Schalter / Switches
HF- und Mikrowellen-Schalter werden eingesetzt, um Signale zwischen verschiedenen Messinstrumenten und Prüflingen zu routen, das heißt den Signalpfad je nach Art der Anwendung zu ändern und somit mehrere unterschiedliche Messungen durchzuführen, ohne die Komponenten des Messaufbaus zu trennen.
Je nach Art der Schaltung werden die HF- und Mikrowellen-Schalter in zwei Kategorien eingeteilt: Festkörper („solid-state“) und elektromechanische (EM) Relais (electro-mechanical switches).
Festkörperschalter basieren auf Halbleiterbauelementen (pin-Diode oder FET). Die Umschaltung erfolgt hier durch das Ändern der Vorspannungsbedingungen des Bauteils, während EM Relais die elektromagnetische Induktion nutzen, um einen mechanischen Schalter umzulegen.
Bei den Festkörperschaltern kann man zwischen pin-Dioden und FET differenzieren. Die auf pin-Dioden basierenden Schalter werden bei höheren Frequenzen (100 MHz bis zum >50 GHz) für ultra-schnelles Schalten angewendet. Die auf FET Technologie basierenden Schalter werden in der Regel für etwas niedrigere Frequenzen, mit einer mäßigen Schaltgeschwindigkeit, eingesetzt (DC zum >20 GHz) . Andersrum- die FET-Schalter zeichnen sich durch eine sehr gute Isolation bei niedrigeren Frequenzen aus, während die pin-Diode-Schalter eine gute Isolation in dem Hochfrequenz-Bereich aufweisen.
Im Vergleich zu Festkörperschaltern haben EM Relais eine relativ geringe Einfügungsdämpfung bei höherem Leistungs-Handling, während die Festkörperschalter über eine große Geschwindigkeit und Lebensdauer verfügen.
Einfügungsdämpfung („insertion loss“): Der Leistungsverlust, der durch die Platzierung des Schalters zwischen zwei Leitungen oder Komponenten verursacht wird. Die Verluste können durch den Wiederstand der Schalter, die Stehwellenverhältnisse (VSWR) und die Leitungsverluste an den Anschlüssen oder innerhalb des Schalters verursacht werden.
Isolation: Das Verhältnis zwischen der gemessenen Leistung auf einen Signalpfad im AUS-Zustand zur Leistung im AN-Zustand. Die Isolation ist ein wesentlicher Parameter in vielen Messaufbauten, besonders wo mehrere Sender und Empfänger involviert sind. Eine schlechte Isolation erlaubt unerwünschte Signale auf dem Signalpfad, was die Integrität der Messung schwer beeinträchtigen kann.
Schaltgeschwindigkeit: Sie wird als die Zeit angegeben, die nötig ist, um den Schalter nach dem Anlegen des Steuersignals in den AUS-Zustand zu bringen. Diese Zeiten sind im Millisekunden-Bereich für die EM-Schalter und Microsekunden-Bereich für die Festkörper-Schalter.
Betrieb-Modus:
* Failssafe (ausfallsicher) – beim Aussetzen des Steuersignals fällt der Schalter in einen definierten Schalterzustand zurück.
* Latching (Rastschalter) – beim Aussetzen des Steuersignals bleibt der Schalter in seinem aktuellen Zustand.
Schalterkonfiguration
Terminierung: Ein Schalter kann reflektierend, absorbierend oder Phasen-angepasst sein. Ein reflektierender Schalter reflektiert das Signal im AUS-Zustand zurück zum Eingangstor wegen der schlechten Impedanzanpassung, während bei einem absorbierenden Schalter ein 50 Ohm Wiederstand vorhanden ist. Die absorbierenden Schalter weisen ein niedrigeres Leistung-Handling auf.
Anschlüsse: Grundsätzlich ist es möglich, für jeden Schalter der beiden Technologien (Festkörper wie auch EM) die Signale sowohl über Koaxialanschluss oder Hohlleiter einzuspeisen. Die Koaxialschalter haben kürzere Umschaltzeiten, während die Hohlleiterschalter bei höheren Frequenzen eingesetzt werden können.
Ein Anwendungsbeispiel für einen EM-Schalter ist in der unteren Abbildung dargestellt: Der Schalter ermöglicht hier eine Load Pull Messung für einen Leistungsverstärker mit einer Rauschcharakterisierung zu kombinieren – der EM Schalter hat im Gegensatz zum Festkörper-Schalter ein ausgezeichnetes rauscharmes Verhalten und passt ideal zum Aufbau.
