eng
DOI: 10.22184/1992-4178.2023.231.10.108.119
Рассмотрены волноводные СВЧ-переключатели. Приведена информация об особенностях и характеристиках различных типов таких устройств, выпускаемых рядом производителей.
Рассмотрены волноводные СВЧ-переключатели. Приведена информация об особенностях и характеристиках различных типов таких устройств, выпускаемых рядом производителей.
Теги: frequency range insertion loss isolation waveguide microwave switch вносимые потери волноводный свч-переключатель диапазон частот развязка
Волноводные СВЧ-переключатели
В. Кочемасов, к. т. н.
Волноводные переключатели используются для изменения пути прохождения СВЧ-сигналов в целях обеспечения импульсной модуляции, защиты входных цепей приемников, коммутации антенных лучей и каналов, в переключаемых фильтрах и дуплексорах. Область применения этих переключателей чрезвычайно широка. Это РЛС наземного, морского, авиационного и космического базирования, военные и коммерческие системы связи, средства радиоэлектронной борьбы, комплексы для тестирования и измерения параметров различных радиокомпонентов. В статье рассматриваются особенности и характеристики различных волноводных СВЧ-переключателей, выпускаемых рядом производителей.
Волноводные СВЧ-переключатели в основном реализуются на кремниевых и арсенид-галлиевых pin-диодах. Такие переключатели выпускаются многими зарубежными производителями, они рассчитаны на использование на частотах до 110 ГГц и более и предлагаются в различных конфигурациях, например SPST (компании ELVA‑1, CPI, Smiths Microwave, QuinStar Technology, HXI Millimeter Wave Products (HXI), Microwave Resources Inc. (MRI), Millimeter Wave Products Inc. (Mi-Wave), Eravant, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Pasternack, ZAX Millimeter Wave Corp.), SPDT (компании CPI, Smiths Microwave, QuinStar Technology, HXI, MRI, Mi-Wave, Eravant, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Pasternack, ZAX Millimeter Wave Corp., RF-Lambda, Qotana Technologies), SP3T (компании Smiths Microwave, QuinStar Technology, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX), SP4T (компании Smiths Microwave, QuinStar Technology, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Eravant, ZAX Millimeter Wave Corp.), SP5T-SP8T (компании QuinStar Technology, Ducommun, CERNEX, ZAX Millimeter Wave Corp.), SP10T (компания Ducommun).
Допустимые мощности в этих переключателях снижаются по мере увеличения диапазона рабочих частот (табл. 1), причем различия в значениях непрерывной (Pвх. н.) и импульсной (Pвх. имп.) мощностей зависят от длительности импульсов и скважности. Конструктивно эти переключатели могут также различаться и весьма существенно (рис. 1).
Одним из крупнейших производителей является компания Millitech (ныне Smiths Microwave), выпускающая пять серий волноводных переключателей. SPST-переключатели серии PSP этой компании доступны для диапазона частот от 18 до 110 ГГц. Они рассчитаны на работу в полных волноводных диапазонах К (18–26,5 ГГц), Ка (26,5–40 ГГц), Q (33–50 ГГц), U (40–60 ГГц), V (50–75 ГГц) и в полосе до 10 ГГц в Е (60–90 ГГц) и W (75–100 ГГц) диапазонах.
Стандартное время переключения (Tп) в изделиях этой серии обычно равно 20 нс при переходе из положения с малым ослаблением в положение с большим ослаблением и 150 нс при переходе из положения с большим ослаблением в положение с малым ослаблением. Переключатели могут поставляться как с драйверами, так и без них.
Кардинальное снижение времени переключения до 2 нс достигается в SPST-переключателях отражательного типа серии PSH благодаря сужению диапазона рабочих частот и специальным драйверам, идеально совместимым с переключателями. Низкая стоимость, малые габариты и небольшая потребляемая мощность драйверов позволяют интегрировать их в переключатели без существенного увеличения габаритов устройства. Время задержки в таких драйверах не превышает 8 нс, что позволяет коммутировать переключатели с частотой до 20 МГц. Изделия этой серии могут поставляться как с драйверами, так и без них. В серию входят семь моделей pin-диодных SPST-переключателей, работающих в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40; 33–50; 40–60; 50–75; 60–90;75–95 ГГц. Достижимые рабочие полосы в этих изделиях равны 8,5; 10; 10; 6; 6; 5; 5 ГГц соответственно, вносимые потери (IL) составляют 2,0–3,5 дБ, развязка (Iso) по мере повышения частоты снижается от 30 до 18 дБ. Для увеличения развязки можно использовать несколько последовательно включенных переключателей с установленными между ними вентилями. Такое решение позволяет повысить развязку до 40–60 дБ при увеличении вносимых потерь до 5,5–6,5 дБ.
Помимо SPST-устройств, компания Smiths Microwave выпускает SPDT-переключатели PDT-серии в конфигурациях I и Y (рис. 1л, м соответственно), которые различаются конструктивным исполнением. Предлагается 27 моделей, работающих в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40,0; 33–40; 33–43; 33–50; 40–45; 43–47; 45–50; 40–47; 47–53; 53–60; 50–60; 55–75; 57–66; 66–75; 60–89; 60–66; 65–71; 71–76; 76–81; 81–86; 85–90; 75–85; 80–100; 85–92; 92–96; 96–100 ГГц. Вносимые потери в этих переключателях по мере повышения частоты возрастают с 1,8 до 3,0 дБ, а развязка снижается с 30 до 18 дБ.
