宽带小型化高隔离度SPDT开关的研制

摘要：微波开关是微波控制电路中的基本部件，是实现在各种恶劣环境和特定的空间内将微波信号进行切换的特定功能元件，它在雷达、电子对抗、微波通信、卫星通信以及微波测量等方面有着广泛的应用。在此通过合理的电路布局和结构设计，结合微组装工艺，实现了在3～12 GHz范围内，插入损耗小于3．2 dB，隔离度大于70 dB，整体尺寸小于20 mm×15 mm×10 mm的一种宽带小型化SPDT开关。

0 引言

现代战争中电子系统的地位与日俱增，现代雷达、现代通信、制导武器和电子对抗等系统对微波控制电路的性能指标提出了愈来愈高的要求，主要表现在：信号频段的不断上升、占用带宽的不断扩大、电路体积的不断缩小、关断时隔离度的不断提高等，因此研究一种低插损、宽频带、高隔离度、小型化的微波开关已显得至关重要。

1 工作原理

最简单的PIN二极管单刀双掷开关，其基本电路连接主要有并联型、串联型、串并联型3种，如图1所示。它们分别由2个并联、2个串联型或者2个并联加2个串联型单刀单掷开关并接构成。在并联型开关中，2个PIN二极管D1和D2分别并接于离分支接头点1／4波长处。如果D1处正向导通，D2处于反向截至状态，则通道A无功率通过。因为从接头参考面向通道A看过，输入阻抗为无限大。而B通道D2处近似开路，故不影响功率通过。这时，输入的微波信号全部从B通道输出，反之，当D1截至，D2导通时，输入信号全部从A通道输出。显然，在串联型开关中，当D1导通，D2截至时，通道A为导通通道而B为断开通道；当D1截至，D2导通时，通道B为导通通道而A为断开通道。在串并联型开关中，当二极管D1、D4正向，D2、D3反向时，信号和通道A接通，相反时和通道B接通。由于有串并联二极管共同起作用，故指标较高。由此可见，只要控制PIN二极管的工作状态，就能使信号在2条不同的通道中换接，实现单刀双掷的功能，且由于单管开关的隔离度和带宽比较小，若要取得更高的隔离度和更宽的频带，就需采用多管级联，组成阵列式开关。

2 设计方案

2．1 关键技术指标

关键技术指标有：工作频率为3～12 GHz；插入损耗≤3．5 dB；输入输出驻波比≤2；隔离度≥70 dB；幅度一致性≤1．0 dB；供电电压±5 V。

2．2 器件选取

PIN二极管开路和短路特性好、控制速度快、微波损耗小、可控功率容量大，而且具有比较理想的开关特性，所以是微波开关的首选器件。论文采用的是Skyworks公司的APD0805硅芯片PIN二极管管芯来实现串并联结构的SPDT开关，管芯参数及其SPICE模型如表1所示。