微波射频开关

通常,RF系统中有许多输入和输出端口,使用多端口网络分析仪分析散射特性是很昂贵的。

因此,通常需要用开关切换多输入和多输出的信号,然后用相对简单的双端口网络分析仪进行分析和测量。

在核磁共振系统中,一般接收系统的信道数小于天线线圈的数量,因此也应切换多环线圈以供选择。

在当前的一般设计中,通过使用现成的开关芯片来实现切换功能。

然而,大多数开关芯片不可靠,容易损坏,并且电源线复杂。

例如,虽然SW-437芯片可以执行简单的开关功能,但它具有非常高的抗静电要求。

一般实验室和生产车间条件难以满足制造商的要求,因此实际应用不方便且易损坏。

在该设计中,设计了一种使用pin二极管的新型RF开关转换电路。

实现的功能是为四个RF输入信号选择任意两个RF信号输出。

计算机向基于LabView平台的射频开关提供的电压控制信号为数字信号,极高电平为5V,低电平为0V,射频开关所需的电压控制信号为10V,因此需要将5V转换为10V,1是转换电路图。

当输入信号input1为5V时,Q3导通,Q5截止,Q1导通,因此output1为0V。

此时,Q4截止,Q6导通,Q2截止,输出2输出VCC为10V。

最终,当LabView提供5V电压时,输入到开关的电压为10V和0V。

当输入信号input1为0V时,Q3关闭,Q5导通,Q1关闭,因此output1为10V。

此时,Q4导通,Q6截止,Q2导通,输出2输出为0V,输入到开关的电压为0V和10V。

满足微波射频开关的工作电压。

1)由于设计的合理性和对称性,确保了在特定带宽(120MHz)内的非常低的传输损耗,如图5所示(S21)。

S21表示:对于微波网络,当其他端口匹配时,即当50R电阻匹配时,测量的两个端口的传输具有物理公式:S21 = Uout / Uin。

该曲线在63.6 MHz的中心频率和120 MHz的带宽下保持非常低的传输损耗,约为-0.29 dB,并且在整个带宽上性能稳定。

2)电感器的交流电功能和电容器的直流阻断功能确保输入和输出端口之间的良好匹配,以及良好的反射系数,如图5(S11,S22)所示,在中心频率63.6 MHz,反射系数可达-30dB左右。

中心频率的大小由核磁共振的B0场的大小决定,1.5T系统的共振频率为63.6MHz。

3)保证良好的隔离,如图6所示,中心频率的隔离度低于-30 dB。

4)在实际应用中,高频率使用的电子元件最重要的性能和指标之一是应用环境要求不太严格,可靠性好,损坏不容易。

在这种设计中,由于使用了pin二极管,电路的可靠性得到了显着提高,克服了现有开关芯片容易损坏和可靠性差的缺点。

由于设计的合理性,微波射频开关参数(反射系数,透射系数,隔离度)是理想的。

该设计高度模块化,便于检测电路故障。

此外,设计应用灵活,4输入2输出可以使用一定的逻辑组合来获得所需的输入和输出组合。

在核磁共振系统中,广泛使用16输入和2输出。

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