一、引 言
跟着科学技能快速开展，航空航天范畴运用的射频同轴继电器数量越来越多，对其耐恶劣环境条件和严格力学条件要求也越来越高。和地上运用不同，对运用于机载的大功率射频同轴继电器有许多特殊要求：
1）驱动电流小、功耗低。能够节约有限的动力，削减体系发热。
2）重量轻。能够进步整机的有用载荷、飞行速度、续航间隔、机动功用。
3）环境（低温、高温、电磁搅扰、振荡、低气压）习惯才能强。
4）大功率。功率直接决议了机载或地上雷达的勘探间隔和勘探精度，功率越大勘探的间隔越远且越准确。
我所研发的一款机载大功率射频同轴继电器产品，其触点办法为单刀双掷，操控办法为TTL、自坚持、自关断、带辅佐触点，技能指标彻底能够满意机载运用，以下对其进行要点介绍。
二、机载大功率射频同轴继电器规划
1、技能指标
机载大功率射频同轴继电器首要技能指标见表1。产品特色是驱动电流小，功耗低、振荡等级高、耐大功率。
表1技能指标
2、产品结构及作业原理
机载大功率射频同轴继电器首要由电路操控、电磁体系、推进体系、射频切换、射频接口、辅佐触点切换、D型低频接口七部分组成。产品结构图见图1，作业原理框图见图2。
图1 机载大功率射频同轴继电器结构图
产品整体结构为长方体，上端部的对外接口是规范的9芯D型连接器低频接口，其与辅佐触点直接焊接在印制电路板上，电路板、电磁体系经过四个螺杆固定在微波通道腔盖上。推进体系包含铁芯内部的两个塑料推杆、微波通道内与微波簧片相连的两个推杆以及能够绕轴自在滚动的衔铁共三部分组成，衔铁滚动时能够完结辅佐簧片与微波传输簧片的连动。射频切换由矩形同轴传输线组成，微波传输簧片在传输线的中心方位，微波通道内的绷簧能够完结微波传输簧片的主动复位。在下端部的对外接口是规范的N型射频连接器。
产品的外罩、微波腔体、腔盖均运用铝合金资料，能够大大减轻自重，外罩外表经过氧化处理有用避免盐雾腐蚀。电路操控、电磁体系及射频部分上下放置，避免相互之间电磁搅扰。D型连接器低频接口与外罩触摸处装有密封垫，微波腔体周围与外罩触摸处装有矩形密封圈，电路操控、电磁体系、推进体系、射频切换部分被外罩包裹在一个相对关闭的空间内，避免尘埃、水汽等的进入。
机载大功率射频同轴继电器作业原理是：D型连接器低频接口接电源，额外作业电压经过电路操控部分施加到电磁体系，电磁体系的作用是把电能转换为机械能，经过推进体系完结射频及辅佐触点同步切换，射频信号经过射频接口输入或输出，辅佐信号经过D型接口输入或输出。
图2 机载大功率射频同轴继电器功用框图
3、方案规划
（1）操控电路规划
从节能及削减线圈发热视点动身，电路操控选用了自坚持及RC自关断的结构办法。为了便于主动操控，规划了辅佐触点及TTL操控办法。操控电路部分的9芯D型连接器、电子%&&&&&%、辅佐触点焊接在一块PCB上，电路原理图见图3。
图3 操控电路原理图
D型连接器1、2端子施加28Vd.c.鼓励电压，当端子4为高电平时，鼓励电压施加到线圈L1上，线圈L1上有电流经过，并出产电磁力带动组织动作，射频开关S1闭合、S2断开，因为RC冲放电电路，跟着充电的接连，电容C两头电压不断升高，当彻底截止时，线圈L1上电流为零。因为本产品为自坚持型，即便线圈L1电流变为零时，组织并不发生翻转，仍坚持在如图所示状况，当需求发生翻转时，只需在D型连接器端子5施加高电平，原理同上。
本项目产品的实践动作时间不大于15ms，为了确保产品牢靠动作，线圈中电流的持续时间应大于25ms，该时间由电容充电时间决议，其理论核算公式如下：
05（暂缺）
式（1）中：C为充电电容，R为充电回路电阻，V为电容终电压，V0为电容初始电压，Vt为t时间%&&&&&%电压。
（2）电磁体系规划
射频同轴继电器类产品中，用电磁力驱动是遍及的办法，一般电磁体系选用的类型首要是“平衡旋转式”和“螺旋管式”。“平衡旋转式”电磁体系其长处是转轴两头衔铁部分质量相对平衡，对转轴的总力矩为“零”，能够耐较高的冲击、振荡，以确保恶劣环境下的牢靠性。“螺旋管式”电磁体系长处是磁的利用率较高，磁路体系的漏磁小，铁芯的行程较大。
