微波開關(guān)設(shè)計的國內(nèi)外文獻綜述開關(guān)在電子系統(tǒng)中是作為路徑選擇和決定信號流經(jīng)方向的一種電子器件，廣泛應(yīng)用于無線通信收發(fā)系統(tǒng)、測量儀表等領(lǐng)域內(nèi)。但是在早期集成電路生產(chǎn)技術(shù)以及制造工藝稍微起步，由于技術(shù)不發(fā)達，人們選擇使用機械電子類開關(guān)來實現(xiàn)信號通通斷與路徑選擇等功能的。早期的機械開關(guān)常見的有轉(zhuǎn)子型和葉片型，其切換時間是以毫秒為單位的。而早期的電子類開關(guān)主要是鐵氧體類型，尺寸比機械開關(guān)要小一些，而且開關(guān)的切換時間降到了微秒級。然而這種開關(guān)驅(qū)動螺線管時需要的功率峰值較大，而且還存在著長時間保持大的線圈電流的問題。[2]隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，二極管的單向?qū)ㄌ匦员槐娙税l(fā)現(xiàn)并用來制作開關(guān)。大概在20世紀50年代末，MurrayR.Millet首先提出用晶體二極管來制作開關(guān)[3]。其工作原理是通過控制二極管直流偏置來改變二極管的阻抗從而實現(xiàn)控制信號導(dǎo)通還是截止。此次開關(guān)切換時間在毫秒級，而且只需要比較低的驅(qū)動頻率。隨著對晶體二極管的研究的深入，PIN二極管的相關(guān)特性也被利用來制作開關(guān)。普通的二極管是PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，而PIN顧名思義是P-I-N結(jié)構(gòu)。制造PIN二極管時，在P區(qū)與N區(qū)之間加入了一層薄的低摻雜高電阻率的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體。1964年，M.E.Hines提出用該類二極管來設(shè)計微波開關(guān)[4]。因為有本征層，所以它在外加正向偏置電壓時有著極小的導(dǎo)通電阻，此時視為開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。而外加反向偏置電壓時，又有著比較低的關(guān)斷電容，這對微波射頻信號來說是高阻的，可視開關(guān)為截止狀態(tài)。而且該類開關(guān)能夠承受較高的功率。這一提出使PIN工藝成為了當時開關(guān)的主流設(shè)計工藝，而且到今天也仍在使用該類開關(guān)。但是由于它需要較大的直流功耗，所以僅在一些超大功率場合使用。對于無線通信系統(tǒng)的信號基站收發(fā)設(shè)備此類小型設(shè)備中，以場效應(yīng)管（FET，fieldeffecttransistor）為核心的開關(guān)更為常用，因為它只需要很低的柵極電壓就可控制其通斷，在各種低功耗場合都十分適用。其中MOSFET和HEMT管較為常見。A.Klaassen和J.-M.Dieudonne在1995年的MTT-S國際微波研討會上，報告了關(guān)于工作頻率在77GHz的單片集成MMIC開關(guān)的設(shè)計、制造與評估[5]。其中單刀雙擲（SPDT，singlepoledoublethrow）和單刀三擲（SP3T）皆使用的是0.25umGaAsMESFET（Metal-SemiconductorFieldEffectTransistor）技術(shù)中的肖特基二極管（SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD）。這是肖特基二極管第一次在W波段（75到110

GHz）被用來制造成開關(guān)元件。另外還在硅SIMMWIC技術(shù)中，采用PIN二極管開發(fā)了SPDT開關(guān)。對于這幾種不同類型的開關(guān)，在工作頻率插入損耗可達到1.5-2.5dB，隔離度能達到高于20dB。隨后又在1997年的MTT-S國際微波研討會上，M.Case,M.Matloubian,Hsiang-ChihSun,D.Choudhury及C.Ngo等人報告了一種采用GaAsPIN二極管MMIC技術(shù)在共面波導(dǎo)(CPW，Co-PlanarWaveguide)的w波段單刀三擲開關(guān)（SP3T）[6]。在75~85GHz范圍內(nèi)，該開關(guān)的隔離度能達到高于20dB，插入損耗低于1.5dB的;而在整個75~110GHz頻段（W波段）內(nèi)，該開關(guān)能夠達到大于16dB的隔離度和低于1.6dB的插入損耗。據(jù)我所知，那是當時第一份具有最先進性能的w波段CPWSP3T開關(guān)的報告。在2005年，美國的TimothyM.Hancock在研究設(shè)計24GHz汽車雷達的SiGe組件時設(shè)計出一款針對脈沖寬帶的高隔離度的單刀雙擲差分吸收開關(guān)[7]，他通過使用差分電流控制，實現(xiàn)了低于100ps的包絡(luò)上升時間。該開關(guān)在通帶中產(chǎn)生1.9dB的增益，而隔離度能到達35dB。在2016年，D.P.Nguyen,A.Pham和F.Aryanfar基于0.15umGaAs技術(shù)設(shè)計了一款工作在18~27GHz的MMIC單刀雙擲開關(guān)[8]。分流FET的配置用于提供低的插入損耗和高隔離度，新型GaAs開關(guān)在22~26GHz范圍內(nèi)插入損耗最小能達到1.4dB，最高不超過2.5dB，其隔離度為44dB。在2019年，K.T.Trinh,H.Kao,H.Chiu和N.C.Karmakar提出了基于0.15μmGaAs工藝的工作在36–38GHz的MMIC單刀雙擲開關(guān)[9]。該開關(guān)的插入損耗小于3.2dB，隔離度優(yōu)于8dB，其端口的回波損耗均大于8.1dB。以上都是國外對于開關(guān)的研究，時間線較長。而國內(nèi)對于開關(guān)的研究設(shè)計時間較短但是其發(fā)展還是較為迅速的，部分國內(nèi)研究結(jié)果如下：中國科學(xué)院微電子研究生的吳茹菲在2008年研究出一款基于GaAsPIN二極管工藝，工作頻率在8到20GHz的單片單刀雙擲開關(guān)[10]。