本發(fā)明涉及射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，具體涉及一種低插損高隔離度的UV頻段射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，用于射頻系統(tǒng)重構(gòu)實現(xiàn)射頻通路切換功能，屬于射頻開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

射頻系統(tǒng)在需求牽引和技術(shù)推動之下，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從分離式走向綜合化、模塊化，而射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)則是實現(xiàn)射頻系統(tǒng)信道綜合化、模塊化不可或缺的部分。射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)廣泛使用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)、通信導(dǎo)航系統(tǒng)、微波測試系統(tǒng)中。特別在通信系統(tǒng)設(shè)計中，由于信號的質(zhì)量與通信系統(tǒng)的效率成正相關(guān)，因此，在射頻系統(tǒng)重構(gòu)中，需要低損耗、高隔離度的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)射頻通路的切換。

目前射頻開關(guān)主要有砷化鎵開關(guān)、繼電器開關(guān)、PIN開關(guān)。砷化鎵開關(guān)隔離度指標(biāo)不是很高，繼電器開關(guān)開關(guān)時間較長。此外，通常的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)采用平面式的蓋板設(shè)計結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腔體與蓋板間的密封性不好，腔體之間信號泄漏較高，射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)通道間的隔離度不夠。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種低插損高隔離度的UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)低插入損耗及實現(xiàn)通道間高隔離度，完成射頻重構(gòu)系統(tǒng)中，射頻信號通路自由切換的功能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種低插損高隔離度的UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由n個輸入開關(guān)通路和m個輸出開關(guān)通路構(gòu)成，每個輸入開關(guān)通路分別與所有輸出開關(guān)通路采用串聯(lián)方式連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由此形成n×m個開關(guān)通路；

每個輸入開關(guān)通路包括輸入端口、電容C1、PIN二級管1、PIN二級管2、濾波電感L1和偏置電阻R1，每個輸出開關(guān)通路包括PIN二級管3、PIN二級管4、濾波電感L3、偏置電阻R3、電容C3和輸出端口，其中電容C1、C3實現(xiàn)隔直功能，輸入端口、電容C1、PIN二級管1、PIN二級管2、PIN二級管3、PIN二級管4、電容C3和輸出端口依次連接，其中PIN二級管2的N極和PIN二級管3的N極連接；濾波電感L1一端連接于電容C1和PIN二級管1之間，另一端通過偏置電阻R1接地；濾波電感L3一端連接于電容C3和PIN二級管4之間，另一端通過偏置電阻R3接地；電感L1與L3實現(xiàn)開關(guān)電路與大地交流隔離；射頻開關(guān)的控制信號通過驅(qū)動器轉(zhuǎn)換，經(jīng)過偏置電阻R2和電感L2疊加到PIN二級管2和PIN二級管3的N極；還包括電容C2，電容C2一端接地，另一端連接于偏置電阻R2和電感L2之間；L2與C2實現(xiàn)驅(qū)動器與PIN管之間的交流信號隔離。

所述UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括相互獨立的用于發(fā)射射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅰ和用于接收射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅱ；射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅰ由x個輸入開關(guān)通路和y個輸出開關(guān)通路構(gòu)成，射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅱ由a個輸入開關(guān)通路和b個輸出開關(guān)通路構(gòu)成。

進(jìn)一步地，所述UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)封裝于由基板和蓋板構(gòu)成的封閉空腔內(nèi)，在空腔內(nèi)通過隔板設(shè)有若干彼此隔離的分隔腔，每個輸入開關(guān)通路和每個輸出開關(guān)通路分別設(shè)置于分隔腔內(nèi)，輸入開關(guān)通路對應(yīng)的分隔腔與輸出開關(guān)通路對應(yīng)的分隔腔之間的射頻信號通過射頻電纜連接。

所述基板的兩面均設(shè)置有蓋板，以形成上下兩層封閉空腔；每層的封閉空腔內(nèi)均通過隔板形成分隔腔并在每個分隔腔內(nèi)設(shè)置一個輸入開關(guān)通路或者一個輸出開關(guān)通路。

