eng
Рассмотрены модульные СВЧ-переключатели различных типов. Приведена информация о параметрах и особенностях таких переключателей, выпускаемых рядом производителей.
УДК 621.389 | ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.172.1.116.124
УДК 621.389 | ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.172.1.116.124
Теги: insertion loss microwave switch switching time вносимые потери время переключения свч-переключатель
В первой части статьи, опубликованной в предыдущем номере журнала, рассматривались общие сведения о твердотельных СВЧ-переключателях и технологиях, используемых при их создании. Сейчас речь пойдет о модульных переключателях. Их начали выпускать сразу же после изобретения кремниевых pin-диодов и в дальнейшем постоянно совершенствовали. Анализ номенклатуры модульных устройств показывает, что большая их часть реализуется на кремниевых pin-диодах. При создании модульных переключателей, как правило, используется стандартный набор схемотехнических решений. Однако конструктивно изделия могут существенно отличаться из-за разного количества переключаемых каналов и диапазона рабочих частот. Рассмотрим различные типы модульных переключателей.
МОДУЛЬНЫЕ SPST-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ[1]
Номенклатура SPST-переключателей на pin-диодах, предлагаемых десятками компаний, чрезвычайно широка (табл. 2, рис. 6). Модульные изделия выпускают с коаксиальными соединителями или в исполнении drop-in (в виде РЧ-вставки). Они доступны для широкого диапазона частот и различаются конструктивно, а также достижимыми значениями вносимых потерь, развязок, времени переключения и входной мощности.
SPST-переключатели могут быть как отражательными (рис. 7а), так и поглощающими (рис. 7б). Модель CMCS0337 производства компании CMC (см. рис. 7а), предназначенная для работы в широкой полосе частот 2–18 ГГц, обеспечивает время переключения 2 нс и развязку 60 дБ, которая может быть увеличена при использовании большего числа параллельно включенных диодов. Фильтры высоких частот на входе и выходе переключателя эффективно подавляют видеопросачивание.
Герметичная модель поглощающего переключателя с интегрированным драйвером HM192 компании Kratos, выполненная по микрополосковой технологии в исполнении drop-in с последовательно-параллельным включением pin-диодов (рис. 7б), имеет в диапазоне частот 0,2–18,0 ГГц развязку 80 дБ и время переключения 10 нс.
Амплитудное и фазовое согласование с точностью ±0,25 дБ и ±8° в диапазоне частот 6–10 ГГц обеспечивает модель CMCS0292 компании CMC, реализованная в герметичном drop-in корпусе, совместимом с микрополосковыми или полосковыми линиями передачи. Типичное время переключения в этом устройстве составляет 0,3 нс.
Около 90 моделей SPST-переключателей отражательного и поглощающего типов выпускает компания Cobham Signal & Control Solutions. Эти изделия доступны для диапазона частот 0,01–18,00 ГГц. Все они оснащены драйвером, обеспечивающим работу переключателей от источников питания +5 и –12… –18 В. В каждом из устройств на входе и выходе предусмотрена развязка по постоянному току.
SPST-переключатели могут быть также реализованы с использованием балансных схем (рис. 8). Одно из таких устройств (модель ISD-9112, компания ST Olektron) в диапазоне частот 0,5–400 МГц обеспечивает вносимые потери 2 дБ, развязку более 45 дБ и время переключения 200 нс.
Четыре модели SPST-переключателей производит компания Teledyne Microwave Solutions, в том числе два отражательного (SJ1010, SRS3019) и столько же поглощающего (S2CP20101, S2CP20201) типа. Изделия выпускаются в различном конструктивном исполнении (корпуса TO‑8B, SMTO‑8B, SMA и 10-pin Gullwing).
12 моделей отражательного типа и столько же поглощающего (диапазоны частот 0,2–2,0; 0,5–2,0; 2–8; 4–12; 2–18; 1–18 ГГц) предлагает компания Miteq. Время переключения в них не превышает 2 нс. Изделия выпускаются как с SMA-соединителями, так и в исполнении drop-in.
