X波段2×3平面开关矩阵设计 开关, 平面

520503

关键字：X波段   开关矩阵  
摘要：提出一种设计平面开关矩阵的方法。通过使用单刀单掷(SPST)芯片开关、芯片功分器和0dB定向耦合器等简单电路实现开关矩阵的平面拓扑。由于射频电路使用键合工艺将芯片、微带无源电路进行连接，因此与传统开关矩阵相比，具有体积小、重量轻、工艺简单、可靠性高的特点。最后通过对一个X波段2×3平面开关矩阵设计和测试，证明了该设计的有效性。
微波开关矩阵由于可以提供多路微波信号的选通，在多波束一时分多址通信系统以及电子战系统中可以实现上行和下行等多通道微波信号之间的互联，因此在微波系统中具有重要的作用。传统的微波开关矩阵中多使用多层板电路实现传输线之间的交叉互联，由于工艺限制，使得设计复杂且成品率低。开关矩阵MMIC芯片可以实现小型化和高可靠性的开关矩阵，但是相关的开关矩阵产品例如Hittite的产品限制在10GHz以下，国内的射频芯片生产单位目前没有可用的产品，因此给生产制作开关矩阵带来较大难度。在相关文献中提出了两种实现DPDT的方法，但back to back结构只能实现单路导通，不可以两路同时工作，ring type结构可以实现两路同时导通，但输入输出端不能出现在同一水平面上，不方便在系统中使用；该文献中的结构在多通路开关矩阵中将不可用。

本文立足于当前国内的成熟工艺条件，提出了一种设计平面开关矩阵的方法。通过使用定向耦合器实现传输线之间的交叉互联，使用PIN单刀单掷和单刀多掷开关MMIC芯片和键合工艺实现开关矩阵的小型化和高可靠性。

1 设计方法理论分析

双刀双掷开关矩阵RF原理如图1所示，图中的1—4端口均端接单刀双掷开关，实现端口之间的选通。该原理图中包括一个交叉点，通过该交叉点实现通路1→4和通路2→3。




使用支线耦合器可以实现交叉点的互联。

图2中各分支线长度为λg／4，旁边标注为该分支线的归一化导纳。按照文献清华大学《微带电路》有




其中分支线长度主要决定了耦合器的中心频率，H的选择可以决定带宽和耦合平衡比。




所以将双刀双掷开关的交叉点使用0dB分支线耦合器代替后的电路原理图如图3所示。对于其他多刀多掷开关矩阵中的交叉点同样可以使用0dB分支线耦合器，从而实现单平面电路。





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