CN117766959A - 一种大功率单刀双掷开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大功率单刀双掷开关，包括波导功分器、第一开关结构和第二开关结构，第一开关结构和第二开关结构分别与波导功分器两个输出端相连接，且对称分布；第一开关结构包括第一微带射频模块和第一开关控制模块，第一开关控制模块连接在第一微带射频模块上，以输入开关量；第二开关结构包括第二微带射频模块和第二开关控制模块，第二开关控制模块连接在第二微带射频模块上，以输入开关量。本发明采用波导功分器过渡微带射频模块的过渡形式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

Description

一种大功率单刀双掷开关

技术领域

本发明涉及射频单刀双掷开关领域，尤其涉及一种大功率单刀双掷开关。

背景技术

微波开关作为微波控制类器件，在现在雷达系统、通信系统以及电子对抗等方面有着广泛的应用。主要作用是控制微波信号的发射或者将一路微波信号切换为多路发射信号。随着技术发展，微波开关也分为机械式微波开关和半导体器件的微波开关。机械式微波开关受机械移动的限制，其开关时间较慢，而半导体器件的微波开关是由半导体器件开关，其速度快。半导体开关可分为二极管的形式和晶体管形式（裸片）。对于大功率微波开关，一般采用分离式PIN二极管形式或者GaN（氮化镓）芯片形式。前者能够达到kW（千瓦）级的功率容量，而GaN器件只能在100W量级，因此对于大功率开关而言，PIN二极管开关在微波类开关中发挥着具大作用。

对于大功率单刀双掷PIN开关，可分为并联结构、串联结构和并联+串联混合结构。在并联结构的单刀双掷结构中，射频导通支路的PIN二极管处于反偏状态，二极管呈现容性，二极管的阳极为负压；隔离通道的二极管处于导通状态，二极管呈现阻性，二极管的阳极为正压。 由于导通通道和隔离通道的二极管电压不同，因此不同通道的二极管之间要采用不同的加电端，两者之间必须有高压隔直电容。由于容性、阻性、隔直电容、偏置电路等结构均会对射频匹配产生一定的影响，且仿真设计时很难通过电磁仿真软件准确的模拟，导致这种结构的大功率开关板都需要手动调试，不利用批量生产。

发明内容

本发明提供一种大功率单刀双掷开关，以解决现有大功率开关板都需要手动调试，不利用批量生产的问题。

本申请提供的一种大功率单刀双掷开关，包括波导功分器、第一开关结构和第二开关结构，所述第一开关结构和所述第二开关结构分别与所述波导功分器两个输出端相连接，且对称分布；所述第一开关结构包括第一微带射频模块和第一开关控制模块，所述第一开关控制模块连接在所述第一微带射频模块上，以输入开关量；所述第二开关结构包括第二微带射频模块和第二开关控制模块，所述第二开关控制模块连接在所述第二微带射频模块上，以输入开关量。

根据上述技术手段，本发明能够通过第一开关结构和第二开关结构分别将波导功分器两输出端的射频信号进行输出，并且由于第一开关结构和第二开关结构内分别设置有第一开关控制模块和第二开关控制模块，进而能够通过在第一开关控制模块或第二开关控制模块上输入开关控制信号，以使各路信号的接通或断开，从而实现单刀双掷。

为避免传统开关中的隔直电容而引起仿真不准，需要调试的问题。本发明采用波导功分器过渡微带射频模块的过渡形式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

进一步的，所述第一微带射频模块包括依次连接的第一输入模块、第一微波开关和第一输出模块；所述第一输入模块与所述波导功分器一输出端相连接；所述第一开关控制模块连接在所述第一微波开关和第一输出模块之间。

根据上述技术手段，本发明中第一输入模块与波导功分器一输出端相连接。输入信号由波导功分器输入端输入，经由波导功分器分为两路，一路经第一输入模块耦合进入第一微波开关和第一输出模块，进行阻抗的调节和匹配，最后输出。

进一步的，还包括第一波导短路面，所述第一波导短路面位于所述波导功分器一输出端；所述第一输入模块为第一微带线，所述第一微带线与所述第一波导短路面相连接，以形成波导微带过渡结构。

根据上述技术手段，本发明采用波导微带过渡的方式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

进一步的，所述第一微波开关包括多个相互级联的PIN二极管。

根据上述技术手段，多个相互级联的PIN二极管能够提高端口的隔离度，并且二极管结构能够精确建模，进一步提高模拟仿真准确性。

进一步的，还包括第三波导短路面；所述第一输出模块包括第三微带线和第一探针；第一探针通过第三微带线与所述第一微波开关相连接；所述第三波导短路面与所述第一探针形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。

