КОММУТАЦИОННАЯ МАТРИЦА Российский патент 1996 года по МПК H01P1/15 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в распределительных устройствах обработки информационного сигнала, а именно в многоканальных системах связи.

Известны коммутационные матрицы СВЧ [1] выполненные на полупроводниковых диодах. Их недостатком являются узкие полосы рабочих частот и недостаточная развязка между коммутирующими каналами.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является коммутационная матрица СВЧ [2] содержащая две ортогонально расположенных системы М х N параллельных проводников полосковых линий, один конец каждого проводника соединен с согласованной нагрузкой, другой конец каждого проводника первой системы полосковых линий образует М входов, а второй системы N выходов, диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен общий слой металла, а на другой первая система полосковых линий с металлическим прямоугольным корпусом, емкостные элементы и переключающие ключи на диодах, включенные в область пересечения проекций проводников первой и второй систем полосковых линий с источниками управления через фильтр нижних частот.

Недостатком коммутирующей матрицы является узкая полоса рабочих частот, низкие развязка между входами (выходами).

Цель изобретения повышение полосы рабочих частот, увеличение развязки, уменьшение габаритов и веса.

Указанная цель достигается тем, что в коммутационной матрице, содержащей две ортогонально расположенных системы M x N параллельных проводников полосковых линий, один конец каждого проводника соединен с согласованной нагрузкой, другой конец каждого проводника первой системы полосковых линий образует М входов, а второй системы N выходов, диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен общий слой металла, а на другой первая система полосковых линий с металлическим прямоугольным корпусом, емкостные элементы и переключающие ключи на диодах, включенные в область пересечения проекций проводников первой и второй систем полосковых линий с источниками управления через фильтр нижних частот, со стороны общего слоя металла введена дополнительная диэлектрическая подложка, на внешней стороне которой расположена вторая система полосковых линий с металлическим прямоугольным корпусом, причем в каждый проводник со стороны входов и выходов включены емкостные элементы, в первой системе полосковых линий входы каждой пары близлежащих параллельных проводников направлены навстречу друг другу, аналогичным образом расположены выходы параллельных проводников второй системы полосковых линий, в прямоугольном корпусе выполнены металлические ребра, расположенные между проводниками и гальванически соединенными с полосками слоев металла, нанесенных на внешние стороны диэлектрических подложек параллельно проводникам полосковых линий, в точках пересечения проекций полосок в диэлектрических подложках и общем слое металла вырезаны сквозные отверстия, внутренние стороны которых металлизированы, переключающий ключ выполнен в виде двух последовательно включенных навстречу друг другу диодов, общая точка которых соединена с источником управления через фильтр нижних частот, вблизи области пересечения проекции проводников полосковых линий в диэлектрических подложках и общем слое металла вырезано сквозное отверстие, в котором расположен диэлектрический цилиндр с металлическим проводником вдоль его продольной оси, причем с внешней стороны одной из диэлектрических подложек на выступающем конце диэлектрического цилиндра металлический проводник выполнен в виде спирали, конец которой заканчивается вблизи поверхности диэлектрической подложки, между диэлектрическим цилиндром и близлежащими проводниками полосковых линий расположены прямоугольные контактные площадки, которые с одной стороны соединены через диоды с проводниками полосковых линий, а с другой с металлическими проводниками, на диаметрально противоположной стороне от конца диэлектрического цилиндра расположена контактная площадка Г-образной формы, гальванически соединенная с концом металлического проводника спирали, один конец Г-образной контактной площадки выполнен в виде узкого проводника, расположенного между проводником полосковой линии и полоской слоя металла, а другой конец в виде прямоугольной площадки, расположенной вблизи стенки металлического прямоугольного корпуса на противоположной стороне от входа и выхода.

