conmutador RF

Las aplicaciones de radiofrecuencia y microondas abarcan frecuencias desde 100  MHz para semiconductores hasta 60  GHz para comunicaciones por satélite. Los accesorios de banda ancha aumentan la flexibilidad del sistema de prueba al extender la cobertura de frecuencia. Sin embargo, la frecuencia siempre depende de la aplicación y puede sacrificarse un amplio rango de frecuencia operativa para cumplir con otros parámetros críticos. Por ejemplo, un analizador de redes puede realizar un barrido de 1 ms para medir la pérdida de inserción, por lo que, en esta aplicación, el tiempo de estabilización o la velocidad de conmutación se convierten en parámetros críticos para garantizar la precisión de la medición.

Además de la selección adecuada de frecuencia, la pérdida de inserción es fundamental para las pruebas. Pérdidas superiores a 1 o 2  dB atenúan los niveles máximos de señal y aumentan los tiempos de subida y bajada. Se puede lograr un sistema con baja pérdida de inserción minimizando el número de conectores y rutas de paso, o seleccionando dispositivos con baja pérdida de inserción para la configuración del sistema. Dado que la energía es costosa a frecuencias más altas, los interruptores electromecánicos proporcionan la menor pérdida posible a lo largo de la ruta de transmisión.

La pérdida de retorno se debe a la desadaptación de impedancia entre circuitos. En frecuencias de microondas, las propiedades del material y las dimensiones de un elemento de la red influyen significativamente en la adaptación o desadaptación de impedancia causada por el efecto distribuido. Los conmutadores con un excelente rendimiento en cuanto a pérdida de retorno garantizan una transferencia de potencia óptima a través del conmutador y de toda la red.

La baja repetibilidad de la pérdida de inserción reduce las fuentes de errores aleatorios en la ruta de medición, lo que mejora la precisión de la medición. La repetibilidad y la fiabilidad de un conmutador garantizan la precisión de la medición y pueden reducir el coste total de propiedad al disminuir los ciclos de calibración y aumentar el tiempo de actividad del sistema de prueba.

El aislamiento es el grado de atenuación de una señal no deseada detectada en el puerto de interés. El aislamiento cobra mayor importancia a frecuencias más altas. Un alto aislamiento reduce la influencia de señales de otros canales, mantiene la integridad de la señal medida y disminuye las incertidumbres de medición del sistema. Por ejemplo, una matriz de conmutación de RF puede necesitar dirigir una señal a un analizador de espectro para su medición a -70 dBm y, simultáneamente, dirigir otra señal a +20 dBm. En este caso, los conmutadores con alto aislamiento, de 90  dB o más, preservarán la integridad de la medición de la señal de baja potencia.

La velocidad de conmutación se define como el tiempo necesario para cambiar el estado de un puerto de conmutación (brazo) de "ENCENDIDO" a "APAGADO" o de "APAGADO" a "ENCENDIDO".

Dado que el tiempo de conmutación solo especifica un valor final del 90 % del valor final de la señal de RF, este parámetro suele destacarse en el rendimiento de los conmutadores de estado sólido, donde la precisión es fundamental. El tiempo de estabilización se mide a un nivel cercano al valor final. Los márgenes de error más utilizados para el tiempo de estabilización son de 0,01  dB (99,77 % del valor final) y 0,05  dB (98,86 % del valor final). Esta especificación se utiliza comúnmente en los conmutadores FET de GaAs debido al efecto de retardo de puerta causado por el atrapamiento de electrones en la superficie del GaAs.

La capacidad de manejo de potencia define la habilidad de un interruptor para gestionar la energía y depende en gran medida del diseño y los materiales utilizados. Existen diferentes clasificaciones de manejo de potencia para interruptores, como la conmutación en caliente, la conmutación en frío, la potencia promedio y la potencia pico. La conmutación en caliente ocurre cuando hay potencia de RF/microondas presente en los puertos del interruptor en el momento de la conmutación. La conmutación en frío ocurre cuando se interrumpe la alimentación de la señal antes de la conmutación. La conmutación en frío reduce la tensión en los contactos y prolonga su vida útil.

En muchas aplicaciones, una terminación de carga de 50 ohmios es fundamental, ya que cada línea de transmisión abierta y sin usar puede resonar. Esto es importante al diseñar un sistema que funcione a  frecuencias de hasta 26 GHz o superiores, donde el aislamiento del conmutador disminuye considerablemente. Cuando el conmutador está conectado a un dispositivo activo, la potencia reflejada de una ruta sin terminar podría dañar la fuente.

Los interruptores electromecánicos se clasifican en terminados o no terminados. Interruptores terminados: cuando se cierra una ruta seleccionada, todas las demás rutas se terminan con cargas de 50 ohmios y se corta la corriente a todos los solenoides. Los interruptores no terminados reflejan la potencia.

Los interruptores de estado sólido se clasifican en absorbentes o reflectivos. Los interruptores absorbentes incorporan una terminación de 50 ohmios en cada puerto de salida para presentar una baja ROE (relación de onda estacionaria) tanto en estado apagado como encendido. Los interruptores reflectivos conducen potencia de RF cuando el diodo está polarizado inversamente y la reflejan cuando está polarizado directamente.

La fuga de vídeo se refiere a las señales espurias presentes en los puertos de RF del conmutador cuando este se activa sin una señal de RF presente. Estas señales se originan en las formas de onda generadas por el controlador del conmutador y, en particular, en el pico de tensión del flanco ascendente necesario para la conmutación de alta velocidad de los diodos PIN. La amplitud de la fuga de vídeo depende del diseño del conmutador y del controlador del conmutador.

Una larga vida útil reduce el coste por ciclo y las limitaciones presupuestarias, lo que permite a los fabricantes ser más competitivos.