射頻和微波開關(guān)測試系統(tǒng)基礎(chǔ)

無線通信產(chǎn)業(yè)的巨大成長意味著對于無線設備的元器件和組件的測試迎來了大爆發(fā)，包括對組成通信系統(tǒng)的各種RF IC 和微波單片集成電路的測試。這些測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關(guān)測試系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，包括不同的開關(guān)種類，RF開關(guān)卡規(guī)格，和有助于測試工程師提高測試吞吐量并降低測試成本的RF開關(guān)設計中需要考慮的問題。
射頻開關(guān)和低頻開關(guān)的區(qū)別

將一個信號從一個頻點轉(zhuǎn)換到另一個頻點看起來挺容易的，但要達成極低的信號損耗該如何實現(xiàn)呢？設計低頻和直流（DC）信號的開關(guān)系統(tǒng)都需要考慮它們特有的參數(shù)，包括接觸電位、建立時間、偏置電流和隔離特性等。

高頻信號，與低頻信號類似，需要考慮其特有的參數(shù)，它們會影響開關(guān)過程中的信號性能，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，也會極大的影響這些參數(shù)。

開關(guān)種類和構(gòu)造
繼電器內(nèi)的容性是限制開關(guān)的信號頻率的常見因素。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40GHz的射頻和微波開關(guān)中，在機電繼電器中采用了特殊的接觸架構(gòu)來獲得更好的性能。圖1顯示了一個典型的構(gòu)造，共同端接位于兩個開關(guān)端接之間。所有信號的連接線路都是同軸線，來保證最佳的信號完整性（SI）。在這種情況下，連接器是SMA母頭。對于更加復雜的開關(guān)結(jié)構(gòu)，共同端接被各個開關(guān)端接以放射狀圍繞。

圖1 – 高頻機電繼電器

一系列復雜的開關(guān)拓撲在RF開關(guān)中得以采用。矩陣式開關(guān)可以實現(xiàn)每個輸入與每個輸出的連接。有兩種類型的矩陣在微波開關(guān)架構(gòu)中得以采用——blocking和non-blocking架構(gòu)。一個blocking矩陣可將任意一個輸入和任意一個輸出進行連接，因此其他的輸入和輸出就不能同時連接。這對只需在一個時刻切換到一個信號頻率的應用是一個有效的低成本方案，信號完整性也更好，因為有更少的繼電器路徑，特別是避免了相位延遲的問題。而non-blocking矩陣允許多個路徑的同時連接，這種架構(gòu)具有更多的繼電器和線纜，因此靈活性更強，不過價格也更高。

圖2 –單通道blocking矩陣和non-blocking矩陣