Ka波段单刀双掷PIN开关制造技术

本实用新型专利技术涉及Ka波段单刀双掷PIN开关，主要适用于毫米波仿真测试系统、毫米波通信、毫米波雷达等领域，包括射频电路、偏置电路、驱动电路，其特征在于，所述的驱动电路用于给射频电路、偏置电路提供驱动电流；射频电路为阵列式开关电路，单路射频电路包括若干梁氏引线PIN管串联形成的多PIN管开关电路结构，并且单路射频电路输出端连接有吸收电路；单路射频电路在输出端隔直电容前连接驱动偏置电路；射频电路公共端在隔直电容后连接对地偏置电路。本实用新型专利技术的优点：工作频带宽；高隔离度、低损耗；导通、截止状态下均可实现低驻波；体积小、TTL控制，便于安装使用；低成本。

Ka band single knife and double throw PIN switch

The utility model relates to a Ka band single knife and double throw PIN switch, which is mainly used in millimeter wave simulation test system, millimeter wave communication, millimeter wave radar and other fields, including RF circuit, bias circuit and driving circuit. The driving circuit is used to provide driving current for radio frequency circuit and bias circuit; The road is an array switch circuit. The single channel RF circuit consists of a number of PIN tube switching circuits with a series of Leung lead PIN tubes connected in series, and the output end of the single circuit RF circuit is connected with an absorption circuit. Ground bias circuit. The utility model has the advantages of wide frequency band, high isolation and low loss; low standing wave can be realized under the conduction and cut-off state; small volume and TTL control, easy to install and use; low cost.

