[發明專利]一種四分之一波長結構毫米波開關

在審

• 申請號: 201910725555.5
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110429929A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 周培根;向渝
• 申請（專利權）人: 南京邁矽科微電子科技有限公司
• 主分類號: H03K17/60
• 分類號: H03K17/60;H03H11/28
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 王斌

本發明公開了一種四分之一波長結構毫米波開關，包括射頻信號輸入端，射頻信號輸入端連接輸入匹配網絡，輸入匹配網絡分別連接四分之一波長微帶傳輸線1、微帶傳輸線2，微帶傳輸線1、微帶傳輸線2分別經開關管1、開關管2連接輸出匹配網絡1、輸出匹配網絡2，輸出匹配網絡1、輸出匹配網絡2分別連接輸出端1、輸出端2；每個開關管由至少兩個等尺寸的小尺寸晶體管采用反偏結構組成，同一開關管的晶體管的發射級之間連接長度等長且可調的微帶線。本發明通過將大尺寸開關管等分成多個小尺寸晶體管，在晶體管的發射級之間引入長度等長且可調的微帶線，通過優化可調微帶線的長度，可以大幅度提升四分之一波長結構毫米波開關的隔離度。

技術領域

本發明涉及毫米波開關技術領域，尤其涉及基于毫米波開關管關斷和導通電阻比值提升的毫米波開關隔離度提升技術。

背景技術

電磁波頻譜中頻率較低的范圍目前已經被分配到許多無線電的應用中，例如廣播、電視、衛星通信、移動電話、軍事應用和射電天文等等。隨著無線電技術的進一步發展，目前低頻率段的頻譜資源已非常擁擠，對于未來通信應用的需求，低頻段的信道容量已經很難滿足要求。然而，在毫米波頻段，尚有大量的頻段未被開發和利用，由于毫米波頻帶更寬，可用于傳輸更高的速率，從而獲得更大的通信容量。因此毫米波無線通信被認為是解決5G以及未來無線通信數據流量指數性增長的最具潛力和價值的解決方案。

然而，相比于現有的6G以下頻段的通信系統，毫米波頻段的電波傳輸承受了更高的路徑損耗和有限的散射，同時功率放大器的輸出功率較小。因此，為了克服毫米波無線傳輸的障礙，一些先進的陣列技術被用于5G毫米波系統，如引入多輸入多輸出（MIMO）技術和波束賦形技術。這些技術通過在毫米波頻段使用更多的陣列單元來獲得更高的陣列增益，更好的信號覆蓋和抗干擾能力。另一方面，結合MIMO和波束賦形技術可以通過同時向多個用戶傳輸多路數據流提升整個毫米波通信系統頻譜資源利用率。

此外，由于毫米波頻段波長短，陣列尺寸受限，為了滿足多輸入多輸出集成技術的需求，單個射頻通道前端通暢采用TDD（時分復用的模式）模式進行快速切換，即單通道發射機和接收機共用一個天線單元以便進行大規模集成。然而，由于傳統毫米波開關隔離度有限，對收發通道進行切換時鏈路的隔離度較差，發射鏈路和接收鏈路信號會通過開關相互滲透，極易使電路環路自激。同時在接收時隙由于開關隔離度較差，發射鏈路會在接收端口引入高的發射底噪從而導致系統接收靈敏度急劇下降。

因此，需要發明一種高隔離度的四分之一波長毫米波開關，滿足毫米波多輸入多輸出集成技術需求的同時，能夠有效地對單通道的收發鏈路進行快速切換，且不惡化系統的性能。

發明內容

發明目的：針對現有四分之一波長結構毫米波開關隔離度差的問題，本發明提出了一種基于毫米波開關管關斷和導通電阻比值提升的高隔離度毫米波開關。

技術方案：

一種四分之一波長結構毫米波開關，其特征在于包括射頻信號輸入端，射頻信號輸入端連接輸入匹配網絡，輸入匹配網絡分別連接四分之一波長微帶傳輸線1、微帶傳輸線2，微帶傳輸線1、微帶傳輸線2分別經開關管1、開關管2連接輸出匹配網絡1、輸出匹配網絡2，輸出匹配網絡1、輸出匹配網絡2分別連接輸出端1、輸出端2；每個開關管由至少兩個等尺寸的晶體管采用反偏結構組成，同一開關管的晶體管的發射級之間連接長度等長且可調的微帶線。

由于硅基工藝有限的擊穿電壓，為了滿足毫米波頻段射頻前端輸出功率1dB壓縮點的需求，現有技術中開關管通常選擇大尺寸的晶體管實現，而大尺寸晶體管的關斷和導通電阻比值有限，因此會對開關的隔離度產生極大的影響。本發明將傳統的大尺寸開關管等分成至少兩個小尺寸晶體管，并在晶體管的發射級之間引入長度等長且可調的微帶線，通過優化可調微帶線的長度，可以大幅度提升開關管的關斷和導通電阻比值，進而大幅度提升四分之一波長結構毫米波開關的隔離度。

本發明有益效果：

1）大幅改善毫米波四分之一波長結構開關的隔離度。