CN217114736U - 波导开关驱动装置及雷达系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种波导开关驱动装置及雷达系统，包括至少一个驱动模块，驱动模块的输入端用于连接波导开关控制器，驱动模块的输出端用于连接一个波导开关，驱动模块中至少包括无源滤波器，无源滤波器用于并联连接驱动模块连接的波导开关，无源滤波器的输入端连接驱动模块的输入端。基于本申请，当波导开关控制器向波导开关发送驱动控制信号时，驱动控制信号通过驱动模块发送到波导开关的同时，还会经过驱动模块中的无源滤波器，由无源滤波器将驱动控制信号生成的瞬间产生的阶跃信号中的高次谐波滤除掉，避免阶跃信号对波导开关的冲击，降低波导开关的故障率。

Description

波导开关驱动装置及雷达系统

技术领域

本申请涉及雷达技术领域，更具体地说，涉及一种波导开关驱动装置及雷达系统。

背景技术

波导开关是雷达馈线系统中重要的部件，主要功能是将发射机的高功率射频信号切换到天线或负载位置。波导开关的稳定性和可靠性直接影响了天气雷达的可用性。但目前的波导开关的故障率较高，因此，如何降低波导开关的故障率成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本申请提供一种波导开关驱动装置及雷达系统，包括如下技术方案：

一种波导开关驱动装置，包括：

至少一个驱动模块；所述驱动模块的输入端用于连接波导开关控制器，所述驱动模块的输出端用于连接一个波导开关；其中，

所述驱动模块中至少包括：无源滤波器，所述无源滤波器用于并联连接所述驱动模块连接的波导开关；所述无源滤波器的输入端连接所述驱动模块的输入端。

上述装置，优选的，所述滤波器为RC滤波器。

上述装置，优选的，所述驱动模块还包括：继电器，以及分压单元；其中，

所述分压单元的一端与所述无源滤波器的输入端连接，所述分压单元的另一端用于连接与所述驱动模块连接的波导开关的输入端；

所述继电器与所述无源滤波器的储能单元并联连接，所述继电器的衔铁与所述无源滤波器的输入端连接，所述继电器的常闭触点用于连接与所述驱动模块连接的波导开关的输入端，所述继电器的常开触点悬空；所述储能单元中至少包含电容。

上述装置，优选的，所述驱动模块还包括：

与所述继电器并联连接的续流电路；其中，

所述续流电路的输入端与所述继电器的低电位输入端连接，所述续流电路的输出端与所述继电器的高电位输入端连接。

上述装置，优选的，所述续流电路为二极管；

所述二极管的正极与所述继电器的低电位输入端连接，所述二极管的负极与所述继电器的高电位输入端连接。

上述装置，优选的，所述分压单元为分压电阻；所述分压电阻的阻值小于阈值。

上述装置，优选的，包括至少两个驱动模块，所述至少两个驱动模块配置在至少两个电路板上。

上述装置，优选的，还包括：

壳体；

所述至少一个驱动模块封装在所述壳体内，所述至少一个驱动模块的输入端口和输出端口设置在所述壳体的相对的两个侧壁上。

一种雷达系统，包括如上任意一项所述的波导开关驱动装置。

上述系统，优选的，所述雷达系统为天气雷达系统。

通过以上方案可知，本申请提供的一种波导开关驱动装置及雷达系统，包括至少一个驱动模块，驱动模块的输入端用于连接波导开关控制器，驱动模块的输出端用于连接一个波导开关，驱动模块中至少包括无源滤波器，无源滤波器用于并联连接驱动模块连接的波导开关，无源滤波器的输入端连接驱动模块的输入端。基于本申请，当波导开关控制器向波导开关发送驱动控制信号时，驱动控制信号通过驱动模块发送到波导开关的同时，还会经过驱动模块中的无源滤波器，由无源滤波器将驱动控制信号生成的瞬间产生的阶跃信号中的高次谐波滤除掉，避免阶跃信号对波导开关的冲击，降低波导开关的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的波导开关驱动装置的一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的波导开关驱动装置的另一种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的波导开关的一种示例图；

图4为本申请实施例提供的将28V电压直接加载在波导开关两端时的效果图；

图5为本申请实施例提供的一个驱动模块101与一个波导开关连接的一种示例图；

图6为本申请实施例提供的基于本申请的波导开关驱动装置对波导开关进行驱动的一种效果图。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，为本申请实施例提供的波导开关驱动装置的两种结构示意图，图1-a中仅包含一个驱动模块101，图1-b中包含至少两个驱动模块101，也就是说，本申请提供的波导开关驱动装置包括至少一个驱动模块101；其中，

