HF-Schalter
Ein HF-Schalter ist ein Gerät oder Modul, das HF-Signale umschaltet. Zu den verfügbaren Technologien für HF-Schalter zählen z. B. mechanische und Solid-State-Technologien oder Mikrosysteme. Wichtige Eigenschaften von HF-Schaltern sind Frequenzbänder, High Port Isolation im Aus-Zustand, geringe Einfügungsdämpfung zwischen leitenden Ports im Ein-Zustand, gute Reflexionsdämpfung des Wellenwiderstands, mit dem der Schalter verbunden ist, und gute Isolation des Auslösemechanismus. Eigenschaften wie die Umschaltgeschwindigkeit, die Belastbarkeit und die garantierte Anzahl an Umschaltzyklen sind ebenfalls wichtig. HF-Schalter gibt es in unterschiedlichen Konfigurationen, darunter SPDT (single pole double throw), Multiport (SPnT), DPDT (double pole double throw) und Bypass-Schalter. Mit Bypass-Schaltern können dem HF-Signalpfad Komponenten hinzugefügt oder weggenommen werden.
Mechanische HF-Schalter nutzen den Kontaktdruck, der von einem Hebel ausgeht, der mittels elektromagnetischer Induktion einer energetisierten Spule bewegt wird. Üblicherweise verfügen mechanische HF-Schalter über eine Frittspannung auf dem HF-Signalpfad. Hierbei handelt es sich um eine niedrige Gleichstromspannung, die das Durchschlagen mikroskopischer Oxidschichten zwischen Kontakten fördert, um eine niedrige Einfügungsdämpfung sicherzustellen. Ein Vorteil von mechanischen HF-Schaltern ist, dass sie mit Gleichstrom betrieben werden können, dass sie hohe Leistungspegel leiten können und dass sie sehr widerstandsfähig gegenüber elektromagnetischen Entladungen sind. Zu ihren Nachteilen zählen die Vibrationsempfindlichkeit und die begrenzte Anzahl an Umschaltzyklen aufgrund mechanischer Abnutzung. Sie haben auch eine relativ langsame Schaltgeschwindigkeit und lange Einschwingzeiten aufgrund von Kontaktabhebungen.
Solid State HF-Schalter nutzen MOSFET, Transistor- oder PIN-Dioden-Topologien, um den HF-Pfad aktiv von niedriger auf hohe Impedanz umzuschalten. Sie sind Bandpässe, die keinen Gleichstrom leiten. Solid State-Schalter können praktisch unendlich viele Umschaltzyklen durchführen und haben eine hohe Schaltgeschwindigkeit. PIN-Dioden-HF-Schalter verfügen über einen Übergang von niedriger auf hohe Impedanz, der für das Formen der Wellen genutzt werden kann. Das Formen der Umschaltwellen verbessert die spektrale Verteilung durch das Falten des HF-Trägersignals durch das Gatter. Schnelles Umschalten kann in HF-Systemen auch Laständerungen zur Folge haben, die durch den Leistungsverstärker und die Erregerstufe eines Transmitters zurückfließen können und den spannungsgesteuerten Oszillator vorübergehend von seiner Frequenz werfen und eventuelle Probleme mit dem Rauschen verstärken können. Indem der Wechsel in der Form eines erhöhten Kosinus stattfindet, können Interferenzen durch das schnelle Umschalten reduziert werden. Außerdem hilft dies schnell umschaltenden Sendern dabei, die Bestimmungen für Systeme zu erfüllen, die Time Division Multiplex (TDM) oder Cyclic Keying benötigen.
HF-Mikrosystemschalter bieten die Vorteile eines mechanischen Schalters, während keine Probleme mit Frittspannungen auftreten und die Induktionsspule, die den Schalter betätigt, mit einem Betätigungsstrom versorgt wird. Sie nutzen elektrostatische Kräfte zwischen Kondensatorplatten, um mechanische Kontakte im HF-Pfad zu öffnen oder zu schließen oder thermomechanische Mikroschalter. Elektrostatische HF-Mikrosystemschalter verbrauchen nahezu keinen Strom, haben sehr hohe Frequenzbandbreiten, schnelle Umschaltzyklen, geringe Einfügungsdämpfung und bieten eine ausgezeichnete Isolation zwischen den Ports. Der wichtigste Nachteil sind die geringe Belastbarkeit, aber auch die hohen Betätigungsspannungen, die für einen zuverlässigen Betrieb nötig sein können. Thermomechanische Schalter können mit niedrigeren Betätigungsspannungen betrieben werden, erfordern dafür aber mehr Strom, um angesteuert werden zu können.
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