微波开关电磁驱动装置

《微波开关电磁驱动装置》涉及一种微波开关电磁驱动装置。

随着现代军事装备快速发展，对微波器件的功率要求不断增加，针对微波开关而言，其动弹性簧片的行程也在随着功率增加不断加大。同时为了提高装备的机动性，装备中所用的元器件正朝着体积小、重量轻和高可靠性的方向发展。微波开关作为微波信号传输和切换处理系统的关键控制器件，必须朝着上述方向发展。2016年2月之前的微波开关的电磁驱动系统有：“平衡衔铁旋转式”与“螺线管式”两种。“平衡衔铁旋转式”电磁驱动系统的磁路系统属于开放式，磁回路的漏磁较大，造成微波开关的体积相对较大。“螺线管式”电磁驱动系统（专利CN201310274259.0）的磁能利用率高，动铁芯的行程较大，但是铁芯本身耐冲击、振动性能差。

图1是《微波开关电磁驱动装置》实施例的微波开关电磁驱动装置的外观示意图。

图2是该发明实施例的微波开关电磁驱动装置的剖视图。

图3是导杆的示意图。

图4是转轴支架的示意图。

图5是导杆与转轴支架的连接方式示意图。

2020年7月17日，《微波开关电磁驱动装置》获得安徽省第七届专利奖优秀奖。

《微波开关电磁驱动装置》如图1—图5所示，包括两个螺线管式电磁铁1、转轴支架3和两个弹性簧片5，两个螺线管式电磁铁1安装在支撑板2上方，螺线管式电磁铁1的导杆11从支撑板2中伸出，导杆11下端部挖有两个槽口11a，两个槽口11a之间具有凸舌11b，转轴支架3两端均设有两个凸爪33，两个凸爪之间具有凹槽34，两个凸爪33分别位于导杆11的两个槽孔11a中，相应地，导杆11的凸舌11b卡在转轴支架3的凹槽34中，从而将导杆11与转轴支架3连接，并限制导杆11转动。转轴支架中间具有转轴孔31，两端有铆钉孔32，所述的转轴孔31的中心线与铆钉孔32的中心线相垂直，转轴4穿过转轴孔31将转轴支架3安装在支撑板2下方的耳板21上，转轴支架3可绕转轴4转动。两个铆钉6分别穿过铆钉孔32将两个弹性簧片5固定在转轴支架3的两端。螺线管式电磁铁1通电时，导杆11上下移动，推动弹性簧片5转动，弹性簧片5的两端分别上移或下移，从而将导杆11的运动行程d转化为弹性簧片5的行程L。

所述的螺线管式电磁铁1包括铁芯12、线圈15、导杆11和线圈骨架16，线圈15缠绕在线圈骨架16上，线圈骨架16内套接有空心套筒13，套筒13与线圈骨架16之间固定放置有六块永磁体17，所述的永磁铁17同极相对设置，铁芯12套接在套筒13内，套筒13的轴向长度大于铁芯12的长度，导杆11沿套筒13的轴向方向穿过线圈骨架16两侧，导杆11可沿线圈骨架16的轴向方向上下移动，导杆11与铁芯12固定连接，线圈骨架16上部有上端盖14，线圈骨架16下部有下端盖18，上端盖14和下端盖18都为导磁材料。铁芯12受永磁体17磁化，使铁芯17移动至套筒13内上端或者下端的极限位置，并固定在此初始时的极限位置；线圈15通电时，线圈15内产生线圈磁场，若线圈磁场与永磁体17磁场方向相反，且铁芯12受到的线圈磁场作用力大于铁芯12受到的永磁体17的磁场作用力时，带动铁芯12沿套筒13的中心线运动至套筒13内另一端的极限位置，此时当铁芯12不再受到线圈磁场力的作用时，铁芯12会停留在该极限位置，不会恢复至初始时的极限位置，铁芯12的运动带动导杆11上下运动，进而推动弹性簧片5转动，从而将导杆11的运动行程d转化为弹性簧片5的行程L，增大了行程。

