JPT45-6-S24-1型单刀六掷射频同轴开关的设计

刘贝+杨倩+王逸君

摘 要 本文介绍了JPT45-6-S24-1型单刀六掷射频同轴开关的设计方法，重点阐述了微波系统、电磁系统和理论仿真的设计，对同类产品的扩展设计具有一定的参考意义。

关键词 射频同轴开关；SMA；工作原理；设计分析

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）186-0060-02

射频同轴开关，作为一种常见的元器件，主要用于传输和切换射频信号，在移动通信、卫星导航和电子测量等工程中有着不可替代的作用。

随着微波技术的迅猛发展，射频同轴开关正逐渐趋于多通道、小型化、宽频带、高寿命和低损耗。JPT45-6-S24-1型单刀六掷射频同轴开关就是这样一款根据用户多通道、小型化要求研制的射频同轴开关，下面具体介绍这款射频同轴开关的设计方法。

1 主要技术指标

该款产品具有频段宽、单刀六掷、低驻波、低损耗、高隔离、工作温度范围广、可靠性高等特点，广泛应用于通讯、自控、测试等行业。主要技术指标如下：

频率范围：50MHz～18GHz；

特性阻抗：50Ω；

电压驻波比：≤1.5（50MHz～18GHz）；

插入损耗：≤0.6dB（50MHz～18GHz）；

隔离度：≥55dB（50MHz～18GHz）；

工作温度：-55℃～85℃。

2 工作原理

JPT45-6-S24-1型单刀六掷射频同轴开关（以下简称开关），为封闭式结构。接口部分：控制接口采用15针D型连接器；微波接口采用SMA-K型射频连接器。主要由控制电路、电磁系统、微波系统这3部分组成。

本开关的工作原理为：额定工作电压通过控制电路部分施加到电磁系统中，电磁系统把电能转换为机械能，推动微波系统中射频触点从断开状态切换到闭合状态，实现射频信号的传输。

3 方案设计

3.1 电磁系统设计

为了满足用户对产品小型化、高可靠的要求，本开关电磁系统采用体积小、漏磁小、抗干扰能力强的螺线管式电磁结构，为推动驱动部分提供机械能；驱动部分采用线膨胀系数较小的非金属材料和磁导率较小的金属材料，提高了开关的环境适应性，保障了开关在工作温度范围内可靠工作。

3.2 微波系统设计

微波系统作为射频信号的传输通道，是开关的核心部件，其射频信号的传输路径为：SMA射频连接器→矩形传输线→SMA射频连接器。SMA射频连接器属于标准50Ω同轴线结构；矩形传输线由腔体、腔盖、射频接触簧片组成，形成双导体类同轴线结构。因此，在设计过程中可以利用同轴线设计原理进行设计。并且参考射频同轴连接器三项基本设计原则：1）沿同轴传输方向上尽可能保持一致的特征阻抗；2）对于不可避免的不连续性，采取共面补偿的方式以提高产品指标；3）设法减小机械加工误差对电性能的影响。对产品结构进行设计分析，实现开关在多通道、宽频段下的低驻波、低插损和高隔离的要求。

3.2.1 射频连接器设计

开关的工作频率为50MHz～18GHz，射频连接器采用SMA-K型射频连接器，界面符合GJB 5246-2004中SMA系列连接器界面要求。图2为SMA型射频连接器的结构示意图。

其中b为腔体深度，W为簧片宽度，t为簧片厚度，W`为腔体的宽度，εr为相对介电强度，η0为波阻抗。

通过以上理论计算，基本确定SMA射频连接器和矩形传输线的尺寸，然后通过微波仿真软件HFSS进行仿真计算，开关微波系统仿真模型见图3。

通过大量仿真及优化计算后，得到在工作频率范围内，满足指标要求的电压驻波比、插入损耗和隔离度设计要求。电压驻波比、插入损耗和隔离度的仿真结果分别见图4、图5和图6。

通过仿真，电压驻波比≤1.35，插入损耗≤0.25dB，隔离度≥80dB。对比技术指标要求，可知产品的理论结构设计，满足技术指标要求。

3.3 产品实测结果

完成以上理论计算后，对产品零件进行加工、装配和测试，最终得到产品实测性能指标。图1为产品的主要性能指标实测值和理论值的对比情况。

通过表1可以看出JPT45-6-S24-1型单刀六掷射频同轴开关的电压驻波、插入损耗、隔离度实测值均是满足技术指标要求的。对比软件仿真的结果，发现理论值要优于实际测量值，这主要是由于微波系统零件加工、表面处理和装配误差等因素引起的。

4 结论

目前开关已完成鉴定试验，其中包括振动、冲击及高、低温电性能测试等严酷的环境试验；并已被用户广泛的应用于各类工程项目中，成功的替代国外同类产品，实现了开关国产化的要求；同时也为同类开关的设计提供宝贵的经验，在此基础上扩展开发了单刀四掷开关也已通过用户的认可。因此，该款开关的研制具有良好的社会和经济效益。

参考文献

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