專利名稱：射頻開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻(RF)開關(guān)，并且更具體地說，涉及適用于用作在 時分雙工(TDD)系統(tǒng)的信號發(fā)射/接收端子中用于發(fā)射/接收信號的轉(zhuǎn) 換開關(guān)的RF開關(guān)。
背景技術(shù)：
通常，第二和第三代(2G和3G)移動通信系統(tǒng)采用頻分雙工(FDD) 方案。在FDD方案中，發(fā)射信號和接收信號由雙工器分開。然而， 最近的3.5G和4G移動通信系統(tǒng)預期普遍使用TDD方案。
諸如TDD方案的時分發(fā)射方案通過時間劃分區(qū)分使用相同頻率 的發(fā)射與接收信號，其中通過將一個幀的內(nèi)部劃分成發(fā)射和接收部分 而使用一個頻率執(zhí)行雙向通信。
圖1是示出常規(guī)TDD系統(tǒng)中發(fā)射/接收端子單元構(gòu)造的方框圖。 發(fā)射信號"Tx"由功率放大器40放大以具有預定功率，通過發(fā)射/接收 轉(zhuǎn)換開關(guān)10和全頻帶濾波器50，并且隨后通過天線60發(fā)射。與此相 反，通過天線60接收的接收信號"Rx"通過全頻帶濾波器50和發(fā)射/ 接收轉(zhuǎn)換開關(guān)IO，并隨后通過用于接收信號、已確立為具有適當增益 的功率放大器20 (例如，低噪聲放大器(LNA))放大。轉(zhuǎn)換開關(guān)10 可根據(jù)由控制器(未示出)基于發(fā)射和接收操作提供的開關(guān)控制信號 執(zhí)行開關(guān)操作。
由于如上所述，TDD系統(tǒng)^使用同一頻率，才艮據(jù)預定時間時期分開 發(fā)射和接收，因此，TDD系統(tǒng)必須包括用于高發(fā)射功率和在發(fā)射與接 收之間高速轉(zhuǎn)換的RF開關(guān)。
由于RF開關(guān)必須允許高速開關(guān)操作，因此，通常將使用半導體裝置的開關(guān)(如PIN 二極管或場效應(yīng)晶體管(FET))而不是機械開關(guān) 用作RF開關(guān)。然而，由于半導體不能處理高功率，因此，難以將利 用半導體裝置的此類開關(guān)用作高功率開關(guān)。
換而言之，在高功率應(yīng)用到開關(guān)時，大量的熱生成，如果不保i正 充分的散熱，則可損毀開關(guān)。為此，已開發(fā)承受高功率的RF開關(guān)。 然而，用于高功率的RF開關(guān)由于必須包括單獨的散熱器等等，所以 十分昂貴，并且其制造并不容易，這使得RF開關(guān)受限僅用于軍事目 的。
為解決此類問題，常規(guī)TDD系統(tǒng)釆用通過如圖8和9所示的循 環(huán)器IO而不是RF開關(guān)來固定分開發(fā)射和接收信號的方法。然而，在 此類循環(huán)器10用作開關(guān)時，難以保證在接收部分期間截獲發(fā)射信號 的足夠隔離。此外，在發(fā)射功率發(fā)射期間天線中有問題時，天線可能 打開，VSWR值可能降級，或者操作功率的供應(yīng)可能中斷。隨后，發(fā) 射信號在接收器中流動，由此在系統(tǒng)設(shè)備中導致系統(tǒng)故障或嚴重的問 題，使得無線電波的質(zhì)量惡化。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
因此，產(chǎn)生本發(fā)明以解決在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)生的上述問題，并且本 發(fā)明的一個目的是提供一種適用于在TDD系統(tǒng)中發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換的RF 開關(guān)，該開關(guān)能夠保證相對于高功率發(fā)射信號在發(fā)射端子與接收端子 之間的高度隔離，并能夠保護系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種適用于在TDD系統(tǒng)中發(fā)射/接收轉(zhuǎn) 換的RF開關(guān)，該開關(guān)能夠防止高功率發(fā)射信號在接收端子中流動， 并且即使天線打開，或者即使在用于控制操作的DC電源中發(fā)生錯誤， 也能夠防止系統(tǒng)中發(fā)生錯誤。
本發(fā)明仍有的另一目的是提供一種使用半導體裝置的RF開關(guān)， 該開關(guān)能夠保證充分敉熱的條件，由此即使相對于高功率也保持穩(wěn)定的操作狀態(tài)，并且能夠改進通信質(zhì)量并通過高速開關(guān)增大其容量。
