[发明专利]一种高隔离低插损射频开关电路的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种射频开关电路或集成电路

背景技术

在无线或者移动通信系统中常常会用到射频开关(RF switch)进行射频通道选择。例如用射频开关选择接收和发射通道，从而在共用天线的情况下实现无线信号的接收和发送；在军用宽频段电台中为了增加抗干扰性能，使用射频开关选择不同频段的滤波器。在这些系统中一般都要求射频开关有尽可能低的插损和高的隔离度。由于开关器件的非理想性，导致射频开关电路有一定插损，隔离度也有限。很难在低插损下达到高隔离特性，传统的方法是在电路中用并联的电感谐振掉开关器件的寄生电容，隔离度可达到40dB以上，插损一般在0.5～1dB。类似的方法还有并联电阻-电容-电阻法。这两种方法的缺点是工作频带较窄。另外还有并联分布式场效应管法，这种方法技术复杂，需要对半导体开关器件进行特殊设计。

发明内容

本发明提供了一种新颖的提高射频开关电路隔离度的方法，与以往高隔离低插损开关相比具有结构简单、工作频带宽的优点。利用此基本的单刀单掷开关电路还可以组成单刀双掷、单刀多掷开关。

本发明的开关电路在结构上有两个通道：主通道是一个射频开关器件(场效应管、PIN二极管、微机械开关等)；辅助通道由一个关断状态的射频开关器件和半波长传输线(或者180度移相器)组成。

其提高隔离度的原理是：从主辅两个通道泄漏到开关另一侧的射频信号在相位上相差180度，但幅度相同，因此相互抵消。在物理上则表现为射频信号全部被反射回去，没有信号泄漏到开关另一侧，此频点上产生一个隔离度峰值(相位抵消隔离度峰值)。另外在稍低的频点上，由于传输线的阻抗变换作用，辅助通道等效于一个电感，与主通道的寄生电容发生并联谐振，产生第二个隔离度峰值(谐振隔离度峰值)。通过设定传输线的长度和特征阻抗可以调整两个隔离度峰值的位置。因为有这两个不同频率的隔离度峰值，因此工作带宽得到扩展，隔离度也提高。可以在更宽的频段内得到40dB以上的隔离度。

电路中还可以用180度移相器代替半波长传输线得到更宽的工作带宽。宽带移相器的特点是可以在倍频程范围内实现固定相移，所以在使用180度移相器的情况下可以将射频开关的工作频带扩展到倍频程左右，即在倍频程范围内具有高隔离度特性。

在射频开关开通状态下，辅助通路由于具有极高的阻抗，与主通路相比可以认为是开路的，对主通路的影响可忽略，因此开关电路在打开状态下具有低差损性能。

本发明的特征及优点将结合附图和实施例作进一步的说明。

附图说明

图1是普通射频开关电路

图2是传统高隔离低插损射频开关电路

图3是本发明的的详细电路图(使用场效应管和半波长传输线的情况)

图4是图3的电路在关断状态时的近似等效电路

图5是特定电路参数下隔离度的仿真结果

图6是图3的电路在开通状态时的近似等效电路

图7是特定电路参数下插损的仿真结果

具体实施方式

图1是普通射频开关电路基本结构，其中A、B为场效应管，1、2两端接射频通道。当射频开关打开时对应的场效应管的状态是：A管导通，B管关断；当射频开关关闭时对应的场效应管的状态是：A管关断B管导通。由于器件的非理想性，开关管在导通时近似等效于一个小电阻，关断时近似等效于一个小电容。这种结构射频开关导通时一般有0.5～1dB左右插损，关断时隔离度20dB左右。传统的提高隔离度的有效方法是并联谐振电感，如图2所示，在场效应管A旁边并联一个电感L，电感L和开关管极间电容在感兴趣的频率上发生谐振，这种方法可使工作频点附近的隔离度达到40dB量级，插损与普通射频开关相近，其缺点是高隔离度特性只在谐振频点附近，因此高隔离度特性的带宽比较窄。

图3是本发明的射频开关电路的一个具体结构，开关电路在结构上有两个通道：主通道是一个场效应管A，A可以由外部控制导通和关断，从而决定整个射频开关(电路)的打开和关闭；辅助通道由一个关断状态的场效应管B和半波长传输线T组成。(注：A和B关断状态下具有相等的阻抗，辅助通道使用场效应管B就是为了得到这样一个阻抗。在要求不太高的情况场效应管B也可用等效元件代替，例如电容)。下面对图3的电路做详细分析和仿真。

1)隔离度的分析和仿真