СВЧ-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H01P1/10 

Предлагаемое изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах для переключения антенных и приемопередающих каналов.

Известны переключатели (В.И.Власов, Я.И.Берман "Проектирование высокочастотных устройств радиолокационных станций". Судостроение, Ленинград, 1972 г., стр.294, рис.IX.26), содержащие два балансных моста, два включенных между ними газовых разрядника и соединяющие волноводы. Их параметры зависят от амплитудных и фазовых характеристик и согласования каждого из входящих элементов. Активные потери суммируются, развязки между каналами, особенно в полосе частот, чувствительны к степени стабильности амплитуд и фаз сигналов, проходящих по разным каналам.

Наиболее близкой по технической сущности конструкцией является балансный двойной свернутый тройник (Семенов Н.А. "Техническая электродинамика". Связь, Москва, 1973 г., стр.411, рис.15.6. а), б)). Два его выходных канала связаны с входным каналом, а один развязан.

Недостатком этой конструкции является невозможность передачи электромагнитных волн из Е-канала в Н-канал и деление мощности пополам при их передаче из Е-канала в один из смежных каналов (потери составляют 3 дБ).

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в реализации возможности передачи электромагнитных волн из Е-канала СВЧ-переключателя в Н-канал, а также уменьшение потерь при передаче электромагнитных волн из входного Е-канала в любой из выходных каналов.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что СВЧ-переключатель содержит балансный двойной свернутый тройник с Н-каналом и Е-каналом, со сдвоенным участком, с двумя смежными каналами и элементом связи Е-канала со сдвоенным участком. Новые признаки предлагаемого изобретения состоят в том, что входным является Е-канал, в одном смежном канале установлен один выключатель на расстоянии

от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, в другом смежном канале - два выключателя, первый установлен на расстоянии

,

а второй - на расстоянии

от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, при этом в Н-канале установлен один выключатель на расстоянии

от плоскости сопряжения Н-канала со сдвоенным участком,

где λ_в - длина волны Н₁₀ в Н-канале и в каждом из смежных каналов;

λ_{в Н10} - длина волны Н₁₀ в сдвоенном участке;

l_1H - длина сдвоенного участка;

n=1, 3, 5,...;

m=5, 7, 9,....

На чертеже представлена конструкция предлагаемого СВЧ-переключателя. Он содержит балансный двойной свернутый тройник 1, входной Е-канал 2, смежные каналы 3 и 4, Н-канал 5, четыре выключателя 6, 7, 8, 9, сдвоенный участок 10, плоскость сопряжения 11 смежных каналов со сдвоенным участком, плоскость сопряжения 12 Н-канала со сдвоенным участком и элемент связи 13 Е-канала со сдвоенным участком.

Работа СВЧ-переключателя.

В основу работы СВЧ-переключателя положено:

- синфазность волн Н₂₀ в плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, возбуждаемых входным Е-каналом и одним из смежных каналов, после отражения от закрытого в нем выключателя;

- противофазность, следовательно взаимная компенсация волн Н₁₀ в плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, возбуждаемых Н-каналом и одним из смежных каналов, после отражения от закрытых в них выключателей;

- возможность преобразования волны Н₂₀, возбуждаемой входным Е-каналом, в волну Н₁₀ за счет выравнивания в плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком фаз волн Н₁₀, возбуждаемых обоими смежными каналами, после отражения от закрытых в них выключателей, установленных от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком на расстояниях, отличающихся одно от другого на .

Входной Е-канал 2 через элемент связи 13 Е-канала со сдвоенным участком возбуждает в сдвоенном участке 10 балансного двойного свернутого тройника 1 волну Н₂₀, которая в свою очередь возбуждает в смежных каналах 3 и 4 первичные противофазные (разность фаз равна π) волны Н₁₀ и не возбуждает Н-канал 5. В открытом смежном канале, например канале 4, электромагнитная волна Н₁₀ распространяется и поступает на выход переключателя (к приемнику).

В закрытом смежном канале, например канале 3, волна Н₁₀ отражается от закрытого выключателя 7 и вновь возбуждает в сдвоенном участке 10 вторичные волны H₁₀ и Н₂₀. При этом прямой передачи электромагнитных волн из закрытого смежного канала 3 в открытый смежный канал 4 не происходит в силу противофазности волн Н₁₀ и Н₂₀, возбуждаемых смежным каналом 3 в плоскости сопряжения 11 смежных волноводов со сдвоенным участком на участке смежного канала 4.

Вторичная волна Н₁₀, в свою очередь, возбуждает в Н-канале 5 волну Н₁₀, которая отражается от закрытого выключателя 6 и вновь возвращается к плоскости сопряжения 12 Н-канала со сдвоенным участком и далее в сдвоенный участок 10. Волны Н₁₀ в плоскости сопряжения 11 смежных каналов со сдвоенным участком, возбуждаемые закрытым смежным каналом 3 и закрытым Н-каналом 5, в силу противофазности, после отражения от выключателей 7 и 6 компенсируют друг друга.

