一種基于lc帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種微波大功率開關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)。本實(shí)用新型針對(duì)如何在現(xiàn)有PIN管器件參數(shù)前提下實(shí)現(xiàn)微波大功率開關(guān)的低插損、小型化、高隔離度的問題，提出一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，基于PIN管與外部諧振電感構(gòu)成的帶阻濾波器結(jié)構(gòu)。當(dāng)PIN管反偏時(shí)，PIN管結(jié)電容Cj與外部諧振電感L構(gòu)成并諧振電路，進(jìn)而構(gòu)成帶阻濾波器，利用帶阻濾波器的阻帶特性實(shí)現(xiàn)大功率開關(guān)對(duì)射頻信號(hào)的關(guān)斷控制。當(dāng)PIN管正向偏置時(shí)，PIN管與外部諧振電感L不再構(gòu)成諧振電路，該結(jié)構(gòu)對(duì)射頻信號(hào)呈現(xiàn)低阻特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)射頻信號(hào)的導(dǎo)通控制。
【專利說(shuō)明】
-種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種微波大功率開關(guān)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種基于LC帶阻濾波器結(jié) 構(gòu)的大功率開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波大功率開關(guān)普遍應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中，其功率容量、插入損耗和隔離度是極其 重要的技術(shù)指標(biāo)。高的功率容量能夠提高雷達(dá)的作用距離。較低的插入損耗一方面可W減 小電路損耗，提高末級(jí)發(fā)射功率;另一方面，較低的差損能夠降低接收的噪聲系數(shù)，提升接 收機(jī)的靈敏度。高隔離度能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性W及抗干擾能力。同時(shí)，現(xiàn)代通信系統(tǒng)要求 小型化設(shè)計(jì)，開關(guān)尺寸應(yīng)盡量減小。因此，高功率、低插損、小型化高隔離度開關(guān)具有較大的 應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
[0003] 現(xiàn)有的微波開關(guān)利用PIN管在正偏置與反向偏置時(shí)可W分別等效于一個(gè)小電阻與 一個(gè)小電容，從而實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的導(dǎo)通與關(guān)斷效果[1]。按照PIN管的接入形式，開關(guān)一般有 兩種結(jié)構(gòu)：串聯(lián)型開關(guān)和并聯(lián)型開關(guān)。在雷達(dá)系統(tǒng)常用的收發(fā)開關(guān)中，并聯(lián)型開關(guān)需要四分 之一波長(zhǎng)傳輸線進(jìn)行阻抗變換，電路尺寸較大[2]。因此，小型化收發(fā)開關(guān)一般采用串聯(lián)型 開關(guān)實(shí)現(xiàn)。PIN管反向偏置電容Cj越小隔離度越大，正向偏置串聯(lián)電阻Rs越小開關(guān)差損越 小?；贕aAs材料PIN管具有較小的Cj，能夠提高較好的隔離度性能[3]。但是GaAs PIN二極 管耐受電壓較低，不能滿足大功率使用要求。大功率開關(guān)普遍采用silicon PIN二極管。由 于silicon PIN二極管器件本身特性，實(shí)際反向偏置電容Cj相對(duì)較大，單個(gè)PIN的隔離度有 限。同時(shí)，要實(shí)現(xiàn)較小的反偏結(jié)電容Cj,則需要較大的反向偏置電壓，運(yùn)給PIN驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)帶 來(lái)較大難度。若要提高隔離度，則必須多級(jí)PIN管級(jí)聯(lián)。然而多級(jí)PIN管之間需采用四分之一 波長(zhǎng)傳輸線進(jìn)行匹配才能有效的提高開關(guān)隔離度[3]，運(yùn)必然會(huì)增加開關(guān)的尺寸和插入損 耗?，F(xiàn)有開關(guān)也有采用并聯(lián)四分之一波長(zhǎng)諧振線實(shí)現(xiàn)開關(guān)特性，但是該方案同樣尺寸較大， 并且開關(guān)參數(shù)調(diào)節(jié)復(fù)雜?，F(xiàn)有技術(shù)難W在保證大功率的情況下做到高隔離度、低插損和小 型化。
