Com controlen els diodes PIN Circuits de commutació de l’antena en comunicació?

1, Estructura i principi de treball del díode PIN
Característiques estructurals
Els díodes de pin estan compostos per tipus P -, semiconductor intrínsec (capa i capa) i n {- tipus de semiconductors. Entre ells, el tipus P - i els semiconductors de tipus N - són molt dopats, mentre que la capa I és un semiconductor intrínsec lleugerament dopat. Aquesta estructura fa que el díode PIN presenti una baixa impedància quan es biaixi cap endavant i una alta impedància quan es biaixi inversament.
Principi de treball
Quan es biaixi, els forats de la regió P i els electrons de la regió N són injectats a la regió I, formant un núvol de càrrega que redueix bruscament la resistència de la regió I. El díode PIN presenta un estat de baixa impedància, permetent passar el corrent; Quan es biaixi inversament, els transportistes són atrets pel límit de la regió I, on gairebé no hi ha cap núvol de càrrega i la resistència augmenta dramàticament. El díode PIN presenta un estat d’alta impedància, evitant que el corrent passi.
Avantatges característics
Els díodes PIN tenen avantatges com ara alta impedància, baixa pèrdua de conducció, capacitat de resposta ràpida, característiques de capacitança variable, baix soroll, alta capacitat de potència i estabilitat de temperatura, que els fan àmpliament utilitzats en camps com la comunicació de RF, la modulació del senyal, el control de potència, els circuits de protecció i els sensors.
2, Principi de control del díode Pin al circuit de commutació de l'antena
Principis bàsics
Els díodes de Pin s’utilitzen principalment com a interruptors en circuits de commutació d’antena. Controlant la seva tensió de biaix, es pot aconseguir la conducció i el tall del díode PIN, controlant així la connexió i la desconnexió de l'antena. Quan el díode PIN està esbiaixat cap endavant, presenta una baixa impedància i l'antena està connectada al circuit; Quan el díode PIN està esbiaixat inversament, presenta una alta impedància i desconnecta l'antena del circuit.
mecanisme de control
Hi ha diverses maneres de controlar la tensió de biaix dels díodes Pin, incloent l’ús de la tensió de control de corrent continu, les resistències de limitació de corrent i les bobines de sufocament. Per exemple, en un circuit que converteix antenes VHF i UHF, s’utilitza una tensió de control de 5V DC com a font d’alimentació de biaix per a un díode de pin a través d’un cable coaxial, s’utilitza una resistència de limitació de corrent per limitar el corrent, i una bobina de sufocament està feta de fil de coure encastat en un nucli ferrit per evitar que el senyal de ràdio es posi a terra.
Rendiment de commutació
Quan s’utilitzen díodes PIN com a interruptors, tenen capacitats de resposta ràpides i poden canviar entre estats conductors i de tall en un curt període de temps. Al mateix temps, la seva baixa impedància quan es biagament i la impedància elevada quan es biaix inversa fa que el circuit de commutació de l'antena tingui les característiques de baixa pèrdua d'inserció i l'aïllament elevat. Per exemple, al mòdul de commutació d’antena del telèfon mòbil, sovint s’utilitzen quatre díodes per construir una estructura de doble llançament de pal. En canviar la tensió de biaix, l’antena pot canviar entre GPS i bandes de freqüència cel·lular, amb un aïllament superior a 30dB i una pèrdua de plug controlada dins de 0,5dB.
3, Cas d'aplicació del díode Pin al circuit de commutació d'antena
Circuit de commutació de l'antena VHF/UHF
En un circuit de commutació d’antena VHF/UHF específic, la conducció i el tall de díodes Pin D1 i D2 controlen la commutació de l’antena. Quan s’aplica un voltatge de control de 5V CC al díode PIN a través d’un cable coaxial, la resistència de limitació de corrent restringeix el corrent i la bobina d’asfixament impedeix que el senyal RF es posi a terra. Quan el díode condueix, l’antena corresponent està connectada al circuit; Quan el díode està desactivat, es desconnecta l'antena i el circuit corresponents. Aquest tipus de circuit té una estructura senzilla i un rendiment estable i s’utilitza àmpliament en dispositius de comunicació sense fils.