本發(fā)明仍有的另 一 目的是提供一種即使在微波集成電路(MIC)類
型中也能夠輕松制造的RF開關(guān)。
本發(fā)明仍有的另一目的是提供一種即使在幾十GHz或更高的高 頻帶中以及用于移動通信的頻帶中也能夠使用的RF開關(guān)。
技術(shù)解決方案
為實現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種射頻(RF) 開關(guān)，包括循環(huán)器，具有分別連接到第一到第三端口的第一到第三 節(jié)點；以及槽線圖案單元，安裝在循環(huán)器的第三節(jié)點與第三端口之間 的連接線中以便實現(xiàn)信號發(fā)射或截獲，其中槽線圖案單元包括開關(guān)電 路，該電路安裝在預定位置以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制信號保持或短 路對應(yīng)于安裝位置的槽線的間隙而發(fā)射或截獲信號。
有利功效
根據(jù)本發(fā)明用于TDD系統(tǒng)的發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備能夠保證在 發(fā)射與接收路徑之間的高度隔離。
此外，即使天線打開，或者在用于控制操作的DC電源中發(fā)生錯 誤，也可能通過全反射顯著地降低在接收端子中流動的發(fā)射功率量， 使得接收端子中的有源元件可受到保護。
此外，根據(jù)本發(fā)明，發(fā)射信號通過具有充分接地層的槽線發(fā)射， 使得使用允許高速開關(guān)操作并能夠用于高功率的半導體裝置制造RF 開關(guān)成為可能。
另外，由于根據(jù)本發(fā)明的RF開關(guān)甚至能夠輕松應(yīng)用到孩t波集成 電路(MIC)類型，因此，RF開關(guān)能夠采用用于半導體的通用工藝同時 制造。
此外，即使在幾十GHz或更高的高頻帶以及用于移動通信的頻帶 中也能夠使用根據(jù)本發(fā)明的RF開關(guān)，使得RF開關(guān)能夠輕松地應(yīng)用到 衛(wèi)星通信、軍事雷達等。


圖1是示出常規(guī)TDD系統(tǒng)中發(fā)射/接收端子單元構(gòu)造的方框圖； 圖2是平面圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在時分雙工(TDD) 系統(tǒng)中用于發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換的RF開關(guān)的電路圖案的構(gòu)造；
圖3到7是示出從圖2的RF開關(guān)修改的示例的視圖；以及 圖8和9是示出常規(guī)RF開關(guān)的構(gòu)造的視圖。
具體實施例方式
下文將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。在下面的說 明中，諸如詳細的組件裝置等許多特定項目已為人所熟知，但這些項 目的提供只是為了更好地理解本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，本 發(fā)明可在不包括這些特定項目的情況下實施。
圖2是典型示圖，示出4艮據(jù)本發(fā)明、在時分雙工(TDD)系統(tǒng)中用 于發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換的RF開關(guān)的印刷電路板上電路圖案的構(gòu)造，其中， 每個組件的大小和形狀被夸大或簡化以方便說明。根據(jù)本發(fā)明的RF 開關(guān)包括具有分別連接到第 一到第三端口的第一到第三節(jié)點的循環(huán) 器11,以及安裝在第三端口與循環(huán)器11的第三節(jié)點之間的連接線中 的槽線圖案單元300以便實現(xiàn)信號發(fā)射或截獲。槽線圖案單元300包 括開關(guān)電路，該電路安裝在預定位置以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制信號 保持或短路對應(yīng)于安裝位置的槽線的間隙而發(fā)射或截獲信號。
槽線圖案單元300包括孩支帶線和槽線，它們在一個印刷電路板的 上表面和下表面上以預定圖案形成。也就是說，在圖2中，槽線圖案 單元300包括具有預定介電常數(shù)的介電襯底，其中，在介電襯底的上 表面上形成具有預定圖案的纟鼓帶線111、 112、 113和114,并且在介 電襯底的下表面上形成具有預定圖案的槽線212和213。孩i帶線和槽 線具有的構(gòu)造使得通過在預定位置的微帶-槽線耦合，信號過渡 (transition)在它們之間實現(xiàn)。
