本發(fā)明涉及射頻前端電路的濾波開關(guān)，特別涉及一種基于準集總參數(shù)的小型化濾波開關(guān)。

背景技術(shù)：

濾波器和開關(guān)是射頻前端的重要組成器件。通信系統(tǒng)的快速發(fā)展對射頻器件的小型化，低損耗，寬阻帶等提出了要求。在傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，通常是在濾波器之后級聯(lián)一個射頻開關(guān)來實現(xiàn)開關(guān)切換的功能。這種情況下，可能會產(chǎn)生失配，引入較大的損耗，并且由于這兩個器件通常占用比較大的尺寸，限制了系統(tǒng)的小型化設(shè)計。

近年來，濾波器與開關(guān)的融合設(shè)計受到了重視，許多學者開展了大量的研究。其中一個方法是利用可開關(guān)的延遲線來設(shè)計高隔離度的濾波開關(guān)，但是由于在開狀態(tài)時，信號會通過pin二極管，會產(chǎn)生額外的損耗；此外，壓電轉(zhuǎn)換器可用于控制濾波開關(guān)的工作狀態(tài)，與pin二極管相比，功耗更小，并且可以使用雙模諧振器減小電路尺寸，但是缺點在于沒有諧波處理功能來實現(xiàn)寬阻帶；另外，也有學者在高階濾波器的結(jié)構(gòu)中嵌入了pin二極管，通過控制pin二極管的偏置狀態(tài)，實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，這種電路結(jié)構(gòu)可獲得很寬的阻帶，但是電路體積大。

以上提到的濾波開關(guān)都是基于微帶傳輸線設(shè)計的，當器件工作在低頻段時，諧振器的尺寸大。為了解決小型化的問題，可采用集總元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計中的部分傳輸線，這樣可以減少電路尺寸，同時實現(xiàn)高次諧波的抑制。但目前為止，在濾波開關(guān)中應用集總器件的實例還很少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種基于準集總參數(shù)的小型化濾波開關(guān)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于準集總參數(shù)的小型化濾波開關(guān)，包括輸入端口、輸出端口、集總電感、第一及第二諧振器、上層微帶結(jié)構(gòu)、開關(guān)控制電路、中間介質(zhì)基板和底層金屬板，所述上層微帶結(jié)構(gòu)印制在中間介質(zhì)基板的上表面，底層金屬板印制在中間介質(zhì)基板的下表面，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一微帶線、第二微帶線和第三微帶線；

所述集總電容包括第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第五電容、第六電容、第七電容、第八電容、第九電容和第十電容；

具體連接如下：

所述輸入端口連接到第一微帶線的中間位置，所述第一微帶線的兩端分別通過兩條路徑連接第一諧振器，其中一條路徑是通過第一電容與開關(guān)控制電路串聯(lián)后連接第一諧振器，另一條路徑是通過第二電容連接第一諧振器；

所述第一諧振器分別通過第五電容及第八電容與第二諧振器連接，所述輸出端口通過第十電容與第二諧振器連接。

所述第一諧振器由第二微帶線、集總電感、第三電容及第六電容構(gòu)成，其中第三電容及第六電容分別連接在第二微帶線的兩端并接地，所述集總電感連接到第二微帶線的中點并接地。

所述第二諧振器由第三微帶線、第四電容、第七電容及第九電容構(gòu)成，所述第九電容與第三微帶線的中點連接并接地，所述第四電容及第七電容分別連接第三微帶線的兩端，且接地。

所述開關(guān)控制電路由開關(guān)二極管及電感構(gòu)成，所述第一電容與開關(guān)二極管的正極連接，其中間位置通過電感設(shè)置直流電壓端口，控制開關(guān)二極管的通斷。