每个驱动模块101用于对一个波导开关进行驱动，即，每个驱动模块101用于驱动一个波导开关。

其中，驱动模块101的输入端用于连接波导开关控制器，驱动模块101的输出端用于连接一个波导开关。波导开关用于产生驱动控制信号以便驱动波导开关从稳态切换到暂态。

驱动模块101中至少可以包括无源滤波器10101，无源滤波器用于并联连接驱动模块连接的波导开关，无源滤波器的10101的输入端连接驱动模块101的输入端。即驱动模块101的输入端也就是无源滤波器的输入端。

也就是说，当波导开关接入驱动模块101时，驱动模块101中的无源滤波器10101与波导开关并联。

本申请实施例提供的波导开关驱动装置，包括至少一个驱动模块，驱动模块的输入端用于连接波导开关控制器，驱动模块的输出端用于连接一个波导开关，驱动模块中至少包括无源滤波器，无源滤波器用于并联连接驱动模块连接的波导开关，无源滤波器的输入端连接驱动模块的输入端。基于本申请，当波导开关控制器向波导开关发送驱动控制信号时，驱动控制信号通过驱动模块发送到波导开关的同时，还会经过驱动模块中的无源滤波器，由无源滤波器将驱动控制信号生成的瞬间产生的阶跃信号中的高次谐波滤除掉，避免阶跃信号对波导开关的冲击，降低波导开关的故障率。

可选的，无源滤波器可以是RC滤波器，也可以是LC滤波器。

作为示例，无源滤波器可以是一阶RC滤波器，也可以是多阶RC滤波器。

作为示例，无源滤波器可以是一阶LC滤波器，也可以是多阶LC滤波器。

当波导开关长时间处于工作状态时，波导开关中的线圈在电流的加载下会产生热量，会与环境进行热交换而达到温度平衡状态，以通常运行环境为18℃～20℃为例，波导开关在保持暂态位置的工作状态下，线圈的温度在60℃左右，在运行环境温度上升时，波导开关线圈的温度也会随着升高，而温度升高会加速波导开关内部线圈的连接器件的老化，降低波导开关的寿命。为了克服这一问题，本申请提出，驱动模块101中还可以包括：继电器201和分压单元202；如图2所示，为本申请实施例提供的波导开关驱动装置的另一种结构示意图，其中：

继电器201与无源滤波器10101的储能单元并联连接，继电器201的衔铁与无源滤波器101的输入端连接，继电器201的常闭触点用于与驱动模块连接的波导开关的输入端连接，继电器201的常开触点悬空；储能单元中至少包含电容。

也就是说，继电器201工作所需的电源由无源滤波器10101提供。

分压单元202的一端与无源滤波器201的输入端连接，分压单元202的另一端用于与驱动模块连接的波导开关的输入端连接。也就是说，分压单元202与继电器的目标通路并联，其中，继电器的目标通路为衔铁和常闭触点所在的通路。

作为示例，该分压单元202可以为分压电阻，该分压电阻的阻止小于阈值。

当波导开关控制器向波导开关驱动装置发送驱动控制信号时，驱动控制信号会直接通过继电器201的衔铁和常闭触点传输给波导开关，还会流向无源滤波器10101，无源滤波器10101对驱动控制信号生成的瞬间所产生的阶跃信号中的高次谐波进行滤除，避免阶跃信号对波导开关的冲击，降低波导开关的故障率。另一方面，无源滤波器10101进行滤波的同时，还会通过储能元器件存储电能，当无源滤波器10101中的储能单元两边的电压达到继电器201工作所需的电压时，继电器201就会将衔铁与常开触点连接，使得分压单元202与波导开关串联连接。降低流过波导开关的电流，从而降低波导开关产生的热量，大大缓解了波导开关的发热现象。

图2中仅示出了一个驱动模块的结构示意图，在一个波导开关驱动装置具有多个驱动模块的情况下，该多个驱动模块中的每个驱动模块也可以具有如图2所示的结构。

进一步的，驱动模块101还可以包括与继电器201并联连接的续流电路203；其中，续流电路203的输入端与继电器的低电位输入端连接，续流电路203的输出端与继电器的高电位输入端连接。

