开关与移相器.ppt

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1、开关 构成开关的器件有铁氧体、PIN管、FET或BJT。铁氧体和PIN是经典的开关器件,铁氧体的特点是功率大、插损小,PIN的特点是快速,成本低。FET或BJT有增益,已经成为中、小功率开关的主要器件。,开关与移相器,表1 开关器件的性能比较,1.开关的基本原理 1)开关器件原理,铁氧体开关的原理是改变偏置磁场方向,实现导磁率的改变,以改变信号的传输常数,达到开关目的。PIN管在正反向低频信号作用下,对微波信号有开关作用。正向偏置时对微波信号的衰减很小（0.5dB）,反向偏置时对微波信号的衰减很大（25dB）。,BJT和FET开关以基极（栅极）的控制信号决定集电极（漏极）和发射极（源极）的通断

2、。放大器有增益,反向隔离大,特别适合于MMIC开关。MEMS微机电器件也可以用作开关器件。,2)微波开关电路开关器件与微波传输线的结合构成微波开关组件。以PIN和MESFET为例。其中MESFET工作在无源模式。开关按照接口数量定义,代号为PT,如单刀单掷(SPST)、单刀双掷（SPDT）、双刀双掷（DPDT）、单刀六掷（SP6T）等。,封装后pin二极管等效电路,GaAs MESFET 在低阻时（栅极0偏）等效阻值约2.5,GaAs MESFET 在高阻时（栅极偏压不低于夹断电压）,无源模式MESFET的器件结构和高阻态等效电路,无源模式MESFET的高阻态等效电路和简化电路,典型值：Cof

3、f 0.2pFRoff 2k,开关设计：,串联结构和等效电路,插入损耗和隔离度,注：键合带有电感,并联结构和等效电路,插入损耗和隔离度,举例：,MA47892：工作在3.18GHz时，正向偏置为0.4+j6;反向偏置为0.5-j44,串联时：,并联时：,MA47899：工作在3.18GHz时，正向偏置为1+j6;反向偏置为4-j494,串联时：,并联时：,器件电抗补偿,以并联安装为例，在高阻态下，可以一高阻和一小电容并联来等效，总导纳可用一感性电纳来降低,插入损耗和隔离度改写为：,注：这种补偿是容易的，因为在漏源间没有直流电位差,举例：,MA47892：,未补偿时：,补偿时：,栅极GaAs M

4、ESFET：工作在10GHz时，Roff=3k,Coff=0.25pF,未补偿时：,补偿时：,(a)并联型;(b)串联型,单刀双掷（SPDT）开关：,利用MESFET作为并联安装SPDT开关的一个例子，频率10GHz,串、并联开关结构,图示为SP3T开关的微带结构,注：“通”态时，Zse为低阻Zl，Zsh为高阻Zh；反之，“断”态时，Zse为高阻Zh，Zsh为低阻Zl,最简串并联复合开关结构及等效电路,插入损耗：,隔离度：,注：串、并联开关在隔离度上有了很大改善，在插损上比串联开关好是因为它降低了反射损耗,宽带串并开关结构,通态时像低通滤波器，断态时像高通滤波器,如上图示，对于通态,对于断态,

5、仿真练习：设计一开关开关结构：SPDT 驻波比：1.25频率：5-6GHz 插入损耗：2dB隔离度：40dB,开关速度：,测量开关速度的实验设备,开通延时、开通开关、关断延时、关断开关,各项有关开关速度的术语,影响开关速度的因素,1、开关器件 本征层宽度、载流子迁移率、耐功率能力,2、偏置网络,移相器 在通信系统中,调相是对微波信号相位的控制,在雷达系统中,相控阵天线是要控制送入天线阵每个单元信号的相位,实现天线波束的调整。这些相位控制电路就是移相器。铁氧体、PIN、BJT、FET或MEMS器件都可以构成相移器。,各种微波移相器类型,开关线型移相器,等效电路,偏离中心频率时插损和相移也变化,避

6、免的办法：合适选择传输线的长度，或开路端接匹配负载,加载线型移相器,引入电纳B，透射波与入射波相比，相位延迟，缺点是有反射，b为归一化电纳,改进：,等效传输线电长度：,加载线型移相器结构,主线安装类型加载线移相器,短截线安装类型加载线移相器,反射型移相器,通过环流器或混合接头将单端口转换成二端口,混合接头优于环形器：1.在MIC和MMIC中更容易集成 2.用了两个开关器件，耐功率能力提高2倍,开关网络型移相器,用于开关网络移相器的低通和高通滤波器,开关线型移相器是开关网络移相器的特殊情况，但开关网络移相器能实现更宽的频带或获得希望的频率响应。,移相,若用型结构代替前面T型结构，则,假定匹配和无损耗，可得,采用六只MESFET的开关网络移相器,放大器型移相器,调谐栅双栅MESFET有源移相器,采用可切换SPDT放大器有源移相器,利用矢量调制器的有源移相器,利用矢量调制器的有源移相器,