单刀双掷开关应用之一论文

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用EDA 软件设计W波段单刀双掷开关

1 毫米波工程基础薛良金编著国防工业出版社 1998 2 一种新颖的鳍线单刀双掷开关徐锐敏谢俊延波薛良金红外与毫米波学报
2001 年 8 月 3 “Finline Taper Design Made Easy”. Beyer A. and Wolff I. IEEE MTT-S,Int. Microwave
用 EDA 软件设计 W 波段单刀双掷开关
杨嘉喻梦霞徐军
电子科技大学物理电子学院微波与毫米波技术实验室邮编 610054
摘要本文介绍了鳍线 PIN 单刀双掷开关的设计过程并介绍了如何利用常用 EDA 软件加速其设计过程的办法测试结果表明仿真结果与测试结果比较相符
关键词毫米波电路鳍线开关 EDA
我们在实验中发现以上两种等效电路模型不是很准确利用以上方法计算出的二极管到结的距离和管间距设计出的 SPDT 开关的性能并不好仍然需要通过实验做大量的调整既延长了开发周期又增加了设计成本
随着计算机运算速度的极大提升使得运用 EDA 软件进行高频电路设计成为可能为了解决以上问题本文采用 Ansoft 公司的高频结构仿真软件 HFSS8.0 进行仿真设计首先建立 SPDT 的模型如图 5 所示电路结构采用 T 形结形式使用 4 个 PIN 管利用以往经
图 7. 结果图 (a)HFSS 仿真结果 (b)测试结果
305
四结论
测试的插损比仿真的插损差的原因主要有两个方面一是我们在进行仿真计算时没有考虑鳍线装架槽的影响二是没有考虑焊接 PIN 管时引入的引线电感的影响针对第一种情况我们建立了两种简单的鳍线传输线模型一种为未加装架槽的模型另一种为加了装架槽的模型经过计算发现加了装架槽的模型的插损比未加装架槽的模型的插损变坏了 0.3~0.4dB 对于第二种情况由于焊接工艺的问题由焊接引入电感的数值经验值一般在 0.01nH~0.03nH 它改变了 PIN 二极管的正反偏阻抗使得 PIN 二极管不是处在最佳安装位置带来开关的插损变大

单刀双掷开关在初中物理电学中的重要作用

机中有道题目：设计一个电路．使电动机在人的操作下既能正向转动，也能反
向转动。九年级教师教学用书中的参考
要求制订计划、设计实验、搜集证据、
分析论证，形成科学的价值观。家庭电
路是最常见、最基本的实用电路，电学中要求熟悉家庭电路的连接．并学以致用。不熟悉单刀双掷开关的结构与作用，就很难达到探究的要求。单刀双掷开关的结构如图ｌ所示．它由动端（也叫动触头）和不动端（也叫静触头）组成．动端也就是所谓的
“ 刀” ．它有两种使用方法：一是把 “ 刀 ”和右边的不动端相连（如图２），
答案如图４所示，这个电路其实就是利用两个单刀双掷开关来改变流过电动机
的电流方向．从而实现控制电动机正向
惮麓
转动或反向转动。但是如果不熟悉单刀双掷开关的结构与原理．是无法理解这
Ｓ２是两个单刀双掷开关．可以安放在
幽４
两个地方。Ｓ１、Ｓ２两个单刀双掷开关
的 “ 刀” 可以选择与上面或下面的不动
另外，九年级物理课本第二十章
“ 电与磁 ” 中第三节的主要内容是电磁
电器之间。这些在巾考前学生都反复训练过．压根没想到这次物理中考偏偏考的是单刀双掷开关。教师没想到，学生
图５
Ｄ
此时右边的开关接通：同时这个 “ 刀”
图３
图６
成一块电路模板（如实物图８），通电演示在两地如何实现控制，断电后再让学生看电路结构。还可以用低压电路

