基于接地共面波導(dǎo)的SP4T開(kāi)關(guān)延遲線的設(shè)計(jì)與仿真

林翰軒 東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院

1 引言

近年來(lái)，寬帶電子可控陣列天線已經(jīng)快速發(fā)展并成功應(yīng)用于某些設(shè)備。傳統(tǒng)上，超寬帶相控陣?yán)走_(dá)需要許多寬帶技術(shù)，如寬帶相控陣天線，可重構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)和其他寬帶設(shè)備，尤其是寬帶開(kāi)關(guān)時(shí)間延遲線（STDL）移位器，它們可以延遲電信號(hào)一段時(shí)間，但限制了器件帶寬?，F(xiàn)在，開(kāi)關(guān)延遲線發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。例如，RF MEMS開(kāi)關(guān)，其用于實(shí)現(xiàn)STDL移位器，其在低損耗，高線性度，平坦延遲和小尺寸方面提供比具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)的陣列更好的性能。因此，開(kāi)關(guān)延遲線滿足長(zhǎng)延遲和寬帶性能 。

2 開(kāi)關(guān)延遲線組成結(jié)構(gòu)原理分析

2.1 延遲線工作原理

切換延遲線是可以將電信號(hào)延遲一段時(shí)間（引起相移）的組件。在大多數(shù)情況下，延遲方法包括改變微帶線的長(zhǎng)度，改變電磁波傳播相速度等。開(kāi)關(guān)延遲線的主要參數(shù)包括延遲時(shí)間、延遲精度、輸入輸出駐波、插入損耗、色散、帶內(nèi)損耗波動(dòng)和狀態(tài)損耗波動(dòng)。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的時(shí)差稱為延遲時(shí)間，并且延遲精度是實(shí)際延遲時(shí)間和所需延遲時(shí)間之間的差 。

2.2 射頻（RF）開(kāi)關(guān)

切換延遲線通常在高頻下工作，需要使用射頻開(kāi)關(guān)。射頻開(kāi)關(guān)可以按照不同的原理分為許多分類。在本文中，我們使用POLE和THROW分類方法來(lái)介紹射頻開(kāi)關(guān)?？s寫NPMT表示開(kāi)關(guān)具有N個(gè)輸入和M個(gè)輸出的開(kāi)關(guān)

2.3 接地共面波導(dǎo)

共面波導(dǎo)傳輸線在電介質(zhì)基板的一側(cè)形成中心導(dǎo)帶，在中心導(dǎo)帶的兩側(cè)形成相同的金屬接地板，電介質(zhì)基板的另一側(cè)沒(méi)有導(dǎo)體。接地共面波導(dǎo)類似于共面波導(dǎo)，除了金屬接地平面存在于地基共面波導(dǎo)的電介質(zhì)基板的另一側(cè)。該結(jié)構(gòu)信號(hào)導(dǎo)帶與接地平面位于同一平面上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制作。它通常用于設(shè)計(jì)微波集成電路，其傳輸線和其他設(shè)備位于同一側(cè)。共面波導(dǎo)可以支持TEM波的傳輸，其中不存在截止頻率，分析方法可以是準(zhǔn)靜態(tài)方法 。

3 基于接地共面波導(dǎo)（GCPW）的SP4T開(kāi)關(guān)延遲線的設(shè)計(jì)與仿真

經(jīng)過(guò)性能測(cè)試以及對(duì)比，我們選用開(kāi)關(guān)ADRF5040 ，為了配合開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下基于接地共面波導(dǎo)的SP4T開(kāi)關(guān)延遲線：

圖1 ADRF5040開(kāi)關(guān)以及延遲線俯視信息圖

4 仿真結(jié)果以及參數(shù)分析

表1 3GHz頻點(diǎn)處的理論和仿真延遲時(shí)間對(duì)比表

從上表可以看出，最明顯的時(shí)間延遲誤差為5.28%，因此模擬的延遲時(shí)間幾乎是精確的。

5 結(jié)論

經(jīng)過(guò)仿真與參數(shù)調(diào)試，最終的優(yōu)化結(jié)構(gòu)可達(dá)到最大延遲線誤差5.28%，各通路間隔離度良好。