在继电器201的衔铁动作或断电的瞬间，继电器201的线圈两端会产生很大的反向电动势，对继电器201的线圈产生脉冲冲击信号，对继电器201产生不良影响，通过设置续流电路203，可以避免或降低反向电动势对继电器201的不良影响。

作为示例，续流电路203可以为二极管；

其中，二极管的正极与继电器201的低电位输入端连接，二极管的负极与继电器的高电位输入端连接。

在波导开关驱动装置包括至少两个驱动模块的情况下，该至少两个驱动模块可以配置在同一个电路板上，也可以配置在不同的电路板上。也就是说，在波导开关驱动装置包括至少两个驱动模块时，该至少两个驱动模块可以配置在至少两个电路板上。作为示例，可以不同的驱动模块配置在不同的电路板上，这样方便在驱动模块故障时即时更换新的驱动模块。作为示例，可以将该至少两个驱动模块分为至少两组，不同组的驱动模块的数量相同或不同，将同一组的驱动模块配置在同一电路板上，将不同组的驱动模块配置在不同的电路板上。

在一可选的实施例中，本申请提供的波导开关驱动装置还可以包括：

壳体；

上述至少一个驱动模块101封装在壳体内，该至少一个驱动模块101的输入端口和输出端口设置在壳体的相对的两个侧壁上。

通过将驱动模块101封装在壳体内，既保护驱动模块101不被损害，有保证安全性。在有至少两个驱动模块101的情况下，每个驱动模块101均在壳体侧壁上具有对应的输出端口。

在一个波导开关驱动装置具有N个驱动模块的情况下，一个波导开关可以同时用于M个波导开关的驱动。其中，M小于或等于N。

本申请实施例还还提供一种雷达系统，该雷达系统具有前述的波导开关驱动装置，以及波导开关控制器和波导开关。

作为示例，这里的雷达系统可以是天气雷达系统。

下面结合具体的应用场景对本申请的方案进行说明。该示例中的雷达系统为双偏振雷达系统，也就是说，雷达系统中有两只波导开关。

该示例中，波导开关工作电压为28V，驱动线圈阻抗约为11Ω，保持线圈阻抗约为110Ω。如图3所示，为本申请实施例提供的波导开关的一种示例图。波导开关中的开关S3状态为波导开关未接入电压时的状态。

传统的波导开关驱动方法是，波导开关控制器将28V电压直接加载在AB之间。波导开关的工作可以分为以下几个过程：

过程一：波导开关接收到位置切换控制命令(也就是驱动控制信号)后，28V直流电压经过阻抗为11Ω的驱动线圈后产生磁场，当场强达到一定值时，触发开关S3从上边的触点切换到下边的触点，实现从稳态位置切换到暂态位置的动作，切换过程最大电流约为2.5A。

过程二：切换到暂态位置后，驱动线圈和保持线圈处于串联状态，28V电压经过阻抗为110Ω的线圈后产生磁场使波导开关保持在暂态位置，保持状态下工作电流约为250mA。

过程三：当波导开关控制命令撤销后，波导开关从暂态位置回到稳态位置。

以上是波导开关正常的工作过程，在过程一和过程二中控制命令的开启和关闭会在线圈两端产生很大的反向电动势，对波导开关的线圈产生脉冲冲击信号，如图4所示，为本申请实施例提供的将28V电压直接加载在波导开关两端时的效果图。最大冲击脉冲电压在60V左右(见图4中，Vpp＝63.7V)，是正常工作电压的2倍以上。

另外，过程二是波导开关会长时间保持的工作状态，波导开关的线圈在电流的加载下会产生热量，会与环境进行热交换而达到温度平衡状态，以通常运行环境(18～20℃)为例，波导开关在保持在暂态位置的工作状态下线圈的温度在60℃左右。在运行环境温度上升时，波导开关线圈的温度也会随着升高。温度高会加速内部线圈和连接器件的老化，影响使用寿命。从近几年的雷达运行情况统计，波导开关的年故障率约为1％左右，严重影响了雷达系统运行的稳定性。

为了至少部分的克服上述问题，提出本申请的方案。如图5所示，为本申请实施例提供的一个驱动模块101与一个波导开关连接的一种示例图。其它驱动模块101与对应的波导开关连接的方式相同，这里不再一一赘述。

如图5所示，POWERIN2表示驱动模块101的输入端，无源滤波器10101由电阻R2和电容C2构成，其中，R2为500Ω，电容C2为2000μF，分压单元202由PWR_R2构成，阻值为100Ω，续流电路由D2构成，型号为1N4007，图5中继电器K2的状态为继电器未通电时的状态。

