文章编号：１００４－２４７４（２０１４）０３－０３６０－０３
廖雯１，唐光庆２，邓立科１，吴光春１，张雨１
（１〃中国电子科技集团公司第２６研究所，重庆４０００６０；２〃中国人民解放军驻重庆气体压缩机厂军事代表室，重庆４０００５０）
摘要：射频开关作为微波通信系统的一种关键部件，广泛应用于各种军用电子系统中。该文详细介绍了一种基于ＰＩＮ二极管的单刀双掷开关的设计技术和实现方法，测试结果表明，该开关在２～８ＧＨｔ频率范围内，插入损耗小于２〃２＾Ｂ，隔离度大于７０＾Ｂ。 关键词：单刀双掷开关；ＰＩＮ二极管；插入损耗；隔离度
中图分类号：ＴＭ２５；ＴＮ６１文献标识码：Ａ
Ｄ＿ｍｃａｈ［ｈ＾Ｉｇｊｆ＿ｇ＿ｈｎ［ｎｃｉｈｉ｀［Ｂｌｉ［＾＼［ｈ＾Ａ＼ｍｉｌｊｎｃｉｈＴｓｊ＿ＳＰＤＴＳｑｃｎ］ｂＬＩＡＯＷ＿ｈ１，ＴＡＮＧＧｏ［ｈａｋｃｈａ２，ＤＥＮＧＬｃｅ＿１，ＷＵＧｏ［ｈａ］ｂｏｈ１，ＺＨＡＮＧＹｏ１
（１〃２６ｎｂＩｈｍｎｃｎｏｎ＿ｉ｀Ｃｂｃｈ［Ｅｆ＿］ｎｌｉｈｃ］ｍＴ＿］ｂｈｉｆｉａｓＧｌｉｏｊＣｉｌｊｉｌ［ｎｃｉｈ，Ｃｂｉｈａｋｃｈａ４０００６０，Ｃｂｃｈ［；
２〃Ｃｂｈ＿ｍ＿Ｐ＿ｉｊｆ＿Ｌｃ＼＿ｌ［ｎｃｉｈＡｌｇｓＭｃｆｃｎ［ｌｓＤ＿ｊｏｎｓＳｎ［ｎｃｉｈｉ｀ＣｂｉｈａｋｃｈａＧ［ｍＬｉｇｊｌ＿ｍｍｉｌＦ［］ｎｉｌｓ，Ｃｂｉｈａｋｃｈａ４０００５０，Ｃｂｃｈ［）Ａ＼ｍｎｌ［］ｎ：ＲＦｍｑｃｎ］ｂｃｍｑｃ＾＿ｆｓｏｍ＿＾ｃｈｐ［ｌｃｉｏｍｇｃｆｃｎ［ｌｓ＿ｆ＿］ｎｌｉｈｃ］ｍｓｍｎ＿ｇｍ［ｍ［ｅ＿ｓ＾＿ｐｃ］＿ｃｈｇｃ］ｌｉｑ［ｐ＿］ｉｇｇｏｈｃ－］［ｎｃｉｈｍｓｍｎ＿ｇ〃Ｔｂｃｍｊ［ｊ＿ｌｊ［ｌｎｃ］ｏｆ［ｌｆｓｃｈｎｌｉ＾ｏ］＿ｍ［＾＿ｍｃａｈｉ｀ｊｃｈ＾ｃｉ＾＿ｍｃｈａｆ＿ｊｉｆ＿＾ｉｏ＼ｆ＿ｎｂｌｉｑ（ＳＰＤＴ）ｍｑｃｎ］ｂ〃Ｔｂ＿ｎ＿ｍｎｌ＿ｍｏｆｎｍｍｂｉｑｎｂ［ｎｎｂ＿ｍｑｃｎ］ｂｂ［ｍｎｂ＿｀＿［ｎｏｌ＿ｍｉ｀｀ｌ＿ｋｏ＿ｈ］ｓｌ［ｈａ＿ｉ｀２～８ＧＨｔ，ｃｈｍ＿ｌｎｃｉｈｆｉｍｍｉ｀ｆ＿ｍｍｎｂ［ｈ２〃２＾Ｂ［ｈ＾ｃｍｉｆ［ｎｃｉｈｉ｀ｇｉｌ＿ｎｂ［ｈ７０＾Ｂ〃
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０引言
射频开关在雷达、微波通信和电子对抗系统领域有着广泛的市场需求。ＰＩＮ二极管被用来构建电子开关元件，易于集成为平面电路，且能高速运行，成本经济，所以广泛应用于射频开关、移相器、衰减器等微波电路中［１］。
本文设计的宽带吸收式单刀双掷射频开关是电子系统中广泛使用的重要部件之一，吸收式射频开关具有在传输、隔离状态下支路信号保持端口匹配的特点，提高了系统性能。 １电路设计与分析
传统的ＰＩＮ串联射频开关具有在宽频带范围内传输损耗低的特点，但其隔离度较差，难以实现高隔离的要求。而单纯的ＰＩＮ并联射频开关之间由于有１／４波长的微带线，会造成工作频率偏移而引起开关性能下降，开关的工作频带较窄，难以实现宽带的要求。结合上述两种电路分析，为了拓展工作带宽，保证隔离度的要求，本文将选择ＰＩＮ二极管
