本发明涉及微波机械开关应用技术领域，具体地说是涉及一种微波机械开关的在线性能检测和性能恢复装置及其实现方法，以保证微波机械开关的微波电性能在其应用产品中的高可靠性实现。
背景技术：
微波开关具有开通时能获得接近短路、关断时能获得开路的特点，具有射频功率损耗小、隔离度高、开关切换速度快、体积和重量小等特点，所以微波开关在微波控制电路设计中应用十分广泛。现代的微波控制电路主要应用半导体电子器件设计实现，虽然与机械类电子器件相比较，半导体电子器件具有集成度高和高可靠性的显著优点，但是机械类电子器件在特殊的场合仍然有着不可替代的独特优点。
微波机械开关是通过电磁吸合、释放机械接触的原理，控制微波信号的开通和关断，一般是通过电磁吸合金属簧片选择连通微波信号的输入和输出，可以有单刀单掷、单刀多掷、多刀多掷等形式。微波机械开关的每一掷都有一套机械接触的装置，包括金属簧片和微波信号输入、输出接触点，金属簧片一般通过非金属连杆装置连接到电磁吸合装置上，电磁吸合装置由驱动电路控制，驱动电路可以将控制逻辑信号，如ttl控制信号，转换成驱动电磁吸合装置的驱动电流。直接影响微波机械开关的微波电性能的关键部位是金属簧片和微波信号输入、输出接触点之间的接触状态。虽然作为微波控制器件的微波机械开关具有插入损耗小、隔离度高以及承受功率大等优点，然其在工作稳定性和可靠性方面存在问题，具体表现为其机械接触与电接触并不完全等同，当电磁吸合使金属簧片和微波信号输入、输出接触点之间产生机械接触，但并不能保证接触点之间的电接触良好，没有良好的电接触，微波机械开关导通状态的微波电性能就不正常，表现在电性能指标的恶化，如幅频特性方面插入损耗变大，相频特性方面与电接触良好状态下的相对相位发生变化，并且变化量不稳定，这就影响微波信号通道的电性能。尤其在多信号通道间有一致性要求的情况下，无法满足多通道幅频特性一致性，相频特性一致性的要求，甚至影响到整个应用产品系统的正常工作。因此，如何在利用微波机械开关优点的同时，提高其工作稳定性和可靠性是一个需要研究的重要课题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种微波机械开关的在线性能检测和性能恢复装置及其实现方法，通过该方法可在线对微波控制电路系统中的微波机械开关进行机械接触是否电接触导通的检测判别，并在电接触不通的情况下，自动重置微波机械开关的控制状态，以在线恢复其机械接触的电接触导通，从而保证微波机械开关的微波电性能（主要是指插入损耗的幅频特性和相频特性以及驻波）；实现该方法的装置整体结构设计巧妙，易于实现，与微波控制电路的隔离性能好，操作方便。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种微波机械开关的在线性能检测和性能恢复装置，所述装置与微波控制电路系统相连接，所述微波控制电路系统包括微波机械开关和机械开关驱动电路，所述机械开关驱动电路与设置在微波机械开关内部的控制信号通路相连接，所述微波机械开关上设有微波开关公共端和微波开关分支端；所述装置包括直流偏置电路、直流耦合电路、直流检测比较电路和程序判别控制电路，所述直流耦合电路与微波机械开关的微波开关公共端和微波开关分支端相连接，所述直流偏置电路连接在与微波开关公共端相连的直流耦合电路以及与微波开关分支端相连的直流耦合电路之间，所述直流检测比较电路与设置在微波开关分支端的直流耦合电路相连接，所述程序判别控制电路分别与直流检测比较电路和机械开关驱动电路相连接。
作为本发明的一种改进，所述微波机械开关的微波开关公共端和微波开关分支端上均连接有隔直电容，所述隔直电容均设置在直流耦合电路的输入端，加入隔直电容的目的是让微波信号能够通过，而不让直流耦合电路内部的直流信号流出。
作为本发明的一种改进，所述直流耦合电路采用电感器实现，通过电感器对微波信号的扼流作用，能够隔离直流检测电路对微波信号通路的影响，而让直流信号顺利通过。
作为本发明的一种改进，所述直流检测比较电路包括电压比较器，所述电压比较器的同相输入端通过第一电阻和rc电路连接电源vcc，电压比较器的反向输入端通过第二电阻连接一个参考电压vref，电压比较器的vcc端连接电源vcc，电压比较器的gnd端直接接地，电压比较器的输出端连接程序判别控制电路的信号输入端。
作为本发明的一种改进，连接在微波开关分支端上的电感器接入至第一电阻和rc电路之间引出的一条支路上，并在第一电阻和rc电路之间引出另一条支路作为直流电压检测点，电源vcc、第一电阻、连接在微波开关分支端上的电感器和连接在微波开关公共端上的电感器构成直流偏置电路为微波开关分支端提供直流偏置。
