射頻開關的製作方法
2023-05-01 07:46:51
專利名稱：射頻開關的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種射頻(RF)開關，更具體地，本發明涉及一種適 合作為用於在時分雙工(TDD)系統中的信號傳輸/接收(Tx/Rx)端處的 傳輸信號和接收信號之間切換的開關的RF開關。
背景技術：
第二和第三代移動通訊系統主要基於頻分雙工(FDD)。在FDD中雙 工機將Tx信號從Rx信號分離。通過比較，第3.5和第4代移動通訊系統有望 使用TDD。
在包括TDD的時分傳輸方案中，在傳輸和接收之間分時地使用同一無 線電頻率(RF)執行通訊。對於通過一個頻率的雙向頻率來說，將一個幀 分成傳輸和接收。
圖l是顯示在典型的TDD系統中的Tx和Rx端的方框圖。參照圖l， Tx 信號通過第一Tx過濾器30,在功率放大器40中放大到適合的功率電平，然 後在第二Tx過濾器50中過濾，然後通過Tx-Rx開關10通過天線(ANT) 60 發射。對於接收，通過ANT60接收的信號通過Tx-Rx開關10切換到Rx過濾 器20，並只在Rx頻率段通過Rx過濾器20。 Tx-Rx開關10根據從控制器(未 示出)接收的切換控制信號切換。
如上所述，在每個預定的時間周期的同樣頻率上交替進行傳輸和接 收。這就是為什麼需要高速Tx-RxRF開關的原因。
由於高速切換的需要，RF開關使用基於諸如PIN二極體或場效應晶體 管(FET)的半導體裝置的開關，而不是機械幵關。然而，由於半導體的 高功率磁化性，所以，半導體幵關不適合高功率。
當施加高功率時，會產生很多熱，因此在沒有足夠的耐熱性的情況下， 會損壞開關。研製以經受高功率的RF開關配置有單獨生產的冷卻器，因此，RF開關貴且難於製造。因此，RF開關僅限於軍用。
為了解決此問題，TDD系統利用循環器取代RF開關以將Tx信號與Rx 信號分離。然而，循環器的使用也具有特有的缺陷，其在接收期間很難實 現與Tx信號充分隔離，且在由天線中的一些缺陷造成的導通狀態下，Tx 信號進入到接收器中，從而造成系統故障或嚴重地降低Rx信號的質量。
發明內容
本發明的一個目的是至少基本解決以上問題和/或缺點，並至少提供 以下優點。因此，本發明的一個目的是提供一種適用於TDD系統中的Tx-Rx 切換的RF開關，用於保證Tx端和Rx端之間的充分隔離。
本發明的另一目的是提供一種適用於TDD系統中的Tx-Rx開關的RF 開關，用於防止當天線導通時Tx功率進入到Rx端。
本發明的又一目的是提供一種RF開關，所述RF開關包括半導體裝置， 但具有充分的耐熱性，用於在高功率時的穩定操作。
本發明的又一目的是提供一種方便以微波集成電路(MIC)的形式制 作的RF開關。
本發明的又一目的是提供一種RF開關，其用於即使在幾十千兆赫茲 的RF波段或之上以及在移動通訊頻率波段也可以操作。
上述目的通過提供一種射頻開關實現。在射頻開關中，槽線被分成第 一槽線和第二槽線，並且開路端電路設置在第一和第二槽線中的各個端 部。第一傳輸線將信號傳輸到第一槽線或從第一槽線傳輸信號，且第二傳 輸線將信號傳輸到第二槽線或從第二槽線傳輸信號。第三傳輸線從第一槽 線與第二槽線分開的部分的槽線傳輸信號並將信號傳輸到該部分。可調子 開路端電路部分包括可根據外部切換控制信號選擇地切換到第一或第二 槽線的至少一個開路端電路。
圖1是典型的TDD系統中的示例的Tx和Rx端的方框圖； 圖2是用於在根據本發明實施例的TDD系統中Tx-Rx切換的RF開關的 印刷電路板(PCB)的電路圖案的俯視圖；圖3是圖2圖解示出的PCB的電路圖案的仰視圖； 圖4是圖3圖解示出的二極體連接部分的細節圖； 圖5是圖4的等效電路圖6是圖2圖解示出的微帶線的短路端電路的局部截面圖7是用於在根據本發明另一實施例的TDD系統中的Tx-Rx開關的RF 開關的PCB的電路圖案的俯視圖；以及
圖8是圖7圖解示出的PCB的電路圖案的仰視圖。
具體實施例方式
以下將參照
本發明的優選實施例。在以下的說明中，由於不 必要的細節將使本發明不清晰，因此將不具體說明公知的功能或結構。
