ОГРАНИЧИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ Российский патент 2008 года по МПК H01P1/22 H01P1/10 

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к диодным ограничителям мощности, и может быть использовано для защиты приемного устройства РЛС от воздействия СВЧ сигнала собственного передатчика и мощного стороннего СВЧ сигнала.

Известен ограничитель мощности, содержащий отрезок линии передачи сверхвысоких частот с включенным в него ограничительным диодом, группа последовательно-параллельно соединенных низкочастотных диодов в цепи постоянного тока (а.с. СССР №677029, кл. Н01Р 1/22, 1977 г.).

Известен также сверхвысокочастотный ограничитель мощности, содержащий усилитель постоянного тока к выходу которого подключен pin-диод, источник питания и туннельный диод, включенный в плечо дополнительного введенного резистивного моста, в одну диагональ которого включен источник питания, а другая диагональ моста подсоединена к входу усилителя постоянного тока (а.с. СССР №587537, кл. Н01Р 1/22, 1976 г.).

Кроме того, известен сверхвысокочастотный ограничитель мощности, содержащий установленную внутри волновода металлическую перегородку, разделяющую волновод на два идентичных канала, и имеющий несколько полупроводниковых диодов, соосные индуктивные штыри и два дополнительных диода, причем каждый полупроводниковый диод соединен своим первым электродом с проводящим стержнем, а вторым электродом - с внутренним проводником коаксиального шлейфа (патент России №2007792, кл. Н01Р 1/22, 1991 г.).

Наиболее близким аналогом (прототипом) является диодный ограничитель мощности СВЧ сигнала. Он содержит входную и выходную линии передачи, между которыми расположен в корпусе резонатор, шунтированный диодами, цепь постоянного тока диодов, а резонатор выполнен в виде внутренних проводников с линиями длиной 0,75-1,25 полуволны, при этом каждый связанный проводник шунтирован, по крайней мере, одним ограничительным диодом, установленным на расстоянии, близком к четверти длины волны от одного из концов резонатора, а сумма волновых проводимостей внутренних проводников больше волновой проводимости как входной, так и выходной линий (патент России №2258278, кл. Н01Р 1/22, 2003 г.).

К недостаткам следует отнести невозможность защищать приемное устройство от мощных импульсов собственной РЛС и от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС, так как в такой однокаскадной схеме ограничителя увеличение количества диодов увеличивает допустимую падающую мощность, однако при этом возрастает просачивающаяся мощность на выходе ограничителя, и хотя сами диоды ограничителя не будут выходить из строя, но функцию защиты приемного устройства такой ограничитель выполнять не будет. Кроме того, при поступлении высокого уровня СВЧ мощности диоды конструкции из-за недостаточного отвода тепла могут перегреваться и при длительном воздействии выходить из строя.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства, позволяющего защищать приемное устройство РЛС от мощных импульсов собственной РЛС и от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС.

Техническими результатами при реализации изобретения, в частности, являются снижение мощного импульса собственной РЛС до допустимого значения, одновременное осуществление защиты приемного устройства от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС, обеспечение необходимого отвода тепла, выделяемого в процессе работы, снижение трудоемкости сборки, уменьшение времени регулировки установки диодов, упрощение сборки и повышение ее точности.

