高頻繼電器信號路徑分布參數的分析

      高頻信號繼電器路徑的分布參數是影響繼電器射頻(RF)性能的主要因素。通過對基于分布參數的等效電路進行分析，可以優化繼電器RF性能，而分布參數的準確提取是正確建立等效電路的基礎，以此對于高頻信號繼電器的信號路徑的均勻區域應用經典傳輸線理論進行分布電容、電感、電阻值。對基于分布參數的等效電路進行仿真，得到了繼電器插入損耗及電壓駐波比（VSWR）曲線。

     高頻繼電器是指能夠幾乎無失真的地傳輸并切換高頻信號的繼電器。隨著模擬信號和數字信號速率不斷攀升，無線通信、寬帶接入以及自動控制設備等均需要高頻繼電器進行RF切換，一方面要求繼電器切換頻率大幅擴展，另一方面要求其在擴展頻率的同時確保RF信號不失真，這就對高頻繼電器的性能提出了更高的要求。而目前高頻繼電器的相關基礎研究工作還十分缺乏，由此，對高頻繼電器進行深人的理論研究就顯得尤為重要。通過對研究對象分布參數的準確提取，進而研究對象的性能加以分析的研究方法，在工程上應用廣泛:

例如:

1、對某高頻同軸繼電器動靜簧片接觸區的分布電阻進行了提取，研究了分布電阻對繼電器插人損耗的影響。

2、采用部分元等效電路(PEEC)方法對印制板導體的分布參數進行了提取，確定了導體場源分布，進而研究了印制電路板的電磁兼容問題。

3、采用PEEC方法，對混合封裝電力電子集成模塊的環流回路與控制驅動回路間的互感進行了提取，研究了集成模塊內的電磁干擾問題。通過提取分布參數進行分析研究，對一些有限元分析難以經濟求解的問題能給出簡明結果，因而具有重要應用價值。

      應用經典傳輸線理論、PEEC等方法對于高頻繼電器信號路徑的分布參數進行了提取。其中，對繼電器SMA接口、靜觸頭及動簧片等區域提取其分布電感及電容；對同軸導體間尺寸突變、介質不連續、結構不連續等區域提取其等效并聯電容；對動簧片中心結構不連續區域提取其等效電感；對靜觸頭與動簧片間的接觸區域提取其接觸電阻及接觸電容，得到了完整信號路徑的分布電容、電感、電阻值。通過對基于分布參數的等效電路進行仿真，得到了繼電器插人損耗及電壓駐波比曲線。本文提出的信號路徑分布參數提取方法可應用于高頻繼電器的設計分析，并能大大縮短設計周期，因此具有十分重要的意義。

1 研究對象及分布參數提取
1．1 研究對象
本文研究對象為某旁路型同軸高頻繼電器常閉
型信號傳輸路徑，如圖1所示。

圖1 同軸繼電器信號傳輸路徑示意圖
信號傳輸路徑左右對稱，由SMA接口及其相連接結構內導體、靜觸頭、動簧片組成。
2 信號路徑分布參數的提取
2 . 2  SMA接口及相連同軸結構參數的提取SMA接口內外導體間填充聚四氟乙烯作為絕緣介質，與SMA接口相連的同軸部分應用空氣作
為絕緣介質，如圖2所示(單位：mm)。各段均勻同軸傳輸線之間連接處存在內外導體半徑變化和介質變化，為不連續區，圖中用圓環標記。

圖2 SMA接口及相連I司軸結構示意圖
內、外導體半徑分別為d、D，磁導率為 ，填充介質介電常數為 的均勻同軸傳輸線，其單位長度的分布電感 和電容c。為：= ln D (1)c。： (2)m對于SMA接口結構均勻段，應用同軸傳輸線理論計算得到分布參數如表1所示。同軸內導體及外導體半徑突變均可以等效成一個附加在內外導體間的并聯電容，利用文獻[5]的相關方法計算，得到等效電容參數如表2所示。

高頻繼電器信號路徑的均勻區域應用經典傳輸線理論進行分布參數提取，對于尺寸突變、結構不連續等非均勻區域應用部分元等效電路
(PEEC)等方法進行提取，得到了完整信號路徑的分布電容、電感、電阻值，基于此得到了信號路徑的等效電路。對等效電路進行仿真分析得到了繼電器插入損耗及電壓駐波比性能曲線。文中提出的信號路徑分布參數提取方法可應用于高頻繼電器設計分析，并能大大縮短設計周期，因此具有一定的應用價值。