АНТЕННЫЙ КОММУТАТОР С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к коммутационным устройствам высоких частот (ВЧ), применяемым в системах связи, и может быть использовано в аппаратно-программных комплексах измерения напряженности электромагнитного поля при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости.
Известен переключатель (Высотский Б.Ф. «Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры». - М.: Советское радио, 1978. - с. 74, рис. 2.29), содержащий линии передачи ВЧ с общим входом и выходами, при этом к выходам на расстоянии четверти длины волны от общей точки линий передачи параллельно подключены управляющие диоды.
Недостатками данного переключателя являются не достаточный коэффициент развязки между выходом и любым из неподключенных входов, а также необходимость наличия постоянного напряжения от источника питания для удержания контактных групп при работе этого переключателя.
Известно электронное реле (а.с. №307514, H03K 17/04 с приоритетом от 8 января 1969 г.), содержащее цепочку из последовательно соединенных диода и резистора, к общей точке которых подключен источник управляющего напряжения. При этом оно содержит дополнительную цепочку, подключенную параллельно к основной и состоящую из двух встречно соединенных диодов, к общей точке которых через конденсатор подключен другой источник сигнала, а к общей точке диодов основной и дополнительной цепочек через резистор подключен источник опорного напряжения.
Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает функциональных задач, требуемых для переключения каналов ВЧ.
Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям устройством, принятым за прототип, является переключатель линий передачи ВЧ сигналов (патент РФ на полезную модель №130167 от 10.07.2013), содержащий высокочастотные линии передачи с входом и выходами, а также элементы коммутации линий с диодами и емкостями, при этом в качестве переключателя используется поляризованное электромагнитное реле, которое подключено тремя своими контактами в разрывы двух выходных ВЧ линий передачи, где параллельно катушкам реле включены ограничительные диоды, а между выводами катушек и корпусом реле включены фильтрующие емкости, при этом три контакта реле используются для низкочастотного контроля состояния переключающих контактов.
Недостатками данного устройства являются ограниченность емкости коммутационного поля, отсутствие возможности дистанционного управления, а также недостаточное переходное затухание между выходом и любым из неподключенных входов.
1. Ограниченность емкости коммутационного поля устройства-прототипа объясняется использованием только одного поляризованного реле.
2. Отсутствие дистанционного управления устройством-прототипом связано с отсутствием элементов управления.
3. Переходное затухание между выходом и любым из неподключенных входов не соответствует требуемому (менее 60 дБ) из-за отсутствия их подключения на общий контакт через согласованную нагрузку.
Задачей полезной модели является создание антенного коммутатора с дистанционным управлением, обеспечивающего переходное затухание между выходом и любым из неподключенных входов не менее 60 дБ при дистанционной коммутации N входов на один выход.
2
Эта задача решается тем, что в антенный коммутатор с дистанционным управлением, содержащий поляризованное электромагнитное реле, где параллельно катушкам реле включены ограничительные диоды, а между выводами катушек и корпусом реле включены фильтрующие емкости, дополнительно ограничительные диоды и фильтрующие емкости объединены в схему защиты, введены устройство управления, 2(N-1) поляризованных реле, контакты которых объединены в коммутационное поле с K=[log(2N-2)]+1 ступенями искания, и соответствующих им схем защиты, объединенных в исполнительное устройство, при этом катушки поляризованных реле подключены к управляющим входам исполнительного устройства через соответствующие схемы защиты, первые контакты от 1-го до N-го поляризованных реле, составляющих K ступень искания, соединены через соответствующую согласованную нагрузку с общим контактом, вторые контакты от 1-го до N-го поляризованных реле, составляющих K ступень искания, соединены с N входными контактами коммутационного поля, третьи контакты от 1-го до N-го поляризованных реле, составляющих К ступень искания, соединены с первыми и третьими контактами от (Ν+1)-го до  поляризованных реле, составляющих (K-1) ступень искания, контакты от (N-1)-го до (2N-2)-го поляризованных реле, составляющих от (K-1) до 1 ступени искания, объединены в древовидную структуру, таким образом, что вторые контакты поляризованных реле i-й ступени искания  соединены с первыми и третьими контактами (i-1)-й ступени искания, при этом вторые контакты (2N-1)-го поляризованного реле, составляющего 1 ступень искания, соединены с выходным контактом коммутационного поля.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность организации дистанционного управления через интерфейс RS-232, при этом возможность коммутации N входов на один выход достигается за счет использования коммутационного поля на 2N-1 реле, а обеспечение переходного затухания между выходом и любым из неподключенных входов не менее 60 дБ достигается за счет их подключения на общий контакт через согласованную нагрузку.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем при знакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое устройство поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг 1. - функциональная схема антенного коммутатора;
фиг 2. - схема защиты;
фиг 3. - функциональная схема устройства управления.