На фиг. 1 представлена эквивалентная схема коммутационной матрицы; на фиг. 2 в аксонометрии конструкция коммутационной матрицы; на фиг.3 - топология коммутационной матрицы; на фиг.4 фрагмент топологии коммутирующего ключа с фильтром нижних частот; на фиг.5 фрагмент соединения слоев в коммутационной матрице.

Эквивалентная схема коммутационной матрицы содержит две ортогонально расположенные системы М х N параллельных проводников полосковых линий 1 и 2, один конец каждого проводника соединен с согласованной нагрузкой 3, а другой конец каждого проводника первой системы полосковых линий 1 образует М входов, а второй системы проводников 2 N выходов (фиг.1), емкостные элементы 4 и переключающие ключи 5 на последовательно включенных диодах 6 и 7 выполнены в область пересечения проекций проводников первой и второй систем полосковых линий 1 и 2 с источниками управления через фильтр нижних частот 8.

Коммутационная матрица (фиг.2) содержит диэлектрическую подложку 9, общий слой металла 10 и дополнительную диэлектрическую подложку 11, на внешних сторонах диэлектрических подложек расположены первая и вторая системы полосковых линий 1 и 2 соответственно с металлическими прямоугольными корпусами 12 и 13, в которых выполнены металлические ребра 14 и 15, расположенные между проводниками 1 (2) и гальванически соединенные с полосками слоев металла 16 и 17, нанесенных на внешние стороны диэлектрических подложек 9 и 11.

В топологии коммутационной матрицы (фиг.3) в первой системе полосковых линий 1 входы каждой пары близлежащих параллельных проводников направлены навстречу друг другу, аналогичным образом расположены выходы параллельных проводников второй системы полосковых линий 2. В точках пересечения проекций полосок слоев металла 16 и 17 в диэлектрических подложках 9 и 11 и общем слое металла 10 вырезаны сквозные отверстия 18, внутренние стороны которых металлизированны 19 (фиг.4). Вблизи области пересечения проекции проводников полосковых линий 1 и 2 в диэлектрических подложках 9 и 11 и общем слое металла 10 вырезано сквозное отверстие 20, в котором расположен диэлектрический цилиндр 21 с металлическим проводником 22 вдоль его продольной оси, причем с внешней стороны диэлектрической подложки 9 на выступающем конце 23 диэлектрического цилиндра 21 металлический проводник 22 выполнен в виде спирали 24, конец 25 которой заканчивается вблизи поверхности диэлектрической подложки (фиг.5), между диэлектрическим цилиндром 21 и близлежащими проводниками полосковых линий 1 и 2 расположены прямоугольные контактные площадки 26 и 27, которые с одной стороны соединены через диоды 6 и 7 с проводниками полосковых линий 1 и 2, а с другой с металлическими проводниками 28 и 29, на диаметрально противоположной стороне от конца 23 диэлектрического цилиндра 21 расположена контактная площадка 30 Г-образной формы, гальванически соединенная с концом 25 металлического проводника 22 спирали 24, один конец Г-образной контактной площадки 30 выполнен в виде узкого проводника 31, расположенного между проводником полосковой линии 1 (2) и полоской слоя металла 16 (17), а другой конец в виде прямоугольной площадки 32, расположенной вблизи стенки металлического прямоугольного корпуса 12 (13) на противоположной стороне от входа и выхода. Спираль 24 и контактные площадки 30 образуют фильтр нижних частот.

Коммутационная матрица работает следующим образом.

При подаче сверхвысокочастотного сигнала (на фиг. они показаны волнистыми стрелками) на вход полосковых линий 1 при режиме "Включено" переключающего ключа 5 возбуждается полосковая линия 2, и сигнал снимается с ее выхода. При режиме переключающего ключа 5 "Выключено" (напряжение источника управления отсутствует) полосковые линии 1 и 2 развязаны по высокочастотному сигналу. Подбирая режим переключающего ключа (на фиг. источники управления показаны прямой стрелкой), можно по заданному закону распределять СВЧ-энергию от входов на выходы. Емкостные элементы 4 выполняют роль развязки по постоянному току. Согласованные нагрузки 3 снимают эффект стоячей волны в полосковых линиях 1 и 2, а также выполняют функции дросселя для выравнивания токов, проходящих через диоды 6 и 7. Противонаправленное включение диодов 6 и 7 увеличивает степень развязки между полосковыми линиями 1 и 2 в режиме "Выключено". Фильтр нижних частот, состоящий из индуктивности и емкости, роль которых выполняют металлический проводник 22 в виде спирали 24 и прямоугольные контактные площадки 26, 27 и 32, позволяет развязать СВЧ-сигнал от источника управления.

