CN116827321B - 一种基于开关和电阻的开关路由电路及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波技术领域，公开了一种基于开关和电阻的开关路由电路及其使用方法，该电路，包括公共端、分别与公共端串联的N个电阻，每个电阻串联一个路由路径选择开关，每个路由路径选择开关串联一个端口，各相邻的路由路径选择开关相互电连接。本发明解决了现有技术存在的路由网络的功能灵活性不够、在很多应用场合使用受限等问题。

Description

一种基于开关和电阻的开关路由电路及其使用方法

技术领域

本发明涉及微波技术领域，具体是一种基于开关和电阻的开关路由电路及其使用方法。

背景技术

微波路由电路、合成电路是射频收发系统，尤其是射频开关矩阵的重要组成部分，其主要功能为实现对射频信号的通路选择以及信号合成。在射频系统中，信号的路由以及合成通常使用射频开关级联配合合路器来实现，传统四端口的射频路由网络主要有以下两种形式，均存在各自的问题：

第一：四个端口各使用一个单刀三掷射频开关，三个开关输出端分别与另外三个端口开关的输出端相连接，以此实现任意两端口间的路由功能，如图1所示。该四端口电路可实现任意端口间信号路由，但该方法无法实现信号合路或功分功能，且网络中心存在射频信号的穿层交叉，影响电路的隔离度指标。图1中的网络中心不具备选择、功分或合路功能。

第二：四个端口分别与功分器相连，端口1、端口3的分路再通过射频开关与端口2、端口4的分路通过开关连接，如图2所示。该方法可实现端口1、端口3与端口2、端口4之间的信号合成以及路由，即：端口1、端口3可独立接收来自端口2、端口4的信号或端口2与端口4的合成信号；同理，端口2、端口4与端口1、端口3互易。但该方法不能实现四端口间任意信号的路由与合成，且该四端口电路需使用四个功分器以及四个射频开关，提高了电路成本和电路复杂度。图2中的网络中心不具备选择、功分或合路功能。

针对图1、图2传统的四端口射频路由网络，其电路拓扑结构本质为利用四个端口的功分或开关电路+中间两路射频信号交叉互联来实现射频信号的路由及合成。因网络中心的两路射频信号交叉不具备任何的选择、合成、功分功能，导致路由网络的功能灵活性不够，在很多应用场合使用受限。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于开关和电阻的开关路由电路及其使用方法，解决现有技术存在的路由网络的功能灵活性不够、在很多应用场合使用受限等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种基于开关和电阻的开关路由电路，包括公共端、分别与公共端串联的N个电阻，每个电阻串联一个路由路径选择开关，每个路由路径选择开关串联一个端口，各相邻的路由路径选择开关相互电连接。

作为一种优选的技术方案，一个端口、一个路由路径选择开关、一个电阻、公共端依次串联构成一路开关路由。

作为一种优选的技术方案，编号标记方式为：N路开关路由沿顺时针方向的编号依次标记为1至N，开关路由中相应的电阻、路由路径选择开关、端口的编号与开关路由的编号相同。

作为一种优选的技术方案，路由路径选择开关为单刀三掷开关。

作为一种优选的技术方案，路由路径选择开关为射频单刀三掷开关。

作为一种优选的技术方案，N=4。

一种基于开关和电阻的开关路由电路的使用方法，使用所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路进行路由路径的开关选择或信号合成。

作为一种优选的技术方案，N=4，进行路由路径的开关选择时，使任意两相邻端口的路由路径选择开关互相选通，另外两个端口的路由路径选择开关成任意状态。

作为一种优选的技术方案，N=4，进行信号合成时，使任意三个路由路径选择开关选通，剩余一个路由路径选择开关关断；其中，三个选通的路由路径选择开关中的任意两个路由路径选择开关对应的端口作为信号输入，剩下一个路由路径选择开关对应的端口作为信号输出。

作为一种优选的技术方案，N=4，进行信号合成时，使四个路由路径选择开关全部选通；其中，任意三个路由路径选择开关对应的端口作为信号输入，剩下一个路由路径选择开关对应的端口作为信号输出。

本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

本发明以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口的微波开关，巧妙地设计了一种开关路由电路，其电路由射频单刀三掷开关、微带线（本发明的电连接通过微带线的方式实现）、电阻三种无源器件构成，替代了大量射频开关以及合路器芯片，电路形式简单，输入输出灵活度高，可在需小型化、灵活度高的收发前端及开关矩阵领域中广泛应用。

