CN1315262C - 高频超宽带射频开关 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电开关技术领域，具体涉及一种高速超宽带射频开关。该高速超宽带射频开关，包括有桥式开关电路、开关驱动电路，桥式开关电路中的二极管采用微波肖特基二极管，开关驱动电路包括有两个超高速比较器，超高速比较器分别接成同相比较和反相比较状态，其输入端连在一起并与控制信号输入端相连，其输出端分别与桥式开关电路的两端相连，桥式开关电路的另外两端分别与目标信号输入端和目标信号输出端相连，桥式开关电路分别与两个超高速比较器相连两端的电路为+Vref和-Vref对称电路。该高速超宽带射频开关具有极高速的开关时间和超宽带的通道特性，且体积小、使用寿命长。

Description

高频超宽带射频开关
技术领域
本发明属于电开关技术领域，具体涉及一种高频超宽带射频开关。
背景技术
探地雷达的工作原理是向地下目标发射电磁脉冲，根据接收的回波进行检测、解译和成像等处理，以获取地下目标的相关信息。在探地雷达系统中，所接收的信号除地下目标的反射回波以外，还存在较为强烈的地表反射回波。地表回波能量相对较强，地下目标的回波能量一般很弱，这样造成两者的幅度相差悬殊，且地表回波与目标回波在时间轴上相互接近。对于这样的信号进行采样具有较大的难度，如果放大电路的增益较大，则地表回波会引起放大器饱和，而放大器退出饱和时，目标信号已经消失；如果放大电路的增益较小，则由于回波信号的电平较小而达不到需要的精度。较好的解决方法是使用一个同步开关，在时间轴上，当地表回波到达前，开关处于关断状态，当地表回波通过后，开关切换到开通状态。在这样的情况下，就可以采用较大增益的放大器，满足采样精度的要求，而同时能避免强表面回波信号引起放大器饱和。因为需要分割的回波信号非常接近，而且回波信号是超宽带信号，所以要求开关具有极高速的开关时间(ns量级)，和超宽带(200MHz-2GHz)的通道特性。
目前，有大量不同类型的射频开关用于视频、通讯和雷达领域。其中，有的射频开关用特殊继电器实现，具有体积大，重量大，切换时间长，寿命短的缺点；有的射频开关虽然使用电子开关，但开关元件使用场效应管或PIN二极管，电路形式一般采用交流耦合方式，而交流耦合方式在开通和关闭时存在直流电平恢复时间，这些导致了此类开关的带宽不能很宽，开关速度也不能很快(达到ns量级)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有极高速的开关时间和超宽带通道特性的高速超宽带射频开关。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该高速超宽带射频开关，包括有桥式开关电路、开关驱动电路，桥式开关电路中的二极管(D1-D4)采用微波肖特基二极管，其中两个二极管的负极相连，作为偏置输入负端，另两个二极管的正极相连，作为偏置输入正端，而上述两个二极管的正极分别与另两个二极管的负极相连，其连接点分别作为信号输入端和信号输出端；开关驱动电路包括有第一超高速比较器(U1)、第二超高速比较器(U2)，两个超高速比较器(U1、U2)分别接成同相比较和反相比较状态，第一超高速比较器(U1)的正相输入端与第二超高速比较器的负相输入端连在一起，并与控制信号输入端相连；第一超高速比较器(U1)和第二超高速比较器(U2)的输出端分别与桥式开关电路的偏置输入正端和偏置输入负端相连，而桥式开关电路的信号输入端和信号输出端分别与目标信号输入端和目标信号输出端相连；桥式开关电路的偏置输入正端和偏置输入负端还分别与正基准电位(+Vref)和负基准电位(-Vref)相连，桥式开关电路的偏置输入正端和第一超高速比较器(U1)、正基准电位(+Vref)的连接电路，与桥式开关电路的偏置输入负端和第二超高速比较器(U2)、负基准电位(-Vref)的连接电路，两者的电路结构对称。
在探地雷达系统中使用本发明，能够有效的屏蔽地表反射回波能量，接收到精度高的地下目标的回波能量，从而准确地获取地下目标的相关信息。
本发明的体积小、使用寿命长。
附图说明
以下结合实施例附图，对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明的电路结构原理图
图中：D1-D4-二极管    R1、R2、R3、R4、R5、R6-电阻
U1-第一超高速比较器  U2-第二超高速比较器  L1-第一电感元件
L2-第二电感元件
具体实施方式
本发明属于探地雷达用信号开关，主要用于探地雷达天线接收信号的高速通断控制。
由于二极管桥式开关电路是一种直流开关电路，而肖特基二极管的导通时间可以做到ns量级以下，同时它的带宽也很宽，因此本实施例中，本发明采用四个微波肖特基二极管(D1-D4)组成桥式开关电路，第一超高速比较器(U1)和第二超高速比较器(U2)组成开关驱动电路，两个超高速比较器(U1、U2)分别接成同相比较和反相比较状态，其输入端连在一起并与控制信号端相连，第一超高速比较器(U1)的输出端通过电阻(R6)与桥式开关电路相连，第二超高速比较器(U2)的输出端通过电阻(R4)与桥式开关电路相连，第一超高速比较器(U1)与桥式开关电路之间有第一电感元件(L1)，第二超高速比较器(U2)与桥式开关电路之间有第二电感元件(L2)。两电感元件(L1、L2)的作用是提高控制信号对交流信号的阻抗，以减小控制信号的旁路损耗。桥式开关电路的另外两端分别与信号输入端和信号输出端相连。前述的桥式开关电路两端分别与两个超高速比较器(U1、U2)输出端、正基准电位(+Vref)、负基准电位(-Vref)相连，电路结构对称。其中正基准电位(+Vref)与桥式开关电路之间有电阻(R5)，负基准电位(-Vref)与桥式开关电路之间有电阻(R3)，两电阻(R5、R3)阻质相等。
四个肖特基二极管(D1-D4)平时通过电阻(R3)、电阻(R5)施加直流偏置，两个超高速比较器(U1、U2)分别通过电阻(R4)、电阻(R6)与桥式开关电路的两端相连，超高速比较器(U1、U2)分别接成同相比较和反相比较的状态，而超高速比较器(U1、U2)的参考电平和控制信号相连在一起，这样当控制信号电平变化时，两个超高速比较器(U1、U2)的输出端将产生具有高速边沿的差分阶跃脉冲。由于两个超高速比较器(U1、U2)的型号相同，它们的各种物理参数也就一致，因此它们的传输延时具有较好的一致性。本发明的导通、关断状态分别由两个超高速比较器(U1、U2)进行控制。
由于本发明中的电路采用对称设计，即正基准电位(+Vref)和负基准电位(-Vref)对称，在本实施例中，电阻(R5)与电阻(R3)阻值相等，电阻(R6)与电阻(R4)阻值相等，第一电感元件(L1)与第二电感元件(L2)感抗值相等。这样，无论本发明在导通状态还是关断状态，其两端电平都处于零电平，即本发明两端的直流电平不变，也就没有直流电平恢复时间，因此本发明的导通时间是由超高速比较器(U1、U2)输出脉冲的上升时间和微波肖特基二极管(D1-D4)导通时间两部分之和组成，省掉了直流电平恢复时间，从而使导通时间有效控制在3个ns之内，保证了本发明具有极高速的开关时间，满足探地雷达系统的要求。
本发明工作时，若控制信号输入的是正电平，则第一超高速比较器(U1)输出的是正电平，第二超高速比较器(U2)输出的是负电平，微波肖特基二极管(D1-D4)都处于正向偏置的状态，本发明导通，目标信号能够从目标信号输入端通过本发明到达目标信号输出端；当控制信号输入的是负电平时，第一超高速比较器(U1)输出负电平，第二超高速比较器(U2)输出正电平，微波肖特基二极管(D1-D4)都处于反向偏置的状态，本发明关断，目标信号不能到达目标信号输出端。地表反射回波到达时本发明关断，地表反射回波通过后本发明又处于导通状态，其关断和导通的时间由控制信号端所输入的控制信号进行控制。

