专利名称：机电微波开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电微波开关。
背景技术：
大部分电子电路包括一个或多个开关机构，用于选择地将电信号发送给电路中的 不同部件。这样的开关机构大部分通常为固态，基于晶体管的开关、机电装置例如继电器， 或者通过手动的纯机械开关。尽管这些开关很好地用于相对低频的信号，但是当要转换的 电信号的频率延伸至千兆赫范围时需要更复杂的机构。当转换高频信号例如微波信号时，开关必须仔细设计，以避免信号的任何不需要 的反射和信号通路中的损失。例如，普通使用的微波开关通常有多个螺线管驱动的触点垫， 这些触点垫安装在塑料杆的端部。触点垫选择地从电路板上升高或布置在电路板上，以便 断开或形成电连接。各触点垫是精确制造的机械加工部件，它在弯曲时有弹性，这样，触点 垫稍微自清洁。这种开关设计的部件必须精确制造使得这种开关设计的制造非常昂贵。而 且，很难平衡触点的清洁作用(通过微机械加工、手调节或润滑剂)和接触磨损。触点的长 寿命(超过1000万次操作)或保证第一时间操作将很难实现，且通常不能满足。最后，这 样的开关可能有相对降低的隔离，因为当触点从电路板升高很短距离时产生电容性连接。由于这些和其它问题，还需要一种改进的电开关系统，它能够用于微波或其它信 号。
发明内容
这里所述的技术涉及电子开关，特别是涉及能够转换高频微波信号的开关。在一 个实施例中，开关包括可旋转触点，它选择地与多个导体中的一个对齐，例如微波传输带 线。可旋转触点通过一对马达来运动，该对马达可编程地使得触点从印刷电路板上升高，并 使得触点旋转至合适位置和使得触点降低至合适位置。当触点布置在电路板上时，马达还 可以使得触点运动以便清洁该触点。在一个实施例中，触点固定在杆上。该杆通过第一步进马达而绕它的纵向轴线旋 转，并通过第二步进马达而沿它的长度前后运动。通过第二步进马达的运动使得触点能够 以可调节的压力布置在印刷电路板上。压力可调节，以便补偿触点的寿命、磨损、机械加工 公差或者保证操作。这里的发明内容用于引入简化形式的概念的选择，它们将在后面的具体实施方式
中进一步介绍。该发明内容并不是说明要求保护的主题的关键特征，也不是用于帮助确定 要求保护的主题的范围。
通过下面的详细说明并结合附图，将更清楚和更好地理解所述技术的前述方面和 很多附加优点，附图中
图1表示了印刷电路板的一部分，该印刷电路板有多个微波传输带线和根据所述 技术的一个实施例的可旋转开关触点；图2A表示了根据所述技术的一个实施例构成的开关；图2B表示了根据所述技术的一个实施例在管中的绝缘衬套，该绝缘衬套将可同 轴旋转的触点支承在触点载体中；图2C表示了根据所述技术的一个实施例的开关的分解图；图2D表示了根据所述技术的一个实施例穿过可旋转开关触点的信号通路；图3表示了金属背屏幕的一部分，它套装在印刷电路板上，并容纳用于图2A所示 开关中的可旋转触点；以及图4表示了根据所述技术的一个实施例布置为形成可编程衰减器的一对开关。
具体实施例方式如上所述，这里所述的技术涉及一种开关，它可以用于从输入部向输出部发送电 信号，特别是高频电信号。图1表示了金属背印刷电路板10的一部分，多个微波传输带线 12a-12h固定在它上面。微波工程领域的技术人员应当知道，接地区域Ha-14h位于微波 传输带线1加-1 1之间，这样，微波信号在微波传输带线和接地区域之间的空间中传送。尽 管印刷电路板10有圆形形状，但是应当知道，作为更大电路板的一部分可以包含印刷电路 板，该更大电路板上有固定在它上面的、其它图形的微波传输带线或痕迹。在所示实施例中，微波传输带线Ih-Ia1从金属背印刷电路板10上的中心点径 向向外延伸。可旋转触点20定位成这样，使得触点的一端选择地与一个微波传输带线 lh-12g接合，触点20的另一端选择地与RF连接器(未示出)接合。通过改变触点20的 角度方位，选择地在一个微波传输带线和射频(RF)连接器之间形成导电通路。图2A表示了根据所述技术的机电微波多路复用器或开关的一个实施例。该开关 有轴30，该轴30支承可旋转触点20并使得可旋转触点20运动。