ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ Российский патент 2006 года по МПК H01P1/15 

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для переключения каналов фидерного тракта, защиты входа приемника от отраженных сигналов или как антенный коммутатор высокого уровня мощности.

Известные переключатели СВЧ-диапазона волн с последовательным, параллельным, цепочечным включением диодов и переключатели, выполненные на основе отрезков линий передач, ограниченных параллельно или последовательно включенными диодами, не обеспечивают достаточной развязки между каналами.

В переключателе по авторскому свидетельству №211614, МКИ Н 01 Р 1/10, заявка №832201/26-9 от 22.04.1963 г, автор А.В.Семенов, с целью увеличения развязки сигнала, параллельно с диодами, стоящими последовательно в линии передачи, через разделительные емкости подключены индуктивности, а последовательно с диодами, шунтирующими линию передачи, включены параллельные цепи из индуктивностей и емкостей.

Основным недостатком такого переключателя является невозможность применения его в качестве переключателя «прием-передача» разных уровней СВЧ-мощности из-за разделительных конденсаторов и диодов, включенных в каналах переключателя.

Известен переключатель каналов фидерного тракта, авторское свидетельство №1437940, МКИ Н 01 Р 1/15, по заявке №4158727/24 от 8.12.1986г, авторы: Г.П.Вечканов и другие, содержащий Т-образное разветвление линий передачи, первое плечо которого является входом переключателя, а два других плеча являются соответственно выходом 1 и выходом 2.

Основным недостатком этого переключателя является малая развязка между выходными каналами и небольшой уровень входной СВЧ-мощности.

Наиболее близким из известных аналогов заявляемого устройства по схемному решению и по уровню входной мощности является СВЧ-ограничитель по патенту №1716580, МПК Н 01 Р 1/22, заявка №0004798977 от 05.03.1990г., «СВЧ-ограничитель», автор Кустов О.В.

СВЧ ограничитель содержит входную и выходную линии передачи, первый и второй отрезки линии, длина которых λ/4 (λ - длина волны проходящего сигнала), при этом первый конец первого отрезка соединен с входным отрезком линии передачи, второй конец первого отрезка соединен с первым концом второго отрезка, к первому и второму концам второго отрезка параллельно подключены соответственно первый и второй диоды, кроме того, третий отрезок, длина которого λ/2, первым концом соединен с входной линией передачи, а вторым концом - со вторым концом второго отрезка. Нагрузка одним из своих выводов соединена с точкой соединения первого и второго отрезков, а другим - с серединой третьего отрезка. Выходная линия передачи подключена ко второму концу второго отрезка, причем волновые сопротивления первого, второго и третьего отрезков, Z₁, выбраны из соотношения , где Z₀ - волновое сопротивление входного и выходного отрезков линии передачи.

Недостатком данного устройства является отсутствие второго мощного выхода, малая развязка между входом и выходом при большом входном СВЧ - сигнале и функциональная ограниченность.

Технический результат предлагаемого изобретения наличие двух выходов, увеличение развязки между выходными каналами, улучшение согласования между входом и выходом 1 и многофункциональность предлагаемой схемы.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройство прототипа дополнительно вводятся четвертый отрезок линии длиной λ/4 с волновым сопротивлением и два дополнительных диода третий и четвертый. Первый диод включен последовательно с первым отрезком анодом к его началу. Второй диод включен последовательно с выходной линией передачи, его катод подключен к точке соединения концов второго и третьего отрезков, а анод к началу выходной линии передачи. Третий диод включен последовательно в середину третьего отрезка длиной λ/2 анодом к началу второй его половины, а четвертый диод подключен параллельно выходу 2 анодом к концу введенного четвертого отрезка линии передачи длиной λ/4. Начало четвертого отрезка соединено с катодом третьего диода.

На Фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого технического решения, на фиг.2 - принципиальная схема прототипа.

На схемах приняты следующие обозначения:

1 - входная проводящая линия передачи;

2 - выходные проводящие линии передачи;

3, 4, 8 - четвертьволновые отрезки проводящих линий;

5 - полуволновой отрезок проводящей линии со средней точкой;

6, 7, 9, 10 1-й, 2-й, 3-й и 4-й диоды соответственно;

11 - сопротивление нагрузки.

Переключатель СВЧ содержит входной 1 и выходные 2 проводящие линии передачи, три четвертьволновых отрезка 3, 4, 8 линии, один полуволновой отрезок 5 линии со средней точкой и четыре диода 6, 7, 9, 10. Первый диод 6 катодом подключен к точке соединения входной проводящей линии передачи 1 и начала полуволнового отрезка 5, в середину которого последовательно, анодом к началу второй половины отрезка, подключен третий диод 9. Второй диод 7 подключен анодом к выходной проводящей линии передачи 2 выхода 1, а катодом к точке соединения концов отрезков 4 и 5. Последовательно соединенные отрезки 3 и 4 линий включены между анодом первого диода 6 и катодом второго диода 7. Четвертый диод 10 подсоединен параллельно выходу 2 анодом к концу отрезка 8, начало которого соединено с катодом третьего диода 9. Волновое сопротивление Z₁ всех отрезков линий находится из соотношения

где Z₀ - волновое сопротивление входной и выходных проводящих линий передачи.

