GB∕T 38771-2020 宇航用微波开关通用规范

书 书 书犐 犆犛 犞 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准犌犅犜 宇航用微波开关通用规范犌犲 狀 犲 狉 犪 犾狊 狆 犲 犮 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳犿 犻 犮 狉 狅狑犪 狏 犲狊 狑 犻 狋 犮 犺犳 狅 狉狊 狆 犪 犮 犲犪 狆 狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀 发布 实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局国 家 标 准 化 管 理 委 员 会发 布目次前言范围规范性引用文件术语和定义一般要求设计要求验证要求犌犅犜 前言本标准按照 给出的规则起草。本标准由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会（ ）提出并归口。本标准起草单位：北京航天微机电技术研究所、西安空间无线电技术研究所。本标准主要起草人：张楚贤、苌群峰、文平、杨军、朱丹、田亚伟、蔡立兵、郑国龙、王文涛、姜东明、刘洪。犌犅犜 宇航用微波开关通用规范范围本标准规定了宇航用微波开关（以下简称微波开关）设计和验证的通用要求。本标准适用于宇航用微波开关产品的设计和验证，不适用于微波集成电路开关芯片。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 包装储运图示标志 电工电子产品环境试验概述和指南 系统可靠性分析技术失效模式和影响分析（）程序 （所有部分）印制板组装 洁净室及相关受控环境第部分：空气洁净度等级术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 同轴开关犮 狅 犪 狓 犻 犪 犾狊 狑 犻 狋 犮 犺高频接口为同轴连接器的微波开关。 波导开关狑犪 狏 犲 犵 狌 犻 犱 犲狊 狑 犻 狋 犮 犺高频接口为波导的微波开关。 动作电压狆 犻 犮 犽 狌 狆狏 狅 犾 狋 犪 犵 犲微波开关从一个状态切换到另外一个状态所需要的最小电压值。 工作电压狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狀 犵狏 狅 犾 狋 犪 犵 犲在规定的工作环境范围内，保证微波开关可以正常切换的电压范围。 切换时间狊 狑 犻 狋 犮 犺 犻 狀 犵狋 犻 犿犲微波开关切换时，从接受激励信号到微波开关切换并稳定到目标状态所需要的时间。注：对于同轴微波开关，切换时间包括簧片回弹时间，对于波导微波开关，切换时间包括转子抖动时间。 指令干扰敏感度狉 犻 狆 狆 犾 犲狊 犲 狀 狊 犻 狋 犻 狏 犻 狋 狔当系统激励电路存在一定干扰时，微波开关不产生误动作的能力。犌犅犜 线圈瞬态抑制犮 狅 犻 犾狋 狉 犪 狀 狊 犻 犲 狀 狋狊 狌 狆 狆 狉 犲 狊 狊 犻 狅 狀微波开关切换动作时，在激励电路上产生的瞬态反向电动势大小。一般要求 分类和组成按照微波信号传输方式以及开关接口形式，微波开关可分为同轴开关和波导开关，以下如无特别指明，均适用于两种微波开关。按照结构及功能，微波开关主要由遥测遥控组件、电磁驱动组件和微波导行组件组成。遥测遥控组件对控制指令信号进行处理，并提供反映开关状态信息的遥测信号；电磁驱动组件将驱动电信号转化为机械力，驱动微波导行组件中可动部件实现机械动作；微波导行组件通过可动部件的机械运动，实现微波信号在需要端口间的传输。图为某型同轴微波开关结构及其各部分组成的示意图。图微波开关的组成 设计原则微波开关的设计应遵循以下原则：）微波开关设计总原则：微波开关的设计不仅应有优良的性能指标满足宇航需求，而且还要有稳定的生产工艺性以保证宇航供货合同的要求；）通用化、系列化、模块化原则：以最少的零件构成最多的组件，以最少的组件构成最多的产品；形成的产品品种、规格以及系列，应能最大限度地满足宇航应用对微波开关的选用要求；）结构工艺性原则：要求有良好的可加工性，有利于保证加工质量的稳定性和一致性；）电磁驱动组件设计原则：在满足吸力特性要求的前提下线圈功耗最小；或在规定的线圈功耗前提下，使磁效率最高，吸力反力特性配合最佳；）微波导行组件设计原则：在满足外形体积要求的前提下，实现最佳的阻抗匹配，实现最小的驻波比、插入损耗，最大的隔离度以及最大的功率容量和微放电阈值；）可靠性设计原则：在满足产品性能指标的前提下，应确保在温度、力学、真空、辐照等环境下产品能满足应用要求，同时权衡产品的经济性。 