构成同轴开关的器件有铁氧体、PIN管、FET或BJT。铁氧体和PIN是经典的开关器件,表1给出了两种器件的性能比较,铁氧体的特点是功率大、损耗小,PIN的特点是快速,成本低。FET或BJT有增益,已经成为中、小功率开关的主要器件。各种器件的同轴开关都有自己的使用场合。
表1 同轴开关器件的性能比较
指标 | 铁氧体 | PIN | FET/BJT |
开关速度 | 慢(ms) | 快(μs) | 快(μs) |
插入损耗 | 低(0.2dB) | 低(0.5dB) | 增益 |
承受功率 | 高 | 低 | 低 |
驱动器 | 复杂 | 简单 | 简单 |
体积、重量 | 大、重 | 小、轻 | 小、轻 |
成本 | 高 | 低 | 低 |
[1]同轴开关在射频/微波系统中有着广泛的用途,如时多工器、时分通道选择、脉冲调制、收发开关、波束调整等。开关的指标比较简单,接通损耗尽可能小,关断损耗尽可能大,频带和功率满足系统要求。
一、同轴开关的基本原理
铁氧体开关的原理是改变偏置磁场方向,实现导磁率的改变,改变了信号的传输常数,以达到开关目的。
PIN管在正反向低频信号作用下,对微波信号有开关作用。正向偏置时对微波信号的衰减很小(0.5dB),反向偏置时对微波信号的衰减很大(25dB)。
BJT和FET开关的原理与低频三极管开关的原理相同,基极(栅极)的控制信号决定集电极(漏极)和发射极(源极)的通断。放大器有增益,反向隔离大,特别适合于MMIC开关。
MEMS微机械电路是近年发展起来的一种新型器件,也可以用作开关器件。
开关器件与微波传输线的结合就构成微波开关组件。各种开关器件与微波电路的连接形式的等效电路相同。开关按照接口数量定义,代号为#P#T,如单刀单掷(SPST)、单刀双掷(SPDT)、双刀双掷(DPDT)、单刀六掷(SP6T)等。
这些电路的微波设计要考虑开关的寄生参数设计匹配网络,还要考虑器件的安装尺寸。
二、开关驱动
任何一种同轴开关都有相应的驱动电路。驱动电路实际上是一个脉冲放大器,把控制信号(通常为TTL电平)放大后输出足够大的电流或足够高的电压。实际中可以将PIN管反向加入电路,利用正高压﹣5V以降低对电源的要求。