作为本发明的一种改进，所述程序判别控制电路采用单片机或fpga或cpld中的至少一个设计而成，程序判别控制电路包括微控制器，所述微控制器上设有机械开关控制信号输入端和输出端、直流检测比较输出信号输入端，所述机械开关控制信号输入端接入外部预设的机械开关控制信号，所述机械开关控制信号输出端连接机械开关驱动电路的信号输入端，所述直流检测比较输出信号输入端连接直流检测比较电路的信号输出端。
采用上述装置实现微波机械开关的在线性能检测和性能恢复的方法为，通过直流耦合电路对微波机械开关实现微波信号和直流信号的隔离，通过直流偏置电路为微波开关分支端提供直流偏置，通过输入程序判别控制电路中的外部预设的机械开关控制信号控制机械开关驱动电路对微波机械开关的某一微波开关分支端进行选通操作，并将该微波开关分支端在选通工作状态下所产生的直流电位输入至直流检测比较电路中与参考电压vref进行比较产生直流检测比较输出信号，通过程序判别控制电路对输入的直流检测比较输出信号结合预设的机械开关控制信号来判断该微波开关分支端的选通工作状态是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应；若两者不对应，则判定该微波开关分支端存在电接触不导通的故障，此时程序判别控制电路的内部产生一次重置控制脉冲信号，并通过机械开关控制信号输出端发送给机械开关驱动电路，通过机械开关驱动电路对微波机械开关进行状态重置，并再次检测和判别该微波开关分支端经过重置后的选通工作状态下的直流电位是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应，“是”则接受该状态，“否”则再次进行重置。
作为本发明的一种改进，通过在直流电压检测点处检测处于选通工作状态下的微波开关分支端的直流电压，可判断该微波开关分支端在选通工作状态下的直流接触电阻大小，进而能够辅助判断该微波开关分支端的选通工作状态是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应。
作为本发明的一种改进，输入程序判别控制电路中的外部预设的机械开关控制信号、直流检测比较电路产生直流检测比较输出信号、程序判别控制电路的机械开关控制信号输出端输出的控制信号以及程序判别控制电路由程序判别控制电路内部产生的一次重置控制脉冲信号均采用ttl或lvttl电平信号，所述机械开关驱动电路将接收到的ttl或lvttl电平信号转换成驱动微波机械开关电磁吸合装置的驱动电流信号输出给微波机械开关。
作为本发明的一种改进，通过程序判别控制电路对微波机械开关进行重置的次数至少为一次，并在程序判别控制电路中预设有重置次数上限，若对微波机械开关进行状态重置的次数达到该预设的重置次数上限，则程序判别控制电路停止对微波机械开关进行状态重置操作并判断该微波机械开关失效，并通过程序判别控制电路上设置的告警输出端向微波控制电路系统发出告警信息。
相对于现有技术，本发明的优点如下，通过在微波机械开关应用电路中增加本发明所提出的在线性能检测和性能恢复装置，通过该装置实时检测判别微波机械开关的机械接触是否电接触导通，并在电接触不通的情况下，通过本装置自动重置微波机械开关的控制状态，以恢复微波机械开关的机械接触的电接触导通，保证微波机械开关的微波电性能的可靠性。另外，当对微波机械开关进行重置的次数达到该预设的重置次数上限时，本装置给出微波机械开关失效的反馈告警信息，并同时向微波控制电路系统发出告警信息。
附图说明
图1为本发明实施例的装置原理框图。
图2为本发明实施例的装置的电路原理图。
图3为本发明实施例的微波机械开关的控制波形示意图。
图4为本发明实施例的程序判别控制电路的工作流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述和介绍。
通过对微波机械开关的大量试验发现，微波机械开关发生故障的现象都是有吸合动作，这就表示金属簧片和微波信号输入、输出接触点之间产生了机械接触，然而微波机械开关的微波电性能，如插入损耗和相位特性都不正常。虽然微波机械开关所存在的这种机械接触而电接触不导通的问题是随机小概率事件，但对于微波控制电路系统的高可靠要求，这个问题是很难解决的短板。
