СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H01P1/15 

Изобретение относится к области СВЧ-техники, а именно к устройствам для коммутации СВЧ-сигнала, использующим в качестве коммутирующих элементов полупроводниковые приборы.

Известен СВЧ-переключатель, содержащий входной и выходной 3-х дб квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первым выходом входного 3-х дб квадратурного моста и первым входом выходного моста и между вторым выходом входного 3-х дб квадратурного моста и вторым входом выходного моста включены соответственно первый и второй ступенчато переключаемые p-i-n диодами фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояния, соответствующего 0^o, в фазовое состояние, соответствующее 180^o, а второй из фазового состояния, соответствующего 0^o, в фазовое состояние, соответствующее 90^o, а также содержащий цепи управления p-i-n диодами фазовращателей.

Данное устройство принято за прототип предложенного изобретения.

Известный переключатель не позволяет быстро произвести коммутацию входного сигнала, например, в пределах пачки радиоимпульсов информационного сообщения с одного выхода полностью на другой и обратно. Кроме того, любая обратная коммутация, осуществляемая известным устройством, производится относительно медленно. Техническим результатом, на который направлено изобретение, является обеспечение возможности быстрой однократной коммутации входного сигнала с одного выхода на другой и обратно с последующим относительно медленным восстановлением исходного состояния в паузе между информационными сообщениями.

Указанный технический результат достигается тем, что в СВЧ-переключателе, содержащем входной и выходной 3-х дб квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов и между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов включены соответственно первый и второй ступенчато переключаемые p-i-n диодами фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, а также содержащем цепи управления p-i-n диодами фазовращателей, второй фазовращатель выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, при этом оба фазовращателя выполнены с возможностью одновременного отпирания всех p-i-n диодов в каждом фазовращателе для быстрого переключения из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, а цепи управления p-i-n диодами фазовращателей выполнены с возможностью обеспечения запирания всех p-i-n диодов обоих фазовращателей в паузе между информационными сообщениями.

Следует отметить, что все признаки, представленные в формуле изобретения, взаимосвязаны между собой настолько, что образуют единую, неразрывную конструктивно-функциональную совокупность. Это связано с тем, что как каждый из признаков, так и группы признаков проявляют одновременно ряд технических свойств, выполняя сразу несколько функций.

Так, например, выполнение обоих фазовращателей переключаемыми из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o с учетом их включения между 3-х дб квадратурными мостами позволило осуществить коммутацию с одного выхода переключателя на другой и обратно. При этом выполнение этих фазовращателей по схемам, у которых эти переключения фазового состояния обеспечиваются одновременной подачей отпирающего напряжения на все p-i-n диоды, для каждого из фазовращателей позволило осуществить указанную коммутацию за весьма короткое время, сократив время коммутации по сравнению с другими известными традиционными способами в 5-10 раз, доведя время переходного процесса до 100-150 нс. При этом каждый элемент, выполняя сам по себе классические функции (так, p-i-n диоды замыкают приложенный к их электродам СВЧ сигнал при их отпирании), в совокупности с другими элементами и связями между ними придают коммутатору указанные новые неожиданные свойства, не вытекающие из свойств каждого из признаков. К новым свойствам следует также отнести способность предложенного СВЧ коммутатора обеспечивать коммутирование СВЧ сигналов весьма высоких уровней мощности, порядка 500-2000 Вт без снижения отмеченного выше высокого быстродействия.

Поэтому при анализе предложенного изобретения на соответствие требованию изобретательского уровня установлено следующее.

1. Все отличительные признаки находятся в неразрывном конструктивно-функциональном единстве между собой, а также с остальными признаками и расчленение устройства на отдельные функциональные части с целью противопоставления им таких же известных частей было бы неправомерным в связи с тем, что любая часть устройства одновременно проявляет несколько свойств и при вычленении из совокупности существенных признаков, представленных в формуле изобретения, потеряла бы ряд своих функциональных свойств, таких как быстродействующее замыкание, быстродействующее размыкание, весьма быстродействующий (короткий) цикл замыкания-размыкания и наоборот, быстродействующее замыкание-размыкание при одновременном расширении диапазона коммутации в сторону больших уровней коммутируемых сигналов.

2. Данное изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из последнего не выявляется влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа признаками на достижение технического результата.

3. Автору не известны технические решения, содержащие отличительные признаки, которые одновременно проявляли бы несколько отмеченных свойств.

Отмеченное выше позволяет сделать вывод о соответствии предложенного изобретения требованию изобретательского уровня.