Полоса рабочих частот во всех диапазонах в изделиях Y-типа не превосходит 10 ГГц. При этом лучшая развязка и меньшие вносимые потери достигаются в более узкополосных переключателях. Времена нарастания и спада в подобных переключателях составляют соответственно 20 и 300 нс. Большие диапазоны рабочих частот (13,5; 20 и 29 ГГц) достигаются в переключателях I-конфигурации (PDT‑28-033B0, PDT‑15-065B0 и PDT‑12-075B0), которые к тому же обеспечивают и меньшие времена переключения (время нарастания Tr = 10 нс, время спада Tf = 10 нс).
Многопозиционные pin-диодные переключатели типа SP3T и SP4T реализуются в рамках серий PS3 и PS4. Первая представлена четырьмя моделями: PS3-28, PS3-15, PS3-12, PS3-10, рассчитанными на работу в диапазонах частот 26,5–40,0; 50–75; 60–90 и 75–110 ГГц соответственно. Переключатели типа SP4T (модели PS4-28, PS4-22, PS4-19) предназначены для диапазонов частот 26,5–40,0; 33–50 и 40–60 ГГц соответственно. Все многопозиционные устройства имеют вносимые потери 2,4–2,7 дБ, а развязка составляет 20–18 дБ. Времена нарастания и спада в переключателях обоих типов одинаковы (20 и 300 нс соответственно). Большую скорость переключения можно реализовать за счет некоторого увеличения вносимых потерь. Под заказ компания может изготовить переключатели и с большим числом выходов. Чаще всего многопозиционные изделия используются для переключения лучей антенны и в матричных переключателях.
Компания Eravant (ранее Sage Millimeter) представлена на рынке широкой номенклатурой выпускаемых изделий, в том числе и волноводными СВЧ-переключателями. Среди стандартных моделей имеются волноводные отражательные переключатели для диапазонов частот 45–55, 55–65, 75–85 и 90–100 ГГц. Для всех этих диапазонов поставляются SPST (серия SKS) и SPDT (серия SKD) переключатели.
В серии SKS выпускаются отражательные SPST-переключатели для диапазонов частот 45–55, 50–75, 55–65, 60–90, 75–85 и 90–100 ГГц. Вносимые ослабления в таких переключателях находятся в пределах 2,2–2,8 дБ, а развязка равна 25–30 дБ (рис. 2). Во всех моделях этих изделий время переключения составляет 100 нс, а допустимая мощность – 0,25 Вт.
В серии SKD диапазоны рабочих частот отражательных SPDT-переключателей находятся в пределах 45–55, 55–65, 75–85, 90–100 ГГц. Вносимые ослабления в этих изделиях равны 2,5–5,0 дБ. При этом развязка, время переключения и допустимая входная мощность такие же, как у SPST-переключателей SKS-серии.
Многопозиционные отражательные переключатели SK4‑серии предлагаются компанией для диапазонов частот 45–55, 55–65, 50–75 и 72–81 ГГц. Вносимые ослабления в этих изделиях находятся в пределах 5,5–8,0 дБ, развязка равна 30–35 дБ, а время переключения (100 нс) и допустимая входная мощность такие же, как у SPST- и SPDT-переключателей SKS- и SKD-серий.
Во всех трех сериях этих переключателей используются дискретные и интегральные pin-диоды. В переключателях компании Eravant используются как внешние, так и интегрированные в них драйверы.
Отражательные переключатели характеризуются малым вносимым ослаблением, высокой входной мощностью, расширенным диапазоном рабочих частот и малой стоимостью. Наряду с отражательными поставляются и поглощающие переключатели, обеспечивающие более высокую развязку и меньший КСВН в выключенном состоянии. При необходимости отражательные переключатели могут быть трансформированы в поглощающие включением вентилей.
Помимо стандартных моделей, компания Eravant выпускает и заказные изделия. При заказе SPST -, SPDT- и SP4T-моделей используются следующие обозначения:
SKS-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
SKD-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
SK4-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
где F1N – начальная частота в МГц, например:
2 ГГц = 2 · 103 МГц → 023 (F1 = 02, N = 3);
90 ГГц = 90 · 103 МГц → 903 (F1 = 90, N = 3);
F2N – конечная частота в МГц, например:
18 ГГц = 18 · 103 МГц → 183 (F2 = 18, N = 3);
100 ГГц = 10 · 104 МГц → 104 (F2 = 10, N = 4);
IL – вносимые потери ×10. Например, 2,0 дБ = 20;
IS – развязка в дБ. Например, 35 дБ = 35;
CI – тип входного соединителя.
Например, K(F) = KF;
CO – тип выходного соединителя.
Например, K(M) = KM;
X – тип переключателя:
«А» – поглощающий, «R» – отражательный;
Y – резерв производителя.