現(xiàn)在將參照圖2更詳細地描述槽線圖案單元300的構(gòu)造。首先，當RF開關(guān)的第一到第三端口分別形成為第一到第三微帶線111、 112 和U3時，槽線圖案單元300具有第一槽線212，該槽線在其一端提 供開槽211，使得信號過渡可在第一槽線212和連接到循環(huán)器11的第 三節(jié)點的第四微帶線114之間實現(xiàn)。第一槽線212在其另一端提供環(huán) 形槽線圖案單元213,使得信號過渡能夠在環(huán)形槽線圖案單元213的 某個位置發(fā)生于第一槽線212與第三微帶線113之間，該位置相對于 環(huán)形槽線圖案單元213與第一槽線212連接的位置。
第四微帶線114在其一端提供有端子開路或端子短路，使得信號 過渡能夠有效地發(fā)生在第四微帶線114與第一槽線212之間，第一槽 線212安裝成與第四微帶線114交會，而襯底位于它們之間。圖2示 出其中笫四微帶線114的末端形成為端子短路的示例。在第四微帶線 114的末端形成為端子短路時，通過在該末端形成延伸穿過襯底的圓 形孔并將適當?shù)膶щ娊饘馘冊诳椎膬?nèi)表面可將端子短路連接到其上 形成槽線圖案的下表面的接地層。此外，圖2示出形成為端子開路的 第三微帶線113，其具有從環(huán)形槽線圖案單元213與微帶線113之間 的交會點開始延伸A/8長度的開路端，由此將用于在交會點的信號過 渡的^t場最大化。
另外，槽線圖案單元300包括開關(guān)裝置(例如，第一二極管Dl 和第一電容器Cl ),該裝置安裝在環(huán)形槽線圖案單元213的預定位置 以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制信號短路對應(yīng)于安裝位置的槽線間隙來 截獲信號發(fā)射。這種情況下，每個開關(guān)元件安裝在環(huán)形槽線圖案單元 213兩端之間、在環(huán)形槽線圖案單元213與第一槽線212之間的連接 位置以便短路在對應(yīng)位置的槽線的間隙。
當?shù)谝欢O管Dl是處于"導通"狀態(tài)時，從第一槽線212施加到 環(huán)形槽線圖案單元213的信號過渡到微帶線113。與此相反，當?shù)谝?二極管Dl是在"截止"狀態(tài)時，從第一槽線212施加到環(huán)形槽線圖案 單元213的信號在環(huán)形槽線圖案單元213與第一槽線212連接的連接 位置分成其間具有180。相位差的兩個信號，并且劃分的信號分別沿半圓形槽線發(fā)射。隨后，劃分的信號在相加劃分的信號的位置，即，在環(huán)形槽線圖案單元213與第三微帶線113之間的過渡位置偏移180。相 位差。同時，施加到開關(guān)元件的開關(guān)控制信號可包括或許通過電絕纟彖沖矣 地襯底(ground substrate)單獨施加到開關(guān)元件上的偏置電壓(例如， +5V/-5V),以便控制開關(guān)元件的開/關(guān)操作。通過將第一到第三微帶線111 、 112和113的第一到第三端口分別 與發(fā)射端子"Tx"、天線端子"Ant"和接收端子"Rx"連接，根據(jù)本發(fā)明的 上述RF開關(guān)能夠用作用于TDD系統(tǒng)的發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備。下 面將描述具有如圖2所示構(gòu)造的RF開關(guān)用作用于TDD系統(tǒng)的發(fā)射/ 接收轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)備時該RF開關(guān)的操作。首先，在發(fā)射才莫式中，當RF發(fā)射信號通過發(fā)射端子"Tx"施加到 第一端口而第一二極管Dl保持在"截止"狀態(tài)時，發(fā)射信號經(jīng)第一《鼓 帶線111輸入到循環(huán)器11的第一節(jié)點，通過循環(huán)器11的第二節(jié)點輸 出，并且通過第二微帶線112輸出到天線端子"Ant"，其是第二端口。在這種情況下，可通過循環(huán)器11的第三節(jié)點輸出并流入第四微帶 線114的信號流入第一槽線212和環(huán)形槽線圖案單元213。隨后，信 號在對應(yīng)于環(huán)形槽線圖案單元213中的第一二極管Dl和第一電容器 Cl的安裝位置的槽線的位置劃分，并且劃分的信號^^射。此后，劃 分的信號在相加劃分的信號的位置，即，在環(huán)形槽線圖案單元213與 第三微帶線113之間的過渡位置在它們之間偏移180。