В широком температурном диапазоне –55…95 °C могут работать SPST-переключатели на pin-диодах производства компании Mercury Systems. Отражательные и поглощающие устройства выпускаются в пяти частотных диапазонах (0,5–2; 2–6; 6–18; 2–18; 0,5–18,0 ГГц). При необходимости их поставляют в исполнениях, устойчивых к воздействию вибраций, ударов и ускорений.
Широкую линейку отражательных и поглощающих переключателей стандартного типа производит компания Cernex. Самые широкополосные из них, предназначенные для работы в диапазоне частот 33–50 ГГц, обеспечивают вносимые потери от 2,2 дБ, развязку до 40 дБ и время переключения 100 нс.
Герметичные отражательные и поглощающие SPST-переключатели для коммерческого, медицинского, военного и космического применения в диапазонах частот 0,5–4,0; 0,5–8,0; 0,5–12,0; 0,5–18,0; 0,5–20,0 ГГц производит компания AKON. Вносимые потери и время переключения во всех моделях не превышают 1,1–2,4 дБ и 50 нс соответственно. Развязка на всех частотах превосходит 60 дБ.
Коаксиальные SPST-переключатели на pin-диодах серии QSC компании Quinstar Technology обеспечивают быстрое переключение, высокую развязку и малые вносимые потери в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40,0; 18,0–40,0 ГГц, идеально подходят для обеспечения импульсной модуляции и защиты приемников. Доступны как отражательные, так и поглощающие типы этих устройств. Компактный корпус включает в себя драйвер, обеспечивающий время переключения 5 нс.
Исключительно широкополосные (0,05–67,00 ГГц) модели SPST-переключателей отражательного (PE71S2023) и поглощающего (PE71S2024) типов выпускаются компанией Pasternack. В этом диапазоне частот устройства имеют время переключения 150 нс и входную мощность до 0,5 Вт. В поглощающих переключателях выходной порт в положении «включено» замыкается на 50-Ом нагрузку. Вносимые потери увеличиваются от 1 дБ на низких частотах до 8–9 дБ на частоте 67 ГГц (рис. 9а, б), развязка по диапазону частот меняется от 20 до 48 дБ в изделии PE71S2023 и от 25 до 48 дБ – в PE71S2024 (рис. 9в, г).
Две модели pin-диодных SPST-переключателей (CPS‑33672030-01, CPS‑33673030-A1), выполненных по AlGaAs МИС технологии в модульном исполнении с коаксиальными соединителями 1,85 мм, работающих в диапазоне частот 0,05–67 ГГц, предлагает компания Ducommun Technologies. Характеристики этих устройств полностью совпадают с характеристиками изделий, выпускаемых компанией Pasternack.
Во многих случаях SPST-переключатели используются в качестве импульсных модуляторов. Специально разработанный компанией PMI импульсный модулятор MPM‑1002 в диапазоне частот 8–18 ГГц формирует радиоимпульсы с подавлением сигнала входной частоты на 61 дБ. Полученные в результате тестовых испытаний времена нарастания, спада и переключения составляют 10,2; 18,5 и 33,4 нс соответственно.
Три серии SPST-переключателей отражательного типа (SFS, DJS и HFS) выпускает компания Sierra Microwave Technology. Устройства SFS-серии представлены шестью моделями в диапазонах частот 0,5–4,0; 0,5–8,0; 0,5–12,0; 0,5–18,0; 0,5–20,0; 0,5–26,5 ГГц. Вносимые потери по мере увеличения частоты меняются от 1,1 до 3,0 дБ, минимальная развязка составляет 60 дБ, а время переключения 25 нс. Миниатюрная серия DJS в тех же частотных диапазонах, что и SFS-серия, обеспечивает сходные характеристики и может быть реализована как с коаксиальными соединителями, так и в исполнении drop-in. Высокочастотная HFS-серия SPST-переключателей представлена одной моделью HFS1840-OX1 отражательного типа (вносимые потери составляют менее 4,5 дБ, развязка – более 50 дБ и скорость переключения 2 мс). Модель выполнена с соединителями К-типа.
