RF和微波開(kāi)關(guān)測試系統中的關(guān)鍵問(wèn)題

作者：時(shí)間：2009-07-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/261243.htm
　　繼電器內的容性是限制開(kāi)關(guān)的信號頻率的常見(jiàn)因素。繼電器的材料和物理特性決定了其構成的內部電容。比如，在超過(guò)40GHz的射頻和微波開(kāi)關(guān)中，在機電繼電器中采用了特殊的接觸架構來(lái)獲得更好的性能。圖1顯示了一個(gè)典型的構造，共同端接位于兩個(gè)開(kāi)關(guān)端接之間。所有信號的連接線(xiàn)路都是同軸線(xiàn)，來(lái)保證最佳的信號完整性（SI）。在這種情況下，連接器是SMA母頭。對于更加復雜的開(kāi)關(guān)結構，共同端接被各個(gè)開(kāi)關(guān)端接以放射狀圍繞。

　　一系列復雜的開(kāi)關(guān)拓撲在RF開(kāi)關(guān)中得以采用。矩陣式開(kāi)關(guān)可以實(shí)現每個(gè)輸入與每個(gè)輸出的連接。有兩種類(lèi)型的矩陣在微波開(kāi)關(guān)架構中得以采用——blocking和non-blocking架構。一個(gè)blocking矩陣可將任意一個(gè)輸入和任意一個(gè)輸出進(jìn)行連接，因此其他的輸入和輸出就不能同時(shí)連接。這對只需在一個(gè)時(shí)刻切換到一個(gè)信號頻率的應用是一個(gè)有效的低成本方案，信號完整性也更好，因為有更少的繼電器路徑，特別是避免了相位延遲的問(wèn)題。而non-blocking矩陣允許多個(gè)路徑的同時(shí)連接，這種架構具有更多的繼電器和線(xiàn)纜，因此靈活性更強，不過(guò)價(jià)格也更高。

　　層疊開(kāi)關(guān)架構是多位置開(kāi)關(guān)的一種替代形式。它采用多個(gè)繼電器將一個(gè)輸入連接到多個(gè)輸出。路徑長(cháng)度（同時(shí)決定了相位延遲）是由信號經(jīng)過(guò)的繼電器的數量決定的。

　　樹(shù)形架構是層疊開(kāi)關(guān)架構的一種替代。相比層疊架構，對于同等規格的系統，樹(shù)形技術(shù)需要更多的繼電器，然而，選定的路經(jīng)和其他不用的路經(jīng)之間的隔離會(huì )更好，這樣降低了繼電器和通道之間的crosstalk。樹(shù)形架構具備一些優(yōu)勢，包括無(wú)端接殘余（unterminatedstubs），各個(gè)通道特性也會(huì )相似。然而，在選定路經(jīng)上具有多個(gè)繼電器意味著(zhù)損耗會(huì )更大，信號完整性也令人堪憂(yōu)。

　　RF開(kāi)關(guān)卡架構

　　在測試儀器主機上的RF開(kāi)關(guān)卡應用中，為保證信號完整性，需要理解許多電性能指標。

　　·Crosstalk是指不同通道上傳送的信號之間或通道上信號與輸出信號之間產(chǎn)生的電容耦合、電感耦合或電磁輻射。一般用特定負載阻抗和特定頻率下的分貝數來(lái)描述。

　　·插入損耗是信號在開(kāi)關(guān)卡或系統中傳輸時(shí)的衰減，用特定頻率范圍的分貝數來(lái)表示。當信號低或者噪聲大的時(shí)候，插入損耗是相當重要的技術(shù)指標。

　　·電壓駐波比（VSWR）是對信號在傳送線(xiàn)路上反射的測量，定義為信號路經(jīng)上駐波的最高電壓幅度與最低電壓幅值之比。

　　·信號進(jìn)行開(kāi)關(guān)、傳輸或者放大處理的一個(gè)有限的頻率范圍被稱(chēng)作帶寬。對于給定的負載條件，帶寬范圍用-3dB（半功率）點(diǎn)定義。

　　·隔離是鄰近通道的電壓比例，定義為一個(gè)頻率范圍上的分貝數。

　　RF開(kāi)關(guān)設計

　　要設計一個(gè)RF開(kāi)關(guān)系統，需要額外考慮一系列關(guān)鍵因素。

　　阻抗匹配——假設開(kāi)關(guān)置于測量?jì)x器和DUT（待測設備）之間，對于幾個(gè)系統中的所有的阻抗必須匹配。對于最佳的信號傳輸，源的輸出阻抗應等于開(kāi)關(guān)的特征阻抗、線(xiàn)纜阻抗和DUT的阻抗。在RF測試中，普遍的阻抗級是50或75歐姆。不論要求什么樣的阻抗級，適當的阻抗匹配將會(huì )保證整個(gè)系統完整性。

　　輸入VSWR和信號路經(jīng)VSWR決定了測量的精確程度。

　　MismatchUncertainty(dB)=20xlog(1+/-Γsigpath*Γinst)WhereΓ=VSWR-1/VSWR+1

　　如果信號路經(jīng)輸出和儀器輸入具有很好的VSWR，比如1.3：1，失配不確定性（MismatchUncertainty）大概在+/-0.15dB。

　　終止——在高頻率情況下，所有信號必須被適當終止，否則電磁波會(huì )在端接點(diǎn)上被反射，導致VSWR的增加。一個(gè)沒(méi)有終接的開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)狀態(tài)會(huì )增加VSWR，一個(gè)開(kāi)關(guān)一般需要提供50歐姆的端接電阻來(lái)匹配連通或斷開(kāi)狀態(tài)。VSWR增加后，如果反射部分足夠大，甚至有可能損壞源端。

　　功率傳輸——另一個(gè)重要的考慮是系統從儀器至DUT傳送RF功率的能力。由于插入損耗，信號可能需要放大。一些應用場(chǎng)合，又可能需要減少信號至DUT上的功率。使用放大器或衰減器可保證將精確的信號功率值傳送至開(kāi)關(guān)系統。

　　信號濾波器——信號濾波器在一些情況下是很有用的，比如噪聲不小心加入到通過(guò)開(kāi)關(guān)傳送的信號中的時(shí)候。如果原始信號頻率不適合DUT測試頻率，濾波器也很有用。在這種情況下，濾波器可被加到開(kāi)關(guān)中以改變信號帶寬或者濾除不需要的信號頻率。

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