АНТЕННЫЙ ШЛЕЙФОВЫЙ ДИОДНЫЙ СВЧ-КОММУТАТОР Российский патент 2005 года по МПК H01P1/15 

Изобретение относится к коммутирующим устройствам на pin-диодах, в частности к антенным шлейфовым диодным СВЧ-коммутаторам для соединения в режиме "прием-передача”, поочередно, приемника и передатчика с приемопередающей многоэлементной антенной, например фазированной антенной решеткой.

Известны антенные шлейфовые СВЧ-коммутаторы, основанные на подключении к антенне передатчика или приемника в режиме “передача-прием” при осуществлении, в частности пассивной радиолокации в результате зажигания или, наоборот, отсутствия газового пробоя в газовых разрядниках, включенных в ответвителях отрезка фидера параллельно линии фидера на расстоянии четверти длины волны передатчика от оси фидера с подсоединением одного разрядника параллельно в продолжение ответвления к приемнику и замыканием на конце другого ответвления со вторым разрядником со стороны, противоположной соединению этого ответвления к линии фидера, на расстоянии второй четверти длины волны от разрядника и образованием во втором случае полуволнового шлейфа, при разнесении мест присоединения к линии фидера двух шлейфов на расстояние между ними, равное также четверти длины волны, и шунтированием линии фидера дополнительным ответвлением с третьим разрядником, приводящим к увеличению длины отрезка фидера до трех четвертей волны для реализации активной радиолокации (см. книгу Ильницкого Л.Я., Болбота А.А. Антенные устройства аэропортов гражданской авиации, М., “Транспорт”, 1983, с.116-117, рис.6.8).

Такие не требующие подачи управляющих токов для осуществления переключения коммутаторы, несмотря на низкие потери мощности, характеризуются повышенными весогабаритными показателями и недостаточно высоким быстродействием.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому коммутатору является шлейфный вариант (данный вариант рассматривается в тексте приводимой ниже статьи и не показан в ней на чертеже, содержащей схему переключателя с Т-образным LC фильтром, который ведет себя в данной схеме, как четвертьволновый отрезок линии передачи) антенного диодного СВЧ-переключателя, основанного на включении-выключении в режиме “передача-прием” pin-диодов, подключенных по последовательно-параллельной схеме в линии передачи с четвертьволновыми отрезками, в частности с подключением передатчика к антенне через диод, последовательно включенный в линию передачи, и подключением антенны к приемнику через четвертьволновый отрезок с подсоединением параллельно линии передачи второго диода, включенного на землю (см. статью на англ. яз. Павла Черного Design Curves for a Low Drain PIN-Diode TR Switch. Microwave Journal - Радиотехника, 1972, №Т-7, с.31-32).

Недостатком выбранного в качестве прототипа одноканального шлейфного варианта выполнения антенного диодного СВЧ-переключателя, не требующего подачи управляющих токов для осуществления переключения, являются увеличенные весогабаритные показатели изделия и конструктивные усложнения при изготовлении многоканального коммутатора на основе данного переключателя.

Технический результат предлагаемого изобретения - снижение весогабаритных показателей и повышение надежности коммутирования за счет упрощения многоканального схемного решения коммутатора, в частности четырехканального коммутатора, а также повышение технологичности при монтаже фидера с большим числом каналов коммутирования (>4).

Указанный технический результат достигается тем, что в антенном шлейфовом диодном СВЧ-коммутаторе, основанном на включении-выключении в режиме “передача-прием” pin-диодов, подключенных по последовательно-параллельной схеме в линии передачи с четвертьволновыми отрезками, и не требующем подачи управляющих токов для осуществления переключения, коммутационный участок линии передачи, например микрополосковой линии фидера фазированной антенной решетки, выполнен в соответствии с четырехканальной комбинированной схемой, в которой выход передатчика соединен через согласующий четвертьволновый трансформатор и общую точку распределения мощности СВЧ с четырьмя антенными излучателями, соответственно через диод, зашунтированный компенсационной индуктивностью и последовательно включенный между общей точкой распределения мощности СВЧ и антенным излучателем, по одному диоду на каждый излучатель, а каждый антенный излучатель, в свою очередь, соединен с соответствующим входом приемника через два четвертьволновых микрополосковых отрезка с параллельно подсоединенным на границе каждого отрезка и включенным на землю диодом, по одному диоду на каждый отрезок и с выделением симметрично относительно точки подсоединения каждого диода к границе четвертьволнового отрезка двух микрополосковых элементов, например в виде отрезков линии фидера, с волновым сопротивлением, превышающим на 20-30% сопротивление основной линии фидера.

