Os comutadores de RF são componentes eletrónicos e eletromecânicos que encaminham sinais de radiofrequência entre antenas, transmissores, recetores e circuitos de RF em UAV, drones e outros sistemas não tripulados. Estes componentes estão disponíveis em versões de estado sólido, eletromecânicas, MEMS e coaxiais.
Esta página apresenta fabricantes de comutadores de RF que oferecem soluções para a seleção de antenas, comutação do percurso do sinal, isolamento do transmissor/receptor e reconfiguração do front-end de RF.
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Os comutadores de radiofrequência (RF) são componentes eletrónicos ou eletromecânicos que encaminham sinais de RF entre diferentes circuitos, antenas, transmissores e recetores. Utilizados em drones, veículos aéreos não tripulados (UAV) e outros sistemas não tripulados, estes dispositivos permitem a seleção do percurso do sinal, a comutação de antenas e a reconfiguração em equipamentos de comunicações, radar, navegação e guerra eletrónica (EW).
Os comutadores de RF utilizam elementos de comutação e circuitos de controlo para ligar ou isolar portas de RF em resposta a comandos elétricos ou mecânicos. Estão disponíveis em designs de estado sólido, eletromecânicos e de Sistemas Microeletromecânicos (MEMS), com configurações que vão desde comutadores coaxiais individuais até matrizes de comutadores de RF multiportas. A seleção depende de fatores que incluem a frequência de funcionamento, a perda de inserção, o isolamento, a velocidade de comutação, a capacidade de potência de RF e os requisitos de integração.
Comutador de RF da Asartech, comutadores de RF de banda larga PZ0219D e PZ0275.
A comutação de RF permite que os sistemas de comunicações e deteção selecionem, isolem e reconfigurem percursos de sinal sem alterar fisicamente as ligações. As funções principais incluem:
Estas funções suportam arquiteturas de RF adaptáveis em plataformas não tripuladas que operam em múltiplos ambientes de comunicações, navegação e deteção.
Os comutadores de RF utilizam diferentes mecanismos de comutação e tecnologias de semicondutores, cada um oferecendo características distintas em termos de perda de sinal, isolamento, velocidade de comutação, capacidade de potência, requisitos de controlo e integração física.
| Tipo de comutador de RF | Princípio de funcionamento | Características | Aplicações típicas |
| Comutadores de RF eletromecânicos | Os contactos mecânicos ligam ou desligam fisicamente os percursos do sinal de RF. | Baixa perda de inserção, elevado isolamento, elevada capacidade de potência e comutação relativamente lenta. | Sistemas de RF de alta potência, encaminhamento de antenas e equipamento de teste. |
| Comutadores de RF com díodos PIN (Positivo-Intrínseco-Negativo) | Os díodos PIN controlados por polarização alteram a impedância de RF para estabelecer ou bloquear percursos de sinal. | Comutação rápida, boa capacidade de manuseamento de potência e adequação a circuitos de micro-ondas. | Sistemas de radar, comutação de transmissão/recepção e front-ends de RF. |
| Comutadores de RF de arsenieto de gálio (GaAs) | Os transístores de efeito de campo de GaAs controlam a condução do sinal de RF. | Comutação rápida, baixas perdas e bom desempenho em altas frequências. | Rádios para UAV, comunicações de micro-ondas e seleção de antenas. |
| Comutadores de RF de silício sobre isolante (SOI) e de semicondutor de óxido metálico complementar (CMOS) | As redes de transístores à base de silício controlam os percursos dos sinais eletronicamente. | Integração compacta, baixo consumo de energia de controlo e compatibilidade com circuitos de RF integrados. | Rádios multibanda, eletrónica compacta para UAV e módulos de RF. |
| Interruptores de RF de nitreto de gálio (GaN) | Os dispositivos semicondutores de GaN proporcionam percursos de RF controlados eletronicamente. | Elevada capacidade de gestão de potência de RF e adequação a aplicações exigentes na gama das micro-ondas. | Comunicações de alta potência, radares e guerra eletrónica. |
| Comutadores de RF MEMS | As estruturas micromecânicas estabelecem ou interrompem ligações elétricas ou percursos capacitivos. | Baixa perda de inserção, elevado isolamento e potência estática muito baixa em projetos adequados. | Cargas úteis de micro-ondas, redes de antenas e encaminhamento de RF de precisão. |
| Interruptores de RF de estado sólido | Os dispositivos semicondutores realizam a comutação sem contactos mecânicos móveis. | Funcionamento rápido, embalagem compacta e elevada resistência de comutação. | Comunicações, radar e sistemas de RF eletronicamente reconfiguráveis. |
Os comutadores de radiofrequência são fabricados em diferentes configurações de portas para suportar aplicações que vão desde o controlo básico de ligar/desligar até ao encaminhamento complexo de sinais multicanal. As arquiteturas comuns incluem:
Os comutadores de RF coaxiais e as caixas de comutação de RF com conectores proporcionam um encaminhamento acessível externamente para sistemas de teste, equipamento em terra e instalações de RF de maior dimensão, enquanto os dispositivos de estado sólido integrados permitem implementações compactas em placas de circuito impresso (PCB). As matrizes de comutação de RF de maior dimensão podem incorporar controlo programável, operação remota e configuração automatizada do percurso do sinal.
