ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01P1/12 

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и предназначено для быстродействующей коммутации широкополосных волноводных трактов высокого уровня мощности.

Известен волноводный переключатель, содержащий статор, в котором размещены входные и выходные каналы, и ротор, расположенный соосно внутри него, в котором выполнены коммутирующие каналы. Ротор состоит из двух частей, расположенных симметрично относительно его оси и соединенных пружинами, причем каждая часть ротора установлена с возможностью поджатия к статору посредством фиксирующего механизма, состоящего из трех кулачков, размещенных между частями ротора [1].

Недостатком известного переключателя является малое быстродействие, большие габариты и малая надежность, обусловленная сложностью конструкции.

Известен также волноводный переключатель, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому и принятый в качестве прототипа [2].

Он содержит концентрично расположенные статор и ротор, в которых выполнены волноводные каналы, узкие стенки которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора. В радиальных пазах, выполненных на всю высоту цилиндрической поверхности ротора, установлены экранирующие элементы, прижатые к цилиндрической поверхности статора упругим элементом. Экранирующие элементы выполнены в виде спирали, имеющей ромбовидное сечение, упругие элементы - в виде эластичного шнура, а боковые поверхности радиальных пазов снабжены продольными канавками, контактирующими со спиралью.

Недостатком прототипа является большое ослабление и высокий К_стU из-за наличия зазора между волноводными каналами статора и ротора. Для расширения рабочего диапазона волноводные каналы могут быть выполнены гребневыми, например, в виде Н-волноводов. Но в этих волноводах поле сосредоточено по гребню, зазор между гребнями волноводов статора и ротора является большой отражающей неоднородностью, поэтому прототип будет иметь большие потери, а также малое быстродействие из-за наличия трения между поверхностью статора и экранирующими элементами, прижатыми к ней.

Целью изобретения является уменьшение К_стU и потерь переключателя при высоком быстродействии и широком рабочем диапазоне частот.

Это достигается тем, что в переключателе, содержащем концентрично расположенные статор и ротор, в которых выполнены волноводные каналы, узкие стенки которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, волноводные каналы выполнены в виде гребневых волноводов, статор и ротор выполнены со ступенчатым изменением диаметра в плоскости, проходящей через середины широких стенок волноводов, причем длина ступени равна четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона, а зазор между цилиндрическими поверхностями статора и ротора постоянен.

Для увеличения развязки при простой конструкции ротор установлен с возможностью прижатия к статору по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, посредством фиксирующего механизма, расположенного между статором и ротором.

Предложенное выполнение статора и ротора со ступенчатым изменением диаметра сопрягаемых поверхностей позволяет обеспечить непрерывность электрического поля по гребню волноводных каналов и компенсацию отражения от зазора, расположенного выше плоскости ступени, отражением от зазора, расположенного ниже плоскости ступени. Этим достигается снижение потерь и К_стU переключателя.

Предложенная установка ротора с возможностью прижатия ротора к статору по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, позволяет получить высокую развязку переключателя за счет надежного закорачивания закрытого канала.

На фиг. 1 изображен предлагаемый переключатель; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Переключатель содержит статор 1 и ротор 2, расположенные концентрично. В статоре 1 выполнены волноводные каналы 3-5, являющиеся входом и выходами переключателя. В роторе 2 выполнен коммутирующий волноводный канал 6. Волноводные каналы 3-6 выполнены гребневыми, например, в виде Н-волноводов (ширина волновода а, высота узкой стенки b, зазор между гребнями S) и расположены так, что плоскости их узких стенок перпендикулярны оси вращения ротора 2. Диаметр статора 1 и ротора 2 одновременно изменяется ступенчато с диаметра D на диаметр d в плоскости Б-Б, проходящей через середины широких стенок волноводов 3-6. При этом уменьшению внутреннего диаметра статора 1 соответствует такое же по величине уменьшение наружного диаметра ротора 2. На участке ступени волноводный канал состоит из двух частей, верхняя половина волноводного канала расположена в роторе 2 (канал 6), а нижняя половина - в статоре 1 (каналы 3, 4, 5).

