一种射频同轴开关的设计方法

参考文献： ［１］郑兆翁．同轴式ＴＥＭ模通用无源器件［Ｍ］．北京：人民
邮电出版社，１９８３．
生了不连续电容而导致反射系数很大。通过ＨＦＳＳ
［２］于捷．微波开关的设计方法［ｃ］／／连接器与开关第十
仿真优化，减少了因导体直径过渡出现的不连续电
届学术会议论文集，２００８．
万方数据
的弹力。由于电磁系统的转换力远远大于复位弹簧 的弹力，形成足够的机械保持力，从而保证开关的接 触可靠，实现射频信号的传输。需要断开时，去除电 磁系统推力。通过复位弹簧的反力使接触簧片与Ｎ型 连接器的插针断开。复位推杆采用聚四氟乙烯，其优 点是能承受因高功率带来的高温。电磁系统采用跷 跷板结构形式，可靠性高，寿命长，灵敏度高。
图３射频同轴开关工作原理框图
⑨｝②ｆ④ｆ⑧ｆ⑤
⑥Ｊ①｝⑦Ｉ③
Ｎ型连接 复位弹
矩形腔体
插针 接触簧片
复位推杆 ／腔盏
图５微波传输结构图 ３．４矩形同轴线设计
决定矩形同轴线特性阻抗的重要参数为接触簧 片和矩形腔体的宽度、厚度、介质厚度和材料的介电 常数。ＳＰ３Ｔ射频传输部分主要由矩形腔体、接触簧 片、Ｎ型连接器组成，计算时参照矩形同轴线特性 （见表２）按理想状态初步确定矩形同轴线腔体、接 触簧片尺寸。矩形同轴传输线截面图如图６所示。
０．０２；Ｆａｓｔ扫频方式、０．５ ＧＨｚ一１４ ＧＨｚ，分为５０份。 最后进行初步求解。计算后选择显示电压驻波比如 图８中显示的曲线。计算结果满足不了高频特性指 标，需要进行仿真优化处理。
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图８ ＳＰ３Ｔ仿真电压驻波比曲线 ４．３．２模型仿真优化
通过分析图８的曲线，可以看出在１０ ＧＨｚ—１２ ＧＨｚ出现尖峰，电压驻波比高于１．４５。经分析是由 于连接器和矩形同轴线连接部分出现了不连续电 容，导致反射系数很大，需要通过设置Ｎ型连接器 插针直径（ｄ）、矩形腔体的深度（ｂ）和宽度（加’）为变 量进行仿真优化。将Ｎ型连接器插针直径（ｄ）设为 可变参数ｄ．，范围２．９ ｍｉｌｌ～３．３ ｍｍ，每步０．１ ｍｍ； 将矩形腔体的深度（ｂ）和宽度（埘’）设为可变参数 ｂ。，范围４．４ ｍｉｌｌ～５ ｌｎｍ，每步０．１ｍｍ。设可变参数 ＂，，范围７ ｍｍ一９ ｍｍ，每步０．１ｍｍ。设置完参数以 后进行优化，优化后的曲线如图９所示。
图７ ＳＰ３Ｔ仿真模型 ４．３仿真优化 ４．３．１模型仿真
模型建好以后对各个零件的材料进行设定，接 触簧片的材料可设成ｃｏｐｐｅｒ，Ｎ型连接器的绝缘支 撑设为聚四氟乙烯，其他部分设置为空气。再进行 端口设置，将四端连接器界面设置成５０端口。然后 设置求解条件：点频７ ＧＨｚ，１０次迭代，最大误差
图９ ＳＰ３Ｔ仿真优化电压驻波比曲线 ４．４测试结果
磁仿真设计软件，具有强大的建模功能、丰富的材质 库和模型库，可以方便地实现天线、滤波器、波导器 件、连接器的仿真模拟和优化。 ４．２模型建立
我们要建立的模型是射频信号从Ｎ型同轴连 接器输入、通过矩形同轴线到Ｎ型同轴连接器输出 的模型，根据矩形同轴线特性确定接触簧片的厚度 （ｔ）和宽度（埘），矩形腔体的深度（ｂ）和宽度（埘’）， 我们采用的矩形腔体是空气介质（岛＝１）。连接器 采用特性阻抗计算公式（１）确定Ｄ、ｄ尺寸。模型图 见图７。