Влияние на достижение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки. Ограничитель мощности СВЧ имеет корпус и размещенные в нем входную и выходную линии передачи, контакт цепи управления и диоды, он содержит внутренний проводник с входной и выходной частью и диэлектрические втулки по его концам, через которые осуществляется контакт входной части внутреннего проводника с входной линией передач, а выходная часть внутреннего проводника с выходной линией передачи. Корпус выполнен цилиндрическим, двухступенчатым и имеет в каждой ступени диэлектрические шайбы, на которых размещены входная и выходная линии передач, при этом ступень большего диаметра корпуса расположена со стороны входной линии передачи, а ступень меньшего диаметра корпуса расположена со стороны выходной линии передачи. Внутренний проводник коаксиален с корпусом. Диоды, установленные со стороны входной линии передачи, соединены с входной частью внутреннего проводника и диоды, установленные со стороны выходной линии передачи, соединены с выходной частью внутреннего проводника, при этом противоположные контакты диодов подключены к корпусу, а соединение диодов последовательное согласное по постоянному току. Ограничитель снабжен прижимами для диодов, входная часть внутреннего проводника имеет контактную выемку, а выходная часть внутреннего проводника имеет контактную площадку, причем один из прижимов выполнен в виде тарельчатой пружины, установленной на входной части внутреннего проводника соосно с ним, а каждый диод ступени большего диаметра корпуса прижат тарельчатой пружиной к контактной выемке. Другие прижимы выполнены в виде винтовых пружин для прижатия диодов в выходной части к контактной площадке. Кроме того, ограничитель снабжен охлаждающими ребрами. При сборке ограничителя внутренний проводник выходной частью устанавливают в ступень большого диаметра корпуса со стороны входной линии передачи, затем в зазоре между корпусом и внутренним проводником размещают вспомогательные цилиндры, причем первый вспомогательный цилиндр вводят со стороны входной линии передачи между ступенью большего диаметра корпуса и входной частью внутреннего проводника, второй вспомогательный цилиндр вводят со стороны выходной линии передачи между ступенью меньшего диаметра корпуса и выходной частью внутреннего проводника, после чего устанавливают диоды в отверстия корпуса, причем диоды входной секции в ступень большего диаметра корпуса устанавливают до фиксации на контактной выемке во входной части внутреннего проводника, а диоды выходной секции до соприкосновения с контактной площадкой выходной части внутреннего проводника, после чего их равномерно подпружинивают, затем противоположные контакты диодов подключают к корпусу, а вспомогательные цилиндры вынимают, а на концы внутреннего проводника устанавливают диэлектрические втулки с внутренними поверхностями, в корпусе устанавливают диэлектрические шайбы на входной и выходной линиях передачи, затем внутренние поверхности диэлектрических втулок приводят в контакт с входной и выходной линиями передач, соединяя входную часть внутреннего проводника с входной линией передачи, и выходную часть внутреннего проводника с выходной линией передачи.

Отличительными признаками в предлагаемом ограничителе от прототипа является выполнение корпуса цилиндрическим и двухступенчатым, а также то, что ступень большего диаметра располагают со стороны входной линии, ступень меньшего - со стороны выходной линии, корпус со стороны каждой ступени снабжают диэлектрическими шайбами, поддерживающими в устанавливаемом положении входную и выходную линии. Входную часть внутреннего проводника размещают в ступени большего диаметра корпуса, выходную часть внутреннего проводника размещают в ступени меньшего диаметра корпуса и на концах располагают диэлектрические втулки, в которых имеются внутренние поверхности. Таким образом, за счет тока детектирования выходной секции, проходящего через диоды входной секции и открывающего их, снижается просачивающаяся мощность до допустимой. Отличительными признаками также является то, что внутренний проводник коаксиален с корпусом. Диоды, установленные со стороны входной линии передачи, соединены с входной частью внутреннего проводника и диоды, установленные со стороны выходной линии передачи, соединены с выходной частью внутреннего проводника, при этом противоположные контакты диодов подключены к корпусу, а соединение диодов последовательное согласное по постоянному току. Также к отличиям относится то, что имеются прижимы для диодов, входная часть внутреннего проводника имеет контактную выемку, а выходная часть внутреннего проводника имеет контактную площадку. Один из прижимов выполняют в виде тарельчатой пружины, установленной на входной части внутреннего проводника соосно с ним, а другой прижим выполнен в виде винтовой пружины с возможностью фиксации к контактной выемке диодов входной секции. Каждый диод выходной секции в ступени меньшего диаметра корпуса прижимают винтовой пружиной к контактной площадке выходного внутреннего проводника, образуя выходную секцию диодов, а каждый диод ступени большего диаметра корпуса прижат тарельчатой пружиной к контактной выемке, образуя входную секцию диодов. Наибольший эффект при использовании изобретения достигается, в частности, в том случае, когда секции диодов могут быть соосны друг с другом, а размещенные на корпусе диоды, установленные во входной и в выходной секции на корпусе, размещены по окружности в каждой секции на одинаковом расстоянии друг от друга. Для отвода избыточного тепла, выделяемого в процессе защиты приемного устройства при поступлении высокого уровня СВЧ мощности, для исключения перегрева, который может привести к выходу диодов из строя, ограничитель снабжают охлаждающими ребрами, которые в совокупности выполняют функции радиатора. Диоды конструкции не перегреваются, выделенное тепло отводится в окружающую среду через охлаждающие ребра. Причем на охлаждающие ребра может подаваться воздушный поток, что имеет большое значение для надежности работы конструкции при повышенной окружающей температуре. Кроме того, для снижения трудоемкости сборки, упрощения ее и уменьшения времени регулировки установки диодов в ограничителе, повышения точности сборки, а также для соблюдения коаксиальности предусмотрен порядок выполнения взаимосвязанных действий по сборке ограничителя, который заключается в том, что внутренний проводник выходной частью устанавливают в ступень большого диаметра корпуса со стороны входной линии передачи, затем в зазоре между корпусом и внутренним проводником размещают вспомогательные цилиндры, причем первый вспомогательный цилиндр вводят со стороны входной линии передачи между ступенью большего диаметра корпуса и входной частью внутреннего проводника, а второй вспомогательный цилиндр вводят со стороны выходной линии передачи между ступенью меньшего диаметра корпуса и выходной частью внутреннего проводника. После чего устанавливают диоды в отверстия корпуса, причем диоды входной секции устанавливают в ступень большего диаметра корпуса до фиксации на контактной выемке во входной части внутреннего проводника, диоды выходной секции устанавливают до соприкосновения с контактной площадкой выходной части внутреннего проводника, после чего их равномерно подпружинивают. Затем противоположные контакты диодов подключают к корпусу, а вспомогательные цилиндры вынимают, а на концы внутреннего проводника устанавливают диэлектрические втулки, в корпусе устанавливают диэлектрические шайбы на входной и выходной линиях передачи, затем внутренние поверхности диэлектрических втулок приводят в контакт с входной и выходной линиями передач, соединяя входную часть внутреннего проводника с входной линией передачи, и выходную часть внутреннего проводника с выходной линией передачи. В результате предложенной установки диодов в корпусе снижается трудоемкость сборки, уменьшается время регулировки установки диодов в ограничителе, упрощается сборка и повышается ее точность, а при работе ограничителя мощный импульс собственной РЛС снижается до значения, при котором приемное устройство не выходит из строя, сохраняет работоспособность, то есть может принимать сигналы от целей, причем приемное устройство защищается, наряду с описанными свойствами, и от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС.

