- 射頻開關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)

此外，固態(tài)射頻開關(guān)對(duì)靜電放電更為敏感，且其功率處理能力取決于開關(guān)構(gòu)型、連接器類型、工作頻率以及環(huán)境溫度。某些構(gòu)型的PIN二極管開關(guān)雖然可處理峰值為數(shù)千瓦的功率，但是同時(shí)需以更低的開關(guān)速度為代價(jià)。PIN二極管開關(guān)的一例為Pasternack的PE7167單刀四擲開關(guān)，該產(chǎn)品的工作頻率為500MHz~40GHz，最大開關(guān)速度為100納秒，輸入功率處理能力最高可達(dá)+20dBm。

總體而言，與機(jī)電式開關(guān)相比，固態(tài)射頻開關(guān)的可靠性更高，使用壽命更長(zhǎng)，開關(guān)速度更快。因此，在對(duì)開關(guān)速度和可靠性要求更高的應(yīng)用中，應(yīng)該優(yōu)先選擇固態(tài)射頻開關(guān)；在需要寬頻段覆蓋低至直流以及低插入損耗的應(yīng)用中，優(yōu)先選擇機(jī)電式開關(guān)；在以長(zhǎng)使用壽命為絕對(duì)要求的應(yīng)用中，優(yōu)先選擇高可靠性開關(guān)。

如以上示意圖所示，Pasternack的PE71S6064單刀雙擲開關(guān)使用機(jī)電式射頻開關(guān)的數(shù)種典型構(gòu)件，包括直流28V閉鎖致動(dòng)器，連接開關(guān)狀態(tài)指示燈的數(shù)個(gè)獨(dú)立觸片，以及設(shè)于閑置端口的50歐姆終端匹配電阻

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該了解上述各種開關(guān)產(chǎn)品的其他特征，例如50歐姆電阻性負(fù)載。開關(guān)電路中，任何閑置的開路傳輸線路都有可能在微波范圍內(nèi)的頻率下發(fā)生共振。這種共振可將電能反射回處于工作狀態(tài)下的射頻源，從而對(duì)其造成損害。對(duì)于工作頻率為26 GHz或更高的系統(tǒng)而言，由于隔離度大大下降，上述損害將更為嚴(yán)重。因此，多數(shù)傳輸線路都設(shè)計(jì)有50歐姆的阻抗，從而使得射頻開關(guān)在內(nèi)置50歐姆電阻性負(fù)載后，反射能量極少。

機(jī)電式射頻開關(guān)分為端接型和非端接型兩類。在端接型開關(guān)中，當(dāng)所有通道均端接50歐姆負(fù)載時(shí)，則關(guān)閉選定的通道，從而將所有電流截止或隔離。如此，入射信號(hào)的能量將由端接電阻吸收，而不反射回射頻源。非端接型開關(guān)內(nèi)不設(shè)置50歐姆負(fù)載，因此必須由系統(tǒng)的其他部分實(shí)現(xiàn)可降低能量反射的阻抗匹配。非端接型開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于其插入損耗較小。

圖示為單刀雙擲射頻開關(guān)一例，其使用PIN二極管作為開關(guān)元件以及作為隔斷射頻通道與直流偏置信號(hào)通道的無源器件。在典型應(yīng)用中，所示公共射頻端可連接系統(tǒng)天線，而射頻端1和2分別連接發(fā)射器和接收器。所述PIN二極管用作射頻電阻器，其電阻值由該二極管的正向直流偏置電流調(diào)節(jié)。一般情況下，對(duì)于典型PIN二極管而言，直流偏置電流可在三個(gè)或更多數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其射頻電阻值。當(dāng)上述二極管處于偏置截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其阻抗高至接近斷路電路的阻抗。

機(jī)電式射頻開關(guān)的另一個(gè)重要特征在于其電樞繼電器機(jī)制。線圈通電時(shí)，感應(yīng)磁場(chǎng)將使電樞線圈發(fā)生移動(dòng)，從而打開或關(guān)閉觸點(diǎn)。非閉鎖開關(guān)內(nèi)設(shè)有彈簧或磁鐵，其可在電流不流通時(shí)，將開關(guān)保持于一初始常閉狀態(tài)。此類開關(guān)適用于電源中斷時(shí)須使開關(guān)恢復(fù)至某一已知狀態(tài)的應(yīng)用中。

閉鎖開關(guān)內(nèi)設(shè)有閉鎖機(jī)構(gòu)，而且無缺省位置，因此其保持?jǐn)嚯娗暗淖詈鬆顟B(tài)。由于閉鎖繼電器開關(guān)的觸點(diǎn)線圈只有在繼電器斷開的一瞬間消耗電能，因此其適用于對(duì)功率的耗散成問題的應(yīng)用場(chǎng)合。

此外，某些其他類型的開關(guān)具有故障安全工作模式。在該模式下，一旦線圈上所施加電壓消失后，射頻通道即恢復(fù)至斷電狀態(tài)。然而，由于此模式下只有在線圈上持續(xù)施加電壓才能保持通電狀態(tài)，因此與閉鎖開關(guān)相比，使用此模式的開關(guān)的平均故障間隔時(shí)間較短。

機(jī)電式射頻開關(guān)的另一個(gè)值得注意的特征為與射頻通道切換線圈相連接的一組輔助直流觸點(diǎn)。通常狀態(tài)下，這些輔助觸點(diǎn)用于控制指示燈或信號(hào)燈，使其表示射頻通道的狀態(tài)。此外，這些觸點(diǎn)還可用于為外部控制系統(tǒng)提供狀態(tài)信息。

開關(guān)詳細(xì)信息

固態(tài)射頻開關(guān)可分為吸收型和反射型兩種。吸收型開關(guān)在其每個(gè)輸出端口設(shè)置50歐姆終端匹配電阻，從而在通止兩態(tài)皆實(shí)現(xiàn)較低的電壓駐波比（VSWR）。設(shè)置于上述輸出端口的終端電阻可吸收入射信號(hào)能，而未接終端匹配電阻的端口將反射信號(hào)。當(dāng)輸入端信號(hào)必須在開關(guān)內(nèi)傳播而過時(shí)，上述開放端口即與終端匹配電阻斷開，從而允許該信號(hào)的能量可完整地自該開關(guān)傳播而出。吸收型開關(guān)適用于需最大限度減小射頻源所受回波反射的應(yīng)用場(chǎng)合。

相比之下，反射型開關(guān)內(nèi)不設(shè)終端電阻，以達(dá)到降低開放端口的插入損耗的目的。反射型開關(guān)適用于對(duì)端口之外的高電壓駐波比不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。此外，在反射型開關(guān)內(nèi)，阻抗匹配由除端口之外的其他構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。