專利名稱：一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子開(kāi)關(guān)，特別涉及一種射頻開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
射頻系統(tǒng)傳輸?shù)驼伎毡?占空比1%以下)高速短脈沖(上升下降時(shí)間IOOns以下，脈寬小于IOOus)信號(hào)，存在需要導(dǎo)通或關(guān)斷信號(hào)的情況，普通情況下最簡(jiǎn)單方法是在初級(jí)放大前采用高速射頻開(kāi)關(guān)對(duì)未經(jīng)過(guò)信號(hào)放大的小信號(hào)進(jìn)行處理。但是有的射頻系統(tǒng)在關(guān)斷時(shí)要求輸出噪聲極低，由于后級(jí)放大器未關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此在這種情況下小信號(hào)處開(kāi)關(guān)射頻信號(hào)不能滿足輸出噪聲要求。目前最常用的方法是快速開(kāi)關(guān)射頻功放的柵壓或電源以滿足射頻開(kāi)關(guān)速度的要求，但是存在啟動(dòng)和關(guān)斷時(shí)瞬態(tài)雜散輸出較大這一問(wèn)題，對(duì)有的應(yīng)用類(lèi)型是無(wú)法滿足要求的，用高速射頻開(kāi)關(guān)則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。但是高速射頻開(kāi)關(guān)功率能力一般較小，如果射頻系統(tǒng)中射頻開(kāi)關(guān)所承受的電壓超出其可以承受電壓的最大范圍，則容易造成射頻開(kāi)關(guān)的損壞。為了減小對(duì)高速射頻開(kāi)關(guān)功率能力的要求，在滿足噪聲要求的情況下，也可以把高速射頻開(kāi)關(guān)設(shè)置在末級(jí)放大前。通常會(huì)在未經(jīng)過(guò)放大的小信號(hào)處與經(jīng)過(guò)放大的適當(dāng)?shù)拇笮盘?hào)處同時(shí)都設(shè)置射頻開(kāi)關(guān)。一是增強(qiáng)關(guān)斷狀態(tài)下的隔離度，二是保護(hù)大信號(hào)處射頻開(kāi)關(guān)的安全性。由于需要對(duì)大信號(hào)進(jìn)行處理，因此在現(xiàn)階段的應(yīng)用中對(duì)射頻開(kāi)關(guān)的功率能力有更高的要求。綜上所述，射頻開(kāi)關(guān)的功率能力急需提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可提升其開(kāi)關(guān)功率主要因電壓而受限類(lèi)的射頻開(kāi)關(guān)在低占空比高速短脈沖場(chǎng)合的功率能力，同時(shí)增強(qiáng)隔離度的方法；本發(fā)明的另一目的在于提供一種通用性好、可提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力、增強(qiáng)隔離度的裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的方法，其特征在于:在射頻開(kāi)關(guān)的輸入端加入用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路，同時(shí)在射頻開(kāi)關(guān)的輸出端加入用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路。該方法在用于其開(kāi)關(guān)功率主要因電壓而受限類(lèi)的射頻開(kāi)關(guān)效果尤其明顯。一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:包括用于將電路阻抗降低、在信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)后再將電路阻抗恢復(fù)的阻抗變換電路；所述阻抗變換電路包括第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路；所述第一阻抗變換電路的輸出端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，用于將電路阻抗降低；所述第二阻抗變換電路的輸入端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，用于將電路阻抗恢復(fù)。本裝置可提升射頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用于低占空比高速短脈沖信號(hào)場(chǎng)合中的功率能力和增強(qiáng)隔離度，當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)工作于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，本裝置不會(huì)造成信號(hào)幅值和波形的變化，通用性強(qiáng)，在射頻系統(tǒng)的應(yīng)用中可直接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)而不需要更改射頻系統(tǒng)中的任何參數(shù)。
所述第一阻抗變換電路的變換比與第二阻抗變換電路的變換比為倒數(shù)關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，還可根據(jù)射頻開(kāi)關(guān)與電路排版的電阻與電抗成分加以適當(dāng)補(bǔ)償調(diào)整。所述第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用如下方式之一:①均采用變壓器；②均采用電感電容組成的LC模塊；③其中一個(gè)采用變壓器，另一個(gè)采用電感電容組成的LC模塊，即在射頻開(kāi)關(guān)兩邊，可以一邊用變壓器，一邊用電感電容組成的LC模塊匹配實(shí)現(xiàn)。其中一種具體方案是:所述的第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用變壓器，是指第一阻抗變換電路的變壓器的初級(jí)外接信號(hào)輸入，次級(jí)的第一輸出與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，初級(jí)第二輸入和次級(jí)的第二輸出與地連接；第二阻抗變換電路的變壓器的初級(jí)的第一輸入與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，初級(jí)第二輸入和次級(jí)的第二輸出與地連接，次級(jí)的第一輸出作為信號(hào)輸出。