На чертеже представлен чертеж ограничителя мощности СВЧ в сборе.

Ограничитель мощности СВЧ состоит из корпуса 1, который выполнен цилиндрическим и двухступенчатым, входной линии 2 передачи, выходной линии 3 передачи, контакта цепи управления 4, входной секции 5 диодов со стороны входной линии 2 и выходной секции 6 диодов со стороны выходной линии 3, причем секции 5 и 6 диодов соосны друг с другом. В цилиндрическом корпусе 1 ступень большего диаметра корпуса расположена со стороны входной линии 2, а ступень меньшего диаметра корпуса расположена со стороны выходной линии 3. Входная часть 7 внутреннего проводника и выходная часть 8 внутреннего проводника жестко и соосно соединены, образуя единую конструкцию - внутренний проводник. Он расположен между входной линией 2 передачи и выходной линией 3 передачи в корпусе 1 коаксиально, причем входная часть 7 внутреннего проводника расположена со стороны входной линии 2, а выходная часть 8 внутреннего проводника расположена со стороны выходной линии 3. Входная часть 7 внутреннего проводника выполнена полой и имеет выступ 9. Выходная часть 8 внутреннего проводника имеет выступ 10. Входная секция 5 включает в себя диоды 11, которых по количеству может быть, например, шесть и могут быть использованы, например, pin-диоды. Выходная секция 6 включает в себя, например, три диода 12, выполняющих функцию ограничения. Количество диодов в секциях определяется допустимыми входной и выходной мощностями ограничителя. В выходной секции 6 установлен контакт цепи управления 4 в корпусе 1, через который подается импульс тока управления от РЛС.

Диоды 11 установлены в отверстиях 13 с возможностью контакта на корпус 1 ступени большего диаметра. Выступающий внутри корпуса 1 контакт каждого диода 11 поджат прижимом 14, выполненным в виде тарельчатой пружины, к контактной выемке 15 входной части 7 внутреннего проводника. Диоды 12 установлены в отверстиях 16 с возможностью контакта на корпус 1 ступени малого диаметра. Выступающий внутри корпуса 1 контакт каждого диода 12 поджат прижимом 17, выполненным в виде винтовой пружины, к контактной площадке 18 выходной части 8 внутреннего проводника.