所述蓋板和所有隔板之間涂抹有導(dǎo)電膠，以提高由基板、隔板和蓋板形成的分隔腔的封閉性和信號隔離能力。

在蓋板與所有隔板對應(yīng)結(jié)合的位置設(shè)置有凹槽，所述導(dǎo)電膠設(shè)置于凹槽內(nèi)，隔板嵌入凹槽內(nèi)且嵌入部位被導(dǎo)電膠包覆。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明采用PIN管及相關(guān)附屬電路來實現(xiàn)一個用于發(fā)射射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與用于接收射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。本發(fā)明通過將多個PIN管進(jìn)行級聯(lián)的方式，方式靈活，射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入部分和輸出部分分別采用兩個PIN管進(jìn)行級聯(lián)，同時，對每一個輸入輸出開關(guān)通路采用單腔的結(jié)構(gòu)方式，使各支路間相互隔離開來；與現(xiàn)有的射頻開關(guān)方案相比，本發(fā)明具有體積小，隔離度高的特點，既滿足了隔離度的要求，又最大程度減小了射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的插入損耗。

附圖說明

圖1為實施例 6×4射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)原理框圖。

圖2為實施例 2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)原理框圖。

圖3為 IN1→OUT1射頻開關(guān)電路原理圖。

圖4為實施例射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)上層結(jié)構(gòu)圖。

圖5為實施例射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)下層結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明雙層單腔隔離示意圖。

圖7為圖6局部放大圖。

具體實施方式

本發(fā)明低插損高隔離度的UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，由n個輸入開關(guān)通路和m個輸出開關(guān)通路構(gòu)成，每個輸入開關(guān)通路分別與所有輸出開關(guān)通路采用串聯(lián)方式連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由此形成n×m路開關(guān)通路。

射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)每一路輸入到輸出開關(guān)通路電路原理設(shè)計均相同，下面以IN1→OUT1舉例，詳細(xì)說明每一射頻開關(guān)通路的電路構(gòu)成。參見圖3，每個輸入開關(guān)通路包括輸入端口IN1、電容C1、PIN二級管1、PIN二級管2、濾波電感L1和偏置電阻R1，每個輸出開關(guān)通路包括PIN二級管3、PIN二級管4、濾波電感L3、偏置電阻R3、電容C3和輸出端口OUT1，其中電容C1、C3實現(xiàn)隔直功能，輸入端口、電容C1、PIN二級管1、PIN二級管2、PIN二級管3、PIN二級管4、電容C3和輸出端口依次連接，其中PIN二級管2的N極和PIN二級管3的N極連接；濾波電感L1一端連接于電容C1和PIN二級管1之間，另一端通過偏置電阻R1接地；濾波電感L3一端連接于電容C3和PIN二級管4之間，另一端通過偏置電阻R3接地；電感L1與L3實現(xiàn)開關(guān)電路與大地交流隔離，增加開關(guān)隔離度；射頻開關(guān)的控制信號通過驅(qū)動器轉(zhuǎn)換，經(jīng)過偏置電阻R2和電感L2疊加到PIN二級管2和PIN二級管3的N極；還包括電容C2，電容C2一端接地，另一端連接于偏置電阻R2和電感L2之間；L2與C2實現(xiàn)驅(qū)動器與PIN管之間的交流信號隔離；R1、R2、R3實現(xiàn)限流功能。

當(dāng)驅(qū)動輸出電平為-4.6V時，A點的電平值為0V，因此在ABD點之間形成了正的直流信號通路，同樣，C點的電平值也為0V，因此在CBD點之間也形成了直流信號通路。此時，該直流通路為PIN管P1、P2、P3、P4提供了直流偏置電壓，P1、P2、P3、P4處于導(dǎo)通狀態(tài)。相反，當(dāng)驅(qū)動器電壓為正時，ABD點之間以及CBD點之間形成了負(fù)的直流偏置電壓，P1、P2、P3、P4處于反偏狀態(tài)，因此射頻開關(guān)則處于關(guān)斷狀態(tài)。

驅(qū)動電路將控制的TTL電平信號轉(zhuǎn)換為PIN管P1、P2、P3、P4導(dǎo)通所需的控制電平信號；當(dāng)控制電平為高時，驅(qū)動器輸出-4.6V的電壓，該電壓為PIN管提供了正的直流偏置電壓，并提供驅(qū)動電流，PIN開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)控制電平為低時，驅(qū)動器輸出+4.6V的驅(qū)動電壓，此時，為PIN開關(guān)管提供負(fù)的偏置電壓，PIN管關(guān)斷。

實際設(shè)計時，所述UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括相互獨立的用于發(fā)射射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅰ和用于接收射頻通路切換的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅱ；射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅰ由x個輸入開關(guān)通路和y個輸出開關(guān)通路構(gòu)成，射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)Ⅱ由a個輸入開關(guān)通路和b個輸出開關(guān)通路構(gòu)成。