所述第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路也可以采用傳輸線變壓器。另一種具體方案是:所述的第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用電感電容組成的LC模塊，是指第一阻抗變換電路由電感LI和電容Cl連接組成，電感LI和電容Cl的連接端外接信號(hào)輸入，電感LI的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，電容Cl的另一端與地連接；第二阻抗變換電路由電感L2和電容C2連接組成，電感L2和電容C2的連接端外接信號(hào)輸出，電感L2的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，電容C2的另一端與地連接。其中，所述電容Cl和電容C2的電容值為:Cl=C2=6400/f (單位:pf);所述電感LI和電感L2的電感值為:Ll=L2=3200/f (單位:nh);其中，f為信號(hào)的工作頻率，單位:MHz。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)需根據(jù)射頻開(kāi)關(guān)與電路排版的電阻和電抗成分做適當(dāng)補(bǔ)償調(diào)整，以保證輸入駐波比滿足系統(tǒng)要求。上述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，所述第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值的范圍為5-25ohm。第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值設(shè)置在該范圍中能較好的平衡提升射頻開(kāi)關(guān)的功率能力和增大了開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾。阻抗小些功率提升大些，但是損耗也更大。優(yōu)選方式是:f ( 200MHz，所述第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值為lOohm。在電路初級(jí)放大前,還可以在電路中設(shè)置最大連續(xù)發(fā)射時(shí)間保護(hù)電路和占空比保護(hù)電路。此電路可基于使用的系統(tǒng)整體設(shè)置，在最大發(fā)射時(shí)間或占空比超過(guò)設(shè)定值時(shí)均快速切斷初級(jí)放大前的射頻開(kāi)關(guān)，可確保射頻開(kāi)關(guān)的安全。本發(fā)明裝置提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力、增強(qiáng)隔離度的原理是:I)射頻開(kāi)關(guān)(對(duì)于GaAs類(lèi)射頻高速開(kāi)關(guān))的功率能力(以IdB壓縮功率為標(biāo)準(zhǔn))主要是受到射頻開(kāi)關(guān)最大可承受電壓的限制；在第一阻抗變換電路使電路阻抗降低以后，在同樣的射頻功率下，射頻電壓降低，射頻開(kāi)關(guān)實(shí)際承受的電壓降低，因此射頻開(kāi)關(guān)的功率能力提高。例如第一阻抗變換電路的阻抗由50ohm變換到12.5ohm，則射頻輸入功率為沒(méi)有阻抗變換前功率的四倍時(shí)，變換后射頻開(kāi)關(guān)承受的射頻電壓與沒(méi)有阻抗變換前是相同的，所以在射頻開(kāi)關(guān)工作在射頻開(kāi)關(guān)最大可承受電壓下，射頻開(kāi)關(guān)的射頻功率能力可提升4倍；2)射頻開(kāi)關(guān)在射頻系統(tǒng)中等效結(jié)構(gòu)由串聯(lián)連接的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電抗與并聯(lián)連接的并聯(lián)電阻和并聯(lián)電抗串聯(lián)組成；損耗主要產(chǎn)生在等效串聯(lián)電阻上；在射頻開(kāi)關(guān)前加入第一阻抗變換電路后，例如加入阻抗變換為4:1的變壓器，阻抗由50ohm變換為12.5ohm,因?yàn)樽杩菇档?，所以此時(shí)射頻開(kāi)關(guān)等效的并聯(lián)電阻和并聯(lián)電抗對(duì)射頻開(kāi)關(guān)損耗的影響大大降低，而串聯(lián)電阻與串聯(lián)電抗對(duì)射頻開(kāi)關(guān)損耗的影響變大；例如射頻開(kāi)關(guān)的等效串聯(lián)電阻為3ohm,在電路原阻抗值為50ohm的情況下?lián)p耗為0.25dB ;在電路阻抗值變換為12.5ohm后，射頻開(kāi)關(guān)的等效串聯(lián)電阻的損耗約為IdB ;再加上第一第二阻抗變換電路的損耗，總損耗就更大，可以達(dá)到1.3-1.5dB。關(guān)斷時(shí)射頻開(kāi)關(guān)等效為串聯(lián)小電容，阻抗變低以后，串聯(lián)阻抗的作用變大，因此，射頻開(kāi)關(guān)在關(guān)斷時(shí)的隔離度提升；從上面描述可以看到，阻抗變換比越大，阻抗變得越低，功率能力表面提升加大，但是開(kāi)關(guān)和阻抗變換器的總損耗就越大。同時(shí)，變換比越大，阻抗變換回去越偏離理想的倒數(shù)變換比。因此實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，需要根據(jù)射頻開(kāi)關(guān)與電路排版的電阻和電抗成分做適當(dāng)補(bǔ)償調(diào)整。綜合考慮功率能力提升和損耗情況，第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值的優(yōu)選值為IOohm左右，可提升功率能力3-5dB。根據(jù)具體射頻開(kāi)關(guān)的不同，這個(gè)數(shù)值一般可在5-25ohm之間選取。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具備如下的突出優(yōu)點(diǎn)和效果:1、本發(fā)明裝置可提升射頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用于低占空比高速短脈沖信號(hào)場(chǎng)合中的功率能力；2、本發(fā)明裝置可增強(qiáng)射頻開(kāi)關(guān)的隔離度；3、本發(fā)明裝置可代替射頻開(kāi)關(guān)直接應(yīng)用于射頻系統(tǒng)中，通用性強(qiáng)；4、本方法可提升射頻開(kāi)關(guān)的功率能力和隔離度，使射頻開(kāi)關(guān)具有更好的性能，可應(yīng)用于大功率的場(chǎng)合。