根据上述技术手段，流经第一微波开关的信号能够通过第三微带线流向第一探针，第三波导短路面与所述第一探针形成探针-波导模块，以将信号耦合输出；由于波导、探针结构的功率容量大，因此本发明很容易实现峰值功率1kW及以上的单刀双掷开关。

进一步的，所述第一开关控制模块包括第四微带线和多个第一扇形微带线，所述第四微带线连接在所述第一微波开关和第一输出模块之间，用于传递电信号；多个所述第一扇形微带线与所述第四微带线相连接，以形成偏置。

进一步的，所述第二微带射频模块包括依次连接的第二输入模块、第二微波开关和第二输出模块；所述第二输入模块与所述波导功分器另一输出端相连接；所述第二开关控制模块连接在所述第二微波开关和第二输出模块之间。

根据上述技术手段，本发明中第二输入模块与波导功分器另一输出端相连接。输入信号由波导功分器输入端输入，经由波导功分器分为两路，另一路经第二输入模块耦合进入第二微波开关和第二输出模块，进行阻抗的调节和匹配，最后输出。

进一步的，还包括第二波导短路面，所述第二波导短路面位于所述波导功分器另一输出端；所述第二输入模块为第五微带线，所述第五微带线与所述第二波导短路面相连接，以形成波导微带过渡结构；所述第二微波开关包括多个相互级联的PIN二极管。

根据上述技术手段，本发明采用波导微带过渡的方式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。多个相互级联的PIN二极管能够提高端口的隔离度，并且二极管结构能够精确建模，进一步提高模拟仿真准确性。

进一步的，还包括第四波导短路面；所述第二输出模块包括第七微带线和第二探针；第二探针通过第七微带线与所述第二微波开关相连接；所述第四波导短路面与所述第二探针形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。

根据上述技术手段，流经第二微波开关的信号能够通过第七微带线流向第四波导短路面与所述第二探针形成的探针-波导模块，以将信号耦合输出；由于波导、探针结构的功率容量大，因此本发明很容易实现峰值功率1kW及以上的单刀双掷开关。

进一步的，所述第二开关控制模块包括第八微带线和多个第二扇形微带线，所述第八微带线连接在所述第二微波开关和第二输出模块之间，用于传递电信号；多个所述第二扇形微带线与所述第八微带线相连接，以形成偏置。

本发明实现的有益效果：

1.本发明能够通过第一开关结构和第二开关结构分别将波导功分器两输出端的射频信号进行输出，并且由于第一开关结构和第二开关结构内分别设置有第一开关控制模块和第二开关控制模块，进而能够通过在第一开关控制模块或第二开关控制模块上输入开关控制信号，以使各路信号的接通或断开，从而实现单刀双掷。

2.为避免传统开关中的隔直电容而引起仿真不准，需要调试的问题。本发明采用波导功分器过渡微带射频模块的过渡形式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的开关原理框图；

图3为本发明的组装结构示意图。

附图标记：

1-波导功分器；

2-第一开关结构，21-第一微带射频模块，211-第一输入模块，212-第一微波开关，213-第一输出模块，214-第二微带线，2131-第三微带线，2132-第一探针，22-第一开关控制模块，221-第四微带线，222-第一扇形微带线；

3-第二开关结构，31-第二微带射频模块，311-第二输入模块，312-第二微波开关，313-第二输出模块，314-第六微带线，3131-第七微带线，3132-第二探针，32-第二开关控制模块，321-第八微带线，322-第二扇形微带线；

4-第一波导短路面；

5-第二波导短路面；

6-第三波导短路面；

7-第四波导短路面。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施例

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施例中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在本申请实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

以下结合具体附图，对本发明的技术方案进行详细的介绍描述。

实施例一

如图1所示，一种大功率单刀双掷开关，包括波导功分器1、第一开关结构2和第二开关结构3，第一开关结构1和第二开关结构3分别与波导功分器1两个输出端相连接，且对称分布；第一开关结构2包括第一微带射频模块21和第一开关控制模块22，第一开关控制模块22连接在第一微带射频模块21上，以输入开关量；第二开关结构3包括第二微带射频模块31和第二开关控制模块32，第二开关控制模块32连接在第二微带射频模块31上，以输入开关量。

如图1-图3所示，本发明能够通过第一开关结构2和第二开关结构3分别将波导功分器1两输出端的射频信号进行输出，并且由于第一开关结构2和第二开关结构3内分别设置有第一开关控制模块22和第二开关控制模块32，进而能够通过在第一开关控制模块22或第二开关控制模块32上输入开关控制信号，以使各路信号的接通或断开，从而实现单刀双掷。

为避免传统开关中的隔直电容而引起仿真不准，需要调试的问题。本发明采用波导功分器1过渡微带射频模块的过渡形式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