图４ ＳＰ３Ｔ工作电路原理图 ３．３传输结构设计
传输结构是射频同轴开关的核心部分，主要由
接触簧片、矩形腔体、复位推杆、复位弹簧、Ｎ型连接
器等部件组成（见图５）。簧片与Ｎ型连接器插针的
接触是靠电磁系统推动复位推杆实现的，两者的接
触正压力等于电磁驱动系统的转换力减去复位弹簧
衰２矩形同轴线特性
ｂ／ｗ’
０．２
第１期 ２００９年３月
机电 元 件 ＥＬＥＣＴＲＯＭ［ＥＣＨＡＮＩＣＡＬ Ｃ０ｈⅡ’ｏＮＥＮＴＳ
Ｖ０１．２９ Ｎｏ．１ Ｍ４１１１．２００９
一种射频同轴开关的设计方法
陈强 （中国电子科技集团公司第四十研究所，安徽蚌埠２３３０１０）
摘要：介绍了单刀三掷（ＳＰ３Ｔ）射频同轴开关的工作原理和设计结构，重点介绍了利用ＨＦＳＳ仿真软件对 射频传输结构的仿真设计和优化。
关键词：航天继电器；电磁兼容；软件系统 中图分类号：ＴＭ５８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６１３３（２００９）０１—００１８—０６
牧稿日期：２００９—０３—１３
图１０ ＳＰ３Ｔ产品测试曲线
５结束语
容引起的反射，使产品设计结构优化，满足了高频特 性指标的要求。
本文通过理论计算，初步确定各零部件尺寸，然 后利用ＨＦＳＳ仿真射频同轴开关的传输部分。分析 仿真曲线发现，连接器和矩形同轴线连接部分因产
３．１外形尺寸 ＳＰ３Ｔ射频同轴开关外形尺寸如图２所示。
畦
（
连接器
裔
昌 ：ｊ ｏ ｄ∞
－鲁
图２ ＳＰ３Ｔ射频同轴开关外形尺寸 ３．２工作原理
本文介绍的单７Ｊ－－掷转换开关（ＳＰ３Ｔ）主要由
收稿日期：２００９—０２一１９
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机电元件
２００９年
射频接口、射频传输结构、推动系统、电磁系统和输 入控制系统五大部分组成，工作原理框图如图３所 示。工作原理是：ＳＰ３Ｔ在不加电状态时Ｊｌ—Ｊ２为 常闭，因此当需要Ｊｌ—Ｊ３通或Ｊ１一Ｊ４通时必须给控 制儿一Ｊ２的线圈和Ｊ１一Ｊ３（或Ｊ１～Ｊ４）的线圈同时 供电，来保证Ｊ１一Ｊ３（或Ｊｌ—Ｊ４）通，Ｊｌ—Ｊ２断。工 作电路原理图见图４。
我们对经过优化的射频同轴开关射频传输部分 进行高频特性测试，产品电压驻波比全部合格，插损 全部合格，见图１０。部分产品隔离度不合格，经分 析是因为产品零件机械加工公差未能满足设计要求 造成的。
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机
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元
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ＥＬＥＣＴＲபைடு நூலகம்Ｍ【ＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ
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陈强：一种射频同轴开关的设计方法