В зависимости от того, какого типа диоды используются в схеме, переключатель СВЧ может работать в качестве устройства защиты входа приемника, в качестве антенного коммутатора или просто переключателя СВЧ-сигнала.

В качестве устройства защиты входа приемника (выход 2) от импульсов, отраженных от входа антенны (вход), переключатель работает следующим образом. При высоком уровне мощности входного сигнала, при открытых диодах 6, 7, 9, 10 (применяются ограничительные СВЧ p-i-n диоды) СВЧ-сигнал, поступающий на вход, делится пополам и к выходной проводящей линии передачи 2 выхода 1 приходит с одинаковыми амплитудами и фазами. Длины отрезков 3, 4, 5, 8 линий передачи и их волновые сопротивления Z₁ подобраны так, что мощный СВЧ-сигнал проходит на выход 1 с минимальными потерями и хорошим согласованием (К_CTV≤1,25). Длины отрезков 3, 4, 8 линии передачи равны λ/4, а отрезка 5 - λ/2. Волновые сопротивления этих отрезков где Z₀ - волновое сопротивление входной и выходных линий. При этом выход 2 развязан. При малом уровне мощности входного сигнала диоды закрыты и сигнал со входа устройства пройдет на выход 2.

В случае использования предлагаемой схемы в качестве антенного коммутатора входом мощного сигнала служит выход 1, выход 2 будет входом приемного устройства, а к входу устройства подключается антенна. В этом случае применяются ограничительные СВЧ p-i-n диоды. Антенный коммутатор работает аналогично устройству защиты.

В случае использования предлагаемого технического решения в качестве переключателя СВЧ-сигнала, применяются СВЧ-диоды переключательного типа, которые открываются при наличии отдельного источника управления. При открытых диодах 6, 7, 9, 10 (схема управления не показана) СВЧ-сигнал, поступающий на вход, делится пополам и к выходной проводящей линии передачи 2 выхода 1 приходит с одинаковыми амплитудами и фазами, где и суммируются. Длины отрезков 3, 4, 5, 8 линий передачи и их волновые сопротивления Z₁ подобраны так, что мощный СВЧ-сигнал проходит на выход 1 с минимальными потерями и хорошим согласованием (К_CTV≤1,25). Длины отрезков 3, 4, 8 линии передачи равны λ/4, а отрезка 5 - λ/2. Волновые сопротивления этих отрезков где Z₀ волновое сопротивление входной и выходных линий.

При закрытых диодах 6, 7, 9, 10 СВЧ-сигнал, поступающий на вход, проходит с небольшими потерями на выход 2, так как закрытые диоды представляют для проходящего сигнала большое сопротивление.

Таким образом, предлагаемое техническое решение имеет многофункциональное применение.

Изобретение относится к области радиотехники СВЧ и может быть использовано для защиты входа приемника от отраженных сигналов, переключения каналов фидерного тракта или как антенный коммутатор высокого уровня мощности. Техническим результатом является увеличение развязки между выходными каналами, улучшение согласования и многофункциональность схемы. Переключатель СВЧ содержит входную и две выходных линий передачи, три отрезка длиной λ/4 и один отрезок длиной λ/2, волновое сопротивление отрезков выбирается из соотношения где Z₀ волновое сопротивление входной и выходных проводящих линий передачи, и четыре диода. Первый диод катодом подсоединен к точке соединения входной проводящей линии передачи и начала третьего, полуволнового, отрезка, а анодом к началу первого, четвертьволнового, отрезка. Второй диод катодом подсоединен к точке соединения концов второго, четвертьволнового, и третьего отрезков, а анодом к первой выходной проводящей линии передачи. Третий диод включен последовательно в середину третьего отрезка анодом к началу второй половины этого отрезка. Четвертый диод подключен параллельно второму выходу анодом к концу четвертого, четвертьволнового, отрезка линии, начало которого соединено с серединой третьего отрезка. 2 ил.

Переключатель, содержащий входную и выходную линии передачи, два отрезка линии длиной λ/4, где λ - длина волны проходящего сигнала, один отрезок длиной λ/2, причем волновое сопротивление отрезков выбирается из соотношения где Z₀ - волновое сопротивление входной и выходной линий передачи, и два диода, отличающийся тем, что дополнительно введены третий и четвертый диоды, вторая выходная линия передачи и четвертый отрезок линии длиной λ/4 и волновым сопротивлением при этом первый диод катодом подсоединен к точке соединения входной линии передачи и третьего, полуволнового, отрезка, а между его анодом и катодом второго диода включены последовательно соединенные первый и второй четвертьволновые отрезки линий, кроме того, второй диод катодом подсоединен к точке соединения концов второго, четвертьволнового, и третьего отрезков, а анодом к выходной линии передачи (первый выход), третий диод включен последовательно в середину третьего отрезка анодом к началу второй части этого отрезка, а четвертый диод подключен параллельно второму выходу анодом к концу четвертого отрезка, начало которого соединено с серединой третьего отрезка.