КОАКСИАЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ НА ДВА ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H01P1/12 

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот и может быть использовано, например, для переключения каналов в трактах радиолокационных, телевизионных и связных устройств.

Известен коаксиальный переключатель на два положения, выполненный на основе коаксиального регулируемого делителя [Линии передачи сантиметровых волн. т.2/ Пер. с англ. Под ред. Г.А.Ремеза. - М.: Советское радио, 1951, с.117-120], который содержит входную линию, разветвитель, и два шлейфа с короткозамыкающими плунжерами, включенные параллельно в каждую из выходных линий. Перемещением короткозамыкающих плунжеров можно попеременно осуществлять передачу мощности со входа в любую из двух выходных линий переключателя. Такой коаксиальный переключатель может работать при большой мощности на входе и имеет хорошее согласование в относительно широкой полосе частот (коэффициент стоячей волны К_сти не более 1,25 в полосе частот 5%). Недостатком его является малая величина развязки, т.е. отношение мощности на входе к мощности на отключенном выходе (не более 20 дБ в той же полосе частот).

Наиболее близким аналогом (прототипом) является коаксиальный переключатель на два положения, развязка в котором может быть получена сколь угодно большой [Линии передачи сантиметровых волн. т.2/ Пер. с англ. Под ред. Г.А.Ремеза. - М.: Советское радио, 1951, с.127-128]. Он содержит входную линию, разветвитель, две выходные линии и переключающий металлический стержень, который может попеременно соединять внутренний проводник входной линии с внутренним проводником одной из выходных линий. Для обеспечения электрического контакта с переключающим металлическим стержнем на внутреннем проводнике входной линии имеется контактное устройство, выполненное в виде металлического стержня, поджимаемого внутренней пружиной, а внутренний проводник каждой из выходных линий снабжен гнездом с упругими контактами. Переключающий металлический стержень может перемещаться при помощи диэлектрических шпилек, проходящих через щель в наружном проводнике коаксиальной линии и закрепленных на наружной каретке, перемещающейся по направляющим.

Недостатком этого коаксиального переключателя является малая величина пропускаемой мощности. Это объясняется тем, что велико переходное сопротивление контакта внутреннего проводника входной линии с переключающим металлическим стержнем. Контактное устройство выполнено в виде стержня, который входит в отверстие во внутреннем проводнике входной линии и поджимается внутренней пружиной. При таком построении контактного устройства трудно обеспечить прилегание всей торцевой поверхности стержня к поверхности переключающего металлического стержня, что приводит к увеличению переходного сопротивления контакта, искрениям и подгарам при передаче большой мощности.

Решаемой задачей изобретения является увеличение пропускаемой коаксиальным переключателем мощности.

Технический результат (решаемая задача) достигается тем, что в коаксиальном переключателе на два положения, содержащем разветвитель, в котором внутренний проводник входной линии снабжен контактным устройством, внутренний проводник каждой из двух выходных коаксиальных линий снабжен гнездом с упругими контактами, и переключающий металлический старжень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и попеременного соединения внутреннего проводника входной линии с внутренним проводником одной из выходных линий, согласно изобретению контактное устройство выполнено в виде полого металлического цилиндрического отрезка, снабженного с обоих сторон упругими контактами.

Контактное устройство жестко закреплено на конце внутреннего проводника входной линии и расположено соосно с внутренними проводниками выходных линий. По крайней мере одна из выходных линий выполнена в виде коаксиального уголка с металлическим изолятором, внутренний проводник которого выполнен полым, а переключающий металлический стержень выполнен с возможностью осевого перемещения внутри металлического цилиндрического отрезка контактного устройства и полого внутреннего проводника металлического изолятора коаксиального уголка выходной линии и снабжен диэлектрической тягой, которая служит для возвратно-поступательного перемещения переключающего металлического стержня.

Благодаря наличию отличительных признаков переходное сопротивление контакта между внутренним проводником входной линии и переключающим металлическим стержнем (переходное сопротивление контактной пары: контактное устройство - переключающий металлический стержень) может быть получено очень малым, что позволяет без перегрева, искрений и подгаров передавать большую мощность.

