CN105576326A - 一种非限位杆式星载微波开关用传动机构 - Google Patents

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田亚伟
姜东明
张楚贤
苌群峰
王文涛
刘洪�
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/11—Auxiliary devices for switching or interrupting by ferromagnetic devices

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Abstract

本发明公开了一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，包括电磁组、衔铁组和导行系统，永磁体与导磁板及左右线圈组的铁芯形成闭合磁路产生磁力，并作用于衔铁组上；衔铁呈V型结构，衔铁和载触体固连，驱动杆为非柱形结构，盖板上的通孔与非柱形结构的驱动杆形状相匹配，驱动杆一端设有限位板，压簧套于驱动杆上通过限位板及盖板限位，驱动杆另一端穿过盖板上的通孔与簧片连接，驱动片为弹性片，其固定在载触体的底面上，两端伸出置于衔铁和驱动杆之间。本发明通过设置非限位杆结构，并不需要额外设置限位杆，提升了微波信号的传输性能；通过设置补偿槽，提高了微波开关在高频段微波参数的传输性能。

Description

一种非限位杆式星载微波开关用传动机构
技术领域
本发明涉及一种星载微波开关用传动机构，特别是一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，属于机械设计领域。
背景技术
宇航用微波开关是提升和保障卫星通信系统可靠性的核心部件。宇航用微波开关主要用于卫星系统微波信号通路的传输和切换微波开关作为微波传输通路中重要环节，在轨运行期间无论是正常传输还是在切换状态下，若不能正常工作，对于卫星系统来说，有可能是灾难性故障。同时，由于高频通路无法备份，微波开关属典型的单点失效部件。鉴于微波开关在星上起到的关键作用，国外一直实行技术限制或禁运。
随着我国空间通信技术快速发展，卫星等型号的通信系统对工作频段等的要求越来越高，型号对宇航用宽频带微波开头的需求更加明显。多年来我国宇航型号用通信用微波开关一直依赖进口，时常受到国外形势的影响，无法满足国内型号要求。作为卫星通讯链路信号传输及转换常用的关键部件，必须加快宽频带低损耗同轴微波开关的研制。机械式微波开关的开用电磁驱动机械结构来接通和关断微波通路，传输带宽大，对空间辐照环境的耐受程度高，特别适合于卫星通信、遥控遥测链路的备份和微波信道切换，是当前绝大多数卫星等宇航型号必不可少的关键微波器部件。
现有的机械式同轴微波开关传动机构采用圆柱形驱动杆结构，该结构需要加限位杆来限制簧片的转动，产品结构复杂，微波传输区域不连续。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：为克服现有技术的不足，提供了一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，以减小由限位杆引起的微波传输区域的不连续性，提升微波信号的传输性能。
本发明的技术解决方案：
一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，包括电磁组、衔铁组和导行系统，
电磁组包括导磁板、永磁体和位于永磁体两侧的线圈组，导磁板通过支撑螺柱连接于导行系统上，永磁体连接在导磁板下方，线圈组通过其上的铁芯与导磁板固连，永磁体与导磁板及左右线圈组的铁芯形成闭合磁路产生磁力，并作用于衔铁组上；
衔铁组包括衔铁和载触体，衔铁呈V型结构，衔铁和载触体固连，在载触体上设计有通孔，载触体与导行系统通过穿过通孔的轴进行连接，使衔铁组可绕轴转动；
导行系统包括基座、驱动片、盖板、驱动杆、压簧、簧片和接头，所述基座为中空腔体，其底面设有与接头连接的通孔，通孔之间设置有补偿槽，用于微波传输的阻抗匹配，接头一端置于基座的腔体中，另一端置于基座的外侧，置于基座顶部的盖板上开有通孔，驱动杆为非柱形结构，盖板上的通孔与非柱形结构的驱动杆形状相匹配，驱动杆一端设有限位板，压簧套于驱动杆上通过限位板及盖板限位，驱动杆另一端穿过盖板上的通孔与簧片连接，驱动片为弹性片，其固定在载触体的底面上，两端伸出置于衔铁和驱动杆之间。
呈V型结构的衔铁的夹角范围为120°～180°。
驱动片的长度大于两驱动杆外圆的距离。
衔铁一端施加作用力于驱动片一端上时，驱动片另一端悬空于衔铁和驱动杆之间。
所述驱动杆为非柱形，不能在盖板上发生径向转动。
电磁组、衔铁组和导行系统连接后，微波开关的抗冲击力可达800～1200g，随机振均方根5g2/Hz～10g2/Hz。
