射频和微波开关测试系统基础

　　摘要：本文讨论射频和微波测试中如何提高测试吞吐量，并降低测试成本的方法及其
测试系统基础。

 

　　关键词：吞吐量；射频；信号完整性

 

　　

 

　　引言

 

　　

 

　　无线通信产业的快速成长意味着无线设备的元器件和组件测试迎来了大爆发时期，这
些测试包括对组成通信系统的各种

RF 器件和微波单片集成电路进行的测试。上述测试通常

需要很高的频率，普遍都在

GHz 范围。如何解决射频和微波开关测试系统中的关键问题，

包括不同的开关种类、

RF 开关卡规格等，帮助测试工程师提高测试吞吐量，并降低测试成

本，成为

RF 开关设计中需要考虑的问题。 

　　

 

　　射频开关和低频开关的区别

 

　　

 

　　将一个信号从一个频点转换到另一个频点看起来很容易，但要实现极低的信号损耗，
实现起来却面临一系列问题。设计低频和直流

(DC)信号的开关系统都需要考虑它们特有的

参数，包括接触电位、建立时间、偏置电流和隔离特性等。高频信号与低频信号类似，也需要
考虑其特有的参数。这些参数会影响开关过程中的信号性能，这些参数包括

VSWR(电压驻

波比

)、插入损耗、带宽和通道隔离等。另外，硬件因素比如端接、连接器类型、继电器类型，

也会极大地影响这些参数。

 

　　

 

　　开关种类和构造

 

　　

 

　　高频器件如继电器内的容性是限制开关信号频率的常见因素。继电器的材料和物理特性
决定了其构成的内部电容。比如，在超过

40GHz 的射频和微波开关中，机电继电器采用了

特殊的接触架构来获得更好的性能。图

1 显示了一个典型的构造，共同端接位于两个开关端

接之间。所有信号的连接线路都是同轴线，以保证最佳的信号完整性

(SI)。这种情况下，连

接器是

SMA 母头。对于更加复杂的开关结构，共同端接被各个开关端接以放射状围绕。 

　　一系列复杂的开关拓扑在

RF 开关中得以采用。矩阵式开关可以实现每个输入与每个输

出的连接。有两种类型的矩阵在微波开关架构中得以采用

――blocking 和 non-blocking 架构。

一个

blocking 矩阵可将任意一个输入和任意一个输出进行连接，但其他的输入和输出就不

能同时连接。这对只需在一个时刻切换到一个信号频率的应用是有效的低成本方案，信号完
整性也更好。因为有更少的继电器路径，避免了相位延迟的问题。而

non-blocking 矩阵允许

多个路径的同时连接，这种架构具有更多的继电器和线缆，灵活性更强，不过价格也更高。

 

　　层叠开关架构是多位置开关的一种替代形式。它采用多个继电器将一个输入连接到多个
输出。路径长度

(同时决定了相位延迟)是由信号经过的继电器数量决定的(见图 2)。 

　　树形架构是层叠开关架构的一种替代。相比层叠架构，对于同等规格的系统，树形技术
需要更多的继电器，然而，选定路径和其他不用路径之间的隔离会更好，降低了继电器和
通道之间的串扰

(crosstalk)。树形架构具备一些优势，包括无端接残余(unterminatedstubs)，

各个通道特性也会相似。然而，在选定路径上具有多个继电器意味着损耗会更大，信号完整
性也令人担忧。