如图1所示，第一微带射频模块21包括依次连接的第一输入模块211、第一微波开关212和第一输出模块213；第一输入模块211与波导功分器1一输出端相连接；第一开关控制模块22连接在第一微波开关212和第一输出模块213之间。本发明中第一输入模块211与波导功分器1一输出端相连接。输入信号由波导功分器1输入端输入，经由波导功分器1分为两路，一路经第一输入模块211耦合进入第一微波开关212和第一输出模块213，进行阻抗的调节和匹配，最后输出。

如图1所示，本实施例中，一种大功率单刀双掷开关还包括第一波导短路面4，第一波导短路面4位于波导功分器1一输出端；第一输入模块211为第一微带线，第一微带线与第一波导短路面4相连接，以形成波导微带过渡结构。本发明采用波导微带过渡的方式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。

如图1和图2所示，第一微波开关212包括多个相互级联的PIN二极管。多个相互级联的PIN二极管能够提高端口的隔离度，并且二极管结构能够精确建模，进一步提高模拟仿真准确性。

如图1所示，本实施例中，一种大功率单刀双掷开关还包括第三波导短路面6；第一微带射频模块21还包括第二微带线214、第三微带线2131和第一探针2132；第一微波开关212一端通过第二微带线214与第一输入模块211相连接；第一微波开关212另一端通过第三微带线2131与第一探针2132相连接；第三波导短路面6与第一探针2132形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。流经第一微波开关212的信号能够通过第三微带线2131流向第一探针2132，第三波导短路面6与第一探针2132形成探针-波导模块，以将信号耦合输出；由于波导、探针结构的功率容量大，因此本发明很容易实现峰值功率1kW及以上的单刀双掷开关。

如图1所示，第一开关控制模块22包括第四微带线221和多个第一扇形微带线222，第四微带线221连接在第一微波开关212和第一输出模块213之间，用于传递电信号；多个第一扇形微带线222与第四微带线221相连接，以形成偏置。

如图1所示，第二微带射频模块31包括依次连接的第二输入模块311、第二微波开关312和第二输出模块313；第二输入模块311与波导功分器1另一输出端相连接；第二开关控制模块32连接在第二微波开关312和第二输出模块313之间。本发明中第二输入模块311与波导功分器1另一输出端相连接。输入信号由波导功分器1输入端输入，经由波导功分器1分为两路，另一路经第二输入模块311耦合进入第二微波开关312和第二输出模块313，进行阻抗的调节和匹配，最后输出。

如图1所示，本实施例中，一种大功率单刀双掷开关还包括第二波导短路面5，第二波导短路面5位于波导功分器1另一输出端；第二输入模块311为第五微带线，第五微带线与第二波导短路面5相连接，以形成波导微带过渡结构；第二微波开关312包括多个相互级联的PIN二极管。本发明采用波导微带过渡的方式实现隔直，由于波导结构和微带结构均可采用电磁仿真软件准确仿真，因此本发明的单刀双掷开关能够进行准确的模拟仿真。如图1和图2所示，多个相互级联的PIN二极管能够提高端口的隔离度，并且二极管结构能够精确建模，进一步提高模拟仿真准确性。

如图1所示，本实施例中，一种大功率单刀双掷开关还包括第四波导短路面7；第二微带射频模块31还包括第六微带线314、第七微带线3131和第二探针3132；第二微波开关312一端通过第六微带线314与第二输入模块311相连接；第二微波开关312另一端通过第七微带线3131与第二探针3132相连接；第四波导短路面7与第二探针3132形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。流经第二微波开关312的信号能够通过第七微带线3131流向第四波导短路面7与第二探针3132形成的探针-波导模块，以将信号耦合输出；由于波导、探针结构的功率容量大，因此本发明很容易实现峰值功率1kW及以上的单刀双掷开关。

如图1所示，第二开关控制模块32包括第八微带线321和多个第二扇形微带线322，第八微带线321连接在第二微波开关312和第二输出模块313之间，用于传递电信号；多个第二扇形微带线322与第八微带线321相连接，以形成偏置。

综上，本实施例以第一开关结构2为单刀双掷开关导通端，第二开关结构3为隔离端为例进行原理说明。

如图1-图3所示，输入信号由波导功分器1输入端输入，经过波导功分器1将信号分为两路，一路经第一输入模块211耦合进入第一开关结构2，另一路经第二输入模块311耦合进第二开关结构3。