Две серии волноводных переключателей на кремниевых и арсенид-галлиевых pin-диодах с балочными выводами продвигает на рынок компания HXI. В серии HSW представлены восемь моделей SPST-переключателей и одна модель SPDT-переключателя. SPST-переключатели этой серии реализуются для диапазонов частот 18,0–26,5; 22,0–33,0; 26,5–40,0 и 33,0–50,0 ГГц и обладают весьма низкими временами переключения (Tr = 15–20 нс, Tf = 7–8 нс). Единственный SPDT-переключатель этой серии (модель HSW122801), работающий в диапазоне 26,5–40,0 ГГц, также имеет малые времена нарастания и спада (15 и 7 нс соответственно).
Серия HSWM представлена шестью волноводными переключателями, рассчитанными на входную мощность 1 Вт. Три из этих волноводных переключателей SPST-типа и три SPDT-типа. Эти переключатели имеют очень малое время переключения (Tr = Tf = 3 нс). Стандартные модели этой серии с временем переключения 3 нс комплектуются ТТЛ-драйверами. Опционально можно заказать изделия с ЭСЛ-драйверами, с уменьшенным до 2 нс временем переключения и увеличенной до нескольких ватт входной мощностью.
Использование кремниевых или арсенид-галлиевых pin-диодов позволяет поставлять переключатели либо с низкими вносимыми потерями, либо с увеличенной развязкой (рис. 3). Высокие характеристики и надежность изделий достигаются, в частности, благодаря золочению внутренней поверхности корпуса переключателя. В рамках серий HSW и HSWM возможна поставка переключателей и с другими диапазонами рабочих частот, например: 33–37 ГГц (HSW2803‑ххх), 55–65 ГГц (HSW1501‑ххх), 90–98 ГГц (HSW1001‑ххх), 93–95 ГГц (HВSW94‑ххх).
Многопозиционные устройства производятся компанией в рамках HSWM-серии в соответствии с техническими требованиями заказчиков.
Достаточно широкий набор переключателей для гражданской и военной авиационной техники, радиолокаторов, в том числе автомобильных, телекоммуникационных приложений, спутниковых систем связи, досмотровых комплексов аэропортов, измерительного и тестового оборудования производит компания Ducommun, образованная слиянием компаний Dunatech, DBP Microwave и Wisewave Technologies. В числе прочих в продуктовую линейку этой компании входят реализованные на pin-диодах отражательные волноводные SPST- и SPDT- переключатели V-, E- и W-диапазонов. Уровень вносимых потерь в этих изделиях по мере увеличения частоты меняется от 3 до 5 дБ, а развязка (25 дБ), допустимая входная мощность (0,5 Вт) и время переключения (100 нс) остаются неизменными. Примером такого изделия может служить SPDT-переключатель CPD‑93355025-01, работающий в полном волноводном диапазоне 75–110 ГГц, при вносимом ослаблении 5,0 дБ, развязке 25 дБ и времени переключения менее 100 нс. Работой переключателя управляет внешний драйвер (рис. 1ф).
Помимо этого, компания производит и многопозиционные переключатели СР4-60086030-02 (56–64 ГГц), СР4-77305030-D2 (75–78 ГГц) и CP10-77308030-D2 (75–78 ГГц). Вносимые ослабления в этих переключателях не превышают соответственно 6,0; 6,5 и 10 дБ. Развязки во всех случаях не менее 30 дБ, а времена переключения не превосходят 200 нс для первого из переключателей и 150 нс для второго и третьего переключателей. В состав этих переключателей входят встроенные ТТЛ-драйверы.
Специально разработанные фильтрующие цепи снижают уровень видеопросачивания до 20 мВ p-t-p.
Несколько серий (910, 911, 912, 915) отражательных волноводных переключателей на pin-диодах выпускает компания Mi-Wave. Все переключатели включают в себя интегральные драйверы, хотя могут поставляться и без них.
Наибольший рабочий диапазон частот (18–110 ГГц) обеспечивают переключатели 915‑й серии, причем до 75 ГГц они могут работать в полной рабочей полосе используемого волновода, а свыше 75 ГГц – в полосе 10 ГГц. Все остальные переключатели обеспечивают рабочую полосу в 6–10% относительно центральной частоты.
Серии 910, 911, 915 – это SPST-переключатели, серия 912 – SPDT-переключатели. Наименьшее время переключения (10 нс) обеспечивается в SPST-переключателях 911‑й серии. Развязка в переключателях разных серий может меняться от 25 до 45 дБ. Однако, заказные изделия в сериях 910, 911, 915 могут обеспечить развязку до 60 дБ.
Типовое значение КСВ в переключателях этой компании равно 1,5. Рабочий диапазон температур и диапазон хранения составляют соответственно 0–60 °С и –55… 125 °С.
Основные применения этих переключателей включают: амплитудную модуляцию, формирование огибающей сигнала, переключение сигналов, защиту входных цепей приемников, обеспечение дуплексной работы.
Одним из крупных производителей является компания QuinStar Technology, продвигающая на рынок три серии изделий на арсенид-галлиевых pin-диодах. SPST- и SPDT-переключатели серий QSS и QSD производятся для семи диапазонов частот в пределах от 18 до 110 ГГц. Полоса рабочих частот в диапазонах K, Ka, Q и U совпадает с их границами, а в диапазонах V, E и W не превышает 10 ГГц. Время переключения в стандартных моделях равно 250 нс, но в случае необходимости поставляются изделия с временем переключения менее 10 нс.