也就是说，驱动模块101在接收到波导开关控制器输出的驱动控制信号前，PWR_R2处于旁路状态，这样，当驱动模块101通过POWERIN2接收到波导开关控制器输出的驱动控制信号时，一方面，驱动控制信号通过继电器K2直接加载到波导开关，保证波导开关从稳态切换到暂态所需的大电流，波导开关中的驱动线圈产生磁场，当场强达到一定值时，触发开关S3从上边的触点切换到下边的触点(大约需要5ms)，实现从稳态位置切换到暂态位置的动作；切换到暂态位置后，驱动线圈和保持线圈处于串联状态，28V电压经过阻抗为110Ω的线圈后产生磁场使波导开关保持在暂态位置，保持状态下工作电流约为250mA。另一方面，驱动控制信号输入到RC滤波器，当电容C的电压达到继电器K2的工作电压时，继电器K2的衔铁向下动作，使得电阻PWR_R2不再处于旁路状态，而是与波导开关串联，达到通过电阻PWR_R2对波导开关进行分压限流的目的，从而降低波导开关中的线圈产生的热量。

本申请中，可以通过对RC滤波器中的电阻R2和电容C2的设计，使得RC滤波器中的电容C2的电压达到继电器K2的工作电压所需的时间大于波导开关S3的切换时间(大约5ms)，本示例中，RC滤波器中的电容C2的电压达到继电器K2的工作电压所需的时间为15ms，保证波导开关已经完成从稳态到暂态的切换。

如图6所示，为本申请实施例提供的基于本申请的波导开关驱动装置对波导开关进行驱动的一种效果图。使用了本申请的波导开关驱动装置后，波导开关工作过程中波导开关线圈承受的脉冲冲击，从之前60V左右，降到了35V左右(见图6中，Vpp＝38.1v)。

另外，使用了本申请的波导开关驱动装置后，由于降低了波导开关的工作电流，从250mA降低到了125mA，线圈发热量降低到原来的25％，波导开关发热现象得到了很大的环节，能大幅度提高波导开关的可靠性和使用寿命，从而提高天气雷达的可靠性和可用率。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

应当理解，本申请实施例中，从权、各个实施例、特征可以互相组合结合，都能实现解决前述技术问题。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种波导开关驱动装置，其特征在于，包括：

至少一个驱动模块；所述驱动模块的输入端用于连接波导开关控制器，所述驱动模块的输出端用于连接一个波导开关；其中，

所述驱动模块中至少包括：无源滤波器，所述无源滤波器用于并联连接所述驱动模块连接的波导开关；所述无源滤波器的输入端连接所述驱动模块的输入端。

2.根据权利要求1所述的波导开关驱动装置，其特征在于，所述滤波器为RC滤波器。

3.根据权利要求2所述的波导开关驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括：继电器，以及分压单元；其中，

所述分压单元的一端与所述无源滤波器的输入端连接，所述分压单元的另一端用于连接与所述驱动模块连接的波导开关的输入端；

所述继电器与所述无源滤波器的储能单元并联连接，所述继电器的衔铁与所述无源滤波器的输入端连接，所述继电器的常闭触点用于连接与所述驱动模块连接的波导开关的输入端，所述继电器的常开触点悬空；所述储能单元中至少包含电容。

4.根据权利要求3所述的波导开关驱动装置，其特征在于，所述驱动模块还包括：

与所述继电器并联连接的续流电路；其中，

所述续流电路的输入端与所述继电器的低电位输入端连接，所述续流电路的输出端与所述继电器的高电位输入端连接。

5.根据权利要求4所述的波导开关驱动装置，其特征在于，所述续流电路为二极管；

所述二极管的正极与所述继电器的低电位输入端连接，所述二极管的负极与所述继电器的高电位输入端连接。

6.根据权利要求3所述的波导开关驱动装置，其特征在于，所述分压单元为分压电阻；所述分压电阻的阻值小于阈值。

7.根据权利要求1所述的波导开关驱动装置，其特征在于，包括至少两个驱动模块，所述至少两个驱动模块配置在至少两个电路板上。

8.根据权利要求1所述的波导开关驱动装置，其特征在于，还包括：

壳体；

所述至少一个驱动模块封装在所述壳体内，所述至少一个驱动模块的输入端口和输出端口设置在所述壳体的相对的两个侧壁上。

9.一种雷达系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的波导开关驱动装置。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述雷达系统为天气雷达系统。

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