Os comutadores de RF suportam o comando e controlo (C2), a telemetria, a transmissão de vídeo e as ligações de dados de carga útil em UAV, encaminhando sinais entre antenas, rádios, filtros, amplificadores e outros componentes de front-end de RF. Os comutadores de antena permitem que os equipamentos de comunicações selecionem entre diferentes percursos de antena, enquanto os sistemas multibanda utilizam redes de comutação para ligar as fases de filtragem e amplificação adequadas à frequência de funcionamento selecionada.
Os comutadores de RF de alta velocidade também suportam rádios definidos por software (SDRs) e outros sistemas de comunicações reconfiguráveis, permitindo o encaminhamento controlado eletronicamente entre diferentes percursos de sinal e modos de funcionamento.
Os sistemas de radar utilizam comutadores de RF para selecionar antenas, encaminhar sinais através de diferentes canais de receção e coordenar percursos de transmissão e receção. Os diodos PIN e outros comutadores de RF de estado sólido são adequados para arquiteturas que exigem comutação rápida, enquanto determinados dispositivos de alta potência podem ser utilizados nos casos em que os níveis de potência do transmissor impõem maiores exigências ao hardware de comutação.
As matrizes de comutadores de RF também podem encaminhar sinais entre canais de radar, subsistemas de deteção e equipamento de teste. Em algumas arquiteturas de matriz faseada ou de feixe comutado, as redes de comutação suportam a seleção de submatrizes de antenas ou configurações de feixe predefinidas.
As cargas úteis de Guerra Eletrónica (EW) e de monitorização do espectro utilizam comutadores de RF para selecionar entre antenas, recetores, filtros e percursos de processamento de sinal em várias bandas operacionais. Os dispositivos de banda larga e as redes de comutação controladas remotamente permitem que as Medidas de Apoio Eletrónico (ESM) e os sistemas de monitorização do espectro reconfigurem os percursos de aquisição de sinais à medida que os requisitos da missão se alteram. Os comutadores de RF de alta potência e as matrizes de comutação também podem ser incorporados em sistemas de ataque eletrónico para encaminhar sinais de transmissão entre amplificadores, antenas e circuitos de RF associados.
Os comutadores de RF suportam recetores do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS) e outros equipamentos de navegação baseados em rádio, permitindo a seleção de antenas, o encaminhamento redundante de recetores e a distribuição controlada de sinais. Estas funções podem apoiar tanto sistemas de navegação operacionais como ambientes de teste, nos quais várias fontes de RF ou percursos de recetores têm de ser selecionados eletronicamente.
Em UAV e Veículos Terrestres Não Tripulados (UGV), os circuitos de comutação podem ligar entradas de RF alternativas a recetores de navegação ou a equipamento de medição. Os conjuntos de comutação coaxiais são também utilizados em sistemas de teste e validação do GNSS, nos quais os recetores têm de ser ligados a diferentes antenas, percursos de distribuição de RF ou sinais de satélite simulados.
Matriz de comutação de RF da Asartech, o modelo PZ0504.
Os comutadores de RF funcionam em conjunto com vários componentes relacionados utilizados para controlar, distribuir e condicionar sinais de radiofrequência, mas a sua função principal é a seleção ativa ou eletromecânica de percursos de sinal. As principais distinções incluem:
Estes componentes são frequentemente integrados em conjuntos de front-end de RF, onde os comutadores proporcionam um encaminhamento de sinal configurável, a par de filtragem, amplificação, atenuação e proteção do sinal.
As tecnologias de comutação de RF continuam a evoluir para suportar frequências de funcionamento mais elevadas, maior integração, maior capacidade de gestão de potência e sistemas de comunicações e deteção cada vez mais reconfiguráveis. Os principais desenvolvimentos incluem:
Estes desenvolvimentos estão a permitir subsistemas de RF mais compactos, adaptáveis e altamente integrados para UAVs, veículos autónomos e outras plataformas que requerem uma gestão fiável dos sinais de radiofrequência.
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