Антенный коммутатор, например, при N=7 (фиг. 1) состоит из устройства управления (УУ), исполнительного устройства (ИУ) и коммутационного поля (КП), при этом выход «+ГР1» УУ соединен с входом «+Р1,8» ИУ, выход «-ГР1» УУ соединен с входом «-Р1,8» ИУ, выход «+ГР2» УУ соединен с входом «+Р2» ИУ, выход «-ГР2» УУ соединен с входом «-Р2» ИУ, выход «+ГРЗ» УУ соединен с входом «+Р3,9» ИУ, выход «-ГРЗ» УУ соединен с входом «-Р3,9» ИУ, выход «+ГР4» УУ соединен с входом «+Р4» ИУ, выход «-ГР4» УУ соединен с входом «-Р4» ИУ, выход «+ГР5» УУ соединен с входом «+Р5Д0» ИУ, выход «-ГР5» УУ соединен с входом «-Р5Д0» ИУ, выход «+ГР6» УУ соединен с входом «+Р6» ИУ, выход «-ГР6» УУ соединен с входом «-Р6» ИУ, выход «+ГР7» УУ соединен с входом «+Р7Д2» ИУ, выход «-ГР7» УУ соединен с входом «-Р7Д2» ИУ, выход «+ГР8» УУ соединен с входом «+Р11» ИУ, выход «-ГР8» УУ соединен с входом «-Р11» ИУ, выход «+ГР9» УУ соединен с входом «+Р13» ИУ, выход «-ГР9» УУ соединен с входом «-Ρ13» ИУ, выход «Общий» УУ соединен с входом «Общий» ИУ, выход «Экран» УУ соединен с входом «Экран» ИУ.
ИУ состоит из поляризованных реле Р1-Р13 и схем защиты А1-А9, при этом параллельно включенные поляризованные реле Р1 и Р8 через схему защиты A1 соединены с входными контактами 1 и 2, поляризованное реле Р2 через схему защиты А5 соединено с входными контактами 3 и 4, параллельно включенные поляризованные реле РЗ и Р9 через схему защиты А2 соединены с входными контактами 5 и 6, поляризованное реле Р4 через схему защиты А6 соединено с входными контактами 7 и 8, параллельно включенные поляризованные реле Р5 и Р10 через схему защиты A3 соединены с входными контактами 9 и 10, поляризованное реле Р6 через схему защиты А7 соединено с входными контактами 11 и 12, параллельно включенные поляризованные реле Р7 и Р12 через схему защиты A4 соединены с входными контактами 13 и 14, поляризованное реле Р11 через схему защиты А8 соединено с входными контактами 15 и 16, поляризованное реле Р13 через схему защиты А9 соединено с входными контактами 17 и 18, причем схемы защиты поляризованных реле А1-А9 (фиг. 2), состоящие из включенных параллельно катушкам ограничительных диодов VD и фильтрующих емкостей С, обеспечивают эффективное подавление напряжения самоиндукции, уменьшая повреждение контактов дуговыми разрядами.
