Волноводный выключатель

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в радиотехнических системах, например в радиолокационных станциях. Волноводный выключатель состоит из отрезка прямоугольного волновода, коммутируемого элемента и приводного механизма. Коммутируемый элемент выполнен в виде металлической пластины, перекрывающей сечение волноводного канала, а приводной механизм выполнен в виде пары жестко связанных с металлической пластиной рычагов, которые под воздействием электродвигателя или электромагнита разворачивают металлическую пластину на 90 градусов, ориентируя плоскость металлической пластины либо перпендикулярно продольной оси прямоугольного волновода, либо параллельно его широким стенкам. Фиксация положений металлической пластины осуществляется цилиндрическими пружинами, которые, воздействуя на рычаги, прижимают металлическую пластину к ограничительным выступам на широкой или узкой стенке прямоугольного волновода. Техническим результатом является уменьшение габаритов и массы устройства, времени переключения режимов, повышение уровня развязки и надежности функционирования. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в радиотехнических системах, например в радиолокационных станциях (РЛС) при работе в режиме «Эквивалент» с соблюдением требований электромагнитной совместимости.

Широко используемые для этих целей волноводные электромеханические переключатели (авторские свидетельства СССР №1707659, 1989 г.; №1693658, 1989 г.; №1778828, 1989 г.) представляют собой корпус (статор), в теле которого выполнены волноводные каналы, и вращающийся внутри статора ротор с коммутируемыми волноводными каналами, а также электропривод и другие узлы. В зависимости от назначения они различаются габаритами, числом коммутируемых каналов, типом электропривода, конструкцией фиксаторов положения и т.д.

Общими недостатками, присущими в большей или меньшей степени каждой из конструкций, являются: большие габариты, недостаточная надежность функционирования, недостаточное быстродействие и, что самое главное, недостаточный уровень развязки между коммутируемыми каналами (не более 90-100 дБ, тогда как для современных РЛС требуется 110-120 дБ).

Имея в виду, что в состав современных РЛС входят ферритовые циркуляторы, выполняющие функции системных переключателей и развязывающих устройств, предлагается для повышения уровня развязки использовать волноводный выключатель с электромеханическим приводом, подобно переключателю.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств указанного назначения с одновременным улучшением его эксплуатационных характеристик.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации изобретения, в частности, являются, повышение уровня развязки, уменьшение габаритов и массы устройства, повышение надежности функционирования, способность работать при повышенных уровнях мощности СВЧ, уменьшение времени переключения режимов.

Влияние на получение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки. Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании короткого отрезка прямоугольного волновода, внутри которого размещены одна или несколько металлических пластин, разнесенных на одну четверть длины волны в прямоугольном волноводе с возможностью их поворота на девяносто градусов.

На Фиг.1-2 приведена простейшая конструкция волноводного выключателя с одной контактной металлической пластиной. На Фиг.3-4 - более совершенная конструкция волноводного выключателя, рассчитанная на работу в широкой полосе частот при повышенных уровнях мощности и обладающая значительно большим затуханием.

В простейшем варианте волноводного выключателя, показанном на Фиг.1-2, использован стандартный прямоугольный волновод 1 со стандартными фланцами 2. Металлическая пластина 3 с размерами, несколько меньшими размеров волноводного канала сечением a×b, установлена перпендикулярно продольной оси волновода 1 с возможностью поворота в направлении волноводного канала на девяносто градусов (это положение пластины 3 показано пунктиром). Для обеспечения поворота пластина 3 снабжена двумя полуосями 4, проходящими через отверстие 5 в узких стенках прямоугольного волновода. Поворот металлической пластины осуществляется парой рычагов 6, которые жестко соединены с полуосями 4. Для фиксации пластины 3 в вертикальном положении служат ограничительные выступы 7 на широких стенках волновода 1.

