射频波段在一般情况下,我们会同时听到微波、射频、毫米波这三个名词,而其实它们不尽相同。射频英文缩写RF。当导体有交流电通过,会有交变的电磁场环绕在导体周围空间,也就是我们所称的电磁波。当产生的波的频率低于0.1MHz,表面会把这些波吸收。而当波频率高于0.1MHz,波则可以在空气当中一直传播很长一段的距离,不会被吸收。于是我们把这种有着超远距离传输能力的波称为射频,划分的频率为0.3M-30G。30631
2 射频开关的历史
电磁继电器在早期是最开始用来做射频开关,并应用于各种通信及雷达系统的。这是因为相对其他的方法而言,这种开关结构简单,且容易控制,所以在很长一段时间应用十分广泛。
由于一般的电磁继电器有使用条件限制,比如只能用于低频低功率系统。所以随着通信继续逐渐发展,高频器件的需求越来越大。所以研究人员在早先继电器的基础上加以开发,制成了射频同轴继电器。就它的结构而言,它比一般的继电器结构更复杂。而又由于射频信号对于机械的尺寸规格特别敏感,所以它的设计也与一般的继电器迥然不同。尤其是对于信道的尺寸与结构要求相当严格。图1.1是几种经常在实际当中应用的射频继电器。论文网
图1.1继电器实物
对于电磁继电器开关,它的优点有几条,比如适应工作频带较宽、驻波比小、插损小、控制电路不复杂等。同时它的缺陷是:因为开关的切换速度慢,在需切换速度较快的高频应用中不适用。
早先开始发展的还有另外一种射频开关,它就是环形器开关。在大概20世纪50年代末的时候,环形器由于射频技术的发展而应运而生。早期的环形器大多利用的铁氧体的特性,广泛地被用到雷达及其他非常多的通信应用当中。这种开关的原理是应用铁氧体的特性,即各向异性。当外直流磁场存在时,电磁波在铁氧体材料器件中传播时,会导致其极化的平面将会有法拉第旋转效应出现。如果我们采用这个原理进行恰当的设计,能够使得极化平面和我们的电阻性质插板在正向传播时相互垂直,从而衰减极大减少;而在反向时使其互相平行,这样电磁波大都被吸收。这样的话电磁波会在器件内沿一个方向绕行。
图1.2是一环形器的示意图。它由3个相互之间夹角为120度并且结构完全相同的波导构成一个结。在中心处有一个圆形的铁氧体块柱体。与此同时,在与中心柱体平面垂直方向加恒磁场 。
图1.2 环形器
3 现状及发展
随着半导体工艺的发展,许多新型射频开关应运而生,射频控制电路的性能得以优化。目前国内外的射频开关主要分为两大类,机电开关和固态开关,其中后者又可细分为两类,即场效应管(FET)开关和PIN管开关。机电开关主要依赖机械接触作为开关机制,插损低、隔离度好,但其封装特殊、可靠性不强,因而在市场上的应用不广。固态开关以其体积小、易于控制、速度快的特点,逐渐取代了早期的机电开关和铁氧体开关。目前市场上的固态场效应管开关主要有两种,GaAs pHEMT 和Si 基 SOI 开关。长期以来GaAs pHEMT因为插损低、功率容量高的特点垄断了射频开关市场的有利地位,但是近年来随着CMOS芯片的兴起,基频控制器电压慢慢降低,尤其是手机电池的供电电压基本上为 1.7V,这已经接近于GaAs pHEMT 的阈值电压。另外,2007年时英飞凌公司制造出一款新型CMOS SOI开关,其性能不比GaAs pHEMT差,自此CMOS 开关的性能得到了很大的提升。
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