波導開關

波導開關是微波電子設備中的常用器件，其功能是按需選擇微波通道並實現對信號的高質量傳輸。與其它微波開關相比機電微波波導開關具有駐波低、插入損耗小、功率容量大的特點，已廣泛套用於雷達、電子對抗等系統中。

基本介紹

• 中文名：波導開關
• 外文名：waveguide switch
• 解釋：可按需要阻止或分配電磁波的器件
• 性質：開關

簡介

按驅動方式分電動波導開關和手動波導開關，按結構形式分E面波導開關和H面波導開關；適用波導類型有矩形波導和雙脊波導，標準矩形波導開關從BJ32到BJ900共18個品種，產品頻率範圍覆蓋2.60-110GHz，全波導頻寬內的典型駐波VSWR≤1.15，典型插損IL≤0.3dB，典型隔離度為ISO≥40dB， 在20%波導頻寬內隔離度可達ISO≥60dB。波導開關的基本材料為銅材、鋁材，表面處理有鍍銀、鍍金、鍍鎳、鈍化、導電氧化等處理方法。波導開關的外形尺寸、法蘭、材料、表面處理和電氣指標要求均可以按用戶要求定製。

小型化 Ku 波段機電波導開關

隨著微波技術的發展，雷達等微波裝備的工作頻帶越來越寬、功率越來越大、靈敏度越來越高且集成度逐步提升，這對波導開關的頻帶、功率容量、隔離度、小型化提出了更高的要求。因此，開展寬頻帶、高功率、高隔離、小型化波導開關的研究對雷達和通信系統的發展具有重要意義。

工作原理

通常機電波導開關為旋轉式開關，在結構上由驅動電機和微波系統兩部分構成。微波系統由微波轉子和微波定子組成，其中微波轉子內部設有彎曲微波通道，微波定子的周邊設有波導窗。微波轉子通過軸承安裝在微波定子中。微波轉子和微波定子間存在一定間隙，在電機的驅動下可在其中往復轉動。如果彎曲通道和某兩個波導窗相連則這兩波導窗處於導通狀態，否則處於截止狀態。波導開關微波系統截面圖如圖1所示。

特點與參數

可以看到產品具有小尺寸、寬頻帶、低駐波、小插損、高隔離的特點。

參數：

工作頻率 12.4GHz～17.0GHz。

駐波 ≤1.10 。

插入損耗 ≤0.1d B 。

隔離度 ≥60d B 。

長×寬 ≤38mm×38mm 。

射頻接口 BJ140矩形波導。

新一代天氣雷達波導開關

CNIRAD/SA雷達是由中美合資研製的新一代都卜勒天氣雷達，前身是美國的WSR88d，目前國內已陸續布設了近80部且出口到部分國家，取得了較好的社會經濟效益。隨著運行時間的增長，雷達波導開關報警是比較頻發的故障，影響了雷達的可用性。由於雷達使用的進口波導轉換開關，且其報警是受多方面的因素決定，目前國內難以找到相關使用維修方面的資料。

波導轉換開關基本原理

波導轉換開關按工作方式可分為：機電式開關和鐵氧體開關兩大類。機電式開關是利用數字電機帶動閥門或轉子轉動從而達到對微波信號的關斷和通道切換。鐵氧體開關是利用具有鐵磁特性的微波鐵氧體材料結合激勵電路製作的可電控的微波鐵氧體器件。相比機電式開關，該產品具有轉換速度快，移相精度高，工作狀態穩定等特點。由於CNIRAD/SA雷達是具有24小時連續工作的多譜勒新一代天氣雷達，鐵氧體波導轉換開關就成了首選。

CNIRAD/SA天氣雷達波導轉換開關

1、CNIRAD/SA天氣雷達射頻信號通道流程

CNIRAD/SA天氣雷達發射機從速調管高頻放大後生成了大功率射頻信號，經通道到達發射機櫃外後，首先通過禍合器、到達諧波濾波器，再經過環流器，輸出到頻譜濾波器、方向禍合器IDC2。然後由IDC2把射頻能量送到波導轉換開關，在RDASC主控程式的控制下，波導轉換開關內的大功率射頻能量，經過波導送至天線/天線座，然後經TR/環流器、方位和俯仰關節方向禍合器（雙向）送到天線饋源被發射出去。在正常發射電磁能量時，能量應該指向天線，而雷達待機狀態或雷達進人標定狀態時能量須打向假負載。

在正常工作情況下，大功率射頻能量由發射機方向過來，經波導開關S和PORT1口進人波導開關，經PORT4口去通向天線的波導通道，通向假負載的PORT2、PORT3是關閉的，當雷達進行系統標定或待機時，通過波導開關的內部裝置，PORT1與PORT2相通，發射機功率信號將打向假負載2，由負載2吸收信號能量以方便雷達系統內進行的標定測試。根據CNIRAD/SA雷達控制台RDASC的控制，雷達被設定成最少2小時、最長72小時必須進行雷達系統自動標定，以便讓雷達系統保持較好的工作性能和正確的探測參數。

2、CNIRAD/SA天氣雷達波導轉換開關結構

在圖1中，右側1所示是可以帶波導彎的轉子，它可以在波導轉換開關選擇PORT出口時進行旋轉，以便在兩兩波導口之間交替地完成傳輸。2是定子，是由鋁材或銅材整體加工而成，波導口是對稱地排列在定子的四個方向上。4是拔塊2，在電磁開關的動作下，可以帶動拔塊1作往返運動，並可帶動彈簧片5對微觸點開關6進行開關，這樣就可以把波導開關的定子位置報告給雷達控制台RDASC主控程式，如果說它的位置和主控程式指定的位置不一致，則雷達被強制設定為INOPRATE，即雷達不可以操作，並給出報警信息，Waveguide Switch Failure。7是電磁開關，是波導開關的動力裝置。8是插座XS（J）l，為波導開關的轉換提供電力與控制信號，同時可以把波導開關的信息及時傳遞到雷達主控制台的信號接口。

故障分析

1、因為外部環境的變化而造成雷達波導開關報警故障

這是2012年2月17日連雲港雷達開機給出的報警。WAVEGUIDE SWITCH FAILURE根據相關資料，CINRAD/SA與WSR一88D都使用由SECTOR MICROWAVE IND製造商生產的同一型號波導開關（SM2-641）查閱相關資料，發現波導開關對機房環境是有明確的要求的，工作溫度需在+0.0/+35.0℃，上述故障報警發生在冬季，山頂室外氣溫在零下8℃以下，機房溫度較低，波導開關的報警也就正常了。此情況下，可以提前對雷達預熱，或利用DAU調試程式，試著把波導開關打在天線位置，經過兩到三次的操作預熱，一般雷達就可以開機了，波導開關報警故障消除。相似的故障有，在有雷達波導開關失敗的同時報波導濕度壓力報警，這時也要考慮機房是否空氣濕度較大，應及時開啟除濕裝置。除濕後一般相應報警就會自行去除。

2、雷達波導轉換開關沒接到命令，開機失敗

根據前面所述，這時如果測量波導開關的輸人控制信號XS（J）1的A、B兩端是否有+28V，如沒有，先檢查5PSI分機的+28v是否正常，如果沒有，立即檢修5PSI監控電源，若正常，可以先行用RDA計算機帶有的DAU測試程式進行測試，進行天線模擬，當把開關打在天線狀態時，再測量波導開關的輸人控制信號XS（J）1的A、B兩端是否有+28V，如有，可以查看天線命信令是否正常輸出。