CN101227017A - 射频组件和具有该射频组件的多端口开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端口开关的RF组件。RF组件包括RF腔壳和盖子。RF腔壳包括由RF腔壳的表面中的腔所限定的共用端口和至少另一个由RF腔壳的表面中的槽所限定的端口。槽连接到腔。当被盖子覆盖时，槽限定在一个末端处连接到腔的沟道。RF腔壳和盖子的相对表面之间在沟道的近端处的距离小于紧邻近端的沟道部分的相应距离。本发明还公开了一种具有RF组件的多端口开关。

Description

射频组件和具有该射频组件的多端口开关

技术领域

本发明涉及射频组件和具有该射频组件的多端口开关。

背景技术

多端口开关是用于在数个输出之一的输入处改变输入信号的路径或者用于为输出选择数个输入之一的机械开关。现有的多端口开关可在高至26.5GHz左右的频率下工作。图1示出了已知的单刀六掷(SP6T)同轴多端口开关(未示出)的RF腔壳100。RF腔壳100在表面104中具有星形RF腔102。RF腔102包括限定多端口开关的共用端口的中心腔106。该中心腔106接收RF连接器(未示出)的中心销。RF腔102还包括限定多端口开关的六个外部(个体)端口的六个槽108。每个槽108接收相应的RF连接器的中心销。槽108在其近端110连接到中心腔106，以允许槽108和中心腔106中的中心销在该端口的闭合状态下通过开关闸刀(簧片)电连接。在每个槽108的远端112是终端(terminating)负载卡，当在端口的打开状态下时，槽108中的中心销连接到该终端负载卡。

当被用盖子(未示出)覆盖时，槽108限定沟道，其近端连接到中心腔106。槽108的宽度在槽108的朝着中心腔106的近端110处减小，因此沟道的宽度也在此减小。近端110处的沟道的高度等于紧邻近端110的沟道部分114的高度。也就是说，近端110处的RF腔壳100和盖子的相对表面之间的距离与紧邻近端110的沟道部分114处的相应距离相同。

具有上述RF腔102的多端口开关能够在高至26.5GHz左右的频率下工作。具有这样的RF腔102的多端口开关的示例是来自微波元件制造商Radiall SA的两种产品(件号分别为R594F73627和R574F53400)。但是，军事、航空航天和太空环境应用要求这样的多端口开关，该多端口开关能够在高于26.5GHz的频率下，例如在40～50GHz的频率范围内工作。

发明内容

本发明可以被实现为多端口开关的RF组件。RF组件包括RF腔壳和用于覆盖RF腔壳的盖子。RF腔壳包括由RF腔壳的表面中的腔所限定的共用端口。RF腔壳还包括由RF腔壳的表面中的槽所限定的至少另一个端口。槽连接到腔。当被用盖子覆盖时，槽限定沟道。沟道的近端连接到腔。RF腔壳和盖子的相对表面之间在沟道的近端处的距离小于RF腔壳和盖子的相对表面之间在紧邻近端的沟道部分处的距离。

本发明还可以被实现为包括上述RF组件的多端口开关。

结合附图，本发明的其他方面和优点将从下面举例说明本发明的原理的详细描述中变得清楚。

附图说明

参考附图，本发明将被更好地理解，其中：

图1是具有六个槽的现有技术RF腔壳的俯视图；

图2是根据本发明一实施例的多端口开关的RF组件的分解等视图，RF组件具有RF腔壳和盖子；

图3是图2中的RF组件的剖面等视图，RF组件的部件被示出为已组装；

图4是以图3中的箭头X方向观察的图3中的RF组件的剖视图；

图5是图2中的RF腔壳的放大剖面等视图；

图6A是驱动器组件被示出为连接到图5中的RF组件的端口的剖面示意图，驱动器组件剖面处于非致动状态；并且

图6B是类似于图6A的示意图，示出了用于将端口置于闭合状态的处于致动状态的驱动器组件。

具体实施方式

如用于图示目的的附图所示，本发明可以在新颖的RF组件中实施，所述RF组件能够在26.5GHz以上工作。现有的RF组件仅能够在高至26.5GHz左右的频率下工作。参考图2至图5，体现本发明的RF组件一般包括RF腔壳和用于覆盖RF腔壳的盖子。RF腔壳包括由RF腔壳的表面中的腔所限定的共用端口。RF腔壳还包括由RF腔壳的表面中的槽所限定的至少另一个端口。槽连接到腔。当被用盖子覆盖时，槽在RF组件中限定沟道，该沟道在其近端连接到所覆盖的腔。在沟道的近端处，由RF腔壳和盖子的相对表面之间的距离所限定的沟道的高度小于紧邻近端的沟道部分的高度。