在設(shè)計時，為了減小空間輻射及泄露，保證每一個開關(guān)通路之間的隔離度，所述UV射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)封裝于由基板和蓋板構(gòu)成的封閉空腔內(nèi)，在空腔內(nèi)通過隔板設(shè)有若干彼此隔離的分隔腔，每個輸入開關(guān)通路和每個輸出開關(guān)通路分別設(shè)置于分隔腔內(nèi)，輸入開關(guān)通路對應(yīng)的分隔腔與輸出開關(guān)通路對應(yīng)的分隔腔之間的射頻信號通過射頻電纜連接。采用單腔分腔的方式使各支路間相互隔離開來，這樣盡可能減小支路與支路間的相互影響，從而提高射頻通路間的隔離度。

所述基板的兩面均設(shè)置有蓋板，以形成上下兩層封閉空腔；每層的封閉空腔內(nèi)均通過隔板形成分隔腔并在每個分隔腔內(nèi)設(shè)置一個輸入開關(guān)通路或者一個輸出開關(guān)通路，參見圖6。

參見圖7，所述蓋板和所有隔板之間涂抹有導(dǎo)電膠，以提高由基板、隔板和蓋板形成的分隔腔的封閉性和信號隔離能力。同時在蓋板與所有隔板對應(yīng)結(jié)合的位置設(shè)置有凹槽，所述導(dǎo)電膠設(shè)置于凹槽內(nèi)，隔板嵌入凹槽內(nèi)且嵌入部位被導(dǎo)電膠包覆，這樣進(jìn)一步增大了器件之間的隔離度。

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實施例的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)分別由一個6×4的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)與一個2×3的射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)組成，兩個射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)相互獨立，其中2×3開關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于發(fā)射射頻通路的切換，6×4開關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于接收射頻通路的切換。

圖1和圖2分別是6×4和2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的原理框圖。射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)分為輸入與輸出部分，輸入輸出部分采用串聯(lián)方式進(jìn)行連接，輸入和輸出部分均由兩個串聯(lián)的PIN管級聯(lián)構(gòu)成，因此，任意一個開關(guān)通路總共有4個PIN管串聯(lián)組成。一個PIN管隔離度大約為24dB，插入損耗大約為0.25dB；因此理論上的插入損耗約為4×0.25dB=1.0dB,隔離度約為4×24=96dB。

圖1的IN1～I(xiàn)N6為6×4射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的輸入開關(guān)通路部分，圖1的OUT1～OUT4為6×4射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出開關(guān)通路部分；圖2的IN1～I(xiàn)N2為2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸入開關(guān)通路部分，OUT1～OUT3為2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)輸出開關(guān)通路部分。

每一路開關(guān)通路的設(shè)計均相同，下面以IN1→OUT1為例，詳細(xì)說明開關(guān)電路的基本工作原理：

當(dāng)IN1→OUT1為導(dǎo)通狀態(tài)，此時驅(qū)動器的輸出電壓為-4.6V，因此PIN管P1、P2、P3、P4上疊加了正的直流偏置電壓，此時上述PIN二極管均處于導(dǎo)通狀態(tài)，IN1→OUT1的插入損耗主要取決于P1、P2、P3、P4的固有插入損耗。

當(dāng)IN1→OUT1為非導(dǎo)通狀態(tài)，此時驅(qū)動器的輸出電壓為正4.6V，因此P1、P2、P3、P4上疊加了負(fù)的直流偏置電壓，此時上述PIN二極管均處于非導(dǎo)通狀態(tài)，則實現(xiàn)了IN1與OUT1之間的隔離。

本發(fā)明射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的殼體材料采用防銹鋁，外形尺寸為100mm×68mm×17mm，射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的對外射頻輸入輸出采用射頻連接器SMP進(jìn)行連接，電源及控制信號采用低頻連接器與外部進(jìn)行連接。在結(jié)構(gòu)上采取每一路輸入和輸出獨立分腔的形式，腔與腔之間的射頻信號通過高隔離度射頻電纜進(jìn)行連接。

