微波開關(guān)設(shè)計(jì)的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述開關(guān)在電子系統(tǒng)中是作為路徑選擇和決定信號(hào)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(dá)，人們選擇使用機(jī)械電子類開關(guān)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)通通斷與路徑選擇等功能的。早期的機(jī)械開關(guān)常見的有轉(zhuǎn)子型和葉片型，其切換時(shí)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(jī)械開關(guān)要小一些，而且開關(guān)的切換時(shí)間降到了微秒級(jí)。然而這種開關(guān)驅(qū)動(dòng)螺線管時(shí)需要的功率峰值較大，而且還存在著長時(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)控制信號(hào)導(dǎo)通還是截止。此次開關(guān)切換時(shí)間在毫秒級(jí)，而且只需要比較低的驅(qū)動(dòng)頻率。隨著對(duì)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(shí)，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(jì)微波開關(guān)[4]。因?yàn)橛斜菊鲗樱运谕饧诱蚱秒妷簳r(shí)有著極小的導(dǎo)通電阻，此時(shí)視為開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。而外加反向偏置電壓時(shí)，又有著比較低的關(guān)斷電容，這對(duì)微波射頻信號(hào)來說是高阻的，可視開關(guān)為截止?fàn)顟B(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(dāng)時(shí)開關(guān)的主流設(shè)計(jì)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(duì)于無線通信系統(tǒng)的信號(hào)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?yàn)樗恍枰艿偷臇艠O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(huì)上，報(bào)告了關(guān)于工作頻率在77GHz的單片集成MMIC開關(guān)的設(shè)計(jì)、制造與評(píng)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(duì)于這幾種不同類型的開關(guān)，在工作頻率插入損耗可達(dá)到1.5-2.5dB，隔離度能達(dá)到高于20dB。隨后又在1997年的MTT-S國際微波研討會(huì)上，M.Case,M.Matloubian,Hsiang-ChihSun,D.Choudhury及C.Ngo等人報(bào)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(dá)到高于20dB，插入損耗低于1.5dB的;而在整個(gè)75~110GHz頻段（W波段）內(nèi)，該開關(guān)能夠達(dá)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(dāng)時(shí)第一份具有最先進(jìn)性能的w波段CPWSP3T開關(guān)的報(bào)告。在2005年，美國的TimothyM.Hancock在研究設(shè)計(jì)24GHz汽車?yán)走_(dá)的SiGe組件時(shí)設(shè)計(jì)出一款針對(duì)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(shí)現(xiàn)了低于100ps的包絡(luò)上升時(shí)間。該開關(guān)在通帶中產(chǎn)生1.9dB的增益，而隔離度能到達(dá)35dB。在2016年，D.P.Nguyen,A.Pham和F.Aryanfar基于0.15umGaAs技術(shù)設(shè)計(jì)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(dá)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(duì)于開關(guān)的研究，時(shí)間線較長。而國內(nèi)對(duì)于開關(guān)的研究設(shè)計(jì)時(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，正向?qū)〞r(shí)，插入損耗最小可以達(dá)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(dá)到32dB。2009年時(shí)，中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所的李富強(qiáng)、方圓、高學(xué)邦等人基于0.25μmGaAsPHEMT工藝設(shè)計(jì)出一款工作頻率在18-30GHz（K/Ka波段）的并聯(lián)反射型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的單刀雙擲開關(guān)[11]。該開關(guān)導(dǎo)通時(shí)插入損耗可以達(dá)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(shí)，河北工業(yè)大學(xué)以及中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所的王立發(fā)、楊瑞霞等人使用了兩個(gè)PIN二極管設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)大的帶寬的缺點(diǎn)。該開關(guān)在8-15GHZ內(nèi)插入損耗低于1.5dB。在整個(gè)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(shí)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(jì)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?fù)浣Y(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(duì)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(gè)端口插入損耗在0.2dB2以下、隔離度在23dB以上。參考文獻(xiàn)[1]秦昌.GaAs微波開關(guān)與衰減器研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2019.[2]寧欣宇.基于GaAs工藝的芯片級(jí)微波開關(guān)和可調(diào)濾波器的設(shè)計(jì)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(huì)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(bào),2008(10):1864-1867.[11]李富強(qiáng),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(jì)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(jì)與實(shí)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