RF переключатель - RF switch

An RF переключатель или же микроволновый переключатель это устройство для маршрутизации высокая частота сигналы через тракты передачи. РФ (радиочастота ) и микроволновая печь переключатели широко используются в микроволновых испытательных системах для передачи сигналов между приборами и тестируемые устройства (DUT). Включение переключателя в систему с коммутационной матрицей позволяет направлять сигналы от нескольких приборов к одному или нескольким ИУ. Это позволяет выполнять несколько тестов с одной и той же настройкой, устраняя необходимость в частых подключениях и отключениях. Весь процесс тестирования можно автоматизировать, увеличивая пропускную способность в средах массового производства.

Как и другие электрические переключатели, РЧ- и СВЧ-переключатели обеспечивают различные конфигурации для множества различных приложений. Ниже приведен список типичных конфигураций и использования коммутатора:

Однополюсный, двойной ход (SPDT или 1: 2) переключает маршрутизацию сигналов с одного входа на два выходных тракта.

Однополюсный двухпозиционный переключатель (SPDT) от Agilent Technologies

Многопортовые переключатели или однополюсные переключатели с несколькими направлениями (SPnT) позволяют использовать один вход для нескольких (трех или более) выходных путей.
Переключатели передачи или же двойной полюс, двойной бросок (DPDT) переключатели могут служить различным целям.
Переключатели байпаса вставляют или удаляют тестовый компонент из тракта прохождения сигнала.

Типичное применение 4-портового обходного переключателя

RF CMOS переключатели имеют решающее значение для современных беспроводной телекоммуникации, включая беспроводные сети и мобильная связь устройств. Infineon оптовых CMOS RF-переключателей продается более 1 миллиардов единиц в год, в сумме достигнув 5 млрд единиц, по состоянию на 2018 год^{[Обновить]}.^[1]

Технологии

Два основных типа ВЧ- и СВЧ-переключателей имеют разные возможности:

Электромеханический переключатели основаны на простой теории электромагнитная индукция. В качестве механизма переключения они полагаются на механические контакты.

Некоторые из электромеханических переключателей от Agilent Technologies

А твердое состояние переключатель - это электронное переключающее устройство на основе полупроводниковой технологии (например, МОП-транзистор, PIN-диод ). Он функционирует аналогично электромеханическому переключателю, за исключением того, что у него нет движущихся частей.

Некоторые твердотельные переключатели от Agilent Technologies

Параметры	Электромеханический	Твердое состояние
Диапазон частот	из [DC]	от кГц
Вносимая потеря	низкий	высоко
Обратные потери	хороший	хороший
Повторяемость	хороший	отлично
Изоляция	отлично	хороший
Скорость переключения	в мс	в нс
Время установления	<15 мс	<1 мкс
Управление мощностью	высоко	низкий
Утечка видео	никто	низкий
Срок службы	5 миллионов циклов	бесконечный
Устойчивость к электростатическому разряду	высоко	низкий
Чувствительны к	вибрация	Перенапряжение мощности RF

Параметры

Диапазон частот

Радиочастотные и микроволновые приложения имеют диапазон частот от 100 МГц для полупроводников до 60 ГГц для спутниковой связи. Аксессуары для широкополосной связи повышают гибкость системы тестирования за счет расширения частотного диапазона. Однако частота всегда зависит от приложения, и широкая рабочая частота может быть принесена в жертву другим критическим параметрам. Например, анализатор цепей может выполнять развертку 1 мс для измерения вносимых потерь, поэтому для этого приложения время установления или скорость переключения становится критическим параметром для обеспечения точности измерения.

Вносимая потеря

Помимо правильного выбора частоты, вносимая потеря имеет решающее значение для тестирования. Потери более 1 или 2 дБ ослабят пиковые уровни сигнала и увеличат время нарастания и спада фронта. Система с низкими вносимыми потерями может быть достигнута за счет минимизации количества разъемов и проходных путей или путем выбора устройств с низкими вносимыми потерями для конфигурации системы. Поскольку на более высоких частотах мощность стоит дорого, электромеханические переключатели обеспечивают минимально возможные потери на пути передачи.

