一種射頻機械開關及微波程控步進衰減器的制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種射頻機械開關，包括：動簧片、彈性夾片、直通線、衰減片和電磁繼電器，所述彈性夾片固定在衰減片兩端的接觸點，動簧片切換過程中與彈性夾片直接接觸。本發明的射頻機械開關，解決了程控步進衰減器的射頻開關頻繁切換時衰減片的接觸點的疲勞失效問題，有良好的可靠性、反復切換的一致性以及對機械應力的適應性能，提高了產品的壽命；解決了動簧片反復切換的可靠性問題，加工和裝配過程不需要單獨增加相應工藝措施，簡單方便，提高產品合格率，降低生產成本。
【專利說明】一種射頻機械開關及微波程控步進衰減器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微波衰減器領域，特別涉及一種適用于微波程控步進衰減器的高可靠 性射頻機械開關，還涉及一種微波程控步進衰減器。
【背景技術】
[0002] 微波程控步進衰減器是微波測試系統中不可或缺的電平控制部件，廣泛應用于頻 譜分析儀、矢量網絡分析儀、合成信號源、測量接收機等各類測試儀器和測試系統中。
[0003] 目前微波程控步進衰減器一般采用射頻開關技術：電磁繼電器驅動微波傳輸動簧 片在直通傳輸線和衰減片之間切換，實現多個衰減單元的不同組合，從而達到衰減量程控、 步進衰減的目的。動簧片切換過程中，與衰減片和直通線之間采用直接機械式接觸。射頻 機械開關既是射頻微波信號的傳輸通道，也是動簧片在衰減片和直通線之間切換的執行機 構，它的可靠性對微波測試儀器和系統的指標和性能有決定性影響。
[0004] 動簧片在靜簧片和衰減片之間機械切換的周期很短，一般要求20毫秒以內。由于 動簧片和衰減片之間采用直接機械式接觸，頻繁的切換會造成接觸點疲勞失效，衰減片的 相應接觸部位的鍍金層起皮、鼓包甚至脫落露出介質基片。由于微波傳輸的趨膚效應，對零 件的表面狀態要求很高，接觸點疲勞失效，鍍金層出現問題，容易造成接觸電阻增大、電接 觸失效、衰減單元會發生瞬間斷路的問題。簡單地增加衰減片的鍍金層厚度，對于提高接觸 點切換耐受次數的作用非常有限，并不能很好地解決接觸點表面狀態惡化的問題。
[0005] 普通程控步進衰減器的設計是以提高動簧片的加工和裝配精度來減小與衰減片 的接觸應力，實現對接觸點的較小破壞。這種設計方案不僅加工和裝配的難度很大，在裝配 過程中需要增加相應特殊工藝措施如定位夾具等，同時經常會出現動簧片與衰減片處于臨 界接觸狀態，在實際應用中存在一定隱患和風險。
【發明內容】
[0006] 本發明提出一種高可靠性射頻機械開關和一種微波程控步進衰減器，解決了正常 工作狀態下，微波傳輸動簧片在衰減片與直通傳輸線之間機械切換時出現的衰減片的相應 接觸部位的鍍金層因粘連、磨損造成起皮、鼓包甚至脫落露出介質基片，接觸點疲勞失效， 表面狀態惡化，導致接觸電阻增大，電接觸失效，衰減單元瞬間直流斷路等問題。
[0007] 本發明的技術方案是這樣實現的：
[0008] -種射頻機械開關，包括：動簧片、彈性夾片、直通線、衰減片和電磁繼電器，所述 彈性夾片固定在衰減片兩端的接觸點，動簧片切換過程中與彈性夾片直接接觸。
[0009] 可選地，所述動簧片、彈性夾片和直通線采用相同的材料、相同的熱處理和表面電 鍍工藝。
[0010] 可選地，所述動簧片、彈性夾片和直通線均采用鈹青銅材料，通過時效強化熱處理 使其硬度達到HV390-410,表面處理均采用含鈷0. 08%?0. 3%的金鈷合金鍍層。
[0011] 可選地，所述衰減片選用陶瓷或者寶石硬介質基片上集成薄膜電阻實現。
[0012] 可選地，所述彈性夾片采用彈性收口的結構，收口前尺寸與衰減片厚度相同，收口 后口部角度數據為10-20度。
[0013] 可選地，所述彈性夾片收口后口部角度數據為15度。
[0014] 可選地，所述彈性夾片和衰減片的接觸點采用釬焊方式固定。
[0015] 可選地，釬焊焊料選用含銦的焊料。
[0016] 本發明還提供了一種微波程控步進衰減器，包含上述的射頻機械開關。
[0017] 本發明的有益效果是：
[0018] (1)解決了程控步進衰減器的射頻開關頻繁切換時衰減片的接觸點的疲勞失效問 題；
[0019] (2)有良好的可靠性、反復切換的一致性以及對機械應力的適應性能，提高了產品 的壽命；
[0020] (3)解決了動簧片反復切換的可靠性問題，加工和裝配過程不需要單獨增加相應 工藝措施，簡單方便，提高產品合格率，降低生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本發明一種射頻機械開關的結構示意圖；
[0023] 圖2為本發明的彈性夾片的結構示意圖；
[0024] 圖3為本發明的彈性夾片與衰減片裝配示意圖；
[0025] 圖4為采用若干組本發明的射頻機械開關的微波程控步進衰減器的一個實施例 的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0027] 普通程控步進衰減器以提高動簧片的加工和裝配精度來減小與衰減片的接觸應 力，實現對接觸點的較小破壞，加工和裝配的難度很大，在裝配過程中需要增加相應特殊工 藝措施如定位夾具等，同時經常會出現動簧片與衰減片處于臨界接觸狀態，在實際應用中 存在一定隱患和風險。
