在射頻系統中還有一類有源器件被經常使用，它就是射頻開關（RF SWITCH），它是一種工作在射頻頻段的開關，其功能就是控制射頻信號的“通”與“斷”。無論是WIFI系統，還是LTE系統都被廣泛使用。接下來我們就一起看看射頻開關的相關知識。

一、射頻開關作用

射頻開關的作用是將多路射頻信號中的任一路或幾路通過控制邏輯連通，以實現不同信號路徑的切換，包括接收與發射的切換、不同頻段間的切換等，以達到共用天線、節省終端產品成本的目的。具體如下：

如下為WIFI系統中2種常使用的應用框圖：

二、射頻開關分類

2.1、RF MEMS開關

RF MEMS開關是具有低功耗的小型微機械開關，它可以有多種配置，根據如下幾個方面：1.信號通路（電容或直直接接觸，目前主流的為電容式），2.執行機制（靜電，磁，熱），3.起動機制（彈簧式，有源），4.結構類型（懸臂式，橋式，杠桿臂，旋轉式）。RF MEMS具有閉合時電阻非常低，打開時電阻非常高。體積小、功率要求低、信號損耗低、關斷狀態隔離度高、電路規模集成能力強等優點。由于其機械特性，但同時也具有相對較慢的開關時間和潛在的壽命的缺點。

2.2、機電式開關

機電式開關的開關機制是依賴機械接觸但又是由電信號控制.慣用的方法是應用TTL晶體管來驅動機電式開關。機電式開關可以用作波導或同軸開關.缺點是比較笨重且速度慢。

2.3、固態式射頻開關之PIN二極管

PIN二極管的結構是在普通的PN結二極管中間加了一個本征半導體層，也就是I層。普通二極管是PN結，而PIN二極管多了一個本征層。該層有如下特性：

正向偏置（導通狀態）：載流子（電子和空穴）注入I層，形成低阻抗通路。電阻隨正向電流增大而減小（可變電阻特性），用于信號衰減或調制。

反向偏置（截止狀態）：I 層完全耗盡，形成高阻抗區，結電容極小（典型值：0.1–2 pF）。適用于高頻信號隔離（如射頻開關）。

下圖分別為PIN二極管截止與導通時的等效電路：

接下來我們看看用PIN二極管組成的單刀單擲開關和單刀雙擲開關，電路如下圖所示：

上圖顯示了兩種基本類型的PIN二極管系列開關，一個SPST和一個SPDT開關。在這兩種情況下，當二極管正向偏置時，射頻發生器和負載之間呈現低正向電阻RS，它處于導通狀態。當二極管處于零或反向偏置，它在源和負載之間呈現一個高阻抗，它處于截止狀態。在串聯連接開關中，最大隔離主要取決于PIN二極管的電容，而插入損耗和功耗是二極管電阻的函數。

2.4、固態式射頻開關之FET管

FET場效應管開關具有穩定，高可靠性，高速，低插入損耗的優勢.FET場效應管的導通和截止狀態可以通過在其控制端加入控制電壓來實現。在導通狀態下，射頻信號可以通過晶體管傳輸；在截止狀態下，射頻信號被隔離或切斷。與PIN二極管類似FET管在導通狀態可近似等效為一個電阻，這個電阻的阻值就被定義為Ron；晶體管在截止狀態時可近似等效為一個電容，這個電容就被定義成Coff.目前我們大多數系統中使用的集成開關都是這類。

三、射頻開關的參數

我們以一份WIFI應用中的單刀雙擲開關為例來說明，首先來看一份規格書，如下截圖所示：

從上面的規格書可以看出，射頻開關的參數規格與前面講到的頻器件規格參數是差不多的，比如前面文章有講到的S11,IIP3。本文就不再贅述，我們重點看看如下幾個參數：

3.1 、Insertion loss(插損)

RF開關輸入和輸出端口之間的功率損耗或信號衰減。射頻開關插入損耗越小越好。如上圖，2.4G頻段插損典型值為0.7dB,5G 頻段插損典型值為1.15dB.

3.2、Isolation(隔離度)

高度隔離可以防止信號泄漏，避免將不想要的信號泄露到所需信號的通道上。高隔離度意味著該路徑中的具有較高衰減。如上規格書隔離度是指，通路RFC到RF1，與通路RFC到RF2,兩條射頻路徑下同頻率的下的隔離度。隔離度值越大越好。

3.3、Switching speed(開關速度)

RF開關由關到開或由開到關狀態切換的速度。這也是RF開關從一個輸出端口切換到另一輸出端口的速度。這也是開關器件獨有的特性參數。射頻開關的速度與器件半導體工藝，電路設計息息相關。不同應用系統對開關切換快慢要求也不一樣，比如蜂窩系統中，4G系統開關切換時間的要求一般在2us左右，但在5G系統中，這個要求已經降低到0.5us以下。對任何一個確定的系統而言，理論上我們希望開關速度越快越好。

3.4、IP1dB(輸入1dB壓縮點)

關于輸入1dB壓縮點的概念，前面關于PA基礎知識文章有說明，本文就在贅述。在WIFI系統中射頻開關是連接在射頻PA之后的，此時的輸出功率是比較大的，所以我們在選擇射頻開關時，需要重點關注該參數。避免輸入功率超過該值。

3.5、抗ESD

關于抗ESD，一般的射頻開關規格書不會有關于此參數的介紹，我為什么要提這個參數呢，因為射頻開關是直接連接到射頻連接器的，射頻連接器是直接對外的接口，如果射頻鏈路沒有加防護器件，這個射頻開關是直接受到ESD影響的第一個器件，所以我們在選型時，也需要關注下器件本身的抗ESD能力。

以上就是關于射頻開關的相關的基礎知識，我常常使用的還是固態式射頻開關，你呢？歡迎留言討論！

參考文獻：《微波工程》