Внутренний проводник образован за счет жесткого соосного соединения входной части 7 и выходной части 8 внутреннего проводника винтом 19. Внутренний проводник коаксиален с корпусом 1. Входная линия 2 передачи и выходная линии 3 передачи установлены на диэлектрических шайбах 20 и 21 посредством цанг 22 и 23, а свободные концы входной части 7 и выходной части 8 внутреннего проводника снабжены по его концам диэлектрическими втулками 24 и 25. Через диэлектрические втулки 24 и 25 осуществляется контакт внутреннего проводника с входной и выходной линиями 2 и 3 передач. Диэлектрические втулки 24 и 25 размещены в полости входной части 7 внутреннего проводника и в теле выходной части 8 внутреннего проводника, образуя дроссели. На диэлектрических шайбах 20 и 21 посредством цанг 22 и 23 размещены входная и выходная линии 2 и 3 передач. Между корпусом 1 в ступени большего диаметра корпуса и входной частью 7 внутреннего проводника, а также между корпусом 1 в ступени меньшего диаметра корпуса и выходной частью 8 внутреннего проводника имеется радиальный зазор. Входная и выходная части 7 и 8 внутреннего проводника по его концам имеют диэлектрические втулки 24 и 25, которые представляют собой четвертьволновые дроссели, заполненные диэлектриком. На корпусе 1 установлены охлаждающие ребра 26 в виде, например, круговых секторов, которые размещены соосно с входными и выходными секциями 5 и 6 диодов и которые выполняют функции радиатора охлаждения. Площадь поверхности ребер обеспечивает поддержание оптимальной температуры на корпусе.

Работает ограничитель мощности СВЧ следующим образом.

В момент излучения собственного передатчика РЛС на ограничитель через контакт цепи управления 4 подается импульс тока от устройства управления РЛС (на чертеже отсутствует) и диоды 11 входной секции 5 переходят в открытое состояние. Сопротивление их становится малым, и диоды 11 шунтируют коаксиальную линию. Импульсный сигнал СВЧ отражается к входу ограничителем, а просачивающийся к выходу сигнал СВЧ переводит диоды 12 выходной секции 6, выполняющие ограничительную функцию, в низкоомное проводящее состояние и дополнительно шунтируют коаксиальную линию на выходе, снижая просачивающуюся мощность до допустимой для уровня приемного устройства РЛС (на чертеже отсутствует). Таким образом, в момент излучения мощного импульса собственной РЛС на диоды 11 входной секции 5 ограничителя подается управляющий импульс. Диоды 11 шунтируют коаксиальную линию, большая часть мощности при этом отражается, а просачивающаяся мощность дополнительно ослабляется диодами 12 выходной секции 6, выполняющими ограничительную функцию. Этим обеспечивается снижение мощного импульса собственной РЛС до допустимого, то есть до значения, при котором приемное устройство не выходит из строя и может принимать сигналы от целей. Приемное устройство защищается одновременно и от мощных несинхронных излучений, наводимых в антенне от соседних РЛС, за счет тока детектирования выходной секции, проходящего через диоды 11 входной секции 5 и открывающего их, снижая просачивающуюся мощность до допустимой. При этом в конструкции обеспечивается необходимый отвод тепла от диодов 11, 12 и при поступлении высокого уровня СВЧ мощности диоды 11, 12 не перегреваются, выделенное тепло отводится в окружающую среду через охлаждающие ребра 26, выполняющие функцию радиатора. Таким образом, при подаче импульса тока ограничитель обеспечивает защиту приемного устройства РЛС от входной мощности 12 кВт при средней мощности до 2 кВт.

Коаксиальность линии устанавливается следующим образом. В ступень большого диаметра корпуса 1 со стороны входной линии 2 устанавливают выходной частью 8 внутренний проводник до размещения входной части 7 внутреннего проводника в ступени большего диаметра корпуса 1, затем в зазор между корпусом 1 и внутренним проводником размещают вспомогательные цилиндры, которые не относятся к элементам конструкции ограничителя и являются установочными приспособлениями, специально изготовленными технологическими элементами под заданные внутренние и внешние диаметры зазоров. Первый вспомогательный цилиндр устанавливают со стороны входной линии 2 между ступенью большего диаметра корпуса 1 и входной частью 7 внутреннего проводника, второй вспомогательный цилиндр устанавливают со стороны выходной линии 2 между ступенью меньшего диаметра корпуса 1 и выходной частью 8 внутреннего проводника для исключения их радиального перемещения. Далее устанавливают диоды 11 и 12 в отверстия 13 и 16 корпуса 1. Диоды 11 входной секции 5 размещают в отверстиях 13 ступени большего диаметра корпуса 1 входной линии 2 до фиксации на контактной выемке 15 во входной части 7 внутреннего проводника, которые при установке последнего на диэлектрической шайбе 20 поджимаются прижимом 14, выполненным в виде тарельчатой пружины, к контактной выемке 15. Диоды 12 выходной секции 6 устанавливают в отверстия 16 в ступени меньшего диаметра корпуса 1 и равномерно подпружинивают к контактной площадке 18 выходной части 8 внутреннего проводника. Противоположные контакты диодов 11 и 12 подключают к корпусу 1 ограничителя. На концы внутреннего проводника устанавливают диэлектрические втулки 24 и 25, в корпусе устанавливают диэлектрические шайбы 20 и 21. После чего первый и второй вспомогательные цилиндры вынимают и внутренний проводник соединяют с входной и выходной линиями передач посредством цанг 22 и 23 и устанавливают на диэлектрических шайбах 20 и 21. Входную часть 7 внутреннего проводника соединяют с входной линией 2 передачи, а выходную часть 8 соединяют с выходной линией 3 передачи, контактируя с внутренними поверхностями диэлектрических втулок 24 и 25.

