和射頻微波開關(guān)測試系統(tǒng)。

無線通信行業(yè)的大增長意味著無線設(shè)備的元器件和組件測試迎來了大爆炸，包括組成通信系統(tǒng)的各種射頻IC和微波單片集成電路的測試。這些測試通常需要高頻率，通常在GHz范圍內(nèi)。摘要:本文討論了射頻和微波開關(guān)測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，包括不同的開關(guān)類型、射頻開關(guān)卡規(guī)格，以及在設(shè)計射頻開關(guān)時需要考慮的問題，以幫助測試工程師提高測試吞吐量和降低測試成本。射頻開關(guān)和低頻開關(guān)的區(qū)別

將信號從一個頻點切換到另一個頻點似乎很容易，但如何實現(xiàn)極低的信號損耗？當(dāng)設(shè)計具有低頻和直流(DC)信號的開關(guān)系統(tǒng)時，有必要考慮其獨特的參數(shù)，包括接觸電勢、建立時間、偏置電流和隔離特性。

高頻信號和低頻信號類似，需要考慮其特有的參數(shù)，這些參數(shù)會影響信號在切換過程中的性能，包括VSWR(電壓駐波比)、插入損耗、帶寬和通道隔離等。此外，硬件因素，如終端，連接器類型和繼電器類型，也會大大影響這些參數(shù)。

繼電器中開關(guān)電容的類型和結(jié)構(gòu)是限制開關(guān)信號頻率的常見因素。繼電器的材料和物理特性決定了其內(nèi)部電容。例如，在超過40GHz的射頻和微波開關(guān)中，機(jī)電繼電器采用特殊的觸點結(jié)構(gòu)，以獲得更好的性能。圖1示出了典型的配置，其中公共端子位于兩個開關(guān)端子之間。所有信號連接線都是同軸的，以確保最佳的信號完整性(SI)。在這種情況下，連接器是SMA母接頭。對于更復(fù)雜的開關(guān)結(jié)構(gòu)，公共端子被每個開關(guān)端子徑向包圍。

射頻開關(guān)采用了一系列復(fù)雜的開關(guān)拓?fù)?。矩陣開關(guān)可以連接每個輸入和每個輸出。微波開關(guān)結(jié)構(gòu)中使用兩種類型的矩陣——阻塞型和非阻塞型。一個分塊矩陣可以連接任何輸入和任何輸出，所以其他輸入和輸出不能同時連接。對于只需要一次切換到一個信號頻率的應(yīng)用，這是一種有效的低成本方案，信號完整性更好，因為中繼路徑更少，特別是避免了相位延遲的問題。無阻塞矩陣允許同時連接多條路徑。這種架構(gòu)有更多的繼電器和電纜，因此更靈活，但也更昂貴。

堆疊交換機(jī)架構(gòu)是多位置交換機(jī)的一種替代形式。它使用多個繼電器將一個輸入連接到多個輸出。路徑長度(也決定相位延遲)由信號通過的繼電器數(shù)量決定。

樹形架構(gòu)是級聯(lián)交換機(jī)架構(gòu)的替代方案。與堆疊架構(gòu)相比，對于相同規(guī)格的系統(tǒng)，樹形技術(shù)需要更多的繼電器。但是，選中的路由和其他未使用的路由之間的隔離會更好，從而減少繼電器和通道之間的串?dāng)_。樹形架構(gòu)有一些優(yōu)點，包括未端接的短截線，每個通道的特性會很相似。但是，選擇的路由上有多個中繼，意味著損耗會更大，信號完整性也堪憂。

射頻開關(guān)卡架構(gòu)在測試儀器主機(jī)上應(yīng)用射頻開關(guān)卡時，為了保證信號的完整性，需要了解很多電氣性能指標(biāo)。串?dāng)_是指不同通道上傳輸?shù)男盘栔g或通道上的信號與輸出信號之間的電容耦合、電感耦合或電磁輻射。一般用特定負(fù)載阻抗和特定頻率下的分貝數(shù)來描述。插入損耗是信號在開關(guān)卡或系統(tǒng)中傳輸時的衰減，用特定頻率范圍的分貝數(shù)表示。當(dāng)信號較低或噪聲較高時，插入損耗是一個非常重要的技術(shù)指標(biāo)。電壓駐波比(VSWR)是對傳輸線上信號反射的度量，它被定義為信號路徑上駐波的最高電壓幅度與最低電壓幅度的比值。信號交換、傳輸或放大的有限頻率范圍稱為帶寬。對于給定的負(fù)載條件，帶寬范圍由-3dB(半功率)點定義。

隔離度是相鄰?fù)ǖ赖碾妷罕龋x為一個頻率范圍內(nèi)的分貝數(shù)。

RF開關(guān)設(shè)計為了設(shè)計RF開關(guān)系統(tǒng)，需要額外考慮一系列關(guān)鍵因素。

阻抗匹配——假設(shè)開關(guān)放置在測量儀器和DUT(被測設(shè)備)之間，幾個系統(tǒng)中的所有阻抗必須匹配。為了實現(xiàn)最佳的信號傳輸，信號源的輸出阻抗應(yīng)該等于開關(guān)的特性阻抗、電纜的阻抗和DUT的阻抗。在射頻測試中，常見的阻抗水平是50或75歐姆。無論需要什么樣的阻抗水平，適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ鋵⒋_保整個系統(tǒng)的完整性。

輸入VSWR和通過VSWR的信號路徑?jīng)Q定了測量的精度。失配不確定度(dB)= 20 x log(1+/-γSIG路徑*γinst)其中γ= VSWR-1/VSWR+1

如果信號路徑輸出和儀器輸入具有良好的VSWR，例如1.3: 1，則失配不確定度約為+/-0.15dB

端接——在高頻下，所有的信號都必須適當(dāng)端接，否則電磁波會在端接點反射，導(dǎo)致VSWR增加。沒有終端的開關(guān)將增加關(guān)閉狀態(tài)下的VSWR，并且開關(guān)通常需要提供50歐姆的終端電阻來匹配打開或關(guān)閉狀態(tài)。VSWR增加后，如果反射部分足夠大，甚至可能損壞源端。

功率傳輸-另一個重要的考慮因素是系統(tǒng)將射頻功率從儀器傳輸?shù)紻UT的能力。由于插入損耗，信號可能需要放大。在某些應(yīng)用中，可能需要降低DUT的信號功率。放大器或衰減器的使用可以確保準(zhǔn)確的信號功率值被傳輸?shù)浇粨Q系統(tǒng)。

信號濾波器-信號濾波器在某些情況下非常有用，例如當(dāng)通過交換機(jī)傳輸?shù)男盘栔幸馔馓砑恿嗽肼晻r。如果原始信號頻率不適合DUT測試頻率，濾波器也很有用。這種情況下，可以在開關(guān)中添加一個濾波器，以改變信號帶寬或濾除不需要的信號頻率。

相位失真——隨著測試系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，來自同一信號源的信號可能通過不同的信道傳輸?shù)紻UT，導(dǎo)致相位失真。這個指標(biāo)通常稱為傳輸延遲。對于給定的導(dǎo)電介質(zhì)，延遲與信號路徑長度成正比。不同的信號路徑長度會導(dǎo)致信號相移，從而導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果。為了減少相位失真，有必要確保相同的信號路徑長度。

總結(jié)和理解射頻/微波交換系統(tǒng)采購和建設(shè)中的各種設(shè)計參數(shù)，有利于保證信號和系統(tǒng)的完整性。

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