Коммутатор свч

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в многоканальных и матричных коммутаторах, а также в других устройствах радиолокационных станций при низком и среднем уровнях мощности, требующих малых потерь пропускания СВЧ-сигнала. Техническим результатом является уменьшение потерь пропускания и увеличение передаваемой коммутатором СВЧ-мощности. Коммутатор СВЧ содержит входной СВЧ-соединитель 1 и выходные СВЧ-соединители 2 и 3 и коммутируемые линии 4, 5 и 6. При этом линия 4 подсоединена к входному СВЧ-соединителю 1 и отделена от линий 5 и 6, подключенных соответственно к выходным СВЧ-соединителям 2 и 3, зазорами 9 и 10. Над одним из зазоров 9 или 10 на расстоянии δ, которое удовлетворяет условию δ≤0,1 W, где W - поперечный размер линии, в режиме передачи СВЧ-мощности размещен подвижный переключающий элемент 12. Переключающий элемент 12 снабжен приводом 15, при помощи которого он может быть расположен над одним из зазоров 9 или 10. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано в многоканальных коммутаторах, применяемых, в частности, в устройствах резервирования аппаратуры для поочередной передачи СВЧ-энергии от нескольких генераторов на общую нагрузку и для поочередной передачи СВЧ-энергии от одного генератора на несколько нагрузок; в матричных коммутаторах типа m х n для соединения каждого из m входных каналов с одним из n выходных каналов, а также в других устройствах радиолокационных станций при низком и среднем уровнях мощности, требующих малых потерь пропускания СВЧ-сигнала.

Известен коммутатор СВЧ на основе двух связанных коаксиальных ответвителей (патент ФРГ №3239207, МПК3 Н01Р 1/10, 1984 г.). В известном коммутаторе средняя коаксиальная линия соединена со входом коммутатора, а две другие крайние коаксиальные линии соединены с выходами коммутатора. Для переключения входной СВЧ-мощности на первый выход, связанный с первой коаксиальной линией, в область связи протяженностью λ/4 (где λ - средняя длина волны в линии) между средней и второй линиями вводится первый подвижный заземленный экран, а аналогичный второй подвижный заземленный экран выводится из области связи протяженностью λ/4 между средней линией и первой коаксиальной линией. И наоборот, для переключения входной СВЧ-мощности на второй выход коммутатора, связанный со второй коаксиальной линией, в область связи протяженностью λ/4 между средней линией и первой коаксиальной линией вводится второй подвижный заземленный экран, а из области связи протяженностью λ/4 между средней линией и второй коаксиальной линией выводится первый подвижный заземленный экран.

Известный коммутатор имеет следующие недостатки. Применение подвижных заземленных экранов обуславливает большую величину зазоров между средней линией и крайними коаксиальными линиями и, как следствие, малую электромагнитную связь и достаточно высокое значение коэффициента стоячей волны (КСВ) по входу и выходам, что в конечном итоге приводит к большим потерям пропускания СВЧ-мощности (примерно 3 дБ на каждый канал) и к снижению передаваемой коммутатором СВЧ-мощности.

В качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения выбран коммутатор СВЧ, состоящих из двух коммутируемых линий, подключенных к входным и выходным СВЧ-соединителям, согласованным с коммутируемыми линиями по волновому сопротивлению, и размещенного в зазоре между ними переключающего элемента, представляющего собой асимметричную электропроводящую лопасть, выполненную с возможностью поворота вокруг своей оси (патент США №4119931, МПК2 Н01P 5/18, 1978 г.). В положении «замкнуто» ось лопасти ориентирована вдоль общей оси коммутируемых линий и возникающая между линиями и лопастью электромагнитная связь обеспечивает передачу СВЧ-мощности по цепи:

первая коммутируемая линия - лопасть - вторая коммутируемая линия. В положении «разомкнуто» лопасть повернута вокруг своей оси и один из торцов лопасти располагается в непосредственной близости от корпуса коммутатора. Это приводит к образованию сильной емкостной связи между лопастью и корпусом коммутатора, и, соответственно, передачи СВЧ-мощности между линиями не происходит, причем первая линия остается согласованной по волновому сопротивлению.

