專利名稱：一種rf開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率RF開關(guān)，尤其是一種利用整合RH(Right-handed) 特性和LH(Left-handed)特性的CRLH(Composite Right/Left-Handed)傳輸線，可 在寬頻帶使用的大功率RF開關(guān)。
背景技術(shù)：
在Wibro或RF等發(fā)收頻率相同的TDD(Time Division Duplexing,時(shí)分復(fù) 用)通信中，尤其是在使用一個(gè)天線的發(fā)收系統(tǒng)中，為防止大功率接收信號(hào)石皮 壞接收部的現(xiàn)象，必須在發(fā)射部和接收部之間設(shè)計(jì)高絕緣度的電路。 一般而言， 上述電路利用循環(huán)器或RF開關(guān)，其中循環(huán)器雖然具有大功率的優(yōu)點(diǎn)，但絕緣 度低，體積大，價(jià)格高。集成芯片形式的RF開關(guān)，雖然具有頻帶寬，體積小 的優(yōu)點(diǎn)，但功率小，絕緣度低。環(huán)形RF開關(guān)，利用通過180度相位差的衰減， 雖然具有1)制作簡單；2)大功率；3)高絕緣度；4)低插入損失等優(yōu)點(diǎn)，但 頻帶窄，具有與:&計(jì)頻率的波長成比例的大小，因此在低頻帶中不能達(dá)到小型 化的目的。
下面，結(jié)合附圖對(duì)現(xiàn)有技術(shù)及現(xiàn)有技術(shù)的問題進(jìn)行說明。 圖1為普通環(huán)形開關(guān)示意圖。
如圖1所示，普通環(huán)形開關(guān)10，包括3A74RH傳輸線(-270°) 11、 X/4傳 輸線(-卯°) 12及PIN二極管13。上述PIN二極管為高線性、小變形、可高 速切換的元件，可等價(jià)為圖2。在此，Lp及Cp表示隨封裝的電感量和電容量; Q表示本征層電容量；Rs及Ri各表示串聯(lián)電阻及隨控制電流的可變電阻。向上述環(huán)形開關(guān)IO加載控制電流時(shí)，上述PIN二才及管13將短路，通過端子一加載的信號(hào)，通過3A74RH傳輸線11和A/4傳輸線(-90°) 12,具有180。相位差，從而在端子二衰減。另外，在端子二因失配反射的信號(hào)，同樣在端子一衰減，從而在加載控制電流時(shí)，可作為開關(guān)使用。
上述利用RH傳輸線和PIN二極管的環(huán)形開關(guān)，雖然制作及設(shè)計(jì)簡單，但其頻帶窄。
為解決上述問題，最近對(duì)具有負(fù)的電容率和導(dǎo)電率的Metamaterial(MM)的研究開展的相當(dāng)活躍，開發(fā)出利用該技術(shù)的微波元件。MM或LHM(Left-HandedMaterial)是1967由俄羅斯物理學(xué)家Velselago開始研究，因電容率和導(dǎo)電率具有負(fù)值，具有相位和群速度(Group velocity)方向相反，負(fù)的反射系數(shù)等奇異的電磁特性。這樣的LHM電磁特性，可通過人為的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)由單元構(gòu)成。單元需具備1/4以下的電長度，這稱之為effective-homogeneity條件。
LHM的微波元件應(yīng)用，若將普通傳輸線等價(jià)為無損失的傳輸線模型，則可實(shí)現(xiàn)為串聯(lián)電容器和并聯(lián)電感器的組合。但是，理想LHM傳輸線的實(shí)現(xiàn)，因隨電磁波的電流及電壓的感應(yīng)不可能存在，因此，可等價(jià)為組合RH特性的CRLH(Composite Right/Left Handed)傳輸線。若將上述CRLH傳輸線應(yīng)用于微波元件，可達(dá)到寬頻帶、小型化及雙頻帶的目的。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種RF開關(guān)，利用CRLH傳輸線實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性。
具體而言，本發(fā)明的目的在于，提供一種環(huán)形RF開關(guān)，利用在寬頻帶具有180度相位差的CRLH傳輸線，不僅具有寬帶特性，還可在低頻帶達(dá)到小型化目的。具體而言，本發(fā)明的目的在于，提供一種環(huán)形RF開關(guān)，替代共振器的具有-90度及-270度相位的RH傳輸線，利用CRLR傳輸線，其可使設(shè)計(jì)者取任意O度及(。-180)度相位，即可將180度的相位差作為寬頻帶。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的提供一種RF開關(guān)，包括二極管，加載控制電流之后作為開關(guān)使用；O度相位的第一CRLH傳輸線，上述二極管因加載控制電流短路時(shí)，給從端子一傳送至端子二的一信號(hào)提供路徑；(①-180)度相位的第二 CRLH傳輸線，與上述第一 CRLH傳輸線具有180°相位差，給從端子一傳送至端子二的另 一信號(hào)提供路徑。