金属触点载体32固定在 轴30的一端上。触点载体32有第一空心端，该第一空心端中有中心开口，轴30的端部装 配在该中心开口中。在一个实施例中，可旋转触点20包括导电金属带，该导电金属带装配 在绝缘衬套34中。绝缘衬套34固定在触点载体32的侧壁中，这样，触点的一部分从触点 载体32径向向外延伸。绝缘衬套34允许触点20的端部与微波传输带和RF连接器上的销 接合和脱开，但是防止触点径向向内或向外运动。图2B中表示了绝缘衬套34和触点载体32的实施例的更详细视图。在开关的该 剖视图中，印刷电路板10环绕它的外边缘为八边形形状，这样，多个RF连接器16a、16b等 可以安装在开关上，并与相应的一个微波传输带线Ua_12b等连接。触点20固定在衬套34 的内壁中的孔内，这样，触点的端部自由挠曲。在一个实施例中，触点20由较小的矩形导电 金属杆形成，它优选是在用于微波完整性和匹配的包围管中，且不必设计成自清洁。衬套34 置于触点载体32的侧壁中的径向孔内，这样，触点20的一端从触点载体径向向外延伸，触 点的另一端径向向内延伸至触点载体中的空心开口内。下面回来参考图2A，一对步进马达40和44通过来自位置控制器64的信号来驱 动，以便使得轴30旋转和/或使得触点20从印刷电路板升高和降低。两个步进马达都相 对于印刷电路板10保持成相互固定关系。在一个实施例中，步进马达40和44固定在金属顶屏的印刷电路板70上，该印刷电路板70套装在印刷电路板10上的微波传输带线上面， 并固定在印刷电路板10上。在所示实施例中，步进马达40是花键驱动步进马达，它有与轴30的外部上的多个 纵向花键42接合的齿轮齿。通过来自位置控制器64的指令而驱动步进马达40将使得轴 30绕它的纵向轴线旋转，并因此改变触点20的角度方位。步进马达可以有200或更多步 级，具有1. 8度或更小的分辨率。更大数目的步级可以用于更细小的分辨率，并可能更长时 间地使得触点运动。类似的，更少的步级可以用于缩短运动时间，但是分辨率更小。步进马达44有线性驱动器，该线性驱动器使得螺纹部件46 (例如螺母)旋转。螺 母有螺纹，该螺纹与在环绕轴30的套筒48的外部上的相应螺纹接合。套筒48的一端包括 凸缘50。弹簧52在一端固定在凸缘50上，在另一端固定在轴30的径向凸缘M上。通过 来自位置控制器64的指令而驱动步进马达44将使得螺母46能够使套筒48朝向触点载体 32运动或远离该触点载体32。当步进马达44使得套筒48充分远离触点载体32时，触点20的一端按压在印刷 电路板10上，以便与微波传输带线接合。触点20的另一端与RF连接器80的中心传导销 82接合，最好如图2D中所示。在一个实施例中，RF连接器80为固定在电路板10上的2. 92 类型连接器。不过，可以使用其它类型合适的微波连接器。也可选择，与触点20接合的销 82可以与在印刷电路板的另一侧延伸的微波传输带线连接。触点20在印刷电路板10和中心传导销82上的压缩力控制为弹簧52的压缩量。当步进马达44使得套筒48远离触点载体32时，弹簧52伸长至这样的点，其中， 套筒远离触点载体32的进一步运动将使得触点20升高离开电路板。尽管所述实施例采用 缠绕弹簧52来调节触点20在印刷电路板上的压力，但是应当知道，其它机构例如片簧、磁 弹簧或气体弹簧可以用于改变触点与微波传输带线接合的压力。编码器电路板60上有检测轴30的旋转(角度)和轴向位置的普通电路。在编码 器电路板60上的电路向位置控制器64提供了说明轴30的旋转和轴向位置的位置信号。 位置控制器64可以包括微控制器或其它可编程电路，该微控制器或其它可编程电路执行 储存在计算机可读介质(IC、闪存、CD、DVD等)上的一系列程序指令。这些程序指令使得 位置控制器64读出位置信号，并产生合适的驱动信号，用于使得一个或两个步进马达40和 44运动，以便使得触点20位于合适位置。位置控制器64可以从多个装置(例如在电路中 的其它部件)、或者从远处的计算机、微控制器、或者从人工驱动开关接收信号，以便选择触 点20的合适角度方位。