Эта же компания поставляет и многопозиционные переключатели QSN-серий различных (SP3T–SP8T) конфигураций на частотах до 100 ГГц. Вносимые ослабления и развязки в подобных изделиях зависят от конфигурации и диапазона рабочих частот. Их значения находятся в пределах 1–6 дБ и 20–40 дБ соответственно. В зависимости от частотного диапазона и схемотехники драйвера время переключения в этих изделиях может варьироваться от 10 до 200 нс. Такие многопозиционные изделия идеально подходят для ослабления сигналов, защиты входных цепей приемников, могут быть использованы в антенных переключателях, при различного рода измерениях и в трансиверах для обеспечения режимов прием/передача. Допустимый уровень входной мощности в SPST-переключателях QSS-серии может достигать 1 Вт непрерывной и 10 Вт импульсной мощности.
Компания Pasternack выпускает четыре волноводных отражательных переключателя: PE71S9001 (SPST), PE71S9002 (SPDT), PE71S9003 (SPST) и PE71S9004 (SPDT), работающих в диапазонах частот 60–90 ГГц и 75–110 ГГц. Время переключения во всех этих изделиях не превышает 300 нс (рис. 4).
Вносимое ослабление не превосходит 5,5 дБ в SPST-изделиях и 7 дБ в SPDT-изделиях. Минимальная развязка во всех переключателях равна 20 дБ. Переключатели изготавливаются по военным стандартам и рассчитаны на диапазон рабочих температур –55…85ºС. Отметим, что точно такие же переключатели, но с другими названиями (FMSW9001, FMSW9002, FMSW9003 и FMSW9004) продвигает на рынок компания Fairview Microwave.
По рекламным данным компания Pasternack выпускает также волноводные DPDT-переключатели. Однако data sheets на эти изделия на сайте компании отсутствуют.
Для систем РЭБ, связных и радиолокационных военных комплексов выпускает волноводные SPST-, SPDT- и SPMT-переключатели компания CPI. В состав переключателей при необходимости может входить встроенный драйвер. Режим переключения в этих изделиях может быть как холодным, так и горячим. Входная мощность в этих переключателях достигает весьма больших значений (табл. 1). Так, в волноводном SPDT-переключателе BLP2084 пиковое значение входной мощности может достигать 3 000 Вт при условии, что длительность входных импульсов не превосходит 40 мкс при скважности Q < 10%. В узком диапазоне рабочих частот переключатели компании обеспечивают вносимые потери менее 1,2 дБ и развязку 70 дБ.
Большое число отражательных и поглощающих волноводных переключателей различных конфигураций (SPDT, SP3T, …, SP8T и др.), работающих на частотах от 18 до 110 ГГц, производит компания CERNEX. В K- и Ka-диапазонах рабочая полоса частот совпадает с границами этих диапазонов, а в Q-, U-, V-, E- и W-диапазонах не превосходит 10 ГГц. Вносимое ослабление меняется от 1,2 до 2,5 дБ в SPST-переключателях и от 1,8 до 3,0 дБ в SPDT-изделиях. Стандартное значение развязки равно 20 дБ, но при заказе могут быть поставлены изделия с развязкой до 100 дБ. Время переключения составляет 100–250 нс.
В семи волноводных диапазонах (18–110 ГГц) выпускает SPST- и SPDT- переключатели компания MRI. В пяти из них продукция поставляется для полных волноводных диапазонов, а в диапазонах 60–90 и 75–110 ГГц полоса рабочих частот не превышает 15% от ширины диапазона. Изделия компании MRI отличаются малыми вносимыми ослаблениями от 1,0 до 3,5 дБ. Время переключения во всех моделях составляет 250 нс.
Наряду с широкой номенклатурой коаксиальных СВЧ-переключателей компания RF-Lambda производит модель волноводного pin-диодного переключателя, рассчитанного на использование в диапазоне 60–90 ГГц. В этом диапазоне достигаются: вносимое ослабление 4,0–5,5 дБ, развязка 35–27 дБ, входная мощность 0,2 Вт, IIP3 = 45 дБм и время переключения 100 нс. При этом в широком диапазоне температур зависимости IL(f) и Iso(f) остаются практически неизменными (рис. 5). При необходимости производитель обеспечивает герметичность изделий. Отметим, что практически такой же переключатель поставляет и китайская компания Qotana Technologies.
В девяти волноводных диапазонах (18–150 ГГц) SPST-переключатели, обеспечивающие работу в 10%-ной полосе относительно центральной частоты, производит компания ELVA‑1. Низкие вносимые потери и достаточно высокая развязка (рис. 6) свидетельствуют о высоком качестве изделий. Встроенные драйверы обеспечивают время переключения 4–6 нс. Развязка в 60 дБ за счет увеличения числа ступеней (рис. 1б) может быть реализована по желанию заказчика.
Чрезвычайно широкие полосы рабочих частот (35–50, 40–60, 50–75, 60–90, 75–110, 90–140, 110–170, 140–220 ГГц) обеспечивают волноводные pin-диодные переключатели, производимые компанией ZAX Millimeter Wave Corp. Линейка продукции, выпускаемой этой фирмой, включает и многопозиционные переключатели (рис. 1ш). Время переключения в этих изделиях не превышает 100 нс.