[0004] 現(xiàn)有開關(guān)依賴于減小PIN管反向偏置電容Cj來(lái)提高開關(guān)隔離度，Cj值越小則隔離 度越高。雖然基于GaAs材料的PIN管具有很小的Cj值，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的開關(guān)隔離度，但是 GaAs PIN管功率容量小，不能滿足大功率開關(guān)設(shè)計(jì)需求。現(xiàn)有大功率開關(guān)均選用高耐壓值 的silicon PIN管實(shí)現(xiàn)，但是該類型PIN管的反向偏置電容Cj普遍較大（IpF左右）。若要實(shí)現(xiàn) 較高的隔離度，則必須采用多階級(jí)聯(lián)。PIN管級(jí)聯(lián)階數(shù)越高則隔離度越高，但是相應(yīng)的插入 損耗上升、開關(guān)尺寸明顯增大W的問題 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于:針對(duì)如何在現(xiàn)有PIN管器件參數(shù)前提下實(shí)現(xiàn)微波大 功率開關(guān)的低插損、小型化、高隔離度的問題，提出一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開 關(guān)，基于PIN管與外部諧振電感構(gòu)成的帶阻濾波器結(jié)構(gòu)。當(dāng)PIN管反偏時(shí)，PIN管結(jié)電容Cj與 外部諧振電感L構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，進(jìn)而構(gòu)成帶阻濾波器。利用帶阻濾波器的阻帶特性實(shí)現(xiàn) 大功率開關(guān)對(duì)外部射頻信號(hào)的關(guān)斷控制。當(dāng)PIN管正向偏置時(shí)，PIN管與外部諧振電感L不再 構(gòu)成諧振電路，而是形成呈現(xiàn)低阻狀態(tài)的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，此并聯(lián)結(jié)構(gòu)對(duì)射頻電路呈現(xiàn)導(dǎo)通特性。
[0006] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是運(yùn)樣的：
[0007] -種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)包括:n階射頻控制單元W及n+1個(gè)微帶 線;n階射頻控制單元級(jí)聯(lián)，并且通過n+1個(gè)微帶線將n階射頻控制單元級(jí)聯(lián);射頻控制單元 包括PIN管、諧振電感W及隔直電容;其中隔直電容與諧振電感形成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，與PIN管并 聯(lián);當(dāng)PIN管反偏時(shí)，PIN管結(jié)與諧振電感構(gòu)成帶阻濾波器，利用帶阻濾波器的阻帶特性實(shí)現(xiàn) 大功率開關(guān)對(duì)外部射頻電路的關(guān)斷控制；當(dāng)PIN管正向偏置時(shí)，PIN管與諧振電感形成的并 聯(lián)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外部射頻信號(hào)的導(dǎo)通控制;其中n〉=l。
[000引進(jìn)一步的，所述n=l，則QUOTE
，F(xiàn)為大功率開關(guān)的中屯、頻 率，Cj為PIN管管結(jié)電容，L為諧振電感的電感值。
[0009] 進(jìn)一步的，所述n=2,則第一諧振電感的電感值Ll與第二諧振電感的電感值L2相差 越大，則大功率開關(guān)帶寬越寬、隔離度越小、插損越大；當(dāng)L1=L2時(shí)，則QUOTE

且大功率開關(guān)隔離度越大，帶寬越窄。
[0010] 進(jìn)一步的，所述n=3，則第一諧振電感的電感值L1、第二諧振電感的電感值L2及第 S諧振電感的電感值L3相差越大，則大功率開關(guān)帶寬越寬、隔離度越??；當(dāng)L1=L2=L3時(shí)，貝U QUOTI
且大功率開關(guān)帶寬越窄、隔離度越大。
[0011] 進(jìn)一步的，所述PIN管是GaAs材料或者Si材料。
[0012] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0013] 通過控制PIN管的偏置狀態(tài)，則可W本裝置在帶阻濾波器和全通濾波器之間的切 換，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)對(duì)外部射頻信號(hào)的關(guān)斷和導(dǎo)通功能。當(dāng)外部偏置電路一定的情況下，調(diào)節(jié) 諧振電感的電感值L可W簡(jiǎn)便地調(diào)節(jié)開關(guān)的中屯、頻率。相比于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)開關(guān)，該開關(guān)結(jié)構(gòu)在 中屯、頻率附近的隔離度明顯提高。同時(shí)，圖1結(jié)構(gòu)中PIN管反向結(jié)電容Cj的絕對(duì)大小不再是 影響開關(guān)隔離度的關(guān)鍵因素，因此可W減小PIN管反向偏置電壓，降低PIN管驅(qū)動(dòng)電路的難 度。
