射频开关的基本原理

射频开关通过控制电路改变内部导电路径的状态（导通或断开），实现对射频信号的选择性传输。其是低插入损耗（导通时）和高隔离度（断开时）：

• 导通状态：信号路径阻抗匹配良好，信号衰减。

• 断开状态：信号路径阻抗失配，信号被反射或吸收，实现隔离。

2. 射频开关的分类

(1) 按实现方式分类

• 机械式射频开关：通过物理接触（如继电器）切换路径，优点是插损低、隔离度高、功率容量大；缺点是寿命短（通常几百万次）、速度慢（毫秒级）、体积大。

• 固态射频开关：基于半导体器件（如PIN二极管、GaAs FET、CMOS等），优点是速度快（纳秒级）、寿命长、体积小；缺点是插损和隔离度略逊于机械式，功率容量有限。

(2) 按拓扑结构分类

• SPDT（单刀双掷）：常见的类型，1个输入端口切换至2个输出端口。

• SPnT（单刀多掷）：如SP4T、SP6T，用于多通道选择。

• 多刀多掷（MPMT）：复杂系统级联应用。

3. 关键性能参数

• 频率范围：开关支持的射频信号频率（如DC-6 GHz）。

• 插入损耗（Insertion Loss）：导通时信号功率的损耗，越低越好（典型值0.5-2 dB）。

• 隔离度（Isolation）：断开时输入与输出端口的信号隔离程度，越高越好（典型值20-50 dB）。

• 切换时间（Switching Speed）：从控制信号发出到路径稳定的时间，固态开关可达纳秒级。

• 功率容量（Power Handling）：连续波（CW）或脉冲功率承受能力，机械开关可达千瓦级，固态开关通常低于10 W。

• 驻波比（VSWR）：反映阻抗匹配程度，理想值为1:1。

4. 典型应用场景

• 通信系统：手机天线切换（4G/5G多频段）、基站信号分集接收。

• 测试测量：矢量网络分析仪（VNA）中自动切换测试端口。

• 雷达与电子战：波束形成网络（BFN）中的快速通道切换。

• 卫星通信：多频段信号路由与冗余备份。

• 物联网设备：低功耗模式下动态关闭射频链路以省电。