附图说明

图1为传统基于单刀三掷开关的四端口开关路由电路原理图；

图2为传统基于功分器和开关的四端口开关路由电路原理图；

图3为本发明基于射频开关和电阻的四端口开关路由电路原理图；

图4为本发明基于射频开关和电阻的四端口开关路由电路仿真电路图；

图5为本发明任意相邻两端口互相选通时，信号路由插入损耗仿真结果（S12、S21）；

图6为本发明任意相邻两端口互相选通时，信号路由回波损耗仿真结果（S11、S22）；

图7为本发明任意对向两端口互相选通时，信号路由插入损耗仿真结果（S13、S31）；

图8为本发明任意对向两端口互相选通时，信号路由回波损耗仿真结果（S11、S33）；

图9为本发明任意两端口作为合路输入，剩下任意一端口作为合路输出时，合路电路插入损耗仿真结果（S13、S23）；

图10为本发明任意两端口作为合路输入，剩下任意一端口作为合路输出时，合路电路回波损耗仿真结果（S12、S22、S33）；

图11为本发明任意三端口作为合路输入，剩下任意一端口作为合路输出时，合路电路插入损耗仿真结果（S13、S23）；

图12为本发明任意三端口作为合路输入，剩下任意一端口作为合路输出时，合路电路插入损耗仿真结果（S13、S23）。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1至图12所示，本发明提出了一种以电阻型功分器作为路由网络中心节点、配合四个端口的微波开关，实现微波信号路由及合成功能的开关路由电路，能有效改善微波开关电路设计的复杂度，可广泛应用于微波、射频收发开关矩阵中。

为提高路由网络功能的灵活性，需从传统路由网络中心为射频信号交叉电路不具备选择、合成、功分功能的痛点出发，重新构建路由网络中心节点拓扑，使其具备选择或功分合路功能，即可达到提高网络的灵活性的目的。

重新构建路由网络中心节点的拓扑结构，可采用功分器或开关等功能电路均可，可根据不同的应用需求灵活配置。例如，电阻型功分器具备电路形式简单、成本低、便于微波电路或芯片集成的特点，就很适合作为路由网络的中心节点。

以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口的微波开关，即可构件一种新型、灵活、简化的四端口路由电路，解决传统路由网络及信号合成电路结构复杂，灵活度差的问题。采用简单的射频开关以及电阻功分器实现微波信号的任意合路与路由，即缩小电路尺寸、降低电路成本，又提升了路由网络的灵活度，从而使射频开关矩阵具有更好的适应性。

针对图1、图2传统的四端口射频路由网络，其电路拓扑结构本质为利用四个端口的功分或开关+中间两路射频信号交叉互联来实现射频信号的路由及合成。因网络中心的两路射频信号交叉不具备选择、合成、功分等功能，导致路由网络功能灵活性降低。

本发明以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口的单刀三掷微波开关，构建一种新型、灵活、简化的四端口开关路由电路，解决传统路由网络及信号合成电路结构复杂，灵活度差的问题。

本发明利用射频单刀三掷开关以及电阻的分压特性，通过合理的组合设计使四个端口具有良好的匹配及开关选择特性，从而实现四端口间信号的路由与合成，电路拓扑图如图3所示：

第一：本发明由一个“十字”形交错电路和外围环形电路构成，以实现四个端口间射频信号能互通。

第二：本发明使用射频单刀三掷开关作为相邻两端口间路由路径选择开关，实现路由路径的开关选择功能。例如端口1、端口2开关互相选通，端口3、端口4开关成任意状态，此时实现端口1到端口2的射频信号路由。同理，各端口互易，以实现四端口间任意两相邻端口信号路由功能。

第三：本发明采用电阻实现各端口与中心公共端的匹配功能，即公共端与四个端口间通过电阻连接，且设置电阻阻值为15Ω，设置公共端特性阻抗为57欧姆，则四个端口经电阻分压后能与公共端形成良好的匹配。

第四：本发明结合射频单刀三掷开关与电阻实现信号合成。当四端口网络有任意三个开关选通“十字”形合路电路，剩余一个开关关断，此时，该四端口网络可看做一个三端口网络，其中任意两端口作为信号输入，剩下一端口作为信号输出，输入两端口与公共端具有良好的匹配特性，以此实现了二合一合路功能；当四端口网络所有开关均选通“十字”形合路电路，此时，其中任意三端口作为信号输入，剩下一端口作为信号输出，输入三端口与公共端具有良好的匹配特性，以此实现了三合一合路功能。