【技术实现步骤摘要】
Ka波段单刀双掷PIN开关
本技术涉及Ka波段单刀双掷PIN开关，主要适用于毫米波仿真测试系统、毫米波通信、毫米波雷达等领域。
技术介绍
现阶段，微波频谱日趋拥挤，毫米波频段以其波长短、频带宽、全天候、对烟、雾适应能力也比较强的优点脱颖而出，在军事雷达、民用通信以及毫米波仿真测试系统等各个方面有关广泛的应用。而随着毫米波技术的快速发展，对各类毫米波器件的需求也日益强烈，毫米波开关属于毫米波控制电路的一种，主要应用于毫米波信道的通断与切换，在各类毫米波发射系统、接收系统中均有广泛应用。在微波控制电路中，常用的控制器件有两类：PIN管和MOSFET管。PIN管可控微波功率大、损耗小、且具有比较理想的开关特性；MOSFET则多应用于单片集成，在MMIC(微波集成电路)中有着独特的优势，但随频率升高，隔离度有所下降。因此，在毫米波开关方面，多选择应用PIN管形式，利用PIN管正偏导通、反偏截止的特性实现毫米波信道的切换。目前，国内生产Ka波段毫米波开关的厂家还比较少，而国外虽有比较成熟的系列产品，但价格高昂、订货周期长。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是提供一种可以满足Ka波段30GHz-40GHz的宽带工作频率、保证导通、关断状态下输出端口均有着良好的驻波特性的Ka波段单刀双掷PIN开关。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：Ka波段单刀双掷PIN开关，包括射频电路、偏置电路、驱动电路，所述的驱动电路用于给射频电路、偏置电路提供驱动电流；射频电路为阵列式开关电路，即单路射频电路由若干梁氏引线PIN管按一定规律布局串联形成的多PIN管开关电路结构，并且输出端加有吸收电路用于改善开关截至状态下的输出端驻波；单路射频电路在输出端隔直电容前连接驱动偏置电路（隔直电容起隔直作用，防止驱动电路的直流或低频分量输出至输出端），射频电路公共端在隔直电容后连接对地偏置电路（隔直电容起隔直作用，防止驱动电路的直流分量反向输出至公共端），驱动偏置电路和对地偏置电路均由λ/4高阻线、与高阻线连接的扇形电路（扇形电路采用90度扇形结构，扇形半径也为λ/4长度）以及通过金丝键合至馈电绝缘子（或地）的另一段高阻线组成（该高阻线长度与内腔尺寸匹配），λ为中心频率在微带线上的相波长。Ka波段单刀双掷PIN开关，还包括结构壳体，结构壳体采用双面铣腔的方式，正面腔体安装射频电路及偏置电路，背面腔体安装电源驱动电路：正面腔体采用窄腔设计；采用馈电绝缘子在正反面腔体之间进行驱动电流的传输。单路射频电路由4级按一定规律布局串联的梁氏引线PIN管形成的多PIN管阵列式开关结构以及位于多PIN管结构输出端的吸收电路组成。一定规律布局是指：相邻梁式引线二极管在微带线上的间距为λ/4，λ为中心频率在微带线上的相波长。所述的吸收电路包括串联设置的一个梁氏引线PIN管和一个50Ω电阻，该梁氏引线PIN管与多PIN管结构并联连接，该梁氏引线PIN管在其所在通路导通时处于截止状态，在其所在通路截止时处于导通状态。采用的PIN管为梁式引线封装形式，梁式引线采用无管壳设计，在芯片上直接焊接引线，靠加厚的引线来支撑芯片，具有寄生参量小、截至频率高、噪声系数低、开关速度快等优点，非常适合用于Ka频段（其中梁式引线PIN管为现有技术）。偏置电路采用λ/4高阻线、与高阻线连接的扇形电路（扇形电路采用90度扇形结构，扇形半径也为λ/4长度）以及通过金丝键合至馈电绝缘子（或地）的另一段高阻线组成，该偏置电路可实现将驱动电路提供的驱动电流几乎无损的传导至射频电路上的PIN管（通过驱动偏置电路实现驱动电流的接入，通过对地偏置建立驱动电流回路），从而可以驱动PIN管导通或截至；而对射频通路传导的Ka频段信号，偏置电路呈现很高的阻抗，对Ka频段信号近乎断路，所以对射频通路Ka频段信号的传导几乎无影响，保证了器件低损耗、低驻波、高隔离的指标特性。驱动电路主要由单片双路驱动器及限流电路、电源滤波电路组成，单片双路驱动器实现将两路输入的TTL逻辑电平转换为驱动PIN管截至、导通的正、负电流输出至驱动偏置电路，且两路输入输出相互独立；限流电路用来限制输出电流大小，防止电流过大烧毁PIN管；电源滤波电路实现对驱动电路的供电电源的滤波，改善因电源纹波、电源过冲等引起的器件指标恶化情况。相对于现有技术，本技术可以满足Ka波段30GHz-40GHz的宽带工作频率；采用吸收式电路结构，保证导通、关断状态下输出端口均有着良好的驻波特性；具有体积小、重量轻、损耗低、隔离度高、响应速度快、成本低的优点。本技术通过仿真计算合理选择PIN管及基板，改善电路结构，增加吸收电路，保证了开关性能能够达到使用需求。偏置电路摒弃手绕电感，改为使用λ/4高阻线加扇形电路，改善了器件的指标，也便于调试。设计使用馈电绝缘子进行正反面腔体间的连接，改善了腔体内信号通过空间辐射的串扰。本技术的优点：工作频带宽；高隔离度、低损耗；导通、截止状态下均可实现低驻波；体积小、TTL控制，便于安装使用；低成本。附图说明图1为PIN管封装等效电路图；图2为射频电路开关电路结构图；图3为驱动偏置1、驱动偏置2电路图；图4为对地偏置电路图；图5为射频电路及偏置电路微带电路片图；图6为结构壳体正面铣腔设计图；图7为成品外形尺寸图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本技术，应理解下述具体实施方式仅用于说明本技术而不用于限制本技术的应用范围。本技术主要的组成部分为三部分：射频电路、偏置电路、结构壳体及驱动电路。1)射频电路设计a)PIN管选择PIN管的封装等效电路图如图1所示，PIN管的正向电阻Rf与反向结电容Cj对PIN管的插损及隔离度有着至关重要的影响，因此，要实现低损耗、高隔离的指标要求，需要选择Rf尽量小，Cj尽量小的PIN管；而由封装产生的管壳电容Cp以及引线电感LINT，则会大大降低PIN管的开关性能，在频率高的时候尤其严重：当PIN管工作频率处于管壳电容Cp及引线电感LINT的谐振频率附近时，导通、截止性能完全改变。也就是说，PIN管的工作频率受到管壳电容Cp及引线电感LINT的限制，因此，为使PIN管可以工作于频率很高的Ka波段，需要尽量减小器件的管壳电容Cp及引线电感LINT，而梁式引线二极管的Cp及LINT可以做到很小。基于以上两项综合考虑，本技术中采用的为Rf和Cj值较小的梁式引线PIN二极管，梁式引线封装采用无管壳设计，在芯片上直接焊接引线，靠加厚的引线来支撑芯片，具有寄生参量小、截至频率高、噪声系数低、开关速度快等优点，非常适合用于毫米波频段（选用型号为MA-COM公司的MA4AGBLP912,其Rf约为4Ω，Cj约为26fF）。b)电路设计本技术采用微带线PIN开关形式，首先需要对基板进行选择，因毫米波频率较高，为防止高次模的出现，需要选择介电常数较低、厚度较小的基板，并且，在实际设计中，尽管抑制了高次模的出现，也需要考虑微带线的色散效应，对微带线参量加以修正。单PIN的开关性能随着工作频率的升高，性能会变差，单管的PIN开关性能指标往往达不到应用要求，为改善单开关性能，本技术采用阵列式开关电路形式：即单路射频电路由若干梁氏引线PIN管按本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.Ka波段单刀双掷PIN开关，包括射频电路、偏置电路，其特征在于，射频电路为阵列式开关电路，单路射频电路包括若干梁氏引线PIN管串联形成的多PIN管开关电路结构，并且单路射频电路输出端连接有吸收电路；单路射频电路在输出端隔直电容前连接驱动偏置电路；射频电路公共端在隔直电容后连接对地偏置电路，驱动偏置电路和对地偏置电路均由λ/4高阻线、与高阻线连接的扇形电路以及通过金丝键合至馈电绝缘子或地的另一段高阻线组成，λ为中心频率在微带线上的相波长；扇形电路采用90度扇形结构，扇形半径也为λ/4长度。

