CN104124495B - 一种射频机械开关及微波程控步进衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种射频机械开关，包括：动簧片、弹性夹片、直通线、衰减片和电磁继电器，所述弹性夹片固定在衰减片两端的接触点，动簧片切换过程中与弹性夹片直接接触。本发明的射频机械开关，解决了程控步进衰减器的射频开关频繁切换时衰减片的接触点的疲劳失效问题，有良好的可靠性、反复切换的一致性以及对机械应力的适应性能，提高了产品的寿命；解决了动簧片反复切换的可靠性问题，加工和装配过程不需要单独增加相应工艺措施，简单方便，提高产品合格率，降低生产成本。

Description

一种射频机械开关及微波程控步进衰减器

技术领域

本发明涉及微波衰减器领域，特别涉及一种适用于微波程控步进衰减器的高可靠性射频机械开关，还涉及一种微波程控步进衰减器。

背景技术

微波程控步进衰减器是微波测试系统中不可或缺的电平控制部件，广泛应用于频谱分析仪、矢量网络分析仪、合成信号源、测量接收机等各类测试仪器和测试系统中。

目前微波程控步进衰减器一般采用射频开关技术：电磁继电器驱动微波传输动簧片在直通传输线和衰减片之间切换，实现多个衰减单元的不同组合，从而达到衰减量程控、步进衰减的目的。动簧片切换过程中，与衰减片和直通线之间采用直接机械式接触。射频机械开关既是射频微波信号的传输通道，也是动簧片在衰减片和直通线之间切换的执行机构，它的可靠性对微波测试仪器和系统的指标和性能有决定性影响。

动簧片在静簧片和衰减片之间机械切换的周期很短，一般要求20毫秒以内。由于动簧片和衰减片之间采用直接机械式接触，频繁的切换会造成接触点疲劳失效，衰减片的相应接触部位的镀金层起皮、鼓包甚至脱落露出介质基片。由于微波传输的趋肤效应，对零件的表面状态要求很高，接触点疲劳失效，镀金层出现问题，容易造成接触电阻增大、电接触失效、衰减单元会发生瞬间断路的问题。简单地增加衰减片的镀金层厚度，对于提高接触点切换耐受次数的作用非常有限，并不能很好地解决接触点表面状态恶化的问题。

普通程控步进衰减器的设计是以提高动簧片的加工和装配精度来减小与衰减片的接触应力，实现对接触点的较小破坏。这种设计方案不仅加工和装配的难度很大，在装配过程中需要增加相应特殊工艺措施如定位夹具等，同时经常会出现动簧片与衰减片处于临界接触状态，在实际应用中存在一定隐患和风险。

发明内容

本发明提出一种高可靠性射频机械开关和一种微波程控步进衰减器，解决了正常工作状态下，微波传输动簧片在衰减片与直通传输线之间机械切换时出现的衰减片的相应接触部位的镀金层因粘连、磨损造成起皮、鼓包甚至脱落露出介质基片，接触点疲劳失效，表面状态恶化，导致接触电阻增大，电接触失效，衰减单元瞬间直流断路等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种射频机械开关，包括：动簧片、弹性夹片、直通线、衰减片和电磁继电器，所述弹性夹片固定在衰减片两端的接触点，动簧片切换过程中与弹性夹片直接接触。

可选地，所述动簧片、弹性夹片和直通线采用相同的材料、相同的热处理和表面电镀工艺。

可选地，所述动簧片、弹性夹片和直通线均采用铍青铜材料，通过时效强化热处理使其硬度达到HV390-410，表面处理均采用含钴0.08％～0.3％的金钴合金镀层。

可选地，所述衰减片选用陶瓷或者宝石硬介质基片上集成薄膜电阻实现。

可选地，所述弹性夹片采用弹性收口的结构，收口前尺寸与衰减片厚度相同，收口后口部角度数据为10-20度。

可选地，所述弹性夹片收口后口部角度数据为15度。

可选地，所述弹性夹片和衰减片的接触点采用钎焊方式固定。

可选地，钎焊焊料选用含铟的焊料。

本发明还提供了一种微波程控步进衰减器，包含上述的射频机械开关。

本发明的有益效果是：

(1)解决了程控步进衰减器的射频开关频繁切换时衰减片的接触点的疲劳失效问题；

(2)有良好的可靠性、反复切换的一致性以及对机械应力的适应性能，提高了产品的寿命；

(3)解决了动簧片反复切换的可靠性问题，加工和装配过程不需要单独增加相应工艺措施，简单方便，提高产品合格率，降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种射频机械开关的结构示意图；

图2为本发明的弹性夹片的结构示意图；

图3为本发明的弹性夹片与衰减片装配示意图；

图4为采用若干组本发明的射频机械开关的微波程控步进衰减器的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

普通程控步进衰减器以提高动簧片的加工和装配精度来减小与衰减片的接触应力，实现对接触点的较小破坏，加工和装配的难度很大，在装配过程中需要增加相应特殊工艺措施如定位夹具等，同时经常会出现动簧片与衰减片处于临界接触状态，在实际应用中存在一定隐患和风险。