圖1是傳統(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)連接方式示意圖；圖2是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例一中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是實(shí)施例二中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。本發(fā)明方法是:在射頻開(kāi)關(guān)的輸入端加入用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路，同時(shí)在射頻開(kāi)關(guān)的輸出端加入用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路，以提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力和隔離度，使射頻開(kāi)關(guān)具有更好的性能，可應(yīng)用于大功率的場(chǎng)合。下述實(shí)施例均采用了此方法。實(shí)施例一傳統(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)的設(shè)置方式如圖1所示，射頻開(kāi)關(guān)的輸入端和輸出端直接外接信號(hào)輸入和信號(hào)輸出。本實(shí)施例提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，如圖2所示，包括用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路和用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路。第一阻抗變換電路的輸入端外接信號(hào)輸入，第一阻抗變換電路的輸出端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，射頻開(kāi)關(guān)的輸出端與第二阻抗變換電路的輸入端連接，第二阻抗變換電路的輸出端外接信號(hào)輸出。該裝置可提升射頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用于低占空比高速短脈沖信號(hào)場(chǎng)合中的功率能力，同時(shí)可增強(qiáng)射頻開(kāi)關(guān)的隔離度。本裝置不會(huì)造成信號(hào)幅值和波形的變化，通用性強(qiáng)，在射頻系統(tǒng)的應(yīng)用中可直接代替?zhèn)鹘y(tǒng)的射頻開(kāi)關(guān)而不需要更改射頻系統(tǒng)中的任何參數(shù)。所述第一阻抗變換電路與第二阻抗變換電路變換比理想情況為倒數(shù)關(guān)系，實(shí)際可根據(jù)射頻開(kāi)關(guān)與電路排版的電阻與電抗成分加以適當(dāng)補(bǔ)償調(diào)整。本實(shí)施例裝置中，第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路均采用變壓器，如圖3所示，變壓器的阻抗變換分別為4:1和1:4。阻抗變換為4:1變壓器的初級(jí)外接信號(hào)輸入，次級(jí)的第一輸出與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，次級(jí)的第二輸出與地連接。阻抗變換為1:4變壓器的初級(jí)的第一輸入與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，初級(jí)的第二輸入與地連接，次級(jí)作為信號(hào)輸出。裝置按上述方式設(shè)置，射頻開(kāi)關(guān)的功率能力可提高3-5dB。綜合功率能力提升和損耗情況考慮，第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值的優(yōu)選范圍為5-25ohm，可提升功率能力3-5dB。使用上述的設(shè)置方式后，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)第一阻抗變換電路后電壓降低，射頻開(kāi)關(guān)所承受的電壓降低，因此射頻開(kāi)關(guān)的功率能力提升；同時(shí)由于射頻開(kāi)關(guān)的損耗增加，因此射頻開(kāi)關(guān)在信號(hào)關(guān)斷時(shí)隔離度增強(qiáng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出:當(dāng)射頻開(kāi)關(guān)采用HMC544，開(kāi)關(guān)上升下降時(shí)間為70ns，脈寬為50us，占空比為1%時(shí)，使用射頻開(kāi)關(guān)的輸入端接入阻抗變換為4:1變壓器實(shí)現(xiàn)阻抗變換后，160MHz信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)的損耗從0.4dB變?yōu)?.8dB,線性功率從35dBm提升至39dBm。為了確保射頻開(kāi)關(guān)的安全，在電路中還設(shè)置最大連續(xù)發(fā)射時(shí)間保護(hù)電路和占空比保護(hù)電路。實(shí)施例二本實(shí)施例提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，包括用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路和用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路。本實(shí)施例中，第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路均采用LC模塊。如圖4所示，第一阻抗變換電路由電感LI和電容Cl連接組成，電感LI和電容Cl的連接端外接信號(hào)輸入，電感LI的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，電容Cl的另一端與地連接。第二阻抗變換電路由電感L2和電容C2連接組成，電感L2和電容C2的連接端外接信號(hào)輸出，電感L2的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，電容C2的另一端與地連接。