CN212381191U - 一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路 - Google Patents

Abstract

一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，包括输入微带线、电容，以及并联在两者之间的第一输出回路和第二输出回路，其中两个输出回路相互对称，且每个输出回路中还包括有相互对称的两个支路。本实用新型中在各之路中设置有开关管，通过开关信号控制开关管的通断而在7MHz～10MHz的工作频段范围内实现低于0.5dB的插入损耗、小于1.5的驻波比以及优于60dB的隔离度。本实用新型通过选择高电子迁移率晶体管增加开关电路的功率容量，提高其开关速度，承载至少1000W的峰值功率。

Description

一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路

技术领域

本实用新型涉及短波大功率开关技术领域，尤其涉及一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路。

背景技术

短波雷达信号收发需要通过HF开关实现发射通道和接收通道的切换。由于短波雷达自身发射峰值功率可达到1000W(50％占空比)，并且其工作频段受电台占用多，特别是10MHz以下电台干扰严重，频率占用尤其拥挤，因此，如何在短波雷达信号收发设备中降低系统内部无效信号干扰就成为短波雷达收发设备的一个研究重点。

现有短波雷达信号收发设备中需要设计一种能够工作在7MHz～10MHz频段范围内，具有更60dB以上隔离度，且插入损耗小于0.5dB的单刀双掷开关电路。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路。本申请通过互为对称的电路结构，可通过开关管实现信号通道的切换，并提高信号的隔离度，减小电路整体的插入损耗。

为实现上述目的，本实用新型提供的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其包括：

输入微带线，其第一端连接信号输入端；

电容，其第一端接地；

第一输出回路和第二输出回路，其并联连接在输入微带线的第二端以及电容的第二端之间，所述第一输出回路和第二输出回路的电路结构相互对称，

其中，所述第一输出回路连接有第一信号输出端，所述第一输出回路包括连接在输入微带线的第二端以及第一信号输出端之间的第一支路，还包括连接在电容的第二端以及第一信号输出端之间的第二支路，所述第一支路和第二支路分别包括有相互对称设置的开关管，所述第一支路的开关管和第二支路的开关管所连接的开关信号相反；

所述第二输出回路连接有第二信号输出端，所述第二输出回路包括连接在输入微带线的第二端以及第二信号输出端之间的第三支路，还包括连接在电容的第二端以及第二信号输出端之间的第四支路，所述第三支路和第四支路分别包括有相互对称设置的开关管，所述第三支路的开关管所连接的开关信号与所述第二支路的开关管所连接的开关信号相同，所述第四支路的开关管所连接的开关信号与所述第一支路的开关管所连接的开关信号相同，且所述第三支路的开关管和第四支路的开关管所连接的开关信号相反。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第一支路包括：

第一回路第四微带线，其一端连接所述输入微带线的第二端；

第一回路第三开关管，其源极连接第一回路第四微带线的另一端，其栅极连接开关信号，其漏极连接固定电平；

第一回路第五微带线，其一端连接所述第一回路第四微带线与第一回路第三开关管的公共端；

第一回路第四开关管，其源极连接所述第一回路第五微带线的另一端，其栅极连接开关信号，其漏极连接固定电平；

所述第一信号输出端连接所述第一回路第四开关管和第一回路第五微带线的公共端。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第一支路中的第一回路第三开关管和第一回路第四开关管的栅极分别通过阻性元件连接所述开关信号，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第一回路第五微带线、所述第一回路第四微带线分别具有相同的感性阻抗。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第二支路包括：

第一回路第二微带线，其一端连接所述电容的第二端；

第一回路第一开关管，其漏极连接第一回路第二微带线的另一端，其栅极连接反向开关信号，其源极接地；

第一回路第三微带线，其一端连接所述第一回路第二微带线与第一回路第一开关管的公共端；

第一回路第二开关管，其漏极连接所述第一回路第三微带线的另一端，其栅极连接反向开关信号，其源极接地；

所述第一信号输出端还连接所述第一回路第二开关管和第一回路第三微带线的公共端。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第二支路中的第一回路第一开关管和第一回路第二开关管的栅极分别通过阻性元件连接所述反向开关信号，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第一回路第二微带线、所述第一回路第三微带线分别具有相同的感性阻抗。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第三支路包括：

