廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、電視轉(zhuǎn)播、中續(xù)通信、數(shù)據(jù)與圖象傳輸、雷達(dá)、遙控、遙感、電子偵察、電子對(duì)抗等領(lǐng)域
射頻和微波開關(guān)可在傳輸路徑內(nèi)高效發(fā)送信號(hào)。此類開關(guān)的功能可由四個(gè)基本電氣參數(shù)加以表征。
雖然多個(gè)參數(shù)與射頻和微波開關(guān)的性能相關(guān),然而以下四個(gè)由于其相互間較強(qiáng)的相關(guān)性而被視為至關(guān)重要的參數(shù):隔離度,插入損耗,開關(guān)時(shí)間,功率處理能力。
隔離度即電路輸入端和輸出端之間的衰減度,是衡量開關(guān)截止有效性的指標(biāo)。插入損耗(也稱傳輸損耗)為開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)下時(shí)損耗的總功率。由于插入損耗可直接導(dǎo)致系統(tǒng)噪聲系數(shù)的增大,因此對(duì)于設(shè)計(jì)者而言,插入損耗是最為關(guān)鍵的參數(shù)。
開關(guān)時(shí)間是指開關(guān)從“導(dǎo)通”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖刂埂睜顟B(tài)以及從“截止”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)通”狀態(tài)所需要的時(shí)間。該時(shí)間上可達(dá)高功率開關(guān)的數(shù)微秒級(jí),下可至低功率高速開關(guān)的數(shù)納秒級(jí)。開關(guān)時(shí)間的最常見定義為自輸入控制電壓達(dá)到其50%至最終射頻輸出功率達(dá)到其90%所需的時(shí)間。此外,功率處理能力定義為開關(guān)在不發(fā)生任何永久性電氣性能劣化的前提下所能承受的最大射頻輸入功率。
射頻和微波開關(guān)可分為機(jī)電式繼電器開關(guān)以及固態(tài)開關(guān)兩大類。這些開關(guān)可設(shè)計(jì)為多種不同構(gòu)型——從單刀單擲到可將單個(gè)輸入轉(zhuǎn)換成16種不同輸出狀態(tài)的單刀十六擲,或更多擲的構(gòu)型。切換開關(guān)為一種雙刀雙擲構(gòu)型的開關(guān)。此類開關(guān)具有四個(gè)端口以及兩種可能的開關(guān)狀態(tài),從而可將負(fù)載在兩個(gè)源之間切換。
機(jī)電式繼電器開關(guān)的插入損耗較低(<0.1dB),隔離度較高(>85dB),且可以毫秒級(jí)的速度切換信號(hào)。此類開關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)在于,其可在直流~毫米波(>50 GHz)頻率范圍內(nèi)工作,而且對(duì)靜電放電不敏感。此外,機(jī)電式繼電器開關(guān)可處理較高的功率水平(達(dá)數(shù)千瓦的峰值功率)且不發(fā)生視頻泄漏。然而,在機(jī)電式射頻開關(guān)的操作中,有一些問題值得我們注意。此類開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)使用壽命大約只有100次,而且其組件對(duì)振動(dòng)較為敏感。使用壽命是指機(jī)電式開關(guān)在滿足射頻及重復(fù)性要求的情況下所能完成的總開關(guān)次數(shù)。高質(zhì)量或高可靠性機(jī)電式開關(guān)適用于需要更長使用壽命的應(yīng)用場合。此類開關(guān)的可靠性和其他性能極其優(yōu)越,而且使用壽命長達(dá)1000次。上述較長使用壽命源自于設(shè)計(jì)更為牢固的致動(dòng)器以及在磁效率和機(jī)械剛性方面更為優(yōu)化的傳動(dòng)連桿。此外,此類開關(guān)還設(shè)計(jì)為可承受更為嚴(yán)酷的環(huán)境條件,并滿足MIL-STD-2002標(biāo)準(zhǔn)在正弦和隨機(jī)振動(dòng)以及機(jī)械沖擊方面的要求。
相比之下,由于固態(tài)射頻開關(guān)的電路裝配較為平坦且不包含較大的元器件,因此其封裝厚度較小且物理尺寸通常小于機(jī)電式開關(guān)。固態(tài)射頻開關(guān)使用的開關(guān)元件為高速硅PIN二極管或場效應(yīng)晶體管(FET),或者為集成硅或FET單片微波集成電路。這些開關(guān)元件與電容器,電感器和電阻器等其他芯片組件分立集成于同一電路板上。
使用PIN二極管電路的開關(guān)產(chǎn)品具有更高的功率處理能力,而FET類型的開關(guān)產(chǎn)品通常具有更快的開關(guān)速度。當(dāng)然,由于固態(tài)開關(guān) 包含活動(dòng)部件,因此其使用壽命是無限的。此外,固態(tài)開關(guān)的隔離度較高(60~>80dB),開關(guān)速度極快(<<100納秒),電路的耐沖擊/振動(dòng)性較好。
固態(tài)射頻開關(guān)的其他值得注意的性能包括其插入損耗。固態(tài)射頻開關(guān)在插入損耗方面劣于機(jī)電式開關(guān)。此外,固態(tài)射頻開關(guān)在低頻應(yīng)用中具有局限性。這是因?yàn)槠涔ぷ黝l率下限只能到千赫級(jí),而非直流。這一局限源于其所使用半導(dǎo)體二極管固有的載流子壽命特性。 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)。
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,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)。
下一篇:RF低噪聲放大器測試