CN202282432U - 一种波导开关 - Google Patents
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Abstract
一种波导开关，包括射频转子和射频腔体；射频转子上设置多对通道孔以形成多个通道，所述通道包括曲形通道和直通通道；在射频转子表面形成电流抑制结构，所述电流抑制结构包括在射频转子表面上形成的多个槽。通过在射频转子表面上形成的多个槽；可以保证微波开关有最大的安全活动间隙，并不会增加加工、装配难度，也不会引入额外的非金属材料，在保证高可靠性的前提下提高了波导开关端口间的隔离度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种波导开关，特别是波导开关的射频转子。
背景技术
卫星产品的特殊性决定了所有卫星有效载荷都必须有很高的可靠性。为了保证卫星的高可靠性，卫星上常对一些关键的有效载荷产品，如放大器、接收机等，通过开关进行备份。因此在保证开关性能的同时，开关的高可靠性就显的尤为重要。
目前国内外常用的机械式微波开关有同轴、波导两种形式。机械式同轴开关主要使用在小功率、低频段。机械式波导开关主要运用在大功率、高频段。波导开关一般有四个对外接口，需要备份的产品通过传输线与四个接口相连接，波导开关可以通过切换实现四个对外接口之间的相互切换，从而实现备份产品的相互切换，以此来提高整星的可靠性。
机械式波导开关主要由三部分构成：控制电路部分、驱动电机部分、射频部分。射频部分由射频腔体和射频转子构成，射频转子由驱动电机带动转动。开关的工作原理是控制电路发出指令，驱动电机根据控制指令带动射频转子在射频腔内转动。机械式波导开关的端口隔离度目前通过减小射频转子和射频腔体的间隙来保证，有些设计可以增加吸波材料来提高波导开关端口间的隔离度。
通过减小射频转子与射频腔体的间隙来保证隔离度的方法，对加工精度、装配技术有很高的要求。另外，波导开关是一个活动机构且工作在大功率状态下，射频转子与射频腔体的收缩会由于散热途径的不同而不同，从而导致活动间隙的减小，因此小的活动间隙会降低开关的可靠性；通过在射频转子和射频腔体间增加吸波材料，可以很好的提高波导开关的端口隔离度，但是如果吸波材料脱落到射频通道中，就有可能诱发真空微放电现象，引起产品性能受影响。
波导开关主要应用在通信卫星，同时在其它卫星也有广泛的应用，另外在地面复杂通信系统中也有广泛的应用。卫星有效载荷的体积越小、重量越轻，就越容易节约发射成本。因此研究如何在高可靠性、小体积、轻重量的波导开关中实现端口间的高隔离特性是非常有必要的。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种波导开关，能够在不增加加工、装配、实现难度，保证高可靠性的前提下实现波导开关端口间的高隔离度。
本实用新型包括如下技术方案：
一种波导开关，包括射频转子和射频腔体；射频转子上设置多对通道孔以形成多个通道，所述通道包括曲形通道和直通通道，在射频转子外表面形成电流抑制结构，所述电流抑制结构包括在射频转子外表面上形成的多个槽。
所述多个槽包括多个横槽和多个竖槽，所述横槽垂直于射频转子的轴线方向，所述竖槽平行于射频转子的轴线方向。
所述多个横槽包括设置在射频转子的两端，并与通道孔的轴向两端相邻的第一横槽。所述多个横槽还包括第二横槽，所述第二横槽与所述通道孔相交。
所述竖槽包括设置于曲形通道的两个通道孔之间的表面上的第一竖槽。所述竖槽还包括第二竖槽，第二竖槽设置于曲线通道的通道孔和直通通道的通道孔之间的表面上。
本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：通过在射频转子表面上形成的多个槽；可以保证微波开关有最大的安全活动间隙，并不会增加加工、装配难度，也不会引入额外的非金属材料，在保证高可靠性的前提下提高了波导开关端口间的隔离度。
附图说明
图1是波导开关的整机图。
图2是波导开关射频转子与射频腔体的配合示意图。
图3是本实用新型的第一种射频转子的结构示意图。
图4是本实用新型的第二种射频转子的结构示意图。
图5是本实用新型的第三种射频转子的结构示意图。
图6是现有的射频转子的结构示意图。
图7是本实用新型的第一种射频转子的表面电流分布图。
图8是现有的射频转子的表面电流分布图。
图9是基于本实用新型第一种射频转子的开关端口隔离度仿真结果。
图10是基于现有的射频转子的开关端口隔离度仿真结果。
具体实施方式
本实用新型的波导开关可以是R型波导开关或C型波导开关，并适用于所有微波频段，此处以X频段，Ku频段和Ka频段为例进行说明。
以R型波导开关为例，波导开关的整机效果图如图1所示。R型波导开关可以实现四个端口(端口10、端口11、端口12、端口13位于射频腔体上)中任意两个端口间的导通。图2给出的是波导开关中射频转子与射频腔体的配合示意图，实际装配时，射频转子1位于射频腔体2的内部，射频转子1的外径与射频腔体2的内径的差在0.1mm左右，该间隙需满足射频转子1的安全转动间隙。开关的端口隔离度主要由二者的配合间隙保证。