При повороте рычагов 6 на девяносто градусов плоскость пластины 3 будет параллельна широким стенкам прямоугольного волновода. Для фиксации пластины 3 в горизонтальном положении служат цилиндрические упоры 8, установленные в отверстия в узких стенках волновода и закрепленные снаружи гайками 9. Для надежной фиксации пластины 3 в двух крайних положениях служат цилиндрические пружины 10, один конец которых закреплен на волноводе 1, а другой - на рычагах 6.

Степень ослабления мощности СВЧ, просачивающейся через заслонку (пластину 3, располагаемую вертикально), зависит от качества электрического контакта пластины 3 с широкими стенками прямоугольного волновода 1. При наличии в местах соприкосновения контактных пружин 11 ослабление мощности СВЧ составляет 30-40 дБ.

Очевидно, что для получения требуемого ослабления в 120-140 дБ можно установить несколько заслонок (пластин 3), расположенных вертикально. На Фиг.3-4 приведена конструкция волноводного выключателя с четырьмя металлическими пластинами, оптимизированная не только под требуемое ослабление, но и с учетом других факторов: уровня мощности СВЧ, согласования в рабочей полосе частот, времени переключения, надежности функционирования и т.д.

Так, для предотвращения искрений при коммутациях в условиях высокого уровня мощности, электрический контакт металлической пластины с широкими стенками прямоугольного волновода улучшен за счет введения полуволновых дросселей 12, размещаемых с внешней стороны широких стенок волновода 1.

При работе волноводного выключателя в режиме пропускания, когда пластина 3 устанавливается параллельно широким стенкам волновода, она, обладая конечной толщиной t, вносит в тракт некоторое рассогласование. Однако при установке нескольких металлических пластин на расстоянии S в одну четверть средней длины волны в волноводе λв_ср это рассогласование можно существенно уменьшить. Кроме того, согласование можно улучшить еще и за счет оптимизации суммарной длины L пластин 3, которая, как известно в этом случае, должна быть кратной половине длины волны λв_ср.

Для выполнения этих условий высота волноводного канала h должна быть примерно равной одной четверти длины волны λв_ср, что достигается введением ступенчатых переходов 13. Для уменьшения времени коммутации приводной механизм волноводного выключателя должен обеспечивать одновременный перевод всех пластин 3 из одного положения в другое. Для одновременной коммутации положения пластин 3 служит направляющая рамка 14, которая, перемещаясь поступательно вдоль широкой стенки волновода, зацепляет винтами 15, пропущенными через проушины 16 в рычагах 6, переводит их в другое положение. При этом для независимого воздействия каждой пары пружин только на одну металлическую пластину тело винта 15 не должно соприкасаться со стенками проушин 16.

В качестве приводного устройства, осуществляющего перевод волноводного выключателя из одного положения в другое, может быть использован электропривод или электромагнит с преобразованием вращательного движения вала в поступательное движение направляющей рамки 14. Электропривод или электромагнит нужен только для перевода волноводного выключателя из одного состояния в другое. Надежная фиксация состояний обеспечивается упругой силой пружин 10.

1. Волноводный выключатель, состоящий из отрезка прямоугольного волновода, коммутируемого элемента и приводного механизма, отличающийся тем, что коммутируемый элемент выполнен в виде металлической пластины, перекрывающей сечение волноводного канала, а приводной механизм выполнен в виде пары жестко связанных с металлической пластиной рычагов, которые под воздействием электродвигателя или электромагнита разворачивают металлическую пластину на 90°, ориентируя плоскость металлической пластины либо перпендикулярно продольной оси прямоугольного волновода, либо параллельно его широким стенкам, причем фиксация положений металлической пластины осуществляется цилиндрическими пружинами, которые, воздействуя на рычаги, прижимают металлическую пластину к ограничительным выступам на широкой или узкой стенке прямоугольного волновода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический контакт металлической пластины с выступами на широких стенках прямоугольного волновода улучшен за счет введения полуволновых дросселей, размещаемых на широких стенках с внешней стороны прямоугольного волновода.