单刀双掷开关的另类应用

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单刀双掷开关的另类应用
作者：龚建平
来源：《中学物理·高中》2014年第05期
和学校的电工师傅聊天，他说有电工在给楼梯电灯接双掷开关时采用了如图1所示的接法，跟正常接法（如图2）比较的优点是可以节省电线，但不知是否存在什么隐患.
我仔细看了一下电路，确实是一种书中没有提到的接法.当电灯发光时，有可能连接上面
开关的电线与火线连通，连接下面开关的电线与零线连通；也有可能连接上面开关的电线与零线连通，连接下面开关的电线与火线连通.当电灯熄灭时，有可能灯泡经过上、下两开关连接
的都是火线；也有可能灯泡经过上、下两开关连接的都是零线.
这种连接方法与正常的接法比较虽属另类，但是只要我们有充分的思想准备，也可以做
到不出安全事故.因为第一，接入电路的电线不管是火线还是零线，一般都会接在人不容易直
接触摸得到的地方；第二，在检查灯泡时，要想到有可能被检查的灯泡两端都有可能连的是火线（还有可能两边都连零线或一边火线一边零线）；第三，在检查开关时，要想到这里面的两静触头跟正常发光的灯头两触点一样，既有一端连火线，又有一端连零线.这样就能做到防患
于未燃.。

X波段单刀双掷波导开关

( 收稿日期: 1999208218)
・3 9 ・
- jD 2 2 C + D
在谐振频率上, P I N 管反偏时调整串联电抗 X S , 使 X S ( f 0 ) + X r ( f 0 ) = 0, 以形成串联谐振, 使开关处于关断状态; 在 P I N 管正偏时调整并联电抗 X P , 使 X P ( f 0 ) + [ X f ( f 0 ) + X S ( f 0 ) ] = 0, 形成并联谐振, 使开关处于导通状态。因此, 正偏、反偏端导纳分别为: ・38・
图 7 求隔离度的等效电路图中:
Y in ′ =
) Y 0 ( Y f 1 + jY 0 tg Η Y 0 + jY f 1 tg Η
Y in ′ + Y0 Y r1 + Y0 Y0 Y r1 Y in ′ + Y0 2 + + Y0 Y0
- 1 - 1
隔离度 I S 为:
I S = 10 lg
求隔离度的等效电路如图 7 所示。
5 测试结果
微波测试在 H P —8408B 自动网络分析仪上完成, 测试结果如下: 频率: 9145 ～ 9190 GH z; 最大插入损耗: 014 ～ 015 dB; 最小隔离度: 2914 ～ 3411 dB; 开通时间 ( T TL 控制信号的 90% 到微波检波信号的 90% ) : 1 路为 30 ～ 36 n s, 2 路为 56 n s; 关断时间 ( T TL 控制信号的 10% 到微波检波信号的 10% ) : 1 路为 56 n s, 2 路为 22 ～ 24 n s。
1 引言
近几十年来, P I 波导 N 开关的品种和规格很多。开关由于具有插入损耗小的优点, 是微带开关不能取代的, 尤其是用于波导系统中, 可使整体结构紧凑, 连接可靠。

超宽带吸收性单刀双掷开关的研究

关断态优化后电路的驻波系数
3.2单刀双掷开关
RF/output1 V2 V1 RF/input V2 V1 RF/output2
接通态优化后电路的插损、回损和隔离度
电路输入端的驻波系数
结论
仿真优化的过程主要是对微带线的长、宽进行调整以满足开关的性能参数要求，当选定了场效应管的模型参数后，其性能也随之固定下来。除了对电路参数进行调整以外，合理的拓扑结构也能使开关性能有质的飞跃，根据性能侧重点的不同，可以选择不同类型的拓扑结构。本设计的最终仿真结果为在工作频率要求内，开关的插入损耗小于4dB，隔离度大于40dB，驻波比小于1.8。由上面的仿真结果可知各项性能均满足设计要求，因此证明此拓扑结构和参数选择合理。
若从电路性能来分，开关有反射型开关、吸收型开关、滤波型开关、谐振型开关、阵列式开关等。反射型和吸收型是两种最常用的开关，两者的电路拓扑基本一致，唯一的区别是有无吸收电阻。反射式开关采用的是开关处于“关断”状态时将微波信号全部反射回输入端口。而吸收式开关，又叫匹配式或者非反射式开关，采用的是在输出端加上个50 Ω的负载，目的是让开关处于“关断”状态时，输出端处于50 Ω负载状态，将泄漏的输入信号吸收掉，这种开关具有良好的关态驻波性能。
Vc
RFinput
RFoutput
Vc
Vc
RFoutput1 RFinput
RFoutput2
开关若是按照其拓扑结构的不同则可以分为串联、并联以及串并联开关。
Vc
RFinput Vc RFoutput
RFinput
Vc
RFoutput
MESFET_1 RFinput
Vc
MESFET_2

