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微波开关利用PIN管在直流正、反偏压下呈现近似导通和关断的阻抗特性,实现了控制微波信号通道转换的作用。“开通延时”为控制脉冲90%到受控微波脉冲包络10%所需的时间;高达40GHz的使用2.92mm或K型连接器;达50GHz的使用2.4mm连接器;达65GHz的使用1.85mm连接器。带波导端口的开关所具有的插入损耗非常低,因此被广泛用于微波和毫米波频段内的高功率通信信号。
使用大的N型或TNC连接器的同轴开关产品具有更高的功率处理能力(可处理高达数百瓦的连续波功率)。此外,不同用途的产品可采用不同的封装形式——从不与环境隔离密封的“商用级”封装,PIN二级管的直流伏安特性和PN结二极管是一样的,但是在微波频段却有本质的区别。由于PIN二级管I层的总电荷主要由偏置电流产生,而不是由微波电流瞬时值产生的,所以其对微波信号只呈现一个线形电阻。
此阻值由直流偏置决定,正偏时阻值小,接近于短路,反偏时阻值大,接近于断路。因此PIN二极管对于微波信号不产生非线形整流作用,这是和一般二极管的本质区别,所以适合用于微波控制器件。插入损耗和隔离度,PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻,因此开关在导通时衰减不为零,成为正向插入损耗,开关在断开时其衰减也非无穷大,成为隔离度。
二者时衡量开关的主要指标,一般希望插入损耗小,而隔离度大。由于电荷的存储效应,PIN管从截止转变为导通状态,以及从导通状态转变为截止状态都需要一个过程,这个过程所需要的时间成为开关时间。“开关开通时间”为受控微波脉冲包络从10%到90%所需要的时间,也成为“上升沿”;“关断延时”为控制脉冲10%到受控微波脉冲包络90%所需要的时间;
“开关关断时间”为受控微波脉冲包络从90%到10%所需要的时间,也成为“下降沿”。一般“开通延时”和“关断延时”取决于驱动器电路,而“上升沿”和“下降沿”取决于PIN管和偏置电路的选择。在给定的工作条件下,微波开关所能承受的非常大输入功率。与PIN管功率容量、电路类型(串联或者并联)、工作状态(CW和脉冲)给散热条件有关。一般损坏机理有两种:电压击穿,常见于脉冲功率;
热烧毁,常见于CW。电压驻波系数仅仅反映端口输入输出匹配情况。端口电压驻波系数非常小,开关的损耗不一定非常小;但是差损非常小的开关其电压驻波系数肯定小。PIN二极管具有非线性,因此会产生谐波,当应用于较宽的场合时,谐波可能落入带内而无法滤除,所以要给予重视。反射与吸收式开关:反射式开关是通过PIN二极管导通时把输入的微波信号反射回去而起到隔离作用的,
因此在“开”状态下驻波关系较好,而在“关”状态下驻波很差;吸收式开关则采用了负载吸收PIN二极管导通时的反射信号,从而改善了端口驻波,因此其“开”与“断”状态下的驻波都比较好。通常,反射式开关的承受功率要比吸收式开关的大一些,但是价格相对要便宜一些。而吸收式开关可以降低在关断状态下对系统的级间牵引。通常RF系统中有许多输入输出端口,用多端口网络分析仪分析散射特性价格昂贵,
一般采用开关对多输入多输出的信号进行切换,然后用比较简单的二端口网络分析仪进行分析测量。在核磁共振MR系统中,一般接收系统的通道数小于天线线圈数,所以多路线圈也要应用开关进行切换选择。目前大多采用现成的开关器件实现切换功能。但是大多数的开关器件可靠性低、易损坏、供电线路复杂。例如SW-437器件虽然可以完成简单的开关功能,但是它对防静电要求非常高,
一般的实验室和生产车间很难达到器件的要求,所以在实际应用中不方便,容易损坏。利用直流信号控制pin diodes二极管的通断,输入射频信号通过导通的二极管输出;改变控制逻辑,从而控制输入射频信号的输出。设计步骤如下:根据设计要求设计直流控制电路,本电路二极管采用Infineon公司的BA592,导通的非常佳性能电流是5 mA。所以满足二极管的要求在设计中加人的控制电压是10 V。