радиочастотный переключатель

Радиочастотный переключатель или микроволновый переключатель — это устройство для направления высокочастотных сигналов по путям передачи. Радиочастотные ( радиочастотные ) и микроволновые переключатели широко используются в микроволновых испытательных системах для маршрутизации сигналов между приборами и тестируемыми устройствами (DUT). Включение переключателя в матричную систему коммутаторов позволяет направлять сигналы от нескольких приборов на одно или несколько тестируемых устройств. Это позволяет выполнять несколько тестов с одной и той же настройкой, устраняя необходимость частых подключений и отключений. Весь процесс тестирования можно автоматизировать, что увеличивает производительность в крупносерийных производственных средах.

Как и другие электрические переключатели , радиочастотные и микроволновые переключатели имеют различные конфигурации для множества различных применений. Ниже приведен список типичных конфигураций и использования коммутатора:

Однополюсные, двойные переключатели (SPDT или 1:2) переключают сигналы с одного входа на два выходных канала.

Многопортовые переключатели или однополюсные многопозиционные переключатели (SPnT) позволяют использовать один вход для нескольких (трех или более) выходных путей.
Переключатели резерва или двухполюсные переключатели с двойным переключением (DPDT) могут служить различным целям.
Байпасные переключатели вставляют или удаляют тестовый компонент из тракта прохождения сигнала.

Радиочастотные КМОП- переключатели имеют решающее значение для современных беспроводных телекоммуникаций , включая беспроводные сети и мобильной связи устройства миллиарда . Массовые КМОП-ВЧ-переключатели Infineon продаются более 1 единиц в год, а совокупный объем продаж по состоянию на 2018 год достиг 5 миллиардов единиц. ^[update]. ^[1]

Технологии

Два основных типа радиочастотных и микроволновых переключателей имеют разные возможности:

Электромеханические переключатели основаны на простой теории электромагнитной индукции . В качестве механизма переключения они полагаются на механические контакты.

переключатель Твердотельный — это электронное коммутационное устройство, основанное на 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	Твердотельный
Диапазон частот	из [DC]	от кГц
Вносимая потеря	низкий	высокий
Возвратные потери	хороший	хороший
Повторяемость	хороший	отличный
Изоляция	отличный	хороший
Скорость переключения	в мс	в нс
Время урегулирования	< 15 мс	< 1 мкс
Мощность	высокий	низкий
Утечка видео	никто	низкий
Срок эксплуатации	5 миллионов циклов	бесконечный
иммунитет к электростатическому разряду	высокий	низкий
Чувствителен к	вибрация	Перенапряжение радиочастотной мощности

Параметры

Диапазон частот

Радиочастотные и микроволновые приложения имеют диапазон частот от 100 МГц для полупроводников до 60 ГГц для спутниковой связи. Широкополосные аксессуары повышают гибкость испытательной системы за счет расширения частотного покрытия. Однако частота всегда зависит от применения, и широкой рабочей частотой можно пожертвовать ради соответствия другим критическим параметрам. Например, анализатор цепей может выполнять развертку в 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, вносимые потери решающее значение для тестирования имеют . Потери более 1 или 2 дБ приведут к снижению пиковых уровней сигнала и увеличению времени нарастания и спада фронта. Система с низкими вносимыми потерями может быть достигнута путем 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.

Возвратные потери

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

Повторяемость

Низкая повторяемость вносимых потерь уменьшает количество источников случайных ошибок на пути измерения, что повышает точность измерений. Повторяемость и надежность переключателя гарантируют точность измерений и могут 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 порту. Изоляция становится более важной на более высоких частотах. Высокая изоляция снижает влияние сигналов других каналов, поддерживает целостность измеряемого сигнала и снижает погрешности измерения системы. Например, матрице радиочастотного переключателя может потребоваться направить сигнал на анализатор спектра для измерения на уровне –70 дБм и одновременно направить другой сигнал на уровне +20 дБм. В этом случае переключатели с высокой изоляцией, 90 дБ и более, сохранят целостность измерения маломощного сигнала.

Скорость переключения

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

Время урегулирования

Поскольку время переключения определяет только конечное значение, равное 90 % от установленного/окончательного значения радиочастотного сигнала, время установления часто выделяется в характеристиках полупроводниковых переключателей, где потребность в точности и точности является более критичной. Время стабилизации измеряется до уровня, близкого к конечному значению. Широко используемое значение времени установления предела до конечного значения составляет 0,01 дБ (99,77% конечного значения) и 0,05 дБ (98,86% конечного значения). Эта спецификация обычно используется для GaAs переключателей на полевых транзисторах , поскольку они имеют эффект задержки затвора, вызванный захватом электронов на поверхности GaAs.

Мощность

Управление мощностью определяет способность переключателя управлять мощностью и во многом зависит от конструкции и используемых материалов. Для переключателей существуют различные номинальные значения мощности, такие как горячее переключение, холодное переключение, средняя мощность и пиковая мощность. Горячее переключение происходит, когда в момент переключения на портах переключения присутствует радиочастотная/микроволновая мощность. Холодное переключение происходит, когда перед переключением отключается питание сигнала. Холодное переключение приводит к снижению контактного напряжения и увеличению срока службы.

Прекращение действия

Оконечная нагрузка 50 Ом имеет решающее значение во многих приложениях, поскольку каждая открытая неиспользуемая линия передачи может резонировать. Это важно при проектировании системы, работающей на частотах до 26 ГГц и выше, где изоляция переключателя значительно снижается. Когда коммутатор подключен к активному устройству, отраженная мощность незавершенного пути может повредить источник.

Электромеханические переключатели делятся на терминированные и нетерминированные. Оконечные переключатели: когда выбранный путь замыкается, все остальные пути замыкаются на нагрузку 50 Ом, и ток на все соленоиды отключается. Незавершенные переключатели отражают мощность.

Твердотельные переключатели делятся на поглощающие и отражающие. Абсорбционные переключатели имеют оконечное сопротивление 50 Ом в каждом из выходных портов, чтобы обеспечить низкий КСВ как в выключенном, так и в включенном состоянии. Отражательные переключатели проводят радиочастотную мощность, когда диод смещен в обратном направлении, и отражают радиочастотную мощность, когда он смещен в прямом направлении.

Утечка видео

Утечка видео относится к паразитным сигналам, присутствующим на радиочастотных портах коммутатора, когда он переключается без присутствия радиочастотного сигнала. Эти сигналы возникают из форм сигналов, генерируемых драйвером переключателя, и, в частности, из переднего фронта напряжения, необходимого для высокоскоростного переключения PIN-диодов. Амплитуда утечки видео зависит от конструкции коммутатора и драйвера коммутатора.

Срок эксплуатации

Длительный срок эксплуатации снижает стоимость цикла и бюджетные ограничения, позволяя производителям быть более конкурентоспособными.

См. также

Матрица Батлера

Ссылки

^ «Infineon достигла важной вехи в области массовых КМОП-радиочастотных коммутаторов» . ЭЭ Таймс . 20 ноября 2018 года . Проверено 26 октября 2019 г.

Внешние ссылки

Keysight (21 мая 2010 г.), Общие сведения о ВЧ/СВЧ твердотельных переключателях и их применении (PDF) , Рекомендации по применению, Keysight Technologies
Charter Engineering (16 августа 2021 г.), Как выбрать радиочастотный переключатель , Рекомендации по применению, Charter Engineering

[1] «Infineon достигла важной вехи в области массовых КМОП-радиочастотных коммутаторов» . ЭЭ Таймс . 20 ноября 2018 года . Проверено 26 октября 2019 г.

[1]