Предлагаемое четырехканальное схемное решение коммутирования в режиме “передача-прием”, основанное на изменении сопротивления pin-диодов под воздействием импульсов передатчика без подачи управляющих токов, обеспечивает подключение к антенне передатчика или приемника в конструктивно улучшенных условиях в результате изготовления заявляемого коммутатора без добавления четырехканального делителя мощности СВЧ в виде единой приемопередающей фидерной конструкции, характеризующейся упрощением схемы распределения мощности СВЧ фидерного тракта, приводящей к повышению надежности его работы и технологичности коммутатора при монтаже большего числа каналов (>4), требующем лишь модернизацию согласующего трансформатора на выходе передатчика.

Подавляющее большинство известных переключателей на pin-диодах работает в ином, специальном многоканальном режиме антенных или микрополосковых переключений с подачей управляющих токов, изложенные же в заявляемой формуле изобретения отличительные признаки в предлагаемом назначении в источниках информации не обнаружены, что дает основание для положительного вывода о соответствии предлагаемого изобретения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого антенного коммутатора.

Коммутатор в следующем примере выполнения представляет собой коммутационный участок микрополосковой линии 1 передачи, в котором выход 2 передатчика соединен через согласующий четвертьволновый трансформатор 3 и общую точку 4 распределения мощности СВЧ (на чертеже указанная точка показана разнесенной для удобства изображения схемы) с четырьмя антенными излучателями 5-8, соответственно через диод 9, зашунтированный компенсационной индуктивностью 10 и последовательно включенный между общей точкой 4 распределения мощности СВЧ и одним из антенных излучателей 5-8 по одному диоду на каждый излучатель, а каждый из антенных излучателей 5-8 в свою очередь соединен с одним из входов 11-14 приемника через два четвертьволновых микрополосковых отрезка 15 с параллельно подсоединенным на границе каждого отрезка 15 и включенным на землю диодом 16 по одному диоду на каждый отрезок 15 и с выделением симметрично относительно точки 17 подсоединения каждого диода 16 к границе четвертьволнового отрезка 15 двух микрополосковых отрезков 18 с волновым сопротивлением, превышающим на 20-30% сопротивление линии 1 передачи.

Коммутатор работает следующим образом.

В режиме “передача” диоды 9 под воздействием импульсов передатчика приобретают малое сопротивление, т.е. включены и излучаемый сигнал с выхода 2 передатчика по линии 1 передачи через согласующий четвертьволновой трансформатор 3, общую точку 4 распределения мощности СВЧ и диоды 9 проходит на антенные излучатели 5-8. При этом диоды 16 включены дважды (для усиления развязки) на четвертьволновом расстоянии -λ/4 (где λ - длина волны передатчика), которое составляет длину закороченных через диоды 16 отрезков 15 линии 1 передачи, в связи с чем малое сопротивление диодов 16 трансформируется в высокое, а входы 11-14 приемника оказываются надежно развязанными, в результате чего мощность СВЧ от передатчика беспрепятственно поступает в антенну.

