[发明专利]基于光电探测器的微波信号通断控制方法及光控微波开关

说明书

本发明公开了一种基于光电探测器的微波信号通断控制方法，在低频微波信号通路中串接一个光电探测器，并在光电探测器之后接入一个与低频微波信号的负载并联的电阻R₁；通过控制照射向所述光电探测器的光信号来控制所述低频微波信号通路的通断：有光照射时，所述低频微波信号通路导通，无光照射时，所述低频微波信号通路关断。本发明还公开了一种基于光电探测器的光控微波开关。本发明利用光电探测器实现微波信号的有光导通、无光阻断，能够显著提高微波开关的工作频率和开关速度，且结构简单，易于集成；本发明进一步通过增设与光电探测器并联的电感和电阻，实现了对高频微波信号的通断控制，并可实现工作频段和工作带宽的灵活调节。

技术领域

本发明涉及一种微波开关，尤其涉及一种光控微波开关，属于微波光子技术领域。

背景技术

微波开关的主要作用是控制微波信号的通断或对不同信道进行切断，是微波控制电路的重要组成部分，被广泛的应用于电子对抗、微波测量、通信、卫星和雷达等方面。随着微波技术的快速发展，对微波开关的性能要求也日益提高，迫切需要提高其工作频率、工作速度、工作带宽等性能指标。传统的PIN二极管开关和RF-MEMS开关(射频微电子开关)由于受到电子瓶颈限制，逐渐无法满足此类要求。

相比于传统的微波开关，光控微波开关具有明显的优势。首先，用于控制光控微波开关通断的光信号与在链路中传播的微波信号之间无电磁干扰，可提高系统的稳定性；其次，光控微波开关的响应速度较快，可低至ps量级，能够实现开关的快速切换；同时，光控微波开关还具有体积小、易于集成等诸多优点。

光控微波开关是一种基于光电效应的器件，由A.Johnson等人在1975年首次提出。由于其诸多优点，引起了越来越多的科研工作者的关注，得到了迅速发展。目前，应用最广泛的是Auston光控微波开关。其基本结构为：在介质基底的表面制作金属微带传输线，并在传输线上刻蚀一定长度的间隙，用于对微波信号的进行阻断，同时，在间隙处放置两端镀有电极薄膜的高阻光敏半导体材料，且确保电极与微带传输线连接良好。微带线的一端为微波信号输入端，另一端为微波信号输出端。当无光照时，光敏半导体材料呈现很大的电阻性，可以近似认为是绝缘体，微波信号无法通过光控微波开关，开关处于断开状态。当有光照时，光敏半导体材料产生光电导效应，其电导率急剧(ps量级)增加，此时半导体材料就相当于一个导体，微波信号可以通过光控微波开关，开关处于导通状态。

Auston结构的光控微波开关虽然应用较为广泛，但进行开关的高速切换时，其量子效率较低，且导通状态下需要的入射光功率较大，不适用于大规模开关阵列。为了解决这些问题，基于光电探测器的光控微波开关相继被提出，其具有激发光功率低，适用于高速切换等优点，但是其工作频段较低，直到2016年，《Frequency down-conversion usingphotodiode sampling》一文中提到了利用UTC-PD实现微波开关的方法，但是其开关工作模式为有光阻断，无光导通，与通用开关的模式相反，在实际应用中有诸多不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光电探测器的微波信号通断控制方法，可利用光电探测器实现微波信号通路的有光导通、无光阻断。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于光电探测器的微波信号通断控制方法，在低频微波信号通路中串接一个光电探测器，并在光电探测器之后接入一个与低频微波信号的负载并联的电阻R₁；通过控制照射向所述光电探测器的光信号来控制所述低频微波信号通路的通断：有光照射时，所述低频微波信号通路导通，无光照射时，所述低频微波信号通路关断；所述电阻R₁根据以下公式确定：