串－并联型连接的方式。为了进一步改善开关性能，在支路上还采用了多个ＰＩＮ二极管并联的形式，能进一步提高开关的隔离度［２］。
本文设计的射频开关电路如图１所示。其中，Ｊ０为输入端，Ｊ１、Ｊ２为输出端。当Ｋ１为正偏置，Ｋ２反
偏置时，Ｄ
２
、Ｄ
３
、Ｄ
４呈低阻抗
，Ｄ
数字调节器１呈高阻抗
，负载
Ｒ１短路，开关断开，此时Ｊ０和Ｊ１端口断开；而Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９呈高阻抗，Ｄ６、Ｄ１０呈低阻抗，端口Ｊ０和Ｊ２连
通，相当于开关连通。相反，如果Ｋ１为反偏置，Ｋ
２为正偏置时，Ｊ
０和Ｊ１端口连通
，Ｊ
０和Ｊ２端口断开
。
图１单刀双掷开关电路图
收稿日期：２０１３－０６－１７
作者简介：廖雯（１９８７－），女，四川遂宁人，硕士生，主要从事微组装工艺设计。
当 Ｋ１ 正偏置、Ｋ２ 反偏置时，Ｊ０ 和Ｊ１ 端口隔离，
Ｊ０ 和Ｊ２ 端口连接，此时等效电路 如图 ２ 所示。
其中 Ｒｍ 为 ＰＩＮ 二极 管 的 正 向 串 联 电 阻，如 果 选 用 Ｓｅｓ－
ｑｉｌｅｍ公司生产的 ＡＰＤ０８０５－
０００，其 电阻约为 １Ω； Ｃｄ 为
ＰＩＮ 二极管的反向等效电容 ，该型号二极管反 偏电容约为０〃１３ｊＦ。Ｊ０ 与 Ｊ１
处于隔离状态时 ，选 择 Ｒ１＝５０Ω，实现通道与Ｊ０、Ｊ１ 的阻抗匹配；Ｊ０ 与Ｊ２
处于传输状态，Ｒ１ 和 Ｒｍ 的并联电阻小于 １ Ω
，相 当 于短路，此时Ｊ０、Ｊ２ 均为 ５０ Ω 的阻抗。 此设计的两 通道完全对称，当Ｊ０ 与Ｊ１ 处于传输状态，Ｊ０ 与Ｊ２ 处 于隔离 状 态 时，通道与端口也仍匹 配 到 ５０ Ω 的 阻 抗。因此，信号在 传输过程中始终与端口保持阻抗 匹配，这种匹配式 开关在工作频段内具有较小的驻 波系数，减小信号 反射，提 高系统性能，增 加系统的 可靠性。
２ 开关设计的实现
２〃１ 电路实现
电路基板采用 Ｒｉａ＿ｍ５８８０介质材料，相 对介电 常数为２〃２，基 板厚为 ０〃２５４ ｇｇ
，
微 带 传 输 线 厚 为 ０〃０３５ ｇｇ。将微 带 电 路 板、ＰＩＮ 二 极 管、厚 膜 电 阻 利用导电胶 Ｈ２０Ｅ 和腔体粘结在一起
，在 高温下烘 烤使其固化。
２〃２ ＰＩＮ 二极管的选择和安装 ＰＩＮ 二极管的选取主要考虑其正向偏置串联电 阻 Ｒｍ＝１Ω，反向 偏置状态下的 Ｃｄ＝
０〃１３ｊＦ，载 流 子迁移时间τ＝５０ｈｍ。ＰＩＮ 二极管的阴极与腔体粘
结，阳极通 过 金 丝超 声键合 的方式和微带线互 连。 焊点间的金丝互连，可等效为一个串联电感 ，如果焊
点间同时键合２、３ 根金丝，则 相当于 ２、３ 个电感的 并联。本设计中采用双线键合的方式 ，能 有效降低
由于金丝引入的插入损耗 ，减小寄生电感。
