Бесконтактный сверхвысокочастотный переключатель на два положения
Владельцы патента RU 2671339:
Акционерное общество "НИИ измерительных приборов - Новосибирский завод имени Коминтерна" /АО "НПО НИИИП-НЗиК"/ (RU)
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к переключателям каналов. Переключатель содержит три или более передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя, и по крайней мере одну передающую линию, размещенную на другой части переключателя, выполненную с возможностью перемещения и фиксации в одном из двух положений, в которых происходит бесконтактное соединение передающих линий подвижной и неподвижной частей переключателя. Передающие линии на неподвижной части переключателя выполнены в виде симметричной полосковой линии с прямоугольным внутренним проводником, в котором имеется паз длиной не менее четверти длины волны, а передающая или передающие линии, размещенные на подвижной части переключателя, выполнены в виде симметричной высокодобротной полосковой линии, которая при фиксированном положении подвижной части переключателя занимает место в пазах внутренних проводников линий на неподвижной части, образуя при этом разомкнутые на конце четвертьволновые линии передачи, которые имеют малое входное сопротивление, обеспечивая бесконтактное соединение с линиями на неподвижной части переключателя. Технический результат - улучшение согласования и увеличение пропускаемой переключателем мощности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот и может быть использовано, например, для переключения каналов в трактах радиолокационных, телевизионных и связных устройств.
Известны сверхвысокочастотные переключатели, которые содержат передающие линии, размещенные на неподвижной части, и передающую линию на подвижной части, которая может занимать ряд фиксированных положений и соединять между собой передающие линии на неподвижной части переключателя [авторское свидетельство СССР №209553, авторское свидетельство СССР №364991, авторское свидетельство СССР №375719].
Наиболее близким аналогом (прототипом) является полосковый переключатель [И.М. Лукин, А.Я. Васильев, Ю.А. Нефедов. Авторское свидетельство СССР №236568], который содержит три передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя и передающую линию на подвижной части, которая может занимать одно из двух фиксированных положений и соединять между собой передающие линии на неподвижной части, причем соединение внутренних проводников линий, расположенных на неподвижной части переключателя, с внутренним проводником линии на подвижной части емкостное, так как внутренние проводники на неподвижной и подвижной части переключателя имеют на концах "гребенки", зубцы которых, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают емкостное соединение линий передачи.
Этот переключатель имеет следующие недостатки. В связи с тем, что поперечное сечение внутренних проводников линий относительно мало, емкость, образованная взаимодействием "гребенок" на подвижном и неподвижном проводниках даже при очень малых зазорах между зубцами, мала, что приводит к ухудшению согласования переключателя и уменьшению величины пропускаемой мощности.
Решаемой технической проблемой (техническим результатом) является улучшение согласования и увеличение пропускаемой переключателем мощности.
Технический результат (решаемая техническая проблема) достигается тем, что в бесконтактном сверхвысокочастотном переключателе на два положения, содержащем три или более передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя и, по крайней мере, одну передающую линию, размещенную на другой части переключателя, выполненную с возможностью перемещения и фиксации в одном из двух положений, в которых происходит бесконтактное соединение между собой передающих линий подвижной и неподвижной частей переключателя, согласно изобретению передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя, выполнены в виде симметричной полосковой линии с прямоугольным внутренним проводником, в котором имеется паз длиной не менее четверти длины волны, а передающая или передающие линии, размещенные на подвижной части переключателя, выполнены в виде симметричной высокодобротной полосковой линии [Л.Г. Малорацкий, Л.Р. Явич. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях. - М.: Советское радио, 1972, стр. 58-71], которая при фиксированном положении подвижной части переключателя занимает место в пазах внутренних проводников линий на неподвижной части, образуя при этом разомкнутые на конце четвертьволновые линии передачи, которые имеют малое входное сопротивление, обеспечивая бесконтактное соединение с линиями на неподвижной части переключателя.