驱动片与盖板的距离大于驱动杆穿过盖板的高度。
簧片为线性结构，衔铁作用于驱动片上，簧片可实现与接头接触。
基座底面设有与接头连接的通孔，通孔之间设置有补偿槽，补偿槽使得在DC-40GHz条件下，驻波比≤1.8，差损≤0.75dB，隔离度≥50dB。
工作时，一个驱动杆受力下行带动簧片向下运动与相应接头连接，相应微波通路保持接通；同时另一个驱动杆的保持力撤销，该驱动杆和簧片受到压簧回复力作用上行，簧片与相应接头分离，相应微波通路保持断开。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过设置非限位杆结构，并不需要额外设置限位杆，减小了微波通路中由于限位杆的嵌入所造成的局部阻抗不匹配所引起的微波反射，提升了微波信号的传输性能；通过设置补偿槽，提高了微波开关在高频段微波参数的传输性能；
(2)本发明将驱动片固定在载触体上，采用V型衔铁，微波开关工作时，通过磁路原理，驱动衔铁绕轴转动，通过驱动片压迫驱动杆，使产品在满足有效行程的条件下，减小了产品的外形尺寸，降低了产品的复杂性，占用空间小，提高了航天器产品的有效载荷，可以极大的提高微波开关整体的抗振动冲击性能；
(3)本发明适用于小功率(10W左右)微波开关，微波开关的抗冲击力可达1200g，随机振均方根10g2/Hz，可满足空间环境的使用要求。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明导行系统盖板部分结构爆炸图；
图3为本发明基座部分结构连接图；
图4为本发明磁路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，如图1所示，包括电磁组、衔铁组和导行系统，电磁组包括导磁板1、永磁体2和位于永磁体2两侧的线圈组3，导磁板1通过支撑螺柱12连接于导行系统上，永磁体2连接在导磁板1下方，线圈组3通过其上的铁芯与导磁板1固连，永磁体2与导磁板1及左右线圈组3的铁芯形成闭合磁路产生磁力，并作用于衔铁组上；
永磁体产生的磁通如图4所示，由于左边工作气隙小于右边，因此左边磁通远大于右边磁通，根据电磁原理，左端的吸力将会把衔铁保持在这个位置，实现磁保持功能。在动作时，线圈产生的磁通为顺时针方向，经过左铁芯，衔铁，右铁芯，轭铁，回到左铁芯。该磁通方向与左边铁芯磁通方向相反，与右边铁芯相同，从而驱动衔铁顺时针转动。
衔铁组包括衔铁4和载触体5，衔铁4呈V型结构，V型结构的衔铁12的夹角范围为120°～180°，衔铁4和载触体5固连，在载触体5上设计有通孔，载触体5与导行系统通过穿过通孔的轴进行连接，使衔铁组可绕轴转动。本发明将驱动片固定在载触体上，采用V型衔铁，微波开关工作时，通过磁路原理，驱动衔铁绕轴转动，通过驱动片压迫驱动杆，使产品在满足有效行程的条件下，减小了产品的外形尺寸，降低了产品的复杂性，占用空间小，提高了航天器产品的有效载荷，可以极大的提高微波开关整体的抗振动冲击性能。
导行系统包括基座6、驱动片7、盖板8、左右两个方形驱动杆9、两个压簧10、两个簧片11和三个接头13，具体结构如图2、如3所示，所述基座6为中空腔体，其底面设有与接头13连接的通孔，通孔之间设置有补偿槽，一方面，用于微波传输的阻抗匹配，另一方面，通过设置补偿槽，提高了微波开关在高频段微波参数的传输性能，满足DC-40GHz条件下驻波比≤1.8，差损≤0.75dB，隔离度≥50dB。补偿槽的具体尺寸，对补偿槽的孔径和孔深进行参数化设置，由相关的有限元软件进行相关的仿真建模和计算，适配出符合阻抗要求的合适补偿槽尺寸。
接头13一端置于基座6的腔体中，另一端置于基座6的外侧，置于基座顶部的盖板8上开有通孔，驱动杆9为非柱形结构，优选为方形结构，盖板8上的通孔与非柱形结构的驱动杆9形状相匹配，优选为方孔结构，驱动片7为弹性片，其固定在载触体5的底面上，两端伸出置于衔铁4和驱动杆9之间。
每个方形驱动杆9一端套上压簧10另一端穿过盖板8与簧片11热铆相连接。工作时，一个驱动杆9受力下行带动簧片11向下运动与相应两接头13连接，相应微波通路保持接通；同时另一个驱动杆9的保持力撤销，该驱动杆9和簧片11受到压簧10回复力作用上行，簧片11与相应两接头13分离，相应微波通路保持断开。
由于方形驱动杆9与盖板8上的方形孔配合，方形驱动杆9和簧片11的运动轨迹被限定在竖直方向，因此不需要加限位杆来限制簧片11的转动，现有的机械式同轴微波开关传动机构采用圆柱形驱动杆结构，该结构需要加限位杆来限制簧片的转动，产品结构复杂，微波传输区域不连续，故采用本发明的方案可减小微波通路中由于限位杆的嵌入所造成的局部阻抗不匹配所引起的微波反射，提升了微波信号的传输性能，使该结构在设计上更加合理，装置可靠度和性能相比现有结构大幅提高。