相位差，由此實 現(xiàn)信號截獲，使得提供高度隔離特征。在接收模式中，當?shù)谝欢O管Dl導通并且RF接收信號通過天線 端子"Ant"施加到第二端口時，接收信號經(jīng)第二微帶線112輸入循環(huán)器 11的第二節(jié)點，通過循環(huán)器11的第三節(jié)點輸出，傳遞通過根據(jù)本發(fā) 明的槽線圖案單元300,并且經(jīng)第三孩史帶線113輸出到接收端子"Rx", 其是第三端口。這種情況下，由于環(huán)形槽線圖案單元213中的第一二 極管Dl是在"導通"狀態(tài)，因此，在第一二極管Dl下方的槽線保持在傳導狀態(tài)以便中斷沿槽線的信號流，并且信號流繼續(xù)通過對應(yīng)于第一電容器C1的安裝位置的下表面的槽線。之后，接收信號通過具有V8 長度的第三微帶線113過渡，并且被發(fā)射。雖然本發(fā)明已參照根據(jù)其的一個實施例的RF開關(guān)的構(gòu)造和操作 示出和描述，但在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可在形式和細節(jié)上進 行各種修改?，F(xiàn)在將參照圖3到圖7描述RF開關(guān)的這類修改。首先，除安裝在槽線圖案單元300的環(huán)形槽線圖案單元213中的 開關(guān)裝置之外，圖3所示的RF開關(guān)具有與如圖2所示RF開關(guān)相同的 構(gòu)造。能夠理解，圖3的開關(guān)裝置包括第二二極管D2而不是圖2所 示的第一電容器C1。這種情況下，第一和第二二極管Dl和D2設(shè)置 成使得兩個二極管在發(fā)射模式中均處于"截止"狀態(tài)，并且在接收模式 中其中 一個二才及管在"導通"狀態(tài)而另 一個二極管在"截止"狀態(tài)。除槽線圖案單元300中第四孩i帶線114的末端部分之外，圖4所 示的RF開關(guān)具有與圖3所示的RF開關(guān)相同的構(gòu)造。也就是說，圖4 中的第四微帶線114在末端部分提供端子開路，其具有從第四微帶線 114與第一槽線212之間的交會點延伸長度的開路端。圖5所示的RF開關(guān)具有與圖2所示RF開關(guān)相同的構(gòu)造，但圖5 中的槽線圖案單元300中的第四孩i帶線114的末端部分提供有端子開 路，其具有從第四微帶線114與第一槽線212之間的交會點延伸 長度的開路端，類似于圖4的RF開關(guān)。圖6所示的RF開關(guān)具有與圖4所示RF開關(guān)相同的構(gòu)造，但第三 微帶線113的末端部分提供有端子短路。類似地，圖7所示的RF開 關(guān)具有與圖5所示RF開關(guān)相同的構(gòu)造，但第三微帶線113的末端部 分提供有端子短路。如參照圖3到圖7所述，在本發(fā)明中可在形式和細節(jié)上進行各種 更改。另外，上述微帶線可替代為帶線、同軸線、共面波導(CPW)等。 此外，本發(fā)明能夠通過使用共面帶(CPS)代替槽線實現(xiàn)。另外，雖然已 關(guān)于其中將二極管用作開關(guān)裝置的情況描述了本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明能夠通過使用具有開關(guān)功能的不同半導體裝置(例如，F(xiàn)ET)實現(xiàn)。雖然本發(fā)明已參照其某些優(yōu)選實施例示出和描述，但本領(lǐng)域的技 術(shù)人員將理解，在不脫離所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍 的情況下，可在其中的形式和細節(jié)上進行各種更改。因此，本發(fā)明的 范圍不受上述實施例限制，而是由權(quán)利要求及其等效物限制。
權(quán)利要求
1.一種射頻(RF)開關(guān)，包括循環(huán)器，具有分別連接到第一到第三端口的第一到第三節(jié)點；以及槽線圖案單元，安裝在所述循環(huán)器的第三節(jié)點與所述第三端口之間的連接線中以便實現(xiàn)信號發(fā)射或截獲，其中所述槽線圖案單元包括開關(guān)電路，所述開關(guān)電路安裝在預定位置以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制信號保持或短路對應(yīng)于所安裝的位置的槽線的間隙而發(fā)射或截獲信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的RF開關(guān)，其中所述槽線圖案單元包括 