Технический результат (техническая проблема) достигается также тем, что на диэлектрической плате высокодобротной линии установлен выступ, который совместно с упорами, выполненными с возможностью регулировки их положения и расположенными на одной из заземленных поверхностей, обеспечивает точное совпадение внутренних проводников симметричной полосковой линии с прямоугольным внутренним проводником с проводником высокодобротной линии в каждом из двух положений.
Технический результат (техническая проблема) достигается также тем, что каждая из полосковых линий, размещенная на неподвижной части переключателя имеет коаксиальный соединитель.
Изобретение поясняется чертежами фиг. 1 - фиг. 4.
На фиг. 1 показан переключатель на два положения с тремя коаксиальными соединителями на корпусе (далее - трехплечий переключатель).
На фиг. 2 показана плата высокодобротной линии трехплечего переключателя на два положения.
На фиг. 3 показан переключатель на два положения с четырьмя коаксиальными соединителями на корпусе (далее - четырехплечий переключатель).
На фиг. 4 показана плата высокодобротной линии четырехплечего переключателя на два положения.
Трехплечий переключатель на два положения (фиг. 1) состоит из неподвижной части (корпуса) 1, на которой размещены под углом 120° три коаксиальных соединителя 2, внутренние проводники которых соединены с внутренними проводниками прямоугольного сечения 3 симметричной полосковой линии, и крышки 4. Плата высокодобротной линии 5, жестко связанная с осью 6 переключателя, устанавливается в корпусе и крышке на подшипниках 7. Плата высокодобротной полосковой линии (фиг. 2) выполняется из фольгированного диэлектрика с рисунком (топологией) проводника 8 на обеих сторонах платы. На плате установлен выступ 9, который совместно с упорами 10, 11, установленными на днище корпуса, позволяет точно совместить внутренний проводник платы высокодобротной линии с внутренними проводниками прямоугольного поперечного сечения 3 полосковой линии в каждом из двух положений. Для этого упоры 10, 11 выполняются с возможностью регулировки их положения на корпусе.
Переключатель работает следующем образом. В показанном на фиг. 1 положении выступ 9 на плате высокодобротной линии прижат к упору 11 на днище корпуса 1 переключателя, проводник высокодобротной линии занимает место в пазах внутренних проводников полосковых линий, связанных с коаксиальными соединителями входов I и III, и СВЧ-энергия со входа I передается на вход III; связь между входом I и входом II слабая, т.е. величина развязки между входом I и входом II большая. При повороте оси 6 с помощью ручки 12 по часовой стрелке до соприкосновения выступа 9 с упором 10 проводник высокодобротной линии входит в пазы внутренних проводников полосковых линий, связанных с коаксиальными соединителями входов I и II, и энергия со входа I передается на вход II, а связь между входом I и III слабая, т.е. величина развязки между входом I и входом III большая.
Благодаря использованию отличительных признаков изобретения, а именно, применению в качестве подвижной линии высокодобротной полосковой линии, которая входит в продольные пазы внутренних проводников линий на неподвижной части переключателя с образованием разомкнутых четвертьволновых линий, имеющих малое входное сопротивление, а также наличию выступа на плате высокодобротной линии и упоров на корпусе переключателя, обеспечивающих точное совпадение внутренних проводников линий на неподвижной части переключателя с внутренним проводником высокодобротной линии в двух фиксированных положениях, получено хорошее согласование и малые потери при передаче энергии в каждом из двух положений. Кроме того, выполнение соединения внутренних проводников линий на неподвижной и подвижной части переключателя с образованием разомкнутых четвертьволновых линий не приводит к существенному снижению пропускаемой мощности в связи с увеличением напряженности электрического поля в зазоре δ между внутренними проводниками полосковой линии на неподвижной части переключателя и высокодобротной линии, так как максимальное напряжение в зазоре уменьшается пропорционально уменьшению волнового сопротивления разомкнутой четвертьволновой линии [Линии передачи сантиметровых волн, т. 1: Пер. с англ./Под ред. Г.А. Ремеза. - М.: Советское радио, 1951 с. 107]. Т.е. переключатель может работать при достаточно большой мощности на входе.
Таким образом, требуемый технический результат достигается.
