程控步进衰减器衰减片固定结构方案设计

引言

程控步进衰减器是一种常用微波无源器件，应用于各类电子测量仪器及测试系统。通过编程可控制衰减器衰减片组合的切换，从而实现不同的衰减量，因此衰减片的结构稳定性影响衰减器的总体性能指标。本文以常见四级衰减结构的程控步进衰减器为例，开展衰减片固定压片的结构设计研究。

1 程控步进衰减器工作原理

程控步进衰减器工作原理如图1 所示。该衰减器由四组衰减单元串联而成，当控制电路接收输入信号后，电磁线圈组件工作，实现传输线在直通线与衰减片之间切换，通过选择不同的衰减片和直通线，可实现衰减范围内的任意整数衰减量。当外部输入信号消失后，电磁线圈组件仍可依靠自身磁力维持当前状态，从而减少功率消耗，提升衰减器的可靠性。

2 衰减片固定压片设计

为保证程控衰减器具备良好的衰减特性，衰减片设计采用分布参数的∏型衰减网络，以陶瓷片为基材，通过工艺方法制作薄膜电阻，然后通过调阻的方式使其达到所需特性阻抗。相较于衰减器其他零部件，衰减片为非金属材质，厚度尺寸较小，若固定方式以及压力不合适，则会导致衰减片损坏或松动，从而影响衰减器正常使用。因此，衰减片固定结构方案非常重要，常见程控衰减器三维模型如图2 所示。

如上图所示，衰减片放置于腔体矩形槽内，并由垂直于传输线方向且呈对称分布的两只压片固定。为使压片保持较高的压力，压片选用带有折弯角度的簧片作为基本设计方案，腔体采取台阶结构，如图3 所示。

对压片施加相应位移载荷后，不同折弯角度压片的支反力分析模型及结果如图4 所示。

上述方案压片已应用于程控步进衰减器产品，但在某型号衰减器装配时发现少量压片存在松动现象，本节针对此问题进行压片结构设计优化。

综合考虑压片与腔体的配合尺寸、不同折弯角度压片产生的压力，在满足装配要求的前提下，选取压片折弯角度为 15^∘ °。

压片通常采用螺钉与腔体紧固，生产操作人员需调整压片位置使其均匀压住衰减片，然后将螺钉紧固。通过试验发现，增加压片厚度等措施虽能起到一定的改善作用，但效果并不明显，同时仅有少量压片出现松动，说明压片基本设计方案有效。

3 衰减片固定结构方案优化

由于腔体结构空间限制，螺钉紧固时装配人员仅使用了弹簧垫圈，若弹簧垫圈缺口位置朝向衰减片，则会导致压片产生的压力不足，从而出现松动现象。通过拆解发现原因分析准确，现进行固定方案优化，新设计一种垫片，并与垫片组合使用，取消弹簧垫圈，选用带耐落胶螺钉或使用螺纹锁固剂，优化方案仿真分析结果如图5 所示。

经仿真分析可知，在保证螺钉紧固时压片受力均匀的同时，压片对衰减片的压力提升约 35% ，通过多批次产品试验验证，该优化方案可行有效。

4 总结

程控衰减器衰减片固定装配是一个较复杂的过程，需结合仿真设计手段与试验验证的方式进行方案设计及优化，可大大提升设计效率。

参考文献：

[1] 张肇仪等译 . 微波工程（第 3 版）[M]. 北京 ： 电子工业出版社 ，2006.3

[2] 陈新等译. 微波器件测量手册[M]. 北京： 电子工业出版社，2020.1

[3] 徐兴福 .HFSS 射频仿真设计实力大全 [M]. 北京 ： 电子工业出版社 ，2015.5

作者简介：王进军（1987-），男，工程师，主要从事微波部件结构设计工作