开关管组件、射频开关电路、数控衰减器电路及数控移相器电路
阅读说明：本技术 开关管组件、射频开关电路、数控衰减器电路及数控移相器电路 (Switch tube assembly, radio frequency switch circuit, numerical control attenuator circuit and numerical control phase shifter circuit ) 是由 原怡菲 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本申请公开了开关管组件、射频开关电路、数控衰减器电路及数控移相器电路,其中,所述开关管组件包括：开关管和栅电阻；其中,开关管的栅端与所述栅电阻的第二端连接；所述栅电阻的第一端与控制电压连接。本发明对GaAs pHEMT管的低频等效电路进行分析,提出提高射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频功率容量和线性度的方法。此方法可使射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频的功率容量和线性度提升,效果明显。(The application discloses switch tube subassembly, radio frequency switch circuit, numerical control attenuator circuit and numerical control phase shifter circuit, wherein, the switch tube subassembly includes: a switching tube and a gate resistor; the grid end of the switching tube is connected with the second end of the grid resistor; the first terminal of the gate resistor is connected to a control voltage. The invention analyzes the low-frequency equivalent circuit of the GaAs pHEMT tube, and provides a method for improving the low-frequency power capacity and linearity of a radio frequency switch, a numerical control attenuator and a numerical control phase shifter. The method can improve the low-frequency power capacity and linearity of the radio frequency switch, the numerical control attenuator and the numerical control phase shifter, and has obvious effect.)
技术领域
本申请属于通信技术领域，具体涉及一种开关管组件、射频开关电路、数控衰减器电路及数控移相器电路。
背景技术
射频开关是一种控制信号通断以及选择传输通道的电路，广泛应用于微波通信、雷达系统、相控阵、电子战、自动测试设备等众多领域，同时，射频开关也常应用于衰减器、移相器等控制电路中，通过射频开关的通断选择不同的信号传输路径来实现信号的衰减或相移。由于GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)开关具有导通损耗低、切换速度快、可靠性高等特点，广泛应用于实际工程中。最近研究发现，当射频开关应用在低频(100MHz以下)时，存在功率容量和线性度陡降的问题。这一现象严重影响了射频开关以及由开关管组成的衰减器、移相器等控制电路在低频的应用。因此，研究提高射频开关、数控衰减器和数控移相器低频功率容量和线性度具有十分重要的价值和现实意义。
发明内容
本申请的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本申请提供的开关管组件，所述开关管组件包括：开关管和栅电阻；其中，开关管的栅端与所述栅电阻的第二端连接；所述栅电阻的第一端与控制电压连接。
可选地，本申请实施例中，所述开关管工作在低频时的栅电压为：根据栅电阻的阻值Rbias和栅源等效阻抗确定的。