[0014] 參閱圖1，采用本發(fā)明提出的基于帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的開關(guān)結(jié)構(gòu)，與同階PIN管的傳 統(tǒng)開關(guān)相比，中屯、頻率附近隔離度明顯提升。圖1所述的開關(guān)結(jié)構(gòu)，其PIN管反偏結(jié)電容Cj值 不再是影響開關(guān)隔離度的關(guān)鍵因素，開關(guān)無(wú)須大電壓偏置，降低了開關(guān)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)難度。
[0015] 參閱圖2,采用圖1所示的開關(guān)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的多階PIN開關(guān)，無(wú)需額外傳輸線進(jìn)行 阻抗變換，開關(guān)尺寸相比于現(xiàn)有同階PIN開關(guān)有效減小，實(shí)現(xiàn)了高隔離開關(guān)小型化設(shè)計(jì)。同 時(shí)，本發(fā)明提出的多階PIN開關(guān)可W通過調(diào)節(jié)外圍匹配電感值方便調(diào)節(jié)開關(guān)中屯、頻率、帶寬 和隔離度等關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠。
[0016] 采用本發(fā)明的多級(jí)開關(guān)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)外圍匹配電感可W方便調(diào)節(jié)開關(guān)工作頻 率、帶寬、隔離度等關(guān)鍵參數(shù)。PIN管級(jí)間不需要四分之一波長(zhǎng)線匹配，開關(guān)尺寸明顯減小， 插入損耗相應(yīng)減小，實(shí)現(xiàn)開關(guān)的高隔離、小型化、低插損設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是一階帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2是二階帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖中標(biāo)記:1為微帶線，2為PIN二極管，3為匹配電感，4為隔直電容。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021] 為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施 例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解釋 本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[002^ 組成；
[0023] -種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于包括:n階的射頻控制單元 W及n+1個(gè)微帶線;n階射頻控制單元級(jí)聯(lián)，并且通過n+1個(gè)微帶線將n階射頻控制單元級(jí)聯(lián)； 射頻控制單元包括PIN管、諧振電感W及隔直電容;其中隔直電容與諧振電感形成的串聯(lián)結(jié) 構(gòu)，與PIN管并聯(lián);當(dāng)PIN管反偏時(shí)，PIN管結(jié)與諧振電感構(gòu)成帶阻濾波器，利用帶阻濾波器的 阻帶特性實(shí)現(xiàn)大功率開關(guān)對(duì)外部射頻信號(hào)的關(guān)斷控制；當(dāng)PIN管正向偏置時(shí)，PIN管與諧振 電感形成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即全通濾波器;利用并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大功率開關(guān)對(duì)外部 射頻信號(hào)的導(dǎo)通控制;其中n〉=l。
[0024] 1、當(dāng)n=l時(shí)，形成一階帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，
[0025] 工作原理為：當(dāng)PIN管2反偏時(shí)，PIN管可等效于電容Cj,該電容與外圍匹配電感3構(gòu) 成并聯(lián)諧振電路，整個(gè)電路相當(dāng)于由2和3構(gòu)成的帶阻濾波器，對(duì)信號(hào)呈現(xiàn)阻帶特性，達(dá)到開 關(guān)的關(guān)斷效果；當(dāng)PIN管2正偏時(shí)，PIN管相當(dāng)于小電阻Rs,此時(shí)圖中2和3組成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)呈 現(xiàn)低阻態(tài)，對(duì)射頻信號(hào)呈現(xiàn)全通特性，達(dá)到開關(guān)的導(dǎo)通效果。PIN管正偏情況下，PIN管呈現(xiàn) 低阻態(tài)，射頻信號(hào)主要從PIN管流過，該結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)開關(guān)相比不會(huì)增加額外損耗。