Недостатком ближайшего аналога является недостаточная величина передаваемой коммутатором СВЧ-мощности ввиду больших потерь пропускания СВЧ-мощности (около 7,7 дБ), поскольку связь между первой и второй линиями является относительно слабой. Малая величина связи объясняется как наличием зазоров между лопастью и линиями (которые не могут быть сделаны очень малыми по причине размещения лопасти в пространстве между торцами линий), так и небольшой площадью торцов лопасти и линий, обуславливающих электромагнитное взаимодействие между лопастью и линиями.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение передаваемой коммутатором СВЧ-мощности за счет уменьшения потерь пропускания.

Указанная задача решается тем, что в коммутаторе СВЧ, содержащем коммутируемые линии, отделенные друг от друга зазором и подключенные к входным и выходным СВЧ-соединителям, согласованным с коммутируемыми линиями по волновому сопротивлению, и переключающий элемент, упомянутый переключающий элемент выполнен подвижным и расположен в режиме передачи СВЧ-мощности над упомянутым зазором и коммутируемыми линиями на расстоянии δ не более 0,1 W, где W - поперечный размер коммутируемых линий, при этом переключающий элемент ориентирован параллельно коммутируемым линиям, его длина равна λ/2, где λ - средняя длина волны в коммутируемых линиях, а длина зазора Δ выбрана равной 0,5 W.

В варианте технического решения поперечный размер переключающего элемента равен поперечному размеру коммутируемых линий.

В варианте технического решения переключающий элемент размещен симметрично относительно середины зазора между коммутируемыми линиями.

В варианте технического решения коммутируемые линии выполнены в виде Т-образного разветвителя, содержащего одну коммутируемую линию, подключенную к входному СВЧ-соединителю, и две коммутируемые линии, подключенные к выходным СВЧ-соединителям.

В варианте технического решения коммутируемые линии выполнены в виде Т-образного разветвителя, содержащего одну коммутируемую линию, подключенную к выходному СВЧ-соединителю, и две коммутируемые линии, подключенные к входным СВЧ-соединителям.

В варианте технического решения коммутируемые линии выполнены в виде Т-образного разветвителя, и расстояние от точки разветвления по осям коммутируемых линий до середины зазора между ними равно λ / 2.

В варианте технического решения коммутатор СВЧ содержит первую коммутируемую линию, подключенную к первому входному СВЧ-соединителю и отделенную зазором от второй коммутируемой линии, которая подключена к первому выходному СВЧ-соединителю, и третью коммутируемую линию, подключенную ко второму входному СВЧ-соединителю и отделенную зазором от четвертой коммутируемой линии, которая подключена ко второму выходному СВЧ-соединителю.

В варианте технического решения коммутируемые линии выполнены в виде металлических полосков, размещенных на СВЧ диэлектрическом материале.

В варианте технического решения переключающий элемент выполнен в виде металлического полоска, размещенного на СВЧ диэлектрическом материале.

В варианте технического решения переключающий элемент снабжен электромеханическим приводом.

В варианте технического решения переключающий элемент снабжен электромагнитным приводом.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 схематически изображен заявляемый коммутатор СВЧ, на фиг.2 показан вид А-А, на фиг.3 - вид Б-Б, на фиг.4 иллюстрируется выполнение двухканального коммутатора СВЧ.

Заявляемый коммутатор СВЧ выполнен в виде Т-образного разветвителя (фиг.1), содержащего коаксиальный входной СВЧ-соединитель 1 и коаксиальные выходные СВЧ-соединители 2 и 3, гальванически соединенные и электрически согласованные по волновому сопротивлению с коммутируемыми линиями 4, 5 и 6, выполненными в виде металлических полосков 7 равной ширины W, размещенных на СВЧ диэлектрическом материале 8. Коммутируемая линия 4 подсоединена к входному СВЧ-соединителю 1 и отделена от коммутируемых линий 5 и 6, подключенных соответственно к выходным СВЧ-соединителям 2 и 3, зазорами 9 и 10, длина которых равна 0,5 W. Расстояние от точки разветвления 11 по осям коммутируемых линий до середины зазоров 9 и 10 равно λ/2. Над одним из зазоров 9 или 10 симметрично относительно середины зазора в режиме передачи СВЧ-мощности размещен подвижный переключающий элемент 12, выполненный в виде металлического полоска 13 на СВЧ диэлектрическом материале 14. Переключающий элемент 12 расположен над зазором между коммутируемыми линиями на некотором расстоянии δ, которое удовлетворяет условию δ≤ 0,1 W, т.е. гальванический контакт между переключающим элементом 12 и коммутируемыми линиями 4, 5 и 6 отсутствует. Длина переключающего элемента 12 равна λ/2, a ширина переключающего элемента 12 (под которой понимается ширина полоска 13) равна ширине W коммутируемых линий 4, 5 и 6. Переключающий элемент 12 ориентирован в пространстве параллельно коммутируемым линиям.