На фиг.1 представлена схема предложенного СВЧ-переключателя; на фиг.2 4 даны варианты выполнения ступенчато переключаемых фазовращателей; на фиг.5, 6 временные диаграммы работы устройства.

СВЧ переключатель содержит (см. фиг.1): 1 входной 3-х дб квадратурный мост, 2 выходной 3-х дб квадратурный мост, 3 первый ступенчато переключаемый фазовращатель, 4 второй ступенчато переключаемый фазовращатель, 5 p-i-n диоды фазовращателей, 6 цепи управления p-i-n диодами фазовращателей, 7 входы устройства, 8, 9 выходы устройства, 10 - балластная нагрузка, 11, 12 первый и второй выходы входного 3-х дб моста, 13, 14 первый и второй входы выходного 3-х дб моста.

Каждый из ступенчато переключаемых фазовращателей содержит (см. фиг.2 - 4): 15 вход фазовращателя, 16 выход фазовращателя, 17 инверторы полного сопротивления, выполненные, например, в виде четвертьволновых отрезков линий передачи, 18 дроссели, 19 разделительные конденсаторы, 20 квадратурный 3-х дб делитель (для варианта фиг.4).

Предложенное устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии, источник входного сигнала, подключенный к одному из входов 7 устройства, работает на один из выходов, например, выход 9 устройства, при этом все p-i-n диоды 5 обоих фазовращателей 3, 4, находятся в запертом состоянии, осуществляемом подачей запирающего смещения по цепям управления 6, в результате чего первый 3 и второй 4 фазовращатели находятся в фазовом состоянии, соответствующем 180^o. На фиг.5, 6 этому соответствует промежуток времени t₁-t₂. Затем для быстрой коммутации источника сигнала на другой выход 8 устройства включаются все p-i-n диоды 5 фазовращателя 3 подачей на них отпирающего импульса по цепям управления 6, переводя этот фазовращатель в фазовое состояние, соответствующее 0^o. Этому состоянию устройства соответствует промежуток времени t₂-t₃ на фиг.5, 6. Затем для быстрой возвратной коммутации сигнала на выход 9 устройства включаются одновременно все p-i-n диоды 5 фазовращателя 4 подачей на них отпирающего импульса по цепям управления 6, переводя его в фазовое состояние 0^o. При этом p-i-n диоды 5 первого фазовращателя 3 остаются в открытом состоянии. Этому состоянию устройства соответствует промежуток времени t₃-t₄ на фиг.5, 6.

В паузе между информационными сообщениями все p-i-n диоды 5 обоих фазовращателей 3, 4 возвращаются в запертое состояние через цепи 6 управления, переключая оба фазовращателя 3, 4 в фазовое состояние, соответствующее 180^o. Этому соответствует промежуток времени t₄-t₅ на фиг.5, 6.

Варианты выполнения фазовращателей 3, 4, обеспечивающих достижение указанного технического результата, представлены на фиг.2 4. При этом на фиг. 6 показана задержка выключения диодов на интервале t₄-t₅ в виде тока обратной полярности, рассасывающего накопленный заряд.

Работа фазовращателей, приведенных в дополнительных пунктах формулы изобретения, не имеет каких-либо особенностей в происходящих в них преобразованиях СВЧ сигнала. Так, например, в фазовращателе по 2-му п. формулы (см. фиг.2) при подаче запирающего смещения на p-i-n диоды 5 по цепям 6 управления СВЧ-сигнал проходит по двум четвертьволновым отрезкам линии передачи 17, в результате чего его фаза на выходе 16 фазовращателя по отношению к фазе сигнала на входе 15 изменяется на 180^o. При отпирании диодов 5 сигнал беспрепятственно проходит со входа 15 на выход фазовращателя 16, не изменяя своей фазы. Вариант выполнения фазовращателей 3, 4 по 3-му п. формулы (см. фиг. 3) имеет преимущество в том, что максимальное напряжение, приложенное к p-i-n диодам, равно падающему (в предыдущем примере было равно удвоенному падающему). Вариант по п. 4 формулы (фиг.4) является "промежуточным" в части приложенного к p-i-n диодам напряжения.

Расчетная оценка показывает, что при использовании в предложенном СВЧ-переключателе p-i-n диодов типа 2А536А-6 возможно создание переключателя со следующими параметрами: мощность в импульсе порядка 10 кВт, время переключения порядка 100 нс. Время включения p-i-n диода определено экспериментально. Выполнение фазовращателей 3, 4 не ограничивается вариантами, приведенными на фиг.2-4, они могут быть выполнены и по другим аналогичным схемам, что следует также и из анализа приведенных схем; необходимо лишь соблюдение требований, предъявляемых к фазовращателям согласно п. 1 формулы изобретения.

