Les commutateurs RF sont des composants électroniques et électromécaniques qui acheminent les signaux radiofréquence entre les antennes, les émetteurs, les récepteurs et les circuits RF des drones et autres systèmes sans pilote. Ces composants sont disponibles sous forme de modèles à semi-conducteurs, électromécaniques, MEMS et coaxiaux.
Cette page présente des fabricants de commutateurs RF proposant des solutions pour la sélection d’antennes, la commutation de chemins de signaux, l’isolation des émetteurs/récepteurs et la reconfiguration du front-end RF.
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Composants RF et hyperfréquences pour les communications et les liaisons de données des drones
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Les commutateurs radiofréquence (RF) sont des composants électroniques ou électromécaniques qui acheminent les signaux RF entre différents circuits, antennes, émetteurs et récepteurs. Utilisés dans les drones, les véhicules aériens sans pilote (UAV) et d’autres systèmes sans pilote, ces dispositifs permettent la sélection du chemin du signal, la commutation d’antennes et la reconfiguration des équipements de communication, de radar, de navigation et de guerre électronique (GE).
Les commutateurs RF utilisent des éléments de commutation et des circuits de commande pour connecter ou isoler des ports RF en réponse à des commandes électriques ou mécaniques. Ils sont disponibles en versions à semi-conducteurs, électromécaniques et en systèmes microélectromécaniques (MEMS), avec des configurations allant des commutateurs coaxiaux individuels aux matrices de commutation RF multiports. Le choix dépend de facteurs tels que la fréquence de fonctionnement, la perte d’insertion, l’isolation, la vitesse de commutation, la puissance RF admissible et les exigences d’intégration.
Commutateur RF d’Asartech, commutateurs RF à large bande PZ0219D et PZ0275.
La commutation RF permet aux systèmes de communication et de détection de sélectionner, d’isoler et de reconfigurer les chemins de signaux sans modifier physiquement les connexions. Parmi les fonctions clés, on peut citer :
Ces fonctions prennent en charge des architectures RF adaptables sur des plateformes sans pilote opérant dans divers environnements de communication, de navigation et de détection.
Les commutateurs RF utilisent différents mécanismes de commutation et technologies de semi-conducteurs, chacun offrant des caractéristiques distinctes en termes de perte de signal, d’isolation, de vitesse de commutation, de puissance admissible, d’exigences de contrôle et d’intégration physique.
| Type de commutateur RF | Principe de fonctionnement | Caractéristiques | Applications typiques |
| Commutateurs RF électromécaniques | Des contacts mécaniques relient ou déconnectent physiquement les chemins de signal RF. | Faible perte d’insertion, isolation élevée, forte capacité de gestion de la puissance et commutation relativement lente. | Systèmes RF haute puissance, acheminement d’antennes et équipements de test. |
| Commutateurs RF à diodes PIN (Positive-Intrinsic-Negative) | Les diodes PIN à polarisation contrôlée modifient l’impédance RF pour établir ou bloquer les chemins de signal. | Commutation rapide, bonne capacité de gestion de la puissance et adaptation aux circuits hyperfréquences. | Systèmes radar, commutation émission/réception et frontaux RF. |
| Commutateurs RF à l’arséniure de gallium (GaAs) | Les transistors à effet de champ en GaAs contrôlent la conduction du signal RF. | Commutation rapide, faibles pertes et bonnes performances à haute fréquence. | Radios pour drones, communications hyperfréquences et sélection d’antennes. |
| Commutateurs RF de type « Silicon-On-Insulator » (SOI) et « Complementary Metal-Oxide-Semiconductor » (CMOS) | Des réseaux de transistors à base de silicium contrôlent électroniquement les chemins de signal. | Intégration compacte, faible puissance de commande et compatibilité avec les circuits RF intégrés. | Radios multibandes, électronique compacte pour drones et modules RF. |
| Commutateurs RF au nitrure de gallium (GaN) | Les dispositifs semi-conducteurs au GaN permettent de contrôler électroniquement les chemins RF. | Capacité élevée de gestion de la puissance RF et adaptation aux applications micro-ondes exigeantes. | Communications à haute puissance, radars et guerre électronique. |
| Commutateurs RF MEMS | Les structures micromécaniques établissent ou interrompent des connexions électriques ou des chemins capacitifs. | Faible perte d’insertion, isolation élevée et très faible consommation statique dans des conceptions adaptées. | Charges utiles hyperfréquences, réseaux d’antennes et acheminement RF de précision. |
| Commutateurs RF à semi-conducteurs | Les dispositifs à semi-conducteurs assurent la commutation sans contacts mécaniques mobiles. | Fonctionnement rapide, boîtier compact et grande endurance de commutation. | Communications, radars et systèmes RF reconfigurables électroniquement. |
Les commutateurs RF sont fabriqués avec différentes configurations de ports afin de prendre en charge des applications allant de la simple commande marche/arrêt au routage complexe de signaux multicanaux. Parmi les architectures courantes, on trouve :
Les commutateurs RF coaxiaux et les boîtiers de commutation RF équipés de connecteurs offrent un acheminement accessible de l’extérieur pour les systèmes de test, les équipements au sol et les installations RF de grande envergure, tandis que les dispositifs à semi-conducteurs intégrés permettent des implémentations compactes sur carte de circuit imprimé (PCB). Les matrices de commutation RF de plus grande taille peuvent intégrer une commande programmable, un fonctionnement à distance et une configuration automatisée des chemins de signal.