Длина l ступени в статоре 1 и роторе 2 выбирается равной четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона волн из условия получения минимального К_стU и потерь.

Для фиксации положения ротора 2 в одном из рабочих положений переключатель содержит пружину 7, расположенную между статором 1 и ротором 2, шарики 8, установленные в роторе 2 с возможностью вращения, а в статоре 1 под шариками 8 выполнены углубления 9. Пружина 7 предназначена для прижима ротора 2 к статору 1 по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора 2. Шарики 8 и углубления 9 служат для точного совмещения волноводных каналов 3 и 4 (или 4 и 5) с волноводным каналом 6.

Предлагаемый переключатель работает следующим образом.

В одном из рабочих положений шарики 8 находятся в углублениях 9, при этом волноводный канал 6 совмещен с волноводными каналами в статоре 1, например с каналами 3 и 4. Пружина 7 прижимает ротор 2 к статору 1 по плоскости ступени. Этим достигается контакт по гребням волноводных каналов 3 и 6, 4 и 6. Кроме того, происходит надежное закорачивание закрытого канала переключателя (волноводный канал 5), что обеспечивает высокую развязку переключателя.

СВЧ-сигнал, поступающий на вход переключателя, по отрезку волновода 3, расположенного в статоре 1, проходит к отрезку волновода 6, расположенного в роторе 2. За счет ступени в роторе 2 и статоре 1 поле по гребню волноводов не прерывается. При этом отражение сигнала от зазора, пересекающего половину широкой стенки выше плоскости Б-Б, компенсируется отражением от аналогичной неоднородности, расположенной ниже этой плоскости, так как эти неоднородности расположены на расстоянии l, равном четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона.

Далее СВЧ-мощность проходит через волноводный канал 6 в роторе 2 и поступает аналогично на отрезок волновода 4 в статоре 1, с которого проходит на выход (Вых. 1).

Для переключения каналов ротор 2 поворачивают, шарики 8 выходят из углублений 9, поджимая пружину 7, и катятся по поверхности статора 1, т.е. поворот ротора 2 происходит с небольшим усилием, так как трение в этом случае мало. При этом между ступенями статора 1 и ротора 2 образуется зазор, достаточный для разворота ротора 2 без контакта между ступенями. Ротор поворачивается до попадания шариков 8 в углубления 9, волноводный канал 6 соединяется с волноводными каналами 3 и 4 и СВЧ-мощность с входа на выход (Вых. 2) проходит аналогично.

На предприятии изготовлены опытные образцы переключателей с электромеханическим приводом и проведены их испытания. Волноводные каналы выполнены в виде Н-волноводов, что обеспечивает перекрытие частотного диапазона = 2.5= 2,5. К_стU переключателя в этом диапазоне частот на более 1,25, потери не более 0,3 дБ. Развязка переключателя без фиксирующего механизма не менее 42 дБ, быстродействие 30 мс. При установке фиксирующего механизма, прижимающего ротор к статору по ступени, развязка не менее 60 дБ. Переключатель на Н-волноводах, выполненный по схеме прототипа, имеет К_стU 1,8, потери 0,7 дБ при том же быстродействии в таком же диапазоне волн.

Использование: быстродействующая коммутация широкополосных волноводных трактов высокого уровня мощности. Сущность изобретения: волноводный переключатель содержит концентрично расположенные статор и ротор, в которых выполнены волноводные каналы в виде гребневых волноводов. Статор и ротор выполнены со ступенчатым изменением диаметров. Плоскость ступени проходит через середины широких стенок гребневых волноводов. Длина ступени равна четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона. Ротор прижат к статору фиксирующим механизмом по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий концентричные статор и ротор, в которых выполнены волноводные каналы, узкие стенки которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь и коэффициента стоячей волны в широком рабочем диапазоне частот при высоком быстродействии, волноводные каналы выполнены в виде гребневых волноводов, статор и ротор имеют ступенчатое уменьшение диаметров в плоскости, проходящей через середину широких стенок гребневых волноводов, причем длина ступени равна четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона частот. 2. Переключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения развязки и упрощения конструкции, ротор установлен с возможностью прижатия к статору по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора, посредством фиксирующего механизма.