Две герметизированные модели поглощающих SPST-переключателей (рис. 10), выполненных по технологиям GaAs MESFET и GaAs PHEMT, представляет компания Analog Devices. Первое устройство (HMC-С019), предназначенное для работы в диапазоне частот 0–20 ГГц, обеспечивает вносимые потери менее 7 дБ, развязку 100 дБ на частоте 4 ГГц и 65 дБ на частоте 20 ГГц. Второе устройство (HMC-C583) для диапазона частот 0,1–40 ГГц обеспечивает типовые значения вносимых потерь и развязки 7 и 50 дБ соответственно.
МОДУЛЬНЫЕ SPDT-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ
Изделия этого типа – одни из наиболее востребованных и весьма разнообразны конструктивно (рис. 11). SPDT-переключатели в модульном исполнении доступны в широком диапазоне частот и удовлетворяют различным требованиям (табл. 3). Благодаря практически неограниченному сроку службы эти pin-диодные устройства нашли применение в лабораторном и тестовом оборудовании, а также в фазированных антенных решетках, автомобильных и медицинских применениях и др.
Большая часть компаний выпускает переключатели как отражательного, так и поглощающего типов. При этом используются все три конфигурации: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная.
В рамках принципиальной схемы поглощающего SPDT-переключателя (рис. 12) возможны различные модификации. Так, увеличивая число параллельно включенных pin-диодов, можно добиться более высокой развязки, а путем включения фильтров высокой частоты по одному, двум или трем портам – снизить видеопросачивание. При исключении из схемы резистора R и диода D, выделенных красным цветом (см. рис. 12), и замыкании между собой точек 1 и 2 переключатель становится отражательным.
Характеристики переключателей во многом зависят от идентичности используемых pin-диодов, на что обращается внимание в особо ответственных изделиях.
Чрезвычайно широкую линейку из почти 100 SPDT-переключателей отражательного и поглощающего типа выпускает компания Cobham Signal & Control Solutions. Во все переключатели этой компании встроены драйверы, обеспечивающие питание +5 и –12… –18 В. Развязка по постоянному току достигается путем включения DC-блоков на входах всех трех портов. Высокая культура тестирования позволяет выпускать эти устройства в индустриальном, военном и космическом исполнении.
Герметичные переключатели для диапазона частот 0,5–18,0 ГГц, которые производит компания Elbit Systems, отличаются малыми вносимыми потерями, высоким значением развязки и низким уровнем видеопросачивания. Стандартные изделия оснащены драйвером. Опционально переключатели могут работать от внешних драйверов. Примерно в таком же диапазоне (2–18 ГГц) поставляются устройства компании LNX. Уровень видеопросачивания в них не превышает –60 дБм. По мере увеличения верхней границы рабочего диапазона характеристики переключателя обычно ухудшаются.
Переключатели отражательного и поглощающего типов компании API Technologies (модели MASWML0010 и MASWML0012), выпускаемые в диапазоне частот 0,5–18,0 ГГц, отличаются миниатюрностью, низкими вносимыми потерями (3,3 дБ), хорошей (не менее 55 дБ) развязкой и малым (30 нс) временем переключения, которое обеспечивают TTЛ-совместимые драйверы. При снятии соединителей эти устройства могут быть подключены к микрополосковым линиям передачи. Многие производители выпускают переключатели в исполнении drop-in в стандартной конфигурации. Примером таких изделий являются модели SW2-120180AN2HS и SW2120180AI2H3 компании Miteq.
Одна из продуктивно работающих на рынке СВЧ-переключателей компаний – Cernex – выпускает изделия отражательного и поглощающего типов в диапазоне частот от 0,001 до 100 ГГц. Общее число производимых моделей превышает 50, в том числе в диапазонах 50–60, 55–62, 55–65, 70–86, 75–85 и 90–100 ГГц. Переключатели, рассчитанные на работу до 100 ГГц, производит также компания Sage Millimeter, причем до 18 ГГц изделия могут быть как отражательными, так и поглощающими. Свыше 18 ГГц – в диапазонах 18,0–26,5; 26,5–40,0; 18,0–40,0; 33,0–50,0; 18,0–50,0; 45,0–55,0; 55,0–65,0; 75,0–85,0 и 90,0–100,0 ГГц поставляются только изделия отражательного типа.
