射頻和微波開(kāi)關(guān)測(cè)試系統(tǒng)基礎(chǔ)

無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)的巨大成長(zhǎng)意味著對(duì)于無(wú)線設(shè)備的元器件和組件的測(cè)試迎來(lái)了大爆發(fā)，包括對(duì)組成通信系統(tǒng)的各種RF IC 和微波單片集成電路的測(cè)試。這些測(cè)試通常需要很高的頻率，普遍都在GHz范圍。本文討論了射頻和微波開(kāi)關(guān)測(cè)試系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題，包括不同的開(kāi)關(guān)種類，RF開(kāi)關(guān)卡規(guī)格，和有助于測(cè)試工程師提高測(cè)試吞吐量并降低測(cè)試成本的RF開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。
射頻開(kāi)關(guān)和低頻開(kāi)關(guān)的區(qū)別

將一個(gè)信號(hào)從一個(gè)頻點(diǎn)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)頻點(diǎn)看起來(lái)挺容易的，但要達(dá)成極低的信號(hào)損耗該如何實(shí)現(xiàn)呢？設(shè)計(jì)低頻和直流（DC）信號(hào)的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)都需要考慮它們特有的參數(shù)，包括接觸電位、建立時(shí)間、偏置電流和隔離特性等。

高頻信號(hào)，與低頻信號(hào)類似，需要考慮其特有的參數(shù)，它們會(huì)影響開(kāi)關(guān)過(guò)程中的信號(hào)性能，這些參數(shù)包括VSWR（電壓駐波比）、插入損耗、帶寬和通道隔離等等。另外，硬件因素，比如端接、連接器類型、繼電器類型，也會(huì)極大的影響這些參數(shù)。

開(kāi)關(guān)種類和構(gòu)造
繼電器內(nèi)的容性是限制開(kāi)關(guān)的信號(hào)頻率的常見(jiàn)因素。繼電器的材料和物理特性決定了其構(gòu)成的內(nèi)部電容。比如，在超過(guò)40GHz的射頻和微波開(kāi)關(guān)中，在機(jī)電繼電器中采用了特殊的接觸架構(gòu)來(lái)獲得更好的性能。圖1顯示了一個(gè)典型的構(gòu)造，共同端接位于兩個(gè)開(kāi)關(guān)端接之間。所有信號(hào)的連接線路都是同軸線，來(lái)保證最佳的信號(hào)完整性（SI）。在這種情況下，連接器是SMA母頭。對(duì)于更加復(fù)雜的開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，共同端接被各個(gè)開(kāi)關(guān)端接以放射狀圍繞。

圖1 – 高頻機(jī)電繼電器

一系列復(fù)雜的開(kāi)關(guān)拓?fù)湓赗F開(kāi)關(guān)中得以采用。矩陣式開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)輸入與每個(gè)輸出的連接。有兩種類型的矩陣在微波開(kāi)關(guān)架構(gòu)中得以采用——blocking和non-blocking架構(gòu)。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(duì)只需在一個(gè)時(shí)刻切換到一個(gè)信號(hào)頻率的應(yīng)用是一個(gè)有效的低成本方案，信號(hào)完整性也更好，因?yàn)橛懈俚睦^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(gòu)具有更多的繼電器和線纜，因此靈活性更強(qiáng)，不過(guò)價(jià)格也更高。

圖2 –單通道blocking矩陣和non-blocking矩陣