一種小型化射頻收發(fā)前端的設計

介紹了一種新穎的小型化射頻收發(fā)前端設計方法，采用這種方法在LTCC基片上實(shí)現了一款L波段雙頻段射頻收發(fā)前端，其 電路尺寸僅為6.5 mm × 5mm × 0.5mm。樣品測試結果表明，該射頻收發(fā)前端的各項性能指標均達到了設計預期要求，并且具有接收損耗低、收發(fā)隔離度高等優(yōu)點(diǎn)。文章分工作原理介紹、詳細 電路設計、三維結構實(shí)現、參數仿真優(yōu)化幾個(gè)方面對整個(gè)設計過(guò)程進(jìn)行了較為詳細的講解，最后結合測試曲線(xiàn)對樣品的測試結果作了簡(jiǎn)單分析。

隨著(zhù)現代無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的發(fā)展，射頻微波器件和功能模塊的小型化需求日益迫切。本文介紹的L波段收發(fā)射頻前端采用LTCC工藝，利用無(wú)源電路的三維疊層結構，大大縮小了電路尺寸。在電路設計上，使用單節λ/4短截線(xiàn)收發(fā)開(kāi)關(guān)電路，既保證了高收發(fā)隔離和低損耗接收的電路性能，又比傳統的并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電路節省了一節λ/4短截線(xiàn)占據的空間，縮小了電路尺寸。

1 工作原理

本文介紹的收發(fā)前端包括一個(gè)900MHz與1800MHz雙工器、兩路PIN 管收發(fā)開(kāi)關(guān)和兩個(gè)聲表面濾波器，電路原理如圖1。

圖1射頻收發(fā)前端原理圖

2 電路設計

2.1 開(kāi)關(guān)電路設計

射頻微波電路中經(jīng)常使用PIN二極管作開(kāi)關(guān)器件。其結構像三明治一樣，在高摻雜的P+和N+層之間夾有一本征的I層或低摻雜半導體中間附加層。設I層厚度為W，在正向偏壓下，對于輕摻雜N型本征層，流過(guò)PIN二極管的電流為：

由上面的公式導出的結電阻和擴散電容可以在實(shí)際應用中很近似地模擬PIN二極管的性能。PIN管在正偏壓下等效為結電阻Rs(本文中正偏壓為2.5V，Rs約1歐姆)；反偏壓卜等效為擴散電容CT(本文中為零偏，CT約0.5PF，在2GHz以下阻抗為千歐級)。

λ/4短截線(xiàn)常用于窄帶內兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間的阻抗匹配。設Z₁、Z₂為兩個(gè)不等的阻抗，Z₀為傳輸線(xiàn)的特征阻抗，調整Z₀使之滿(mǎn)足：

Z²₀=Z₁×Z₂ (4)

則兩個(gè)阻抗之間實(shí)現了匹配。圖1中，Z₀已知(50歐)，Z₁為PIN 管正偏時(shí)的自諧振阻抗Rs或反偏時(shí)的開(kāi)路隔離阻抗。當PIN管正偏置時(shí)，Z₁很小接近于短路，經(jīng)過(guò)λ/4短截線(xiàn)后在公共端口等效為開(kāi)路，接收端被隔離，發(fā)射支路工作。當二極管反偏置時(shí)Z₁接近開(kāi)路狀態(tài)(C_T)，發(fā)射端被隔離，保證低損耗接收。