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l SP4T设计和仿真
1.1 SP4T的主要技术指标
SP4T的主要技术指标有插入损耗、隔离度、开关时间、VSWR和功率容量。对于系统,要求SP4T的功率容量大于30 dBm,控制信号为1 kHz方波,插入损耗小于2 dB,VSWR小于1.5:1。
1.2 PIN结构和等效电路
PIN管是在重掺杂的P层和N层之间加入一宽度较大的不掺杂本征I区,真正的本征区不可能实现,实际使用的PIN管I区多为低掺杂N区。I区使二极管级间电容减小,击穿电压提高。较宽的I区提高了二极管的反向击穿电压,使其功率容量增加。但同时使载流子渡越时间变长,阻抗变化缓慢,开关时间变长。I区面积增加时,导通电阻减小,导通功率容量加大,结电容上升,截止频率下降,限制了系统的工作频率和带宽。当PIN管正偏时,对微波信号等效为一线性电阻,阻值的大小决定于偏置电流,接近于短路。反偏时,I区载流子耗尽,PIN管对微波信号等效为一恒定电容。其微波等效电路如图1所示。
图1中:Ri为耗散损失引入的电阻,由于其远小于Cj的阻抗,常将其省略;Lp和Cp为引线电感和封装电容,Lp和cp的存在使电路的高频特性大大降低,所以频率较高时,一般采用管芯直接搭建电路。
1.3 SP4T的电路结构
基于PIN管的射频切换开关有串联式、并联式和串一并联结合式。设计中采用串一并联结构以达到上述指标,其基本的电路结构如图2所示。