此外,固態射頻開關對靜電放電更為敏感,且其功率處理能力取決于開關構型、連接器類型、工作頻率以及環境溫度。某些構型的PIN二極管開關雖然可處理峰值為數千瓦的功率,但是同時需以更低的開關速度為代價。PIN二極管開關的一例為Pasternack的PE7167單刀四擲開關,該產品的工作頻率為500MHz~40GHz,最大開關速度為100納秒,輸入功率處理能力最高可達+20dBm。
總體而言,與機電式開關相比,固態射頻開關的可靠性更高,使用壽命更長,開關速度更快。因此,在對開關速度和可靠性要求更高的應用中,應該優先選擇固態射頻開關;在需要寬頻段覆蓋低至直流以及低插入損耗的應用中,優先選擇機電式開關;在以長使用壽命為絕對要求的應用中,優先選擇高可靠性開關。
如以上示意圖所示,Pasternack的PE71S6064單刀雙擲開關使用機電式射頻開關的數種典型構件,包括直流28V閉鎖致動器,連接開關狀態指示燈的數個獨立觸片,以及設于閑置端口的50歐姆終端匹配電阻
設計人員應該了解上述各種開關產品的其他特征,例如50歐姆電阻性負載。開關電路中,任何閑置的開路傳輸線路都有可能在微波范圍內的頻率下發生共振。這種共振可將電能反射回處于工作狀態下的射頻源,從而對其造成損害。對于工作頻率為26 GHz或更高的系統而言,由于隔離度大大下降,上述損害將更為嚴重。因此,多數傳輸線路都設計有50歐姆的阻抗,從而使得射頻開關在內置50歐姆電阻性負載后,反射能量極少。
機電式射頻開關分為端接型和非端接型兩類。在端接型開關中,當所有通道均端接50歐姆負載時,則關閉選定的通道,從而將所有電流截止或隔離。如此,入射信號的能量將由端接電阻吸收,而不反射回射頻源。非端接型開關內不設置50歐姆負載,因此必須由系統的其他部分實現可降低能量反射的阻抗匹配。非端接型開關的優點在于其插入損耗較小。
圖示為單刀雙擲射頻開關一例,其使用PIN二極管作為開關元件以及作為隔斷射頻通道與直流偏置信號通道的無源器件。在典型應用中,所示公共射頻端可連接系統天線,而射頻端1和2分別連接發射器和接收器。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節。一般情況下,對于典型PIN二極管而言,直流偏置電流可在三個或更多數量級范圍內調節其射頻電阻值。當上述二極管處于偏置截止狀態時,其阻抗高至接近斷路電路的阻抗。
機電式射頻開關的另一個重要特征在于其電樞繼電器機制。線圈通電時,感應磁場將使電樞線圈發生移動,從而打開或關閉觸點。非閉鎖開關內設有彈簧或磁鐵,其可在電流不流通時,將開關保持于一初始常閉狀態。此類開關適用于電源中斷時須使開關恢復至某一已知狀態的應用中。
閉鎖開關內設有閉鎖機構,而且無缺省位置,因此其保持斷電前的最后狀態。由于閉鎖繼電器開關的觸點線圈只有在繼電器斷開的一瞬間消耗電能,因此其適用于對功率的耗散成問題的應用場合。
此外,某些其他類型的開關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,射頻通道即恢復至斷電狀態。然而,由于此模式下只有在線圈上持續施加電壓才能保持通電狀態,因此與閉鎖開關相比,使用此模式的開關的平均故障間隔時間較短。
機電式射頻開關的另一個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。通常狀態下,這些輔助觸點用于控制指示燈或信號燈,使其表示射頻通道的狀態。此外,這些觸點還可用于為外部控制系統提供狀態信息。
開關詳細信息
固態射頻開關可分為吸收型和反射型兩種。吸收型開關在其每個輸出端口設置50歐姆終端匹配電阻,從而在通止兩態皆實現較低的電壓駐波比(VSWR)。設置于上述輸出端口的終端電阻可吸收入射信號能,而未接終端匹配電阻的端口將反射信號。當輸入端信號必須在開關內傳播而過時,上述開放端口即與終端匹配電阻斷開,從而允許該信號的能量可完整地自該開關傳播而出。吸收型開關適用于需最大限度減小射頻源所受回波反射的應用場合。
相比之下,反射型開關內不設終端電阻,以達到降低開放端口的插入損耗的目的。反射型開關適用于對端口之外的高電壓駐波比不敏感的應用場合。此外,在反射型開關內,阻抗匹配由除端口之外的其他構件實現。
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