微波开关电磁驱动装置专利目的

《微波开关电磁驱动装置》所要解决的技术问题是提供一种微波开关电磁驱动装置，该微波开关电磁驱动装置采用“双螺线管与平衡衔铁旋转”相结合的电磁驱动结构，运用费力杠杆的原理，在同等输入条件下，实现了体积小、行程大的目的，解决了大功率微波开关的设计难题。

微波开关电磁驱动装置技术方案

为解决上述技术问题，《微波开关电磁驱动装置》采用如下技术方案：微波开关电磁驱动装置，包括两个螺线管式电磁铁、转轴支架和弹性簧片，两个螺线管式电磁铁安装在支撑板上方，螺线管式电磁铁的导杆从支撑板中伸出，导杆下方分别与转轴支架的两端连接，所述的转轴支架靠转轴固定在支撑板下方的耳板上，转轴支架可绕转轴转动，两个弹性簧片分别铆接在转轴支架两端。该发明应用费力杠杆原理，采用了两个双稳态磁保持结构的螺线管式电磁铁，通过支撑板进行固定形成了类似“推挽式”结构，螺线管式电磁铁中的铁芯运动带动转轴支架的两端运动，转轴支架两端铆接的弹性簧片（通常与推杆等部件接触）同步运动并传递出力量，将铁芯的行程转化为弹性簧片的行程。由于该发明的微波开关电磁驱动装置采用了两个双稳态螺线管式电磁铁同时提供保持力，保持力大，将铁芯处于转轴与弹性簧片中间，形成费力杠杆结构，以转轴作为支撑点，铁芯的行程被进一步放大，从而在弹性簧片的端部获得较大的行程，结构中通过调节杠杆比，相同的铁芯行程可以在弹性簧片的端部形成不同的连续变化的长行程。

微波开关电磁驱动装置改善效果

《微波开关电磁驱动装置》有效的利用了狭小的产品腔体空间，与单独的“平衡衔铁旋转式”或“螺线管式”驱动结构相比，相同的空间内能拥有更大的行程以及更高的推动力，具有结构小、行程长、耐冲击、抗振动等特点，整个装配过程简单可靠，可以反复拆卸。

所述的螺线管式电磁铁包括铁芯、线圈、导杆和线圈骨架，线圈缠绕在线圈骨架上，线圈骨架内设置有铁芯，线圈骨架内套接有空心套筒，套筒与线圈骨架之间固定放置有若干块永磁体，铁芯套接在套筒内，套筒的轴向长度大于铁芯的长度，导杆沿套筒的轴向方向穿过线圈骨架两侧，导杆可沿线圈骨架的轴向方向上下移动，导杆与铁芯固定连接。铁芯在套筒内可以沿套筒的轴向方向移动，若干块永磁体的同极相对周向分布在套筒的外侧，铁芯受永磁体磁化，使铁芯移动至套筒内上端或者下端的极限位置，并固定在此初始时的极限位置；线圈通电时，线圈内产生线圈磁场，若线圈磁场与永磁体磁场方向相反，且铁芯受到的线圈磁场作用力大于铁芯受到的永磁体的磁场作用力时，带动铁芯沿套筒的中心线运动至套筒内另一端的极限位置，此时当铁芯不再受到线圈磁场力的作用时，铁芯会停留在该另一端的极限位置，不会恢复至初始时的极限位置，铁芯与导杆之间固定连接，铁芯的运动带动导杆上下运动，进而带动弹性簧片运动。不需要弹簧等复位装置使铁芯及导杆恢复初始状态，简化整个装置的结构。

电磁铁的铁芯属于圆柱体，可以360°旋转，为防止铁芯转动，在导杆下端部设有凸舌，转轴支架两端部设有凹槽，凸舌卡在凹槽中，在不影响连接的情况下限制了铁芯的转动。

1.《微波开关电磁驱动装置》包括两个螺线管式电磁铁、转轴支架和弹性簧片，两个螺线管式电磁铁安装在支撑板上方，螺线管式电磁铁的导杆从支撑板中伸出，导杆下方分别与转轴支架的两端连接，所述的转轴支架靠转轴固定在支撑板下方的耳板上，转轴支架可绕转轴转动，两个弹性簧片分别铆接在转轴支架两端；