所述第十電容與第二諧振器的連接點與第二電容與第一諧振器的連接點關(guān)于兩個諧振器的中點呈中心對稱。

所述兩條路徑與第一諧振器的連接點關(guān)于第一諧振器的中點對稱。

開關(guān)二極管斷開時，整個濾波開關(guān)工作在開狀態(tài)，形成一個濾波器；開關(guān)二極管在導通狀態(tài)下，整個濾波開關(guān)工作在關(guān)狀態(tài)達到高隔離效果。

本發(fā)明提出了一種基于準基總參數(shù)的小型化濾波開關(guān)，通過一個pin二極管來控制電路工作狀態(tài)，當濾波開關(guān)處在開狀態(tài)時，相當于一個帶通濾波器，電路表現(xiàn)出很好的濾波性能，由于信號不會通過pin管，因此不會引入額外的插損，此外通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個傳輸零點，增強了選擇性，同時電路可達到較寬阻帶特性；當濾波開關(guān)處于關(guān)狀態(tài)時，由于信號抵消，通帶關(guān)閉，實現(xiàn)高隔離度。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相比，

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明利用具有濾波功能的準集總元件替代傳統(tǒng)的半波長微帶線，實現(xiàn)了小型化；同時可通過控制負載電容的值，來獲得寬阻帶特性，調(diào)節(jié)靈活；此外通帶兩側(cè)分別產(chǎn)生一個傳輸零點，有效地改善了濾波器的選擇性；

(2)本發(fā)明在控制電路中加載了一個開關(guān)二極管，可有效地切換電路的工作狀態(tài)，這種方法與其他通過二極管來控制開關(guān)的電路結(jié)構(gòu)相比，在開狀態(tài)時，不會有信號通過二極管，從而減少了通帶內(nèi)的插入損耗；在關(guān)閉狀態(tài)時，可實現(xiàn)寬阻帶和高隔離；

(3)本發(fā)明使用pin二極管數(shù)量少，具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可靠性更高等特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于準集總元件的小型化濾波開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明一種基于準集總元件的小型化濾波開關(guān)的尺寸標注圖；

圖3是開狀態(tài)時s11和s21參數(shù)的實驗結(jié)果圖；

圖4是關(guān)閉狀態(tài)時s11和s21參數(shù)的實驗結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1所示，一種基于準集總參數(shù)的小型化濾波開關(guān)，包括輸入端口1、輸出端口2、集總電感9、第一及第二諧振器19、20、上層微帶結(jié)構(gòu)、開關(guān)控制電路、中間介質(zhì)基板和底層金屬板，所述上層微帶結(jié)構(gòu)印制在中間介質(zhì)基板的上表面，底層金屬板印制在中間介質(zhì)基板的下表面，所述上層微帶結(jié)構(gòu)包括第一微帶線4、第二微帶線8和第三微帶線16；

所述集總電容包括第一電容5、第二電容7、第三電容10、第四電容11、第五電容12、第六電容13、第七電容14、第八電容15、第九電容17和第十電容18；

具體連接如下：

所述輸入端口連接到第一微帶線4的中間位置，第一微帶線4的兩端通過兩條路徑連接到第一諧振器19，其中一條路徑是通過第一電容5與開關(guān)控制電路串聯(lián)后連接第一諧振器，另一條路徑是通過第二電容7連接第一諧振器，用來實現(xiàn)對器件在開狀態(tài)下的輸入外部品質(zhì)因數(shù)的控制，這兩條路徑與第一諧振器19的連接點關(guān)于第一諧振器19的中點對稱，用來實現(xiàn)器件在關(guān)狀態(tài)下兩條路徑上信號的等幅反向而達到高隔離效果。

