高频继电器信号路径分布参数的分析

      高频信号继电器路径的分布参数是影响继电器射频(RF)性能的主要因素。通过对基于分布参数的等效电路进行分析，可以优化继电器RF性能，而分布参数的准确提取是正确建立等效电路的基础，以此对于高频信号继电器的信号路径的均匀区域应用经典传输线理论进行分布电容、电感、电阻值。对基于分布参数的等效电路进行仿真，得到了继电器插入损耗及电压驻波比（VSWR）曲线。

     高频继电器是指能够几乎无失真的地传输并切换高频信号的继电器。随着模拟信号和数字信号速率不断攀升，无线通信、宽带接入以及自动控制设备等均需要高频继电器进行RF切换，一方面要求继电器切换频率大幅扩展，另一方面要求其在扩展频率的同时确保RF信号不失真，这就对高频继电器的性能提出了更高的要求。而目前高频继电器的相关基础研究工作还十分缺乏，由此，对高频继电器进行深人的理论研究就显得尤为重要。通过对研究对象分布参数的准确提取，进而研究对象的性能加以分析的研究方法，在工程上应用广泛:

例如:

1、对某高频同轴继电器动静簧片接触区的分布电阻进行了提取，研究了分布电阻对继电器插人损耗的影响。

2、采用部分元等效电路(PEEC)方法对印制板导体的分布参数进行了提取，确定了导体场源分布，进而研究了印制电路板的电磁兼容问题。

3、采用PEEC方法，对混合封装电力电子集成模块的环流回路与控制驱动回路间的互感进行了提取，研究了集成模块内的电磁干扰问题。通过提取分布参数进行分析研究，对一些有限元分析难以经济求解的问题能给出简明结果，因而具有重要应用价值。

      应用经典传输线理论、PEEC等方法对于高频继电器信号路径的分布参数进行了提取。其中，对继电器SMA接口、静触头及动簧片等区域提取其分布电感及电容；对同轴导体间尺寸突变、介质不连续、结构不连续等区域提取其等效并联电容；对动簧片中心结构不连续区域提取其等效电感；对静触头与动簧片间的接触区域提取其接触电阻及接触电容，得到了完整信号路径的分布电容、电感、电阻值。通过对基于分布参数的等效电路进行仿真，得到了继电器插人损耗及电压驻波比曲线。本文提出的信号路径分布参数提取方法可应用于高频继电器的设计分析，并能大大缩短设计周期，因此具有十分重要的意义。

1 研究对象及分布参数提取
1．1 研究对象
本文研究对象为某旁路型同轴高频继电器常闭
型信号传输路径，如图1所示。

图1 同轴继电器信号传输路径示意图
信号传输路径左右对称，由SMA接口及其相连接结构内导体、静触头、动簧片组成。
2 信号路径分布参数的提取
2 . 2  SMA接口及相连同轴结构参数的提取SMA接口内外导体间填充聚四氟乙烯作为绝缘介质，与SMA接口相连的同轴部分应用空气作
为绝缘介质，如图2所示(单位：mm)。各段均匀同轴传输线之间连接处存在内外导体半径变化和介质变化，为不连续区，图中用圆环标记。

图2 SMA接口及相连I司轴结构示意图
内、外导体半径分别为d、D，磁导率为 ，填充介质介电常数为 的均匀同轴传输线，其单位长度的分布电感 和电容c。为：= ln D (1)c。： (2)m对于SMA接口结构均匀段，应用同轴传输线理论计算得到分布参数如表1所示。同轴内导体及外导体半径突变均可以等效成一个附加在内外导体间的并联电容，利用文献[5]的相关方法计算，得到等效电容参数如表2所示。

高频继电器信号路径的均匀区域应用经典传输线理论进行分布参数提取，对于尺寸突变、结构不连续等非均匀区域应用部分元等效电路
(PEEC)等方法进行提取，得到了完整信号路径的分布电容、电感、电阻值，基于此得到了信号路径的等效电路。对等效电路进行仿真分析得到了继电器插入损耗及电压驻波比性能曲线。文中提出的信号路径分布参数提取方法可应用于高频继电器设计分析，并能大大缩短设计周期，因此具有一定的应用价值。