本申请提供的数控衰减器电路，包括至少一个上述的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，所述数控衰减器电路的单个衰减器单元包括两个所述开关管组件；其中，第一开关管组件的第一开关管M1的源端与第一电容C1第一端、第一电阻R1第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端连接，所述第一开关管M1的漏端与第二电容C2第二端、第三电阻R3的第一端、第五电阻R5的第一端连接；第四电阻R4的第一端与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端连接；所述第一开关管组件的第二栅电阻R2的第一端与第一控制端A连接；第二开关管组件的第二开关管M2的漏端与所述第六电阻R6的第二端连接；所述第二开关管M2的源端与第三电容C3的第一端连接；所述第二开关管组件的第七栅电阻R7的第一端与第二控制端B连接。
本申请提供的数控移相器电路，包括至少一个上述的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，所述数控移相器电路的单个移相单元包括四个所述开关管组件；其中，第三开关管组件的第三开关管M1的源端和第五开关管组件的第五开关管M3的源端连接；所述第三开关管M1的漏端与第四电容C1的第二端连接，所述第四电容C1的第一端与第一电感L1的第二端、第五电容C2的第二端连接，所述第五电容C2的第一端与第四开关管组件的第四开关管M2的源端连接，所述第四开关管M2的漏端与第六开关管组件的第六开关管M4的漏端连接；所述第六开关管M4的源端与第二电感L2的第一端、第七电容C4的第一端连接，所述第七电容C4的第二端与第六电容C3的第二端连接，所述第六电容C3的第一端与第二电感L2的第二端、所述第五开关管M3的漏端连接；所述第三开关管组件的第三栅电阻R1的第一端，和第四开关管组件的第四栅电阻R2的第一端连接与第三控制端A；所述第五开关管组件的第五栅电阻R3的第一端，和第六开关管组件的第六栅电阻R4的第一端连接与第四控制端B。
本申请提供的射频开关电路，包括至少一个上述的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，所述射频开关电路包括四个所述开关管组件；其中，第七开关管组件的第七栅电阻R1的第一端与第十开关管组件的第十栅电阻R4的第一端和第五控制端A连接，所述第七开关管件的第七开关管M1的源端与第八电容C2的第二端和第九开关管组件的第九开关管M3的漏端连接，所述第七开关管M1的漏端与第九电容C1的第二端和第八开关管组件的第八开关管M2的源端连接，所述第八开关管M2的漏端与第十电容C3的第一端和第十开关管组件的第十开关管M4的漏端连接；所述第八开关管组件的第八栅电阻R2的第一端与第九开关管组件的第九栅电阻R3的第一端和第六控制端B连接，所述第九开关管组件的第九开关管M3的源端与第十一电容C4的第二端连接；所述第十开关管M4的源端与第十二电容C5的第二端连接。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
本申请实施例提供的开关管组件，其特征在于，所述开关管包括：开关管和栅电阻；其中，开关管的栅端与所述栅电阻的第二端连接；所述栅电阻的第一端与控制电压连接。本发明对GaAs pHEMT管的低频等效电路进行分析，提出提高射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频功率容量和线性度的方法。此方法可使射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频的功率容量和线性度提升，效果明显。
本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为开关管组件示意图及等效电路图。
图2为射频开关电路结构图。
图3为射频开关低频IP1dB和同时加大开关管栅电阻和开关管尺寸的单刀双掷开关低频IP1dB仿真结果对比图。
图4为射频开关低频IIP3和同时加大开关管栅电阻和开关管尺寸的单刀双掷开关低频IIP3仿真结果对比图。
图5为单个衰减单元电路结构图。
图6为单个移相单元电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
下面结合附图和具体的实施例对本申请的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，开关管组件，所述开关管组件包括：开关管和栅电阻Rbias；其中，开关管的栅端与所述栅电阻Rbias的第二端连接；所述栅电阻Rbias的第一端与控制电压Va连接。
可选地，本申请实施例中，开关管工作在低频时的栅电压为：根据栅电阻的阻值Rbias和栅源等效阻抗确定的。
具体地，图1(a)为GaAs pHEMT开关管组件示意图，图中，Va为开关管的控制电压，Rbias为栅电阻。图1(b)为GaAs pHEMT开关管组件等效电路图。图1(c)为当Va＝0V，开关管导通时的等效电路。此时，开关管栅端电压为：
其中，当开关的工作频率ω下降时，栅源等效阻抗Zgs增大，栅电压Vg减小，从而导致开关低频功率容量和线性度降低。从上式中可以得出，可以通过增大栅电阻Rbias和增大开关管的尺寸(等效电容C增大)来使栅电压Vg增大，从而提高开关在低频的功率容量和线性度。
