w波段开关分析

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1、摘要摘要毫米波开关在雷达、导航、测量、通信、电子对抗等领域中有着广泛的应用，其中PIN管控制开关具有结构简单、性能高、成本低等优点。研究毫米波PIN管开关具有重要意义。本文对W波段单刀单掷(SPST)开关和单刀双掷(SPDT)开关进行了理论和实验研究，选择在毫米波段损耗较低的鳍线作为传输线，采用鳍线与梁式引线PIN管并联的经典电路形式设计W波段开关。在设计过程中，对二极管阻抗进行匹配，减小了开关的插损，隔离度也很好地满足了指标的要求。并对W波段PIN开关的功率容量进行了理论分析及实验研究。为此完成了一系列研究工作：针对二极管的封装结构在W波段会

2、对电路性能产生极大影响，论文首先对PIN二极管进行了理论分析，并根据二极管的理论知识及厂商提供的二极管结构图，在场仿真软件AnsoftHFSS中建立粗糙的二极管三维模型，来模拟二极管的封装参量对电路中场的影响。然后设计电路并加工测试，根据测试结果提取出二极管正偏和反偏状态下的阻抗参数。在此基础上，本文优化设计了W波段SPST开关。为尽可能降低开关的插损，SPST开关采用单管并联电路，且对二极管阻抗进行匹配，以减小不必要的反射损耗。仿真结果表明，此方法设计的SPST开关，不仅插损较小，且仅用一只二极管就能实现较高的隔离度。本文加工测试了两个开关，

3、给出插损、隔离度、开关时间及功率容量的实测结果。测试结果表明，两个开关在中心点频率（94.5GHz）附近的插损均小于1.7dB，隔离均大于28dB，在10GHz带宽内，插损小于2dB，隔离大于20dB。开关的上升时间与下降时间均小于2ns。在“截止”状态下，占空比为1%的功率容量大于150W。两个开关的性能曲线无明显差距，一致性较好，且均与仿真结果基本吻合。通过总结SPST开关的经验，本文又研制了W波段SPDT开关。测试结果表明，开关在W波段的插损最小值为2dB，隔离最大值为40dB，在5GHz频率范围内，插入损耗小于3dB，隔离度大于20dB

4、。开关的上升时间小于2.5ns，下降时间小于2ns。关键词：W波段，PIN，单刀单掷开关，单刀双掷开关，功率容量II万方数据ABSTRACTABSTRACTMillimeter-waveswitchisextensivelyappliedinthefieldsofradar,navigation,surveying,communicationsandelectroniccountermeasure.PINswitchhasmanyadvantages,suchassimplestructure,smallsize,highperformance

5、,lowcostandsoon,soitoccupiesanextremelyimportantroleinthemillimeter-waveswitch.Andit’squitemeaningfultostudyPINdiodeswitch.ThetheoreticalandexperimentalresearchesontheW-bandsingle-polesingle-throw(SPST)switchandsingle-poledouble-throw(SPDT)switchhavebeenfinished.Finlinethath

6、aslowerlossinthemillimeterwavebandischosenasthetransmissionline,andabeamleadPINdiodeisconnectedinparalleltodesignWbandswitch.Inthisdesign,thediode’simpedanceismatchedtoreduceinsertionloss,andisolationalsomeetstheindex.Atthesametime,theoreticalanalysisandexperimentalstudyonth

7、epowercapacityoftheW-bandPINswitchhavebeendoneinthisthesis.Aseriesofresearchworkwascompletedforthispurpose.Thepackagestructureofdiodehassignificantinfluencesforperformanceofthecircuit.Firstly,thethesisanalyzedPINdiodetheoreticallyandthenestablishedacoarsethree-dimensionalmod

8、elinfieldsimulationsoftwareAnsoftHFSSaccordingtodiode’stheoryandstructuredr