Волноводный SPST-переключатель на pin-диодах, отличающийся оригинальным конструктивным исполнением (рис. 1к), предлагает компания Mercury Systems.
В. Кочемасов, к. т. н.
Волноводные переключатели используются для изменения пути прохождения СВЧ-сигналов в целях обеспечения импульсной модуляции, защиты входных цепей приемников, коммутации антенных лучей и каналов, в переключаемых фильтрах и дуплексорах. Область применения этих переключателей чрезвычайно широка. Это РЛС наземного, морского, авиационного и космического базирования, военные и коммерческие системы связи, средства радиоэлектронной борьбы, комплексы для тестирования и измерения параметров различных радиокомпонентов. В статье рассматриваются особенности и характеристики различных волноводных СВЧ-переключателей, выпускаемых рядом производителей.
Волноводные СВЧ-переключатели в основном реализуются на кремниевых и арсенид-галлиевых pin-диодах. Такие переключатели выпускаются многими зарубежными производителями, они рассчитаны на использование на частотах до 110 ГГц и более и предлагаются в различных конфигурациях, например SPST (компании ELVA‑1, CPI, Smiths Microwave, QuinStar Technology, HXI Millimeter Wave Products (HXI), Microwave Resources Inc. (MRI), Millimeter Wave Products Inc. (Mi-Wave), Eravant, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Pasternack, ZAX Millimeter Wave Corp.), SPDT (компании CPI, Smiths Microwave, QuinStar Technology, HXI, MRI, Mi-Wave, Eravant, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Pasternack, ZAX Millimeter Wave Corp., RF-Lambda, Qotana Technologies), SP3T (компании Smiths Microwave, QuinStar Technology, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX), SP4T (компании Smiths Microwave, QuinStar Technology, Ducommun, Mercury Systems, CERNEX, Eravant, ZAX Millimeter Wave Corp.), SP5T-SP8T (компании QuinStar Technology, Ducommun, CERNEX, ZAX Millimeter Wave Corp.), SP10T (компания Ducommun).
Допустимые мощности в этих переключателях снижаются по мере увеличения диапазона рабочих частот (табл. 1), причем различия в значениях непрерывной (Pвх. н.) и импульсной (Pвх. имп.) мощностей зависят от длительности импульсов и скважности. Конструктивно эти переключатели могут также различаться и весьма существенно (рис. 1).
Одним из крупнейших производителей является компания Millitech (ныне Smiths Microwave), выпускающая пять серий волноводных переключателей. SPST-переключатели серии PSP этой компании доступны для диапазона частот от 18 до 110 ГГц. Они рассчитаны на работу в полных волноводных диапазонах К (18–26,5 ГГц), Ка (26,5–40 ГГц), Q (33–50 ГГц), U (40–60 ГГц), V (50–75 ГГц) и в полосе до 10 ГГц в Е (60–90 ГГц) и W (75–100 ГГц) диапазонах.
Стандартное время переключения (Tп) в изделиях этой серии обычно равно 20 нс при переходе из положения с малым ослаблением в положение с большим ослаблением и 150 нс при переходе из положения с большим ослаблением в положение с малым ослаблением. Переключатели могут поставляться как с драйверами, так и без них.
Кардинальное снижение времени переключения до 2 нс достигается в SPST-переключателях отражательного типа серии PSH благодаря сужению диапазона рабочих частот и специальным драйверам, идеально совместимым с переключателями. Низкая стоимость, малые габариты и небольшая потребляемая мощность драйверов позволяют интегрировать их в переключатели без существенного увеличения габаритов устройства. Время задержки в таких драйверах не превышает 8 нс, что позволяет коммутировать переключатели с частотой до 20 МГц. Изделия этой серии могут поставляться как с драйверами, так и без них. В серию входят семь моделей pin-диодных SPST-переключателей, работающих в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40; 33–50; 40–60; 50–75; 60–90;75–95 ГГц. Достижимые рабочие полосы в этих изделиях равны 8,5; 10; 10; 6; 6; 5; 5 ГГц соответственно, вносимые потери (IL) составляют 2,0–3,5 дБ, развязка (Iso) по мере повышения частоты снижается от 30 до 18 дБ. Для увеличения развязки можно использовать несколько последовательно включенных переключателей с установленными между ними вентилями. Такое решение позволяет повысить развязку до 40–60 дБ при увеличении вносимых потерь до 5,5–6,5 дБ.
Помимо SPST-устройств, компания Smiths Microwave выпускает SPDT-переключатели PDT-серии в конфигурациях I и Y (рис. 1л, м соответственно), которые различаются конструктивным исполнением. Предлагается 27 моделей, работающих в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40,0; 33–40; 33–43; 33–50; 40–45; 43–47; 45–50; 40–47; 47–53; 53–60; 50–60; 55–75; 57–66; 66–75; 60–89; 60–66; 65–71; 71–76; 76–81; 81–86; 85–90; 75–85; 80–100; 85–92; 92–96; 96–100 ГГц. Вносимые потери в этих переключателях по мере повышения частоты возрастают с 1,8 до 3,0 дБ, а развязка снижается с 30 до 18 дБ.
