可切换的信号路由电路的制作方法
【专利说明】可切换的信号路由电路
[0001] 本发明的实施例设及用于路由至少一个输入端口与至少一个输出端口之间的信 号的可切换的信号路由电路。进一步的实施例设及用于操作可切换的信号路由电路的方 法。一些实施例设及组合的RF可变分流器+开关（RF=射频）。
[0002] 具有被设计为将一个输入端口的信号同时发送至N个输出端口的分配网络是受 期望的，其具有下面的附加要求（或约束）： 阳00引 1.分配网络应当是宽带，理论上从DC到无穷大频率值C=直流）。
[0004] 2.分配网络的N个输出端口的每一个输出端口应当单独地可选择作为传输的输 出端口或不传输的输出端口。 阳0化]3.作为最低要求，分配网络的被选择用于传输的输入端口和所有的1(1《1《脚 个输出端口应当是阻抗匹配的。
[0006] 4.作为附加要求，不仅该M个传输端口，而且余下的端口也应当是阻抗匹配的， 即，不依赖于哪个（哪些）端口处于传输状态，分配网络的所有N+1个端口应当是阻抗匹配 的。
[0007] 5.分配网络的插入损耗应当被减少（或甚至被最小化）。
[0008] 6.分配网络的溫度依赖性应当被降低（或甚至被最小化）。
[0009] 7.分配网络的线性度应当被增加（或甚至被最大化）。
[0010] 8.分配网络对制造工艺变化的敏感性和后期制作调整的要求应当被减少（或甚 至被最小化）。
[0011] 具有一些（但不是全部）上述列出的要求的一种可能的结构是单极N掷（SPNT) 开关，其中在运一环境中，N是整数倍数并且表示"多个"。SPNT开关的详细描述可W 在"RobertoSorrentino,GiovanniBianchi:MicrowaveandRFEngineering，Ch. 10， pp. 363-389"中找到。SPNT开关的主要缺点是在可用的N个输出端口中在一个时刻只有一 个输出端口可W被选择。
[0012] 因此，至少表明要求2,即N个输出端口的每一个输出端口应当单独地可选择作为 传输的输出端口或不传输的输出端口的要求不被满足。
[0013] 满足一些（但再次不是全部）上述列出的要求的一个其他电路是N输出分流器 10,如图1中所图式化的。它由在图1中被指示为Ri至Rwu的N+1个等值的电阻器和在图 1中被指示为Pi至PWU的N+1个端口组成。N+1个等值的R1至RWU电阻器将N+1个端口P1 至Pwu连接至公共节点12。因此，N+1个等值的电阻器R1至RWU包括固定的或恒定的电阻 值。
[0014] 用于同时匹配所有的N+1个端口Pi至Pwu的条件（即，为了满足表明被选择用于 传输的输入端口和所有的M个输出端口应当是阻抗匹配的要求3和表明不仅该M个传输端 口而且其余端口也应当是阻抗匹配的要求4)是：
[0015]
,(1<A:<jV+ 1) 。）
[0016] 其中R。是参考阻抗，通常等于50 0。
[0017] 在由等式（1)所描述的条件下，由于所有的端口是完全等价的，图1中的网络的分 散参数是
[0018]
{\<h,k<N + \, h丰k) (2)
[0019] S化=0(l《k《N+l)做
[0020] 等式做确认结构的阻抗匹配，并且无需进一步的解释。等式似表明分流器10 将输入功率传输至它的N个输出端口P,至PWU中的每一个输出端口，其中线性单元的衰减 等于它自身的输出端口Pz至Pww的数量N的倒数。从等式（2)同样可W推断输入功率Piw(在 输入端口Pi处呈现）与全局性地传输至输出端口P2至PWU的输出功率P的比率是
[0021]
(4) 阳02引换句话说，只有可用的输入功率Pw的1/N在输出端口P2至Pwu之间共享，运里 余下的（N-D/N的可用的输入功率Pw被耗散在结构10之内。运可能与表明分配网络的 插入损耗应当被减少（或甚至被最小化）的要求5相反。另一方面，实现非耗散的N路分 配器结构的唯一方式是通过使用电抗元件，而不是电阻器。一种运样的可能是基于所谓的 WUkinson功率分配器，女日"Giovanni Bianchi :Microwave and RF Engineering，Ch. 7， pp. 205-209"所描述的。不幸的是，电抗元件本质上是基于频率的。因此，非耗散的分配网 络只能用相对较少的倍频程的相对带宽来实现。
