淺談機(jī)載大功率射頻同軸繼電器的工作原理及設(shè)計(jì)方案分析

一、引 言

隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，航空航天領(lǐng)域使用的射頻同軸繼電器數(shù)量越來(lái)越多，對(duì)其耐惡劣環(huán)境條件和嚴(yán)酷力學(xué)條件要求也越來(lái)越高。和地面應(yīng)用不同，對(duì)應(yīng)用于機(jī)載的大功率射頻同軸繼電器有許多特殊要求：

1）驅(qū)動(dòng)電流小、功耗低?？梢怨?jié)省有限的能源，減少系統(tǒng)發(fā)熱。

2）重量輕?？梢蕴岣哒麢C(jī)的有效載荷、飛行速度、續(xù)航距離、機(jī)動(dòng)性能。

3）環(huán)境（低溫、高溫、電磁干擾、振動(dòng)、低氣壓）適應(yīng)能力強(qiáng)。

4）大功率。功率直接決定了機(jī)載或地面雷達(dá)的探測(cè)距離和探測(cè)精度，功率越大探測(cè)的距離越遠(yuǎn)且越精確。

我所研制的一款機(jī)載大功率射頻同軸繼電器產(chǎn)品，其觸點(diǎn)形式為單刀雙擲，控制方式為TTL、自保持、自關(guān)斷、帶輔助觸點(diǎn)，技術(shù)指標(biāo)完全能夠滿足機(jī)載使用，以下對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

二、機(jī)載大功率射頻同軸繼電器設(shè)計(jì)

1、技術(shù)指標(biāo)

機(jī)載大功率射頻同軸繼電器主要技術(shù)指標(biāo)見表1。產(chǎn)品特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流小，功耗低、振動(dòng)等級(jí)高、耐大功率。

表1技術(shù)指標(biāo)

2、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工作原理

機(jī)載大功率射頻同軸繼電器主要由電路控制、電磁系統(tǒng)、推動(dòng)系統(tǒng)、射頻切換、射頻接口、輔助觸點(diǎn)切換、D型低頻接口七部分組成。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖見圖1，工作原理框圖見圖2。

圖1 機(jī)載大功率射頻同軸繼電器結(jié)構(gòu)圖

產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方體，上端部的對(duì)外接口是標(biāo)準(zhǔn)的9芯D型連接器低頻接口，其與輔助觸點(diǎn)直接焊接在印制電路板上，電路板、電磁系統(tǒng)通過(guò)四個(gè)螺桿固定在微波通道腔蓋上。推動(dòng)系統(tǒng)包括鐵芯內(nèi)部的兩個(gè)塑料推桿、微波通道內(nèi)與微波簧片相連的兩個(gè)推桿以及可以繞軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的銜鐵共三部分組成，銜鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)輔助簧片與微波傳輸簧片的連動(dòng)。射頻切換由矩形同軸傳輸線組成，微波傳輸簧片在傳輸線的中間位置，微波通道內(nèi)的彈簧可以實(shí)現(xiàn)微波傳輸簧片的自動(dòng)復(fù)位。在下端部的對(duì)外接口是標(biāo)準(zhǔn)的N型射頻連接器。

產(chǎn)品的外罩、微波腔體、腔蓋均使用鋁合金材料，可以大大減輕自重，外罩表面通過(guò)氧化處理有效防止鹽霧腐蝕。電路控制、電磁系統(tǒng)及射頻部分上下放置，防止相互之間電磁干擾。D型連接器低頻接口與外罩接觸處裝有密封墊，微波腔體周圍與外罩接觸處裝有矩形密封圈，電路控制、電磁系統(tǒng)、推動(dòng)系統(tǒng)、射頻切換部分被外罩包裹在一個(gè)相對(duì)封閉的空間內(nèi)，防止灰塵、水汽等的進(jìn)入。

機(jī)載大功率射頻同軸繼電器工作原理是：D型連接器低頻接口接電源，額定工作電壓通過(guò)電路控制部分施加到電磁系統(tǒng)，電磁系統(tǒng)的作用是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)推動(dòng)系統(tǒng)完成射頻及輔助觸點(diǎn)同步切換，射頻信號(hào)通過(guò)射頻接口輸入或輸出，輔助信號(hào)通過(guò)D型接口輸入或輸出。

圖2 機(jī)載大功率射頻同軸繼電器功能框圖

3、方案設(shè)計(jì)

（1）控制電路設(shè)計(jì)

從節(jié)能及減少線圈發(fā)熱角度出發(fā)，電路控制采用了自保持及RC自關(guān)斷的結(jié)構(gòu)形式。為了便于自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)了輔助觸點(diǎn)及TTL控制方式。控制電路部分的9芯D型連接器、電子元器件、輔助觸點(diǎn)焊接在一塊PCB上，電路原理圖見圖3。

圖3 控制電路原理圖

D型連接器1、2端子施加28Vd.c.激勵(lì)電壓，當(dāng)端子4為高電平時(shí)，激勵(lì)電壓施加到線圈L1上，線圈L1上有電流通過(guò)，并生產(chǎn)電磁力帶動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，射頻開關(guān)S1閉合、S2斷開，由于RC沖放電電路，隨著充電的連續(xù)，電容C兩端電壓不斷升高，當(dāng)完全截止時(shí)，線圈L1上電流為零。由于本產(chǎn)品為自保持型，即使線圈L1電流變?yōu)榱銜r(shí)，機(jī)構(gòu)并不發(fā)生翻轉(zhuǎn)，仍保持在如圖所示狀態(tài)，當(dāng)需要發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，只需在D型連接器端子5施加高電平，原理同上。

本項(xiàng)目產(chǎn)品的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間不大于15ms，為了保證產(chǎn)品可靠動(dòng)作，線圈中電流的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于25ms，該時(shí)間由電容充電時(shí)間決定，其理論計(jì)算公式如下：

05（暫缺）

式（1）中：C為充電電容，R為充電回路電阻，V為電容終電壓，V0為電容初始電壓，Vt為t時(shí)刻電容電壓。

（2）電磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

射頻同軸繼電器類產(chǎn)品中，用電磁力驅(qū)動(dòng)是普遍的方法，通常電磁系統(tǒng)采用的類型主要是“平衡旋轉(zhuǎn)式”和“螺旋管式”?！捌胶庑D(zhuǎn)式”電磁系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)軸兩端銜鐵部分質(zhì)量相對(duì)平衡，對(duì)轉(zhuǎn)軸的總力矩為“零”，可以耐較高的沖擊、振動(dòng)，以保證惡劣環(huán)境下的可靠性?！奥菪苁健彪姶畔到y(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是磁的利用率較高，磁路系統(tǒng)的漏磁小，鐵芯的行程較大。

依據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用于機(jī)載條件，電磁系統(tǒng)采用了“平衡旋轉(zhuǎn)式”結(jié)構(gòu)，見圖4，磁路原理見圖5。

圖4 平衡旋轉(zhuǎn)式

圖5 磁路原理圖