实际中对微波机械开关的微波电性能进行测试比较困难，而对微波机械开关的直流电参数（如直流电平、直流接触电阻值等）的检测比较易于实现。因此，对于微波机械开关的可靠性，运用现有相关的技术标准和试验方法进行测试和评估时，主要是对微波机械开关进行连续的开关动作切换，检测每一次连通状态下的直流接触电阻，判断该接触电阻是否满足合格判据设定的电阻值。例如mil-dtl-3928f(2007)标准中，3.5.2和4.6.3规定了运行试验方法和判断标准，运行4800次，5毫安电流下，每次运行状态下接触电阻要求不能大于250毫欧；3.22和4.6.27规定了寿命试验方法和判断标准，每次运行状态下一旦接触电阻大于240毫欧为不合格，并且试验后微波性能要满足额定要求。
按照微波机械开关的相关技术标准和试验方法测试微波机械开关在机械接触导通而电接触不导通的状态下的直流接触电阻，若为阻值很大的开路状态，则根据相关的技术标准可知微波机械开关接触点之间的电接触特性不好。当出现这种机械接触导通而电接触不良的故障时，只要重置一次微波机械开关，这种故障一般都会消除，即微波机械开关经过一次重置后可恢复正常工作状态。
因此，根据上述的试验和分析，本发明提出一种能够对微波机械开关实现在线性能检测和性能恢复的装置，通过该装置可在线检测判别微波机械开关的机械接触是否电接触导通，并在电接触不通的情况下，自动重置微波机械开关的控制状态，恢复机械接触的电接触导通，以保证微波机械开关的微波电性能，消除因微波机械开关的这种故障给应用微波机械开关的微波控制电路系统带来的不可靠性。
下面给出一个具体的实施例：
如图1所示，在微波控制电路系统中加装本发明所提出的在线性能检测和性能恢复装置，所述的微波控制电路系统包括微波机械开关和机械开关驱动电路，所述机械开关驱动电路与设置在微波机械开关内部的控制信号通路相连接。所述的微波机械开关采用单刀双掷形式的开关，具体为sr-2min-min-h-18a微型表贴射频同轴开关，由美国rlcelectronics(www.rlcelectronics.com)公司生产，该微波机械开关上设有一个微波开关公共端和两个微波开关分支端。运用于该微波机械开关应用电路上的在线性能检测和性能恢复装置具体包括两路直流偏置电路、三路直流耦合电路、两路直流检测比较电路和一路程序判别控制电路，三路直流耦合电路分别与微波机械开关的微波开关公共端和微波开关分支端相连接，并在微波开关公共端和微波开关分支端上均连接有隔直电容c1、c2、c3，所述隔直电容均设置在直流耦合电路的输入端。直流耦合电路分别采用电感器l1、l2、l3实现。所述直流偏置电路连接在与微波开关公共端相连的直流耦合电路以及与微波开关分支端相连的直流耦合电路之间，所述直流检测比较电路与设置在微波开关分支端的直流耦合电路相连接，所述程序判别控制电路分别与直流检测比较电路和机械开关驱动电路相连接。
具体的，如图2所示，直流检测比较电路包括电压比较器ac1/ac2，所述电压比较器ac1/ac2的同相输入端通过第一电阻r1/r6和由r3、c4组成的/由r5、c5组成的rc电路连接电源vcc，电压比较器的反向输入端通过第二电阻r2/r4连接一个参考电压vref（即vref是直流电压比较门限，可以利用vcc或其它直流电压源通过电阻分压产生vref比较电压和调整其大小），电压比较器的vcc端连接电源vcc，电压比较器的gnd端直接接地，电压比较器ac1/ac2的输出端（直流检测比较输出1/2）连接程序判别控制电路的信号输入端（in_2/in_3）。
连接在微波开关分支端上的电感器l2/l3接入至第一电阻r1/r6和由r3、c4组成的/由r5、c5组成的rc电路之间引出的一条支路上，并在第一电阻r1/r6和由r3、c4组成的/由r5、c5组成的rc电路之间引出另一条支路作为直流电压检测点vdet1/vdet2，电源vcc、第一电阻r1/r6、连接在微波开关分支端上的电感器l2/l3和连接在微波开关公共端上的电感器l1构成直流偏置电路为微波开关分支端提供直流偏置。具体是，vcc通过r1、l2、l1给微波开关分支端1提供直流偏置，vcc通过r6、l3、l1给微波开关分支端2提供直流偏置。
所述程序判别控制电路采用单片机或fpga或cpld中的至少一个设计而成，程序判别控制电路包括微控制器，所述微控制器上设有机械开关控制信号输入端in_1和输出端out、直流检测比较输出信号输入端in_2/in_3，所述机械开关控制信号输入端in_1接入外部预设的机械开关控制信号，所述机械开关控制信号输出端out连接机械开关驱动电路的信号输入端in，所述直流检测比较输出信号输入端连接in_2/in_3直流检测比较电路的信号输出端（即电压比较器ac1/ac2的输出端）。
