[发明专利]针对多媒体终端的具有选择性隔离度的开关和切换器件

说明书

技术领域

本发明涉及定向天线系统领域中针对多媒体终端的具有选择性隔 离度的切换器件，其中定向天线系统是允许访问宽带高数据率服务的 新无线通信媒体中所需要的。这些宽带高数据率服务处于当前分配的 频带内，这些频带范围是从针对WLAN类型应用的几个GHz(802.11b： 2.4GHz，802.11a：4.9GHz到5.8GHz，Wimax：3.5GHz)到针对LMDS 类型(28GHz)或卫星类型(12-14GHz或20-30GHz)链路的几十GHz。

背景技术

采用MIMO(多输入多输出)类型的传输技术，系统在发射机和接 收机系统中均使用多根天线，以发射和接收信号。在接收机中，分集 式选择允许通过切换来选择具有最高电平接收信号的天线，从而减少 衰落现象。但是，这种设计没有利用天线可用的所有功率，网络增益 仍受到限制。

另一种广泛使用的传输技术是由开关多波束天线网络构成的，该 技术包括天线网络，该天线网络包括指向多个方向的多个固定波束。 在这种情况下，该设计相对简单，并且接收机只需在几秒钟内选择正 确波束。

与所有这些设计相关联的是根据所选技术而比较复杂或比较简单 的切换器件。对于最简单的两天线分集式配置，这些器件可以由SPDT (单刀双掷)型开关构成，对于更加复杂的MIMO设备，这些器件可 以由SP4T型或SPnT(单刀(n)x掷)型开关构成，其中n是所用天 线分集/数目的量级。

但是，为了实现以下目的，要求这种RF/微波(2.4到5GHz)开 关在较宽频率带上受到严格限制：

-在插入损耗方面，为了不过多地降低噪声因子，从而接收机中灵 敏度方面的性能不会下降，以及为了限制由输出放大器传递的传输功 率，以及

-在隔离度方面，为了不降低每根多波束天线的增益。

确实，在使用接入点之间隔离度较低的开关的情况下，从天线系 统得到的、通过开关的隔离度加权的辐射图失去了减少其他用户干扰 方面的所希望的优点，换言之，降低了天线系统只覆盖一个空间扇区 的性能。

但是在使用接入点之间隔离度较高的开关的情况下，得到的天线 图只是扇区之一或天线系统中天线之一的图。这就是要求接入点之间 的高隔离度并且开关必须非常高效的原因。

当前市场上主要使用GaAs(砷化镓)并可完全集成到MMIC(单 片微波集成电路)技术中的RF/微波开关典型地使用场效应晶体管 (FET)，最普遍使用的FET是称作耗尽FET的N沟道FET，其在不 施加栅极电压的情况下具有非常低的漏极-源极电阻，而在栅极上施加 反向电压的情况下允许较高的漏极电流(Idss)流过；在栅极下产生 的电场导致沟道的夹断，从而显著增大源极-漏极电阻。该电压称作夹 断电压，在-2到-2.5V左右。这些开关在信道之间提供大约20dB到 25dB的隔离度，但是，如果希望保持较高的定向增益，在扇区化天线 的情况下，这种隔离度仍是不足的。

此外，随着应用频率的增大(2.4到5GHz)，这种组件在插入损 耗和隔离度方面的性能越来越关键。

从现有技术可知，可以通过使用FET晶体管的漏极-源极杂散电 容在所考虑的频率上的谐振，来改善诸如使用GaAs FET的开关的隔 离度。图1示出了这种开关的示例。以下描述这种常规设计及其效果：

晶体管T1的源极经由电容器C1与开关的输入端子E相连，而晶 体管漏极经由另一电容器C2与输出端子S相连。栅极经由电阻器R2 与控制输入C相连。电阻器R1连接在源极和地之间。电感器L连接 在晶体管的源极和漏极之间。

电容器C1和C2对输入信号的DC分量进行滤波。在所考虑的频 率上，电感器L与晶体管的残余电容Cds形成谐振电路。根据晶体管 T1的性能特性，残余电容器在0.1到0.5pF的量级上。

施加到控制输入C的电压Vctrl允许根据该电压值来打开或闭合 开关。

这种开关在信道之间提供大约20dB的隔离度。如果希望保持较 高的定向增益，在扇区化天线的情况下，这种隔离度仍是不足的。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提供了一种由第一和第二晶体管形成 的隔离开关。提供切换功能的第一晶体管是电压控制的，并通过所述 第一晶体管的漏极与源极之间形成的阻抗桥的中点P，与第二晶体管 的栅极相连，第二晶体管本身受到预定频率上的反馈控制信号的控制。