一种小型化射频收发前端的设计

介绍了一种新颖的小型化射频收发前端设计方法，采用这种方法在LTCC基片上实现了一款L波段双频段射频收发前端，其 电路尺寸仅为6.5 mm × 5mm × 0.5mm。样品测试结果表明，该射频收发前端的各项性能指标均达到了设计预期要求，并且具有接收损耗低、收发隔离度高等优点。文章分工作原理介绍、详细 电路设计、三维结构实现、参数仿真优化几个方面对整个设计过程进行了较为详细的讲解，最后结合测试曲线对样品的测试结果作了简单分析。

随着现代无线通讯技术的发展，射频微波器件和功能模块的小型化需求日益迫切。本文介绍的L波段收发射频前端采用LTCC工艺，利用无源电路的三维叠层结构，大大缩小了电路尺寸。在电路设计上，使用单节λ/4短截线收发开关电路，既保证了高收发隔离和低损耗接收的电路性能，又比传统的并联式开关电路节省了一节λ/4短截线占据的空间，缩小了电路尺寸。

1 工作原理

本文介绍的收发前端包括一个900MHz与1800MHz双工器、两路PIN 管收发开关和两个声表面滤波器，电路原理如图1。

图1射频收发前端原理图

2 电路设计

2.1 开关电路设计

射频微波电路中经常使用PIN二极管作开关器件。其结构像三明治一样，在高掺杂的P+和N+层之间夹有一本征的I层或低掺杂半导体中间附加层。设I层厚度为W，在正向偏压下，对于轻掺杂N型本征层，流过PIN二极管的电流为：

由上面的公式导出的结电阻和扩散电容可以在实际应用中很近似地模拟PIN二极管的性能。PIN管在正偏压下等效为结电阻Rs(本文中正偏压为2.5V，Rs约1欧姆)；反偏压卜等效为扩散电容CT(本文中为零偏，CT约0.5PF，在2GHz以下阻抗为千欧级)。

λ/4短截线常用于窄带内两个网络之间的阻抗匹配。设Z₁、Z₂为两个不等的阻抗，Z₀为传输线的特征阻抗，调整Z₀使之满足：

Z²₀=Z₁×Z₂ (4)

则两个阻抗之间实现了匹配。图1中，Z₀已知(50欧)，Z₁为PIN 管正偏时的自谐振阻抗Rs或反偏时的开路隔离阻抗。当PIN管正偏置时，Z₁很小接近于短路，经过λ/4短截线后在公共端口等效为开路，接收端被隔离，发射支路工作。当二极管反偏置时Z₁接近开路状态(C_T)，发射端被隔离，保证低损耗接收。