[发明专利]一种宽带射频开关及其边沿优化方法

说明书

本发明涉及一种宽带射频开关，包括开关电路部分和控制端，所述开关电路部分与控制端之间设有用于通直隔交的电路，所述用于通直隔交的电路将控制信号构造成差模信号，将射频信号构成共模信号。本发明还涉及上述宽带射频开关的边沿优化方法。本发明能够在保持对射频信号足够高的阻抗条件下，大幅减小由于电感效应所引起的边沿切换毛刺问题。

技术领域

本发明涉及射频开关技术领域，特别是涉及一种宽带射频开关及其边沿优化方法。

背景技术

射频开关的作用是将多路射频信号中的一路或多路通过控制逻辑进行连通或断开，以实现不同信号路径的切换，包括接收与发射的切换，以及不同时间、不同频段间的切换等。例如，磁共振扫描或雷达扫描可能会执行非常快(比如几微妙)的收发切换，以进行信号的接收和发射。因此对于此类应用，切换速度、插入损耗和隔离度等参数就成为测量的关键参数，而抑制开关切换时的边沿切换毛刺则是要解决的关键技术问题，是指射频开关在状态改变的过程中，其输出端在切换边沿所产生的过冲或震荡波形。

在磁共振波谱及成像设备、雷达等的射频前端工作时，通常都需要发射功率较大的射频信号，又要探测较为微弱的接收信号。由于发射信号和接收信号在时间上存在先后关系，因此需要使用一个或多个射频开关组成发射/接收(T/R)开关从而对收发状态进行切换。

随着磁共振系统和雷达系统的不断发展，T/R开关对功率和速度的要求也越来越高。T/R开关需要在发射期间保证发射通道和接收通道之间有足够高的隔离度，使得用于发射的大功率信号不会进入接收通道损坏接收机，同时在接收状态下又需要保证探头(天线)探测到的信号能够在尽可能小的插入损耗情况下进入接收机，使得接收机能够获得足够高的信噪比，从而进行后级放大。因此，该类T/R开关除了要求具有非常快速的开关响应时间，还需要具有非常高的关断隔离度(比如大于60dB)，以及导通时非常小的插入损耗(比如小于1dB)，同时还需要具有足够的带宽和输入功率，以适应不同的系统。

目前有很多种类的射频开关可以用于构成T/R开关从而进行收发切换。这些射频开关的实现方法按器件分类一般可以分为集成电路方案和分立元件方案。集成电路方案一般会通过商用射频开关芯片实现，商用射频开关具有较高的集成度，较快的开关时间，较小的导通损耗及较高的隔离度，适合信号幅度较小的应用场景。然而，由于商用射频开关芯片的输入功率一般为毫瓦至瓦的量级，所以其构成的T/R开关无法实现大功率信号的切换。如果要对较大功率(大于10W)的射频信号进行切换，一般会使用分立元件的方案进行设计。

使用分立元件所构成的射频开关按其开关机制一般可以分为机电式射频开关、晶体管射频开关以及二极管射频开关。目前在需要进行大功率切换的系统中，较多的会采用二极管来构造射频开关对信号进行切换。然而该类方案存在的问题是其在工作时，需要为二极管提供一个偏置电路，该偏置电路可以理解为一个具有“隔交通直”特性的直流通路，其作用是控制二极管的通断。对于窄带系统，“隔交通直”一般会通过谐振电路实现对特定范围内频率的阻断。对于宽带系统，一般会采用在直流通路中串联电感或射频扼流圈的方法实现。电感值的大小和需要阻断信号的频率有关，需要阻断信号的频率越低，直流通路中串联电感或射频扼流圈所需的电感值就越大。但这会使得二极管在正向偏置和反向偏置之间切换(二极管开关切换)时，直流通路中电感或射频扼流圈上的电流方向也会进行切换。根据电感特性可知，电感中的电流无法实现快速切换，因此在切换的瞬间直流通路上会由于电感的存在而产生较大的过冲或毛刺，且当电感值越大，切换时电感两端所产生的切换毛刺的电压幅度也越大。同时，这个毛刺由于幅度较大，很难被二极管完全隔离，因此会被耦合到射频开关的输出端从而对后级电路产生影响。

发明内容

本发明提供一种宽带射频开关及其边沿优化方法，能够在保持对射频信号足够高的阻抗条件下，大幅减小由于电感效应所引起的边沿切换毛刺问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种宽带射频开关，包括开关电路部分和控制端，所述开关电路部分与控制端之间设有用于通直隔交的电路，所述用于通直隔交的电路将控制信号构造成差模信号，将射频信号构成共模信号。