波导开关其对外接口是波导，射频转子与射频腔体间的间隙相当于一个截止频率更低的窄波导，波导相当于一个高通滤波器；端口间的耦合越强其隔离度越差，因此为了提高端口间的隔离度，就必须减弱端口间的耦合。如何在保证端口间隔离度的同时不增加设计实现难度，就必须从开关中场的分布来考虑。
本实用新型的设计思路包含以下几方面：
根据波导开关的工作频段设计相应的射频腔体和射频转子；
分析射频转子表面的电流分布；
选择合适的电流抑制措施，以减小端口间的耦合；
反复调节尺寸，得出最佳的物理尺寸。
首先选定开关中射频转子和射频腔体的直径，然后利用分析软件计算射频转子1不做处理的情况下开关各个端口的隔离度，并同时分析射频转子上的表面电流分布。常规射频转子结构如图6所示，R型波导开关的射频转子包括两个曲形通道和一个直通通道，每个通道包括两个端口；其表面电流分布如图8所示；如果选用的射频转子和射频腔体的间隙不合适，并且射频转子上没有抑制电流的结构，端口间的隔离度会很差，仿真结果如图10所示。可以看出，会有很多的高次模产生，开关的工作带宽减小；虽然常规设计中可以通过减小射频转子与射频腔体间的间隙来提高端口间的隔离度，但是间隙的减小就会降低开关的可靠性。另外，开关的活动间隙选择就会有很高的经验性，不利于设计的灵活性。
根据图8所示射频转子上的表面电流分布，并结合射频转子的实际物理结构和开关的工作频段，通过在射频转子的表面上开槽形成表面电流抑制结构，在射频转子上开槽，可以理解为是将信号的耦合通道设计为带阻滤波器。槽的位置、数量、形状可以综合表面电流的分布和射频转子的大小进行优化设计。
实施例1
对于X频段和Ku频段R型波导开关，其射频转子如图3所示。射频转子包括圆柱形外表面，和在圆柱形外表面上形成的3对通道孔以形成3个通道，3个通道包括两个曲形通道和一个直通通道。在射频转子的圆柱形外表面上增加电流抑制结构，所述电流抑制结构包括两个横槽3和两个竖槽4。横槽3垂直于射频转子的轴线方向设置在圆柱形外表面上，横槽3紧邻通道孔的轴向两端。竖槽4平行于射频转子的轴线方向，位于曲形通道的两个通道孔之间的表面上。优选地，竖槽的宽度、深度可选择在2mm左右，横槽的宽度可选择在2.6mm左右，深度可以选择在2mm左右。
增加电流抑制结构之后的射频转子表面的电流分布如图7所示；端口之间的隔离度仿真分析结果如图9所示。对比图7和图8，可以发现基于图3的设计截断了表面电流的耦合路径，开关的端口隔离度也有明显改善，如图9所示。
实施例2
对于X频段和Ku频段R型波导开关，其射频转子还可以如图4所示。其中，电流抑制结构包括两个第一横槽5、两个第二横槽6，和两个竖槽7；第一横槽5和第二横槽6垂直于射频转子的轴线方向设置在圆柱形外表面上，第一横槽5紧邻通道孔的轴向两端，第二横槽6横穿通道孔。竖槽7平行于射频转子的轴线方向，位于曲形通道的两个通道孔之间的表面上。
实施例3
对于Ka频段R型波导开关，其射频转子如图5所示。其中，电流抑制结构包括一个第一竖槽11、两个第二竖槽10，和两个横槽9；第一竖槽11和第二竖槽10平行于射频转子的轴线方向设置在圆柱形外表面上，第一竖槽11位于曲线通道和直通通道孔之间的表面上，第二竖槽6设置于曲形通道的两个通道孔之间的表面上，横槽7垂直于射频转子的轴线方向设置在圆柱形外表面上，并紧邻通道孔的轴向两端。优选地，横槽的宽度可选择1.6mm左右，深度可选择0.8mm左右；竖槽的宽度可选择1.5mm左右，深度可选择2mm左右。
实施例4
C型波导开关比R型波导开关少一个通道，只有两个曲形通道，其表面电流抑制结构基本上与R型波导开关相同。对于X频段和Ku频段C型波导开关，其射频转子表面上的电流抑制结构与实施例1/实施例2基本相同；对于Ka频段C型波导开关，其射频转子表面上的电流抑制结构与实施例3基本相同。C型波导开关相比R型波导开关，通道口之间的行程增加，开槽的位置、数量可以更加灵活。
本实用新型的端口隔离度能够实现大于60dB的要求，可以保证微波开关有最大的安全活动间隙，并不会增加加工、装配难度，也不会引入额外的非金属材料，保证了开关设计的高可靠性和普适性。
Claims (6)
1.一种波导开关，包括射频转子和射频腔体；射频转子上设置多对通道孔以形成多个通道，所述通道包括曲形通道和直通通道，其特征在于：在射频转子外表面形成电流抑制结构，所述电流抑制结构包括在射频转子外表面上形成的多个槽。
2.如权利要求1所述的波导开关，其特征在于：所述多个槽包括多个横槽和多个竖槽，所述横槽垂直于射频转子的轴线方向，所述竖槽平行于射频转子的轴线方向。
3.如权利要求2所述的波导开关，其特征在于：所述多个横槽包括设置在射频转子的两端，并与通道孔的轴向两端相邻的第一横槽。
4.如权利要求3所述的波导开关，其特征在于：所述多个横槽还包括第二横槽，所述第二横槽与所述通道孔相交。
5.如权利要求2至4任一权利要求所述的波导开关，其特征在于：所述竖槽包括设置于曲形通道的两个通道孔之间的表面上的第一竖槽。
6.如权利要求5所述的波导开关，其特征在于：所述竖槽还包括第二竖槽，第二竖槽设置于曲线通道的通道孔和直通通道的通道孔之间的表面上。
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