一种用于无线通信的大功率射频开关制造技术

本发明专利技术属于电子通讯的技术领域，公开了本发明专利技术提供了一种用于无线通信的大功率射频开关，基于PIN二极管构建的，其开关输入端口与开关输出端口之间的连接传输线采用耦合传输线，而非传统的连接传输线，主要是开关输入端口通过耦合传输线与开关输出端口、PIN二极管和短路短截线相连，该PIN二极管与开路短截线相连，该耦合传输线中的一条传输线的一端与开关输入端口相连，另一端与PIN二极管相连，另一条传输线的一端与开关输出端口相连，另一端与短路短截线相连，两条传输线的另一端短接。本发明专利技术的射频开关实现大功率、高切换速度和宽带宽，满足射频开关的应用需求，扩大应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无线通信的大功率射频开关
本专利技术属于电子通讯的
，具体涉及一种用于无线通信的大功率射频开关。
技术介绍
射频开关作为现代无线通信中的核心器件，广泛应用于各种时分复用通信终端和基站中实现射频通路的切换。这些切换通常包括同一通信制式下上行和下行链路的切换(通信终端发射和接收的切换)和不同通信制式例如GSM、DCS、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA、LTE之间的切换等。实现射频开关的方法按照实现方式主要可分为三种：第一种是基于继电器的开关，它的缺点是切换速度通常在微秒甚至毫秒级，无法满足高速无线通信中小上升和下降时间的需求；另外一种基于双极性晶体管和场效应管的电子射频开关，它的突出优点是切换时间通常为纳秒级，能够满足高速无线通信中的小上升和下降时间要求，此外，它的相对带宽通常可以达到50％以上，然而，受限于PN结射频开关的承受功率通常不超过1W，常用于发射功率较小通信距离短的通信应用中；第三种是基于PIN二极管的电子射频开关，由于它是在PN结的基础上掺杂了本征层，最大承受功率显著提高，此外，它的上升和下降时间通常为纳米级，能够满足高速无线通信需求。然而，PIN二极管在射频时存在寄生电感、电容、和电阻，它们使得开关通路采用四分之一阻抗传输线时相对带宽较窄，通常只有10％左右，这使得在很多通信应用中，它的带宽难以满足需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种射频开关，解决了现有基于PIN二极管的电子射频开关的带宽较窄，不能满足需求的问题。本专利技术可以通过以下技术方案实现：一种用于无线通信的大功率射频开关，基于PIN二极管构建，其开关输入端口与开关输出端口之间的连接传输线采用耦合传输线。进一步，所述开关输入端口通过耦合传输线与开关输出端口、PIN二极管和短路短截线相连，所述PIN二极管与开路短截线相连。进一步，所述耦合传输线中的一条传输线的一端与开关输入端口相连，另一端与PIN二极管相连，另一条传输线的一端与开关输出端口相连，另一端与短路短截线相连，两条传输线的另一端短接。进一步，所述耦合传输线采用四分之一波长的耦合微带线结构。进一步，所述开关输入端口通过第一耦合传输线与第一开关输出端口、第一PIN二极管和第一短路短截线相连，所述第一PIN二极管与第一开路短截线相连；所述开关输入端口还通过第二耦合传输线与第二开关输出端口、第二PIN二极管和第二短路短截线相连，所述第二PIN二极管与第二开路短截线相连。进一步，所述第一短路短截线、第二短路短截线、第一开路短截线、第二开路短截线均采用共面波导结构。本专利技术有益的技术效果在于：1、通过对传统基于PIN二极管的大功率射频开关的改进，应用耦合传输线来替代传统基于PIN管实现的大功率射频开关中的微带传输线，并通过采用所提出的电路拓扑结构，控制耦合传输线的耦合度可以来进一步提高工作带宽，达到传统射频开关带宽的5倍以上，实现大功率、高切换速度和宽带宽，满足射频开关的应用需求，扩大应用范围。2、通过将传统基于PIN二极管的大功率射频开关中的短路短截线由微带形式变更为共面波导结构形式，可以减小其特征阻抗，从而更加进一步提高其工作带宽，同时，将传统基于PIN二极管的大功率射频开关中的开路短截线由微带形式变更为共面波导结构形式，可以增大其特征阻抗，从而更加进一步提高其工作带宽。3、基于PIN二极管、开路和短路短截线以及耦合传输线构建可以构建单刀任意掷或者多刀多掷或者可重构射频开关。