Una matriz de conmutación de RF es un conjunto de conmutadores de RF dispuestos para enrutar señales de radiofrecuencia (RF) entre múltiples entradas y múltiples salidas. Las aplicaciones que requieren matrices de RF incluyen sistemas de tierra, equipos de prueba y sistemas de comunicación.
Una matriz de RF se utiliza en sistemas de prueba, tanto en la verificación del diseño como en las pruebas de fabricación, para enrutar señales de alta frecuencia entre el dispositivo bajo prueba (DUT) y el equipo de prueba y medición. Además del enrutamiento de señales, la matriz de conmutación de RF/microondas también puede contener componentes de acondicionamiento de señales, incluidos dispositivos de acondicionamiento de señales pasivos, como atenuadores, filtros y acopladores direccionales, así como acondicionamiento de señales activo, como amplificación y convertidores de frecuencia. Dado que las necesidades de enrutamiento y acondicionamiento de señales de un sistema de prueba difieren de un diseño a otro, las matrices de conmutación de RF/microondas pueden ser diseñadas a medida por el ingeniero del sistema de prueba o por un contratista contratado para cada nuevo sistema de prueba.
La matriz de conmutación está formada por componentes electrónicos discretos, incluidos los conmutadores de RF y los acondicionadores de señal , que se montan juntos en una infraestructura mecánica o carcasa. Los cables interconectan los conmutadores y los acondicionadores de señal. La matriz de conmutación emplea un circuito controlador y una fuente de alimentación para alimentar y accionar los conmutadores y los acondicionadores de señal. La matriz de conmutación utiliza conectores o accesorios para enrutar las señales desde el equipo de obtención y medición hasta el dispositivo bajo prueba. La matriz de conmutación suele estar ubicada cerca del dispositivo bajo prueba para acortar las rutas de las señales, lo que reduce la pérdida de inserción y la degradación de la señal.
El propósito de una matriz de conmutación es trasladar el enrutamiento y el acondicionamiento de señales a una ubicación central en el sistema de prueba en lugar de tenerlo todo distribuido en varios lugares del sistema de prueba. Trasladar el enrutamiento y el acondicionamiento de señales a una única ubicación en el sistema de prueba tiene las siguientes ventajas:
Las matrices de conmutación presentan un problema único para los diseñadores de sistemas de prueba, ya que las necesidades de acondicionamiento de señales, el rango de frecuencia, el ancho de banda y los aspectos de potencia cambian de una aplicación a otra. Las empresas de prueba y medición no pueden proporcionar una solución "universal". Esto deja a los diseñadores de sistemas de prueba con dos opciones para el diseño de sus matrices de conmutación: internalización o externalización .
Existen dos tipos de interruptores que se utilizan normalmente en matrices de conmutación: interruptores electromecánicos coaxiales e interruptores de estado sólido , también conocidos como interruptores electrónicos . Los interruptores electromecánicos coaxiales se pueden dividir en dos categorías según su arquitectura: relé con enclavamiento y relé sin enclavamiento.
Los interruptores de estado sólido se presentan en tres tipos: diodo PIN , FET e híbrido. Las ventajas de los interruptores de estado sólido sobre los interruptores EM son:
Por otro lado, dado que los interruptores de estado sólido tienen partes no lineales en su rango de frecuencia, su ancho de banda es limitado.
Un interruptor electromecánico (EM) proporciona mejores:
Por estas razones, los interruptores EM se utilizan con mucha más frecuencia en los diseños de matrices de conmutación.
Las matrices de conmutación personalizadas se utilizan ampliamente en sistemas de prueba en los sectores de defensa aeroespacial e inalámbrica para la verificación del diseño y para pruebas de fabricación. Tienen una amplia gama de complejidad, desde lo simple hasta lo complejo.
Las matrices de conmutación de RF también se utilizan mucho en el mercado de transmisión de televisión para la recepción y retransmisión de canales de televisión. Normalmente, una cabecera de televisión por cable contendrá una matriz para permitir que varias antenas parabólicas alineadas con diferentes satélites se enruten a un banco de receptores. La matriz de conmutación de RF permite realizar cambios de canal de forma remota, sin interrupciones.
Hay seis desafíos principales al diseñar una matriz de conmutación de RF/microondas personalizada de principio a fin:
Los fabricantes de equipos de prueba ofrecen instrumentos que proporcionan una fuente de alimentación , circuitos de controlador y controladores de software que esencialmente ahorran tiempo y costos al diseñador de un sistema de prueba al eliminar dos de los seis desafíos de diseño de matriz de conmutación: diseño de hardware de control y alimentación, así como desarrollo de controladores de software.
Muchas empresas han introducido nuevos conceptos de productos que ayudan en el diseño de matrices de conmutación personalizadas. Estos nuevos productos ofrecen a los diseñadores de sistemas de prueba una fuente de alimentación , circuitos de controlador y controladores de software , todo ello envuelto en un mainframe. El mainframe proporciona un montaje flexible para conmutadores y otros componentes, así como paneles frontales y traseros en blanco que se pueden modificar fácilmente para adaptarse a una necesidad de diseño. Estos nuevos productos eliminan 3 de los 6 desafíos de diseño: diseño mecánico, diseño de hardware de control y alimentación, y desarrollo de controladores de software.