单刀多掷开关的机电一体化设计

（１．ＮａｎｊｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３９，Ｃｈｉｎａ；
ａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｄｒｉｖｉｎｇ，ｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｄｖｏｌｕｍｅ，ｗｅｉｇｈｔａｎｄｃｏｓｔａｎｄｂｅｔｔｅｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｒｏｔａ — ｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｗｉｔｃｈｃａｒｒｉｅｓｈｉｇｈｐｏｗｅｒｂｕｔｈａｓｌｏｗｉｎｓｅｒｔｉｏｎｌｏｓｓａｎｄｌｏｗＶＳＷＲ．Ａｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｃｈｉｓｐｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎ．
（１．南京电子技术研究所，江苏南京２１００３９；２．南京大学电子工程学院，江苏南京２１００００）摘要：设计了一种高功率波导单刀多掷开关，将大功率波导旋转关节技术与传统电动波导开关技术相
ｔｈｒｏｗｓｗｉｔｃｈａｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｗｉｔｈｏｎｅｓｉｎｇｌｅ — ｐｏｌｅｍｕｌｔｉ－ｔｈｒｏｗｓｗｉｔｃｈ．Ｔｈｅｓｗｉｔｃｈｈａｓｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ

单刀双掷开关在自动增益控制电路中的应用

单刀双掷开关在自动增益控制电路中的应用作者：莫骊来源：《硅谷》2013年第02期摘要：自动增益控制电路（AGC）是微波接收机中常用的一种电路。

为了提高器件使用效率，优化端口驻波匹配，可以使用单刀双掷开关来实现AGC电路。

单刀双掷开关采用PIN 二极管制作，其插入损耗小、隔离度较高、并且端口驻波较好。

该开关采用串并联电路方式，并利用Ansoft公司的Serenade软件对其进行仿真优化，电路基板使用Rogers的RT5880板材。

经过实际测试，该AGC电路的工作频率为9.5～10.5GHz，正常支路插损小于4dB，带内平坦度0.5dB，输入输出驻波比小于1.6。

关键词：自动增益控制；单刀双掷开关；PIN二极管；插入损耗；隔离度0 引言自动增益控制电路（AGC）在微波接收系统中应用广泛。

随着无线电技术的发展，以及为了适应日益复杂的电子战的需要，对接收机的线性度、动态范围、灵敏度、抗干扰能力等方面的性能和指标提出了越来越苛刻的要求。

由于天线接收到的有效信号功率会在一定范围内变化，同时接收到的干扰的功率也有可能变化[1]。

为了提高接收机的动态范围，需要自动增益控制电路将天线接收到的不同功率的信号放大到接收机线性工作所需的最优功率。

另外，接收机工作时，由于电源电压的不稳定、环境温度的变化、电路工作参数的变化等，都可能引起接收机增益的不稳定，用AGC可以补偿这种增益的不稳定[2]。

实现AGC的方法有很多种，常规是使用数控衰减器，但是数控衰减器通常有好几位步进，对于只需一位AGC控制的接收机来说造成电路上的浪费。