第二回路第四微带线，其一端连接所述输入微带线的第二端；

第二回路第三开关管，其源极连接第二回路第四微带线的另一端，其栅极连接反向开关信号，其漏极连接固定电平；

第二回路第五微带线，其一端连接所述第二回路第四微带线与第二回路第三开关管的公共端；

第二回路第四开关管，其源极连接所述第二回路第五微带线的另一端，其栅极连接反向开关信号，其漏极连接固定电平；

所述第二信号输出端连接所述第二回路第四开关管和第二回路第五微带线的公共端。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第三支路中的第二回路第三开关管和第二回路第四开关管的栅极分别通过阻性元件连接所述反向开关信号，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第二回路第五微带线、所述第二回路第四微带线分别具有相同的感性阻抗。

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第四支路包括：

第二回路第二微带线，其一端连接所述电容的第二端；

第二回路第一开关管，其漏极连接第二回路第二微带线的另一端，其栅极连接开关信号，其源极接地；

第二回路第三微带线，其一端连接所述第二回路第二微带线与第二回路第一开关管的公共端；

第二回路第二开关管，其漏极连接所述第二回路第三微带线的另一端，其栅极连接开关信号，其源极接地；

所述第二信号输出端还连接所述第二回路第二开关管和第二回路第三微带线的公共端

可选的，如上任一所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其中，所述第四支路中的第二回路第一开关管和第二回路第二开关管的栅极分别通过阻性元件连接所述开关信号，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第二回路第三微带线、所述第二回路第二微带线分别具有相同的感性阻抗。

本实用新型和现有方案相比具有如下技术效果:

1.本实用新型提供一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其通过输入微带线、电容，以及并联在两者之间的第一输出回路和第二输出回路构成短波雷达系统的发射通道和接收通道。本实用新型通过设置其中的两个输出回路相互对称，并在每个输出回路中分别设置有相互对称的两个支路，分别构成互补的输出通道，消除进入电路内部的干扰信号，以提高整体电路的隔离度。

2.进一步，本实用新型中在各之路中设置有开关管，通过开关信号控制开关管的通断而在7MHz～10MHz的工作频段范围内实现低于0.5dB的插入损耗、小于1.5的驻波比以及优于60dB的隔离度。同时本实用新型还可通过选择高电子迁移率晶体管、并联若干开关管单元电路而增加整体开关电路的功率容量，提高其开关速度，承载至少1000W的峰值功率。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本实用新型的实施例一起，用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为根据本实用新型的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路的原理图；

图2为本实用新型单刀双掷开关在工作频带内的隔离度曲线；

图3为本实用新型单刀双掷开关在工作频带内的插入损耗曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本实用新型所提供的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其包括图1所示的：

输入微带线L1，其第一端连接信号输入端RFin；

电容C1，其第一端接地；

输出回路，其包括分别用于连接发射通道和接收通道的第一输出回路和第二输出回路，两个输出回路并联连接在输入微带线L1的第二端以及电容C1的第二端之间，所述第一输出回路和第二输出回路的电路结构相互对称，

其中，所述第一输出回路连接有第一信号输出端RFout1，所述第一输出回路包括连接在输入微带线L1的第二端以及第一信号输出端RFout1之间的第一支路，还包括连接在电容C1的第二端以及第一信号输出端RFout1之间的第二支路，所述第一支路和第二支路分别包括有相互对称设置的开关管单元电路，所述第一支路的开关管和第二支路的开关管所连接的开关信号相反；