设计中 ＰＩＮ 二极管的控制器件 ，即 ＰＩＮ 管驱动
器，由一路同相输出、另一路反相输出组成 。其上升 沿、下降沿偏移时间 的典型值均为 １０ｈｍ，能 有效提
高开关速度。 ２〃３ 偏置回路
偏置信号加到二极管上时 ，必 须带有射频（ＲＦ） 扼流装置和隔直流装置 ，以便把它与射频信号隔离。
如图１所示，偏置回路由隔直流电容 、射频旁路电容 和射频扼流电感组成。偏置回路对微波信号的影响 要小，又要使开关时间不受影响 ，因此合理选择线圈 匝数小，线圈直径小，自谐振频率高的微型线圈和芯
片电容相结合，可达到较理想的效果［３
］。 ２〃４ 电磁屏蔽体内卫生巾
微波信号的空间泄露和器件连线的串扰是影响
隔离度的两个主要因素。把微带线置于腔体槽中屏 蔽，如果有多个分 块功能电路则应放置在不同的分 腔中，可有效实 现电磁屏蔽。 微波器件的电源与控 制信号则应放在微波板背面腔体 ，单独用中频板处 理，可防止信号串扰 。
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３ 测试结果
匹配式开关的 仿 真 与 测 试 结 果 对 比 ，如 图 ３、４ 所示。在整个工作频率范围内 ，匹配式开关的传输 损耗实测结果趋势较仿真结果有一定的频率偏移， 传
输损耗的仿真结果在整个频段内小于 ０〃４９４＾Ｂ
， 而实测结果 则 小 于 ２〃２０８＾Ｂ。 匹 配 式 开 关 隔 离 度 的仿真结果在 －７２～ －９８＾Ｂ 之
间 线 性 变 化，而 由 于矢量 网 络 分 析 仪 基 底 噪 声 的 影 响 ，测 量 结 果 在 －７０～－９０＾Ｂ
的范围内反复震荡。
图 ３ 匹配式开关传输损耗的仿真与实测结果的对比
图 ４ 匹配式开关隔离度的仿真与实测结果的对比
为进一步验证开关的隔离度，我们在工作频率 范围内选择８个频率点，利用信号源从输入端发射
图 ２ Ｊ０ 与Ｊ１ 隔离 、Ｊ２ 连通时的等效电路
信号，在隔离端用频谱仪接收信号，两者的差值，即为隔离度。测试结果如表１所示。
表１利用信号源、频谱仪在工作频段内
测量８个频点的隔离度４结束语
本设计的射频开关具有宽带、匹配的特性，实现了预期的效果。通过进一步的优选偏置回路和ＰＩＮ二极管的参数可实现更高的工作频率。
频率／ＧＨｔ
输入端
功率／＾Ｂｇ
隔离端输出
隔离度／＾Ｂ
功率／＾Ｂｇ
参考文献：
２３－９１〃５１－９４〃５１３３－９５〃３３－９８〃３３４３－９１〃４１－９４〃４１５３－９８〃５５－１０１〃５５６３－９６〃１８－９９〃１８７３－９４〃３２－９７〃３２８３－９５〃１９－９８〃１９［１］ＰＯＺＡＲＤＭ〃微波工程［Ｍ］〃张肇仪，周乐柱，吴德明等译〃３版〃北京：电子工业出版社，２００８，５：４４２－４４７〃
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檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶
（上接第３５６页）
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ＬＩＹｉｏａｏ［ｈａ，ＣＨＥＮＺ［ｃｆｃ，ＣＨＥＮＷ＿ｃｍｂ［ｈ，＿ｎ［
ｆ〃Ｎｉｐ＿ｆｎｌ［ｐ＿ｆｃｈａｑ［ｐ＿ｏｆｎｌ［ｍｉｈｃ］ｇｉｎｉｌ［Ｊ］〃Ｊｉｏｌｈ［ｆ
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［Ｊ］〃Ｓ＿ｈｍｉｌｍ［ｈ＾Ａ］ｎｏ［ｎｉｌｍ：ＡＰｂｓｍｃ］［ｆ，２０１０，１６１（１／２）：１５８－１６３〃
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ＵＳｉｈａ｀＿ｃ，ＹＡＯＺｂｃｓｏ［ｈ，ＷＡＮＧＣｂ［ｈａｌｏ，＿ｎ［ｆ〃Ｒ
＿ｍ＿［ｌ］ｂｉｈｆｃｈ＿［ｌｏｆｎｌ［ｍｉｈｃ］ｇｉｎｉｌ＼［ｍ＿＾ｉｈ＼＿ｈ＾ｃｈａｇｉ＾［ｆ［Ｊ］〃Ｐｃ＿ｔｉ＿ｆ＿］ｎｌｃ］ｍ＆Ａ］ｉｏｍｎｉｉｊｎｃ］ｍ，２０１２，３４
（３）：４００－４０３〃
涂布纸
（上接第３５９页）
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［４］ＷＩＬＣＯＸＰＤ〃Ａｌ［ｊｃ＾ｍｃａｈ［ｆｊｌｉ］＿ｍｍｃｈａｎ＿］ｂｈｃｋｏ＿ｎｉｌ＿ｇｉｐ＿ｎｂ＿＿｀｀＿］ｎｉ｀＾ｃｍｊ＿ｌｍｃｉｈ｀ｌｉｇａｏｃ＾＿＾ｑ［ｐ＿ｍｃａ－ｈ［ｆｍ［Ｊ］〃ＩＥＥＥＴｌ［ｈｍ［］ｎｃｉｈｍｉｈＵｆｎｌ［ｍｉｈｃ］ｍＦ＿ｌｌｉ＿ｆ＿］－ｎｌｃ］ｍ［ｈ＾Ｆｌ＿ｋｏ＿ｈ］ｓＣｉｈｎｌｉｆ，２００３，５０（４）：４１９－４２７〃［５］ＨＡＮＱｃｈａ＼［ｈａ，ＱＩＡＮＭ＿ｈａｆｏ〃Ａｈ［ｆｓｍｃｍｉ｀ｆ［ｍ＿ｌ－ａ＿ｈ＿ｌ［ｎ＿＾Ｒ［ｓｆ＿ｃａｂｑ［ｐ＿ｉｈｐｃｍ］ｉ＿ｆ［ｍｎｃ］ｇ［ｎ＿ｌｃ［ｆｍ［Ｊ］〃
Ｃｂｃｈ＿ｍ＿Ｊｉｏｌｈ［ｆｉ｀Ａ］ｉｏｍｎｃ］ｍ，２００８，２７（１）：５７－６４〃［６］ＷＡＮＧＪｃｄｏｈ，ＳＨＥＮＺｂｉｈａｂｏ［，ＮｃＸｃ［ｉｑｏ，＿ｎ［ｆ〃Ｎｏｇ＿ｌｃ］［ｆｍｃｇｏｆ［ｎｃｉｈｉ｀ｆ［ｍ＿ｌ－ａ＿ｈ＿ｌ［ｎ＿＾ｍｏｌ｀［］＿［］ｉｏｍ－ｎｃ］ｑ［ｐ＿ｍｃｈｎｂ＿ｎｌ［ｈｍｊ［ｌ＿ｈｎ］ｉ［ｎｃｈａｉｈ［ｍｏ＼ｍｎｌ［ｎ＿＼ｓ
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［７］ＬＵＬ［ｃｓｏ，ＷＡＮＧＣｂ＿ｈａｂ［ｉ，ＺＨＡＮＧＢｃｒｃｈａ〃Ｔｃｇ＿ｅ－｀ｌ＿ｋｏ＿ｈ］ｓ［ｈ［ｆｓｍｃｍｉ｀ｎｂ＿＾ｃｍｊ＿ｌｍｃｐ＿Ｒ［ｓｆ＿ｃａｂｑ［ｐ＿ｃｈｍｎｌ［ｎｃ｀ｃ＿＾ｇ＿＾ｃ［［Ｊ］〃Ｃｂｃｈ＿ｍ＿Ｊｉｏｌｈ［ｆｉ｀Ａ］ｉｏｍｎｃ］ｍ，２００６，２５（４）：２９７－３０９〃
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