并且数控衰减器往往是宽带匹配，在所需使用的频段端口驻波可能并不理想。

使用两个单刀双掷开关串联加上衰减器的电路方式来实现一位AGC控制功能，可提高器件使用效率，优化端口驻波匹配。

在微波高频段电路中经常采用PIN二极管来实现单刀双掷开关。

与MESFET和PHEMT器件相比较，PIN二极管具有插入损耗低、截止频率高、功率容量大的特点[3]，特别适合于制作性能优异的微波控制电路。

5mm高隔离鳍线单刀双掷开关

的鳍线开关也较常见。在文献中，为８１Ｔｌ多Ｉ和３ｍＹＴＩ１ｌ
成熟的鳍线混合集成工艺，采用并联梁式引线ＰＮＩ二极管形式，通过鳍线夹缝中一种新颖的电路结并构，效抑制了夹缝能量的泄露。经加工测试，有在５０～５Ｈ频带内，６Ｇｚ获得了优良的低插损、高ห้องสมุดไป่ตู้ 离特性。该开关模块结构简单，能优良，于实现，性易满足了工程应用需求。
（ｏｔｗｓＣｉａＩｓｔｔｏｌｔｎｅｈｏｇ，ｈｎｄ１０６ＣｉａＳｕｈｅｔｈｎｔｕｆｅｒｉＴｃｎｌｙＣｅｇｕ６０３，ｈｎ）ｎｉｅＥｃｏｃｏＡｓａｔＩｉｐｐｒａ５ｍ（ｂｔｃ：ｔｓａｅ，ｍＵ—ｂｎ）ＳＤＳｎｌｏｏｂｅｈｗｗｔｏｕｓｅｉｅｒｎｈａｄＰｌｉｅ—ＰｌＤｕｌ —Ｔｒ）ｓｉｈｍｄｌｉｄｓｎｄＴ（ｇｅｏｃｅｇ
第５０卷第８期
２１００年８月
电讯技术
ＴｅｅｏｌｃｍｍｕｉａｉｎＥｎｅｆｎｎｃｔｏｏｎｅｇｉ
Ｖ０．０Ｎｏ８１５．
Ａｕｇ．２００１
文章编号：０１９Ｘ（０００１０ —８３２１｝８—０３１４—０４
Ａｍｍ — ａｄＨｉｈ — ｓｌｔｏｎｉｅ５－ｂｎｇ —ｉｏａｉｎＦｉｌｎ
Ｓｎｌ —ＰｌＤｏｂｅ—Ｔｒｗ（ＰｉｇｅｏｅｕｌｈｏＳＤＴ）Ｓｉｈｗｔｃ

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浅谈单刀双掷开关的应用之一
某杂志2003.6.p46登载《巧用单刀双掷开关》一文，仅举两例“用单刀双掷开关测量未知电阻rx”。

如图1所示的方案：当单刀1触3时“电流是上进下出表v的”；当1触2时“电流是下进上出表v的”，故该方案不能采用！而如图2所示的测试电路，实质是把两个简单电路视为一个并联电路！由于实验原理涉及闭合电路欧姆定律，故该方案实属纸上谈兵！拙文以两幅电路图为例，简介“单刀双掷开关在测量未知电阻rx电路中的应用”，不当之处敬请各位师长施教。

我们认为测量未知电阻rx必须注意如下几个点：
⑴实验原理：必须遵守闭合电路欧姆定律！当只给一块表v不准使用表a时，用测量值表达的测量结果，需要依据“ix＝i0或u＝ux＋u0”串联电路特点；而只给一只表a不准使用表v时，用测量值表达的测量结果，还需要依据“ux＝u0或i＝ix＋i0”并联电路规律。

此时仅书写“∵i＝u/r、∴r＝u/i”是不完整的。

⑵选用器材：由于滑动变阻器的说明书里已注明：“总阻值误差为±8%”；电阻圈的说明书里也写着：“产品出厂前电桥测定，阻值允许误差不大于±1%”。

我们曾对实验室三种滑动变阻器普测表明：80%以上δr > 5%!故知绝不能使用滑动变阻器替代电阻圈做测定性实验！
⑶设计方案：应遵循“低电压弱电流”的原则，其好处有：
①在通电时间一定时，每次消耗的电能少，若用干电池做此实验，
电源电压衰减能慢些；
②能减小由于电流的热效应而使rx值变大、减小电阻发热而产生的误差；
③每次实验电压均低于3ｖ，能使表v选用“０～3ｖ”量程、表a选用“０.0～0.6a”量程，从而提高了测量的准确度；
④能使学生进一步学“会使用电流表和电压表”、正确读取测量值。