圖2是用於在根據本發明實施例的TDD系統中的Tx-Rx開關的RF開關 的PCB的電路圖案的俯視圖，而圖3是圖2所示的PCB的電路圖案的仰視 圖。為了更好地理解，每個部件的尺寸和形狀或多或少地被放大或簡化。 參照圖2和圖3，在根據本發明實施例的RF開關10中，槽線121-122形成在 介電基板100的下方。槽線121-122分為第一槽線121和第二槽線122，而開 路端電路121a和122a形成在第一和第二槽線121和122的端部。第一和第二 微帶線111和112形成跨過介電基板100上的第一和第二槽線121和122的端 部處，用於在第一和第二槽線121和122分開的槽線121-122的部分處微帶 槽線耦合。在第一和第二槽線121和122分隔的地方形成用於微帶槽線耦合 的第三微帶線113。
RF開關還包括可調子開路端電路，該子開路端電路具有至少一個開 路端電路，用於根據切換控制信號CTL可選擇地連接到第一或第二槽線 121或122。如圖2和圖3所示，可調子開路端電路部分包括連接到第一槽線 121的第一子開路端電路121b、連接到第二槽線122的第二子開；端電路 122b、以及用於形成互斥的連接路徑的切換電路，該連接路徑根據切換控 制信號CTL將第一子開路端電路121b連接到第一槽線121，並將第二子開 路端電路122b連接到第二槽線122。切換電路可具有第一和第二切換裝置， 也就是說，第一和第二二極體D1和D2用於可選擇地短路第一子開路端電 路121b和第一槽線121之間的連接的間隙、或第二子開路端電路122b和第二槽線122之間的連接的間隙。
在具有上述結構的RF開關中，第一、第二和第三微帶線11K 112和113 形成第一、第二和第三埠l、 2和3。第一或第二埠1或2根據切換控制 信號CTL可選擇地連接到第三埠 3 。
微帶線lll、 112和113以及槽線121和122形成在具有適合的介電常數 的介電基板100的上方和下方。介電基板100的底部被分成接地板130a和 130b，槽線121-122形成在接地板130a和130b上。開路端電路121a和122a 以及第一和第二子開路端電路121b和122b形成為內空的圓形形狀。第一和 第二接地板130a和130b在圖3所示的情況下相互電分離。
第一、第二和第三微帶線lll、 112和113還在其一端設有開路端或短 路端電路。在本發明中，短路端電路形成在微帶線1U、 112和113的端部。 如圖6所示，這些短路端電路llla、 112a和113a通過在每個微帶線的端部形 成圓孔，並用適合的導電鍍層材料115為孔的內部鍍層而形成，使得它們 連接到接地板130a或130b。
第一和第二二極體Dl和D2安裝成跨過第一子開路端電路121b和第一 槽線121之間連接的間隙以及第二子開路端電路122b和第二槽線122之間 連接的間隙，用於接收來自子控制器(未示出)的切換控制信號CTL (即， 偏壓)。第一和第二二極體D1和D2的導通和截止操作互斥，使得第一或第 二槽線121或122可選擇地連接到相應的子開路端電路。
圖4是圖3圖解示出的二極體連接部分的細節圖，而圖5是圖4的等效電 路圖。參照圖4和圖5，將更具體地說明第一和第二二極體D1和D2的導通 和截止的切換、以及與子開路端電路相對應的第一或第二槽線121或122 的連接。第一和第二二極體D1和D2安裝有跨過第一槽線121和第一子開路 端電路121b之間的連接間隙、以及第二槽線122和第二子開路端電路122b 之間的連接的間隙的相對極性。適合的偏壓例如+5V或-5V的切換控制信 號CTL可選擇地施加到第一接地板130a，使得在0V的第一接地板130a和第 二接地板130b之間連接的第一和第二二極體Dl和D2互斥地導通和截止。
由於第一或第二二極體D1或D2處於導通狀態下，所以，在第一或第 二槽線121或122和相應的子開路端電路之間的連接的間隙電短路。因此， 相應的第一或第二子開路端電路121b或122b對第一或第二槽線121或122沒有影響。另一方面，連接間隙不短路的第一或第二子開路端電路121b 或122b形成用於第一或第二槽線121或122的開路端電路。因此，第一或第 二槽線121或122在到第一或第二子開路端電路121b或122b的連接處導通。 由於沒有信號傳遞到與導通的第一或第二槽線121或122相關的第一或第 二微帶線111或112，所以，第一或第二微帶線111或112的信號路徑可選擇 地連接到第三微帶線113。
