Устройство для переключения приемопередающей антенны

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в антенных переключателях для коммутации больших импульсных мощностей (единицы кВт) с высоким быстродействием в широкой полосе частот. Техническим результатом изобретения является обеспечение переключения больших импульсных мощностей с развязкой между каналами «передающее устройство - приемопередающая антенна» и «приемопередающая антенна-приемное устройство» на уровне - 40 дБ.

Предложено устройство для переключения приемопередающей антенны, содержащее волноводный Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена приемопередающая антенна, а к третьему плечу через электронный СВЧ коммутатор подключено приемное устройство, при этом электронный СВЧ коммутатор вторым выходом соединен с согласованной нагрузкой, а вторым входом соединен с управляющим устройством, ко второму выходу которого подключено передающее устройство. 1 ил.

 

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в антенных переключателях для коммутации больших импульсных мощностей (единицы кВт) с высоким быстродействием (доли мск) в широкой полосе частот.

Одной из серьезных проблем, стоящих перед разработчиками радиолокационной техники, в частности, радиолокационных измерительных комплексов является проблема создания антенных переключателей «прием - передача» для коммутации больших импульсных мощностей в широкой полосе частот с высоким быстродействием и большой развязкой между приемником и передатчиком.

Известно (аналог) устройство ферритовый СВЧ-переключатель [СССР, АС №1252838, H01P 1/11, 1984], содержащий размещенные в корпусе Y-разветвление прямоугольных волноводов, ферритовый элемент, два постоянных магнита и две пластины из магнитомягкого материала, при этом постоянные магниты расположены соосно с разных сторон Y-разветвления так, что их одноименные полюсы обращены один к другому, при этом обе пластины из магнитомягкого материала установлены в зазорах между постоянными магнитами и Y-разветвлением с возможностью попеременного введения.

Недостатком данного устройства является невысокая развязка между плечами циркулятора на уровне - 20 дБ и сложность настройки устройства.

Известные схемы построения антенных переключателей [С.М.Клич. "Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников".- М.: "Сов. Радио", 1973, стр.32-100], не обеспечивают одновременно достаточную развязку между приемником и передатчиком, широкополосность и быстродействие.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому устройству (прототип) является антенный переключатель на основе волноводного Y-циркулятора [Г.Б.Белоцерковский. "Основы радиотехники и антенн". - М.: «Радио и связь», 1983., стр.110], содержащего волноводный Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена антенна, а к третьему плечу - приемное устройство.

Недостатком данного устройства является невысокая развязка между плечами циркулятора на уровне - 20 дБ.

Использование в антенном переключателе ферритового циркулятора не может обеспечить защиту приемного устройства от просачивающейся СВЧ энергии из передающего устройства. Например, при киловатной импульсной мощности передающего устройства, на вход приемного устройства попадает до 10 Вт импульсной мощности. Для транзисторных малошумящих входных усилителей допустимая импульсная мощность на входе не должна превышать 150-250 мВт, следовательно, развязка между передающим устройством и входом приемного устройства должна быть не менее - 40 дБ.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработанное устройство для переключения больших импульсных мощностей с развязкой между плечами циркулятора «передающее устройство - приемопередающая антенна» и «приемопередающая антенна - приемное устройство» на уровне - 40 дБ и временем восстановления после прохождения сигнала передатчика не более 200-300 нск.

Этот технический результат достигается за счет того, что в антенный переключатель, содержащей Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена приемопередающая антенна, а к третьему плечу - приемное устройство, введены последовательно соединенные согласованная нагрузка, электронный СВЧ коммутатор и управляющее устройство, ко второму выходу которого подключен передатчик, при этом электронный СВЧ коммутатор первым входом соединен с третьим плечом Y-образного ферритового циркулятора, а вторым выходом соединен с приемным устройством.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для переключения приемопередающей антенны.