На чертеже фиг. 3 показан четырехплечий переключатель на два положения. Основное отличие в построении от трехплечего переключателя состоит в том, что на неподвижной части переключателя (корпусе) размещены четыре коаксиальных соединителя, связанные с полосковыми линиями с прямоугольным внутренним проводником, а на плате (фиг. 4) выполнены два проводника 8 высокодобротной линии (каждый из проводников выполнен на обеих сторонах платы). Работает переключатель следующем образом. В показанном на чертеже фиг. 3 положении вход I соединен со входом IV, а вход II соединен со входом III, т.е. СВЧ-энергия со входа I передается на вход IV, а энергия со входа II передается на вход III. Развязка между входами I(IV) и II(III) большая. В другом положении вход I соединен со входом II, а вход III - со входом IV, т.е. энергия со входа I передается на вход II, а со входа III на вход IV. Развязка между входами I(II) и III(IV) большая.
Использование тех же отличительных признаков изобретения, что и в трехплечем переключателе, также приводит к тому, что и четырехплечий переключатель имеет хорошее согласование и способен работать при большой мощности. Т.е. достигается требуемый технический результат.
Был проведен расчет, разработана конструкция и изготовлен макет четырехплечего переключателя на два положения. Внутренние проводники неподвижных симметричных полосковых линий имеют высоту 6 мм, ширину 7 мм. Расстояние между днищем корпуса и крышкой 14 мм. Подвижные линии выполнены в виде высокодобротных линий на плате из фольгированного армированного фторопласта-4 (ФАФ-4) толщиной 1,5 мм. Зазор между внутренними проводниками линий неподвижной и подвижной части переключателя в области разомкнутой четвертьволновой линии составляет 0,75 мм, что исключает возможность электрического контакта между ними и возникновения искрений и электрического пробоя. Полосковые линии на неподвижной части переключателя оканчиваются коаксиальными соединителями присоединительного ряда 7/3 мм.
Испытания макета показали, что в полосе частот 10% десятисантиметрового диапазона КСВ переключателя в каждом из положений не более 1,25, потери не более 0,25 дБ, а развязка между каналами не менее 50 дБ. Испытания макета переключателя на установке большого уровня мощности подтвердили работоспособность при больших величинах импульсной (4 кВт) и средней (200 Вт) мощности.
Таким образом, данный пример показывает, что использование отличительных признаков изобретения позволяет выполнить бесконтактный переключатель на два положения с хорошим согласованием, малыми вносимыми потерями и большой развязкой в широкой полосе частот, способный работать при большой импульсной и средней мощности, т.е. достигается поставленный технический результат.
1. Бесконтактный сверхвысокочастотный переключатель на два положения, содержащий три или более передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя, и по крайней мере одну передающую линию, размещенную на другой части переключателя, выполненную с возможностью перемещения и фиксации в одном из двух положений, в которых происходит бесконтактное соединение между собой передающих линий подвижной и неподвижной частей переключателя, отличающийся тем, что передающие линии, размещенные на неподвижной части переключателя, выполнены в виде симметричной полосковой линии с прямоугольным внутренним проводником, в котором имеется продольный паз длиной не менее четверти длины волны, а передающая или передающие линии, размещенные на подвижной части переключателя, выполнены в виде симметричной высокодобротной полосковой линии, которая при фиксированном положении подвижной части переключателя занимает место в пазах внутренних проводников линий на неподвижной части, образуя при этом разомкнутые на конце четвертьволновые линии передачи, которые имеют малое входное сопротивление, обеспечивая бесконтактное соединение с линиями на неподвижной части переключателя.
2. Бесконтактный сверхвысокочастотный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что на диэлектрической плате высокодобротной линии установлен выступ, который совместно с упорами, выполненными с возможностью регулировки их положения и расположенными на одной из заземленных поверхностей, обеспечивает точное совпадение внутренних проводников симметричной полосковой линии с прямоугольным внутренним проводником с проводником высокодобротной линии.
3. Бесконтактный сверхвысокочастотный переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждая из полосковых линий на неподвижной части переключателя имеет коаксиальный соединитель.