第一槽線，在其第一端提供開槽使得信號過渡發(fā)生在所述第一槽線和連接到所述循環(huán)器的第三節(jié)點的發(fā)射線之間；以及環(huán)形槽線圖案單元，連接到所述第一槽線的第二端使得信號過渡 在所述環(huán)形槽線圖案單元的某個位置發(fā)生于所述環(huán)形槽線圖案單元 與形成所述第三端口的發(fā)射線之間，所述位置與所述環(huán)形槽線圖案單 元連接到所述第一槽線的位置相對，以及所述開關(guān)電路，包括第一和第二開關(guān)元件，每個元件在所述環(huán)形 槽線圖案單元與所述第一槽線之間的連接位置處安裝于所述環(huán)形槽 線圖案單元的兩端之間，以便短路在對應(yīng)位置的槽線的間隙。
3. 如權(quán)利要求2所述的RF開關(guān)，其中所述第一和第二開關(guān)元件 之一包括二極管，并且另 一個開關(guān)元件包括另 一個二極管或電容器。
4. 如權(quán)利要求1到3的任一項所述的RF開關(guān)，其中所述發(fā)射線 的每端部分提供有端子開路或端子短路。
5. 如權(quán)利要求1到3的任一項所述的RF開關(guān)，其中所述微帶線 的每個包括從微帶線、帶線、同軸線及共面波導(CPW)的組中選擇的 任一項。
6. —種在時分雙工/復用系統(tǒng)中用于發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換的射頻(RF)開關(guān)，所述RF開關(guān)包括循環(huán)器，具有分別連接到第一、第二和第三端口的第一、第二和 第三節(jié)點，而三個端口分別與發(fā)射端子、天線端子和接收端子連接， 所述循環(huán)器將已通過所述第一節(jié)點從所述發(fā)射端子輸入的發(fā)射信號 通過所述第二節(jié)點輸出到所述天線端子，所述循環(huán)器將已通過所述第 二節(jié)點從所述天線端子輸入的接收信號通過所述第三節(jié)點輸出到所 述接收端子；以及槽線圖案單元，安裝在所述循環(huán)器的第三節(jié)點與所述第三端口之 間的連接線中以便實現(xiàn)信號發(fā)射或截獲，其中所述槽線圖案單元包括 開關(guān)電路，所述開關(guān)電路安裝在預定位置以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制 信號保持或短路對應(yīng)于所安裝的位置的槽線的間隙而發(fā)射或截獲信 號。
7. 如權(quán)利要求6所述的RF開關(guān)，其中所述槽線圖案單元包括 第一槽線，在其第一端提供開槽使得信號過渡發(fā)生在所述第一槽線和連接到所述循環(huán)器的第三節(jié)點的發(fā)射線之間；以及環(huán)形槽線圖案單元，連接到所述第一槽線的第二端使得信號過渡 在所述環(huán)形槽線圖案單元的某個位置發(fā)生于所述環(huán)形槽線圖案單元 與形成所述第三端口的發(fā)射線之間，所述位置與所述環(huán)形槽線圖案單 元連接到所述第一槽線的位置相對，以及所述開關(guān)電路，包括第一和第二開關(guān)元件，每個元件在所迷環(huán)形 槽線圖案單元與所述第一槽線之間的連接位置處安裝于所述環(huán)形槽 線圖案單元的兩端之間，以便短路在對應(yīng)位置的槽線的間隙。
8. 如權(quán)利要求7所述的RF開關(guān)，其中所述第一和第二開關(guān)元件 之一包括二極管，并且另 一個開關(guān)元件包括另 一個二極管或電容器。
9. 如權(quán)利要求6到8的任一項所述的RF開關(guān)，其中所述發(fā)射線 的每端部分形成為端子開路或端子短路。
10. 如權(quán)利要求6到8的任一項所述的RF開關(guān)，其中所述微帶 線的每個包括從微帶線、帶線、同軸線及共面波導(CPW)的組中選擇的任一項。
全文摘要
本文公開的是一種射頻(RF)開關(guān)，包括循環(huán)器，具有分別連接到第一到第三端口的第一到第三節(jié)點；以及槽線圖案單元，安裝在循環(huán)器的第三節(jié)點與第三端口之間的連接線中以便實現(xiàn)信號發(fā)射或截獲，其中槽線圖案單元包括開關(guān)電路，該電路安裝在預定位置以便通過根據(jù)外部開關(guān)控制信號保持或短路對應(yīng)于安裝位置的槽線的間隙而發(fā)射或截獲信號。
文檔編號H04B1/44GK101517907SQ200680055946
公開日2009年8月26日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月27日
發(fā)明者文營燦, 李康鉉 申請人:Kmw株式會社