Широкополосные переключатели в диапазонах частот 0,05–40,0 ГГц и 0,1–50,0 ГГц предлагает компания PMI (модели P2T‑50M40G‑95-T‑515-292FF, P2T‑100M50G‑100-T). Особенностью этих изделий является очень высокий уровень развязки, достигающий 100 дБ.
Широкую номенклатуру pin-диодных переключателей производит компания RF-Lambda. Модель RFSP2TA3080G переключателя отражательного типа для диапазона частот 30–80 ГГц обеспечивает низкие вносимые потери (3 дБ), достаточно высокую (более 45 дБ) развязку и малый КСВН = 1,5. Температурный коэффициент, влияющий на уровень вносимых потерь, не превышает 0,003 дБ/°C. Представляет также интерес график зависимости среднего времени наработки на отказ от температуры (рис. 13).
Исключительно широкополосные pin-диодные переключатели разработаны компаниями Pasternack (0,1–67,0 ГГц) и Ducommun Technologies (0,05–67,00 ГГц). В качестве высокочастотных в обоих случаях используются соединители 1,85 мм. Управление переключателями осуществляется через SMA-соединители. Каждая компания выпускает по два SPDT-переключателя отражательного и поглощающего типов, соответственно модели PE71S2025 и PE71S2026 производства Pasternack и модели CPD‑33673030-01 и CPD‑33674060 компании Ducommun Technologies.
В некоторых SPDT-переключателях предусмотрено согласование амплитудных и фазовых характеристик (между входным и выходными портами). Так, в модели F9321T компании Kratos точность поддержания амплитудных и фазовых характеристик одинаковыми составляет 1 дБ и 12° соответственно. Одной из мер, способствующих идентичности этих характеристик, является симметричное относительно входного соединителя расположение выходных соединителей на одной из боковых граней.
Два pin-диодных переключателя P9402A и P9402C разработаны компанией Keysight для применения в диапазонах частот 0,1–8,0 и 0,1–18,0 ГГц. Особенность этих изделий заключается в возможности их эксплуатации в широком диапазоне температур (–55…95 °C), в условиях повышенной влажности, при наличии ударных и вибрационных нагрузок, на высоте до 15 300 м, а также при сильных электростатических воздействиях. Эти pin-диодные поглощающие переключатели обеспечивают низкие значения вносимых потерь и высокие значения развязки (рис. 14) во всем диапазоне рабочих частот. Оба изделия оснащены pin-диодным интегральным SPDT-переключателем, дополненным дискретными шунтирующими pin-диодами в каждом из двух каналов. Введение дополнительных шунтирующих pin-диодов обеспечивает увеличение развязки между портами. В отличие от других SPDT-переключателей, эти две модели предусматривают три возможных состояния: подключение первого или второго каналов, блокирование прохождения входного сигнала на первый и второй выходы. Достигнутый уровень развязки (рис. 14) ставит эти переключатели в один ряд с электромеханическими изделиями.
В модульных решениях могут также использоваться переключатели, выполненные по другим технологиям. Так, в двух поглощающих переключателях HMC-C011 и HMC-C058 (рис. 15) применяется технология GaAs MESFET, обеспечивающая работу в диапазонах 0–20 и 0–18 ГГц соответственно. Во втором из этих переключателей уровень вносимых потерь меняется по диапазону от 1,2 до 7,0 дБ, а развязка находится в пределах 85–47 дБ. Следует отметить малую зависимость данных показателей от температуры (рис. 16). Оба переключателя выполнены в герметичном исполнении.
При тестировании мобильных телефонов и базовых станций, в системах встроенного контроля, а также в MIMO-применениях могут быть использованы переключатели компании RANATEC, изготовленные по технологии печатных плат. Выпускаемая компанией модель RI 2421 оснащена тремя SPDT-переключателями, работающими в диапазоне частот 0–6 ГГц при вносимых потерях 1,0–1,3 дБ и развязке 55–40 дБ. Время переключения в этой модели не превышает 10 мкс. Подключение к внешним устройствам осуществляется через SMA-соединители.