Дополнительный технический результат - улучшение согласования коаксиального переключателя - достигается тем, что разветвитель снабжен короткозамкнутым согласующим шлейфом, внутренний проводник которого жестко закреплен на контактном устройстве входной линии. Введение согласующего элемента в виде короткозамкнутого шлейфа, длина которого подбирается при настройке, позволяет существенно улучшить согласование коаксиального переключателя в широкой полосе частот.

Изобретение поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых приведен пример конкртного выполнения изобретения - коаксиального переключателя на два положения.

На фиг.1 показан коаксиальный переключатель на два положения в положении работы на выход 2, а на фиг.2 - в положении работы на выход 1.

Коаксиальный переключатель на два направления (фиг.1) состоит из входной линии 1, разветвителя 2, выходных линий 3, 4 и переключающего металлического стержня 5. Выходная линия 4 выполнена в виде коаксиального уголка с металлическим изолятором 6 с полым внутренним проводником. На внутреннем проводнике каждой из выходных линий имеется гнездо с упругими контактами 7, 8.

В варианте исполнения переключателя, показанного на фиг.1 и фиг.2, внутренний проводник выходной линии 1 также крепится с помощью металлического изолятора 9. На внутреннем проводнике входной линии 1 жестко закреплено контактное устройство 10, которое выполнено в виде полого металлического цилиндрического отрезка, расположенного соосно с внутренним проводником выходных линий, снабженного с обоих концов упругими контактами 11, 12. Контактное устройство жестко соединено с внутренним проводником короткозамкнутого согласующего шлейфа 13, который одновременно служит для крепления и центрирования внутреннего проводника коаксиальной входной линии 1. Переключающий металлический стержень 5, который служит для попеременного соединения внутреннего проводника входной линии 1 с внутренним проводником одной из выходных линий, снабжен диэлектрической тягой 14, выполненой, например, в виде диэлектрического стержня, соединенного с одной стороны с металлическим стержнем (с помощью клея, либо резьбы), а с другой стороны - с механизмом переключения. Механизм переключения и входные разъемы коаксиальных линий не показаны.

Коаксиальный переключатель работает следующим образом. В показанном на фиг.1 положении переключающего стержня 5 передача энергии происходит от входа переключателя к выходу 2. Связь между выходной линией 3 и входной линией 1 (т.е. связь между выходом 1 и входом) будет слабой, так как осуществляется через отрезок предельного волновода 15 диаметром d и длиной l₁. Величина ослабления, вносимого волноводом (развязка между входом и выходом 1) может быть получена сколь угодно большой при условии надлежащего выбора диаметра и длины предельного волновода 15. Коэффициент затухания основной поперечно-магнитной волны E₀₁ в круглом волноводе для длин волн, превышающих критическую, может быть вычислен по формуле [Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. T.1 - М.: Советское радио, 1965, с.219]:

где λ_кр=1,31d - критическая длина волны Е₀₁ в круглом волноводе диаметром d;

λ - длина волны в свободном пространстве.

Используя соотношение (1) можно определить длину l₁ предельного волновода, при которой обеспечивается требуемая величина развязки между входом переключателя и выходом 1 при работе на выход 2:

A₁=λ·l₁, дб

Если переключающий стержень переместить в направлении к выходу 1 до замыкания с контактами 7 (фиг.2), то передача энергии происходит от входа к выходу 1. При этом развязка между входом и выходом 2 может быть получена также очень большой, так как определяется затуханием в предельном волноводе 16 диаметром d и длиной l₂, частично заполненным диэлектриком (материал диэлектрической тяги 14). Величина развязки может быть также определена с использованием соотношения (1), но критическая длина волны E₀₁ в круглом волноводе, частично заполненном диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε, определяется при этом, например, из графика [Иларионов Ю.А. и др. Расчет гофрированных и частично заполненных волнлводов. - М.: Советское радио, 1980, с.16, рис. 1.2].