Устройство для переключения приемопередающей антенны содержит (фиг.1) Y-образный ферритовый циркулятор - 1, например, циркуляторы 2CCS83 - 2, 3CCS30 - 56, 4CWN10 - 4, разных частотных диапазонов, серийно выпускаемые НПО «Феррит-Квазар», С.Петербург, к первому плечу которого подключено передающее устройство - 2, например передающее устройство аналогичное [Я.В.Доминюк. "Радиотехника". №4, 2006 г., стр.28], ко второму плечу подключена приемопередающая антенна - 3, например, аналогичная антеннам, описанным [А.Л.Драбкин и др. "Антенно-фидерные устройства". - М.: «Советское радио», 1974, глава XVI], а к третьему плечу через электронный СВЧ коммутатор - 4, например, переключатель ПБКЖ-434832.001 ТУ (НПО «САЛЮТ» Н. Новгород) подключено приемное устройство - 5, например [Оксли. "Приемник 3-х см диапазона на интегральных схемах"- "Зарубежная радиоэлектроника", 1971 г, №1, стр.149-152], при этом электронный СВЧ коммутатор - 4 вторым выходом соединен с согласованной нагрузкой - 6, а вторым входом соединен с управляющим устройством - 7, ко второму выходу которого подключено передающее устройство - 2.

Устройство для переключения приемопередающей антенны (фиг.1) работает следующим образом.

В соответствии с циклограммой работы радиолокационной станции (РЛС) с управляющего устройства - 7 сигналы управления одновременно подаются на передающее устройство - 2 и электронный СВЧ коммутатор - 4. При этом, если передающее устройство - 2 генерирует импульс, который из первого плеча Y-образного ферритового циркулятора - 1 через второе плечо поступает в приемопередающую антенну 3 и излучается в пространство, то СВЧ коммутатор - 4 замыкает третье плечо Y-образного ферритового циркулятора - 1 на согласованную нагрузку - 6, а если передающее устройство - 2 не генерирует импульс (пауза), то электронный СВЧ коммутатор - 4 замыкает третье плечо Y-образного ферритового циркулятора -1 на приемное устройство - 5. Таким образом, исключается просачивание СВЧ энергии из передающего устройства - 2 в приемное устройство - 5.

В качестве управляющего устройства - 7 может быть использован отдельный контроллер или центральный компьютер РЛС.

Y-образные ферритовые циркуляторы, рассчитанные на пропускание киловатных импульсных мощностей и обладающие достаточно большой рабочей полосой частот, серийно выпускаются отечественными предприятиями, например, циркуляторы 2CCS83 - 2 полоса частот от 700 до 1000 МГц, 3CCS30-56 полоса частот от 2,5 до 3,5 ГГц, 4CWN 10-4 полоса частот от 8,5 до 11,5 ГГц (НПО «Феррит-Квазар», С.Петербург). Эти циркуляторы имеют прямые потери на уровне 0,5-1 дБ, развязка входов (изоляция) на уровне - 20 дБ.

В качестве электронного СВЧ коммутатора - 4 можно применить управляемый электронный переключатель ПБКЖ-434832.001 ТУ (НПО «САЛЮТ» Н. Новгород), который может переключать до 2 Вт непрерывной СВЧ мощности в очень широком диапазоне частот (от 1 до 18 ГГц), а импульсную мощность в зависимости от скважности до 10-15 Вт, при характерном времени переключения не более 20 нс.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство для переключения приемопередающей антенны, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения (введение последовательно соединенных согласованной нагрузки, электронного СВЧ коммутатора и управляющего устройства, ко второму выходу которого подключен передатчик, при этом электронный СВЧ коммутатор первым входом соединен с третьим плечом волноводного Y-образного ферритового циркулятора, а первым выходом соединен с приемным устройством), отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства для переключения приемопередающей антенны, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния этих отличительных признаков заявляемого устройства на полученный технический результат - разработанное устройство для переключения больших импульсных мощностей с развязкой между плечами циркулятора «передатчик-антенна» и «антенна-приемник» на уровне - 40 дБ, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Изобретение «Устройство для переключения приемопередающей антенны» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков, обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость в составе измерительных РЛС на полигонах открытого типа, при этом для реализации заявляемого устройства может быть использовано известное промышленное оборудование.

Устройство для переключения приемопередающей антенны прошло предварительные испытания в составе радиолокационного измерительного комплекса на радиополигоне открытого типа, которые подтвердили ожидаемые технические характеристики реализованного нового технического решения.

Устройство для переключения приемопередающей антенны, содержащее волноводный Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена приемопередающая антенна, а к третьему плечу - приемное устройство, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные согласованная нагрузка, электронный СВЧ коммутатор и управляющее устройство, ко второму выходу которого подключено передающее устройство, при этом электронный СВЧ коммутатор первым входом соединен с третьим плечом волноводного Y-образного ферритового циркулятора, а первым выходом соединен с приемным устройством.