[發明專利]低相移高頻衰減器

有效

• 申請號: 201680070791.2
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN108292911B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 維卡斯·夏爾馬
• 申請（專利權）人: 派賽公司
• 主分類號: H03H7/24
• 分類號: H03H7/24;H01P1/22;H03H11/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 楊鐵成;楊林森

一種寬帶RF衰減器電路，當其在衰減狀態與非衰減參考狀態或旁路狀態之間切換時，對施加的信號的相位的影響降低。通過利用在每個信號路徑具有多個分布式傳輸線元件的切換式信號路徑衰減器拓撲結構來提供寬帶操作、分散寄生影響并改善隔離以在更高頻率處實現更高的衰減并且同時仍保持低相移操作特性，可以實現高RF頻率處的低相移衰減。在替選實施方式中，可以通過在每個信號路徑的信號接口處利用四分之一波長傳輸線元件以從而改善插入損耗和功率處理，來實現向甚至更高頻率的擴展。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2015年12月3日提交的美國專利申請第14/958,809號的優先權，其全部內容通過引用并入本文中。

技術領域

本發明涉及電子電路，并且更特別地涉及射頻衰減器電路。

背景技術

衰減器是降低信號的功率而不會使其波形明顯失真的電子裝置，并且衰減器被廣泛用于電子電路，特別是用于射頻(RF)電路。衰減器在功能上與放大器相反(盡管兩者通過不同的方法工作)——放大器提供增益，而衰減器提供損耗(或者等價地，小于1的增益)。射頻衰減器的典型示例是橋式T型衰減器、π(pi)型衰減器、T型衰減器以及L墊(L-pad)型衰減器。

在被切換至衰減狀態或非衰減參考狀態(也被稱為旁路狀態)時，理想RF衰減器不會影響所施加信號的相位。然而，在實際電路實施方式中，常規衰減器在其衰減狀態和參考狀態下具有不同的相位特性。隨著施加至常規衰減器的RF信號的頻率增加，相移量也增加。如果需要來自衰減器的恒定相移(例如，在相控陣天線中)，則此特性可能會存在問題。

圖1a是常規可切換π型RF衰減器100的一個實施方式的示意圖。在參考狀態下，施加至輸入端口的RF信號通過閉合開關M0(被示為實現為場效應晶體管或FET)傳遞至輸出端口，而斷開的分路開關M1和M2名義上將相應電阻器R1和R2與電路地隔離。在衰減狀態下，開關M0斷開，并且施加至輸入端口的RF信號通過電阻器R0傳遞至輸出端口，而閉合的分路開關M1和M2將相應電阻器R1和R2連接至電路地。(由于電路通常是對稱的，因此任一端口均可以是“輸入”或“輸出”，因此在該示例中標注是任意的)。

雖然廣泛地用于RF電路以用于開關，但是FET不是在閉合時具有零阻抗并且在斷開時具有無限大阻抗的理想開關。然而，由于閉合的FET的電阻R_ON通常忽略不計，因此在許多應用中可以將其建模為簡單的導體。對于斷開的FET而言情況并非如此，斷開的FET呈現為在RF頻率處特別是在高RF頻率(例如，大約10GHz以上)處通常不能忽略的電容C_OFF。

圖1b是圖1a的π型RF衰減器100在參考狀態下的電路模型的圖，其中，開關M0閉合并且開關M1和M2斷開。閉合的FET開關被建模為簡單的導體，并且斷開的FET開關被建模為電容器。衰減器基本上變成低通濾波器，并且將在任何施加的RF信號中引起相位滯后。

圖1c是圖1a的π型RF衰減器100在衰減狀態下的電路模型的圖，其中，開關M0斷開并且開關M1和M2閉合。再次地，閉合的FET開關被建模為簡單的導體，并且斷開的FET開關被建模為電容器。該衰減器基本上變成高通濾波器，并且將在任何施加的RF信號中引起相位超前。

圖2是示出在施加RF信號時對于圖1a的π型RF衰減器100的參考狀態202和衰減狀態204作為頻率的函數的對相位的近似的圖200。從圖200清楚地看出，從參考狀態202切換至衰減狀態204引起所施加的RF信號的相位的顯著偏移。另外的復雜性在于，在高RF頻率處，M0FET開關的接地電感(未在圖1b或圖1c的模型中示出)和C_OFF起作用，從而減小了該電路被設計以提供的衰減量。

再次參照圖1a的π型RF衰減器100，可以在參考電壓(在該示例中為電路地)與輸入端口和輸出端口之間增加可選電容器(未示出)，以幫助減小作為頻率的函數的衰減和相位變化；然而，這樣做僅對窄帶寬起作用。