Чрезвычайно высокий уровень характеристик (рис. 17) обеспечивают выполненные по FET-технологии переключатели U9397A и U9397C компании Keysight. Следует отметить достигнутый в переключателе U9397A уровень развязки 120 дБ во всем диапазоне рабочих частот.
Продолжение следует.
МОДУЛЬНЫЕ SPST-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ[1]
Номенклатура SPST-переключателей на pin-диодах, предлагаемых десятками компаний, чрезвычайно широка (табл. 2, рис. 6). Модульные изделия выпускают с коаксиальными соединителями или в исполнении drop-in (в виде РЧ-вставки). Они доступны для широкого диапазона частот и различаются конструктивно, а также достижимыми значениями вносимых потерь, развязок, времени переключения и входной мощности.
SPST-переключатели могут быть как отражательными (рис. 7а), так и поглощающими (рис. 7б). Модель CMCS0337 производства компании CMC (см. рис. 7а), предназначенная для работы в широкой полосе частот 2–18 ГГц, обеспечивает время переключения 2 нс и развязку 60 дБ, которая может быть увеличена при использовании большего числа параллельно включенных диодов. Фильтры высоких частот на входе и выходе переключателя эффективно подавляют видеопросачивание.
Герметичная модель поглощающего переключателя с интегрированным драйвером HM192 компании Kratos, выполненная по микрополосковой технологии в исполнении drop-in с последовательно-параллельным включением pin-диодов (рис. 7б), имеет в диапазоне частот 0,2–18,0 ГГц развязку 80 дБ и время переключения 10 нс.
Амплитудное и фазовое согласование с точностью ±0,25 дБ и ±8° в диапазоне частот 6–10 ГГц обеспечивает модель CMCS0292 компании CMC, реализованная в герметичном drop-in корпусе, совместимом с микрополосковыми или полосковыми линиями передачи. Типичное время переключения в этом устройстве составляет 0,3 нс.
Около 90 моделей SPST-переключателей отражательного и поглощающего типов выпускает компания Cobham Signal & Control Solutions. Эти изделия доступны для диапазона частот 0,01–18,00 ГГц. Все они оснащены драйвером, обеспечивающим работу переключателей от источников питания +5 и –12… –18 В. В каждом из устройств на входе и выходе предусмотрена развязка по постоянному току.
SPST-переключатели могут быть также реализованы с использованием балансных схем (рис. 8). Одно из таких устройств (модель ISD-9112, компания ST Olektron) в диапазоне частот 0,5–400 МГц обеспечивает вносимые потери 2 дБ, развязку более 45 дБ и время переключения 200 нс.
Четыре модели SPST-переключателей производит компания Teledyne Microwave Solutions, в том числе два отражательного (SJ1010, SRS3019) и столько же поглощающего (S2CP20101, S2CP20201) типа. Изделия выпускаются в различном конструктивном исполнении (корпуса TO‑8B, SMTO‑8B, SMA и 10-pin Gullwing).
12 моделей отражательного типа и столько же поглощающего (диапазоны частот 0,2–2,0; 0,5–2,0; 2–8; 4–12; 2–18; 1–18 ГГц) предлагает компания Miteq. Время переключения в них не превышает 2 нс. Изделия выпускаются как с SMA-соединителями, так и в исполнении drop-in.
В широком температурном диапазоне –55…95 °C могут работать SPST-переключатели на pin-диодах производства компании Mercury Systems. Отражательные и поглощающие устройства выпускаются в пяти частотных диапазонах (0,5–2; 2–6; 6–18; 2–18; 0,5–18,0 ГГц). При необходимости их поставляют в исполнениях, устойчивых к воздействию вибраций, ударов и ускорений.
Широкую линейку отражательных и поглощающих переключателей стандартного типа производит компания Cernex. Самые широкополосные из них, предназначенные для работы в диапазоне частот 33–50 ГГц, обеспечивают вносимые потери от 2,2 дБ, развязку до 40 дБ и время переключения 100 нс.