Изобретение относится к области СВЧ-техники, в частности к устройствам для коммутации СВЧ-сигнала. Техническим результатом, на который направлено изобретение, является обеспечение возможности быстрой однократной коммутации сигнала с одного выхода на другой и обратно. Указанный технический результат достигается тем, что в СВЧ переключателе, содержащем входной 1 и выходной 2 3-х дб квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первыми выходом и входом соответственно входного 1 и выходного 2 3-х дб квадратурных мостов и между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов включены соответственно первый 3 и второй 4 ступенчато переключаемые p-i-n диодами 5 фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, а также цепи 6 управления p-i-n диодами фазовращателей, второй фазовращатель выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, при этом оба фазовращателя выполнены с возможностью одновременного отпирания всех p-i-n диодов в каждом фазовращателе для быстрого переключения из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, а цепи управления p-i-n диодами фазовращателей выполнены с возможностью обеспечения запирания всех p-i-n диодов обоих фазовращателей в паузе между информационными сообщениями. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. СВЧ-переключатель, содержащий входной и выходной 3-х дб квадратурные мосты, каждый из которых имеет первый и второй входы и первый и второй выходы, между первыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов, между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов и между вторыми выходом и входом соответственно входного и выходного 3-х дб квадратурных мостов включены соответственно первый и второй ступенчато переключаемые p-i-n диодами фазовращатели, первый из которых выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, причем входы входного 3-х дб моста являются входами устройства, а выходы выходного 3-х дб квадратурного моста являются выходами устройства, а также содержащий цепи управления p-i-n диодами фазовращателей, отличающийся тем, что второй фазовращатель выполнен переключаемым из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, при этом оба фазовращателя выполнены с возможностью одновременного отпирания всех p-i-n диодов в каждом фазовращателе для быстрого переключения из фазового состояния 180^o в фазовое состояние 0^o, а цепи управления p-i-n диодами фазовращателей выполнены с возможностью обеспечения запирания всех p-i-n диодов обоих фазовращателей в паузе между информационными сообщениями. 2. СВЧ-переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый из фазовращателей содержит два p-i-n диода, два инвертора полных сопротивлений, два разделительных конденсатора и два дросселя, при этом инверторы полных сопротивлений соединены каскадно между собой через первый разделительный конденсатор, первый p-i-n диод в месте соединения первого инвертора с первым разделительным конденсатором включен параллельно выходу первого инвертора, а между его входом и выходом второго инвертора, соединенного с выходом фазовращателя, включен второй p-i-n диод, подсоединенный к входу первого инвертора, а также к одним выводам второго разделительного конденсатора и первого дросселя электродом, одноименным электроду первого p-i-n диода, соединенному с выходом первого инвертора, другие выводы второго разделительного конденсатора и первого дросселя соединены соответственно с входом фазовращателя и цепями управления p-i-n диодами фазовращателей, а второй дроссель включен между выходом фазовращателя и корпусом. 3. СВЧ-переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый фазовращатель содержит два p-i-n диода, три четвертьволновых отрезка СВЧ-линии, отрезок СВЧ-линии в три четверти длины волны, дроссель и два разделительных конденсатора, при этом вход фазовращателя соединен через первый разделительный конденсатор с соединенными между собой входами первого и второго четвертьволновых отрезков СВЧ-линии, выходы которых соединены с входами третьего четвертьволнового отрезка СВЧ-линии и отрезка СВЧ-линии в три четверти длины волны соответственно, а также с одноименными электродами первого и второго p-i-n диодов, другие электроды которых соединены с корпусом, а выходы третьего четвертьволнового отрезка СВЧ-линии и отрезка СВЧ-линии в три четверти длины волны соединены между собой и через второй разделительный конденсатор с выходом фазовращателя, причем дроссель соединен одним выводом с цепями управления p-i-n диодами фазовращателей, а другими с входами первого и второго четвертьволновых отрезков СВЧ-линии. 4. СВЧ-переключатель по п. 1, отличающийся тем, что каждый фазовращатель содержит два p-i-n диода, квадратурный 3 дб делитель, выполненный, например, в виде моста Ланге, два дросселя и два разделительных конденсатора, при этом вход и выход фазовращателя соединены соответственно через первый и второй разделительные конденсаторы с одними входами квадратурного 3 дб делителя, соединенными с одними выводами первого и второго дросселей соответственно, другие входы квадратурного 3 дб делителя соединены соответственно с одноименными электродами первого и второго p-i-n диодов, соединенными другими электродами с корпусом, а другие выводы первого и второго дросселей соединены с цепями управления p-i-n диодами фазовращателей.