【技术贴】让干扰无处遁形：艾为高性能射频开关重塑性能标杆

在现代无线通信系统中，射频前端（RFFE）的性能直接决定了整个系统的通信质量、数据速率和功耗。在其中，射频开关（RF Switch）虽小，却扮演着关键角色：它就像信号路径上的“交通指挥官”，指挥着信号的传输路径与流向。

 

理想中的射频开关只“指挥”不“干扰”，现实中，它的插入损耗、回波损耗、隔离度、谐波与耐受功率等指标，直接影响系统性能。

 

如何破局？数模龙头艾为电子用高性能射频开关，给出答案。

 

射频收发链路

 

图1 射频收发链路示意图

 

在发射链路中最重要的指标是发射功率，接收链路中最重要的指标是接收灵敏度。

发射功率可以由链路预算的公式得到：

发射功率可以由链路预算的公式得到：

PTX=Smin-GTX+Lpath-GRX+Lother

扩频通信的接收灵敏度可以通过下式计算（对射频）：

Smin=10×lg(kT0B)+NF+(Eb/N0)min-PG

 

通常来说，调制方式越复杂，比如从QPSK到256QAM，接收灵敏度会越差。所以，接收机在信号质量不好的场景下就可以切换为低阶调制的方式确保信号不中断。但是低阶调制意味着通信速率降低，即同等带宽下承载的信息量下降。此时，NF如果可以做得很低，那么就可以使得接收灵敏变好，进而优化接收机对高低调制方式切换的阈值。

射频器件的噪声用信噪比的变化定义：

 

基于上面对射频收发链路的介绍，下文开始分析射频开关的指标对信号链路的影响。

 

插入损耗（InsertionLoss）

 

插入损耗是表征信号经过射频开关后衰减程度的指标。射频开关可视为无源器件，其插入损耗等效于噪声贡献。在接收链路中，射频开关是天线后的第一个器件。根据噪声级联公式，射频开关的插入损耗会直接叠加到总噪声，使得接收信号的信噪比恶化。

 

艾为电子的RX射频开关AW13012HDNR的插入损耗性能业内领先，在B7/B41频段仅为0.28dB，在N79频段仅为0.4dB。极低的插入损耗有效地提升了信噪比。TRX射频开关AW13612PFDR-Q1更是通过了AEC-Q100（车规标准）认证，该产品在B7/B41频段仅有0.33dB插入损耗且具有高达40dBm的耐受功率。图2列出了这两颗射频开关的部分指标。

表1 AW13012HDNR和AW13612PFDR-Q1的部分指标

 

回波损耗（ReturnLoss）

 

回波损耗是表征信号进入射频开关被反射程度的指标。回波损耗越大，表示信号被反射的越少。当射频开关被视为无源器件时，回波损耗越小，有用信号的功率会被反射的越多，而噪声功率不会变，导致信噪比恶化，进而使得接收灵敏度变差。

 

图2 无源网络模型示意图

 

射频开关的回波损耗通常建议大于15dB，对于级联了很多射频开关的链路，可能要大于20dB才能将该指标的影响降低。

 

艾为电子的SP4T射频开关AW13504HFLR在B7/B41频段的回波损耗为20dB；SPDT射频开关AW13012HDNR在B7/B41频段的回波损耗为27dB，在N79频段也可以达到20dB以上。这种水平的回波损耗不会成为系统设计的瓶颈。

表2 AW13504HFLR和AW13012HDNR部分指标

 

隔离度（Isolation）

 

隔离度是表征导通端口信号对非导通端口泄漏程度的指标。在SP4T、SP8T、DPDT等较多通路的射频开关中，处于TX状态的链路会因为各种原因通过射频开关干扰到接收链路，特别是频段很近的链路。如果SAW或者Duplexer的性能较差，那射频开关的隔离度指标就更要重视。

 

以DPDT射频开关为例，艾为电子提供高隔离型和低插入损耗型的两种选择：

高隔离型射频开关AW12122HLGR在sub-6G频段内提供高达45dB的隔离度，避免了射频开关引起的De-sense问题；

低插入损耗型射频开关AW12022TQNR-Q1在2.3GHz~2.7GHz的插入损耗仅为0.35dB，并且通过了AEC-Q100（车规标准）认证，可供高可靠性需求的客户选用。

表3 AW13524TQNR和AW12122HLGR部分指标

 

谐波（Harmonic）

 

谐波是表征工作频点对倍频频点影响程度的指标。谐波是TX链路中需要重点关注的指标，它关系到无线电法规认证。比如ETSI标准中杂散限值为-30dBm。考虑到一些链路损耗和天线的兼容性，射频开关的限值通常为-36dBm或者-40dBm比较合适。

 

耐受功率（MaxInputPower）

 

耐受功率是表征射频开关能承受多大输入功率而不损坏的指标。该指标对TX链路上的射频开关来说非常重要。图6列出了在不同通信制式下对射频开关耐受功率的要求。

表4 不同制式下射频开关需要承受的最大功率

 

艾为电子的TX射频开关均能满足耐受功率最大37.9dBm的应用。AW13612HFLR和AW13612PFDR-Q1的耐受功率更是可以达到40dBm以上，属于业内领先的性能。

 

射频开关在射频前端是用料最多的器件之一，它在实现网络模式切换、TX/RX切换、SRS、MIMO等功能中必不可少。

 

下图为艾为射频开关选型表，无论是单刀多掷（SPxT）还是多刀多掷（xPxT）的射频开关，其规格都能满足应用场景且具有余量，为系统稳定性和未来升级提供可靠保障。

表5 艾为射频开关选型表