罗辉　王勇

摘 要：在面对当今激烈竞争市场中的多样化、多品种、低成本、高效率的需求，采用模块化设计方法可以获得质量、品种和效益的高度有机统一的产品。本文通过对系列化频段、多规格微波合路器的需求进行分析，采用模块化设计方法架构了系统组件，完成了微波合路器的结构设计，进而在此基础上衍生出其他系列产品。

关键词：模块化；微波合路器；正交模转换器；功分器

微波合路器，是一种采用三端口网络构建的一种微波无源器件[1]，通常安装在微波天线的背部，与微波室外单元（ODU）连接，用于完成对微波信号的合路和功率分配，进而实现微波链路中的分合路和热备份等功能。目前市场上常见的微波频段涉及频带较宽，通常包括6GHz到38GHz，近年来76GHz以上的频段也陆续被开放运用。在这些频段中经常涉及的电桥分配有3dB、6dB和10dB。

针对这种多样化、多规格的需求，模块化设计方法是一种行之有效的集质量、品种和效益高度统一的设计方法，它能最大限度的提高模块在整个系统产品中的复用率，有效解决开发过程中面临的时间短、成本低、多规格需求问题[2]，同时可以大幅降低产品开发初期的一次性投入。

1模块化

1.1需求分析

根据微波合路器的功能和使用情况，对微波合路器的设计需求进行梳理。从系统结构看，文中所述微波合路器的需求可分为以下几类。

电性能需求：频段范围从6GHz至38GHz，功率分配从3dB至10dB；安装接口需求：不同厂家天线安装接口、不同厂家和不同频段规格的ODU安装接口；工艺与成本需求：适应于批量生产的工艺方法和较低的成本。

1.2模块化离散

根据模块化设计方法及功能划分[3][4]，对微波合路器进行第一次模块化离散，得到一级模块，分别为天线安装模块、ODU安装模块、合路器内核模块以及附加功能模块（如人机交互功能、包装运输功能、安装配套等模块），如图1所示。

通过第一次离散，得到的一级模块具备下述模块化结构的组合和交互功能。由于天线安装和ODU安装被离散化，因而，可以通过替换不同厂家或不同接口要求的天线安装模块，则可得到对应天线厂家的微波合路器，同理更换ODU安装模块则可得到对应规格的微波合路器，而合路器内核模块保持不变。显然，通過这种模块化设计可以快速开发系列化接口微波合路器，大大提高了开发效率，降低开发成本。

回顾一级模块合路器内核模块，在保持相邻模块之间的安装接口不变的情况下，通过不同的电气模型设计，可以容易得到不同频段和功率分配的内核模块，从而实现系列化频段需求的微波合路器。

通过以上分析可以发现，一级模块的离散具有强大的组合和衍生功能，产品壮大性强大，因而一次模块离散是相对正确的。

按照模块化设计逐步细化的思想，考虑到宽频段对结构尺寸的差异性和成本需求，将天线安装模块和ODU安装模块进行二次模块离散，分别得到天线安装盘组件、转借盘组件、腔体组件、ODU转接波导组件。

按照生产工艺成本和批量制造工艺需求，最终微波合路器进行第三次离散，最终形成微波合路器的结构架构零部件，具体如下述结构设计所述。

2结构设计

本结构设计以REMEC ODU接口为例，通过最终模块离散后，微波合路器结构分为天线安装模块、ODU安装模块、把手。其中天线安装模块包括天线连接盘、转借盘、快速锁扣组件、松不脱螺钉组件；ODU安装模块包括ODU连接盘、挂钩；合路器内核模块包括腔体组件、ODU转接波导组件、极化组件，进而，腔体组件分为主腔体、副腔体、隔板，ODU转接波导组件分为ODU转接波导、安装法兰盘。

2.1天线安装模块设计

天线安装模块涉及天线连接盘和转接盘两个主要零件，都采用ADC12压铸铝合金压铸成型。分别如图2、图3所示。

考虑到结构强度和刚度要求，天线连接盘设计为四角星形盘类零件，其包括一块基板， 一个中心凸台， 四个角凸台， 四个边加强筋，中间辐射状加强筋。

基板中心凸台呈正方形， 立于基板顶面的中心， 其对角线与基板对角线方向一致； 其中心设有圆孔，其四个角设有通孔， 且贯穿基板，为转接盘安装结构接口。

基板四角上的角凸台呈矩形与圆形的复合形， 立于基板顶底两面的四个角上；其圆形中心设有圆孔，且贯穿基板；为天线和快速锁扣提供结构安装接口。

转接盘为套筒结构，整体外形设计为天圆地方形状，包括一块正方形基板，四周包围形状的法兰边，一个中心圆形凸台，四个角凸台，四个加强筋。基板中心设有圆孔，其底面设有环绕中心圆孔的密封槽。角凸台采用了仿罗马柱造型，与中心凸台相连，兼顾外观设计的同时保证凸台结构强度。

2.2ODU安装模块设计

ODU安装模块包括ODU连接盘和供ODU连接用的挂钩，ODU连接盘结构如图4所示。

ODU连接盘包括一块四角星形基板， 一个中心凸台，四个内角凸台， 四个外角凸台，四周包围加强筋， 中间辐射状加强筋，四个把手安装榫头。

基板中心设有圆孔，内角凸台呈圆形，立于基板顶面对角线上， 与中心凸台相切，其中心设有通孔，且贯穿基板，为合路器内核模块的结构安装接口。外角凸台呈矩形， 立于基板顶面的四个角上，四个外侧面设置有安装螺纹孔，为挂钩安装接口尺寸。

连接盘背面设置有四个把手安装榫头，呈圆柱形，立于基板底面对线角上。

2.3合路器内核模块设计

合路器内核主要零件包括主腔体、副腔体和隔板。腔体采用型材机加成型，如图5所示。腔体外形呈L形，由L形型材拉挤后机加工成型，包括腔体主体，半法兰；腔体主体内侧面设有电气通道，通道内设有匹配台阶；腔体主体前端和外侧设有矩形波导出口， 波导出口与主腔主体的电气通道相通；腔体外侧波导出口周围设有圆形密封槽。主副腔体之间设置有密封槽。

2.4把手设计

所述之把手为压铸件，包括一个握把和两个安装卯桩。握把为拱形椭圆柱体.安装卯桩为圆柱体，其侧面与握把端相连，其两个端面上各有一个卯坑。

3小结

本文以模块化设计方法，详述了合路器模块化结构设计过程，实现了系列化频段以及系列化厂家ODU接口的微波合路器，进而在此基础上，通过正交模内核替代合路器内核的方法，衍生了系列正交模产品。

由于采用了模块化设计的思想，使得该微波合路器设计具有结构合理简单，批量机加工容易，材料用量节省，产品适应性强等特点。

参考文献：

[1]韩庆文陈世勇陈建军《微波电路设计》清华大学出版社，2012，4.2

[2]童时中，《模块法设计原理方法与应用》[M]，北京：中国标准出版社，2000，P8

[3]张春林，李志香，赵自强《机械创新设计第3版》机械工业出版社6.7

[4]高卫国，徐燕申，陈永亮，章青广义模块化设计原理及方法，机械工程学报，2007.43（6）：48-54

作者简介：王勇，本科，京信通信技术（广州）有限公司，工程师，从事无线通信电子设备机械设计?

罗辉，硕士，京信通信技术（广州）有限公司，结构室主任，从事无线通信电子设备机械设计?