本发明驱动片7的长度大于两驱动杆9外圆的距离，衔铁4一端施加作用力于驱动片7一端上时，驱动片7另一端悬空于衔铁4和驱动杆9之间，驱动片7与盖板8的距离大于驱动杆9穿过盖板8的高度，簧片11为线性结构，衔铁4作用于驱动片7上，簧片11可实现与接头13接触。
电磁组、衔铁组和导行系统连接后，微波开关的抗冲击力可达800～1200g，随机振均方根5g2/Hz～10g2/Hz。具体地，本发明适用于小功率(10W左右)微波开关，微波开关的抗冲击力可达1200g，随机振均方根10g2/Hz，可满足空间环境的使用要求。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，简单的推演或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，包括电磁组、衔铁组和导行系统，
电磁组包括导磁板(1)、永磁体(2)和位于永磁体(2)两侧的线圈组(3)，导磁板(1)通过支撑螺柱(12)连接于导行系统上，永磁体(2)连接在导磁板(1)下方，线圈组(3)通过其上的铁芯与导磁板(1)固连，永磁体(2)与导磁板(1)及左右线圈组(3)的铁芯形成闭合磁路产生磁力，并作用于衔铁组上；
衔铁组包括衔铁(4)和载触体(5)，衔铁(4)呈V型结构，衔铁(4)和载触体(5)固连，在载触体(5)上设计有通孔，载触体(5)与导行系统通过穿过通孔的轴进行连接，使衔铁组可绕轴转动；
导行系统包括基座(6)、驱动片(7)、盖板(8)、驱动杆(9)、压簧(10)、簧片(11)和接头(13)，所述基座(6)为中空腔体，其底面设有与接头(13)连接的通孔，通孔之间设置有补偿槽，用于微波传输的阻抗匹配，接头(13)一端置于基座(6)的腔体中，另一端置于基座(6)的外侧，置于基座顶部的盖板(8)上开有通孔，驱动杆(9)为非柱形结构，盖板(8)上的通孔与非柱形结构的驱动杆(9)形状相匹配，驱动杆(9)一端设有限位板(14)，压簧(10)套于驱动杆(9)上通过限位板(14)及盖板(8)限位，驱动杆(9)另一端穿过盖板(8)上的通孔与簧片(11)连接，驱动片(7)为弹性片，其固定在载触体(5)的底面上，两端伸出置于衔铁(4)和驱动杆(9)之间。
2.根据权利要求1所述一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于：呈V型结构的衔铁(4)的夹角范围为120°～180°。
3.根据权利要求1所述的一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，驱动片(7)的长度大于两驱动杆(9)外圆的距离。
4.根据权利要求1所述的一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，衔铁(4)一端施加作用力于驱动片(7)一端上时，驱动片(7)另一端悬空于衔铁(4)和驱动杆(9)之间。
5.根据权利要求1所述的一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，所述驱动杆(9)为非柱形，不能在盖板(8)上发生径向转动。
6.根据权利要求1所述的一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，电磁组、衔铁组和导行系统连接后，微波开关的抗冲击力可达800～1200g，随机振均方根5g2/Hz～10g2/Hz。
7.根据权利要求1所述的一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于，驱动片(7)与盖板(8)的距离大于驱动杆(9)穿过盖板(8)的高度。
8.根据权利要求1所述一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于：簧片(11)为线性结构，衔铁(4)作用于驱动片(7)上，簧片(11)可实现与接头(13)接触。
9.根据权利要求1所述一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于：基座(6)底面设有与接头(13)连接的通孔，通孔之间设置有补偿槽，补偿槽使得在DC-40GHz条件下，驻波比≤1.8，差损≤0.75dB，隔离度≥50dB。
10.根据权利要求1所述一种非限位杆式星载微波开关用传动机构，其特征在于：工作时，一个驱动杆(9)受力下行带动簧片(11)向下运动与相应接头(13)连接，相应微波通路保持接通；同时另一个驱动杆(9)的保持力撤销，该驱动杆(9)和簧片(11)受到压簧(10)回复力作用上行，簧片(11)与相应接头(13)分离，相应微波通路保持断开。
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