較佳地，上述第一CRLH傳輸線，可通過調(diào)節(jié)包含于傳輸線的電容量及電感量，調(diào)節(jié)上述O度。
另夕卜，上述第一CRLH傳輸線及第二CRLH傳輸線，可由N個(gè)具備CRLH傳輸線特性的相同電磁特性的單元構(gòu)成。
較佳地，上述各單元，可具有小于設(shè)計(jì)中心頻率波長的1/4的電長度p。
另外，上述由N個(gè)單元構(gòu)成的第一 CRLH傳輸線及第二 CRLH傳輸線，可滿足如下數(shù)學(xué)式
<formula>formula see original document page 6</formula>
及<formula>formula see original document page 6</formula>另外，上述二極管，可為高線性、小變形、可高速切換的PIN二極管。另外，上述第一CRLH傳輸線及第二CRLH傳輸線，為滿足一定相位差,可滿足如下數(shù)學(xué)式
<formula>formula see original document page 7</formula>另外，本發(fā)明提供包括上述RF開關(guān)的無線終端裝置。
本發(fā)明提供一種利用CRLH傳輸線實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性的RF開關(guān)。具體而言，提供一種環(huán)形RF開關(guān)，利用在寬頻帶具有180度相位差的CRLH傳輸線，不僅具有寬帶特性，還可在低頻帶達(dá)到小型化目的。
具體而言，提供一種環(huán)形RF開關(guān)，替代共振器的具有-90度及-270度相位的RH傳輸線，利用CRLR傳輸線，其可使設(shè)計(jì)者取任意O度及(O-180)度相位，即可將180度的相位差作為寬頻帶。


圖1為普通環(huán)形開關(guān)示意圖2為等價(jià)PIN二極管的示意圖；圖3為本發(fā)明LH傳輸線示意圖4為本發(fā)明CRLH傳輸線單元示意圖5為本發(fā)明一實(shí)施例環(huán)形開關(guān)示意圖7為由N個(gè)單元構(gòu)成的本發(fā)明CRLH傳輸線示意圖。
具體實(shí)施例方式
為充分理解本發(fā)明和本發(fā)明運(yùn)行特點(diǎn)及通過實(shí)施本發(fā)明所達(dá)成的目的，在理解本發(fā)明較佳實(shí)施例時(shí)，需參考附圖及附圖中所記載的內(nèi)容。
下面，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行說明，以詳細(xì)說明本發(fā)明。各圖中相同的記號(hào)表示相同的部件。
圖3為本發(fā)明LH傳輸線示意圖。
如圖3所示，在effective-homogeneity條件下，若無損失，MM傳輸線單元可等價(jià)為串聯(lián)C和并聯(lián)L模型。LH傳輸線具有自然界中不常見的電磁特性(相位和群速度方向相反，具有負(fù)的反射系數(shù))，需通過特定電磁結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)。上述LH傳輸線的傳播常數(shù)、特性阻抗、相位常數(shù)及群速度，滿足如下數(shù)學(xué)式1至數(shù)學(xué)式4:數(shù)學(xué)式1<formula>formula see original document page 8</formula>
數(shù)學(xué)式2<formula>formula see original document page 8</formula>數(shù)學(xué)式3
<formula>formula see original document page 9</formula>
數(shù)學(xué)式4
<formula>formula see original document page 9</formula>
若實(shí)現(xiàn)上述LH傳輸線，則通過電磁波的傳播所感應(yīng)的電壓和電流，產(chǎn)生 RH特性。因此，不能存在純粹的LH傳輸線，可等價(jià)為作為RH和LH組合的 CRLH傳輸線。CRLH傳輸線由N個(gè)單元構(gòu)成，而各單元需具備小于設(shè)計(jì)頻率 的電長度。這稱之為Effective homogeneity條件，而在此條件下，CRLH傳輸 線的單元的等價(jià)電路，如4所示。沒有損失的理想CRLH傳輸線的傳播常數(shù)， 由Bloch表示為如下數(shù)學(xué)式5:數(shù)學(xué)式5<formula>formula see original document page 9</formula>在上式中，Pcrlh、 (3rh、 pm各表示CRLH傳輸線、RH傳輸線及LH傳輸 線的傳播常數(shù)。CRLH傳輸線的單元，因電長度很小(d<、/4),上述數(shù)學(xué)式 5可近似為如下數(shù)學(xué)式6:數(shù)學(xué)式6<formula>formula see original document page 9</formula>通過上述數(shù)學(xué)式6可知，CRLH傳輸線，在傳輸線具有低頻帶或很小的長 度(d《l)時(shí)，主要表現(xiàn)LH傳輸線特性；在傳輸線具有高頻帶或大的長度時(shí)，主要表現(xiàn)RH傳輸線特性。上式中，若相整合RH傳輸線和LH傳輸線
