基于PIN二极管的可调谐开关滤波电路研究

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目前雷达和无线通信系统需要集成的频段不断增多,同时系统逐渐向小型化方向发展,对系统中射频前端电路的设计也提出了小型化和高集成化的要求。射频开关和滤波器是射频前端电路中的两个重要器件,在系统中通常采用级联方式进行连接,这种方式会使电路尺寸较大并会带来一定的连接损耗。开关与滤波电路的一体化设计可将两个器件的功能进行集成,具有较好的实用价值。本文主要工作和研究内容如下:(1)对基于PIN二极管的射频开关电路开展了研究,完成了两款单刀双掷开关的设计。采用串并联结构设计了一款适用于L波段的单刀双掷(SPDT)开关,其最小插入损耗为0.38d B,验证了串并联结构具有较好的开关性能,为滤波集成开关提供了设计基础。利用可调匹配网络对传统并联型结构开关进行了改进,提出了一种可调谐的SPDT开关,实现了开关的工作频率可在1.5GHz到3.7GHz之间调谐。(2)对基于PIN二极管的可重构滤波器开展了研究,设计了两款可重构滤波器。利用平行耦合线和加载PIN管的短路短截线设计了一款带宽可切换的可重构滤波器,通过控制PIN管的通断,可以实现超宽带(2.06-3.72GHz)、宽带(2.62-3.28GHz)和双频带(2.31-2.55GHz和3.26-3.48GHz)三种滤波模式,并对制作的实物进行了实测验证。改进加载短路枝节的阶梯阻抗谐振器结构,设计了一款单双频可切换的可重构滤波器,在谐振器上集成变容二极管实现滤波频率可调谐,并引入PIN二极管实现了单频、双频滤波模式可切换。(3)在射频开关和滤波器研究的基础上,将微带滤波电路与PIN管开关进行了一体化集成设计,并通过嵌入变容二极管使滤波开关具备频率调谐功能,实现了一款基于PIN二极管的可调谐滤波集成开关。采用FR4板材制作了电路实物并进行了测试,结果表明该滤波集成开关的中心频率可在1.55至1.99GHz范围内连续调谐,带内最小插入损耗为1.53d B,端口隔离度大于22d B,并具有集成度高的优点。
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