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RFスイッチまたはマイクロ波スイッチは、高周波信号を伝送経路にルーティングするための装置です。RF（無線周波数）スイッチとマイクロ波スイッチは、マイクロ波試験システムにおいて、計測機器と被試験デバイス（DUT）間の信号ルーティングに広く用いられています。スイッチをスイッチマトリックスシステムに組み込むことで、複数の計測機器からの信号を単一または複数のDUTにルーティングすることが可能になります。これにより、頻繁な接続・切断を必要とせずに、同じセットアップで複数の試験を実行できます。試験プロセス全体を自動化できるため、大量生産環境におけるスループットが向上します。
他の電気スイッチと同様に、RFスイッチやマイクロ波スイッチも、さまざまな用途に合わせて多様な構成が用意されています。以下に、代表的なスイッチ構成と使用例を示します。
RF A/Bスイッチは、ケーブル会社のCATV信号と地上波アンテナ信号、または同軸ケーブルRF接続を備えたその他の家庭用ビデオ製品との間で切り替えるように設計されています。[ 1 ]
RF A/Bスイッチにはボタン[ 2 ]またはスライドスイッチ[ 3 ]があります。
RF CMOSスイッチは、無線ネットワークやモバイル通信機器を含む現代の無線通信において不可欠な部品です。インフィニオン・テクノロジーズのバルクCMOS RFスイッチは年間10億個以上を販売し、 2018年時点で累計50億個に達しています。 [ 4 ]
RFスイッチとマイクロ波スイッチには主に2種類あり、それぞれ異なる機能を備えています。
RFおよびマイクロ波アプリケーションの周波数範囲は、 半導体向けの100MHzから衛星通信向けの60GHzまで多岐にわたり ます。広帯域アクセサリは、周波数範囲を拡張することでテストシステムの柔軟性を高めます。しかし、周波数は常にアプリケーションに依存するため、他の重要なパラメータを満たすために広い動作周波数を犠牲にしなければならない場合があります。たとえば、ネットワークアナライザが挿入損失測定のために1msのスイープを実行する場合、このアプリケーションでは、測定精度を確保するために、セトリング時間またはスイッチング速度が重要なパラメータとなります。
適切な周波数選択に加え、挿入損失はテストにおいて非常に重要です。1dBまたは2dBを超える損失は、 ピーク信号レベルを減衰させ、立ち上がり時間と立ち下がり時間を増加させます。挿入損失の少ないシステムは、コネクタとスルーパスの数を最小限に抑えるか、システム構成に挿入損失の少ないデバイスを選択することで実現できます。高周波では電力コストが高くなるため、電気機械式スイッチは伝送経路における損失を最小限に抑えることができます。
リターンロスは、回路間のインピーダンス不整合によって発生します。マイクロ波周波数では、ネットワーク素子の材料特性と寸法が、分布効果によるインピーダンス整合または不整合を決定する上で重要な役割を果たします。優れたリターンロス性能を持つスイッチは、スイッチおよびネットワーク全体を通して最適な電力伝送を保証します。
挿入損失の再現性が低いことで、測定経路におけるランダム誤差の発生源が低減され、測定精度が向上します。スイッチの再現性と信頼性は測定精度を保証するだけでなく、校正サイクルの削減や試験システムの稼働時間の増加により、所有コストの削減にもつながります。
アイソレーションとは、対象ポートで検出された不要な信号からの減衰度合いのことです。アイソレーションは、周波数が高くなるほど重要になります。アイソレーションが高いほど、他のチャネルからの信号の影響が軽減され、測定信号の完全性が維持され、システム測定の不確実性が低減されます。例えば、RFスイッチマトリックスでは、-70 dBmの信号をスペクトラムアナライザにルーティングして測定すると同時に、+20 dBmの別の信号をルーティングする必要がある場合があります。この場合、90 dB以上の高いアイソレーションを持つスイッチを使用することで、低電力信号の測定の完全性を維持できます。
スイッチング速度とは、スイッチポート（アーム）の状態を「ON」から「OFF」へ、または「OFF」から「ON」へ変更するのに必要な時間として定義されます。
スイッチング時間はRF信号の安定値/最終値の90%という終了値しか規定しないため、精度と正確さがより重要となる固体スイッチの性能においては、安定時間がしばしば重視されます。安定時間は最終値に近いレベルで測定されます。安定時間の最終値に対する許容差として広く用いられているのは、0.01 dB（最終値の99.77%）と0.05 dB（最終値の98.86%）です。この仕様は、GaAs FETスイッチで一般的に用いられます。これは、GaAs FETスイッチでは、電子がGaAsの表面に捕捉されることでゲート遅延効果が生じるためです。
電力処理能力とは、スイッチが処理できる電力の量を指し、設計や使用される材料に大きく依存します。スイッチの電力処理能力には、ホットスイッチング、コールドスイッチング、平均電力、ピーク電力など、さまざまな定格があります。ホットスイッチングは、スイッチング時にRF/マイクロ波電力がスイッチのポートに供給されている場合に発生します。コールドスイッチングは、スイッチング前に信号電力が除去されている場合に発生します。コールドスイッチングは、接点へのストレスを低減し、寿命を延ばします。
多くの用途において、50Ωの負荷終端は非常に重要です。これは、未使用の伝送線路がそれぞれ共振する可能性があるためです。 特に、スイッチの絶縁性能が著しく低下する26GHz以上の周波数帯で動作するシステムを設計する際には、この点が重要になります。スイッチがアクティブデバイスに接続されている場合、終端されていない経路からの反射電力によって、デバイスが損傷する可能性があります。
ビデオリークとは、RF信号が存在しない状態でスイッチをスイッチングした際に、スイッチのRFポートに発生する不要な信号のことです。これらの信号は、スイッチドライバによって生成される波形、特にPINダイオードの高速スイッチングに必要な立ち上がりエッジ電圧スパイクに起因します。ビデオリークの振幅は、スイッチおよびスイッチドライバの設計によって異なります。
長い耐用年数は、サイクルあたりのコストと予算上の制約を軽減し、製造業者の競争力を高める。