射频和微波信号的切换.pdf

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1、第l期2012年2月机电元件ELECTRoMECHANICALcoⅣ口PoNEN’ISVoL32N0．1Feb．2012射频和微波信号的切换杨阳1翻译黄正2编译闻春国3审校(1．蚌埠市计量测试研究所安徽蚌埠233010；2．中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽蚌埠，233010；3．四川华丰企业集团有限公司，四川绵阳621000)Doi：10．3969／j．issn．1000一6133．2012．01．009中图分类号：TN784文献标识码：A文章编号：1000—6133(2012)01—0031—05据泰科电子公司(TycoElect姗ics)的一项应用记录显示，

2、银氧化镉触点很早就被用于切换产生高能电弧的负载。银氧化镉触点比纯银触点的导电性差一点，但它对由于电弧作用所导致的材料转移和材料损耗却有良好的防御能力。在插合的触点之间，它们的确显示出更大的界面电阻，像纯银触点一样，这种合金中的银会发生氧化和硫化现象。因此，需要用电弧来使这些触点保持清洁。对于低电平信号来说，镀金触点是最好的选择。因为，其硫化作用最小，而且继电器闭合时可以获得良好的电接触。另一方面，在遭受电弧时，金会很快从触点表面汽化掉，故其信号电压必须小于15V。钨的熔点高达3380℃，具有良好的耐电弧特性，所以经常被用作极高电压的切换触点。但是，正如泰科的参考资料所

3、指出的那样，钨可能会产生棘手的氧化膜问题，尤其是在某些直流应用中用作阳极触点时。因此，钨经常用作阴极触点，而钯合金则用作阳极触点。这样的组合也将接触界面电阻和材料转移降至最小。相比于机电继电器来说，采用F'ET设计可能会更为适用，就是微型舌簧继电器也比电子速度切换得慢。如果预期的应用需要高速切换，并且需要几乎无限的寿命，那么用f'ET开关进行切换可能是更收稿日期：20ll—lO一”好的解决方案。n’T开关的最大缺陷是其接通时电阻较高，而电流承载能力相对有限。这主意听起来可能不错，但是，进一步观察其技术细节就会很快发现几个问题。根据要切换的信号特性，我们分别采用了由银、

4、银镀金、银氧化物和钨制成的继电器触点。1射频和微波方面的考虑在传输线的使用频率上，开关无法仅仅用其功率、电压和电流承载能力来进行正确描述。此外，频率范围、绝缘性、插入损耗及电压驻波比(VSwR)变得十分重要。这些参数往往会受到触点材料和尺寸的影响，但它们在很大程度上依赖于整个继电器的设计。特殊结构的同轴继电器与直流继电器在高频特性上有着很大的区别。在适当的驱动电路中，PIN二极管对于射频信号来说就像一个纯粹的低电阻器。人们用它来切换lMHz以上的频率已经几十年了。最近，人们又研制出砷化镓(Ga舡)FET和单片开关。它们在速度和寿命上的优势与低频f'ET技术类似，而它们

5、的缺点如接通电阻较高也与低频FET技术类似。开关的改进延续了与相关电路就位于同一芯片时带来的好处。32机电元件2012年道奇公司的微波开关选择指南列举了同轴开关、PIN二极管开关和GaAs单片开关的一些参数，能得到了一定的改善。相比之下，同轴开关和PIN二极管开关二者均属于成熟的技术，并将继续成为参阅表l。自本指南发布以来，GaAs栏目中的值可最常用的产品。表l射频和微波开关技术的比较如表所示，就频率范围、插入损耗和绝缘性而言，没有什么比得上机电式同轴继电器。如果把PIN二极管开关视作较大电路板的一部分，该元件具有尺寸上的优势，而且它属于电子元件，所以寿命长，切换速度

6、高。至于机电式开关、PIN二极管开关和FET开关之间的区别，安捷伦科技公司(AgilentTechnolo百es)业务经理坦先生指出，机电式开关信号损耗较低，具有良好的畸变特性和较高的功率承载能力，但其切换速度低，寿命相对有限。固态PIN开关用于要求较快的切换速度并要求有视频馈通的场合，因此不适合于敏感器件的测试。FET开关具有极低的视频馈通，与PIN开关相比，其切换速度较低，而损耗较高。坦先生有关视频馈通的评论是开关控制信号破坏输出的另一种说法。一般来说，实现电容馈通并添加到正在切换的实际射频信号上的是开关控制栅极边缘。这就造成了射频脉冲前沿和后沿的畸变失真。如果控

7、制信号的边缘速度相对于射频频率足够快的话，所产生的干涉波可以进行过滤。另一方面，这种控制信号的馈通振幅可能相对较大，这正是坦先生就敏感器件提出告诫的原因所在。2继电器的可靠性继电器触点的寿命受电弧的影响很大。不同触点材料起弧于约10V～15V之间的最小电压范围。因此，避免该问题的一个方法是限制正在切换的电压电平。如果这一方法行不通，那么应设法将信号发生与继电器工作同步设置。冷切换这个术语是指零电平信号的切换。在切换动作完成之后，信号电平可以返回到要求的值。例如，作为试验配置的一部分，信号发生器可能正在驱动输出通过继电器网络选择性分布于几个负载上的放大