開關(guān)采用串聯(lián)-并聯(lián)-并聯(lián)的拓撲結(jié)構(gòu)，正向?qū)〞r，插入損耗最小可以達到1.5dB，其輸入與輸出端口的回波損耗小于-10dB。而關(guān)斷狀態(tài)的隔離度最大可以達到32dB。2009年時，中國電子科技集團公司第十三研究所的李富強、方圓、高學(xué)邦等人基于0.25μmGaAsPHEMT工藝設(shè)計出一款工作頻率在18-30GHz（K/Ka波段）的并聯(lián)反射型拓撲結(jié)構(gòu)的單刀雙擲開關(guān)[11]。該開關(guān)導(dǎo)通時插入損耗可以達到低于1.5dB，輸入與輸出駐波比小于1.5：1.而開關(guān)關(guān)斷狀態(tài)下隔離度大于30dB。2011年時，河北工業(yè)大學(xué)以及中國電子科技集團公司第十三研究所的王立發(fā)、楊瑞霞等人使用了兩個PIN二極管設(shè)計出一種工作頻率在8-20GHz的并聯(lián)結(jié)構(gòu)的高功率容量的單刀雙擲開關(guān)[12]。電路設(shè)計中采用了一種新的結(jié)構(gòu)（微帶線匹配電路）解決了并聯(lián)結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)大的帶寬的缺點。該開關(guān)在8-15GHZ內(nèi)插入損耗低于1.5dB。在整個工作頻率范圍內(nèi)能整體優(yōu)于1.7dB，其隔離度也能優(yōu)于21dB。2016年時中國科學(xué)院微電子研究所的劉宇轍、梁曉新等人基于0.15μmGaAsPHEMT工藝設(shè)計出一款寬帶低插入損耗的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的單刀雙擲開關(guān)[13]。該開關(guān)在基礎(chǔ)的拓撲結(jié)構(gòu)上引入鍵合線電感優(yōu)化了電路的射頻性能。在DC-6GHz的工作頻率內(nèi),插入損耗優(yōu)于0.55dB,隔離度優(yōu)于24dB。2020年南京電子技術(shù)研究所的張浩和汪璨星研究出一款基于0.13μmSiGeBiCMOS工藝的工作在25～40GHz的非對稱單刀雙擲開關(guān)[14]。其發(fā)射模式下插入損耗小于1.8dB，隔離度大于19dB。2021年中北大學(xué)的范麗娜、吳倩楠等人研究出一種基于雪花型功分器的單刀五擲MEMS開關(guān)[15]，在1～20GHz頻段內(nèi)，五個端口插入損耗在0.2dB2以下、隔離度在23dB以上。參考文獻[1]秦昌.GaAs微波開關(guān)與衰減器研究與設(shè)計[D].電子科技大學(xué),2019.[2]寧欣宇.基于GaAs工藝的芯片級微波開關(guān)和可調(diào)濾波器的設(shè)計與研究[D].安徽大學(xué),2020.[3]M.R.Millet.MicrowaveSwitchingbyCrystalDiodes[J].IRETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,1958,6(3):284-290[4]M.E.Hines.FundamentallimitationsinRFswitchingusingsemiconductordiodes[C].1963InternationalElectronDevicesMeeting,WashingtonDC,1963,30-30[5]Klaassen.AandDieudonne.J.-M.77GHzmonolithicMMICschottky-andPIN-diodeswitchesbasedonGaAsMESFETandsiliconSIMMWICtechnology.Proceedingsof1995IEEEMTT-SInternationalMicrowaveSymposium[C],Orlando,1995:1631-1634[6]Case.M,Matloubian.MandSun.H.C,etal.High-performanceW-bandGaAsPINdiodesingle-poletriple-throwswitchCPWMMIC.IEEEMTT-SInternationalMicrowaveSymposiumDigest[C],Denver,1997:1047-1051[7]T.M.Hancock,G.M.Rebeiz.Designandanalysisofa70-psSiGedifferentialRFswitch[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2005,53(7):2403-2410[8]Nguyen.D.P,Pham.AandAryanfar.F.AK-bandhighpowerandhighisolationstacked-FETsinglepoledoublethrowMMICswitchusingresonatingcapacitor[J].IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2016,26(9):696-698[9]Trinh.K,Kao.T,HandChiuH,etal.AKa-BandGaAsMMICtraveling-waveswitchwithabsorptivecharacteristic[J].IEEEIEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,2019,29(6):394-396[10]吳茹菲,尹軍艦,劉會東,張海英.8～20GHzGaAspin二極管單片單刀雙擲開關(guān)(英文)[J].半導(dǎo)體學(xué)報,2008(10):1864-1867.[11]李富強,方園,高學(xué)邦,吳洪江,劉文杰.毫米波單刀雙擲開關(guān)的設(shè)計與制作[J].半導(dǎo)體技術(shù),2009,34(01):17-20.[12]王立發(fā),楊瑞霞,吳景峰,賈英茜.寬帶pin二極管單刀雙擲開關(guān)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].半導(dǎo)體技術(shù),2011,36(03):238-241.[13]劉宇轍,梁曉新,萬晶,閻躍鵬.一種DC-6G