具体而言，图2～5示出了上述用于单刀六掷(SP6T)多端口开关的RF组件2。除了RF组件2之外，多端口开关包括接口板(未示出)、传感器板组件(未示出)和驱动器组件5(在图6A和6B中部分示出)，所有这些组件对于本领域技术人员而言都是已知的。用于驱动多端口开关的功率被通过接口板和传感器板组件供应到驱动器组件5。用于控制驱动器组件5的外部控制信号也被通过接口板和传感器板组件而发送到其上。传感器板组件包括用于在切换期间检测多端口开关何时完全闭锁的电子电路。该电子电路在其感应到多端口开关完全闭锁时将切断至驱动器组件的功率。这样的动作对于防止驱动器组件由于流经其螺线管82、84(图6A和6B)的过量电流而引起的损害是必要的。稍后将更详细地描述驱动器组件和其操作。

再次参考图2，RF组件2包括上面简要描述的RF腔壳4和用于覆盖RF腔壳4的盖子6。RF腔壳4包括方形下层壳体8和与下层壳体8一体的圆形上层壳体10。换言之，上层壳体10和下层壳体8是整体式设计。RF腔壳4和盖子6由铝合金6061-T6制成。上层壳体10包括在其表面16中的中心腔12和六个槽14。六个槽14中的每一个在其近端18(图5)连接到中心腔12。六个槽14从中心腔12向外辐射以限定星号形或者星形的RF腔19。中心腔12限定共用端口，并且每个槽14限定连接到共用端口的外部(个体)端口。在使用期间，共用端口处的输入信号可以被引导或者切换至六个个体端口中的任何一个。或者，可以将个体端口处的数个(该实施例中最多六个)输入信号中的一个切换至共用端口。

上层壳体10的表面16是机器加工的，例如通过铣削(milling)，以去除其某些部分并且留下其他的无机器加工的扇形部分20，以便限定中心腔12和连接到中心腔12的槽14。两个扇形部分20因此位于每个槽14的侧面以限定其侧壁或者边界。当从顶部观察时，每个槽14可以具有范围在21.716mm～22.716mm的长度L(图6A)，长度L是从RF腔壳的中心到面向槽14的50欧姆终端负载卡74测量的。终端负载卡74位于槽14的远端22。对于槽14的几乎整个长度而言，每个槽14可以具有范围在1.108mm～2.108mm的宽度和范围在0.643mm～1.337mm的高度，包括槽14紧邻近端18的部分21(图5)。当被盖子6覆盖时，槽14或者沟道26的高度由限定沟道26的RF腔壳4和盖子6的相对表面之间的距离给出。因此可以通过让一个表面更接近另一个表面来减小沟道26的一部分的高度。槽的宽度在其朝着中心腔12的近端18处减小到范围在0.337～1.337的值，其中近端18与中心腔12相接。换言之，槽14的近端18朝着中心腔12逐渐变细。位于每个槽14的侧面的两个扇形部分20包括限定槽14的近端18的相应的肋24。在一个具体实施例中，槽14的长度L是22.216mm，沿着槽长度的宽度是1.608mm，在其连接到中心腔12的近端处的宽度是0.837mm，槽紧邻近端18的部分21的高度是1.143mm，并且在其与中心腔相接的近端18处的高度是0.918mm。这些具体尺寸是利用HFSS软件(来自Ansoft公司的用于S参数和全波SPICE提取并且用于高频和高速元件的电磁仿真的注册了商标的工业标准软件)来确定的，以产生能够在26.5GHz以上的频率下工作的RF组件2。可以利用HFSS软件类似地获得范围内的值的其他组合。

上层壳体10也被机器加工以在RF腔19中留下平台30(图5)。该平台30厚0.225mm并且位于中心腔12和槽14的近端18中，以减小此处的沟道26的高度。平台30的厚度范围可以在0.05mm～0.40mm。平台30包括直径范围在1.35mm～2.35mm的开口32。在该具体实施例中，平台开口的直径是1.85mm。每个槽14因此在近端18附近具有不统一的高度，高度在近端18处减小。如图5所示，在槽的近端18处的减小后的宽度和高度限定沟道26的压缩。

