基于接地共面波導的SP4T開關延遲線的設計與仿真

林翰軒 東南大學信息科學與工程學院

1 引言

近年來，寬帶電子可控陣列天線已經快速發展并成功應用于某些設備。傳統上，超寬帶相控陣雷達需要許多寬帶技術，如寬帶相控陣天線，可重構交換網絡和其他寬帶設備，尤其是寬帶開關時間延遲線（STDL）移位器，它們可以延遲電信號一段時間，但限制了器件帶寬。現在，開關延遲線發揮著越來越重要的作用。例如，RF MEMS開關，其用于實現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半導體技術的陣列更好的性能。因此，開關延遲線滿足長延遲和寬帶性能 。

2 開關延遲線組成結構原理分析

2.1 延遲線工作原理

切換延遲線是可以將電信號延遲一段時間（引起相移）的組件。在大多數情況下，延遲方法包括改變微帶線的長度，改變電磁波傳播相速度等。開關延遲線的主要參數包括延遲時間、延遲精度、輸入輸出駐波、插入損耗、色散、帶內損耗波動和狀態損耗波動。輸入信號和輸出信號之間的時差稱為延遲時間，并且延遲精度是實際延遲時間和所需延遲時間之間的差 。

2.2 射頻（RF）開關

切換延遲線通常在高頻下工作，需要使用射頻開關。射頻開關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分類方法來介紹射頻開關。縮寫NPMT表示開關具有N個輸入和M個輸出的開關

2.3 接地共面波導

共面波導傳輸線在電介質基板的一側形成中心導帶，在中心導帶的兩側形成相同的金屬接地板，電介質基板的另一側沒有導體。接地共面波導類似于共面波導，除了金屬接地平面存在于地基共面波導的電介質基板的另一側。該結構信號導帶與接地平面位于同一平面上，結構簡單，易于制作。它通常用于設計微波集成電路，其傳輸線和其他設備位于同一側。共面波導可以支持TEM波的傳輸，其中不存在截止頻率，分析方法可以是準靜態方法 。

3 基于接地共面波導（GCPW）的SP4T開關延遲線的設計與仿真

經過性能測試以及對比，我們選用開關ADRF5040 ，為了配合開關結構，我們設計了以下基于接地共面波導的SP4T開關延遲線：

圖1 ADRF5040開關以及延遲線俯視信息圖

4 仿真結果以及參數分析

表1 3GHz頻點處的理論和仿真延遲時間對比表

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

5 結論

經過仿真與參數調試，最終的優化結構可達到最大延遲線誤差5.28%，各通路間隔離度良好。