Selecció d’antenes en sistemes d’antenes múltiples
En els sistemes d’antenes multi, es poden utilitzar díodes PIN per aconseguir una selecció dinàmica d’antenes. Per exemple, en sistemes LTE i 5G NR, la tecnologia de commutació d’antenes (TAS) pot millorar el rendiment i l’eficiència de la transmissió. L’extrem transmissor utilitza un algorisme de selecció d’antenes per seleccionar l’antena òptima per a la transmissió de dades basada en la informació sobre la informació de l’estat del canal (CSI) des del final de la recepció. El díode PIN serveix de commutador per controlar la connexió i la desconnexió de l’antena corresponent en funció del resultat de selecció, aconseguint així la selecció dinàmica d’antenes.
Efecte de l'aplicació real
En aplicacions pràctiques, el circuit de commutació d’antenes de díode PIN millora significativament el rendiment dels sistemes de comunicació. Per exemple, a les estacions de base de comunicació sense fils, els díodes Pin s’utilitzen per a la transmissió d’antenes i la commutació de recepció, l’ajust de la coincidència de la sortida de l’amplificador de potència i el control d’atenuació del senyal. En els sistemes d’antenes Mimo, els interruptors de díodes PIN controlen la transmissió i la recepció de senyals de canal d’antena, aconseguint la diversitat espacial i la forma de feixos i millorar l’eficiència de transmissió i el rang de cobertura de les estacions base. Al mateix temps, les característiques de commutació ràpida dels díodes PIN també compleixen els requisits de la comunicació de velocitat - i redueixen la velocitat d’error de bits.
4, Disseny i optimització del circuit de commutació de l'antena del díode PIN
Disseny del circuit
Quan es dissenya un circuit de commutació d’antenes de díode PIN, cal tenir en compte diversos factors, incloent la selecció de díodes PIN, el mètode de control de la tensió de biaix i el disseny i el cablejat del circuit. Quan es selecciona, el model de díode PIN adequat s’ha de triar en funció dels requisits d’aplicació específics, tenint en compte paràmetres com ara la tensió endavant, la tensió nominal i el corrent invers. El mètode de control de la tensió de biaix ha de ser estable i fiable i capaç de complir els requisits de commutació ràpida. El disseny i el cablejat del circuit s’han d’escurçar el màxim possible per evitar la interferència.
Optimització del rendiment
Per tal d’optimitzar el rendiment del circuit de commutació d’antena del díode PIN, es poden prendre diverses mesures. Per exemple, utilitzar diversos díodes PIN en paral·lel per reduir la resistència equivalent i millorar la conductivitat del circuit; Els condensadors paral·lels estan connectats als dos extrems del díode PIN per millorar les característiques de resposta de freqüència; Optimitzeu l'algoritme de control de la tensió de biaix per millorar la precisió i l'eficiència de la selecció de l'antena.
Reptes i solucions en aplicacions pràctiques
En aplicacions pràctiques, els circuits de commutació d’antenes de díode PIN poden afrontar alguns reptes, com ara la pèrdua de les característiques de commutació del díode PIN a freqüències elevades, alta tensió de conducció i una vida insuficient. Es poden prendre solucions corresponents per solucionar aquests problemes. Per exemple, en el rang d’alta freqüència, es pot considerar que els commutadors MEMS substitueixen els díodes PIN; Reduir la tensió de conducció optimitzant el disseny del circuit; Adopció de díodes de pin Pin de qualitat alta - i mesures raonables de dissipació de calor per ampliar la seva vida útil.
https://www.trrsemicon.com/diode/smd {2 ]dIode/schottky {3]