用于接收相应的RF连接器35的七个孔34(其中一个在图5中示出)延伸通过下层壳体8以连接到RF腔19的相应端口。每个孔34具有与不带螺纹部分38同轴对准的带螺纹部分36。不带螺纹部分38通到RF腔19中。在共用端口的情况下，孔34通过平台开口32连接到中心腔12。对于外部或者个体端口，孔34通过槽14的底表面42中的开口40通到RF腔19中。平台30和底表面42的限定开口32、40的相应部分因此突出于相应的孔34之上。不带螺纹部分38比带螺纹部分36具有更小的直径。该更小的直径范围在1.9mm～2.9mm。在该具体实施例中，该更小的直径是2.4mm。底表面开口40的直径范围在1.9mm～2.9mm。在该具体实施例中，底表面开口40的直径是2.4mm。当RF连接器35被插入到孔34中时，仅RF连接器35的中心销46通过平台开口32或者底表面开口40伸到RF腔19中。中心销46的尖端具有范围在0.415mm～1.415mm的直径。在该具体实施例中，中心销46的直径是0.915mm。

孔34的不带螺纹部分38不在底表面42的水平面或者RF腔19中的平台表面处终止。相反，不带螺纹部分38在邻近或者偏离底表面水平面和RF腔19中的平台表面的位置处终止。突出于孔34之上的底表面部分的厚度范围在0.1mm～0.325mm。在该具体实施例中，底表面部分的厚度是0.225mm。

上层壳体10还包括其外部表面16中的十二个螺纹孔47，用于将盖子6附接到RF腔壳4上。上层壳体10的底表面42被钻孔以在其中创建多个导孔48(图5)。这些导孔48中的每一个的开口被斜切。扇形部分20也被钻孔以形成槽14的球形部分49(图5)，球形部分49与导孔48同轴。上层壳体10还包括两个对准孔50，用于在盖子6被紧固到RF腔壳4之前，在RF腔壳4上对准盖子6。

盖子6是盘形块，并且具有平坦底面52。在其顶面54上是在形状和位置上与RF腔壳4中的RF腔19相对应的凹槽56。该凹槽56包括槽58，槽58比RF腔壳4中的槽14宽。盖子6还包括凹槽56中的导孔60，导孔60与RF腔壳4中的相应导孔48对准。盖子6还包括螺钉孔62，螺钉孔62与RF腔壳4中的螺纹孔47对准。

RF组件2还包括十二个塞子或者接触套件64。每个接触套件64包括导电的开关闸刀或簧片66、68和一对导销70，这对导销70中的每一个在其一个末端处固定附接到簧片66、68。接触套件64还包括帽72，帽72固定附接到导销70的其他末端。簧片66、68可以是短簧片66或者长簧片68，每个簧片具有范围在0.6mm～1.6mm的宽度。在该具体实施例中，簧片66、68具有1.10mm的宽度。在每个槽14或者沟道26使用具有短簧片66的接触套件64和具有长簧片68的另一个接触套件64。具有短簧片66的接触套件64被致动以在沟道26的打开状态下将沟道26中的RF连接器44的中心销46连接到终端负载卡74。具有长簧片68的接触套件64被致动以在沟道26的闭合状态下将沟道26中的RF连接器35的中心销46连接到中心腔12中的RF连接器35的中心销46。簧片66、68由镀金的铍铜合金构成，该合金提供给非常好的可焊性、耐磨性和RF质量。导销70由聚四氟乙烯(PTFE)制成。

在组装期间，两个导销70被附接到每个簧片66、68的末端。每个导销70在偏离导销70的末端的位置处被固定附接到簧片66、68，以留下导销70的足够长度的末端部分充当导孔48内的向导，用于引导簧片66、68相对于槽14的底表面42做直线上下移动。导销70的其他末端被从盖子6的底面52插入到盖子6的导孔60中，以使得它们伸到盖子6的凹槽56中。矩形框板簧75被放置在凹槽56的每个槽58中，其枢转点76位于凹槽底表面上。板簧75骑跨沟道26中的两个相邻接触套件64，以如图6A和6B所示，围绕两个相邻接触套件64的相邻导销70。在这种情形下，矩形框板簧75的每个较短侧位于每个接触套件64的导销70之间。然后，帽72被放置在导销70的自由端之上，导销70的末端被插入到帽72的相应孔中。这些导销70的末端被通过加热而紧固到帽72上。在这种方式下，十二个接触套件64被紧固到盖子6上，每个接触套件64可在平行于盖子6的轴的方向上移动。

