什么叫微波射頻開關(guān)？

微波射頻開關(guān)基于labview軟件平臺(tái)，由計(jì)算機(jī)提供給電壓控制信號(hào)。該控制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，只能提供高低電平，高電壓為5v，低電壓為0v，因此需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換才能提供給開關(guān)電路。整個(gè)電路由兩部分組成：電壓轉(zhuǎn)換電路和射頻開關(guān)電路。最終，使得當(dāng)labview提供5v電壓時(shí)，輸入到開關(guān)的電壓為10v和0v；當(dāng)labview提供0v電壓時(shí)，輸入到開關(guān)的電壓為0v和10v。

開關(guān)介紹

通常rf系統(tǒng)中有許多輸入輸出的端口，用多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀分析散射特性價(jià)格比較昂貴。所以一般要用開關(guān)對(duì)多輸入多輸出的信號(hào)進(jìn)行切換，然后用比較簡單的二端口網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行分析測(cè)量。在核磁共振系統(tǒng)中，一般接收系統(tǒng)的通道個(gè)數(shù)小于天線線圈的個(gè)數(shù)，所以多路線圈也要應(yīng)用開關(guān)進(jìn)行切換選擇。 　目前一般的設(shè)計(jì)中用現(xiàn)成的開關(guān)芯片實(shí)現(xiàn)切換功能。但是大多數(shù)的開關(guān)芯片可靠性不好，容易損壞，而且供電線路也比較復(fù)雜。例如sw-437芯片雖然可以完成簡單的開關(guān)功能，但是它對(duì)防靜電要求非常高，一般的實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)車間的條件很難達(dá)到廠家的要求，所以實(shí)際應(yīng)用起來很不方便，容易損壞。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了一種新型的應(yīng)用pin diodes的射頻開關(guān)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)的功能是4路rf輸入信號(hào)選擇其中任意2路rf信號(hào)輸出。

電壓轉(zhuǎn)換電路

基于labview平臺(tái)由計(jì)算機(jī)提供給射頻開關(guān)的電壓控制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，極高電平為5v，低電平為0v，而射頻開關(guān)需要的電壓控制信號(hào)是10v，因此需要把5v轉(zhuǎn)換為10v，圖1為轉(zhuǎn)換電路圖。當(dāng)輸入信號(hào)input1為5v時(shí)，q3導(dǎo)通，q5截止，q1導(dǎo)通，所以output1為0v。這時(shí)q4截止，q6導(dǎo)通，q2截止，output2輸出vcc為10v。最終，使得當(dāng)labview提供5v電壓時(shí)，輸入到開關(guān)的電壓為10v和0v；而當(dāng)輸入信號(hào)input1為0v時(shí)，q3截止，q5導(dǎo)通，q1截止，所以output1為10v。此時(shí)q4導(dǎo)通，q6截止，q2導(dǎo)通，output2輸出為0v，輸入到開關(guān)的電壓為0v和10v。滿足微波射頻開關(guān)的工作電壓。

性能和優(yōu)點(diǎn)

1）由于設(shè)計(jì)的合理性和對(duì)稱性，保證了在一定的帶寬（120mhz）內(nèi)很低的傳輸損耗，如圖5（s21）所示。其中s21表示的是：對(duì)于一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其他端口都匹配，即接50r電阻匹配時(shí)，所測(cè)兩端口的傳輸，其物理公式：s21=uout / uin。曲線在中心頻率63.6mhz、帶寬120mhz的條件下，保持了很低的傳輸損耗，大約為-0.29db，而且在整個(gè)帶寬內(nèi)性能很穩(wěn)定。 　
? ? ? ?2）電感的隔交流作用和電容的隔直流作用，保證了輸入輸出端口良好的匹配，得到很好的反射系數(shù)，如圖5（s11，s22））所示，在中心頻率63.6mhz處，反射系數(shù)可以達(dá)到-30db左右。中心頻率的大小是由核磁共振的b0場(chǎng)大小決定的，對(duì)于1.5t系統(tǒng)共振頻率為63.6mhz。
? 　 3）保證了很好的隔離度，如圖6所示，中心頻率處隔離度達(dá)到-30 db以下。
? ?　4）在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于使用頻率高的電子元器件一個(gè)最重要的性能和指標(biāo)就是對(duì)于應(yīng)用環(huán)境要求不能太苛刻，可靠性要好，不易損壞。在本設(shè)計(jì)中由于使用了pin-diodes，電路的可靠性得以明顯提高，克服了以往的開關(guān)芯片容易損壞，可靠性差的缺點(diǎn)。

合理性

由于設(shè)計(jì)的合理性，此微波射頻開關(guān)參數(shù)（反射系數(shù)、傳輸系數(shù)、隔離度）非常理想。本設(shè)計(jì)高度模塊化，使得電路故障的檢測(cè)變得容易。另外，設(shè)計(jì)應(yīng)用靈活，4輸入2輸出可以利用一定的組合邏輯得到想要的輸入輸出組合。在核磁共振系統(tǒng)中，16輸入2輸出得到廣泛應(yīng)用。