所述第二输出回路连接有第二信号输出端RFout2，所述第二输出回路包括连接在输入微带线L1的第二端以及第二信号输出端RFout2之间的第三支路，还包括连接在电容C1的第二端以及第二信号输出端RFout2之间的第四支路，所述第三支路和第四支路分别包括有相互对称设置的开关管单元电路，所述第三支路的开关管所连接的开关信号与所述第二支路的开关管所连接的开关信号相同，所述第四支路的开关管所连接的开关信号与所述第一支路的开关管所连接的开关信号相同，且所述第三支路的开关管和第四支路的开关管所连接的开关信号相反。

每一个开关管所对应的单元电路均可设置为包括：

微带线，其一端接收信号输入端RFin的信号；

开关管，其源极或漏极连接所述微带线的另一端，其栅极连接开关信号V或反向开关信号V’，其漏极或源极连接固定电平VDD或接地。

由此，微带线实现输入端的阻抗匹配，以提高信号的接收效率，所述的开关管能够相应地对微带线所接收的信号进行信号通道的控制，使得该信号能够由相应的信号输出端输出，并且，在控制信号通道导通或关断的同时，隔离系统信号的负反馈，保证输出信号的信噪比和隔离度。

并且，通过级联各开关管单元电路，本实用新型还能够通过若干开关管分摊电路的总峰值功率，保证各开关管均能够工作在线性状态，不会在信号中叠加非线性噪声分量。

具体而言，下面以图1所示，以每一支路中分别设置两级开关管单元电路的方案为例，说明本实用新型的详细电路结构。更大峰值功率可通过在每一个支路中相应地级联更多开关管或相应选择功率承载能力更优的开关管而得以实现。

其中，所述第一支路包括：

第一回路第四微带线L4，其一端连接所述输入微带线L1的第二端；

第一回路第三开关管Q3，其源极连接第一回路第四微带线L4的另一端，其栅极连接开关信号V，其漏极连接固定电平VDD；

第一回路第五微带线L5，其一端连接所述第一回路第四微带线L4与第一回路第三开关管Q3的公共端；

第一回路第四开关管Q4，其源极连接所述第一回路第五微带线L5的另一端，其栅极连接开关信号V，其漏极连接固定电平VDD；

所述第一信号输出端RFout1连接所述第一回路第四开关管Q4和第一回路第五微带线L5的公共端；

所述第一回路第三开关管Q3和第一回路第四开关管Q4的栅极可分别通过阻性元件R3和R4连接所述开关信号V，所述阻性元件可根据电路相应选择：微带线以方便集成或选择为晶体管等有源电阻器件以提供可调阻值，调节开关管偏置状态，提供宽范围负载阻抗的匹配。

考虑到各级之间信号相位的一致性，本实用新型具体可设置所述第一回路中各级开关管单元电路中各微带线，例如本实施例中的所述第一回路第四微带线L4和所述第一回路第五微带线L5，分别具有相同的阻抗。该阻抗可相应选择设置为感性阻抗，以利用该感性阻抗微带线替代绕线电感，减少绕线电感在高频状态下的寄生参数，把单刀双掷开关作为电路整体结构，减少开关寄生电容对电路的影响。

与上述第一支路相对称，本实用新型中的第二支路可设置为包括：

第一回路第二微带线L2，其一端连接所述电容C1的第二端；

第一回路第一开关管Q1，其漏极连接第一回路第二微带线L2的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其源极接地；

第一回路第三微带线L3，其一端连接所述第一回路第二微带线L2与第一回路第一开关管Q1的公共端；

第一回路第二开关管Q2，其漏极连接所述第一回路第三微带线L3的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其源极接地；

所述第一信号输出端RFout1还连接所述第一回路第二开关管Q2和第一回路第三微带线L3的公共端。

其中，所述第二支路中的第一回路第一开关管Q1和第一回路第二开关管Q2的栅极也可分别通过与第一支路中相同方式的微带线或有源电阻器件等阻性元件连接所述反向开关信号V’；