當微帶線lll、 112和113的第一、第二和第三埠l、 2和3分別連接到 Tx端、Rx端和ANT端時，具有以上結構的RF開關10可以用作TDD系統中 的Tx-Rx切換的切換裝置。
下面將具體說明作為在TDD系統中的Tx-Rx開關的RF開關10的操作。
對於傳輸，第一二極體D1導通而第二二極體D2截止。當Tx信號沿第 一微帶線lll傳輸時，其通過微帶槽線耦合傳遞到第一槽線121。然後將Tx 信號通過微帶槽線耦合傳遞到第三微帶線113。最後通過ANT發射Tx信號。
由於第一二極體D1處於導通狀態，所以，在第一子開路端電路121b 和第一槽線121之間連接的間隙短路，而第一子開路端電路121b對第一槽 線121沒有影響。Tx信號不傳輸到第二微帶線112。原因是由於第二二極體 D2處於截止狀態，所以，第二槽線122連接到第二子開路端電路122b，因 此，第二槽線122在到第二子開路端電路122b的連接處導通。
對於接收，第一二極體D1截止，而第二二極體D2導通。通過第三微 帶線113接收的Rx信號通過第二槽線122發送到第二微帶線112。 Rx信號最 後傳輸到Rx端。
由於第二二極體D2處於導通狀態，所以，第二子開路端電路122b對 第二槽線122沒有影響。因為第一二極體D1處於截止狀態，所以，第一槽 線121在其到第一子開路端電路121b的連接處導通。因此，Rx信號不通過 第一槽線121發送到第一微帶線111 。
在該方式下，槽線的一端接地以使傳輸與接收分開。為此，形成微帶 槽線耦合結構，而半導體開關用於控制接地。因此，高功率的Tx信號對半 導體裝置，S卩，二極體沒有直接影響，因此實現穩定的切換。
圖7是圖解示出用於在根據本發明另一實施例的TDD系統中的Tx-Rx 切換的RF開關的PCB的電路圖案的俯視圖，而圖8是圖7圖解示出的PCB的電路圖案的仰視圖。除了子開路端電路121b-122b的結構外，根據本發明 第二實施例的RF開關在結構上與圖1所示的RF開關相同。
參照圖7和圖8，在根據本發明第二實施例的RF開關10'中，第一和 第二子開路端電路121b和122b相互部分重疊，使得它們形成一個公共的橢 圓形開路端電路。第一和第二子開路端電路121b和122b連接到第三微帶線 113的鄰近區域中的1第一和第二槽線121和122。
如此構成子開路端電路121b和122b以便改善根據本發明第二實施例 的RF開關IO，中的第三微帶線113和槽線121b-122b之間匹配的阻抗。
RF開關10'以與第一實施例的RF開關10同樣的方式操作。
雖然己經參照其一些優選實施示出並說明了本發明，但這些只是少數 的示例性的應用。例如，微帶線可以用帶線、同軸電纜、或共面波導管 (CPW)替換。另外，共面帶可以替換槽線。雖然在實施例中二極體用作 切換裝置，但也可以使用具有切換功能(例如，FET)的任何其它半導體 裝置。
因此，本領域的普通人員應該理解，在不背離由附屬權利要求所限定 的本發明的主題精神和範圍的情況下，可以在此基礎上對其中的形式和細 節做出各種改變。
工業應用
如上所述，用於根據本發明的TDD系統的Tx-Rx切換裝置保證了Tx和 Rx路徑之間的充分隔離。
即使天線導通，也可以顯著降低完全反射並進入到Rx端的Tx功率。
由於Tx信號沿具有充分接地板的槽線傳輸，所以，可以使用半導體裝 置並以高功率水平高速切換。
由於MIC形式的方便應用，所以，在一般的半導體加工期間，可以制 造Tx-Rx切換電路。
此外，Tx-Rx切換可以用在幾十千兆赫茲或之上的RF波段中以及在移 動通訊頻率波段中。因此，可以方便地應用到衛星通訊和軍事雷達上。
權利要求
1.一種射頻開關，所述射頻開關包括槽線，所述槽線被分為第一槽線、第二槽線，且在第一和第二槽線的每個端部處具有開路端電路；第一傳輸線，所述第一傳輸線用於將信號傳輸到第一槽線和從第一槽線傳輸信號；第二傳輸線，所述第二傳輸線用於將信號傳輸到第二槽線和從第二槽線傳輸信號；第三傳輸線，所述第三傳輸線用於將信號傳輸到第一槽線和第二槽線的隔離部分或從所述隔離部分傳輸信號；以及可調子開路端電路部分，所述可調子開路端電路部分具有至少一個開路端電路，所述開路端電路用於根據外部切換控制信號可選擇地連接到第一或第二槽線中。