Существенные отличия коммутационной матрицы в виде послойного расположения диэлектрических подложек 9 и 10, введения металлических ребер 14 и 15, выполнения сквозных отверстий 18 и 20 и разнесения высокочастотных входов и выходов от входов источников управления позволили значительно уменьшить габариты, увеличить уровень развязки входов (выходов) и расширить полосу рабочих частот.

Использование: в устройствах связи СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: коммутационная матрица содержит две ортогонально расположенных системы М х N параллельных проводников полосковых линий. Один конец каждого проводника соединен с согласованной нагрузкой. Другой конец каждого проводника первой и второй систем полосковых линий образует М входов и N выходов соответственно. Первая система полосковых линий размещена на диэлектрической подложке с общим слоем металла и с металлическим корпусом. Со стороны общего слоя металла расположена дополнительная диэлектрическая подложка, на внешней стороне которой выполнена вторая система полосковых линий с металлическим прямоугольным корпусом. В каждых двух соседних полосковых проводниках с одних противоположных сторон включены согласованные нагрузки, а с других - емкостные элементы. Между полосковыми проводниками первой и второй систем в области их перекрещивания включены переключающие ключи на диоды, связанные с источником управления через фильтры нижних частот. Приведен пример выполнения элементов фильтров нижних частот. В металлических корпусах могут быть выполнены металлические ребра, расположенные между полосковыми проводниками. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Коммутационная матрица, содержащая две ортогонально расположенных системы MxN параллельных полосовых проводников, один конец каждого из которых соединен с согласованной нагрузкой, а другие концы полосковых проводников первой системы и второй системы параллельных полосковых проводников образуют М входов и N выходов соответственно, диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен общий слой металла, а на другой первая система параллельных полосковых проводников с металлическим прямоугольным корпусом, переключающие ключи на диодах, включенные между полосковыми проводниками первой и второй систем в областях их перекрещивания и связанные через фильтры нижних частот с источником управления, и емкостные элементы, отличающаяся тем, что со стороны общего слоя металла расположена дополнительная диэлектрическая подложка, на внешней стороне которой размещена вторая система параллельных полосковых проводников, снабженная металлическим прямоугольным корпусом, в каждых двух соседних параллельных полосковых проводниках согласованные нагрузки включены с противоположных концов, а емкостные элементы включены с других концов параллельных полосковых проводников. 2. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что в металлических прямоугольных корпусах выполнены металлические ребра, расположенные между параллельными полосковыми проводниками и гальванически соединенные с полосками слоев металла, дополнительно нанесенными на внешние стороны диэлектрических подложек между параллельными полосковыми проводниками параллельно им, в точках перекрещивания которых в диэлектрических подложках и общем слое металла вырезаны сквозные отверстия, внутренняя поверхность которых металлизирована. 3. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что каждый переключающий ключ выполнен в виде двух последовательно включенных навстречу один другому диодов и фильтр нижних частот подключен к их общей точке. 4. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что в каждом ключе диоды соединены между собой через емкостные контактные площади проводником, размещенном по оси диэлектрического цилиндра, установленного в отверстиях, выполненных в диэлектрических подложках и общем слое металла, а элементы фильтра нижних частот образованы спиральным проводником, размещенным на поверхности выступающей части диэлектрического цилиндра, и Г-образной контактной площадкой, гальванически связанной с ним.