Радиочастотный коммутатор или микроволновый коммутатор — это устройство для маршрутизации высокочастотных сигналов по трактам передачи. Радиочастотные ( РЧ ) и микроволновые коммутаторы широко используются в микроволновых испытательных системах для маршрутизации сигналов между приборами и тестируемыми устройствами (DUT). Включение коммутатора в систему коммутационной матрицы позволяет направлять сигналы от нескольких приборов к одному или нескольким DUT. Это позволяет выполнять несколько тестов с одной и той же настройкой, устраняя необходимость в частых подключениях и отключениях. Весь процесс тестирования может быть автоматизирован, что увеличивает пропускную способность в условиях массового производства.
Как и другие электрические переключатели , радиочастотные и микроволновые переключатели обеспечивают различные конфигурации для множества различных приложений. Ниже приведен список типичных конфигураций переключателей и их использования:
Радиочастотные КМОП- переключатели имеют решающее значение для современных беспроводных телекоммуникаций , включая беспроводные сети и мобильные коммуникационные устройства. Ежегодно продается более 1 миллиарда единиц массовых радиочастотных КМОП-переключателей Infineon , что в совокупности составило 5 миллиардов единиц по состоянию на 2018 год [обновлять]. [1]
Два основных типа радиочастотных и микроволновых переключателей имеют различные возможности:
Диапазон частот радиочастотных и микроволновых приложений составляет от 100 МГц для полупроводников до 60 ГГц для спутниковой связи. Широкополосные аксессуары повышают гибкость системы тестирования за счет расширения частотного покрытия. Однако частота всегда зависит от приложения, и широкая рабочая частота может быть принесена в жертву для соответствия другим критическим параметрам. Например, сетевой анализатор может выполнять развертку в 1 мс для измерения вносимых потерь, поэтому для этого приложения время установления или скорость переключения становятся критическим параметром для обеспечения точности измерения.
Помимо правильного выбора частоты, для тестирования критически важны вносимые потери . Потери более 1 или 2 дБ ослабят пиковые уровни сигнала и увеличат время нарастания и спада. Система с низкими вносимыми потерями может быть достигнута путем минимизации количества разъемов и сквозных путей или путем выбора устройств с низкими вносимыми потерями для конфигурации системы. Поскольку электроэнергия на более высоких частотах стоит дорого, электромеханические переключатели обеспечивают минимально возможные потери на пути передачи.
Возвратные потери вызваны несоответствием импеданса между цепями. На микроволновых частотах свойства материала, а также размеры элемента сети играют важную роль в определении соответствия или несоответствия импеданса, вызванного распределенным эффектом. Коммутаторы с превосходными характеристиками возвратных потерь обеспечивают оптимальную передачу мощности через коммутатор и всю сеть.
Низкая повторяемость вносимых потерь уменьшает источники случайных ошибок в измерительном пути, что повышает точность измерений. Повторяемость и надежность коммутатора гарантируют точность измерений и могут снизить стоимость владения за счет сокращения циклов калибровки и увеличения времени безотказной работы испытательной системы.
Изоляция — это степень затухания нежелательного сигнала, обнаруженного в интересующем порту. Изоляция становится более важной на более высоких частотах. Высокая изоляция снижает влияние сигналов из других каналов, поддерживает целостность измеряемого сигнала и снижает неопределенности измерений системы. Например, матрице коммутатора RF может потребоваться направить сигнал на анализатор спектра для измерения при –70 дБм и одновременно направить другой сигнал при +20 дБм. В этом случае коммутаторы с высокой изоляцией, 90 дБ или более, сохранят целостность измерения маломощного сигнала.
Скорость переключения определяется как время, необходимое для изменения состояния порта коммутатора (плеча) из «ВКЛ» в «ВЫКЛ» или из «ВЫКЛ» в «ВКЛ».
Поскольку время переключения определяет только конечное значение 90% от установленного/конечного значения радиочастотного сигнала, время установления часто выделяется в производительности твердотельного переключателя, где потребность в точности и прецизионности более критична. Время установления измеряется до уровня, более близкого к конечному значению. Широко используемое значение запаса до конечного значения 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 переключателей GaAs FET , поскольку они имеют эффект задержки затвора, вызванный электронами, которые попадают в ловушку на поверхности GaAs.
Мощность переключения определяет способность переключателя управлять питанием и сильно зависит от конструкции и используемых материалов. Существуют различные номиналы мощности переключения для переключателей, такие как горячее переключение, холодное переключение, средняя мощность и пиковая мощность. Горячее переключение происходит, когда на портах переключения присутствует мощность ВЧ/СВЧ во время переключения. Холодное переключение происходит, когда мощность сигнала отключается перед переключением. Холодное переключение приводит к снижению контактного напряжения и увеличению срока службы.
Терминация нагрузки 50 Ом имеет решающее значение во многих приложениях, поскольку каждая открытая неиспользуемая линия передачи имеет возможность резонировать. Это важно при проектировании системы, которая работает на частотах до 26 ГГц или выше, где изоляция переключателя значительно падает. Когда переключатель подключен к активному устройству, отраженная мощность нетерминированного пути может повредить источник.
Видеоутечка относится к ложным сигналам, присутствующим на РЧ-портах коммутатора, когда он переключается без РЧ-сигнала. Эти сигналы возникают из-за форм волн, генерируемых драйвером коммутатора, и, в частности, из-за всплеска напряжения на переднем фронте, необходимого для высокоскоростного переключения PIN-диодов. Амплитуда видеоутечки зависит от конструкции коммутатора и драйвера коммутатора.
Длительный срок эксплуатации снижает стоимость цикла и бюджетные ограничения, позволяя производителям быть более конкурентоспособными.