2. 根據權利要求l所述的射頻開關，其中所述可調子開路端電路部分 包括子開路端電路，所述子開路端電路具有連接到第一槽線的第一子開路 端電路和連接到第二槽線的第二子開路端電路；以及切換電路，所述切換電路用於根據切換控制信號形成將第一或第二子開路端電路連接到第一或第二槽線的互斥的連接路徑。
3. 根據權利要求2所述的射頻開關，其中所述第一和第二子開路端電路相互部分重疊，以便第一和第二子開路端電路以及第一或第二子開路端 電路的公共的一個開路端電路連接到第三傳輸線的鄰近區域中的第一或 第二槽線。
4. 根據權利要求2所述的射頻開關，其中所述切換電路包括第一和第 二切換裝置，所述第一和第二切換裝置形成為根據切換控制信號可選擇地 短路第一子開路端電路和第一槽線之間的連接的間隙、或第二子開路端電 路和第二槽線之間的連接的間隙。
5. 根據權利要求4所述的射頻開關，其中所述第一和第二切換裝置是二極體或場效應電晶體(FET)。
6. 根據權利要求1到5中任一項所述的射頻開關，其中所述第一、第 二和第三傳輸線中的每個都是微帶線、帶線、同軸線、以及共面波導(CPW) 中的一種。
7. 根據權利要求1到5中任一項所述的射頻開關，其中所述第一、第 二和第三傳輸線中的每個都在其一端處設有開路端或短路端電路。
8. —種在時分雙工/多工系統中用於在傳輸和接收之間切換的射頻開 關，所述射頻開關包括槽線，所述槽線分成第一槽線和第二槽線，並在第一和第二槽線的每 個端部處具有開路端電路；第一傳輸線，所述第一傳輸線用於將從傳輸端接收的傳輸信號傳輸到 第一槽線；第二傳輸線，所述第二傳輸線用於將從第二槽線接收的接收信號傳輸 到接收端；第三傳輸線，所述第三傳輸線用於將傳輸信號和接收信號傳輸到將第 一槽線與第二槽線分開的隔離部分並從所述隔離部分傳輸傳輸信號和接 收信號；以及可調子開路端電路部分，所述可調子開路端電路部分具有根據外部切 換控制信號可選擇地連接到第一或第二槽線的至少一個開路端電路。
9. 根據權利要求8所述的射頻開關，其中所述可調子開路端電路部分 包括子開路端電路，所述子開路端電路具有連接到第一槽線的第一子開路 端電路和連接到第二槽線的第二子開路端電路；以及切換電路，所述切換電路用於根據切換控制信號形成將第一或第二子開路端電路連接到第一或第二槽線的互斥的連接路徑。
10. 根據權利要求9所述的射頻裝置，其中所述第一和第二子開路端電路部分互相重疊，以便對第一和第二子開路端電路和第一或第二子開路 端電路來說公共的一個開路端電路連接到第三傳輸線的鄰近區域中的第 一或第二槽線。
11. 根據權利要求9所述的射頻開關，所述切換電路包括第一和第二切換裝置，所述切換裝置形成為根據切換控制信號可選擇地短路第一子開 路端電路和第一槽線之間的連接的間隙、或第二子開路端電路和第二槽線之間的連接的間隙。
12. 根據權利要求11所述的射頻開關，其中所述第一和第二切換裝置是二極體或場效應電晶體(FET)。
13. 根據權利要求8到12中任一項所述的射頻開關，其中所述第一、 第二和第三傳輸線的每個都是微帶線、帶線、同軸線、以及共面波導(CPW) 中的一種。
14. 根據權利要求8到12中任一項所述的射頻開關，其中所述第一、 第二和第三傳輸線中的每個都在其一端處設有開路端或短路端電路。
全文摘要
提供了一種RF開關。在RF開關中，槽線被分成第一槽線和第二槽線，並且開路端電路設置在第一和第二槽線的各個端部。第一傳輸線從第一槽線傳輸信號並將信號傳輸到第一槽線，而第二傳輸線從第二槽線傳輸信號並將信號傳輸到第二槽線。第三傳輸線從第一槽線與第二槽線的隔離部分傳輸信號並將信號傳輸到該隔離部分。切換電路根據外部切換控制信號可選擇地切換第一和第二槽線。
文檔編號H03K17/00GK101292424SQ200580051862
公開日2008年10月22日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年11月8日
發明者金德龍 申請人:Kmw株式會社