Был изготовлен макет изобретения - переключатель на два положения на 50-омной коаксиальной линии с наружным проводником диаметром 70 мм и внутренним проводником - 30 мм. Контакты на внутреннем проводнике выходных линий и контактном устройстве входной линии - цилиндрические корончатые. Такие контакты наиболее часто применяются в коаксиальных соединителях на большую мощность [Левин А.П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Советское радио, 1972, с.25-32]. Контакты выполнены из термообработанной бериллиевой бронзы марки БрБ2. Переключающий металлический стержень изготовлен из латуни марки ЛС59 с серебряным покрытием толщиной 12 мкм, а диэлектрическая тяга из фторопласта 4. Переходное сопротивление контактов не более 0,0080 м после изготовления и приработки и не более 0,010 м после 5000 перемещений переключающего металлического стержня в переключателе.

Испытания показали, что макет переключателя работоспособен при средней мощности на входе 20 кВт. При этом температура внутреннего проводника не превышает 80°С. Развязка между входом и любым из выходов не менее 80 дБ. Коэффициент стоячей волны на входе переключателя не более 1.2 в дециметровом диапазоне в полосе частот 20%.

Таким образом, использование отличительных признаков изобретения в коаксиальном переключателе позволяет существенно (на 1-2 порядка) увеличить пропускаемую переключателем мощность, а применение согласующего короткозамкнутого шлейфа - улучшить согласование (у прототипа К_сти в полосе частот несколько процентов порядка 1,5).

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот и может быть использовано для переключения каналов в трактах радиолокационных, телевизионных и связных устройств. Техническим результатом является увеличение пропускаемой переключателем мощности. Коаксиальный переключатель на два положения содержит разветвитель, в котором внутренний проводник входной линии снабжен контактным устройством. Внутренний проводник каждой из двух выходных линий снабжен гнездом с упругими контактами. Переключающий металлический стержень снабжен диэлектрической тягой и выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения и попеременного соединения внутреннего проводника входной линии с внутренним проводником одной из выходных линий. Контактное устройство выполнено в виде полого металлического цилиндрического отрезка, снабженного с обоих сторон упругими контактами, жестко закреплено на конце внутреннего проводника входной линии и расположено соосно с внутренними проводниками выходных линий. По крайней мере одна из выходных линий выполнена в виде коаксиального уголка с металлическим изолятором, внутренний проводник которого выполнен полым. Переключающий металлический стержень выполнен с возможностью осевого перемещения внутри металлического цилиндрического отрезка контактного устройства и полого внутреннего проводника металлического изолятора коаксиального уголка выходной линии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Коаксиальный переключатель на два положения, содержащий разветвитель, в котором внутренний проводник входной коаксиальной линии снабжен контактным устройством, внутренний проводник каждой из выходных коаксиальных линий снабжен гнездом с упругими контактами, и переключающий металлический стержень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения и попеременного соединения внутреннего проводника входной линии с внутренним проводником одной из выходных линий, отличающийся тем, что контактное устройство на внутреннем проводнике входной линии выполнено в виде полого металлического цилиндрического отрезка, снабженного с обоих концов упругими контактами, расположено соосно с внутренними проводниками выходных коаксиальных линий и жестко закреплено на конце внутреннего проводника входной линии, при этом по крайней мере одна из выходных коаксиальных линий выполнена в виде коаксиального уголка с металлическим изолятором, внутренний проводник металлического изолятора выполнен полым, а переключающий металлический стержень выполнен с возможностью осевого перемещения внутри металлического цилиндрического отрезка контактного устройства и цилиндрического внутреннего проводника металлического изолятора коаксиального уголка одной из выходных линий, при этом переключающий металлический стержень снабжен диэлектрической тягой, которая служит для возвратно-поступательного перемещения переключающего металлического стержня.2. Коаксиальный переключатель по п.1, отличающийся тем, что разветвитель снабжен короткозамкнутым согласующим шлейфом, внутренний проводник которого жестко закреплен на контактном устройстве входной коаксиальной линии.