以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口微波开关的路由网络，电路形式简单，巧妙的利用射频单刀三掷开关及电阻的特性，实现了四端口网络任意端口间路由及合路的功能，非常利于路由网路的小型化、灵活化设计应用。图3中的电阻型网络中心具备功分或合路功能。

本发明以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口的微波开关，巧妙地设计了一种开关路由电路，其电路由射频单刀三掷开关、微带线（本发明的电连接通过微带线的方式实现）、电阻三种无源器件构成，替代了大量射频开关以及合路器芯片，电路形式简单，输入输出灵活度高，可在需小型化、灵活度高的收发前端及开关矩阵领域中广泛应用。

实施例2

如图1至图12所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：

以电阻型功分器作为路由网络中心节点为例，配合四个端口微波开关的开关路由电路的仿真图（见图4）、仿真结果（见图5-图12）显示，四端口开关路由电路能通过控制射频开关的导通与关断，实现四个端口间1-5GHz信号的路由功能，相邻端口路由网络插入损耗大于-1.1dB，输入输出回波损耗小于-51.0dB；对向端口路由网络插入损耗大于-9.3dB，输入输出回波损耗小于-16.5dB。同时，任意两端口可作为合路输入端，剩余任意一端口作为合路信号输出，二合一合路电路插入损耗在-9.3dB以上，二合一合路输入输出回波损耗达-16.5dB以下。任意三端口可作为合路输入端，剩余任意一端口作为合路信号输出，三合一合路电路插入损耗在-9.3dB以上，三合一合路输入输出回波损耗达-16.5dB以下。

本发明中，S11表示端口1的反射系数，S12表示端口2到端口1的插入损耗，S13表示端口3到端口1的插入损耗，S21表示端口1到端口2的插入损耗，S22表示端口2的反射系数，S23表示端口3到端口2的插入损耗，S31表示端口1到端口3的插入损耗，S32表示端口2到端口3的插入损耗，S33表示端口3的反射系数。

结果显示，本发明以电阻型功分器作为路由网络中心节点配合四个端口微波开关，巧妙地设计了一种开关路由电路，其电路由射频开关、微带线、电阻三种无源器件构成，替代了大量射频开关以及合路器芯片，电路形式简单，输入输出灵活度高，可在需小型化、路由选择需求灵活度高的射频微波开关矩阵领域中广泛应用。

如上所述，可较好地实现本发明。

本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于开关和电阻的开关路由电路，其特征在于，包括公共端、分别与公共端串联的N个电阻，每个电阻串联一个路由路径选择开关，每个路由路径选择开关串联一个端口，各相邻的路由路径选择开关相互电连接；

一个端口、一个路由路径选择开关、一个电阻、公共端依次串联构成一路开关路由；

编号标记方式为：N路开关路由沿顺时针方向的编号依次标记为1至N，开关路由中相应的电阻、路由路径选择开关、端口的编号与开关路由的编号相同；

路由路径选择开关为单刀三掷开关。

2.根据权利要求1所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路，其特征在于，路由路径选择开关为射频单刀三掷开关。

3.根据权利要求2所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路，其特征在于，N=4。

4.一种基于开关和电阻的开关路由电路的使用方法，其特征在于，使用权利要求1至3任一项所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路进行路由路径的开关选择或信号合成。

5.根据权利要求4所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路的使用方法，其特征在于，N=4，进行路由路径的开关选择时，使任意两相邻端口的路由路径选择开关互相选通，另外两个端口的路由路径选择开关成任意状态。

6.根据权利要求5所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路的使用方法，其特征在于，N=4，进行信号合成时，使任意三个路由路径选择开关选通，剩余一个路由路径选择开关关断；其中，三个选通的路由路径选择开关中的任意两个路由路径选择开关对应的端口作为信号输入，剩下一个路由路径选择开关对应的端口作为信号输出。

7.根据权利要求6所述的一种基于开关和电阻的开关路由电路的使用方法，其特征在于，N=4，进行信号合成时，使四个路由路径选择开关全部选通；其中，任意三个路由路径选择开关对应的端口作为信号输入，剩下一个路由路径选择开关对应的端口作为信号输出。