第一微带线与第一波导短路面4组成传统意义上的波导微带过渡，但与传统的波导微带过渡有一定的差异，这不但要进行信号耦合，还要进行阻抗匹配，因此在实施时并非传输信号越高越好。信号进入第一微带线以后，经第二微带线214进行一定的移相后馈入第一微波开关212，为了实现高的隔离度，第一微波开关212由多只PIN二极管级联而成，这样的好处是能提高端口的隔离度，但由于二极管寄生电容的影响，会严重拉偏微带线阻抗，因此在信号流上的各个组件均要进行阻抗的调节和匹配。信号经过多只PIN二极管级（二极管此时反偏，此时二极管等效为电容）后进入第三微带线2131，经过第一探针2132和第三波导短路面7共同组成的探针-波导模块，以将信号耦合输出。整个链路上除了进行射频匹配，还需要加电，因此第四微带线221和多个第一扇形微带线222组成偏置T，它不但要通直流，还要阻射频部分，因此第四微带线221的宽度要小，利用低阻线进行带宽拓展，实现宽带特性。

另一路信号经第五微带线与第二波导短路面5耦合进第二开关结构3。信号在第六微带线314进行一定的移相后进入第二微波开关312，由于此时的二极管为正向偏置，信号经过二极管后产生反射，经第五微带线与第六微带线314等结构射频进入输入结构。大量的信号无法经过第二微波开关312，因此第二开关结构3的输出信号很微弱，在带内其传输损耗在-30dB以下。

上述结构中，由于第一探针2132、第二探针3132为非接触式的波导微带过渡，第一开关结构2的微带线上的直流不需要像传统微带线上使用隔直电容在主路上，且微带波导过渡均为宽带、大功率结构，因此此结构非常适合大功率的开关结构。由于第二微波开关312为短路状态，信号经过第五微带线、第六微带线314以及波导功分器1另一输出端形成短路面，此结构的带宽能做到10%~20%。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，包括波导功分器（1）、第一开关结构（2）和第二开关结构（3），所述第一开关结构（1）和所述第二开关结构（3）分别与所述波导功分器（1）两个输出端相连接，且对称分布；

所述第一开关结构（2）包括第一微带射频模块（21）和第一开关控制模块（22），所述第一开关控制模块（22）连接在所述第一微带射频模块（21）上，以输入开关量；

所述第二开关结构（3）包括第二微带射频模块（31）和第二开关控制模块（32），所述第二开关控制模块（32）连接在所述第二微带射频模块（31）上，以输入开关量。

2.根据权利要求1所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，所述第一微带射频模块（21）包括依次连接的第一输入模块（211）、第一微波开关（212）和第一输出模块（213）；所述第一输入模块（211）与所述波导功分器（1）一输出端相连接；所述第一开关控制模块（22）连接在所述第一微波开关（212）和第一输出模块（213）之间。

3.根据权利要求2所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，还包括第一波导短路面（4），所述第一波导短路面（4）位于所述波导功分器（1）一输出端；所述第一输入模块（211）为第一微带线，所述第一微带线与所述第一波导短路面（4）相连接，以形成波导微带过渡结构。

4.根据权利要求3所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，所述第一微波开关（212）包括多个相互级联的PIN二极管。

5.根据权利要求2所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，还包括第三波导短路面（6）；所述第一输出模块（213）包括第三微带线（2131）和第一探针（2132）；第一探针（2132）通过第三微带线（2131）与所述第一微波开关（212）相连接；所述第三波导短路面（6）与所述第一探针（2132）形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。

6.根据权利要求2所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，所述第一开关控制模块（22）包括第四微带线（221）和多个第一扇形微带线（222），所述第四微带线（221）连接在所述第一微波开关（212）和第一输出模块（213）之间，用于传递电信号；多个所述第一扇形微带线（222）与所述第四微带线（221）相连接，以形成偏置。

7.根据权利要求1所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，所述第二微带射频模块（31）包括依次连接的第二输入模块（311）、第二微波开关（312）和第二输出模块（313）；所述第二输入模块（311）与所述波导功分器（1）另一输出端相连接；所述第二开关控制模块（32）连接在所述第二微波开关（312）和第二输出模块（313）之间。

8.根据权利要求7所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，还包括第二波导短路面（5），所述第二波导短路面（5）位于所述波导功分器（1）另一输出端；所述第二输入模块（311）为第五微带线，所述第五微带线与所述第二波导短路面（5）相连接，以形成波导微带过渡结构；所述第二微波开关（312）包括多个相互级联的PIN二极管。

9.根据权利要求7所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，还包括第四波导短路面（7）；所述第二输出模块（313）包括第七微带线（3131）和第二探针（3132）；第二探针（3132）通过第七微带线（3131）与所述第二微波开关（312）相连接；所述第四波导短路面（7）与所述第二探针（3132）形成探针-波导模块，以将信号耦合输出。

10.根据权利要求7所述的一种大功率单刀双掷开关，其特征在于，所述第二开关控制模块（32）包括第八微带线（321）和多个第二扇形微带线（322），所述第八微带线（321）连接在所述第二微波开关（312）和第二输出模块（313）之间，用于传递电信号；多个所述第二扇形微带线（322）与所述第八微带线（321）相连接，以形成偏置。