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

• Autores: Cirilo Gabino León Vega, Mohamed Badaoui, Alejandro Iturri Hinojosa
• Localización: Nova scientia, ISSN-e 2007-0705, Vol. 7, Nº. 13, 2015, págs. 190-207
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis de desempeño de conmutadores de microondas tipo serie-paralelo y TEE de diferentes materiales semiconductores para comunicaciones Satelitales
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• Resumen
  • español

    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.

  • English

    A performance analysis of single-pole single-throw (SPST) compound microwave switches designed with bulk-type p-i-n diodes of different kinds of semiconductor materials for the Ku and Ka frequency band is presented. The two most common compound switch configurations are p-i-n diodes mounted in either series-shunt or series-shunt-series (TEE) designs, and here analyzed using Si, GaAs, GaN-WZ, GaN-ZB, GaSb, InP and SiC semiconductor materials. The methodology used in the calculations to obtain serial resistance and junction capacitance existing in p-i-n diodes is presented in order to calculate the performance parameters proper to each switching device. These parameters are insertion loss and isolation. For the frequency operation of 12 GHz all the Series-Shunt switches, except to the switch based on 6H-SiC p-i-n diode, exhibited insertion losses as low as 0.2 dB and isolation up to 41 dB. The TEE-type p-i-n diode switch based on GaN-ZB has the best insertion loss response as low as 0.23 dB and isolation up to 52 dB on the operating frequencies of 12 GHz and 30 GHz. GaSb p-i-n diode compound switches reaches the best performance at 12 GHz of frequency. The TEE -configuration microwave switches are good for the operating frequency of 30 GHz.