【技术特征摘要】
1.Ka波段单刀双掷PIN开关，包括射频电路、偏置电路，其特征在于，射频电路为阵列式开关电路，单路射频电路包括若干梁氏引线PIN管串联形成的多PIN管开关电路结构，并且单路射频电路输出端连接有吸收电路；单路射频电路在输出端隔直电容前连接驱动偏置电路；射频电路公共端在隔直电容后连接对地偏置电路，驱动偏置电路和对地偏置电路均由λ/4高阻线、与高阻线连接的扇形电路以及通过金丝键合至馈电绝缘子或地的另一段高阻线组成，λ为中心频率在微带线上的相波长；扇形电路采用90度扇形结构，扇形半径也为λ/4长度。2.根据权利要求1所述的Ka波段单刀双掷PIN开关，其特征在于，还包括驱动电路，所述的驱动电路用于给射频电路、偏置电路提供驱动电流。3.根据权利要求1所述的Ka波段单刀双掷PIN开关，其特征在于，还包括结构壳体，结构壳体采用双面铣腔的方式，正面腔体安装射频电路及偏置电路，背面腔体安装电源驱动电路：正面腔体采用窄腔设计；采用馈电绝缘子在正...

【专利技术属性】
技术研发人员：许家耀，户国梁，
申请(专利权)人：南京长峰航天电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32