[0028] 本發明的射頻機械開關包括：電磁繼電器、微波傳輸動簧片、彈性夾片、直通傳輸 線和哀減片，其中彈性夾片安裝在哀減片的兩端的接觸點，以保證動黃片切換過程中能夠 有效保護衰減片和可靠的電接觸。彈性夾片選用彈性和耐磨性優良的鈹青銅材料，并進行 實效強化熱處理以保證良好的強度、硬度和耐磨性。
[0029] 如圖1所不，本發明的射頻機械開關包括：動黃片10、彈性夾片20、直通線30、哀 減片40和電磁繼電器50,彈性夾片20固定在哀減片40兩端的接觸點，動黃片10切換過程 中與彈性夾片20直接接觸，兩者之間具有良好的可靠性、反復切換的一致性以及對機械應 力的適應性能。在哀減片兩端的接觸點增加了彈性夾片，在動黃片頻繁切換過程中，可有效 保護衰減片，防止因衰減片鍍金層被粘連磨損造成的電接觸不可靠。
[0030] 上述動簧片10、彈性夾片20和直通線30均采用相同的材料、相同的熱處理和表面 電鍍工藝，三者的強度、硬度和彈性模量等材料屬性一致，避免了接觸疲勞強度差異較大的 材料直接接觸，有助于提高壽命，改善接觸點表面狀態。
[0031] 優選地，動簧片10、彈性夾片20和直通線30均采用彈性和耐磨性能優良的鈹青 銅（C17200)材料，同時通過時效強化熱處理使其硬度達到HV390-410,表面處理均采用硬 度較高的含鈷〇. 08 %?0. 3%的金鈷合金鍍層，大大提高零件的彈性，保證動簧片切換過 程中的各零件表面的耐磨性和足夠的接觸應力，提高程控步進衰減器的壽命并獲得整個壽 命周期的穩定性和電氣性能的一致性。衰減片選用陶瓷或者寶石硬介質基片上集成薄膜電 阻實現，以獲得較好強度和散熱性。
[0032] 圖2所示為本發明的彈性夾片結構示意圖，圖3為彈性夾片與衰減片裝配示意圖。 從圖2和圖3中可以看出，彈性夾片采用彈性收口的結構設計，收口前尺寸A與衰減片厚度 相同，收口后口部角度數據B為10-20度，優選15度，成型后口部尺寸小，內部尺寸大，使彈 性夾片與衰減片結合彈性結構應力可以保持可靠和良好的接觸。
[0033] 對于少數工作在高頻段較薄的衰減片，彈性夾片無法獲得可靠地彈性結合應力， 應采用釬焊方式固定。由于彈性夾片和衰減片的接觸點均為鍍金層，釬焊時選用對金層無 浸析或熔蝕的含銦的焊料，例如In50Pb50,實現更理想更可靠的電接觸和電氣性能。
[0034] 基于上述射頻機械開關，本發明還提出了一種微波程控步進衰減器，該微波程控 步進衰減器中包含上述的射頻機械開關，圖4中給出了采用若干組本發明的高可靠性射 頻機械開關的微波程控步進衰減器的一個實施例的結構示意圖，該微波程控步進衰減器為 3. 5mm微波程控步進衰減器，在工作頻率100MHZ?26. 5GHz范圍內，端口駐波比SWR < 1. 7， 插入損耗< 3. OdB，電氣和機械壽命可以提高到500萬次水平，完全滿足指標要求的同時大 大提高了程控步進衰減器的壽命，有效地避免了瞬間直流斷路等隨機失效問題。
[0035] 本發明的射頻機械開關和含有該射頻機械開關的微波程控步進衰減器，解決了程 控步進衰減器的射頻開關頻繁切換時衰減片的接觸點的疲勞失效問題，有良好的可靠性、 反復切換的一致性以及對機械應力的適應性能，提高了產品的壽命；解決了動簧片反復切 換的可靠性問題，加工和裝配過程不需要單獨增加相應工藝措施，簡單方便，提高產品合格 率，降低生產成本。
[0036] 以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種射頻機械開關，其特征在于，包括：動簧片、彈性夾片、直通線、衰減片和電磁繼 電器，所述彈性夾片固定在哀減片兩端的接觸點，動黃片切換過程中與彈性夾片直接接觸。
2. 如權利要求1所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述動簧片、彈性夾片和直通 線采用相同的材料、相同的熱處理和表面電鍍工藝。
3. 如權利要求2所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述動簧片、彈性夾片和直通 線均采用鈹青銅材料，通過時效強化熱處理使其硬度達到HV390-410,表面處理均采用含鈷 0. 08 %?0. 3 %的金鈷合金鍍層。
4. 如權利要求1所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述衰減片選用陶瓷或者寶 石硬介質基片上集成薄膜電阻實現。
5. 如權利要求1所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述彈性夾片采用彈性收口 的結構，收口前尺寸與衰減片厚度相同，收口后口部角度數據為10-20度。
6. 如權利要求5所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述彈性夾片收口后口部角 度數據為15度。
7. 如權利要求1所述的一種射頻機械開關，其特征在于，所述彈性夾片和衰減片的接 觸點采用釬焊方式固定。
8. 如權利要求7所述的一種射頻機械開關，其特征在于，釬焊焊料選用含銦的焊料。
9. 一種微波程控步進衰減器，其特征在于，包含權利要求1至8中任一項所述的射頻機 械開關。
【文檔編號】H01H1/06GK104124495SQ201410330671
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】趙樹偉, 吳強, 張文興, 馬建壯, 曲志明, 王加路 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所