由此，采用上述装置对该微波机械开关进行在线性能检测和性能恢复的方法为，通过直流耦合电路对微波机械开关实现微波信号和直流信号的隔离，通过直流偏置电路为微波开关分支端提供直流偏置，通过输入程序判别控制电路中的外部预设的机械开关控制信号ttl控制机械开关驱动电路对微波机械开关的某一微波开关分支端（微波信号分支端1/微波信号分支端2）进行选通操作，并将该微波开关分支端在选通工作状态下所产生的直流电位输入至直流检测比较电路中与参考电压vref进行比较产生直流检测比较输出信号，通过程序判别控制电路对输入的直流检测比较输出信号结合预设的机械开关控制信号来判断该微波开关分支端的选通工作状态是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应；若两者不对应，则判定该微波开关分支端存在电接触不导通的故障，此时程序判别控制电路的内部产生一次重置控制脉冲信号，并通过机械开关控制信号输出端发送给机械开关驱动电路，通过机械开关驱动电路对微波机械开关进行状态重置，并再次检测和判别该微波开关分支端经过重置后的选通工作状态下的直流电位是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应，“是”则接受该状态，“否”则再次进行重置。
其中，所述“程序判别控制电路中预设的控制状态”是指由程序判别控制电路的机械开关控制信号输入端接入的外部预设的机械开关控制信号所确定的微波机械开关的控制状态，即微波机械开关的电接触导通与电接触不导通两种控制状态。
通过在直流电压检测点vdet1/vdet2处检测处于选通工作状态下的微波开关分支端的直流电压，可判断该微波开关分支端在选通工作状态下的直流接触电阻大小，进而能够根据现有相关的技术标准和试验方法来辅助判断该微波开关分支端的选通工作状态是否与在程序判别控制电路中预设的控制状态相对应，即微波机械开关的工作状态是否正常。
另外，输入程序判别控制电路中的外部预设的机械开关控制信号、直流检测比较电路产生直流检测比较输出信号、程序判别控制电路的机械开关控制信号输出端输出的控制信号以及程序判别控制电路由程序判别控制电路内部产生的一次重置控制脉冲信号均采用ttl或lvttl电平信号，所述机械开关驱动电路将接收到的ttl或lvttl电平信号转换成驱动微波机械开关电磁吸合装置的驱动电流信号i_dri输出给微波机械开关。
此外，通过程序判别控制电路对微波机械开关进行重置的次数至少为一次，并在程序判别控制电路中预设有重置次数上限，若对微波机械开关进行状态重置的次数达到该预设的重置次数上限，则程序判别控制电路停止对微波机械开关进行状态重置操作并判断该微波机械开关失效，并通过程序判别控制电路上设置的告警输出端alm向微波控制电路系统发出告警信息。本装置中的程序判别控制电路的控制工作流程图可参见图4所示。
例如，当外部预设的机械开关控制信号选通微波机械开关的微波开关分支端1路时，微波机械开关c-nc应该电接触导通，由图2可知，直流电压检测点vdet1的检测电压应该为接地零电位，此时直流电压检测点vdet1处检测计算出的直流接触电阻很小。而如果此时微波机械开关有故障，c-nc电接触不导通，那么检测点vdet1的检测电压就是高电平，直流电压检测点vdet1处检测计算出的直流接触电阻很大，此时通过直流检测比较电路输出直流检测比较输出信号，程序判别控制电路会判断出此时微波机械开关的工作状态与预设的控制状态不符，并给机械开关驱动电路发送重置控制信号，由机械开关驱动电路驱动微波机械开关进行状态重置。
图3给出了本发明实施例的该种微波机械开关的相关控制信号波形图，从图中可知，t0时刻机械开关控制信号ttl电平发生转换，程序判别控制电路延时一定时间（具体可根据实际需要进行设定，如20ms、30ms、40ms、50ms等）进行信号翻转，并在t1时刻给机械开关驱动电路输入控制信号ttl电平翻转，延时一定时间后，在t2时刻判别直流检测比较输出1、直流检测比较输出2的输出信号电平，并发现直流检测比较输出1的输出信号电平与微波机械开关的预设的控制状态不符，此时通过程序判别控制电路给机械开关驱动电路输入控制信号产生1次20ms（具体可根据微波机械开关实际控制响应时间等需要进行设定）的重置控制脉冲信号，并让重置控制脉冲信号在t3时刻结束，延时一定时间后，在t4时刻判别直流检测比较输出1、直流检测比较输出2的输出信号电平，发现经过状态重置后的微波机械开关已经与预设的控制状态相符。需要说明的是，将控制信号进行延时是为了保证程序判别控制电路检测信号时，微波机械开关已经处于稳定状态，延时的具体时长可根据微波机械开关实际控制响应时间等实际需要进行设定。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。