所述第一回路第二微带线L2、所述第一回路第三微带线L3可根据第一支路分别设置为具有与第一支路中第一回路第四微带线L4和所述第一回路第五微带线L5相同的感性阻抗。

所述的第三支路，其与第一支路对称，可相应设置为包括：

第二回路第四微带线L4’，其一端连接所述输入微带线L1的第二端；

第二回路第三开关管Q3’，其源极连接第二回路第四微带线L4’的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其漏极连接固定电平VDD；

第二回路第五微带线L5’，其一端连接所述第二回路第四微带线L4’与第二回路第三开关管Q3’的公共端；

第二回路第四开关管Q4’，其源极连接所述第二回路第五微带线L5’的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其漏极连接固定电平VDD；

所述第二信号输出端RFout2连接所述第二回路第四开关管Q4’和第二回路第五微带线L5’的公共端。

其中，所述第三支路中的第二回路第三开关管Q3’和第二回路第四开关管Q4’的栅极可采用与前述两支路相同的方式，分别通过阻性元件连接所述反向开关信号V’；

所述第二回路第五微带线L5’、所述第二回路第四微带线L4’也可对应于第一支路和第二支路中的微带线，相应设置为分别具有相同的感性阻抗。

类似的，图1右下角的第四支路可相应地设置为包括：

第二回路第二微带线L2’，其一端连接所述电容C1的第二端；

第二回路第一开关管Q1’，其漏极连接第二回路第二微带线L2’的另一端，其栅极连接开关信号V，其源极接地；

第二回路第三微带线L3’，其一端连接所述第二回路第二微带线L2’与第二回路第一开关管Q1’的公共端；

第二回路第二开关管Q2’，其漏极连接所述第二回路第三微带线L3’的另一端，其栅极连接开关信号V，其源极接地；

所述第二信号输出端RFout2还连接所述第二回路第二开关管Q2’和第二回路第三微带线L3’的公共端；

其中，所述第四支路中的第二回路第一开关管Q1’和第二回路第二开关管Q2’的栅极可分别通过微带线或有源电阻器件等阻性元件连接所述开关信号V；

所述第二回路第三微带线L3’、所述第二回路第二微带线L2’也可相应设置为分别具有相同的感性阻抗。

对本实用新型的单刀双掷开关电路进行测试可获得图2以及图3所示的隔离度数据和插入损耗数据。参考该测试结果可确定，本实用新型所提供的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其能够稳定工作在7MHz～10MHz频段范围内，具有更60dB以上隔离度，且插入损耗小于0.5dB，满足设计指标要求。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，包括：

输入微带线L1，其第一端连接信号输入端RFin；

电容C1，其第一端接地；

第一输出回路和第二输出回路，其并联连接在输入微带线L1的第二端以及电容C1的第二端之间，所述第一输出回路和第二输出回路的电路结构相互对称，

其中，所述第一输出回路连接有第一信号输出端RFout1，所述第一输出回路包括连接在输入微带线L1的第二端以及第一信号输出端RFout 1之间的第一支路，还包括连接在电容C1的第二端以及第一信号输出端RFout1之间的第二支路，所述第一支路和第二支路分别包括有相互对称设置的开关管，所述第一支路的开关管和第二支路的开关管所连接的开关信号相反；

所述第二输出回路连接有第二信号输出端RFout2，所述第二输出回路包括连接在输入微带线L1的第二端以及第二信号输出端RFout2之间的第三支路，还包括连接在电容C1的第二端以及第二信号输出端RFout2之间的第四支路，所述第三支路和第四支路分别包括有相互对称设置的开关管，所述第三支路的开关管所连接的开关信号与所述第二支路的开关管所连接的开关信号相同，所述第四支路的开关管所连接的开关信号与所述第一支路的开关管所连接的开关信号相同，且所述第三支路的开关管和第四支路的开关管所连接的开关信号相反。