Полоса рабочих частот во всех диапазонах в изделиях Y-типа не превосходит 10 ГГц. При этом лучшая развязка и меньшие вносимые потери достигаются в более узкополосных переключателях. Времена нарастания и спада в подобных переключателях составляют соответственно 20 и 300 нс. Большие диапазоны рабочих частот (13,5; 20 и 29 ГГц) достигаются в переключателях I-конфигурации (PDT‑28-033B0, PDT‑15-065B0 и PDT‑12-075B0), которые к тому же обеспечивают и меньшие времена переключения (время нарастания Tr = 10 нс, время спада Tf = 10 нс).
Многопозиционные pin-диодные переключатели типа SP3T и SP4T реализуются в рамках серий PS3 и PS4. Первая представлена четырьмя моделями: PS3-28, PS3-15, PS3-12, PS3-10, рассчитанными на работу в диапазонах частот 26,5–40,0; 50–75; 60–90 и 75–110 ГГц соответственно. Переключатели типа SP4T (модели PS4-28, PS4-22, PS4-19) предназначены для диапазонов частот 26,5–40,0; 33–50 и 40–60 ГГц соответственно. Все многопозиционные устройства имеют вносимые потери 2,4–2,7 дБ, а развязка составляет 20–18 дБ. Времена нарастания и спада в переключателях обоих типов одинаковы (20 и 300 нс соответственно). Большую скорость переключения можно реализовать за счет некоторого увеличения вносимых потерь. Под заказ компания может изготовить переключатели и с большим числом выходов. Чаще всего многопозиционные изделия используются для переключения лучей антенны и в матричных переключателях.
Компания Eravant (ранее Sage Millimeter) представлена на рынке широкой номенклатурой выпускаемых изделий, в том числе и волноводными СВЧ-переключателями. Среди стандартных моделей имеются волноводные отражательные переключатели для диапазонов частот 45–55, 55–65, 75–85 и 90–100 ГГц. Для всех этих диапазонов поставляются SPST (серия SKS) и SPDT (серия SKD) переключатели.
В серии SKS выпускаются отражательные SPST-переключатели для диапазонов частот 45–55, 50–75, 55–65, 60–90, 75–85 и 90–100 ГГц. Вносимые ослабления в таких переключателях находятся в пределах 2,2–2,8 дБ, а развязка равна 25–30 дБ (рис. 2). Во всех моделях этих изделий время переключения составляет 100 нс, а допустимая мощность – 0,25 Вт.
В серии SKD диапазоны рабочих частот отражательных SPDT-переключателей находятся в пределах 45–55, 55–65, 75–85, 90–100 ГГц. Вносимые ослабления в этих изделиях равны 2,5–5,0 дБ. При этом развязка, время переключения и допустимая входная мощность такие же, как у SPST-переключателей SKS-серии.
Многопозиционные отражательные переключатели SK4‑серии предлагаются компанией для диапазонов частот 45–55, 55–65, 50–75 и 72–81 ГГц. Вносимые ослабления в этих изделиях находятся в пределах 5,5–8,0 дБ, развязка равна 30–35 дБ, а время переключения (100 нс) и допустимая входная мощность такие же, как у SPST- и SPDT-переключателей SKS- и SKD-серий.
Во всех трех сериях этих переключателей используются дискретные и интегральные pin-диоды. В переключателях компании Eravant используются как внешние, так и интегрированные в них драйверы.
Отражательные переключатели характеризуются малым вносимым ослаблением, высокой входной мощностью, расширенным диапазоном рабочих частот и малой стоимостью. Наряду с отражательными поставляются и поглощающие переключатели, обеспечивающие более высокую развязку и меньший КСВН в выключенном состоянии. При необходимости отражательные переключатели могут быть трансформированы в поглощающие включением вентилей.
Помимо стандартных моделей, компания Eravant выпускает и заказные изделия. При заказе SPST -, SPDT- и SP4T-моделей используются следующие обозначения:
SKS-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
SKD-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
SK4-F1N F2N IL IS-CI CO-XY,
где F1N – начальная частота в МГц, например:
2 ГГц = 2 · 103 МГц → 023 (F1 = 02, N = 3);
90 ГГц = 90 · 103 МГц → 903 (F1 = 90, N = 3);
F2N – конечная частота в МГц, например:
18 ГГц = 18 · 103 МГц → 183 (F2 = 18, N = 3);
100 ГГц = 10 · 104 МГц → 104 (F2 = 10, N = 4);
IL – вносимые потери ×10. Например, 2,0 дБ = 20;
IS – развязка в дБ. Например, 35 дБ = 35;
CI – тип входного соединителя.
Например, K(F) = KF;
CO – тип выходного соединителя.
Например, K(M) = KM;
X – тип переключателя:
«А» – поглощающий, «R» – отражательный;
Y – резерв производителя.
Две серии волноводных переключателей на кремниевых и арсенид-галлиевых pin-диодах с балочными выводами продвигает на рынок компания HXI. В серии HSW представлены восемь моделей SPST-переключателей и одна модель SPDT-переключателя. SPST-переключатели этой серии реализуются для диапазонов частот 18,0–26,5; 22,0–33,0; 26,5–40,0 и 33,0–50,0 ГГц и обладают весьма низкими временами переключения (Tr = 15–20 нс, Tf = 7–8 нс). Единственный SPDT-переключатель этой серии (модель HSW122801), работающий в диапазоне 26,5–40,0 ГГц, также имеет малые времена нарастания и спада (15 и 7 нс соответственно).