При этом волны Н₁₀, возбуждаемые в открытом смежном канале 4, входным Е-каналом 2 и закрытым смежным каналом 3, синфазны и складываются. Так осуществляется передача электромагнитных волн из входного Е-канала 2 в открытый смежный канал 4, и потери при этом уменьшаются.

При открытии смежного канала 3 (выключателем 7) и закрытии смежного канала 4 (выключателем 8) противофазность волн Н₁₀ в плоскости сопряжения 11 смежных каналов со сдвоенным участком, возбуждаемых закрытым смежным каналом 4 и закрытым Н-каналом 5, сохраняется. Поэтому их взаимная компенсация (вычитание) тоже сохраняется.

Фазы волн Н₁₀, возбуждаемых в открытом смежном канале 3 входным Е-каналом 2 и закрытым смежным каналом 4, меняются на π по отношению к фазам волн Н₁₀, возбуждавшихся в смежном канале 4 при закрытом смежном канале 3. Но это изменение фаз происходит одновременно и в волне Н₁₀, возбуждаемой входным Е-каналом 2, и во вторичной волне Н₁₀, возбуждаемой закрытым смежным каналом 4, поэтому сложение волн Н₁₀ происходит в открытом смежном канале 3. Так осуществляется передача электромагнитных волн из входного Е-канала 2 в открытый смежный канал 3, и потери при этом уменьшаются.

При открытии Н-канала 5 и закрытии обоих смежных каналов 3 и 4 для обеспечения возбуждения Н-канала 5 необходимо первичную волну Н₂₀, возбуждаемую входным Е-каналом 2 в сдвоенном участке 10, преобразовать во вторичную волну Н₁₀. Для этого в одном из смежных каналов, например канале 3, установлен второй выключатель 9. Расстояния, на которых установлены выключатели 8 и 9 от плоскости сопряжения 11 смежных каналов со сдвоенным участком, отличаются одно от другого на Следовательно, волна Н₁₀, возбужденная входным Е-каналом 2 в смежном канале 3, по сравнению с волной H₁₀, возбужденной входным Е-каналом в смежном канале 4, распространяясь в прямом и обратном (после отражения от закрытых выключателей 8 и 9), приобретают друг относительно друга дополнительный фазовый сдвиг π.

Таким образом, волны Н₁₀, возбужденные смежными каналам 3 и 4, оказываются синфазными в плоскости сопряжения 11 смежных каналов со сдвоенным участком, следовательно, в сдвоенном участке 10 они возбуждают вторичную волну Н₁₀. Так первичная волна Н₂₀, возбужденная входным Е-каналом 2, преобразуется во вторичную волну Н₁₀ и передается в Н-канал 5, и потери при такой передаче уменьшаются.

Ввиду отсутствия в составе СВЧ-переключателя невзаимных элементов, каждый из его смежных каналов и Н-канал может быть входом, а Е-канал - выходом, с малыми потерями при передаче сигналов.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в волноводных трактах для переключения антенных и приемопередающих каналов. Технический результат заключается в реализации возможности передачи электромагнитных волн из Е-канала СВЧ-переключателя в Н-канал, а также уменьшение потерь при передаче электромагнитных волн из входного Е-канала в любой из выходных каналов. СВЧ-переключатель содержит балансный двойной свернутый тройник с Н-каналом и Е-каналом, со сдвоенным участком, с двумя смежными каналами и элементом связи Е-канала со сдвоенным участком. Входным является Е-канал, в одном смежном канале установлен один выключатель на расстоянии от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, в другом смежном канале два выключателя, первый установлен на расстоянии ,

а второй - на расстоянии

от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, при этом в Н-канале установлен один выключатель на расстоянии ^{от плоскости сопряжения Н-канала со сдвоенным участком, где λв - длина волны Н₁₀ в Н-канале и в каждом из смежных каналов; λв_Н10 - длина волны Н₁₀ в сдвоенном участке; l_1H - длина сдвоенного участка; n=1, 3, 5,...; m=5, 7, 9. 1 ил.}

СВЧ-переключатель, содержащий балансный двойной свернутый тройник с Н-каналом и Е-каналом, со сдвоенным участком, с двумя смежными каналами и элементом связи Е-канала со сдвоенным участком, отличающийся тем, что входным является Е-канал, в одном смежном канале установлен один выключатель на расстоянии от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, в другом смежном канале - два выключателя, первый установлен на расстоянии а второй - на расстоянии

от плоскости сопряжения смежных каналов со сдвоенным участком, при этом в Н-канале установлен один выключатель на расстоянии

от плоскости сопряжения Н-канала со сдвоенным участком,

где λ_в - длина волны Н₁₀ в Н-канале и в каждом из смежных каналов;

- длина волны Н₁₀ в сдвоенном участке;

l_1H - длина сдвоенного участка;

n=1, 3, 5,...;

m=5,7,9,....