板簧75的夹在一对帽72和凹槽底表面之间的较短边缘使得帽72从凹槽底表面偏置，以使得相应的簧片66、68处于“未推动”或者未致动位置，在该位置处，簧片66、68不将槽14中的RF连接器35的中心销46电桥接到中心腔12中的RF连接器35的中心销46或者终端负载卡74上。在这种情形下，簧片66、68被通过板簧75压靠在沟道26的顶板上，帽72的顶部基本与盖子6的顶面54平齐。

其上组装有接触套件64的盖子6借助于插入通过对准孔50的导杆(未示出)而在RF腔壳4上被对准。在这种方式下，导销70的簧片末端位于RF腔壳4的相应导孔48中，以进一步引导接触套件64的移动。内六角螺钉80被用于将盖子6紧固到RF腔壳4。图3和图4示出了组装后的RF组件2。

在RF组件2已被组装之后，RF组件2被附接到驱动器组件。驱动器组件包括与第二螺线管84间隔开的第一螺线管82、置于两个螺线管82、84之间的永磁体86、一对电介质推杆88、90和可透磁摇杆致动器92。推杆88、90被插入在每个螺线管82、84的孔中，可在其中沿着螺线管82、84的轴向滑动，如图6A和6B所示，推杆88、90的一个末端与RF组件2的帽72接触。外部功率和驱动信号被通过接口板和传感器板组件供应到螺线管82、84。当以这种方式组装时，永磁体86的磁场吸引摇杆致动器92将摇杆致动器92的一个末端向相应的螺线管82、84拉动。图6A示出了摇杆致动器92的第一末端向第二螺线管84拉动。摇杆致动器92的这种吸引使得摇杆致动器92逆着板簧75的反作用力推动推杆90并且又推动短簧片66，以如图6A所示，将沟道26中的RF连接器35的中心销46电桥接到其终端负载卡74上。永磁体86的磁场强度足以将摇杆致动器92保持在该位置。摇杆致动器92的该位置对应于沟道26或者端口打开状态。

为了关闭多端口开关的沟道26或者端口，电压被施加在第二螺线管84上以允许电流流经第二螺线管84。该电流产生磁场，该磁场与永磁体86和第一螺线管82的磁场合作以使得摇杆致动器92绕其枢转轴旋转，从而使得摇杆致动器92的第二末端向第一螺线管82移动。摇杆致动器92的这种移动推动推杆88并且又推动长簧片68，以如图6B所示，电桥接沟道26和中心腔12中的中心销46。一旦传感器板组件检测到摇杆致动器92处于该位置，流经第二螺线管84的电流被终止，并且永磁体86的磁场再次能够将摇杆致动器92保持在该位置。类似地，电流瞬时流经第一螺线管82以将摇杆致动器92返回到其图6A所示的位置。

有利地，上述具有RF组件2的多端口开关能够在26.5GHz以上的频率下工作。

虽然本发明被描述为在上述实施例中实现，但是不应将其解释为受此限制。例如，本发明可以在这样的实施例中实现，该实施例的尺寸不同于上面的描述中所给出的尺寸。作为另一个示例，槽14的宽度不必在邻近中心腔的槽的近端处减小；相反，槽14可以在槽的整个长度上具有一致的宽度，可以单独利用近端处的减小后的高度来达到所希望的工作频率范围。也可以通过在邻近RF腔壳的盖子表面上包括伸出部分而减小槽的高度。该伸出部分与槽的末端啮合以减小此处的沟道高度。

作为另一个示例，本发明也可以在这样的多端口或者微波开关中实现，该开关的端口数目不同于上述实施例的端口数目。本发明也可以在仅具有连接到单个腔的单个槽的微波开关中实施。

作为另一个示例，应该注意到，驱动器机构不同于多端口开关中的RF组件。因此，本发明可以用于这样的多端口开关中，所述多端口开关使用不同于上述驱动器机构的驱动器机构。在上述驱动器组件中，端口是可独立致动的，上述驱动器组件被称为“随机选择”型驱动器。上述RF组件也可以与“顺序”型驱动器一起使用。这样的驱动器的一个示例是标题为“Microwave Switch”的美国专利5,281,936中所公开的机械旋转驱动器。该机械旋转驱动器可以用于通过角程排序，以逐个压下数个接触套件中的每一个。

Claims (20)

