微波合路器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅輝　王勇

摘 要：在面對當(dāng)今激烈競爭市場中的多樣化、多品種、低成本、高效率的需求，采用模塊化設(shè)計(jì)方法可以獲得質(zhì)量、品種和效益的高度有機(jī)統(tǒng)一的產(chǎn)品。本文通過對系列化頻段、多規(guī)格微波合路器的需求進(jìn)行分析，采用模塊化設(shè)計(jì)方法架構(gòu)了系統(tǒng)組件，完成了微波合路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上衍生出其他系列產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：模塊化；微波合路器；正交模轉(zhuǎn)換器；功分器

微波合路器，是一種采用三端口網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的一種微波無源器件[1]，通常安裝在微波天線的背部，與微波室外單元（ODU）連接，用于完成對微波信號的合路和功率分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微波鏈路中的分合路和熱備份等功能。目前市場上常見的微波頻段涉及頻帶較寬，通常包括6GHz到38GHz，近年來76GHz以上的頻段也陸續(xù)被開放運(yùn)用。在這些頻段中經(jīng)常涉及的電橋分配有3dB、6dB和10dB。

針對這種多樣化、多規(guī)格的需求，模塊化設(shè)計(jì)方法是一種行之有效的集質(zhì)量、品種和效益高度統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法，它能最大限度的提高模塊在整個系統(tǒng)產(chǎn)品中的復(fù)用率，有效解決開發(fā)過程中面臨的時(shí)間短、成本低、多規(guī)格需求問題[2]，同時(shí)可以大幅降低產(chǎn)品開發(fā)初期的一次性投入。

1模塊化

1.1需求分析

根據(jù)微波合路器的功能和使用情況，對微波合路器的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行梳理。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，文中所述微波合路器的需求可分為以下幾類。

電性能需求：頻段范圍從6GHz至38GHz，功率分配從3dB至10dB；安裝接口需求：不同廠家天線安裝接口、不同廠家和不同頻段規(guī)格的ODU安裝接口；工藝與成本需求：適應(yīng)于批量生產(chǎn)的工藝方法和較低的成本。

1.2模塊化離散

根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)方法及功能劃分[3][4]，對微波合路器進(jìn)行第一次模塊化離散，得到一級模塊，分別為天線安裝模塊、ODU安裝模塊、合路器內(nèi)核模塊以及附加功能模塊（如人機(jī)交互功能、包裝運(yùn)輸功能、安裝配套等模塊），如圖1所示。

通過第一次離散，得到的一級模塊具備下述模塊化結(jié)構(gòu)的組合和交互功能。由于天線安裝和ODU安裝被離散化，因而，可以通過替換不同廠家或不同接口要求的天線安裝模塊，則可得到對應(yīng)天線廠家的微波合路器，同理更換ODU安裝模塊則可得到對應(yīng)規(guī)格的微波合路器，而合路器內(nèi)核模塊保持不變。顯然，通過這種模塊化設(shè)計(jì)可以快速開發(fā)系列化接口微波合路器，大大提高了開發(fā)效率，降低開發(fā)成本。

回顧一級模塊合路器內(nèi)核模塊，在保持相鄰模塊之間的安裝接口不變的情況下，通過不同的電氣模型設(shè)計(jì)，可以容易得到不同頻段和功率分配的內(nèi)核模塊，從而實(shí)現(xiàn)系列化頻段需求的微波合路器。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，一級模塊的離散具有強(qiáng)大的組合和衍生功能，產(chǎn)品壯大性強(qiáng)大，因而一次模塊離散是相對正確的。

按照模塊化設(shè)計(jì)逐步細(xì)化的思想，考慮到寬頻段對結(jié)構(gòu)尺寸的差異性和成本需求，將天線安裝模塊和ODU安裝模塊進(jìn)行二次模塊離散，分別得到天線安裝盤組件、轉(zhuǎn)借盤組件、腔體組件、ODU轉(zhuǎn)接波導(dǎo)組件。

按照生產(chǎn)工藝成本和批量制造工藝需求，最終微波合路器進(jìn)行第三次離散，最終形成微波合路器的結(jié)構(gòu)架構(gòu)零部件，具體如下述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所述。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以REMEC ODU接口為例，通過最終模塊離散后，微波合路器結(jié)構(gòu)分為天線安裝模塊、ODU安裝模塊、把手。其中天線安裝模塊包括天線連接盤、轉(zhuǎn)借盤、快速鎖扣組件、松不脫螺釘組件；ODU安裝模塊包括ODU連接盤、掛鉤；合路器內(nèi)核模塊包括腔體組件、ODU轉(zhuǎn)接波導(dǎo)組件、極化組件，進(jìn)而，腔體組件分為主腔體、副腔體、隔板，ODU轉(zhuǎn)接波導(dǎo)組件分為ODU轉(zhuǎn)接波導(dǎo)、安裝法蘭盤。