Серия HSWM представлена шестью волноводными переключателями, рассчитанными на входную мощность 1 Вт. Три из этих волноводных переключателей SPST-типа и три SPDT-типа. Эти переключатели имеют очень малое время переключения (Tr = Tf = 3 нс). Стандартные модели этой серии с временем переключения 3 нс комплектуются ТТЛ-драйверами. Опционально можно заказать изделия с ЭСЛ-драйверами, с уменьшенным до 2 нс временем переключения и увеличенной до нескольких ватт входной мощностью.
Использование кремниевых или арсенид-галлиевых pin-диодов позволяет поставлять переключатели либо с низкими вносимыми потерями, либо с увеличенной развязкой (рис. 3). Высокие характеристики и надежность изделий достигаются, в частности, благодаря золочению внутренней поверхности корпуса переключателя. В рамках серий HSW и HSWM возможна поставка переключателей и с другими диапазонами рабочих частот, например: 33–37 ГГц (HSW2803‑ххх), 55–65 ГГц (HSW1501‑ххх), 90–98 ГГц (HSW1001‑ххх), 93–95 ГГц (HВSW94‑ххх).
Многопозиционные устройства производятся компанией в рамках HSWM-серии в соответствии с техническими требованиями заказчиков.
Достаточно широкий набор переключателей для гражданской и военной авиационной техники, радиолокаторов, в том числе автомобильных, телекоммуникационных приложений, спутниковых систем связи, досмотровых комплексов аэропортов, измерительного и тестового оборудования производит компания Ducommun, образованная слиянием компаний Dunatech, DBP Microwave и Wisewave Technologies. В числе прочих в продуктовую линейку этой компании входят реализованные на pin-диодах отражательные волноводные SPST- и SPDT- переключатели V-, E- и W-диапазонов. Уровень вносимых потерь в этих изделиях по мере увеличения частоты меняется от 3 до 5 дБ, а развязка (25 дБ), допустимая входная мощность (0,5 Вт) и время переключения (100 нс) остаются неизменными. Примером такого изделия может служить SPDT-переключатель CPD‑93355025-01, работающий в полном волноводном диапазоне 75–110 ГГц, при вносимом ослаблении 5,0 дБ, развязке 25 дБ и времени переключения менее 100 нс. Работой переключателя управляет внешний драйвер (рис. 1ф).
Помимо этого, компания производит и многопозиционные переключатели СР4-60086030-02 (56–64 ГГц), СР4-77305030-D2 (75–78 ГГц) и CP10-77308030-D2 (75–78 ГГц). Вносимые ослабления в этих переключателях не превышают соответственно 6,0; 6,5 и 10 дБ. Развязки во всех случаях не менее 30 дБ, а времена переключения не превосходят 200 нс для первого из переключателей и 150 нс для второго и третьего переключателей. В состав этих переключателей входят встроенные ТТЛ-драйверы.
Специально разработанные фильтрующие цепи снижают уровень видеопросачивания до 20 мВ p-t-p.
Несколько серий (910, 911, 912, 915) отражательных волноводных переключателей на pin-диодах выпускает компания Mi-Wave. Все переключатели включают в себя интегральные драйверы, хотя могут поставляться и без них.
Наибольший рабочий диапазон частот (18–110 ГГц) обеспечивают переключатели 915‑й серии, причем до 75 ГГц они могут работать в полной рабочей полосе используемого волновода, а свыше 75 ГГц – в полосе 10 ГГц. Все остальные переключатели обеспечивают рабочую полосу в 6–10% относительно центральной частоты.
Серии 910, 911, 915 – это SPST-переключатели, серия 912 – SPDT-переключатели. Наименьшее время переключения (10 нс) обеспечивается в SPST-переключателях 911‑й серии. Развязка в переключателях разных серий может меняться от 25 до 45 дБ. Однако, заказные изделия в сериях 910, 911, 915 могут обеспечить развязку до 60 дБ.
Типовое значение КСВ в переключателях этой компании равно 1,5. Рабочий диапазон температур и диапазон хранения составляют соответственно 0–60 °С и –55… 125 °С.
Основные применения этих переключателей включают: амплитудную модуляцию, формирование огибающей сигнала, переключение сигналов, защиту входных цепей приемников, обеспечение дуплексной работы.
Одним из крупных производителей является компания QuinStar Technology, продвигающая на рынок три серии изделий на арсенид-галлиевых pin-диодах. SPST- и SPDT-переключатели серий QSS и QSD производятся для семи диапазонов частот в пределах от 18 до 110 ГГц. Полоса рабочих частот в диапазонах K, Ka, Q и U совпадает с их границами, а в диапазонах V, E и W не превышает 10 ГГц. Время переключения в стандартных моделях равно 250 нс, но в случае необходимости поставляются изделия с временем переключения менее 10 нс.
