ka波段单刀单掷开关设计

第 2 章 研究的理论基础 ................................................................................................ 5 2.1 微带线[14]- [17].......................................................................................................... 5 2.2 PIN 开关原理 ....................................................................................................... 12 2.2.1 PIN 二极管[18]-[20] ........................................................................................... 12 2.2.2 微波开关的主要参数 ................................................................................... 14 2.2.3 PIN 二极管的选择......................................................................................... 15 2.2.4 单刀单掷开关的工作原理[22]-[24] ................................................................. 15 2.2.5 改善开关性能的几种电路 ........................................................................... 17
结束语.. ...................................................................................................................... …37
参考文献 ........................................................................................................................ 38
致谢...... .......................................................................................................................... 40
外文资料原文 ................................................................................................................ 41
毫米波元器件沿着波导电路—混合集成电路—单片集成电路的方向发展着。 毫米波开关也不例外。从混合集成的 PIN 开关到易于与其它部件进行单片集成的 AsGa，FET，HEMT 开关，毫米波开关的理论、电路结构都日益完善和成熟起来。 PIN 二极管由于其正反向短路、开路特性好，微波损耗小，可由小的直流功率控制 较大的射频功率，因此在九十年代及之前就一直保持着霸主的地位。直至今日， 仍经常在毫米波开关电路中出现。
第 3 章 KA 波段单刀单掷开关设计 ........................................................................... 21 3.1 SPST 开关的设计................................................................................................. 21 3.2 SPST 开关的 ADS 仿真....................................................................................... 22 3.2.1 仿真软件 ADS .............................................................................................. 22 3.2.2 整体电路的拓扑结构 ................................................................................... 23 3.2.3 微带线 PIN 管 SPST 开关仿真结果及分析............................................... 25
翻译文稿 ........................................................................................................................ 47
III
第 1 章 引言
第1章 引言
1.1 选题背景
I
ABSTRACT ABSTRACT Millimeter-wave SPST switch is the basic device to control circuit MIC (Monolithic Integrated Circuit), the role is to control the microwave signal of transmission system off. It typically used in pulse modulator of microwave signal source. This paper presents a SPST switch design process. Firstly, the theory of PIN switch, analytical methods, the circuit model and the actual production and other aspects do some research. Secondly, making the actual production of the Ka-band SPST switch by Monolithic Integrated Circuit. After testing, the switch has good characteristics of low insertion loss and high isolation. At the same time, the paper also optimized and simulated a two shunt PIN diode SPST switch by microwave software ADS. The simulation results for the frequency at 34GHz~36GHz, the insertion loss is less than 1.5dB and isolation is greater than 21dB. Key Words: millimeter-wave, Ka-band, SPST, microstrip, PIN
第 4 章 SPST 实物制作和测试 .................................................................................... 28 4.1 SPST 实物制作..................................................................................................... 28 4.2 微带线 PIN 管 SPST 开关的实物测试 .............................................................. 31 4.3 SPST 的改进......................................................................................................... 36
II
目录
目录
第 1 章 引言 .................................................................................................................... 1 1.1 选题背景 ................................................................................................................ 1 1.2 国内外发展现状和研究趋势 ................................................................................ 2 1.3 本设计的意义和价值 ............................................................................................ 3
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摘要
毫米波段的单刀单掷开关是 MIC(Monolithic Integrated Circuit:单片式集成电路) 控制电路的基本器件，作用是控制传输系统中微波信号的通断。典型的应用于微 波信号源用的脉冲调制器。
本文介绍了一种单刀单掷开关的设计过程。论文首先对 PIN 开关的理论，分 析方法，模型的建立以及实际电路的制作等方面进行了一定的研究，其次采用单 片集成电路实际制作了一个 Ka 波段单刀单掷 PIN 开关。经测试，该开关具有插 入损耗低，隔离度好的特性，同时，论文还通过微波软件 ADS 优化仿真了一个双 PIN 二极管并联型的单刀单掷开关，仿真结果为在工作频率为 34 GHz -36GHz，开 关的插入损耗小于 1.5dB，隔离大于 21dB。 关键字：毫米波、Ka 波段、单刀单掷开关、微带、PIN 二极管
随着半导体理论与工艺的发展，单片集成电路蓬勃地发展起来。FET 开关也因 易与 MMIC 电路集成，而越来越多地被人们所关注。FET 做开关使用时，它的栅极 作为控制电压的输入端。典型的开关特性是：负偏压时，栅偏压大于截止电压， 对应于高阻抗状态，漏源断开；零栅压时，对应低阻抗状态，漏源导通[3]。考虑到 FET 栅极和源极之间的电容会影响到开关的隔离度，许多人对此问题进行了研究， 大致的改进方案有以下几种：
在混合集成电路方面，1986 年，R.S.Tahim 报道了 W 波段微带 PIN 单刀单 掷和单刀双掷开关，从 90~100 GHz，插入损耗小于 2dB，隔离大于 15dB[1]。
1988 年，德国 AEG 的 Heinrich J.Callsen 等人采用鳍线制作了一系列的 PIN 开关。其单刀单掷开关和单刀双掷开关在直到 100GHz 以上都有良好的性能，所 制作的单刀三掷开关在 V 波段（55~75 GHz）插入损耗小于 2.5dB，隔离大于 25dB，充分利用了鳍线并联 PIN 开关的优点[2]。