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在ＨＦＳＳ中进行优化处理。
Ｚ０－－－若·ｇ詈２岩·ｎ詈 ㈩
式中，磊为特性阻抗，Ｑ；８，为内外导体间介质材料 的相对介电常数；Ｄ为外导体内径，ｍｍ；ｄ为内导体 外径，ｍｍ。
４ 射频同轴开关仿真设计
４．１ ＨＦＳＳ仿真软件介绍 Ａｎｓｏｆｔ ＨＦＳＳ是Ａｎｓｏｆｔ公司著名的三维微波电
关键词：单刀三掷（ＳＰ３Ｔ）；射频同轴开关；矩形同轴线；ＨＦＳＳ仿真 中图分类号：ＴＭ５６４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—６１３３（２００９）０１－００１５—０４
１引 言
射频同轴开关工作在一套天馈线系统主、备发 射机的高功率输出端的断开或接通两种状态，是军 事系统工程中十分重要的机电元件之一，广泛应用 于自动测试和通信系统中。目前，国内外射频同轴 开关主要有单刀双掷、双刀双掷和单刀多掷三大类 型，控制形式主要有磁保持（Ｌａｔｃｈｉｎｇ）和自复位 （Ｆａｉｌｓａｆｅ）两类。射频接口以ＳＭＡ、Ｎ型连接器最为 多见，其次是ＴＮＣ、ＢＮＣ、ＳＣ等连接器。近几年来， 由于国内高频无源器件技术水平的提高，特别是高 频连接器技术的成熟，使研制射频同轴开关成为可 能，我所成功研制的ＳＰ３Ｔ射频同轴开关（见图１）即 是其中一例。本文旨在介绍射频同轴开关的工作原 理、传输部分的设计思路，并对运用ＨＦＳＳ仿真设计 射频同轴开关的结构进行初步探讨。
航天继电器及组合模块电磁兼容分析软件系统的开发
黄勇，杨文英，翟国富 （哈尔滨工业大学军用电器研究所，黑龙江 哈尔滨 １５０００１）
摘要：航天继电器及组合模块的电磁兼容分析技术是航天电子设备的高可靠性、强耐环境设计的技术基础。 本文基于Ｃ＋＋Ｂｕｉｌｄｅｒ平台开发了航天继电器及组合模块电磁兼容分析软件系统，可分析航天继电器及组合模块 电磁兼容性能，提高系统的可靠性。该系统不需要用户对继电器进行仿真建模，只需要用户进行继电器、干扰 源及仿真参数等的设置，便可以编辑相关仿真软件的脚本文件，自动调用相关仿真软件进行电磁兼容仿真。并 在软件界面上直接显示仿真结果。该软件系统界面友好、便于操作，为提高航天继电器及组合模块电磁兼容性 能提供了可靠的保障。
图１ ＳＰ３Ｔ射频同轴开关
２ 射频同轴开关高频特性指标
射频同轴开关高频特性指标见表ｌ。
表１射频同轴开关高频特性指标
驻波比，Ｍ 工作频率ＪＧＨｚ
戳离度／ｄＢ．ｒａｉｎ 插入损耗／ｄＢ，ＨⅢ
０～ｌ
１．１５
８０
Ｏ．１５
Ｉ＿４
１．２
８０
０．２０
４～８
１．３
７０
Ｏ．３５
８～１２．４
１．４５
６０
Ｏ．４５
３ 射频同轴开关的设计和结构
Ｏ．３
●
０．４
∞，ｍｔ
Ｚｏ厄
ｔｌｂ
０．１ ５０ｎ ０．４５
Ｏ．２ ５０ｎ ０．３５
０．４ ５０ｎ ０．１７
图６矩形同轴传输线截面图
Ｏ。５ Ｏ．３ ５０ｎ Ｏ．３７
Ｏ．６ ０．４ ５０ｎ ０，３３
Ｏ．７ ０．７ ５０ｎ Ｏ．０５
３．５ Ｎ型连接器设计 射频同轴开关的输人输出端口均为Ｎ型同轴
连接器，Ｎ型同轴连接器设计主要根据同轴传输线 理论和特性阻抗公式（１）确定内外导体尺寸，然后