WV JLr么jy l /itf^
通過上述數(shù)學(xué)式7, CRLH傳輸線的單元中的相位變化，可表示為RH傳 輸線和LH傳輸線之和，如下述數(shù)學(xué)式8:數(shù)學(xué)式8
A③r^fjc/^— B j jc^+ B /jy=A <!> jpjy+A① 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例環(huán)形開關(guān)示意圖。
如圖5所示，本發(fā)明環(huán)形開關(guān)100，包括O度相位的CRLH傳輸線110、 (O-180 )度相位的CRLH傳輸線120及PIN 二極管130。上述PIN 二極管130 為高線性、小變形、可高速切換的元件，加載控制電流之后，可作為開關(guān)使用。
向上述環(huán)形開關(guān)100加載控制電流時(shí)，上述PIN 二極管130將短路，通過 端子一加載的信號(hào)，通過，具有180相位差，從而在端子二衰減。另外，在端 子二因失配反射的信號(hào)，同樣在端子一衰減，從而在加載控制電流時(shí)，可作為 開關(guān)使用。
普通環(huán)形開關(guān)，在特定頻率利用180度的相位差。^f旦是，采用利用MM的 CRLH傳輸線時(shí)，可調(diào)節(jié)隨任意相位及頻率的相位變化傾斜度，可實(shí)現(xiàn)小型及 寬頻帶傳輸線。
具體而言，可提供一種環(huán)狀RF開關(guān)，替代共振器的具有-90度及-270度相
),上式可簡化為如下數(shù)學(xué)式7:
數(shù)學(xué)式7位的RH輸電線，利用CRLR輸電線，其可使設(shè)計(jì)者取任意O度及($-180) 度相位，即利用將180度的相位差作為寬頻帶的CRLH傳輸線110、 120。
寬頻帶中具有特定相位及小型化特性的傳輸線，不能通過普通RH傳輸線 實(shí)現(xiàn)，只能通過作為LH傳輸線和RH傳輸線組合的CRLH傳輸線實(shí)現(xiàn)，如圖 6所示，才艮據(jù)RH傳輸線和LH傳輸線的設(shè)計(jì)，通過調(diào)節(jié)隨頻率的相位變化傾 斜度來實(shí)現(xiàn)。具備特定相位差的利用CRLH的兩條傳輸線110、 120的設(shè)計(jì)式， 如下述數(shù)學(xué)式9所示
數(shù)學(xué)式9
<formula>formula see original document page 11</formula>
從上述數(shù)學(xué)式9可知，兩條傳輸線，在設(shè)計(jì)成具有180度相位差的中心頻 率上，其傾斜度整合為相同的值。在所設(shè)計(jì)的單元的單位長度d為V4以下的 條件下，若CRLH傳輸線由N個(gè)單元構(gòu)成，則可從上述數(shù)學(xué)式8推導(dǎo)出如下 述數(shù)學(xué)式10的第一傳輸線IIO設(shè)計(jì)式數(shù)學(xué)式10
<formula>formula see original document page 11</formula>如圖7所示，CRLH傳輸線的結(jié)構(gòu)，由N個(gè)具有CRLH傳輸線特性的單元 構(gòu)成，各單元具有相同的電磁特性，各單元具有小于設(shè)計(jì)中心頻率波長l/4的 電長度p。 CRLH傳輸線的各單元，具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)，而利用上述單元 的CRLH傳輸線，具有N*p的相位。
若設(shè)計(jì)者在上述數(shù)學(xué)式10中代入微帶的一個(gè)單元大小、所需相位、單元數(shù) 量及阻抗，則如下述數(shù)學(xué)式ll:可利用上式求得構(gòu)成第一CRLH傳輸線110 的各單元的LH傳輸線等價(jià)電路。
數(shù)學(xué)式11
<formula>formula see original document page 12</formula>
環(huán)形開關(guān)是利用180度的相位差所產(chǎn)生的衰減，若利用CRLH傳輸線，上 述數(shù)學(xué)式9可簡化為如下數(shù)學(xué)式12:數(shù)學(xué)式12<formula>formula see original document page 12</formula>厶GJ A 從上述數(shù)學(xué)式8及數(shù)學(xué)式12，通過如下推導(dǎo)過程，可求得上述第二CRLH 傳輸線120的設(shè)計(jì)式數(shù)學(xué)式13
您V厶i;歷Ci肌 幼v厶je孤c
在此，若將LH的電感量筒化為電容量，貝'J:數(shù)學(xué)式14
1 1 _ _
_^---^~~ = Z0 丄C炎肌A—Cd2)=Z0 . O jjm( )-①ij忠(節(jié)))