所述的螺线管式电磁铁包括铁芯、线圈、导杆和线圈骨架，线圈缠绕在线圈骨架上，线圈骨架内套接有空心套筒，套筒与线圈骨架之间固定放置有若干块永磁体，铁芯套接在套筒内，套筒的轴向长度大于铁芯的长度，导杆沿套筒的轴向方向穿过线圈骨架两侧，导杆可沿线圈骨架的轴向方向上下移动，导杆与铁芯固定连接。

2.根据权利要求1所述的微波开关电磁驱动装置，其特征在于：所述的导杆下端部设有凸舌，转轴支架两端部开有凹槽，凹槽与凸舌相咬合。

微波开关频率范围

射频和微波应用的频率从半导体的100MHz到卫星通信的60GHz。宽带附件通过扩展频率范围来提高测试系统的灵活性。但是，频率总是取决于应用，并且可能牺牲宽泛的工作频率以满足其他关键参数。例如，网络分析仪可能会执行1 ms的扫描以进行插入损耗测量，因此对于此应用，建立时间或切换速度成为确保测量精度的关键参数。

微波开关插入损失

除了正确的频率选择之外，插入损耗对于测试是至关重要的。大于1或2 dB的损耗将衰减峰值信号电平并增加上升沿和下降沿时间。低插入损耗系统可以通过最小化连接器和通路的数量或通过选择用于系统配置的低插入损耗设备来实现。由于功率在更高的频率上是昂贵的，所以机电开关沿传输路径提供尽可能低的损耗。

微波开关回报损失

回路损耗是由电路之间的阻抗不匹配造成的。在微波频率下，网元的材料属性和尺寸在决定分布式效应引起的阻抗匹配或不匹配方面起着重要的作用。具有出色的回波损耗性能的交换机确保了通过交换机和整个网络的最佳功率传输。

微波开关重复性

低插入损耗可重复性降低了测量路径中随机误差的来源，从而提高了测量精度。开关的可重复性和可靠性保证了测量精度，并且可以通过减少校准周期和增加测试系统正常运行时间来降低拥有成本。

微波开关隔离

隔离度是在感兴趣的端口检测到的无用信号的衰减程度。隔离在更高的频率下变得更重要。高隔离度减少了其他通道信号的影响，保持了测量信号的完整性，降低了系统测量的不确定性。例如，开关矩阵可能需要将信号路由到频谱分析仪以进行-70 dBm的测量，并同时路由另一个 20 dBm的信号。在这种情况下，高隔离度（90 dB或更高）的开关将保持低功率信号的测量完整性 。

微波开关切换速度

开关速度定义为将开关端口（臂）的状态从“ON”改变为“OFF”或从“OFF”改变为“ON”所需的时间。

微波开关建立时间

由于切换时间仅指定了RF信号的稳定/最终值的90%的结束值，因此在精确度和精确度的要求更为关键的情况下，稳定时间通常在固态开关性能中突出显示。测定沉降时间到接近最终值的水平。建立时间广泛使用的边缘至终点值为0.01 dB（最终值的99.77%）和0.05 dB（最终值的98.86%）。这个规范通常用于砷化镓场效应管开关，因为它们具有栅极滞后效应，这是由于电子被俘获在砷化镓表面上造成的 。

微波开关电力处理

功率处理定义了开关处理功率的能力，并且非常依赖于所使用的设计和材料。交换机有不同的功率处理额定值，如热切换，冷切换，平均功率和峰值功率。在切换时在切换端口存在RF /微波功率时发生热切换。切换前切断信号时会发生冷切换。冷切换导致较低的接触应力和较长的使用寿命。

微波开关终止

在许多应用中，50欧姆的负载端接是至关重要的，因为每条开放的未使用的传输线都有可能引起谐振。当设计一个工作频率高达26 GHz或更高频率的系统时，这一点非常重要，因为交换机的隔离度大大降低当交换机连接到有源设备时，未端接路径的反射功率可能会损坏源。

• 机电开关被分类为已终止或未终止。端接开关：当选定的路径闭合时，所有其他路径终止于50欧姆的负载，所有螺线管的电流被切断。未终端的开关反映了电力。

• 固态开关被分类为吸收性或反射性。吸收开关在每个输出端口中都包含一个50欧姆终端，以在关闭状态和开启状态下呈现较低的驻波比。当二极管反向偏置时，反射开关传导RF功率，当正向偏置时反射RF功率。