В режиме “прием”, когда от антенны поступает небольшая мощность СВЧ, диоды 9 и 16 ведут себя как емкости, т.е. выключены, и принятый сигнал с антенных излучателей 5-8 проходит по четырем каналам линии 1 передачи на соответствующие входы 11-14 приемника. При этом емкость диодов 16 представляет собой большую реактивность, включенную параллельно входам 11-14 приемника и резонирует, образуя с двумя микрополосковыми отрезками 18, проявляющими свойства индуктивностей, Т-образный LC фильтр, нагруженный на полный импеданс входа приемника, в связи с чем происходит компенсация емкости диодов 16, в результате мощность СВЧ от антенны попадает на приемник с малыми потерями, а емкость диодов 9 образует с компенсационными индуктивностями 10 обладающие высоким сопротивлением резонирующие колебательные контуры, последовательно включенные в линию 1 передачи, и таким образом запирает проход мощности СВЧ от антенны через общую точку 4 распределения на выход 2 передатчика, обеспечивая полноту поступления мощности СВЧ от антенны на приемник.

Макетные испытания предлагаемого коммутатора с использованием pin-диодов типа 2А509Б и линии передачи с характеристическим сопротивлением 50 Ом подтвердили его работоспособность на приемлемом уровне эксплуатационных параметров: в режиме “передачи” - коэффициент стоячей волны (КСВ)≤1,5 и развязка ≥15 дБ, в режиме “прием” - КСВ ≤1,5, потери ≤0,2 дБ и развязка ≥30 дБ.

Изобретение относится к коммутирующим устройствам на pin-диодах, в частности к антенным шлейфовым диодным СВЧ-коммутаторам для соединения поочередно приемника и передатчика с приемопередающей многоэлементной антенной, например фазированной антенной решеткой.

Технический результат предлагаемого изобретения - снижение весогабаритных показателей и повышение надежности коммутирования за счет упрощения многоканального схемного решения коммутатора, в частности четырехканального коммутатора, а также повышение технологичности при монтаже фидера с большим числом каналов коммутирования (>4). В коммутаторе с pin-диодами, подключенными по последовательно параллельной схеме в линии передачи с четвертьволновыми отрезками для включения-выключения в режиме “передача-прием” без подачи управляющих токов, коммутационный участок линии передачи, например микрополосковой линии фидера фазированной антенной решетки, выполнен в соответствии с четырехканальной комбинированной схемой, в которой выход передатчика соединен через согласующий четвертьволновой трансформатор и общую точку распределения мощности СВЧ с четырьмя антенными излучателями, соответственно через диод, зашунтированный компенсационной индуктивностью и последовательно включенный между общей точкой распределения мощности СВЧ и антенным излучателем, по одному диоду на каждый излучатель, а каждый антенный излучатель, в свою очередь, соединен с соответствующим входом приемника через две четвертьволновых микрополосковых отрезка с параллельно подсоединенным на границе каждого отрезка и включенным на землю диодом, по одному диоду на каждый отрезок и с выделением симметрично относительно точки подсоединения каждого диода к границе четвертьволнового отрезка двух микрополосковых элементов, например в виде отрезков линии фидера с волновым сопротивлением, превышающим на 20-30% сопротивление основной линии фидера. 1 ил.

Антенный шлейфовый диодный СВЧ-коммутатор, основанный на включении-выключении в режиме “передача - прием” pin-диодов, подключенных по последовательно-параллельной схеме в линии передачи с четвертьволновыми отрезками, и не требующий подачи управляющих токов для осуществления переключения, отличающийся тем, что коммутационный участок линии передачи, например микрополосковой линии фидера фазированной антенной решетки, выполнен в соответствии с четырехканальной комбинированной схемой, в которой выход передатчика соединен через согласующий четвертьволновый трансформатор и общую точку распределения мощности СВЧ с четырьмя антенными излучателями, соответственно через диод, зашунтированный компенсационной индуктивностью и последовательно включенный между общей точкой распределения мощности СВЧ и антенным излучателем, по одному диоду на каждый излучатель, а каждый антенный излучатель, в свою очередь, соединен с соответствующим входом приемника через два четвертьволновых микрополосковых отрезка с параллельно подсоединенным на границе каждого отрезка и включенным на землю диодом, по одному диоду на каждый отрезок, и с выделением симметрично относительно точки подсоединения каждого диода к границе четвертьволнового отрезка двух микрополосковых элементов, например в виде отрезков линии фидера, с волновым сопротивлением, превышающим на 20-30% сопротивление основной линии фидера.