Les commutateurs RF prennent en charge les liaisons de commandement et de contrôle (C2), la télémétrie, la transmission vidéo et les liaisons de données de charge utile dans les drones en acheminant les signaux entre les antennes, les radios, les filtres, les amplificateurs et d’autres composants frontaux RF. Les commutateurs d’antennes permettent aux équipements de communication de choisir entre différents chemins d’antennes, tandis que les systèmes multibandes utilisent des réseaux de commutation pour connecter les étages de filtrage et d’amplification adaptés à la fréquence de fonctionnement sélectionnée.
Les commutateurs RF à haute vitesse prennent également en charge les radios définies par logiciel (SDR) et d’autres systèmes de communication reconfigurables en permettant un acheminement contrôlé électroniquement entre différents chemins de signaux et modes de fonctionnement.
Les systèmes radar utilisent des commutateurs RF pour sélectionner les antennes, acheminer les signaux via différents canaux de réception et coordonner les voies d’émission et de réception. Les diodes PIN et autres commutateurs RF à semi-conducteurs conviennent aux architectures nécessitant une commutation rapide, tandis que certains dispositifs haute puissance peuvent être utilisés lorsque les niveaux de puissance d’émission imposent des exigences plus élevées au matériel de commutation.
Les matrices de commutateurs RF peuvent également acheminer des signaux entre les canaux radar, les sous-systèmes de détection et les équipements de test. Dans certaines architectures à réseau phasé ou à faisceau commuté, les réseaux de commutation prennent en charge la sélection de sous-réseaux d’antennes ou des configurations de faisceaux prédéfinies.
Les charges utiles de guerre électronique (GE) et de surveillance du spectre utilisent des commutateurs RF pour choisir entre des antennes, des récepteurs, des filtres et des voies de traitement du signal sur plusieurs bandes de fonctionnement. Les dispositifs à large bande et les réseaux de commutation télécommandés permettent aux mesures de soutien électronique (ESM) et aux systèmes de surveillance du spectre de reconfigurer les voies d’acquisition des signaux à mesure que les exigences de la mission évoluent. Des commutateurs RF haute puissance et des matrices de commutation peuvent également être intégrés dans des systèmes d’attaque électronique afin d’acheminer les signaux d’émission entre les amplificateurs, les antennes et les circuits RF associés.
Les commutateurs RF prennent en charge les récepteurs du Système mondial de navigation par satellite (GNSS) et d’autres équipements de navigation radio en permettant la sélection d’antennes, l’acheminement redondant des signaux vers les récepteurs et la distribution contrôlée des signaux. Ces fonctions peuvent prendre en charge à la fois les systèmes de navigation opérationnels et les environnements de test où plusieurs sources RF ou voies de réception doivent être sélectionnées électroniquement.
Dans les drones (UAV) et les véhicules terrestres sans pilote (UGV), les circuits de commutation permettent de connecter différentes entrées RF aux récepteurs de navigation ou aux équipements de mesure. Des ensembles de commutation coaxiaux sont également utilisés dans les systèmes de test et de validation GNSS, où les récepteurs doivent être connectés à différentes antennes, voies de distribution RF ou signaux satellites simulés.
Matrice de commutation RF d’Asartech, le modèle PZ0504.
Les commutateurs RF fonctionnent en association avec plusieurs composants connexes utilisés pour contrôler, distribuer et conditionner les signaux radiofréquence, mais leur rôle principal consiste en la sélection active ou électromécanique des chemins de signal. Parmi les principales distinctions, on peut citer :
Ces composants sont fréquemment intégrés au sein d’assemblages de front-end RF, où les commutateurs assurent un acheminement configurable du signal parallèlement au filtrage, à l’amplification, à l’atténuation et à la protection du signal.
Les technologies de commutation RF continuent d’évoluer pour prendre en charge des fréquences de fonctionnement plus élevées, une intégration accrue, une puissance admissible plus importante, ainsi que des systèmes de communication et de détection de plus en plus reconfigurables. Parmi les principales avancées, on peut citer :
Ces avancées permettent de développer des sous-systèmes RF plus compacts, plus adaptables et hautement intégrés pour les drones, les véhicules autonomes et d’autres plateformes nécessitant une gestion fiable des signaux radiofréquences.
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