Герметичные отражательные и поглощающие SPST-переключатели для коммерческого, медицинского, военного и космического применения в диапазонах частот 0,5–4,0; 0,5–8,0; 0,5–12,0; 0,5–18,0; 0,5–20,0 ГГц производит компания AKON. Вносимые потери и время переключения во всех моделях не превышают 1,1–2,4 дБ и 50 нс соответственно. Развязка на всех частотах превосходит 60 дБ.
Коаксиальные SPST-переключатели на pin-диодах серии QSC компании Quinstar Technology обеспечивают быстрое переключение, высокую развязку и малые вносимые потери в диапазонах частот 18,0–26,5; 26,5–40,0; 18,0–40,0 ГГц, идеально подходят для обеспечения импульсной модуляции и защиты приемников. Доступны как отражательные, так и поглощающие типы этих устройств. Компактный корпус включает в себя драйвер, обеспечивающий время переключения 5 нс.
Исключительно широкополосные (0,05–67,00 ГГц) модели SPST-переключателей отражательного (PE71S2023) и поглощающего (PE71S2024) типов выпускаются компанией Pasternack. В этом диапазоне частот устройства имеют время переключения 150 нс и входную мощность до 0,5 Вт. В поглощающих переключателях выходной порт в положении «включено» замыкается на 50-Ом нагрузку. Вносимые потери увеличиваются от 1 дБ на низких частотах до 8–9 дБ на частоте 67 ГГц (рис. 9а, б), развязка по диапазону частот меняется от 20 до 48 дБ в изделии PE71S2023 и от 25 до 48 дБ – в PE71S2024 (рис. 9в, г).
Две модели pin-диодных SPST-переключателей (CPS‑33672030-01, CPS‑33673030-A1), выполненных по AlGaAs МИС технологии в модульном исполнении с коаксиальными соединителями 1,85 мм, работающих в диапазоне частот 0,05–67 ГГц, предлагает компания Ducommun Technologies. Характеристики этих устройств полностью совпадают с характеристиками изделий, выпускаемых компанией Pasternack.
Во многих случаях SPST-переключатели используются в качестве импульсных модуляторов. Специально разработанный компанией PMI импульсный модулятор MPM‑1002 в диапазоне частот 8–18 ГГц формирует радиоимпульсы с подавлением сигнала входной частоты на 61 дБ. Полученные в результате тестовых испытаний времена нарастания, спада и переключения составляют 10,2; 18,5 и 33,4 нс соответственно.
Три серии SPST-переключателей отражательного типа (SFS, DJS и HFS) выпускает компания Sierra Microwave Technology. Устройства SFS-серии представлены шестью моделями в диапазонах частот 0,5–4,0; 0,5–8,0; 0,5–12,0; 0,5–18,0; 0,5–20,0; 0,5–26,5 ГГц. Вносимые потери по мере увеличения частоты меняются от 1,1 до 3,0 дБ, минимальная развязка составляет 60 дБ, а время переключения 25 нс. Миниатюрная серия DJS в тех же частотных диапазонах, что и SFS-серия, обеспечивает сходные характеристики и может быть реализована как с коаксиальными соединителями, так и в исполнении drop-in. Высокочастотная HFS-серия SPST-переключателей представлена одной моделью HFS1840-OX1 отражательного типа (вносимые потери составляют менее 4,5 дБ, развязка – более 50 дБ и скорость переключения 2 мс). Модель выполнена с соединителями К-типа.
Две герметизированные модели поглощающих SPST-переключателей (рис. 10), выполненных по технологиям GaAs MESFET и GaAs PHEMT, представляет компания Analog Devices. Первое устройство (HMC-С019), предназначенное для работы в диапазоне частот 0–20 ГГц, обеспечивает вносимые потери менее 7 дБ, развязку 100 дБ на частоте 4 ГГц и 65 дБ на частоте 20 ГГц. Второе устройство (HMC-C583) для диапазона частот 0,1–40 ГГц обеспечивает типовые значения вносимых потерь и развязки 7 и 50 дБ соответственно.