设计输入微波开关的设计输入可包括以下内容：犌犅犜 ）与用户签订的技术合同；）国家相关标准法、产品质量法、有关国家军用标准；）用户和行业认可的标准和准则；）国内外新的科研成果；）加工工艺要求；）宇航系统安全性要求；）人身健康和安全性要求；）宇航用微波开关质量保证要求。 设计与验证输出微波开关的设计与验证输出应包括以下内容：）设计策划报告；）设计图纸、设计报告、研制总结报告、产品规范等设计文件；）工艺规程、工艺细则、数据记录等工艺文件；）可靠性验证报告、试验验证大纲、试验验证报告等证明文件；）产品使用手册。 设计和验证的流程设计和验证的流程按图进行。图设计和验证流程图犌犅犜 设计要求 方案设计根据应用功能和指标要求，选择最优的总体设计方案。从结构分析，微波开关主要由微波导行组件、电磁驱动组件和遥测遥控组件组成，方案设计如下：）微波导行组件方案设计：应根据用户工作频段、微波接口形式等要求选择微波导行组件方案。同轴开关推荐采用同轴带状线同轴方案，利用带状线内可动簧片的机械动作实现微波信号切换，其典型结构如图所示；波导开关推荐采用定子转子方案，通过转子的转动实现微波信号的切换，其典型结构如图所示。图同轴开关微波导行组件的典型同轴带状线同轴结构图波导开关微波导行组件的典型定子转子结构）电磁驱动组件方案设计：电磁驱动组件的主要功能是将电信号转化为开关机械动作，主要有差动式极化磁路方案、螺线管方案、有限转角电机方案等。应根据电驱动参数和力学指标进行电磁驱动组件方案设计。切换时间较短、力学环境要求严格的场合宜选择差动式极化磁路方案；驱动电流小、电磁效率要求高的场合宜选择螺线管方案；要求结构紧凑、可驱动多路簧片的场合宜选择有限转角电机方案。）遥测遥控组件方案设计：根据应用要求，在遥控信号前端进行防反接和续流方案设计。在遥测方面，有磁驱动遥测方案和机械触点遥测方案，可根据电磁驱动组件方案制定遥测方案。有限转角电机的电磁驱动组件宜选用磁驱动遥测方案，差动式极化磁路和螺线管电磁驱动组件宜选用机械触点遥测方案。 参数设计 微波性能设计微波性能设计要求如下：）微波传输性能设计：通过微波导行组件结构的阻抗匹配和参数补偿，进行参数设计，包括电压驻波比、插入损耗、隔离度等参数，并采用高频电磁场仿真软件进行仿真，设计结果应有足够的余量；）功率和抗微放电能力设计：通过微波导行组件结构和表面处理，设计微波开关的连续波功率和犌犅犜 抗微放电能力，在发射过程中工作的产品应保证抗低气压放电能力，通过微放电和低气压仿真软件进行仿真，保证设计有足够的设计余量；）电磁泄漏设计：在保证排气速率的前提下，优化排气孔数量和尺寸，进行微波开关电磁泄漏参数设计。 驱动性能设计驱动性能设计要求如下：）通过电磁驱动组件的吸反力匹配，进行电磁驱动参数设计，包括动作电压、工作电压、工作电流等参数。通过电磁仿真软件仿真，驱动电性能设计参数应有一定的余量，且充分考虑温度等环境因素的影响，保障在不同环境条件下，能满足电驱动参数指标要求。）通过动作行程与电磁力等参数优化，进行切换时间参数设计。）通过结构优化，进行其他电性能参数设计，如介质耐电压、绝缘电阻等参数。 遥测遥控性能设计遥测遥控性能设计要求如下：）通过遥控电路，实现微波开关遥控电路的防反、续流等功能，指令干扰敏感度、线圈瞬态抑制等应满足指标要求；）通过遥测电路，实现微波开关遥测功能，遥测接触电阻应满足指标要求；）电路使用的元器件应符合宇航环境应用要求，并符合降额要求。 结构设计结构设计要求如下：）结构设计应满足用户对微波开关外形、接口、重量等方面的要求；）结构设计应保证零部件具有良好的工艺性；）低频引出部分如果是焊针形式，应满足可焊性和防腐蚀要求；）接触点应进行合理的结构设计，保障接触电阻要求的同时，满足切换寿命的要求；）内部螺纹连接应采用适当的固定防松动设计；）在满足产品射频泄漏、排气速率的前提下，外壳结构设计应尽可能地防止在应用和试验过程中污染物进入，避免产品受到污染。 可靠性设计可靠性设计应贯穿设计的全过程，包括方案设计、参数设计和结构设计。具体内容如下：）失效模式与影响分析（） ：按 的规定，在设计、验证和应用过程中，识别微波开关失效模式和失效机理，并对失效危害性进行评估，制定落实纠正措施，尽最大可能消除和控制产品在寿命周期内可能出现的失效模式。）热设计：针对微波导行组件和电磁驱动组件开展热设计，要求材料、元器件温度应处于其许用温度范围内并且有一定的余量，且由于热效应导致的应力应在允许范围内。）