為了實現(xiàn)開關(guān)矩陣網(wǎng)絡(luò)的小型化，減小開關(guān)矩陣網(wǎng)絡(luò)的面積，采用上下兩層疊加的方式，上下兩層通過螺釘進(jìn)行連接，兩層結(jié)構(gòu)墻體間涂抹導(dǎo)電膠。在蓋板的安裝螺釘設(shè)計布局時，在腔體的筋條上盡量多的排布安裝螺釘，使產(chǎn)品的蓋板能更緊密地和腔體接觸，實現(xiàn)各個腔內(nèi)射頻信號的隔離。上下兩層的分腔及結(jié)構(gòu)設(shè)計局部如圖4和圖5所示：其中IN1～I(xiàn)N6分別表示6×4射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的6個輸入端口，OUT1～OUT4分別表示6×4射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的四個輸出端口。IN7、IN8分別表示2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的兩個輸入端口，OUT5～OUT7分別表示2×3射頻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的三個輸出端口，電源及控制信號通過低頻連接器與外部進(jìn)行連接。

為了實現(xiàn)射頻開關(guān)電路故障檢測，本發(fā)明在PIN二級管2的N極和PIN二級管3的N極之間設(shè)有故障檢測點以檢測PIN二極管上的偏置電壓，偏置電壓作為檢測電壓，將檢測點的檢測電壓引入到比較器進(jìn)行電壓比較，當(dāng)PIN開關(guān)電路狀態(tài)異常時，輸出的故障檢測電壓也將出現(xiàn)異常，此時比較器的比較輸出結(jié)果也將出現(xiàn)異常；將比較器的輸出結(jié)果引入MCU，與理論上的比較器輸出電壓進(jìn)行比較，則可判斷當(dāng)前PIN開關(guān)電路是否正常。

所述比較器為四路，分別為比較器A、比較器B、比較器C、比較器D且位于同一比較器芯片里；比較器A、比較器B、比較器C、比較器D的基準(zhǔn)電平分別設(shè)置為V₀、V₁、V₂、V₃；其中V₂、V₃對應(yīng)射頻開關(guān)打開時的正常檢測電壓區(qū)域范圍的上限值和下限值，V₀、V₁對應(yīng)射頻開關(guān)關(guān)閉時的正常檢測電壓區(qū)域范圍的上限值和下限值；假設(shè)檢測電壓輸入到比較器的比較電壓值為V_I0。

當(dāng)射頻開關(guān)電路打開時，將V_I0分別輸入比較器C、比較器D與V₂和V₃分別比較，正常狀態(tài)下，V₃＜V_I0＜V₂，此時比較器C的比較輸出電平應(yīng)為數(shù)字低電平、比較器D的比較輸出電平應(yīng)為數(shù)字高電平；當(dāng)射頻開關(guān)出現(xiàn)異常時，將導(dǎo)致檢測電壓輸出異常，最終導(dǎo)致比較器C與比較器D的比較輸出數(shù)字電平異常，即比較器C的比較輸出電平為數(shù)字高電平或者比較器D的比較輸出電平為數(shù)字低電平就認(rèn)為射頻開關(guān)異常。

當(dāng)射頻開關(guān)電路關(guān)斷時，將V_I0分別輸入比較器A、比較器B與V₀和V₁分別比較，正常狀態(tài)下，V₁＜V_I0＜V₀，此時比較器B的比較輸出電平應(yīng)為數(shù)字高電平，比較器A的比較輸出電平應(yīng)為數(shù)字低電平；當(dāng)射頻開關(guān)出現(xiàn)異常時，將導(dǎo)致檢測電壓輸出異常，最終導(dǎo)致比較器A與比較器B的比較輸出數(shù)字電平異常，即比較器A的比較輸出電平為數(shù)字高電平或者比較器B的比較輸出電平為數(shù)字低電平就認(rèn)為射頻開關(guān)異常。

本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)的射頻信號輸出而引入額外的故障檢測信號，直接檢測射頻開關(guān)的偏置電壓是否正常，進(jìn)而來判斷射頻開關(guān)電路是否處于正常的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的檢測方法是通過射頻輸出端口的信號輸出來判斷相應(yīng)射頻通路是否正常，檢測方法比較復(fù)雜，成本較高，不能對射頻開關(guān)電路直接進(jìn)行檢測。本發(fā)明與傳統(tǒng)的方法相比，檢測更直接，更精確，且是專門針對PIN開關(guān)電路直接進(jìn)行檢測，在射頻通路發(fā)生故障時，更有利于故障定位；且方便將故障狀態(tài)上報，更有利于射頻系統(tǒng)的重構(gòu)實現(xiàn)。本發(fā)明能直接檢測射頻開關(guān)的好壞，檢測方法更直接，更精確，更利于故障定位。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。