Переключающий элемент 12 снабжен приводом 15, выполненным в виде электромеханического или электромагнитного привода, при помощи которого переключающий элемент 12 может располагаться над одним из зазоров 9 или 10.

Коммутатор СВЧ размещается в экранированном корпусе 16.

На фиг.4 представлен вариант выполнения коммутатора СВЧ в виде двухканального коммутатора, включающего первый и второй входные СВЧ-соединители 17 и 18, первый и второй выходные СВЧ-соединители 19 и 20, первую коммутируемую линию 21, подключенную к входному СВЧ-соединителю 17, вторую коммутируемую линию 22, подключенную к выходному СВЧ-соединителю 19, третью коммутируемую линию 23, подключенную к входному СВЧ-соединителю 18, и четвертую коммутируемую линию 24, подключенную к выходному СВЧ-соединителю 20. Линии 21 и 22 и линии 23 и 24 разделены зазорами. Над одним из зазоров располагается переключающий элемент 12.

Работа заявляемого коммутатора СВЧ иллюстрируется на примере коммутатора, выполненного в виде Т-образного разветвителя. Переключающий элемент 12 с помощью привода 15 располагается над одним из зазоров между коммутируемыми линиями (на фиг.1 показано расположение переключающего элемента над зазором 9 между линиями 4 и 5) и над крайними участками коммутируемых линий 4 и 5. За счет сильной распределенной электромагнитной связи между переключающим элементом 12 и коммутируемыми линиями 4 и 5 на длине λ/4 (так как переключающий элемент 12 расположен симметрично относительно середины зазора 9 и его длина равна λ/2, протяженность области электромагнитного воздействия переключающего элемента 12 с каждой из линий 4 и 5 можно примерно оценить в λ/4) СВЧ-мощность, поступающая из входного СВЧ-соединителя 1 в линию 4, передается из линии 4 на переключающий элемент 12, распространяется по переключающему элементу 12 и передается из переключающего элемента 12 в линию 5 и далее в выходной СВЧ-соединитель 2. СВЧ-мощность из линии 4 передается в линию 6 с максимальным ослаблением из-за наличия зазора между линиями 4 и 6. Часть линии 4 длиной λ/2 от точки разветвления 11 до зазора 10 не влияет на передачу СВЧ-мощности, так как СВЧ-волна, прошедшая по части линии 4 до зазора 10, находится в области зазора 10 в режиме холостого хода, вследствие чего отражается назад с поворотом фазы на 180° и, пройдя по части линии 4 длиной λ/2 к точке 11, оказывается в противофазе с исходной волной. В результате передача СВЧ-мощности по части линии 4 длиной λ/2 от точки 11 до зазора 10 не происходит.

Таким образом осуществляется передача СВЧ-мощности по первому каналу из входного СВЧ-соединителя 1 в выходной СВЧ-соединитель 2. Геометрические размеры переключающего элемента 12 (его длина, равная λ/2, и ширина, равная ширине полосковых коммутируемых линий) и его расположение относительно коммутируемых линий - над упомянутыми линиями на минимальном расстояния δ от них - и ориентация переключающего элемента 12 параллельно коммутируемым линиям создают оптимальные условия в режиме передачи СВЧ-мощности и обеспечивают передачу на выход коммутатора максимальной СВЧ-мощности. Следует отметить, что смещение переключающего элемента 12 относительно оси коммутируемых линий (параллельно линиям) на расстояние, не превышающее 0,5 W, не оказывает существенного влияния на электрические характеристики коммутатора.