力学设计：应对微波开关的振动、机械冲击响应进行设计，产品的共振频率、响应应力应满足要求。）防静电设计：识别开关内部静电敏感元件，进行隔离和保护，并进行良好的接地设计。）电磁兼容设计：微波开关抗干扰能力以及对外辐射应符合电磁兼容的要求。）抗辐照电离总剂量设计：微波开关使用的原材料和元器件应可承受在轨期间的空间辐照电离总剂量。）裕度设计：微波开关的参数设计中，应留有一定的裕度，以保证在制造公差、使用环境等存在一定偏差的情况下，仍可以满足应用要求。犌犅犜 ）原材料和元器件：禁止使用航天领域禁用的原材料和结构，非金属原材料真空出气总质量损失不大于；收集到的挥发可凝物不大于 ；所使用的元器件应满足降额要求。）可靠性预计：应对产品进行可靠性预计。微波开关是微波导行组件、电磁驱动组件以及遥测遥控组件按串联方式组成，其失效率按以下进行预计：，其中，是微波开关失效率，、分别是微波导行组件、电磁驱动组件以及遥测遥控组件失效率。 工艺设计工艺设计要求如下：）采用的工艺应确保实现设计的所有要素，如在现有条件下无法达到的，应重新进行方案设计、参数设计、结构设计或可靠性设计；）具有电连接功能的触点应使用镀金工艺；）禁止使用易挥发对人体有害的材料；）禁止使用纯锡作为引出端和壳体的最后涂覆；）为保证微波开关在转运和运输中的安全，应设计专门的包装，包装图示应符合 的要求；）电路板元器件安装及焊点应符合 的规定；）工艺设计应同时满足安全性的要求。验证要求 功能和参数验证功能和参数验证如下：）对照用户要求和行业标准，对微波开关全部功能和参数进行全面验证，主要包括微波传输性能（含工作频段、电压驻波比、插入损耗、隔离度、连续波功率耐受、抗微放电脉冲功率耐受、射频泄漏等指标） 、电性能（含工作电压、动作电压、介质耐电压、绝缘电阻、接触电阻等指标） 、机械结构参数（含外形尺寸、安装尺寸、重量、表面涂覆、机械切换寿命）等。）功能参数验证应从应用任务剖面，对微波开关不同温度下的功能性能与实际应用的符合性进行评估和分析，得到不同温度应力下微波开关性能变化趋势。）不同测试条件下的性能测试主要选取对条件变化敏感的参数进行比对和分析，并绘制性能特性曲线，以便指导用户使用。如在微波开关的动作电压、工作电流对温度条件敏感，应在最高工作温度、最低工作温度、室温条件下进行测试。）验证微波开关在经过预期的切换次数磨损之后满足要求。）可设计验收试验方案，对交付产品进行功能和参数验证。 环境适应性验证对微波开关在空间环境下实现其切换功能的能力进行验证。根据空间环境应用，提出微波开关一般应开展的环境验证试验量级。除非另有规定，所有检验在 规定的标准大气条件下进行，环境洁净度应达到 规定的 级及以上级别。实际验证以输入技术要求为准，在输入技术要求未明确规定时，可按以下推荐环境进行验证：）高低温循环环境适应性验证：验证微波开关在高低温循环环境下不会引起由合格判据确定的损坏。推荐验证环境： ，温变速率 ， 个循环，首末半个循环均为高温循环，并可在该试验过程中，对高低温环境下开关的动作电压、工作电流、切换时间等关键指标进行测试验证，试验后测试开关动作电压、工作电流、切换时间、射频接触电阻、遥测接触电阻以及插入损耗、电压驻波比、隔离度等性能指标。犌犅犜 ）振动环境适应性验证：验证微波开关在振动环境下不会引起由合格判据确定的损坏。推荐验证环境：正弦振动：振幅 （ ） ； 犵（ ） ，验证低频共振频率；随机振动：功率谱密度 （ ） ； 犵（ ） ； （ ） ，总加速度均方根值 犵，试验后测试开关关键性能指标，含动作电压、射频接触电阻、遥测接触电阻以及插入损耗、电压驻波比、隔离度等性能指标。）机械冲击环境适应性验证：验证微波开关在机械冲击环境下不会引起由合格判据确定的损坏。推荐验证环境：冲击加速度谱密度： （ ） ； 犵（ ） ；向每方向次，共 次。试验后测试开关关键性能指标，含动作电压、射频接触电阻、遥测接触电阻以及插入损耗、电压驻波比、隔离度等性能指标。）热真空环境适应性验证：验证微波开关在热真空环境下不会引起由合格判据确定的损坏。推荐验证环境：温度： ，气压 ， 个循环，对高低温环境下开关的动作电压、工作电流、切换时间等关键指标进行测试验证。）真空功率耐受和微放电验证：推荐验证环境：在规定工作温度范围的最高最低温度、工作频率条件下，气压 ，对微波开关进行连续波功率以及微放电性能验证，其中连续波功率不低于额定连续波功率的 ，微放电功率为额定连续波功率基础上叠加不小于、占空比脉冲功率。）低气压功率耐受验证：在发射过程中导行功率的微波开关需要进行低气压功率耐受验证，推荐验证环境：在规定工作温度范围的最高最低温度条件下，连续波功率不低于额定连续波功率的