0 引言
    現代戰爭中電子系統的地位與日俱增，現代雷達、現代通信、制導武器和電子對抗等系統對微波控制電路的性能指標提出了愈來愈高的要求，主要表現在：信號頻段的不斷上升、占用帶寬的不斷擴大、電路體積的不斷縮小、關斷時隔離度的不斷提高等，因此研究一種低插損、寬頻帶、高隔離度、小型化的微波開關已顯得至關重要。

1 工作原理
    最簡單的PIN二極管單刀雙擲開關，其基本電路連接主要有并聯型、串聯型、串并聯型3種，如圖1所示。它們分別由2個并聯、2個串聯型或者2個并聯加2個串聯型單刀單擲開關并接構成。在并聯型開關中，2個PIN二極管D1和D2分別并接于離分支接頭點1／4波長處。如果D1處正向導通，D2處于反向截至狀態，則通道A無功率通過。因為從接頭參考面向通道A看過，輸入阻抗為無限大。而B通道D2處近似開路，故不影響功率通過。這時，輸入的微波信號全部從B通道輸出，反之，當D1截至，D2導通時，輸入信號全部從A通道輸出。顯然，在串聯型開關中，當D1導通，D2截至時，通道A為導通通道而B為斷開通道；當D1截至，D2導通時，通道B為導通通道而A為斷開通道。在串并聯型開關中，當二極管D1、D4正向，D2、D3反向時，信號和通道A接通，相反時和通道B接通。由于有串并聯二極管共同起作用，故指標較高。由此可見，只要控制PIN二極管的工作狀態，就能使信號在2條不同的通道中換接，實現單刀雙擲的功能，且由于單管開關的隔離度和帶寬比較小，若要取得更高的隔離度和更寬的頻帶，就需采用多管級聯，組成陣列式開關。

2 設計方案
2．1 關鍵技術指標
    關鍵技術指標有：工作頻率為3～12 GHz；插入損耗≤3．5 dB；輸入輸出駐波比≤2；隔離度≥70 dB；幅度一致性≤1．0 dB；供電電壓±5 V。
2．2 器件選取
    PIN二極管開路和短路特性好、控制速度快、微波損耗小、可控功率容量大，而且具有比較理想的開關特性，所以是微波開關的首選器件。論文采用的是Skyworks公司的APD0805硅芯片PIN二極管管芯來實現串并聯結構的SPDT開關，管芯參數及其SPICE模型如表1所示。

2．3 仿真設計
    按照技術指標要求，論文采用12只ADP0805管芯串并聯構成T型SPDT開關電路。參照廠家提供的SPICE模型參數(表1)，在Agilent公司高頻仿真軟件ADS中建立二極管模型，并設定優化目標進行仿真和參數優化，優化后的仿真結果如圖2所示。其中介質基片選用的是Rogers公司的RT5880，厚度為0．254 mm，介電常數為2．2。由圖2仿真結果可以看出，在3～12 GHz的頻率范圍內開關的插入損耗小于1．5，駐波小于2(反射小于-10 dB)，隔離度大于120 dB。該仿真模型的理論結果已經遠遠超過了設計要求。

3 開關電路的實現
    將ADS中設計好的仿真模型，利用Layout導出并進行優化布局，最終確定電路板圖，并加工。利用微組裝工藝技術，用導電膠將PIN管芯、軟基片、金絲電感線圈、射頻絕緣子與腔體粘接，并通過金絲鍵合技術實現互聯。開關電路中，驅動電路、偏置電路等因素對其微波性能影響非常重要，論文中采用北方華虹公司的BHD-2P2-F35作為開關驅動芯片，用金絲電感和芯片電容相結合實現偏置電路。最終研制出的開關如圖3所示，其整體電路尺寸小于20 mm×15 mm×10 mm。測試結果如圖4所示。

    由測試結果可以看到，該SPDT開關的各項技術指標均滿足設計要求，在3～12 GHz的頻率范圍內開關的插入損耗<3．2，端口駐波<2，全頻段范圍內隔離度>70 dB，且兩條支路的幅度一致性<0．5 dB。然而無論是插損還是隔離度，仿真曲線都要優于測試曲線。這說明直流偏壓的設置、介質板的損耗以微組裝工藝誤差都會對電路的最終結果產生影響。

4 結語
    論文利用微波高頻仿真軟件ADS仿真設計并成功研制出了寬帶小型化高隔離度SPDT開關，該開關的各項性能指標均可很好地滿足某通信系統的需求。隨著軍用無線通信技術的不斷發展，系統對作為射頻端電路的重要部件之一的射頻開關要求提出了越來越高的要求，高頻段、寬頻帶、高隔離、低插損、小型化將依然是其未來的發展方向。