2.1天線安裝模塊設(shè)計(jì)

天線安裝模塊涉及天線連接盤和轉(zhuǎn)接盤兩個主要零件，都采用ADC12壓鑄鋁合金壓鑄成型。分別如圖2、圖3所示。

考慮到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求，天線連接盤設(shè)計(jì)為四角星形盤類零件，其包括一塊基板， 一個中心凸臺， 四個角凸臺， 四個邊加強(qiáng)筋，中間輻射狀加強(qiáng)筋。

基板中心凸臺呈正方形， 立于基板頂面的中心， 其對角線與基板對角線方向一致； 其中心設(shè)有圓孔，其四個角設(shè)有通孔， 且貫穿基板，為轉(zhuǎn)接盤安裝結(jié)構(gòu)接口。

基板四角上的角凸臺呈矩形與圓形的復(fù)合形， 立于基板頂?shù)變擅娴乃膫€角上；其圓形中心設(shè)有圓孔，且貫穿基板；為天線和快速鎖扣提供結(jié)構(gòu)安裝接口。

轉(zhuǎn)接盤為套筒結(jié)構(gòu)，整體外形設(shè)計(jì)為天圓地方形狀，包括一塊正方形基板，四周包圍形狀的法蘭邊，一個中心圓形凸臺，四個角凸臺，四個加強(qiáng)筋?；逯行脑O(shè)有圓孔，其底面設(shè)有環(huán)繞中心圓孔的密封槽。角凸臺采用了仿羅馬柱造型，與中心凸臺相連，兼顧外觀設(shè)計(jì)的同時(shí)保證凸臺結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.2ODU安裝模塊設(shè)計(jì)

ODU安裝模塊包括ODU連接盤和供ODU連接用的掛鉤，ODU連接盤結(jié)構(gòu)如圖4所示。

ODU連接盤包括一塊四角星形基板， 一個中心凸臺，四個內(nèi)角凸臺， 四個外角凸臺，四周包圍加強(qiáng)筋， 中間輻射狀加強(qiáng)筋，四個把手安裝榫頭。

基板中心設(shè)有圓孔，內(nèi)角凸臺呈圓形，立于基板頂面對角線上， 與中心凸臺相切，其中心設(shè)有通孔，且貫穿基板，為合路器內(nèi)核模塊的結(jié)構(gòu)安裝接口。外角凸臺呈矩形， 立于基板頂面的四個角上，四個外側(cè)面設(shè)置有安裝螺紋孔，為掛鉤安裝接口尺寸。

連接盤背面設(shè)置有四個把手安裝榫頭，呈圓柱形，立于基板底面對線角上。

2.3合路器內(nèi)核模塊設(shè)計(jì)

合路器內(nèi)核主要零件包括主腔體、副腔體和隔板。腔體采用型材機(jī)加成型，如圖5所示。腔體外形呈L形，由L形型材拉擠后機(jī)加工成型，包括腔體主體，半法蘭；腔體主體內(nèi)側(cè)面設(shè)有電氣通道，通道內(nèi)設(shè)有匹配臺階；腔體主體前端和外側(cè)設(shè)有矩形波導(dǎo)出口， 波導(dǎo)出口與主腔主體的電氣通道相通；腔體外側(cè)波導(dǎo)出口周圍設(shè)有圓形密封槽。主副腔體之間設(shè)置有密封槽。

2.4把手設(shè)計(jì)

所述之把手為壓鑄件，包括一個握把和兩個安裝卯樁。握把為拱形橢圓柱體.安裝卯樁為圓柱體，其側(cè)面與握把端相連，其兩個端面上各有一個卯坑。

3小結(jié)

本文以模塊化設(shè)計(jì)方法，詳述了合路器模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)了系列化頻段以及系列化廠家ODU接口的微波合路器，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，通過正交模內(nèi)核替代合路器內(nèi)核的方法，衍生了系列正交模產(chǎn)品。

由于采用了模塊化設(shè)計(jì)的思想，使得該微波合路器設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)合理簡單，批量機(jī)加工容易，材料用量節(jié)省，產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓慶文陳世勇陳建軍《微波電路設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社，2012，4.2

[2]童時(shí)中，《模塊法設(shè)計(jì)原理方法與應(yīng)用》[M]，北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000，P8

[3]張春林，李志香，趙自強(qiáng)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)第3版》機(jī)械工業(yè)出版社6.7

[4]高衛(wèi)國，徐燕申，陳永亮，章青廣義模塊化設(shè)計(jì)原理及方法，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007.43（6）：48-54

作者簡介：王勇，本科，京信通信技術(shù)（廣州）有限公司，工程師，從事無線通信電子設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)?

羅輝，碩士，京信通信技術(shù)（廣州）有限公司，結(jié)構(gòu)室主任，從事無線通信電子設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)?