所述第一諧振器分別通過第五電容12及第八電容15與第二諧振器連接，用于控制耦合系數(shù)；

輸出端口2通過第十電容18連接到第二諧振器20上，用于在開狀態(tài)下實現(xiàn)對輸出外部品質(zhì)因數(shù)的控制；

所述開關(guān)控制電路由開關(guān)二極管及電感構(gòu)成，所述第一電容和開關(guān)二極管的中間通過電感21設(shè)置直流電壓端口3，用于控制開關(guān)二極管6的通斷，實現(xiàn)開關(guān)二極管6在斷開狀態(tài)下，信號不通過二極管而避免損耗，整個濾波開關(guān)器件工作在開狀態(tài)，形成一個濾波器，并且實現(xiàn)開關(guān)二極管6在導通狀態(tài)下，整個濾波開關(guān)器件工作在關(guān)狀態(tài)得到高隔離效果。

所述第一諧振器由第二微帶線8、第三電容10、第六電容13及集總電感9構(gòu)成，其中第三電容10及第六電容13分別連接在第二微帶線8的兩端并接地，所述集總電感9連接到第二微帶線的中點并接地，用于減小第一諧振器19的體積并實現(xiàn)開狀態(tài)時濾波電路寬阻帶的效果，集總電感9連接到第二微帶線8的中點并接地，用于給開關(guān)二極管6的偏置電路接地且不影響通帶的性能。

所述第二諧振器由第三微帶線、第四電容、第七電容及第九電容構(gòu)成，所述第九電容17與第三微帶線的中點連接并接地，用于實現(xiàn)第二諧振器20與第一諧振器19偶模諧振頻率的不同，擴寬阻帶范圍，所述第四電容及第七電容分別連接第三微帶線的兩端，且接地，。

所述第十電容18與第二諧振器20的連接點和第二電容7與第一諧振器19的連接點關(guān)于兩個諧振器的中點呈中心對稱，用于在通帶兩端產(chǎn)生傳輸零點。

本實施例具體采用如下尺寸：

如圖2所示，具體電路尺寸選擇如下：w1＝1mm，l1＝6mm，l2＝3mm，l3＝3mm，l4＝4mm，l5＝11mm，c1＝10pf,c2＝10pf,c3＝8pf,c4＝0.8pf,c5＝1.5pf,c6＝10pf,l＝270nh。本設(shè)計中選用的開關(guān)二極管的是skyworks的smp1345-079lf,所用的介質(zhì)基板為rogers4003，電路整體尺寸為0.07λg×0.06λg。

如圖3所示為開狀態(tài)時，s11和s21參數(shù)的實驗結(jié)果圖，可知當pin二極管不加載偏置電壓時，電路導通，此時中心頻率約為730mhz,帶內(nèi)插入損耗為1.64db,在上下邊帶各產(chǎn)生一個傳輸零點，其對應的頻率分別為0.58ghz和1.14ghz,有效地提高濾波器的選擇性，此外電路具有寬阻帶特性，帶外抑制大于10倍中心頻率，且均大于20db。

如圖4所示為關(guān)閉狀態(tài)時，s11和s21參數(shù)的實驗結(jié)果圖，由圖可知，隔離度在整個頻帶基本上高于28db,，具有很好的帶外抑制性，帶外抑制可達到7次諧波。

綜上，本發(fā)明提供了一種基于準基總元件的小型化濾波開關(guān)，具有體積小，阻帶寬，插入損耗小，帶外抑制性好，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單等多種優(yōu)異性能，適合應用于許多微波射頻系統(tǒng)中。

本發(fā)明輸入端口連接到第一微帶線中點，然后通過兩條路徑連接到第一諧振器，兩個連接點關(guān)于諧振器中點對稱，實現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的切換和外部品質(zhì)因數(shù)的控制；輸出端口通過電容連接到第二諧振器上；當pin管關(guān)閉時，濾波開關(guān)工作于開狀態(tài)，整個器件相當于一個濾波器，信號不通過pin管，降低了損耗，并且通帶兩側(cè)有兩個傳輸零點，阻帶可以達到10倍中心頻率；當pin管打開時，該濾波開關(guān)工作于關(guān)閉狀態(tài)，諧振器與輸入端口的兩個連接點之間具有180度的相位差，信號相互抵消，實現(xiàn)高隔離。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。