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к диодным ограничителям мощности, и может быть использовано для защиты приемного устройства РЛС от воздействия мощного СВЧ сигнала. Диоды размещены в корпусе, который выполнен цилиндрическим, двухступенчатым и имеет в каждой ступени диэлектрические шайбы для размещения на них входной и выходной линии передач, которые контактируют через диэлектрические втулки с внутренним проводником, коаксиальным с корпусом. Размещенные на корпусе охлаждающие ребра позволяют отводить избыточное тепло от диодов при работе устройства во время поступления на входную линию передачи высокого уровня мощности. Способ сборки ограничителя позволяет размещать внутренний проводник и устанавливать диоды в корпусе при помощи вспомогательных цилиндров. Техническим результатом является снижение уровня проходящей в приемный тракт РЛС мощности СВЧ до допустимой в момент излучения мощного импульса собственных РЛС и его защиту от мощных несинхронных излучений сторонних РЛС. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Ограничитель мощности СВЧ, содержащий корпус и размещенные в нем входную и выходную линии передачи, контакт цепи управления и диоды, отличающийся тем, что он содержит внутренний проводник с входной и выходной частью и диэлектрические втулки по его концам, через которые осуществляется контакт входной части внутреннего проводника с входной линией передач, а выходной части внутреннего проводника - с выходной линией передачи, причем корпус выполнен цилиндрическим, двухступенчатым и имеет в каждой ступени диэлектрические шайбы, на которых размещены входная и выходная линии передач, при этом ступень большего диаметра корпуса расположена со стороны входной линии передачи, а ступень меньшего диаметра корпуса расположена со стороны выходной линии передачи, при этом внутренний проводник коаксиален с корпусом, а диоды, установленные со стороны входной линии передачи, соединены с входной частью внутреннего проводника, и диоды, установленные со стороны выходной линии передачи, соединены с выходной частью внутреннего проводника, при этом противоположные контакты диодов подключены к корпусу, а соединение диодов последовательное согласное по постоянному току.2. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен прижимами для диодов, входная часть внутреннего проводника имеет контактную выемку, а выходная часть внутреннего проводника имеет контактную площадку, причем один из прижимов выполнен в виде тарельчатой пружины, установленной на входной части внутреннего проводника соосно с ним, и каждый диод ступени большего диаметра корпуса прижат тарельчатой пружиной к контактной выемке, а другие прижимы выполнены в виде винтовых пружин для прижатия диодов в выходной части к контактной площадке.3. Ограничитель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен охлаждающими ребрами.4. Способ сборки ограничителя, характеризующийся тем, что внутренний проводник выходной частью устанавливают в ступень большого диаметра корпуса со стороны входной линии передачи, затем в зазоре между корпусом и внутренним проводником размещают вспомогательные цилиндры, причем первый вспомогательный цилиндр вводят со стороны входной линии передачи между ступенью большего диаметра корпуса и входной частью внутреннего проводника, второй вспомогательный цилиндр вводят со стороны выходной линии передачи между ступенью меньшего диаметра корпуса и выходной частью внутреннего проводника, после чего устанавливают диоды в отверстия корпуса, причем диоды входной секции в ступень большего диаметра корпуса устанавливают до фиксации на контактной выемке во входной части внутреннего проводника, а диоды выходной секции до соприкосновения с контактной площадкой выходной части внутреннего проводника, после чего их равномерно подпружинивают, затем противоположные контакты диодов подключают к корпусу, а вспомогательные цилиндры вынимают, после чего на концы внутреннего проводника устанавливают диэлектрические втулки, в корпусе устанавливают диэлектрические шайбы на входной и выходной линиях передачи, затем внутренние поверхности диэлектрических втулок приводят в контакт с входной и выходной линиями передач, соединяя входную часть внутреннего проводника с входной линией передачи и выходную часть внутреннего проводника с выходной линией передачи.