Для передачи СВЧ-мощности по второму каналу из входного СВЧ-соединителя 1 в выходной СВЧ-соединитель 3 переключающий элемент 12 отводится с помощью привода 15 от зазора 9 и перемещается в положение над зазором 10. При отведении переключающего элемента 12 от зазора 9 на расстояние, равное (2-3) W, передача СВЧ-мощности по первому каналу прекращается из-за сильного ослабления электромагнитной связи в зазоре 9 и между переключающим элементом 12 и линиями 4 и 5.

Когда переключающий элемент 12 займет положение над зазором 10, аналогично описанному выше осуществляется передача СВЧ-мощности из входного СВЧ-соединителя 1 в выходной СВЧ-соединитель 3 по цепи: линия 4 - переключающий элемент 12 - линия 6. СВЧ-мощность из входного СВЧ-соединителя 1 в выходной СВЧ-соединитель 2 не передается ввиду наличия зазора между линиями 4 и 5.

Входной и выходные СВЧ-соединители заявляемого коммутатора являются взаимными, т.е. передача СВЧ-энергии может осуществляться в направлении от соединителей 2 и 3 (которые в данном случае являются входными) к соединителю 1 (который в данном случае является выходным).

Заявляемый коммутатор СВЧ может быть выполнен как в полосковом, так и в коаксиальном варианте.

Согласно изобретению был изготовлен двухканальный коммутатор СВЧ S-диапазона с коаксиальными СВЧ-соединителями при входной средней мощности 380 Вт. Указанный коммутатор имел в полосе частот 5% потери открытого канала не более 0,3 дБ, закрытого - не менее 30 дБ; в полосе частот 8% - 0,5 дБ и 28 дБ, соответственно при КСВ СВЧ-соединителей не более 1,3.

Таким образом, заявляемый коммутатор СВЧ по сравнению с ближайшим аналогом за счет применения подвижного переключающего элемента и реализации режима сильной распределенной электромагнитной связи между переключающим элементом и коммутируемыми линиями позволяет существенно уменьшить потери пропускания и, как следствие, увеличить передаваемую коммутатором СВЧ-мощность.

1. Коммутатор СВЧ, содержащий коммутируемые линии, отделенные друг от друга зазором и подключенные к входным и выходным СВЧ-соединителям, согласованным с коммутируемыми линиями по волновому сопротивлению, и переключающий элемент, отличающийся тем, что переключающий элемент выполнен подвижным и расположен в режиме передачи СВЧ-мощности над упомянутым зазором и коммутируемыми линиями на расстоянии δ не более 0,1 W, где W - поперечный размер коммутируемых линий, при этом переключающий элемент ориентирован параллельно коммутируемым линиям, его длина равна λ/2, где λ - средняя длина волны в коммутируемых линиях, а длина зазора Δ выбрана равной 0,5 W.

2. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что поперечный размер переключающего элемента равен поперечному размеру коммутируемых линий.

3. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что переключающий элемент размещен симметрично относительно середины зазора между коммутируемыми линиями.

4. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что коммутируемые линии выполнены в виде Т-образного разветвителя, содержащего одну коммутируемую линию, подключенную к входному СВЧ-соединителю, и две коммутируемые линии, подключенные к выходным СВЧ-соединителям.

5. Коммутатор СВЧ по п.3, отличающийся тем, что он содержит одну коммутируемую линию, подключенную к выходному СВЧ-соединителю, и две коммутируемые линии, подключенные к входным СВЧ-соединителям.

6. Коммутатор СВЧ по пп.4 и 5, отличающийся тем, что расстояние от точки разветвления по осям коммутируемых линий до середины зазора между ними равно λ/2.

7. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что он содержит первую коммутируемую линию, подключенную к первому входному СВЧ-соединителю и отделенную зазором от второй коммутируемой линии, которая подключена к первому выходному СВЧ-соединителю, и третью коммутируемую линию, подключенную ко второму входному СВЧ-соединителю и отделенную зазором от четвертой коммутируемой линии, которая подключена ко второму выходному СВЧ-соединителю.

8. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что коммутируемые линии выполнены в виде металлических полосков, размещенных на СВЧ-диэлектрическом материале.

9. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что переключающий элемент выполнен в виде металлического полоска, размещенного на СВЧ-диэлектрическом материале.

10. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что переключающий элемент снабжен электромеханическим приводом.

11. Коммутатор СВЧ по п.1, отличающийся тем, что переключающий элемент снабжен электромагнитным приводом.