射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型分析

李濟(jì)+儲(chǔ)政勇

摘 要 基于射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)，分析研究其不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型，分析不連續(xù)結(jié)構(gòu)對(duì)繼電器橋式接觸系統(tǒng)性能的影響，通過仿真電路模型采用優(yōu)化算法計(jì)算RF性能，計(jì)算出最優(yōu)解。文章針對(duì)安徽博微長安電子公司的實(shí)際工作情況，探討分析射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中的不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型。

關(guān)鍵詞 射頻電路；橋式接觸系統(tǒng)；繼電器橋；不連續(xù)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TM581 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）07-0045-01

本次分析的射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中，主要是由1個(gè)動(dòng)簧片與2個(gè)靜觸頭來組成的，是面—面接觸形式，建立不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型，計(jì)算系統(tǒng)尺寸參數(shù)以及關(guān)系表達(dá)式，以此來確保繼電器的使用質(zhì)量，提升現(xiàn)代通信對(duì)信息的傳遞速率。以下進(jìn)行具體介紹。

1 分析射頻繼電器的不連續(xù)結(jié)構(gòu)

針對(duì)射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中，在其不連續(xù)結(jié)構(gòu)可分成動(dòng)簧片與靜觸點(diǎn)接觸部分、動(dòng)簧片合上下屏蔽層突變部分；針對(duì)傳輸路徑中的阻抗不連續(xù)性，有可能會(huì)在不連續(xù)區(qū)域產(chǎn)生高次模，從而引起信號(hào)傳輸系數(shù)的衰減，因此應(yīng)該合理設(shè)計(jì)射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)，優(yōu)化不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路。對(duì)于其接觸部分中，可以用有限元方法探索電阻頻率變化，并可以將直流情況收縮電阻結(jié)果同Holm的收縮理論比較，從而證明研究的正確性；在射頻條件的正弦高度分布中，針對(duì)球與球接觸表面，優(yōu)化計(jì)算其等效電路參數(shù)，針對(duì)射頻繼電器接觸區(qū)域參數(shù)可以隨電阻變化模型的原理，通過研究接觸部分的不連續(xù)性，分析接觸表面高度概率分布模型。還可以針對(duì)帶狀線不連續(xù)結(jié)構(gòu)，用小波變換的方法，求解終端開路下的阻抗矩陣與反射系數(shù)，應(yīng)用微分等效思想，分析在帶狀線中心結(jié)構(gòu)與圓孔不連續(xù)結(jié)構(gòu)。

2 構(gòu)建基于系統(tǒng)的不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型

針對(duì)射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)，對(duì)于其信號(hào)傳輸路徑中，在面對(duì)面接觸部分以及尖劈和圓孔部分都是該接觸系統(tǒng)中的不連續(xù)結(jié)構(gòu)，在接觸部分中，因?yàn)橛|點(diǎn)表面存在凸點(diǎn)，因此在接觸面積上只有少數(shù)點(diǎn)有真正接觸，還會(huì)導(dǎo)致接觸區(qū)與接觸表面之間存在一定的間隙，從而使低頻情況下的容抗接近無窮大，形成開路。在射頻情況下，不應(yīng)該忽略容抗，對(duì)于接觸電容中，應(yīng)該包括接觸區(qū)域外的平板電容、接觸區(qū)上的平板電容以及實(shí)際接觸面電容。之后，可以應(yīng)用串聯(lián)法則計(jì)算總電容，并根據(jù)實(shí)際表面高度分布和高斯概率函數(shù)可求出等效電容，并在模型構(gòu)建中可以用輪廓儀掃取接觸表面長度，利用Abaqus來建立接觸面間的接觸模型，從而可以通過軟件仿真接觸面積。在不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型構(gòu)建中，對(duì)于其接觸電阻包括收縮電阻，也包括膜電阻，其總電阻為兩者的和，并利用分布表面模型來計(jì)算出其收縮電阻，并且可以應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型來估計(jì)處兩表面距離的nd值，設(shè)接觸面積為圓，計(jì)算收縮電阻，從而測(cè)得接觸表面的高度值。構(gòu)建射頻繼電器橋式系統(tǒng)的不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型中，尖劈結(jié)構(gòu)作為繼電器設(shè)計(jì)過程中的第2個(gè)不連續(xù)結(jié)構(gòu)，由多組動(dòng)簧片放射分布在公共靜觸點(diǎn)周圍，以空氣為電解質(zhì)，通過動(dòng)簧片與接地外殼形成帶狀傳輸線，當(dāng)帶狀線出現(xiàn)階梯突變，此時(shí)的分布參數(shù)就是等效電感。編寫微分算法，可以將尖劈分解成串聯(lián)的突變結(jié)構(gòu)，計(jì)算電感的和。并且在繼電器中，動(dòng)簧片的中心圓孔也是系統(tǒng)中的另一處不連續(xù)結(jié)構(gòu)，可以被視為一個(gè)等效電感網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)角頻率、動(dòng)簧片特性導(dǎo)納、高頻信號(hào)波長以及小圓孔直徑、動(dòng)簧片尺寸計(jì)算等效電感。