在上述數(shù)學(xué)式14代入數(shù)學(xué)式11,則數(shù)學(xué)式15
i, 、 -^~ ， -~~ , l ,'啦c r翩 、 ^ , 、 l , ^oxhi ^cwm 、
丄鵬CjaK"2鵬圾V ￡鵬C鵬W廣y(""^---^~"*細(xì)("，>-y(~^---
通過上述過程，可在設(shè)計(jì)一條傳輸線之后，求得另一條傳輸線的RH傳輸 線電長度。利用上述原理，通過如下過程求得第二CRLH傳輸線120的LH傳
數(shù)學(xué)式16
尿 ，、②c及2mO) A ,、 O ，(@)= ^ ， ^及孤(份)
若利用上式，則LH傳輸線的電容量和電感量可表示如下數(shù)學(xué)式17
<formula>formula see original document page 13</formula><formula>formula see original document page 14</formula>
可提供一種環(huán)狀RF開關(guān)，利用在上述寬頻帶具有180度相位差的CRLH 輸電線，不〗叉具有寬帶特性，還可在低頻帶達(dá)到小型化目的。
上述實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改、變形或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍， 其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1、一種RF開關(guān)，包括二極管，加載控制電流之后作為開關(guān)使用；Φ度相位的第一CRLH輸電線，上述二極管因加載控制電流短路時(shí)，給從端子一傳送至端子二的一信號(hào)提供路徑；(Φ-180)度相位的第二CRLH輸電線，與上述第一CRLH輸電線具有180相位差，給從端子一傳送至端子二的另一信號(hào)提供路徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF開關(guān)，其特征在于上述第一 CRLH輸電線，可通過調(diào)節(jié)包含于輸電線的電容量及電感量，調(diào)節(jié)上述O度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF開關(guān)，其特征在于上述第一CRLH輸電線及第二 CRLH輸電線，可由N個(gè)具備CRLH輸電線特性的相同電磁特性的單元構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF開關(guān)，其特征在于上述各單元，可具有小 于設(shè)計(jì)中心頻率波長的1/4的電長度p。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的RF開關(guān)，其特征在于上述由N個(gè)單元構(gòu)成的第一CRLH輸電線及第二CRLH輸電線，滿足如下數(shù)學(xué)式
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的RF開關(guān)，其特征在于上述二極管為高線性、③'ci通嗜*'(粉/l腿C細(xì)' 余), (②細(xì)(幼)十②通歸小變形、可高速切換的PIN二極管。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所迷的RF開關(guān)，其特征在于上述第一CRLH傳輸線及第二CRLH傳輸線，為取得一定相位差，滿足如下數(shù)學(xué)式①CJJ別,CJU邁+翼及7 一 / 丄A及—/丄/jy么o ~"1/-^、/- C做 V C斑
8、 一種無線終端裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求i至7所迷的任一Rp開關(guān),
全文摘要
本發(fā)明提供一種RF開關(guān)，包括二極管，加載控制電流之后作為開關(guān)使用；Φ度相位的第一CRLH輸電線，上述二極管因加載控制電流短路時(shí)，給從端子一傳送至端子二的一信號(hào)提供路徑；(Φ-180)度相位的第二CRLH輸電線，與上述第一CRLH輸電線具有180相位差，給從端子一傳送至端子二的另一信號(hào)提供路徑。本發(fā)明提供一種利用CRLH輸電線實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性的RF開關(guān)。具體而言，提供一種環(huán)狀RF開關(guān)，利用在寬頻帶具有180度相位差的CRLH輸電線，不僅具有寬帶特性，還可在低頻帶達(dá)到小型化目的。
文檔編號(hào)H01P5/18GK101657934SQ200880004129
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月5日
發(fā)明者成元模, 樸昶炫, 柳秉勳, 申東津, 金政杓 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Emw天線