淺談機載大功率射頻同軸繼電器的工作原理及設(shè)計方案分析

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)量越來越多，對其耐惡劣環(huán)境條件和嚴(yán)酷力學(xué)條件要求也越來越高。和地面應(yīng)用不同，對應(yīng)用于機載的大功率射頻同軸繼電器有許多特殊要求：

1）驅(qū)動電流小、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的有效載荷、飛行速度、續(xù)航距離、機動性能。

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

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

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

二、機載大功率射頻同軸繼電器設(shè)計

1、技術(shù)指標(biāo)

機載大功率射頻同軸繼電器主要技術(shù)指標(biāo)見表1。產(chǎn)品特點是驅(qū)動電流小，功耗低、振動等級高、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)、推動系統(tǒng)、射頻切換、射頻接口、輔助觸點切換、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)為長方體，上端部的對外接口是標(biāo)準(zhǔn)的9芯D型連接器低頻接口，其與輔助觸點直接焊接在印制電路板上，電路板、電磁系統(tǒng)通過四個螺桿固定在微波通道腔蓋上。推動系統(tǒng)包括鐵芯內(nèi)部的兩個塑料推桿、微波通道內(nèi)與微波簧片相連的兩個推桿以及可以繞軸自由轉(zhuǎn)動的銜鐵共三部分組成，銜鐵轉(zhuǎn)動時可以實現(xiàn)輔助簧片與微波傳輸簧片的連動。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)的彈簧可以實現(xiàn)微波傳輸簧片的自動復(fù)位。在下端部的對外接口是標(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)、推動系統(tǒng)、射頻切換部分被外罩包裹在一個相對封閉的空間內(nèi)，防止灰塵、水汽等的進入。

機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)換為機械能，通過推動系統(tǒng)完成射頻及輔助觸點同步切換，射頻信號通過射頻接口輸入或輸出，輔助信號通過D型接口輸入或輸出。

圖2 機載大功率射頻同軸繼電器功能框圖

3、方案設(shè)計

（1）控制電路設(shè)計

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。為了便于自動控制，設(shè)計了輔助觸點及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.激勵電壓，當(dāng)端子4為高電平時，激勵電壓施加到線圈L1上，線圈L1上有電流通過，并生產(chǎn)電磁力帶動機構(gòu)動作，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，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，機構(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，只需在D型連接器端子5施加高電平，原理同上。

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

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時刻電容電壓。

（2）電磁系統(tǒng)設(shè)計

射頻同軸繼電器類產(chǎn)品中，用電磁力驅(qū)動是普遍的方法，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)點是轉(zhuǎn)軸兩端銜鐵部分質(zhì)量相對平衡，對轉(zhuǎn)軸的總力矩為“零”，可以耐較高的沖擊、振動，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