本申请实施例提供的开关管组件，其特征在于，所述开关管组件包括：开关管和栅电阻；其中，开关管的栅端与所述栅电阻的第二端连接；所述栅电阻的第一端与控制电压连接。本发明对GaAs pHEMT管的低频等效电路进行分析，提出提高射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频功率容量和线性度的方法。此方法可使射频开关和数控衰减器以及数控移相器低频的功率容量和线性度提升，效果明显。
以下将以图2至图6为例进行举例说明。
本申请提供的所述射频开关电路包括：至少一个上述实施例中的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，射频开关电路包括四个开关管组件，如图2所示，第七开关管组件的第七栅电阻R1的第一端与第十开关管组件的第十栅电阻R4的第一端和第五控制端A连接，所述第七开关管件的第七开关管M1的源端与第八电容C2的第二端和第九开关管组件的第九开关管M3的漏端连接，所述第七开关管M1的漏端与第九电容C1的第二端和第八开关管组件的第八开关管M2的源端连接，所述第八开关管M2的漏端与第十电容C3的第一端和第十开关管组件的第十开关管M4的漏端连接；所述第八开关管组件的第八栅电阻R2的第一端与第九开关管组件的第九栅电阻R3的第一端和第六控制端B连接，所述第九开关管组件的第九开关管M3的源端与第十一电容C4的第二端连接；所述第十开关管M4的源端与第十二电容C5的第二端连接。
本申请提供的数控衰减器电路，包括至少一个上述的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，所述数控衰减器电路的单个衰减单元包括两个所述开关管组件；如图5所示，其中，第一开关管组件的第一开关管M1的源端与第一电容C1第一端、第一电阻R1第二端、第三电阻R3的第二端、第四电阻R4的第二端连接，所述第一开关管M1的漏端与第二电容C2第二端、第三电阻R3的第一端、第五电阻R5的第一端连接；第四电阻R4的第一端与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端连接；第二开关管组件的第二开关管M2的漏端与所述第六电阻R6的第二端连接；所述第二开关管M2的源端与第三电容C3的第一端连接。
本申请提供的数控移相器电路，包括至少一个上述的开关管组件。
可选地，本申请实施例中，所述数控移相器电路的单个移相单元包括四个所述开关管组件；如图6所示，其中，第三开关管组件的第三开关管M1的源端和第五开关管组件的第五开关管M3的源端连接；所述第三开关管M1的漏端与第四电容C1的第二端连接，所述第四电容C1的第一端与第一电感L1的第二端、第五电容C2的第二端连接，所述第五电容C2的第一端与第四开关管组件的第四开关管M2的源端连接，所述第四开关管M2的漏端与第六开关管组件的第六开关管M4的漏端连接；所述第六开关管M4的源端与第二电感L2的第一端、第七电容C4的第一端连接，所述第七电容C4的第二端与第六电容C3的第二端连接，所述第六电容C3的第一端与第二电感L2的第二端、所述第五开关管M3的漏端连接；所述第三开关管组件的第三栅电阻R1的第一端，和第四开关管组件的第四栅电阻R2的第一端连接；所述第五开关管组件的第五栅电阻R3的第二端，和第六开关管组件的第六栅电阻R4的第二端连接。
本申请实施例中，如图3所示，将常规单刀双掷开关低频IP1dB和同时加大开关管栅电阻和开关管尺寸的单刀双掷开关低频IP1dB仿真结果进行对比。从仿真结果来看，本发明所述的开关低频IP1dB有明显改善。
如图4所示，将常规单刀双掷开关低频IIP3和同时加大开关管栅电阻和开关管尺寸的单刀双掷开关低频IIP3仿真结果进行对比。从仿真结果来看，本发明所述的开关低频IIP3有明显改善。
数控衰减器电路和数控移相器电路主要由开关管和衰减网络、移相网络组成。同样，提高数控衰减器和数控移相器在低频的功率容量和线性度的方法是增大栅电阻Rbias和增大开关管的尺寸。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。实施例中所述单刀双掷开关可改为单刀三掷开关、单刀四掷开关、单刀N掷开关(N≥5)。凡只要是在实施例所述在射频串联支路和并联支路上增大开关管的栅电阻或增大开关管尺寸，均视为本发明的应用延伸。实施例中所述单个衰减单元电路和单个移相单元电路可改为由两个、三个、N个(N≥4)衰减单元或移相单元串联组成的数控衰减器电路或数控移相器电路。凡只要是在实施例所述的衰减单元或移相单元中增大开关管的栅电阻或增大开关管的尺寸，均视为本发明的应用延伸。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本申请的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
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