于第三pHEMT管和第四pHEMT管之间。
进一步地，控制信号VG1与VG2在同一时刻保持其中之一为高电平，另外一个为低电平。
进一步地，毫米波波段为26-30GHz。
本发明的有益效果为：
1、本发明在第一pHEMT202管和第二pHEMT212管两侧，均并联一个传输线，当VG1＜0，VG2＞0时，第一微带线205，第二微带线206与关断态的第一pHEMT202管的等效电容产生谐振，以保证增大隔离度时插入损耗不至于恶化；
2、本发明在第四微带线215，第五微带线216与导通态的第二pHEMT212管的等效电阻均并联到地，有效的减小信号泄露到RX端，显著地提高了整个电路结构的隔离度。
附图说明
图1是本发明的一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关的结构示意图；
图2是本发明实施例的传统结构与改进结构隔离度对比图。
图中：
第一pHEMT管202，第二pHEMT管212，第三pHEMT管204，第四pHEMT管214；第一电阻201，第二电阻203，第三电阻211，第四电阻213；第一微带线205，第二微带线206，第三微带线207，第四微带线215，第五微带线216，第六微带线217。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图1-2和实施例作进一步说明。
第五代通信引入多输入多输出技术，这就要求不同射频前端通道之间具有较好的隔离度。然而，目前传统的SPDT开关结构隔离度有限，这使得信号在传输的过程中存在严重的泄露。为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，在保证插损的前提下，实现了高隔离。
如附图1所示，本发明提供一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，包括pHEMT管组件、电阻组件及微带线组件；
pHEMT管组件包括第一pHEMT管202，第二pHEMT管212，第三pHEMT管204及第四pHEMT管214；电阻组件包括第一电阻201，第二电阻203，第三电阻211及第四电阻213；微带线组件包括第一微带线205，第二微带线206，第三微带线207，第四微带线215，第五微带线216及第六微带线217。
第一pHEMT管202，其漏极分别连接第三pHEMT管204的源极和第三微带线207的一端，其源极接地，其栅极通过第一电阻201连接第一状态控制信号VG1；第三微带线207的另一端连接发射端TX；第二pHEMT管212，其漏极分别连接第四pHEMT管214的源极和第六微带线217的一端，其源极接地，其栅极通过第三电阻211连接第二状态控制信号VG2；第六微带线217的另一端连接接收端RX；第三pHEMT管204，其漏极连接第四pHEMT管214的的漏极，其栅极通过第二电阻203连接第二状态控制信号VG2；第四pHEMT管214，其栅极通过第四电阻213连接第一状态控制信号VG1。
第二微带线206的一端连接于第三微带线207和第一pHEMT晶体管202之间，另一端接地；第一微带线205的一端连接于第一pHEMT晶体管202和第三pHEMT管204之间，另一端接地；第四微带线215的一端连接于第三pHEMT管204和第二pHEMT管212之间，另一端接地；第五微带线216的一端连接于第二pHEMT管212和第六微带线217之间，另一端接地。
天线端ANT连接于第三pHEMT管204和第四pHEMT管214之间。
实施例1：一个实施方式的一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，包括第一pHEMT管202，第二pHEMT管212，第三pHEMT管204，第四pHEMT管214，第一电阻201，第二电阻203，第三电阻211，第四电阻213，第一微带线205，第二微带线206，第三微带线207，第四微带线215，第五微带线216，第六微带线217。上述元件的连接关系如下:第一电阻201和第四电阻213的一端接VG1，另一端分别接第一pHEMT管202，第四pHEMT管214；第二电阻203和第三电阻211的一端接VG2，另一端分别接第一pHEMT管202，第四pHEMT管214；第一pHEMT管202，第三pHEMT管204的源极接地，漏极分别连接到第二微带线206、第五微带线216的一端；第二pHEMT管204，第四pHEMT管214的源极分别与第一微带线205、第四微带线215相连，漏极均接至天线端ANT；第一微带线205、第四微带线215的一端并联到地，另一端则分别与第二微带线206、第五微带线216相连；第二微带线206、第五微带线216的一端均并联到地，另一端则与第三微带线207、第六微带线217相连；第三微带线207、第六微带线217的另一端则分别连接至发射端TX、接收端RX。
控制信号VG1与VG2在同一时刻保持其中之一为高电平，另外一个为低电平。当控制信号VG1为高电平，VG2为低电平时，第四pHEMT管214导通，第三pHEMT管204截止，此时信号可从天线端ANT发射到接收端RX；当VG1为低电平，VG2为高电平时，第四pHEMT管214截止，第三pHEMT管204导通，此时信号可从发射端TX发射到天线端ANT。
射频开关的插入损耗、隔离度和回波损耗是开关最重要的基本性能参数。插入损耗的降低可以显著改善发射机的失真度和提高接收机灵敏度，隔离度的提高可以减小开关在高频下工作时信号泄露在其他链路上的程度，回波损耗即开关端口的匹配程度，它的提高可以改善开关的插入损耗。
本发明提出在第一pHEMT管202和第二pHEMT管212两侧，均并联一个传输线，当VG1＜0，VG2＞0时，第一微带线205，第二微带线206与关断态的第一pHEMT202管的等效电容产生谐振，以保证增大隔离度时插入损耗不至于恶化；第四微带线215，第五微带线216与导通态的第二pHEMT212管的等效电阻均并联到地，有效的减小信号泄露到RX端，显著地提高了整个电路结构的隔离度。
将传统结构与本发明改进结构隔离度进行对比，如附图2所示，在26GHz时，传统结构的隔离度为-14.6dB,改进结构为-21.3dB，提升了近6.7dB；而在中心频点28GHz，本发明提出结构的隔离度远超传统结构的隔离度10.8dB；在30GHz时，提出结构隔离度仍超传统结构隔离度8.1dB。因此，在26-30GHz工作频段内，改进结构相较于传统结构具有更优异的隔离度性能。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的范围。

Claims (1)

1.一种改进的单刀双掷毫米波波段分布式开关，其特征在于，其包括：
第一pHEMT管(202)，其漏极分别连接第三pHEMT管(204)的源极和第三微带线(207)的一端，其源极接地，其栅极通过第一电阻(201)连接第一状态控制信号VG1；第三微带线(207)的另一端连接发射端TX；
第二pHEMT管(212)，其漏极分别连接第四pHEMT管(214)的源极和第六微带线(217)的一端，其源极接地，其栅极通过第三电阻(211)连接第二状态控制信号VG2；第六微带线(217)的另一端连接接收端RX；
第三pHEMT管(204)，其漏极连接第四pHEMT管(214)的漏极，其栅极通过第二电阻(203)连接第二状态控制信号VG2；
第四pHEMT管(214)，其栅极通过第四电阻(213)连接第一状态控制信号VG1；
第二微带线(206)的一端连接于第三微带线(207)和第一pHEMT管(202)之间，另一端接地；
第一微带线(205)的一端连接于第一pHEMT晶体管(202)和第三pHEMT管(204)之间，另一端接地；
第四微带线(215)的一端连接于第三pHEMT管(204)和第二pHEMT管(212)之间，另一端接地；
第五微带线(216)的一端连接于第二pHEMT管(212)和第六微带线(217)之间，另一端接地；
天线端ANT连接于第三pHEMT管(204)和第四pHEMT管(214)之间；
第一状态控制信号VG1与第二状态控制信号VG2在同一时刻保持其中之一为高电平，另外一个为低电平；
所述毫米波波段为26-30GHz。
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