МОДУЛЬНЫЕ SPDT-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ
Изделия этого типа – одни из наиболее востребованных и весьма разнообразны конструктивно (рис. 11). SPDT-переключатели в модульном исполнении доступны в широком диапазоне частот и удовлетворяют различным требованиям (табл. 3). Благодаря практически неограниченному сроку службы эти pin-диодные устройства нашли применение в лабораторном и тестовом оборудовании, а также в фазированных антенных решетках, автомобильных и медицинских применениях и др.
Большая часть компаний выпускает переключатели как отражательного, так и поглощающего типов. При этом используются все три конфигурации: последовательная, параллельная и последовательно-параллельная.
В рамках принципиальной схемы поглощающего SPDT-переключателя (рис. 12) возможны различные модификации. Так, увеличивая число параллельно включенных pin-диодов, можно добиться более высокой развязки, а путем включения фильтров высокой частоты по одному, двум или трем портам – снизить видеопросачивание. При исключении из схемы резистора R и диода D, выделенных красным цветом (см. рис. 12), и замыкании между собой точек 1 и 2 переключатель становится отражательным.
Характеристики переключателей во многом зависят от идентичности используемых pin-диодов, на что обращается внимание в особо ответственных изделиях.
Чрезвычайно широкую линейку из почти 100 SPDT-переключателей отражательного и поглощающего типа выпускает компания Cobham Signal & Control Solutions. Во все переключатели этой компании встроены драйверы, обеспечивающие питание +5 и –12… –18 В. Развязка по постоянному току достигается путем включения DC-блоков на входах всех трех портов. Высокая культура тестирования позволяет выпускать эти устройства в индустриальном, военном и космическом исполнении.
Герметичные переключатели для диапазона частот 0,5–18,0 ГГц, которые производит компания Elbit Systems, отличаются малыми вносимыми потерями, высоким значением развязки и низким уровнем видеопросачивания. Стандартные изделия оснащены драйвером. Опционально переключатели могут работать от внешних драйверов. Примерно в таком же диапазоне (2–18 ГГц) поставляются устройства компании LNX. Уровень видеопросачивания в них не превышает –60 дБм. По мере увеличения верхней границы рабочего диапазона характеристики переключателя обычно ухудшаются.
Переключатели отражательного и поглощающего типов компании API Technologies (модели MASWML0010 и MASWML0012), выпускаемые в диапазоне частот 0,5–18,0 ГГц, отличаются миниатюрностью, низкими вносимыми потерями (3,3 дБ), хорошей (не менее 55 дБ) развязкой и малым (30 нс) временем переключения, которое обеспечивают TTЛ-совместимые драйверы. При снятии соединителей эти устройства могут быть подключены к микрополосковым линиям передачи. Многие производители выпускают переключатели в исполнении drop-in в стандартной конфигурации. Примером таких изделий являются модели SW2-120180AN2HS и SW2120180AI2H3 компании Miteq.
Одна из продуктивно работающих на рынке СВЧ-переключателей компаний – Cernex – выпускает изделия отражательного и поглощающего типов в диапазоне частот от 0,001 до 100 ГГц. Общее число производимых моделей превышает 50, в том числе в диапазонах 50–60, 55–62, 55–65, 70–86, 75–85 и 90–100 ГГц. Переключатели, рассчитанные на работу до 100 ГГц, производит также компания Sage Millimeter, причем до 18 ГГц изделия могут быть как отражательными, так и поглощающими. Свыше 18 ГГц – в диапазонах 18,0–26,5; 26,5–40,0; 18,0–40,0; 33,0–50,0; 18,0–50,0; 45,0–55,0; 55,0–65,0; 75,0–85,0 и 90,0–100,0 ГГц поставляются только изделия отражательного типа.
Широкополосные переключатели в диапазонах частот 0,05–40,0 ГГц и 0,1–50,0 ГГц предлагает компания PMI (модели P2T‑50M40G‑95-T‑515-292FF, P2T‑100M50G‑100-T). Особенностью этих изделий является очень высокий уровень развязки, достигающий 100 дБ.