2.如权利要求1所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第一支路包括：

第一回路第四微带线L4，其一端连接所述输入微带线L1的第二端；

第一回路第三开关管Q3，其源极连接第一回路第四微带线L4的另一端，其栅极连接开关信号V，其漏极连接固定电平VDD；

第一回路第五微带线L5，其一端连接所述第一回路第四微带线L4与第一回路第三开关管Q3的公共端；

第一回路第四开关管Q4，其源极连接所述第一回路第五微带线L5的另一端，其栅极连接开关信号V，其漏极连接固定电平VDD；

所述第一信号输出端RFout1连接所述第一回路第四开关管Q4和第一回路第五微带线L5的公共端。

3.如权利要求2所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第一支路中的第一回路第三开关管Q3和第一回路第四开关管Q4的栅极分别通过阻性元件连接所述开关信号V，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第一回路第五微带线L5、所述第一回路第四微带线L4分别具有相同的感性阻抗。

4.如权利要求1所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第二支路包括：

第一回路第二微带线L2，其一端连接所述电容C1的第二端；

第一回路第一开关管Q1，其漏极连接第一回路第二微带线L2的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其源极接地；

第一回路第三微带线L3，其一端连接所述第一回路第二微带线L2与第一回路第一开关管Q1的公共端；

第一回路第二开关管Q2，其漏极连接所述第一回路第三微带线L3的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其源极接地；

所述第一信号输出端RFout1还连接所述第一回路第二开关管Q2和第一回路第三微带线L3的公共端。

5.如权利要求4所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第二支路中的第一回路第一开关管Q1和第一回路第二开关管Q2的栅极分别通过阻性元件连接所述反向开关信号V’，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第一回路第二微带线L2、所述第一回路第三微带线L3分别具有相同的感性阻抗。

6.如权利要求1所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第三支路包括：

第二回路第四微带线L4’，其一端连接所述输入微带线L1的第二端；

第二回路第三开关管Q3’，其源极连接第二回路第四微带线L4’的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其漏极连接固定电平VDD；

第二回路第五微带线L5’，其一端连接所述第二回路第四微带线L4’与第二回路第三开关管Q3’的公共端；

第二回路第四开关管Q4’，其源极连接所述第二回路第五微带线L5’的另一端，其栅极连接反向开关信号V’，其漏极连接固定电平VDD；

所述第二信号输出端RFout2连接所述第二回路第四开关管Q4’和第二回路第五微带线L5’的公共端。

7.如权利要求6所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第三支路中的第二回路第三开关管Q3’和第二回路第四开关管Q4’的栅极分别通过阻性元件连接所述反向开关信号V’，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第二回路第五微带线L5’、所述第二回路第四微带线L4’分别具有相同的感性阻抗。

8.如权利要求1所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第四支路包括：

第二回路第二微带线L2’，其一端连接所述电容C1的第二端；

第二回路第一开关管Q1’，其漏极连接第二回路第二微带线L2’的另一端，其栅极连接开关信号V，其源极接地；

第二回路第三微带线L3’，其一端连接所述第二回路第二微带线L2’与第二回路第一开关管Q1’的公共端；

第二回路第二开关管Q2’，其漏极连接所述第二回路第三微带线L3’的另一端，其栅极连接开关信号V，其源极接地；

所述第二信号输出端RFout2还连接所述第二回路第二开关管Q2’和第二回路第三微带线L3’的公共端。

9.如权利要求8所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述第四支路中的第二回路第一开关管Q1’和第二回路第二开关管Q2’的栅极分别通过阻性元件连接所述开关信号V，所述阻性元件包括：微带线或有源电阻器件；

所述第二回路第三微带线L3’、所述第二回路第二微带线L2’分别具有相同的感性阻抗。

10.如权利要求1所述的用于短波大功率收发的单刀双掷开关电路，其特征在于，所述开关管为高电子迁移率晶体管。

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