1.一种多端口开关的射频组件，该射频组件包括：

射频腔壳，该射频腔壳具有：

由所述射频腔壳的表面中的腔所限定的共用端口；和

由所述射频腔壳的所述表面中的槽所限定的至少另一个端口，所

述槽连接到所述腔；以及

用于覆盖所述腔和所述槽的盖子，所覆盖的槽限定在近端处连接到所述腔的沟道；

所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在所述沟道的所述近端处的距离小于所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在紧邻所述近端的所述沟道的部分处的距离。

2.如权利要求1所述的射频组件，其中，所述盖子包括所述盖子的所述表面的伸出部分，所述伸出部分与所述槽在所述沟道的所述近端处啮合。

3.如权利要求1所述的射频组件，其中，所述槽的宽度在朝着所述腔的所述槽的所述近端处减小。

4.如权利要求1所述的射频组件，其中，所述射频腔壳包括在所述槽的所述近端处的平台。

5.如权利要求4所述的射频组件，其中，所述槽的宽度在朝着所述腔的所述槽的所述近端处减小。

6.如权利要求5所述的射频组件，其中，所述平台包括在其中所限定的开口，并且其中，所述槽延伸至所述平台中的所述开口的边缘。

7.如权利要求6所述的射频组件，其中，所述射频腔壳包括与所述平台开口邻近并且与其同轴对准的孔，其中，限定所述开口的平台部分突出于所述孔之上。

8.如权利要求7所述的射频组件，其中

所述平台的高度范围在0.05mm～0.40mm；并且

所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在紧邻所述近端的沟道部分处的距离范围在0.643mm～1.643mm。

9.如权利要求8所述的射频组件，其中，所述平台的高度是0.225mm；并且所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在邻近所述近端的沟道部分处的距离是1.143mm。

10.如权利要求9所述的射频组件，其中，所述沟道在紧邻所述近端的沟道部分处的宽度是1.608mm；所述沟道在所述近端连接到所述腔处的宽度是0.837mm；并且所述射频组件还包括：

所述通道中宽度为1.10mm的簧片；以及

连接到所述射频组件的每个端口的射频连接器，所述射频连接器具有尖端直径为0.915mm的中心销。

11.一种具有射频组件的多端口开关，该射频组件包括：

射频腔壳，该射频腔壳具有：

由所述射频腔壳的表面中的腔所限定的共用端口；和

由所述射频腔壳的所述表面中的槽所限定的至少另一个端口，所

述槽连接到所述腔；以及

用于覆盖所述腔和所述槽的盖子，所覆盖的槽限定在近端处连接到所述腔的沟道；

所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在所述沟道的所述近端处的距离小于所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在紧邻所述近端的所述沟道的部分处的距离。

12.如权利要求11所述的多端口开关，其中，所述盖子包括所述盖子的所述表面的伸出部分，所述伸出部分与所述槽在所述沟道的近端处啮合。

13.如权利要求11所述的多端口开关，其中，所述槽的宽度在朝着所述腔的所述槽的所述近端处减小。

14.如权利要求11所述的多端口开关，其中，所述壳包括在所述槽的所述近端处的平台。

15.如权利要求14所述的多端口开关，其中，所述槽的宽度在朝着所述腔的所述槽的所述近端处减小。

16.如权利要求15所述的多端口开关，其中，所述平台包括在其中所限定的开口，并且其中，所述槽延伸至所述平台中的所述开口的边缘。

17.如权利要求16所述的多端口开关，其中，所述射频腔壳包括与所述平台开口邻近并且与其同轴对准的孔，其中，限定所述开口的平台部分突出于所述孔之上。

18.如权利要求17所述的多端口开关，其中

所述平台的高度范围在0.05mm～0.40mm；并且

所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在邻近所述近端的沟道部分处的距离范围在0.643mm～1.643mm。

19.如权利要求18所述的多端口开关，其中，所述平台的高度是0.225mm；并且所述射频腔壳和所述盖子的相对表面之间在邻近所述近端的沟道部分处的距离是1.143mm。

20.如权利要求19所述的多端口开关，其中，所述沟道在紧邻所述近端的沟道部分处的宽度是1.608mm；所述沟道在所述近端连接到所述腔处的宽度是0.837mm；并且所述射频组件还包括：

所述通道中宽度为1.10mm的簧片；以及

连接到所述射频组件的每个端口的射频连接器，所述射频连接器具有尖端直径为0.915mm的中心销。

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