附图说明图1为本专利技术的传统的基于PIN二极管的单刀双掷用于无线通信的大功率射频开关原理图，其是基于四分之一波长阻抗传输线的实现方式；图2为本专利技术的基于PIN二极管的单刀双掷用于无线通信的大功率射频开关原理图，其是基于耦合传输线的实现方式；图3为本专利技术的开关输入端口和开关输出端口1之间的射频通路等效电路，其中，(a)表示开关输入端口和开关输出端口1射频通路等效电路，(b)表示开关输入端口和开关输出端口2射频通路等效电路；图4为本专利技术的PIN二极管正反向偏置时的等效电路，其中，(a)表示PIN二极管反向偏置时的偶模等效电路，(b)表示PIN二极管反向偏置时的奇模等效电路，(c)表示PIN二极管正向偏置时的偶模等效电路，(d)表示PIN二极管正向偏置时的奇模等效电路。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进一步详细说明。本专利技术提供了一种用于无线通信的大功率射频开关，是基于PIN二极管构建的，其开关输入端口与开关输出端口之间的连接传输线采用耦合传输线，而非传统的连接传输线，并基于所提出的电路拓扑结构，主要是开关输入端口通过耦合传输线与开关输出端口、PIN二极管和短路短截线相连，该PIN二极管与开路短截线相连，该耦合传输线中的一条传输线的一端与开关输入端口相连，另一端与PIN二极管相连，另一条传输线的一端与开关输出端口相连，另一端与短路短截线相连，两条传输线的另一端短接。该耦合传输线优选采用四分之一波长的耦合微带线结构。另外，上述结构的射频开关还可以做出单刀双掷的，具体地，该开关输入端口通过第一耦合传输线与第一开关输出端口、第一PIN二极管和第一短路短截线相连，该第一PIN二极管与第一开路短截线相连；该开关输入端口还通过第二耦合传输线与第二开关输出端口、第二PIN二极管和第二短路短截线相连，该第二PIN二极管与第二开路短截线相连。该第一短路短截线、第二短路短截线、第一开路短截线、第二开路短截线均采用共面波导结构。当然也可以制作成其他结构的射频开关，如多刀多掷、单刀任意掷、可重构射频开关等等，而耦合传输线的结构形式不仅仅是均匀特征阻抗耦合传输线，还可以是阶梯特征阻抗耦合传输线。以下以单刀双掷开关为例来说明本专利技术的射频开关的工作过程。为了简化分析，我们以如附图1、2所示的传统和本专利技术的单刀双掷开关为例来说明实现大功率单刀多掷、可重构射频开关的实现原理。在附图中，端接阻抗Z0表示开关输入端口以及开关输出端口1和2，特征阻抗Z1和电长度θ1的开路短截线主要用于补偿PIN二极管正向偏置时的寄生电感以及作为偏置电压的正极，特征阻抗Z2和电长度θ2的短路短截线主要用于补偿PIN二极管反向偏置时的寄生电容以及作为偏置电压的负极，而电长度为90°的传输线为输入和开关输出端口之间的传输通路。附图1和2分别为传统和本专利技术的基于PIN二极管实现的大功率单刀双掷原理图，从图可以看出，本专利技术图2通过一段四分之一波长的耦合传输线替代了传统射频开关中图1的四分之一波长传输线。此外，图2中的特征阻抗为Z2和电长度θ2的短路短截线为共面波导结构来替代图1中的微带线结构来实现更大特征阻抗。为了更清楚地说明本专利技术中宽带射频开关的工作原理，我们以射频开关开关输入端口到开关输出端口1通路导通而到开关输出端口2端口断开为例分析，此时，PIN二极管1处于反向偏置条件，而PIN二极管2处于正向偏置条件。考虑到PIN二极管在正向和反向偏置条件下包含寄生电感、电阻、和电容的等效电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无线通信的大功率射频开关，其特征在于：基于PIN二极管构建，其开关输入端口与开关输出端口之间的连接传输线采用耦合传输线。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于无线通信的大功率射频开关，其特征在于：基于PIN二极管构建，其开关输入端口与开关输出端口之间的连接传输线采用耦合传输线。


2.根据权利要求1所述的用于无线通信的大功率射频开关，其特征在于：所述开关输入端口通过耦合传输线与开关输出端口、PIN二极管和短路短截线相连，所述PIN二极管与开路短截线相连。


3.根据权利要求2所述的用于无线通信的大功率射频开关，其特征在于：所述耦合传输线中的一条传输线的一端与开关输入端口相连，另一端与PIN二极管相连，另一条传输线的一端与开关输出端口相连，另一端与短路短截线相连，两条传输线的另一端短接。


4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔庆富，柳良，高金磊，
申请(专利权)人：上海复旦通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31