[發(fā)明專利]一種寬帶射頻開關及其邊沿優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112671381B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 徐俊成;蔣瑜;姚守權;宋一橋;沈明;胡炳文;李建奇
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;麻省總醫(yī)院
• 主分類號: H03K17/04
• 分類號: H03K17/04;H03K17/687
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 錢文斌;宋纓

本發(fā)明涉及一種寬帶射頻開關，包括開關電路部分和控制端，所述開關電路部分與控制端之間設有用于通直隔交的電路，所述用于通直隔交的電路將控制信號構造成差模信號，將射頻信號構成共模信號。本發(fā)明還涉及上述寬帶射頻開關的邊沿優(yōu)化方法。本發(fā)明能夠在保持對射頻信號足夠高的阻抗條件下，大幅減小由于電感效應所引起的邊沿切換毛刺問題。

技術領域

本發(fā)明涉及射頻開關技術領域，特別是涉及一種寬帶射頻開關及其邊沿優(yōu)化方法。

背景技術

射頻開關的作用是將多路射頻信號中的一路或多路通過控制邏輯進行連通或斷開，以實現(xiàn)不同信號路徑的切換，包括接收與發(fā)射的切換，以及不同時間、不同頻段間的切換等。例如，磁共振掃描或雷達掃描可能會執(zhí)行非常快(比如幾微妙)的收發(fā)切換，以進行信號的接收和發(fā)射。因此對于此類應用，切換速度、插入損耗和隔離度等參數(shù)就成為測量的關鍵參數(shù)，而抑制開關切換時的邊沿切換毛刺則是要解決的關鍵技術問題，是指射頻開關在狀態(tài)改變的過程中，其輸出端在切換邊沿所產(chǎn)生的過沖或震蕩波形。

在磁共振波譜及成像設備、雷達等的射頻前端工作時，通常都需要發(fā)射功率較大的射頻信號，又要探測較為微弱的接收信號。由于發(fā)射信號和接收信號在時間上存在先后關系，因此需要使用一個或多個射頻開關組成發(fā)射/接收(T/R)開關從而對收發(fā)狀態(tài)進行切換。

隨著磁共振系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的不斷發(fā)展，T/R開關對功率和速度的要求也越來越高。T/R開關需要在發(fā)射期間保證發(fā)射通道和接收通道之間有足夠高的隔離度，使得用于發(fā)射的大功率信號不會進入接收通道損壞接收機，同時在接收狀態(tài)下又需要保證探頭(天線)探測到的信號能夠在盡可能小的插入損耗情況下進入接收機，使得接收機能夠獲得足夠高的信噪比，從而進行后級放大。因此，該類T/R開關除了要求具有非常快速的開關響應時間，還需要具有非常高的關斷隔離度(比如大于60dB)，以及導通時非常小的插入損耗(比如小于1dB)，同時還需要具有足夠的帶寬和輸入功率，以適應不同的系統(tǒng)。

目前有很多種類的射頻開關可以用于構成T/R開關從而進行收發(fā)切換。這些射頻開關的實現(xiàn)方法按器件分類一般可以分為集成電路方案和分立元件方案。集成電路方案一般會通過商用射頻開關芯片實現(xiàn)，商用射頻開關具有較高的集成度，較快的開關時間，較小的導通損耗及較高的隔離度，適合信號幅度較小的應用場景。然而，由于商用射頻開關芯片的輸入功率一般為毫瓦至瓦的量級，所以其構成的T/R開關無法實現(xiàn)大功率信號的切換。如果要對較大功率(大于10W)的射頻信號進行切換，一般會使用分立元件的方案進行設計。

使用分立元件所構成的射頻開關按其開關機制一般可以分為機電式射頻開關、晶體管射頻開關以及二極管射頻開關。目前在需要進行大功率切換的系統(tǒng)中，較多的會采用二極管來構造射頻開關對信號進行切換。然而該類方案存在的問題是其在工作時，需要為二極管提供一個偏置電路，該偏置電路可以理解為一個具有“隔交通直”特性的直流通路，其作用是控制二極管的通斷。對于窄帶系統(tǒng)，“隔交通直”一般會通過諧振電路實現(xiàn)對特定范圍內(nèi)頻率的阻斷。對于寬帶系統(tǒng)，一般會采用在直流通路中串聯(lián)電感或射頻扼流圈的方法實現(xiàn)。電感值的大小和需要阻斷信號的頻率有關，需要阻斷信號的頻率越低，直流通路中串聯(lián)電感或射頻扼流圈所需的電感值就越大。但這會使得二極管在正向偏置和反向偏置之間切換(二極管開關切換)時，直流通路中電感或射頻扼流圈上的電流方向也會進行切換。根據(jù)電感特性可知，電感中的電流無法實現(xiàn)快速切換，因此在切換的瞬間直流通路上會由于電感的存在而產(chǎn)生較大的過沖或毛刺，且當電感值越大，切換時電感兩端所產(chǎn)生的切換毛刺的電壓幅度也越大。同時，這個毛刺由于幅度較大，很難被二極管完全隔離，因此會被耦合到射頻開關的輸出端從而對后級電路產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種寬帶射頻開關及其邊沿優(yōu)化方法，能夠在保持對射頻信號足夠高的阻抗條件下，大幅減小由于電感效應所引起的邊沿切換毛刺問題。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種寬帶射頻開關，包括開關電路部分和控制端，所述開關電路部分與控制端之間設有用于通直隔交的電路，所述用于通直隔交的電路將控制信號構造成差模信號，將射頻信號構成共模信號。