Performance analysis of series-shunt and TEE types of microwave switches of different semiconductor materials for Satellite communications

Abstract

Se presenta un análisis de desempeño de conmutadores de microondas compuestos, de una entrada y una salida (SPST), diseñados con diodos p-i-n tipo masa con diferentes tipos de materiales semiconductores para las bandas de frecuencia Ku y Ka. Las dos configuraciones de conmutadores compuestos más comunes son aquellos con diodos p-i-n ubicados en diseños serie-paralelo y serie-paralelo-serie (TEE) y aquí son analizados utilizando materiales semiconductores de Si, GaAs, GaN-WZ, GaN-ZB, GaSb, InP y SiC. Se presenta la metodología utilizada en los cálculos de resistencia serie y capacitancia de unión en los diodos p-i-n con el propósito de calcular los parámetros de desempeño propios de cada dispositivo conmutador. Estos parámetros son pérdida de inserción y aislamiento. Los conmutadores de tipo serie-paralelo, exceptuando el conmutador basado en diodo p-i-n de SiC-6 H, exhiben pérdidas de inserción menores a 0.2 dB y aislamiento hasta 41dB a la frecuencia de operación de 12 GHz. El conmutador diodo p-i-n tipo TEE con base en GaN-ZB tiene la mejor respuesta de pérdida de inserción menor a 0.23 dB y aislamiento hasta 52 dB, a las frecuencias de operación de 12 GHz y 30 GHz. El conmutador compuesto con base en diodo p-i-n de GaSb alcanza el mejor desempeño a la frecuencia de 12 GHz. Los conmutadores de microondas con configuración TEE tienen respuestas satisfactorias para la frecuencia de 30 GHz.