射频开关设计理论、方法与技术-之1-射频开关应用背景与主要技术指标

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2023-04-10 14:28:16 979

射频开关是射频收发器前端的一个重要功能模块，其主要功能包括收发信道的切换选择、信号调制以及构建各种类型控制电路，诸如移相器、衰减器等。常用的收发（Transmit/Receive, T/R）开关通常由传输分支和接收分支组成。沿着接收支路，接收到的射频信号将通过带通滤波器（Bandpass Filter, BPF），然后通过T/R开关切换到低噪声放大器（LNA）；而在传输分支中，传输的射频信号将由功率放大器（Power Amplifier, PA）放大，然后由T/R开关切换到天线。特别是，在任何基于时分双工（Time-Division Duplexing, TDD）的无线电前端中都可以找到T/R开关，它将无线电发射机（Transmitter, Tx）和接收机（Receiver, Rx）交替连接到共用天线。TDD无线电系统固有地提供了频分双工（Frequency-Division Duplexing, FDD）无线电系统无法提供的许多优点和灵活性。这些优点包括信道互易性（Channel Reciprocity）、动态带宽分配（Dynamic Bandwidth Allocation）和更高的频率分集（Frequency Diversity）。

射频开关可以使用机械开关或固态开关实现。机械开关可以制作成波导或同轴线形式，且能操纵高功率，但很笨重且速度较慢。与机械开关相比，固态（Solid-State）开关具有以下优点：更快的开关速度或更短的开关时间，更高的可靠性以及更紧凑的尺寸，因此更容易在大规模集成/制造中使用。微纳加工（Micromachining）提供了如射频微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）等新技术以实现射频开关，但集成和可靠性挑战阻碍了这些解决方案的采用。固态开关可以使用PIN（Positive Intrinsic Negative）二极管、MESFET（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor）/高电迁移率晶体管（High Electro-Mobility Transistors, HEMT）、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）晶体管等固态器件实现。