In die folgenden Tabellen werden die Schalter unserer Lieferanten zusammen mit dem Hauptmerkmale und Kenngrößen aufgelistet .
Produkt |
Frequenz-bereich |
Isol. (dB) |
IL (dB) |
Umschaltung |
Konnektor |
Schalt- |
U9397A |
300 KHz to |
100 |
3.5 |
FET Solid State Switch |
SMA (f) |
5 /0.5 µs |
U9397C
|
300 kHz to |
90 |
6.5 |
FET Solid State Switch |
SMA (f) |
5 /0.5 µs |
U9400A |
300 kHz to |
100 |
3.5 |
FET Solid State Switch |
SMA (f) |
4 /0.5 µs |
U9400C |
300 kHz to |
90 |
6.5 |
FET Solid State Switch |
SMA (f ) |
5 /1 µs |
P9402A |
100 MHz to 8 GHz |
80 |
3.2 |
PIN Solid State Switch Absorptive SPDT |
SMA (f) |
380 ns |
P9402C |
100 MHz to |
80 |
4 |
PIN Solid State Switch Absorptive SPDT |
SMA (f) |
380 ns |
85331B |
45 MHz to 50 GHz |
75 |
15.5 @ 26.5 GHz |
PIN Solid State Switch Absorptive SPDT |
2.4 mm (f) |
1 µs |
P9404A |
100 MHz to 8 GHz |
80 |
3.5 |
PIN Solid State Switch Absorptive SP4T |
SMA (f) |
350 ns |
P9404C |
100 MHz to 18 GHz |
80 |
4.5 |
PIN Solid State Switch Absorptive SP4T |
SMA (f) |
350 ns |
85332B |
45 MHz to 50 GHz |
75 |
15.5 @ 26.5 GHz |
PIN Solid State Switch Absorptive SP4T |
2.4 mm (f) |
1 µs |
P9400A |
100 MHz to 8 GHz |
80 |
3.5 |
PIN Solid State Switch |
SMA (f) |
200 ns |
P9400C |
100 MHz to |
80 |
4.2 |
PIN Solid State Switch |
SMA (f) |
200 ns |
Typ |
Modell |
Frequenz- Bereich |
Isol. (dB) |
IL (dB) |
Termination / Imp. / Typ |
Konnektor |
Schalt- |
Single-Pole Double Throw |
N1810UL N1810TL |
DC – 67 GHz |
60 |
1.12 |
Unterminated Terminated/ 50 Ohms/SPDT |
SMA (f) |
15 ms |
Multiport SP3T |
8766K
|
DC – 26.5 GHz |
60 |
1.5 |
Unterminated/50Ohms/SP3T |
3.5 mm (f) |
20 ms |
Multiport SP4T |
87104D |
DC – 40 GHz |
65 |
0.7 |
Terminated/50 Ohms/SP4T |
2.92 mm (f) |
15 ms |
Multiport SP4T |
8767M |
DC – 50 GHz |
60 |
2.7 |
Unterminated/50 Ohms/SP4T |
2.4 mm (f/m) |
20 ms |
Multiport SP5T |
8768M |
DC-50 GHz |
60 |
2.7 |
Unterminated/50 Ohms/SP5T |
2.4 mm (f/m) |
20 ms |
Multiport SP6T |
87106D |
DC – 40 GHz |
65 |
0.7 |
Terminated/50 Ohms/SP6T |
2.92 mm (f/m) |
15 ms |
Multiport SP6T |
8769M |
DC – 50 GHz |
60 |
2.7 |
Unterminated/50 Ohms/SP6T |
2.4 mm (f/m) |
20 ms |
Transfer |
87222E |
DC – 50 GHz |
60 |
1.15 |
Unterminated/50 Ohms/DPDT |
2.4 mm (f) |
15 ms |
Matrix |
87606B |
DC – 20 GHz |
70 |
1 |
Terminated/50 Ohms |
SMA (f) |
15 ms |
Bypass |
N1812UL N1811TL
|
DC – 67 GHz |
60 |
1.12 |
Unterminated Terminated |
SMA (f) |
12 ms |
Ceyear bietet ebenfalls elektromechanische Schalter in verschiedenen Typen. Darunter sind SPDT, DPDT, SPNT, 2P3T uvm.