本发明的射频机械开关包括：电磁继电器、微波传输动簧片、弹性夹片、直通传输线和衰减片，其中弹性夹片安装在衰减片的两端的接触点，以保证动簧片切换过程中能够有效保护衰减片和可靠的电接触。弹性夹片选用弹性和耐磨性优良的铍青铜材料，并进行实效强化热处理以保证良好的强度、硬度和耐磨性。

如图1所示，本发明的射频机械开关包括：动簧片10、弹性夹片20、直通线30、衰减片40和电磁继电器50，弹性夹片20固定在衰减片40两端的接触点，动簧片10切换过程中与弹性夹片20直接接触，两者之间具有良好的可靠性、反复切换的一致性以及对机械应力的适应性能。在衰减片两端的接触点增加了弹性夹片，在动簧片频繁切换过程中，可有效保护衰减片，防止因衰减片镀金层被粘连磨损造成的电接触不可靠。

上述动簧片10、弹性夹片20和直通线30均采用相同的材料、相同的热处理和表面电镀工艺，三者的强度、硬度和弹性模量等材料属性一致，避免了接触疲劳强度差异较大的材料直接接触，有助于提高寿命，改善接触点表面状态。

优选地，动簧片10、弹性夹片20和直通线30均采用弹性和耐磨性能优良的铍青铜(C17200)材料，同时通过时效强化热处理使其硬度达到HV390-410，表面处理均采用硬度较高的含钴0.08％～0.3％的金钴合金镀层，大大提高零件的弹性，保证动簧片切换过程中的各零件表面的耐磨性和足够的接触应力，提高程控步进衰减器的寿命并获得整个寿命周期的稳定性和电气性能的一致性。衰减片选用陶瓷或者宝石硬介质基片上集成薄膜电阻实现，以获得较好强度和散热性。

图2所示为本发明的弹性夹片结构示意图，图3为弹性夹片与衰减片装配示意图。从图2和图3中可以看出，弹性夹片采用弹性收口的结构设计，收口前尺寸A与衰减片厚度相同，收口后口部角度数据B为10-20度，优选15度，成型后口部尺寸小，内部尺寸大，使弹性夹片与衰减片结合弹性结构应力可以保持可靠和良好的接触。

对于少数工作在高频段较薄的衰减片，弹性夹片无法获得可靠地弹性结合应力，应采用钎焊方式固定。由于弹性夹片和衰减片的接触点均为镀金层，钎焊时选用对金层无浸析或熔蚀的含铟的焊料，例如In50Pb50，实现更理想更可靠的电接触和电气性能。

基于上述射频机械开关，本发明还提出了一种微波程控步进衰减器，该微波程控步进衰减器中包含上述的射频机械开关，图4中给出了采用若干组本发明的高可靠性射频机械开关的微波程控步进衰减器的一个实施例的结构示意图，该微波程控步进衰减器为3.5mm微波程控步进衰减器，在工作频率100MHZ～26.5GHz范围内，端口驻波比SWR＜1.7，插入损耗＜3.0dB，电气和机械寿命可以提高到500万次水平，完全满足指标要求的同时大大提高了程控步进衰减器的寿命，有效地避免了瞬间直流断路等随机失效问题。

本发明的射频机械开关和含有该射频机械开关的微波程控步进衰减器，解决了程控步进衰减器的射频开关频繁切换时衰减片的接触点的疲劳失效问题，有良好的可靠性、反复切换的一致性以及对机械应力的适应性能，提高了产品的寿命；解决了动簧片反复切换的可靠性问题，加工和装配过程不需要单独增加相应工艺措施，简单方便，提高产品合格率，降低生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种射频机械开关，其特征在于，包括：动簧片、弹性夹片、直通线、衰减片和电磁继电器，电磁继电器驱动动簧片在直通线和衰减片之间切换，所述弹性夹片固定在衰减片两端的接触点，动簧片切换过程中与弹性夹片直接接触，所述弹性夹片采用弹性收口的结构，收口前尺寸与衰减片厚度相同，收口后口部角度数据为10-20度；所述动簧片、弹性夹片和直通线均采用铍青铜材料，通过时效强化热处理使其硬度达到HV390-410，表面处理均采用含钴0.08％～0.3％的金钴合金镀层。

2.如权利要求1所述的一种射频机械开关，其特征在于，所述衰减片选用陶瓷或者宝石硬介质基片上集成薄膜电阻实现。

3.如权利要求1所述的一种射频机械开关，其特征在于，所述弹性夹片收口后口部角度数据为15度。

4.如权利要求1所述的一种射频机械开关，其特征在于，所述弹性夹片和衰减片的接触点采用钎焊方式固定。

5.如权利要求4所述的一种射频机械开关，其特征在于，钎焊焊料选用含铟的焊料。

6.一种微波程控步进衰减器，其特征在于，包含权利要求1至5中任一项所述的射频机械开关。