在一个实施例中，位置控制器64设置成通过计算机通信链路(I2C、 SPI、USB、火线、WI-FI、LAN、WAN等)而与其它计算机或其它电路通信，以便使得位置控制器 64能够遥控，或者能够执行例如遥控复位或硬件数据更新等任务。金属顶屏电路板70覆盖印刷电路板10，该金属顶屏电路板70中有狭槽，该狭槽 覆盖微波传输带线。最好如图2C和3所示，金属顶屏电路板70有多个狭槽72a-72h，它们 覆盖在印刷电路板10上的微波传输带线12a-12h。金属顶屏有孔72，轴30穿过该孔72装 配。当装配时，金属顶屏70定位成平齐地抵靠印刷电路板10。金属顶屏包括第一凹口 74， 该第一凹口 74足够深，以便当触点20从印刷电路板10升高时接收触点载体32。第二凹口 76的深度和直径允许触点20从印刷电路板10升高和通过轴30旋转。在操作过程中，步进马达40、44 一起操作，以便使得触点20旋转和/或升高。当步进马达40、44均运动相同的量时，触点20旋转，但是并不在印刷电路板上升高或降低。 当步进马达44使得螺母46相对于轴30运动时，轴将从电路板10拉回，或者朝着电路板前进。在一个实施例中，位置控制器64向步进马达44提供信号，以便使得触点20从印 刷电路板升高。然后，位置控制器向步进马达40和44提供信号，以便使得触点20旋转，并 与合适的微波传输带对齐。一旦触点20与合适的微波传输带线对齐，信号从位置控制器64 供给到步进马达44，以便使得触点20与合适的微波传输带线和RF连接器接合。位置控制 器64也可以产生信号，例如模拟驱动信号，该信号使得步进马达40能够使触点前后运动， 同时该触点与微波传输带线和RF连接器接合。这将在触点上产生刮削作用，刮削作用清洁 触点，并提高开关的传导性。这样的清洁循环可以定期进行，或者根据某些其它预定电路情 况来进行，例如重新启动、复位或根据操作者的指令。在一个实施例中，开关的DC阻抗通过合适的测试电路来检测，该测试电路可以内 置于位置控制器64中，或者通过单独的电路部件而形成。根据检测的DC阻抗，位置控制器 64可以起动在可旋转触点20上的刮削循环，或者可以增大或减小触点压靠微波传输带线 和RF连接器80的中心导体82的压力。图4表示了使用根据所述技术构成的一对开关，它们布置为产生可编程的衰减 器。在该结构中，第一开关100包括可旋转触点102，该可旋转触点102使得RF连接器(未 示出)与多个微波传输带线104a-104h中的一个连接，该RF连接器操作为在开关中心处的 输入部。第二开关110包括可旋转触点112，该可旋转触点112使得RF连接器与多个微波 传输带线IHa-IHh中的一个连接，该RF连接器操作为在开关中心处的输出部(未示出)。 各微波传输带线104a-104h和114a-114h通过不同的衰减电路130a_130h而连接在一起。 例如，各衰减电路可以是Pi或T型衰减器电路。通过控制触点102和112的角度位置，可 以在输入部和输出部RF连接器之间产生可变的衰减。因为开关100和110形成于单个印 刷电路板上，因此不需要在衰减器中的电缆，且衰减电路130a-130h的值得以仔细控制，以 便提供衰减操作。应当知道，所述技术的开关/多路复用器提供了优于普通螺线管驱动的微波开关 /多路复用器的多个优点。首先，所述开关可以直接安装在印刷电路板上。此外，可旋转触 点布置成几乎与选定的微波传输带线成一直线，从而降低了插入损失和阻抗不匹配。由于 步进马达的控制而产生的升高和布置运动，在触点上的磨损减小，且触点的寿命延长。此 外，通过监测来自编码器电路板60上的电路的信号，触点20和微波传输带线可以对齐，而 不需要密集劳动的人工调节。而且，经过一段时间的触点磨损也可以由位置控制器64来 考虑。例如，位置控制器64可以编程，以便记住开关进行运动的次数，并对触点压力进行调 节，以便补偿触点磨损。此外，开关减少了精确制造部件的数目。最后，所述开关提高了绝 缘性能，因为触点相对远离未连接微波传输带线进行运动，且屏蔽金属代替它的位置。尽管已经表示和介绍了示例实施例，但是应当知道，在不脱离本发明范围的情况 下可以进行多种变化。例如，代替使用螺纹线性步进马达来升高和降低触点，应当知道，其 它机构例如凸轮机构可以用于升高和降低触点。在另一可选形式中，步进马达可以由同样 操作的伺服马达来代替。因此，本发明的范围由下面的权利要求和它们的等效物来确定。
