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RF/微波開關選型基礎 我們知道開關的種類有很多，而RF微波開關最突出的特點就是做高頻信號的傳輸路徑切換，以滿足測試系統(tǒng)的信號傳輸要求。 從工作原理上進行分類，RF微波開關可以分為機電開關和固態(tài)開關，機電開關包括電磁繼電器和舌簧繼電器。機電開關是依靠機械接觸作為其機械結構，而固態(tài)開關稱為無觸點開關，一般由電力電子技術實現(xiàn)。 Pickering Interfaces開關從結構上進行分類，可以分為SPDT、多路復用、轉換開關、矩陣開關等。 從其結構功能上進行分類，則包含帶端接和無端接開關。自動端接在開關打開狀態(tài)下會有匹配阻抗的電阻對信號進行吸收，避免反射（一般有端接的位置是信號輸入的方向）。 RF微波開關的主要規(guī)格有：頻率范圍、承載功率、插入損耗（Insertion Loss）、隔離度（Isolation）、VSWR、串擾（Crosstalk）、重復率和使用壽命。 l 頻率范圍：高至65GHz的頻率范圍，范圍廣，種類多。 l 最大功率：Pickering開關板卡中涉及的最大功率指的是其承載功率，定義為開關承載功率的能力，它與設計以及使用的材料密切相關。當切換時在開關端口上存在射頻微波功率時，即產(chǎn)生熱切換。在切換前已移除信號功率時，即產(chǎn)生冷切換。冷切換獲得較低的接觸面應力和較長的壽命。 l 插入損耗：信號在開關板卡或系統(tǒng)傳輸時的衰減，用特定頻率范圍的分貝數(shù)來表示。當信號低或者噪聲大的時候，插入損耗是相當重要的指標。 l 隔離度：理想開關在“斷”態(tài)傳遞到負載（RL）上的功率與理想開關在“通”態(tài)傳遞到負載上的功率之比，也可以簡單理解為鄰近通道的電壓比，定義為一個頻率范圍上的分貝數(shù)。 l VSWR：是對信號在傳輸線路上反射的測量，定義為信號路徑上駐波的最高電壓幅度與最低電壓幅值之比。電壓駐波比越大，反射功率越高，傳輸效率越低。 l 重復率：是指開關的技術指標經(jīng)長期反復使用之后變化的度量。開關作為系統(tǒng)部件使用時，其重復率對系統(tǒng)總測量精度至關重要。可定義開關板卡任何指標的重復率，包括插入損耗、反射、隔離和相位。 l 使用壽命：開關使用壽命規(guī)定為使用次數(shù)，即開關從一個位置到另一個位置，再返回原位置的次數(shù)。長的使用壽命減少了定期維護、停機時間和修理，從而降低了用戶的使用成本。 Pickering Interfaces設計和制造用于電子測試和仿真的模塊化信號切換和仿真，其結構上主要包含SPDT、多路復用、旁路開關、轉換開關和矩陣開關等。根據(jù)其結構功能，又具有端接和無端接之分。自動端接在開關打開狀態(tài)下會有匹配阻抗的電阻對信號進行吸收，避免反射（一般有端接的位置是信號輸入的方向）。 l SPDT開關 單刀雙擲開關主要是從一個信號輸入路由至兩個信號輸出，如圖1所示（4×SPDT）。其主要是可以控制電源向兩個不同的方向輸出，也就是說可以用來控制兩臺設備，或者說可以控制同一臺設備轉換運轉方向使用。 
圖1 SPDT開關結構（左圖為不帶端接結構，右圖為帶端接結構） l 多路復用開關（MUX） 一個輸入端口連接至多個輸出端口（三個甚至更多輸出端口）。MUX兩個最基本的解決方案是基于樹形結構和傳統(tǒng)結構。傳統(tǒng)MUX中，公共端連接用作輸入（或者如果MUX用于解復用，則作為輸出），并且通過繼電器連接到不同的路徑。所有基于MUX的繼電器可以作為解復用—將一個許多信號連接到單個測試端口，而不是將單個信號連接到許多測試端口中的某一個。 而樹形MUX使用SPDT繼電器將公共端與輸出（輸入）連接在一起。使用樹形結構切換信號以擴展支持輸出連接的數(shù)量。由于繼電器用于選擇兩個路徑中的某一個閉合，MUX僅允許選擇一個總路徑，并且不可能無意的將輸出連接連接在一起。該路徑使用多個串聯(lián)的繼電器，因此直通路徑中的DC電阻高于常規(guī)MUX中的DC電阻。MUX中繼電器的數(shù)量需要高于常規(guī)MUX中的繼電器數(shù)量。除非增加了附加的繼電器，樹形MUX總是在公共端和輸出之間有默認路徑。 樹形MUX通常用于RF矩陣的一部分，第二種用途是電力系統(tǒng)中，即使在繼電器焊接的情況下，輸入僅連接到一個輸出。由于MUX由轉換開關創(chuàng)建，焊接繼電器固有的防止附加路徑被連接。
圖2 傳統(tǒng)MUX結構
圖3 樹形MUX結構 l 轉換開關 轉換開關可作為瞬斷開關在兩個輸入和兩個輸出間切換。轉換開關通常僅在微波切換系統(tǒng)中實現(xiàn)，它們是具有兩個輸入和兩個輸出的四個終端設備，其中一個輸入可以連接到任意一個輸出，然后第二個輸入連接到其他輸出。當在微波繼電器中實現(xiàn)時，可是沒有連接的默認“全開”位置。（典型的轉換開關型號為40-782A）
圖4 轉換開關結構 l 矩陣開關 矩陣開關可以實現(xiàn)每個輸入和每個輸出連接，有兩種類型的矩陣在微波開關架構中得以采用-blocking和non-blocking架構。一個blocking矩陣可將任意一個輸入和輸出進行連接，因此其他輸入和輸出就不能同時連接。這對只需要在一個時刻切換到一個信號頻率的應用是一個有效的低成本方案，信號完整性也很好，因為有更少的繼電器路徑，特別是避免了相位延遲的問題。而non-blocking矩陣是阻塞矩陣的一個變體，這種矩陣包含一組復雜的功率分配器/組合器，允許多個路徑同時連接，這種架構具有更多的繼電器和線纜，因此，靈活性更高，價格也更高，如圖5所示（blocking和non-blocking架構4×4矩陣）。
圖5-1 4×4端接矩陣（non-blocking矩陣結構）
圖5-2.2 blocking矩陣結構 總結 理解并掌握RF/微波系統(tǒng)構建中的各個開關板卡的規(guī)格參數(shù)和結構特性，有利于保證信號和系統(tǒng)的完整性。減小信號傳輸過程中產(chǎn)生不必要的損耗和相位失真，提升信號質量。 |