微波开关视频泄漏

视频泄漏是指在没有RF信号的情况下切换时，在交换机的RF端口出现的杂散信号。这些信号是由开关驱动器产生的波形产生的，特别是由PIN二极管高速开关所需的前沿电压尖峰引起的。视频泄漏的幅度取决于开关和开关驱动器的设计 。

微波开关使用寿命

较长的使用寿命降低了每个周期的成本和预算约束，使制造商更具竞争力 。 解读词条背后的知识 查看全部

• • PASTERNACK 品牌企业,品牌企业

    射频开关构型选择

    射频开关分为多种构型、类型及技术。最简单的分类方法为常开电路和常闭电路两种构型。一般而言，未特别标明的开关即为常开电路开关。当一个开关在断电后仍保持原有切换状态，该开关即称为闭锁开关。只有在开关电源被切断后，闭锁开关才恢复至默认状态。虽然上述各种构型从外部观点来看并不复杂，...

    2020-04-030
  • 佑富阻旋式料位开关 佑富（上海）智能传感技术有限公司官方帐号,科技领域创作者

    射频开关芯片的作用是什么，仪表师傅这么说

    射频开关芯片是什么，有什么作用 射频开关是一种测量介质物位的智能仪表，射频开关的芯片自然就是整个系统的控制系统。工业生产越是发达，对自动化控制系统的需求就越高，各种层出不穷的智能仪表出现在工业生产的方方面面，射频导纳是一种新式测量介质液位和物位的仪表。在化工，医疗，冶...

    2021-01-070
  • 佑富阻旋式料位开关 佑富（上海）智能传感技术有限公司官方帐号,科技领域创作者

    射频开关测量物位的原理是什么

    射频开关测量物位的原理是什么射频导纳的原理是通过探头感知其与储罐体间电抗的变化实现物位测量和控制的。工业生产能够实现自动化都是通过各种仪表开关集成系统实现的，射频开关也就是这么一种仪表，复杂危险的地方，或者需要长期不间断重复测量物位高度的地方，都是可以用这种开关，射频导纳并...

    2021-01-060
  • 佑富阻旋式料位开关 佑富（上海）智能传感技术有限公司官方帐号,科技领域创作者

    物位射频开关原理是什么，老工程师一句话科普

    物位射频开关的工作原理是什么，通过什么控制阀门开关的物位射频开关通过探头感知其与储罐体间电抗的变化实现物位测量和控制的。其内部电子单元，由探头测量极与空载罐体间的电抗共同构成平衡电桥电路并产生一个稳定振荡信号。当被测介质覆盖探头测量极时，会引起探头测量极与罐体间的电抗变化导...

    2021-01-070
• • 佑富阻旋式料位开关 佑富（上海）智能传感技术有限公司官方帐号,科技领域创作者

    射频开关是什么，仪表老师这么科普

    射频开关是什么有什么作用射频开关是一种输出开关量的智能仪表，使用在工业自动化生产方面比较多。涉及到工业生产，各种计量仪表就会被提出来，比如介质的物位以及液位需要测量就需要使用到物位液位开关，射频导纳开关就是这样的背景下就被开发出来的，这是一种工业上常用的开关量仪表，只需要2...

    2021-01-070

射频和微波开关可以分为两个同等主流和重要的群体：

• 机电开关基于电磁感应的简单理论。他们依靠机械接触作为开关机构。

安捷伦科技的一些机电开关

• 甲固态开关是基于半导体技术的电子开关器件（例如MOSFET，PIN二极管）。除了没有移动部件之外，其功能类似于机电开关。

像其他电气开关一样，RF和微波开关为许多不同的应用提供不同的配置。以下是典型的交换机配置和用法列表：

• 单刀双掷（SPDT或1：2）开关将信号从一路输入路由到两路输出路径。

• 多端口开关或单刀多掷（SPnT）开关允许一个输入到多个（三个或更多）输出路径。

• 转换开关或双刀双掷（DPDT）开关可用于各种目的。

• 旁路开关从信号路径插入或移除测试组件。

机电和固态开关参数比较