权利要求
1.一种开关，用于在印刷电路板中选择地发送电信号，所述开关包括轴；触点，该触点与该轴连接；第一马达，该第一马达选择地使得该轴旋转；以及第二马达，该第二马达使得该轴进行轴向运动，以便使得触点从印刷电路板上升高和 降低；其中，该第一马达和该第二马达设置成从位置控制器接收驱动信号，以便使得该触点 从印刷电路板升高，使得该触点旋转至印刷电路板上的新位置，并使得该触点置于印刷电 路板上。
2.根据权利要求1所述的开关，其中该触点的一端构造成选择地布置在印刷电路板 上的微波传输带线上，且另一端构造成与RF连接器电连接。
3.根据权利要求1所述的开关，其中该触点通过触点载体与轴连接，且该触点固定在 该触点载体的侧壁内，这样，该触点的一端从该触点载体径向向外伸出，且另一端径向向内 伸入该触点载体中的凹口内。
4.根据权利要求1所述的开关，其中第二马达使得套筒朝向印刷电路板运动或离开 印刷电路板运动，弹簧在第一端固定在套筒上，在第二端固定在轴上，这样，套筒的运动调 节该触点与微波传输带接合的压力。
5.根据权利要求1所述的开关，其中该开关包括编码器电路，用于产生表示轴的角度 位置和轴向位置的信号。
6.一种开关，用于选择地使得印刷电路板上的多个微波传输带线中的一个与RF连接 器连接，所述开关包括可旋转触点，该可旋转触点的一端设置成与选定的微波传输带线电接触，另一端设置 成与RF连接器电接触；轴，该轴与该可旋转触点连接；用于使得轴旋转的旋转装置，以便使得该可旋转触点旋转；用于使得该轴进行轴向运动的运动装置，以使得该触点从选定的微波传输带线和RF 连接器升高和降低；以及控制器，该控制器构造成产生驱动信号，该驱动信号由用于使得轴旋转的旋转装置和 用于使得轴进行轴向运动的运动装置来接收，这样，该触点选择地从印刷电路板升高、旋转 成与选定的微波传输带线对齐，并降低至该选定的微波传输带线上。
7.根据权利要求6所述的开关，还包括编码器电路，该编码器电路构造成产生表示轴 的角度方位和轴的轴向位置的信号。
8.根据权利要求6所述的开关，还包括弹簧，用于控制该可旋转触点与印刷电路板上 的微波传输带线接合的压力。
9.根据权利要求6所述的开关，其中当该触点与微波传输带线接合以便清洁该可旋 转触点时，控制器构造成产生驱动信号，该驱动信号由用于使得轴旋转的旋转装置来接收。
10.根据权利要求9所述的开关，其中使得轴旋转以便清洁该触点的该驱动信号是模 拟驱动信号。
11.一种开关，所述开关构造成在印刷电路板中选择地发送信号，所述开关包括第一电触点；轴，该轴有固定在该轴上的可旋转触点；多个电导体，这些电导体在印刷电路板上从该第一电触点向外伸出； 第一马达，该第一马达构造成使得该轴旋转，以便使得该可旋转触点与电导体中的一 个对齐；第二马达，该第二马达构造成使得该轴运动，这样，该可旋转触点从电导体上升高或者 降低至电导体上；以及控制器，该控制器构造成驱动该第一马达和该第二马达，这样，该可旋转触点从电导体 中的一个升高，旋转成与另一个电导体对齐，并降低在该另一个电导体和该第一电触点上。
12.根据权利要求11所述的开关，还包括 弹簧，用于调节该可旋转触点降低至该另一个电导体上的力。
全文摘要
本发明公开了一种机电微波开关，用于在印刷电路板上选择地发送电信号，特别是微波信号，该开关包括可旋转触点，该可旋转触点与轴连接。第一马达构造成使得轴旋转，且第二马达构造成使得轴进行轴向运动，以便使得该触点从该印刷电路板升高。位置控制器产生驱动信号，该驱动信号由该第一马达和该第二马达接收，以便使得该触点从印刷电路板升高，使得该触点旋转至合适位置，并使得触点降低至电路板上。
文档编号H01H25/00GK102142327SQ20101061061
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年1月4日
发明者M·阿什克罗夫特 申请人:福鲁克公司