3 分析不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型

針對(duì)以上結(jié)果，我們可以在Advanced Design System中建立基于射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型，并且設(shè)置掃描的頻率是1～18 GHz，并匹配上50伏的電源及負(fù)載，對(duì)不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型進(jìn)行仿真，從而就可以得到插入損耗同電壓駐波比的頻率變化關(guān)系?；谏漕l繼電器橋式接觸系統(tǒng)中的3種不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路，其中動(dòng)簧片尖劈不連續(xù)性會(huì)影響整體射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)的射頻性能，不僅是由于尖劈電感作用增加信號(hào)輻射強(qiáng)度，同時(shí)也加大了系統(tǒng)性能的損耗，因此對(duì)于此部分的電力結(jié)構(gòu)應(yīng)該作為以后優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。

針對(duì)不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路模型，其中的曲線顯示，對(duì)于接觸部分的插入損耗以及電壓駐波比，其值都非常的接近實(shí)際理想值，信號(hào)在繼電器中的反射及損耗程度有所較低，系統(tǒng)接觸部分的不連續(xù)性只能輕微影響整體信號(hào)傳輸性能。在電路模型仿真中發(fā)現(xiàn)，由于低頻接觸電阻的重要作用，分析其放大圖中的曲線，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的接觸部分中，其RF性能影響會(huì)隨著系統(tǒng)頻率升高而不斷減小，這樣就會(huì)導(dǎo)致頻率升高，系統(tǒng)接觸的容抗減小，越來越多的信號(hào)通過電容耦合，感染RF性能。射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中的動(dòng)簧片中心圓孔，也會(huì)對(duì)繼電器的信號(hào)性能產(chǎn)生一定的影響，并且還將會(huì)隨著繼電器系統(tǒng)頻率增大而不斷的增大。

射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中，對(duì)于其自身的3個(gè)不連續(xù)結(jié)構(gòu)等效參數(shù)，分析研究其對(duì)射頻性能的影響，不僅在射頻同軸繼電器接觸系統(tǒng)中建立3處是不連續(xù)結(jié)構(gòu)的等效電路模型，還給出合理的計(jì)算方法，而且也測(cè)得射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中接觸表面的特征高度分布，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的概率分布模型、統(tǒng)計(jì)學(xué)中的接觸力學(xué)及電接觸理論知識(shí)，應(yīng)用多種的計(jì)算方法計(jì)算在多點(diǎn)接觸下的接觸電容與接觸電阻；同時(shí)也分析了對(duì)于射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中的不連續(xù)結(jié)構(gòu)，對(duì)信號(hào) RF性能所產(chǎn)生的影響，信號(hào)性能中接觸部分的影響較小，射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)中的不連續(xù)尖劈RF性能影響較大。對(duì)于今后射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不連續(xù)結(jié)構(gòu)電路，確保RF性能，并能夠結(jié)合最優(yōu)化算法優(yōu)化接觸系統(tǒng)的RF

性能。

4 結(jié)論

綜上所述，為確保信號(hào)可以無失真地傳輸，并能夠應(yīng)用繼電器切斷射頻信號(hào)，提升在無線通信、寬帶接入以及自動(dòng)設(shè)備控制中的服務(wù)水平，應(yīng)該合理安排射頻繼電器橋式接觸系統(tǒng)不連續(xù)結(jié)構(gòu)，確保繼電器射頻在工作頻帶下具有最優(yōu)性能。

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