[0023] 图2在表中列出了N路功率分流器的电阻值和传输系数。换句话说，图2在表中 列出了固定等值电阻器的电阻值（假定R。= 50Q)和具有从1到16的若干输出端口的功 率分流器的输入输出传输系数（1输出功率分流器是包括直接输入输出连接的平凡结构）。
[0024] 图1中显示的结构未能满足的附加要求是要求2,即N个输出端口的每一个输出端 口应当单独地可选择作为传输的输出端口或不传输的输出端口。
[0025] 因此，本发明的目的是减少或甚至避免上面提到的缺点。
[0026] 该目的由根据权利要求1的可切换的信号路由电路、根据权利要求15的用于操作 可切换的信号路由电路的方法和根据权利要求17的计算机程序来解决。
[0027] 提供了用于在至少一个输入端口与至少一个输出端口之间路由信号的可切换的 信号路由电路。端口通过可变电阻器被连接至公共节点，其中可切换的信号路由电路被配 置为根据活跃端口的数量来设置可变电阻器的电阻值。
[0028] 此外，提供了用于操作用于在至少一个输入端口与至少一个输出端口之间路由信 号的可切换的信号路由电路的方法。端口通过可变电阻器被连接至公共节点。该方法包括 根据活跃端口的数量来设置可变电阻器的电阻值。
[0029] 本文将参考附图对本发明的实施例进行描述。
[0030] 图1显示了无源N路分流器的框图。
[0031] 图2在表中列出了N路功率分流器的电阻值和传输系数。
[0032] 图3显示了无源可切换的功率分流器的框图。
[0033] 图4a显示了具有串联元件的吸收性SPST的框图。
[0034] 图4b显示了具有并联元件的吸收性SPST的框图。
[0035] 图5根据本发明的实施例显示了可切换的信号路由电路的框图。
[0036] 图6a显示了可变电阻器的框图。
[0037] 图化显示了基于PIN二极管的图6a中显示的可变电阻器的实现。
[0038] 图6c显示了基于阳T的图6a中显示的可变电阻器的实现。
[0039] 图7a显示了可变电阻器的框图。
[0040] 图化根据本发明的实施例显示了图7a中显示的可变电阻器的实现的框图。
[0041] 图7c根据本发明的进一步的实施例显示了图7a中显示的可变电阻器的实现的框 图。
[0042] 图7d根据本发明的进一步的实施例显示了图7a中显示的可变电阻器的实现的框 图。
[0043] 图7e根据本发明的进一步的实施例显示了图7a中显示的可变电阻器的实现的框 图。
[0044] 图8在表中列出了图化中显示的可变电阻器和图7c中显示的可变电阻器能够提 供的不同的电阻值。 W45] 图9在表中比较了为了提供相同数量的不同电阻值，要求图化中显示的可变电阻 器的电阻器单元的数量和要求图7c中显示的可变电阻器的电阻器单元的数量。
[0046] 相同或等同的元件或具有相同或等同的功能的元件在下面的描述中通过相同或 等同的参考编号来表示。
[0047] 在对本发明的实施例进行描述之前，提出了通过在输出处引入额外的SPST开关 来满足要求2 (表明N个输出端口的每一个输出端口应当单独地可选择作为传输的输出端 口或不传输的输出端口）的无源可切换功率分流器。
[0048] 图3显示了无源可切换的功率分流器20的框图。注意到图3中显示的结构是基于 图1中显示的结构，通过在被表示为Pz至Pww的N个输出端口处添加N个单刀单掷（SPST) 开关222至22WU而得到。因此，SPST开关是N= 1的SPNT开关的特殊与简化的情形。
[0049] 换句话说，无源可切换的功率分流器20包括无源分流器21，该无源分流器21包括 N+1个等值电阻器Ri至RWU，和在等值电阻器Ri至RWU与输出端口P2至Pwu之间进行连接 的N个单刀单掷（SPST)开关222至22WU。
[0050] 图3中使用的SPST开关2?至22WU是吸收性的，它们呈现了理想地完全阻抗匹配 至它们两个端口，独立于各自的端口是否是传输（即，活跃）或不传输（即，不活跃），或换 句话说，独立于设置的状态。运样，图3中显示的无源分流器20在正常情况下（它的所有 的端口是阻抗匹配的）工作，同时所有的输出端口Pz至Pwu可W单独地被选择为传输或不 传输。
[0051] 图4a与4b显示了在非传输状态下具有阻抗匹配的吸收性SPST开关的两种替代 结构。更确切地说，图4a显示了具有串联元件（具有R。的SWA和具有R。的SWc)的吸收性 SPST开关的实现，图4b显示了具有并联元件（具有R。的SW