⑷读取数据：实验室里配备的表a和表v，准确度都是2.5级即为2.5％，当指针满偏时“允许误差多达±0.75个分度值”（小格）！所以在有多只电表的实验里，一定要通过滑动变阻器的调节，使它们的指针以偏转幅度较大的为基准，都能靠近、不一定都能指在某一条刻线后再读数。

例1.如图3所示：只给一块表v和已知阻值的电阻圈r0、不准改动电路连接导线，使用干电池做电源（以下均相同），测未知电阻rx阻值的基本要求是：r0和rx必须串联接在电路中,且不准用导线或开关把它们其中的任意一个“短接”起来！
方案⑴：闭合开关s（以下均省略），先使单刀双掷开关（以下简称“单刀”）2触1、5触4后，移动滑动变阻器的滑片（以下简称“滑片”），直到表v示数等于某一计算方便的值为u0时，滑片位置不动测取u0后，再立即使2触3、5触6测取ux，，则rx＝ux/u0·r0（注：应该移动滑片测取三组对应的u0和ux、再算出rx的平均值，以下均省略。

而rx 和r0限定选用5ω、10ω和15ω三种规格的电
阻圈、下同。

建议：①若选用5ω和10ω串联时，总电压u的参考值可选取：0.4v、0.6v、0.8v、1.0v、1.4v和1.6v；②若选用5ω和15ω串联时，总电压u的参考值可选取：0.3v、0.6、0.9、1.2v、1.5v和1.8v；③若选用10ω和15ω串联时，总电压u的参考值可选取：0.6v、1.2v、1.8v、2.4v和3.0v。

总之串联电路两端的总电压均不高于3v，要确保表v能选用“0～3v”的量程）。

方案⑵：先使单刀2触1、5触 4后移动滑片，直到表v示数等于某一计算方便的值为u0时，滑片位置不动测取u0后，滑片和单刀2的位置不动、再立即使5触6测出ｒ0和rx两端的总电压为u，则rx＝(u－u0)/u0·r0。

方案⑶：先使单刀2触3、5触6后移动滑片，直到表v示数等于某一计算方便的值为ux时，滑片位置不动测取ux后、滑片和单刀5的位置不动，再立即使单刀2触1、测出ｒ0和rx两端的总电压为u，则rx＝ux / (u－ux)·r0。

思考题：用图3你能探究出：“串联电路的电压特点和总电压的分配规律”吗？
例2.如图4所示：只给一块表a和已知阻值的电阻圈r0，测未知电阻rx阻值的前提条件是：r0和rx一定要并联接在电路中、且各支路必须同时处于通路状态！
方案⑴：先使单刀2触3、5触6后移动滑片，直到表a示数等于某一计算方便的值为i0时，滑片位置不动测取i0后，再立即使单刀2触1、5触4，测出rx的电流为ix，则rx = i0/ix·r0（建
议：①若选用5ω和10ω并联时，总电流i的参考值为：0.06 a、0.12 a、0.18 a、0.24 a、0.30 a和0.36 a；②若选用5ω和15ω并联时，总电流i的参考值为：0.08 a、0.16a、0.24 a、0.32 a、0.40a和0.48a；③若选用10ω和15ω并联时，总电流i的参考值为：0.10a、0.20a、0.30 a、0.40a、0.50a和0.60a；总之并联电路的总电流均不超过0.60 a！确保表a能够选用“0.0～0.6 a”的量程、能减小电流的热效应而产生的误差）。

方案⑵：先使单刀2触3、5触6后移动滑片，直到表a示数等于某一计算方便的值为i0时，滑片和单刀2的位置不动测取i0后、再立即使5触4，测出r0和rx的总电流为i，则rx=i0 / (i－i0)·r0。

方案⑶：先使单刀2触1、5触4后移动滑片，直到表a示数等于某一计算方便的值为ix时，滑片和单刀5的位置不动测取ix后、再立即使单刀2触3，测出r0和rx的总电流为i，则rx=(i－
ix)/ix·r0。

思考题：用图4你能探究出：“并联电路的电流规律和总电流的分配规律”吗？未尽事宜敬请参看拙文《浅谈单刀双掷开关的应用之二》。

以上谬误难免，敬请各位师长斧正。