مفتاح الترددات اللاسلكية

تتراوح ترددات تطبيقات الترددات الراديوية والميكروويف من 100  ميجاهرتز لأشباه الموصلات إلى 60  جيجاهرتز للاتصالات عبر الأقمار الصناعية. تزيد ملحقات النطاق العريض من مرونة نظام الاختبار بتوسيع نطاق التردد. مع ذلك، يعتمد التردد دائمًا على التطبيق، وقد يُضحى بنطاق تردد تشغيل واسع لتلبية معايير أخرى بالغة الأهمية. على سبيل المثال، قد يُجري محلل الشبكة مسحًا لمدة 1 مللي ثانية لقياس فقد الإدخال، لذا يصبح زمن الاستقرار أو سرعة التبديل في هذا التطبيق المعيار الحاسم لضمان دقة القياس.

بالإضافة إلى اختيار التردد المناسب، يُعدّ فقد الإدخال عاملاً حاسماً في عملية الاختبار. فالفقد الذي يتجاوز 1 أو 2  ديسيبل يُضعف مستويات ذروة الإشارة ويزيد من أزمنة الحافتين الصاعدة والهابطة. ويمكن تحقيق نظام ذي فقد إدخال منخفض بتقليل عدد الموصلات والمسارات، أو باختيار أجهزة ذات فقد إدخال منخفض لتكوين النظام. ونظرًا لارتفاع تكلفة الطاقة عند الترددات العالية، توفر المفاتيح الكهروميكانيكية أقل فقد ممكن على طول مسار الإرسال.

ينتج فقدان الإشارة العائدة عن عدم تطابق المعاوقة بين الدوائر. عند ترددات الميكروويف، تلعب خصائص المواد وأبعاد عنصر الشبكة دورًا هامًا في تحديد تطابق المعاوقة أو عدم تطابقها الناتج عن التأثير الموزع. تضمن المفاتيح ذات الأداء الممتاز في فقدان الإشارة العائدة نقلًا مثاليًا للطاقة عبر المفتاح والشبكة بأكملها.

يقلل انخفاض فقد الإدخال من مصادر الأخطاء العشوائية في مسار القياس، مما يحسن دقة القياس. ويضمن تكرار وموثوقية المفتاح دقة القياس، ويمكن أن يقلل من تكلفة الملكية عن طريق تقليل دورات المعايرة وزيادة وقت تشغيل نظام الاختبار.

العزل هو درجة التوهين الناتجة عن إشارة غير مرغوب فيها يتم رصدها عند المنفذ المطلوب. تزداد أهمية العزل عند الترددات العالية. يقلل العزل العالي من تأثير الإشارات من القنوات الأخرى، ويحافظ على سلامة الإشارة المقاسة، ويقلل من عدم اليقين في قياسات النظام. على سبيل المثال، قد تحتاج مصفوفة مفاتيح الترددات الراديوية إلى توجيه إشارة إلى محلل الطيف لقياسها عند -70 ديسيبل ميلي واط، وتوجيه إشارة أخرى في الوقت نفسه عند +20 ديسيبل ميلي واط. في هذه الحالة،  تحافظ المفاتيح ذات العزل العالي، 90 ديسيبل أو أكثر، على سلامة قياس الإشارة منخفضة الطاقة.

يتم تعريف سرعة التبديل على أنها الوقت اللازم لتغيير حالة منفذ التبديل (الذراع) من "تشغيل" إلى "إيقاف" أو من "إيقاف" إلى "تشغيل".

بما أن زمن التبديل يحدد قيمة نهائية بنسبة 90% فقط من القيمة النهائية لإشارة التردد اللاسلكي، فإن زمن الاستقرار يُسلَّط عليه الضوء غالبًا في أداء مفاتيح الحالة الصلبة، حيث تكون الحاجة إلى الدقة والضبط أكثر أهمية. يُقاس زمن الاستقرار عند مستوى أقرب إلى القيمة النهائية. القيمة الشائعة الاستخدام لزمن الاستقرار هي 0.01  ديسيبل (99.77% من القيمة النهائية) و0.05  ديسيبل (98.86% من القيمة النهائية). تُستخدم هذه المواصفات عادةً لمفاتيح GaAs FET نظرًا لتأثير تأخر البوابة الناتج عن انحصار الإلكترونات على سطح GaAs.

تُعرّف قدرة تحمل الطاقة بأنها قدرة المفتاح على التعامل مع الطاقة، وتعتمد بشكل كبير على التصميم والمواد المستخدمة. توجد تصنيفات مختلفة لقدرة تحمل الطاقة للمفاتيح، مثل التبديل الساخن، والتبديل البارد، ومتوسط ​​الطاقة، وذروة الطاقة. يحدث التبديل الساخن عند وجود طاقة ترددات الراديو/الميكروويف على منافذ التبديل وقت التبديل. أما التبديل البارد فيحدث عند إزالة طاقة الإشارة قبل التبديل. ويؤدي التبديل البارد إلى تقليل إجهاد التلامس وإطالة عمر المفتاح.

يُعدّ إنهاء الحمل بمقاومة 50 أوم أمرًا بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات، نظرًا لاحتمالية حدوث رنين في كل خط نقل مفتوح غير مستخدم. يكتسب هذا الأمر أهمية خاصة عند تصميم نظام يعمل  بترددات تصل إلى 26 جيجاهرتز أو أعلى، حيث ينخفض ​​عزل المفتاح بشكل ملحوظ. عند توصيل المفتاح بجهاز نشط، قد تتسبب الطاقة المنعكسة من مسار غير مُنهى في إتلاف المصدر.

تُصنّف المفاتيح الكهروميكانيكية إلى نوعين: مفاتيح ذات مسار مُنهى ومفاتيح بدون مسار مُنهى. المفاتيح ذات المسار المُنهى: عند إغلاق مسار مُحدد، تُنهى جميع المسارات الأخرى بأحمال 50 أوم، ويُقطع التيار عن جميع الملفات اللولبية. أما المفاتيح بدون مسار مُنهى فتعكس الطاقة.

تُصنّف مفاتيح الحالة الصلبة إلى نوعين: ماصّة وعاكسة. تحتوي المفاتيح الماصّة على مقاومة 50 أوم في كل منفذ من منافذ الإخراج، مما يُوفّر نسبة موجة واقفة منخفضة في حالتي التشغيل والإيقاف. أما المفاتيح العاكسة، فتُوصّل طاقة الترددات اللاسلكية عند انحياز الصمام الثنائي عكسيًا، وتعكسها عند انحيازه أماميًا.

يشير تسرب الفيديو إلى الإشارات الطفيلية الموجودة في منافذ الترددات اللاسلكية للمفتاح عند تشغيله دون وجود إشارة ترددات لاسلكية. تنشأ هذه الإشارات من أشكال الموجات التي يولدها مشغل المفتاح، وتحديدًا من ارتفاع الجهد عند الحافة الأمامية اللازم للتبديل عالي السرعة لثنائيات PIN. يعتمد مقدار تسرب الفيديو على تصميم المفتاح ومشغله.

يساهم العمر التشغيلي الطويل في تقليل التكلفة لكل دورة والقيود المفروضة على الميزانية، مما يسمح للمصنعين بأن يكونوا أكثر قدرة على المنافسة.