Claims (5)

1、一种高速超宽带射频开关，包括有桥式开关电路、开关驱动电路，其特征在于桥式开关电路中的二极管(D1-D4)采用微波肖特基二极管，其中两个二极管的负极相连，作为偏置输入负端，另两个二极管的正极相连，作为偏置输入正端，而上述两个二极管的正极分别与另两个二极管的负极相连，其连接点分别作为信号输入端和信号输出端；开关驱动电路包括有第一超高速比较器(U1)、第二超高速比较器(U2)，两个超高速比较器(U1、U2)分别接成同相比较和反相比较状态，第一超高速比较器(U1)的正相输入端与第二超高速比较器的负相输入端连在一起，并与控制信号输入端相连；第一超高速比较器(U1)和第二超高速比较器(U2)的输出端分别与桥式开关电路的偏置输入正端和偏置输入负端相连，而桥式开关电路的信号输入端和信号输出端分别与目标信号输入端和目标信号输出端相连；桥式开关电路的偏置输入正端和偏置输入负端还分别与正基准电位(+Vref)和负基准电位(-Vref)相连，桥式开关电路的偏置输入正端和第一超高速比较器(U1)、正基准电位(+Vref)的连接电路，与桥式开关电路的偏置输入负端和第二超高速比较器(U2)、负基准电位(-Vref)的连接电路，两者的电路结构对称。
2、根据权利要求1所述的高速超宽带射频开关，其特征在于超高速比较器(U1、U2)的型号相同。
3、根据权利要求1或2所述的高速超宽带射频开关，其特征在于第一超高速比较器(U1)通过电阻(R6)与桥式开关电路相连，第二超高速比较器(U2)通过电阻(R4)与桥式开关电路相连，两电阻(R6、R4)阻值相等。
4、根据权利要求3所述的高速超宽带射频开关，其特征在于第一超高速比较器(U1)与桥式开关电路之间有第一电感元件(L1)，第二超高速比较器(U2)与桥式开关电路之间有第二电感元件(L2)，第一电感元件(L1)和第二电感元件(L2)的感抗值相等。
5、根据权利要求1或2所述的高速超宽带射频开关，其特征在于正基准电位(+Vref)与桥式开关电路之间有电阻(R5)，负基准电位(-Vref)与桥式开关电路之间有电阻(R3)，两电阻(R5、R3)的阻值相等。
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