[0026] 圖1結(jié)構(gòu)中PIN管反向結(jié)電容Cj的絕對(duì)大小不再是影響開關(guān)隔離度的關(guān)鍵因素，因 此可W減小PIN管反向偏置電壓，降低PIN管驅(qū)動(dòng)電路的難度。通過外圍驅(qū)動(dòng)電路控制PIN管 2的偏置狀態(tài)，可W實(shí)現(xiàn)圖1結(jié)構(gòu)在帶阻濾波器與全通網(wǎng)絡(luò)之間切換，從而達(dá)到開關(guān)的關(guān)斷 和導(dǎo)通特性。通過改變匹配電感③的值可W實(shí)現(xiàn)開關(guān)中屯、頻率調(diào)節(jié)。
[0027] 2，n=2時(shí)，在開關(guān)對(duì)隔離度有更高要求的情況下，可W采用圖1結(jié)構(gòu)進(jìn)行多階級(jí)聯(lián) 的方式實(shí)現(xiàn)，即圖2。當(dāng)PIN管2反偏時(shí)，整個(gè)電路等效為二階帶阻濾波器。調(diào)節(jié)外圍諧振電感 3可W調(diào)節(jié)帶阻濾波器中屯、頻率、帶寬W及阻帶抑制度，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)中屯、頻率、帶寬和隔 離度調(diào)節(jié)。當(dāng)PIN管2正偏時(shí)，圖2結(jié)構(gòu)為全通濾波器結(jié)構(gòu)，大功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖2所 示結(jié)構(gòu)中，兩階PIN之間不需要額外的微帶線長(zhǎng)度進(jìn)行阻抗變換(僅需要必要的器件焊盤空 間），因此該結(jié)構(gòu)比現(xiàn)有開關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸明顯減小，差損相應(yīng)降低。
[0028] W上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于包括:η階射頻控制單元w及 n+1個(gè)微帶線;η階射頻控制單元級(jí)聯(lián)，并且通過n+1個(gè)微帶線將η階射頻控制單元級(jí)聯(lián);射頻 控制單元包括PIN管、諧振電感W及隔直電容;其中隔直電容與諧振電感形成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)， 與PIN管并聯(lián)；當(dāng)PIN管反偏時(shí)，PIN管結(jié)與諧振電感構(gòu)成帶阻濾波器，利用帶阻濾波器的阻 帶特性實(shí)現(xiàn)大功率開關(guān)對(duì)外部射頻信號(hào)的關(guān)斷控制；當(dāng)PIN管正向偏置時(shí)，PIN管與諧振電 感形成的并聯(lián)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即全通濾波器;利用該并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大功率開關(guān)對(duì)外部 射頻信號(hào)的導(dǎo)通控制;其中n〉=l。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于所述η =1，則，F(xiàn)為大功率開關(guān)的中屯、頻率，Cj為PIN管管結(jié)電容，L為諧振電感的電感 值。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于所述η =2,則第一諧振電感的電感值L1與第二諧振電感的電感值L2相差越大，則大功率開關(guān)帶寬 越寬、隔離度越??；當(dāng)L1=L2時(shí)，貝I且大功率開關(guān)隔離度越大，帶寬越窄。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于所述η =3,則第一諧振電感的電感值L1、第二諧振電感的電感值L2及第Ξ諧振電感的電感值L3分 別相差越大，則大功率開關(guān)帶寬越寬、隔離度越小；當(dāng)L1=L2=L3時(shí)，則且大功率 開關(guān)帶寬越窄、隔離度越大。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LC帶阻濾波器結(jié)構(gòu)的大功率開關(guān)，其特征在于所述 PIN管是GaAs材料或者Si材料。
【文檔編號(hào)】H03K17/74GK205584162SQ201620343176
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】楊陽(yáng), 田殷, 馮濤
【申請(qǐng)人】四川九洲空管科技有限責(zé)任公司