Обратные потери

Возвратные потери вызваны несоответствием импедансов между цепями. На микроволновых частотах свойства материала, а также размеры элемента сети играют важную роль в определении согласования или рассогласования импеданса, вызванного распределенным эффектом. Коммутаторы с превосходными характеристиками обратных потерь обеспечивают оптимальную передачу мощности через коммутатор и всю сеть.

Повторяемость

Низкая повторяемость вносимых потерь снижает количество источников случайных ошибок на пути измерения, что повышает точность измерения. Воспроизводимость и надежность переключателя гарантирует точность измерений и может снизить стоимость владения за счет сокращения циклов калибровки и увеличения времени безотказной работы испытательной системы.

Изоляция

Изоляция - это степень ослабления нежелательного сигнала, обнаруженного в интересующем порте. Изоляция становится более важной на более высоких частотах. Высокая изоляция снижает влияние сигналов из других каналов, поддерживает целостность измеряемого сигнала и снижает погрешности измерения системы. Например, матрице переключения может потребоваться направить сигнал в анализатор спектра для измерения на уровне –70 дБмВт и одновременно направить другой сигнал на уровне +20 дБмВт. В этом случае переключатели с высокой изоляцией, 90 дБ или более, сохранят целостность измерения сигнала малой мощности.

Скорость переключения

Скорость переключения определяется как время, необходимое для изменения состояния порта коммутатора (рычага) с «ВКЛ» на «ВЫКЛ» или с «ВЫКЛ» на «ВКЛ».

Время установления

Поскольку время переключения определяет только конечное значение, равное 90% от установившегося / конечного значения РЧ-сигнала, время установления часто выделяется в характеристиках твердотельного переключателя, где потребность в точности и прецизионности является более критичной. Время установления измеряется до уровня, близкого к окончательному значению. Широко используемое значение запаса до окончательного времени установления составляет 0,01 дБ (99,77% от конечного значения) и 0,05 дБ (98,86% от конечного значения). Эта спецификация обычно используется для GaAs FET переключает, потому что они имеют эффект задержки затвора, вызванный захватом электронов на поверхности GaAs.

Управление мощностью

Управление питанием определяет способность переключателя управлять питанием и очень зависит от конструкции и используемых материалов. Существуют различные номиналы мощности для переключателей, такие как горячее переключение, холодное переключение, средняя мощность и пиковая мощность. Горячее переключение происходит, когда РЧ / СВЧ-мощность присутствует на портах переключения во время переключения. Холодное переключение происходит при отключении питания сигнала перед переключением. Холодное переключение приводит к снижению контактного напряжения и увеличению срока службы.

Прекращение

Оконечная нагрузка на 50 Ом критична во многих приложениях, так как каждая открытая неиспользуемая линия передачи имеет возможность резонировать. Это важно при разработке системы, работающей на частотах до 26 ГГц или выше, где изоляция переключателей значительно снижается. Когда переключатель подключен к активному устройству, отраженная мощность незавершенного пути может повредить источник.

Электромеханические переключатели классифицируются как прекращенные и незавершенные. Переключатели с оконечной нагрузкой: когда выбранный путь замкнут, все остальные пути заканчиваются нагрузкой 50 Ом, и ток на все соленоиды отключается. Незаземленные переключатели отражают мощность.

Твердотельные переключатели делятся на поглощающие или отражающие. Абсорбционные переключатели включают в себя 50-омную оконечную нагрузку в каждом из выходных портов для обеспечения низкого уровня сигнала. КСВН как в выключенном, так и в включенном состоянии. Отражающие переключатели проводят ВЧ-мощность, когда диод смещен в обратном направлении, и отражают ВЧ-мощность при прямом смещении.

Утечка видео

Утечка видеосигнала относится к паразитным сигналам, присутствующим на РЧ-портах коммутатора, когда он переключается без РЧ-сигнала. Эти сигналы возникают из сигналов, генерируемых драйвером переключателя, и, в частности, из-за всплеска напряжения на переднем фронте, необходимого для высокоскоростного переключения PIN-диодов. Амплитуда утечки видео зависит от конструкции переключателя и драйвера переключателя.

Срок службы

Длительный срок службы снижает затраты на цикл и бюджетные ограничения, позволяя производителям быть более конкурентоспособными.

Смотрите также

Матрица дворецкого