電容Cl和電容C2的電容值為:Cl=C2=6400/f(pf);電感LI和電感L2的電感值為:Ll=L2=3200/f (nh);其中，f為信號(hào)的工作頻率，單位:MHz，實(shí)際取值需根據(jù)射頻開(kāi)關(guān)與電路排版的電阻和電抗成分做適當(dāng)補(bǔ)償調(diào)整，以保證輸入駐波比滿足系統(tǒng)要求。實(shí)施例三本實(shí)施例提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，包括用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路和用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路。第一阻抗變換電路采用變壓器，結(jié)構(gòu)和連接同實(shí)施例一中的第一阻抗變換電路。第二阻抗變換電路采用電感電容組成的LC模塊，結(jié)構(gòu)和連接同實(shí)施例二中的第二阻抗變換電路。第一阻抗變換電路的變換比與第二阻抗變換電路的變換比為倒數(shù)關(guān)系。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的方法，其特征在于:在射頻開(kāi)關(guān)的輸入端加入用于將電路阻抗降低的第一阻抗變換電路，同時(shí)在射頻開(kāi)關(guān)的輸出端加入用于將電路阻抗恢復(fù)的第二阻抗變換電路。
2.一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:包括用于將電路阻抗降低、在信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)后再將電路阻抗恢復(fù)的阻抗變換電路；所述阻抗變換電路包括第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路；所述第一阻抗變換電路的輸出端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，用于將電路阻抗降低；所述第二阻抗變換電路的輸入端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，用于將電路阻抗恢復(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述第一阻抗變換電路的變換比與第二阻抗變換電路的變換比為倒數(shù)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用如下方式之一:①均采用變壓器；②均采用電感電容組成的LC模塊其中一個(gè)采用變壓器，另一個(gè)采用電感電容組成的LC模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述的第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用變壓器，是指第一阻抗變換電路的變壓器的初級(jí)外接信號(hào)輸入，次級(jí)的第一輸出與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，次級(jí)的第二輸出與地連接；第二阻抗變換電路的變壓器的初級(jí)的第一輸入與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，初級(jí)的第二輸入與地連接，次級(jí)作為信號(hào)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能量的裝置，其特征在于:所述的第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路均采用傳輸線變壓器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述的第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路采用LC模塊，是指第一阻抗變換電路由電感LI和電容Cl連接組成，電感LI和電容Cl的連接端外接信號(hào)輸入，電感LI的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，電容Cl的另一端與地連接；第二阻抗變換電路由電感L2和電容C2連接組成，電感L2和電容C2的連接端外接信號(hào)輸出，電感L2的另一端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，電容C2的另一端與地連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述電容Cl和電容C2的電容值為:Cl=C2=6400/f ;電感LI和電感L2的電感值為:Ll=L2=3200/f ;其中，f為信號(hào)的工作頻率，單位=MHz。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于:所述第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值的范圍為5-25ohm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，其特征在于200MHz，所述第一阻抗變換電路的輸出端的阻抗值為lOohm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的方法。同時(shí)提供了一種提升射頻開(kāi)關(guān)功率能力的裝置，應(yīng)用于電子開(kāi)關(guān)領(lǐng)域，其特征在于包括用于將電路阻抗降低、在信號(hào)通過(guò)射頻開(kāi)關(guān)后再將電路阻抗恢復(fù)的阻抗變換電路；所述阻抗變換電路包括第一阻抗變換電路和第二阻抗變換電路；所述第一阻抗變換電路的輸出端與射頻開(kāi)關(guān)的輸入端連接，用于將電路阻抗降低；所述第二阻抗變換電路的輸入端與射頻開(kāi)關(guān)的輸出端連接，用于將電路阻抗恢復(fù)。本發(fā)明裝置可提升射頻開(kāi)關(guān)應(yīng)用于低占空比高速短脈沖信號(hào)場(chǎng)合中的功率能力，可增強(qiáng)射頻開(kāi)關(guān)的隔離度，通用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H03K17/10GK103199829SQ20131006441
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者文俊, 馮培桑 申請(qǐng)人:廣東寬普科技股份有限公司