Широкую номенклатуру pin-диодных переключателей производит компания RF-Lambda. Модель RFSP2TA3080G переключателя отражательного типа для диапазона частот 30–80 ГГц обеспечивает низкие вносимые потери (3 дБ), достаточно высокую (более 45 дБ) развязку и малый КСВН = 1,5. Температурный коэффициент, влияющий на уровень вносимых потерь, не превышает 0,003 дБ/°C. Представляет также интерес график зависимости среднего времени наработки на отказ от температуры (рис. 13).
Исключительно широкополосные pin-диодные переключатели разработаны компаниями Pasternack (0,1–67,0 ГГц) и Ducommun Technologies (0,05–67,00 ГГц). В качестве высокочастотных в обоих случаях используются соединители 1,85 мм. Управление переключателями осуществляется через SMA-соединители. Каждая компания выпускает по два SPDT-переключателя отражательного и поглощающего типов, соответственно модели PE71S2025 и PE71S2026 производства Pasternack и модели CPD‑33673030-01 и CPD‑33674060 компании Ducommun Technologies.
В некоторых SPDT-переключателях предусмотрено согласование амплитудных и фазовых характеристик (между входным и выходными портами). Так, в модели F9321T компании Kratos точность поддержания амплитудных и фазовых характеристик одинаковыми составляет 1 дБ и 12° соответственно. Одной из мер, способствующих идентичности этих характеристик, является симметричное относительно входного соединителя расположение выходных соединителей на одной из боковых граней.
Два pin-диодных переключателя P9402A и P9402C разработаны компанией Keysight для применения в диапазонах частот 0,1–8,0 и 0,1–18,0 ГГц. Особенность этих изделий заключается в возможности их эксплуатации в широком диапазоне температур (–55…95 °C), в условиях повышенной влажности, при наличии ударных и вибрационных нагрузок, на высоте до 15 300 м, а также при сильных электростатических воздействиях. Эти pin-диодные поглощающие переключатели обеспечивают низкие значения вносимых потерь и высокие значения развязки (рис. 14) во всем диапазоне рабочих частот. Оба изделия оснащены pin-диодным интегральным SPDT-переключателем, дополненным дискретными шунтирующими pin-диодами в каждом из двух каналов. Введение дополнительных шунтирующих pin-диодов обеспечивает увеличение развязки между портами. В отличие от других SPDT-переключателей, эти две модели предусматривают три возможных состояния: подключение первого или второго каналов, блокирование прохождения входного сигнала на первый и второй выходы. Достигнутый уровень развязки (рис. 14) ставит эти переключатели в один ряд с электромеханическими изделиями.
В модульных решениях могут также использоваться переключатели, выполненные по другим технологиям. Так, в двух поглощающих переключателях HMC-C011 и HMC-C058 (рис. 15) применяется технология GaAs MESFET, обеспечивающая работу в диапазонах 0–20 и 0–18 ГГц соответственно. Во втором из этих переключателей уровень вносимых потерь меняется по диапазону от 1,2 до 7,0 дБ, а развязка находится в пределах 85–47 дБ. Следует отметить малую зависимость данных показателей от температуры (рис. 16). Оба переключателя выполнены в герметичном исполнении.
При тестировании мобильных телефонов и базовых станций, в системах встроенного контроля, а также в MIMO-применениях могут быть использованы переключатели компании RANATEC, изготовленные по технологии печатных плат. Выпускаемая компанией модель RI 2421 оснащена тремя SPDT-переключателями, работающими в диапазоне частот 0–6 ГГц при вносимых потерях 1,0–1,3 дБ и развязке 55–40 дБ. Время переключения в этой модели не превышает 10 мкс. Подключение к внешним устройствам осуществляется через SMA-соединители.
Чрезвычайно высокий уровень характеристик (рис. 17) обеспечивают выполненные по FET-технологии переключатели U9397A и U9397C компании Keysight. Следует отметить достигнутый в переключателе U9397A уровень развязки 120 дБ во всем диапазоне рабочих частот.
Продолжение следует.
Отзывы читателей
