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基片上實現(xiàn)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。文章分工作原理介紹、詳細 電路設計、三維結構實現(xiàn)、參數(shù)仿真優(yōu)化幾個方面對整個設計過程進行了較為詳細的講解，最后結合測試曲線對樣品的測試結果作了簡單分析。

隨著現(xiàn)代無線通訊技術的發(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(jié)λ/4短截線收發(fā)開關電路，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(tǒng)的并聯(lián)式開關電路節(jié)省了一節(jié)λ/4短截線占據(jù)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900MHz與1800MHz雙工器、兩路PIN 管收發(fā)開關和兩個聲表面濾波器，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 開關電路設計

射頻微波電路中經(jīng)常使用PIN二極管作開關器件。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短截線常用于窄帶內兩個網(wǎng)絡之間的阻抗匹配。設Z₁、Z₂為兩個不等的阻抗，Z₀為傳輸線的特征阻抗，調整Z₀使之滿足：

Z²₀=Z₁×Z₂ (4)

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