依据产品运用于机载条件，电磁体系选用了“平衡旋转式”结构，见图4，磁路原理见图5。
图4 平衡旋转式
图5 磁路原理图
HL-磁钢磁势；（IW）-线圈通电时发生的磁势；R钢-磁钢磁阻； R芯-铁芯磁阻； R轭-轭铁磁阻；R衔-衔铁磁阻；Rδx-磁钢与衔铁间气隙磁阻； Rδ1-衔铁在左回路中气隙磁阻；Rδ2-衔铁在右回路中气隙磁阻。
当线圈在鼓励状况下，驱动组织的静态吸力F为：
φm2、φm1为磁钢的磁通量，由公式(3)求得：
式（3）中：Hm导磁体中的磁场强度，由磁钢的去磁曲线求得，lm为磁钢的长度，k1为批改系数，Rδ为气隙磁阻，μ0为真空磁导系数，S为极靴面积。
φn为线圈的磁通量，由公式(4)求得：
式（4）中：N为线圈匝数，I为线圈电流，Rm为磁路磁阻。
电磁体系的电磁吸力核算比较烦琐，一般运用Ansoft Maxwell软件进行仿真, 为了进步产品的牢靠性，确保在全温度规模（-55℃～+85℃）正常作业，实践动作电压按+85℃时进行规划。因为额外作业电压规模24v～32v,为了确保牢靠的驱动电流，规划中有必要考虑到电磁线圈漆包线铜资料的电阻随环境温度改变的趋势，由公式(5)确认：
11（暂缺）
式（5）中：R20为20℃的电阻值；Rt为在t温度规模下丈量的电阻值；t为丈量的环境温度；α为电阻温度系数，单位1/℃。
（3）射频切换及射频接口规划
射频切换是在矩形同轴传输线中完结的，矩形同轴传输线截面见图6，在矩形传输线中设置中心簧片的通断切换结构，它的结构特色便是中心簧片坐落上下接地板的对称面上。
图6 矩形同轴传输线截面图
矩形同轴传输线的传输功率，由以下公式决议：
13（暂缺）
式（6）中：Pmax为最大峰值的击穿功率（KW）； ρ为电压驻波比；p为空气大气压力（atm）；b为接地板高度（cm）；t为中心簧片厚度；Z0为特性阻抗，50Ω。
经过式（6）能够看出，要添加矩形同轴传输线的传输功率，能够添加中心簧片厚度t、接地板之间间隔b,削减电压驻波比，而电压驻波比ρ由同轴线特性阻抗Z0相关，而影响矩形同轴线特性阻抗Z0的重要参数为中心簧片厚度t、宽度w和接地板高度b、宽度w′。其相关尺度联系核算时参照矩形同轴线特性，见表1。
表1矩形同轴线特性
射频输入输出端口均为N型同轴连接器，是圆形同轴传输线，截面见图7，其规划首要是依据同轴传输线理论相关公式（7）、（8）、（9）（10）确认表里导体尺度。
图7圆形同轴传输线截面图
同轴线的特性阻抗Zc为：
式（7）中：Z0为特性阻抗，50Ω；εr为表里导体间介质资料的相对介电常数；μγ为介质相对导磁系数，b为外导体内半径，mm；a为内导体外半径，mm。
式（8）、（9）、（10）、中：为同轴线传输的最高频率；为同轴线最大传输功率；Vm为同轴线行波峰值电压；c为光速3×108米/秒，；Z0为特性阻抗；Ebr为介质击穿场强。
由式（7），当特性阻抗Z0一守时， b/a是定值，由式(8)，a、b添加时，截止频率下降，由(9)、(10)，a、b添加，最大传输功率也添加。因为射频同轴继电器跟着作业频率的下降，其传输功率上升，所以，其截止频率不宜规划过高，而应略高于其最高作业频率，这是确保产品较大功率的重要办法，即在满意产品最高作业频率时，为进步功率，应尽量加大b和a的尺度。
在开始确认相关尺度后，进行建模，见图8，选用HFSS软件对射频传输线进行电场仿真验证，射频输入端口输入350W@8GHz功率信号，电场分布图见图9。
图8射频传输线模型
图9射频传输线电场仿真模型
该产品中心簧片与接地板最小间隔为1.5mm,空气击穿场强约为4.5×106V/m，经过仿真得到的射频传输线最大场强为4.6672×105V/m，彻底满意规划要求，而且产品现已屡次经过了耐功率实验验证。
三、定论
依据机载产品的特殊要求，经过关闭式结构及上下放置结构规划、进步了产品耐环境习惯性及抗电磁搅扰功用。TTL自关断电路规划、自坚持结构规划下降产品驱动电流及功耗，“平衡旋转式”电磁体系规划，进步了抗冲击、振荡功用，选用射频大功率规划技能进步了产品射频功率传输才能。现在该产品经过判定实验，功用指标彻底达到了机载要求，功用安稳并得到了广泛运用。