Эта же компания поставляет и многопозиционные переключатели QSN-серий различных (SP3T–SP8T) конфигураций на частотах до 100 ГГц. Вносимые ослабления и развязки в подобных изделиях зависят от конфигурации и диапазона рабочих частот. Их значения находятся в пределах 1–6 дБ и 20–40 дБ соответственно. В зависимости от частотного диапазона и схемотехники драйвера время переключения в этих изделиях может варьироваться от 10 до 200 нс. Такие многопозиционные изделия идеально подходят для ослабления сигналов, защиты входных цепей приемников, могут быть использованы в антенных переключателях, при различного рода измерениях и в трансиверах для обеспечения режимов прием/передача. Допустимый уровень входной мощности в SPST-переключателях QSS-серии может достигать 1 Вт непрерывной и 10 Вт импульсной мощности.
Компания Pasternack выпускает четыре волноводных отражательных переключателя: PE71S9001 (SPST), PE71S9002 (SPDT), PE71S9003 (SPST) и PE71S9004 (SPDT), работающих в диапазонах частот 60–90 ГГц и 75–110 ГГц. Время переключения во всех этих изделиях не превышает 300 нс (рис. 4).
Вносимое ослабление не превосходит 5,5 дБ в SPST-изделиях и 7 дБ в SPDT-изделиях. Минимальная развязка во всех переключателях равна 20 дБ. Переключатели изготавливаются по военным стандартам и рассчитаны на диапазон рабочих температур –55…85ºС. Отметим, что точно такие же переключатели, но с другими названиями (FMSW9001, FMSW9002, FMSW9003 и FMSW9004) продвигает на рынок компания Fairview Microwave.
По рекламным данным компания Pasternack выпускает также волноводные DPDT-переключатели. Однако data sheets на эти изделия на сайте компании отсутствуют.
Для систем РЭБ, связных и радиолокационных военных комплексов выпускает волноводные SPST-, SPDT- и SPMT-переключатели компания CPI. В состав переключателей при необходимости может входить встроенный драйвер. Режим переключения в этих изделиях может быть как холодным, так и горячим. Входная мощность в этих переключателях достигает весьма больших значений (табл. 1). Так, в волноводном SPDT-переключателе BLP2084 пиковое значение входной мощности может достигать 3 000 Вт при условии, что длительность входных импульсов не превосходит 40 мкс при скважности Q < 10%. В узком диапазоне рабочих частот переключатели компании обеспечивают вносимые потери менее 1,2 дБ и развязку 70 дБ.
Большое число отражательных и поглощающих волноводных переключателей различных конфигураций (SPDT, SP3T, …, SP8T и др.), работающих на частотах от 18 до 110 ГГц, производит компания CERNEX. В K- и Ka-диапазонах рабочая полоса частот совпадает с границами этих диапазонов, а в Q-, U-, V-, E- и W-диапазонах не превосходит 10 ГГц. Вносимое ослабление меняется от 1,2 до 2,5 дБ в SPST-переключателях и от 1,8 до 3,0 дБ в SPDT-изделиях. Стандартное значение развязки равно 20 дБ, но при заказе могут быть поставлены изделия с развязкой до 100 дБ. Время переключения составляет 100–250 нс.
В семи волноводных диапазонах (18–110 ГГц) выпускает SPST- и SPDT- переключатели компания MRI. В пяти из них продукция поставляется для полных волноводных диапазонов, а в диапазонах 60–90 и 75–110 ГГц полоса рабочих частот не превышает 15% от ширины диапазона. Изделия компании MRI отличаются малыми вносимыми ослаблениями от 1,0 до 3,5 дБ. Время переключения во всех моделях составляет 250 нс.
Наряду с широкой номенклатурой коаксиальных СВЧ-переключателей компания RF-Lambda производит модель волноводного pin-диодного переключателя, рассчитанного на использование в диапазоне 60–90 ГГц. В этом диапазоне достигаются: вносимое ослабление 4,0–5,5 дБ, развязка 35–27 дБ, входная мощность 0,2 Вт, IIP3 = 45 дБм и время переключения 100 нс. При этом в широком диапазоне температур зависимости IL(f) и Iso(f) остаются практически неизменными (рис. 5). При необходимости производитель обеспечивает герметичность изделий. Отметим, что практически такой же переключатель поставляет и китайская компания Qotana Technologies.
В девяти волноводных диапазонах (18–150 ГГц) SPST-переключатели, обеспечивающие работу в 10%-ной полосе относительно центральной частоты, производит компания ELVA‑1. Низкие вносимые потери и достаточно высокая развязка (рис. 6) свидетельствуют о высоком качестве изделий. Встроенные драйверы обеспечивают время переключения 4–6 нс. Развязка в 60 дБ за счет увеличения числа ступеней (рис. 1б) может быть реализована по желанию заказчика.
Чрезвычайно широкие полосы рабочих частот (35–50, 40–60, 50–75, 60–90, 75–110, 90–140, 110–170, 140–220 ГГц) обеспечивают волноводные pin-диодные переключатели, производимые компанией ZAX Millimeter Wave Corp. Линейка продукции, выпускаемой этой фирмой, включает и многопозиционные переключатели (рис. 1ш). Время переключения в этих изделиях не превышает 100 нс.
Волноводный SPST-переключатель на pin-диодах, отличающийся оригинальным конструктивным исполнением (рис. 1к), предлагает компания Mercury Systems.
Отзывы читателей