КП состоит из контактов поляризованных реле P1-Р13 и резисторов R1-R7, при этом контакт 1 реле Р1 соединен через резистор R1 с общим контактом, контакт 2 реле Р1 соединен с входным контактом XW1, контакт 3 реле Ρ1 соединен с контактом 3 реле Р8, контакт 1 реле Р2 соединен через резистор R2 с общим контактом, контакт 2 реле Р2 соединен с входным контактом XW2, контакт 3 реле Р1 соединен с контактом 1 реле Р8, контакт 1 реле Р3 соединен через резистор R3 с общим контактом, контакт 2 реле Р3 соединен с входным контактом XW3, контакт 3 реле РЗ соединен с контактом 3 реле Р9, контакт 1 реле Р4 соединен через резистор R4 с общим контактом, контакт 2 реле Р4 соединен с входным контактом XW4, контакт 3 реле Р4 соединен с контактом 1 реле Р9, контакт 1 реле Р5 соединен через резистор R5 с общим контактом, контакт 2 реле Р5 соединен с входным контактом XW5, контакт 3 реле Р5 соединен с контактом 3 реле Р10, контакт 1 реле Р6 соединен через резистор R6 с общим контактом, контакт 2 реле Р6 соединен с входным контактом XW6, контакт 3 реле Р6 соединен с контактом 1 реле Р10, контакт 1 реле Р7 соединен через резистор R7 с общим контактом, контакт 2 реле Р7 соединен с входным контактом XW7, контакт 3 реле Р7 соединен с контактом 1 реле Ρ12, контакт 2 реле Р8 соединен с контактом 3 реле Р11, контакт 2 реле Р9 соединен с контактом 1 реле Р11, контакт 2 реле Р10 соединен с контактом 3 реле Ρ12, контакт 2 реле P11 соединен с контактом 3 реле Ρ13, контакт 2 реле Р12 соединен с контактом 1 реле Ρ13, контакт 2 реле Р13 соединен с выходным контактом XW8.
УУ (фиг. 3) состоит из последовательно соединенных регистров сдвига DDI и DD2, резисторов R1-R3, стабилитронов VD1-VD3, конденсаторов C1 и С2, а также шестнадцати ключей коммутации В1-В16, причем ключи В1-В15 своими контактами обеспечивают подключение поляризованных реле Р1-Р13 в ИУ к источнику питания +27 В при соответствующих выходных сигналах на контактах регистров сдвига DDI или DD2, а ключ В16 своими контактами обеспечивает управление полярностью источника+27 В. При этом контакт 7 разъема XS1 через резистор R3 соединен с контактом 14 регистра сдвига DD1, контакт 3 разъема XS1 через резистор R2 соединен с контактами 12 регистров сдвига DD1 и DD2, контакт 4 разъема XS1 через резистор R1 соединен с контактами И регистров сдвига DD1 и DD2, контакты 10 и 16 регистров сдвига DD1 и DD2 подключены к плюсу источника +5 В, контакты 8 и 13 регистров сдвига DD1 и DD2 подключены к общему выводу, контакт 15 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В1, контакт 1 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В2, контакт 2 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации ВЗ, контакт 3 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В4, контакт 4 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В5, контакт 5 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В6, контакт 6 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В7, контакт 7 регистра сдвига DD1 соединен с входом 1 ключа коммутации В8, контакт 9 регистра сдвига DD1 соединен с контактом 14 регистра сдвига DD2, контакт 15 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В9, контакт 1 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В10, контакт 2 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В11, контакт 3 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В12, контакт 4 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В13, контакт 5 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В14, контакт 6 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В15, контакт 7 регистра сдвига DD2 соединен с входом 1 ключа коммутации В16, выход 2 ключа коммутации В1 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В2 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В3 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В4 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В5 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В6 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В7 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В8 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В9 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В10 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В11 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В12 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В13 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В14 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В15 подключен к плюсу источника +5 В, выход 2 ключа коммутации В16 подключен к плюсу источника +27 В. Контакт 1 первой контактной группы ключа коммутации В 16.1 подключен к общему выводу, контакт 2 первой контактной группы ключа коммутации В 16.1 соединен с входными контактами разъема XS2, контакт 3 первой контактной группы ключа коммутации В 16.1 подключен к источнику напряжения +27 В, контакт 4 второй контактной группы ключа коммутации В 16.2 подключен к источнику напряжения +27 В, контакт 5 второй контактной группы В 16.2 соединен с контактами 1 контактной группы ключей коммутации В1.1-В15.1, контакт 6 второй контактной группы ключа коммутации В 16.2 подключен к общему выводу, контакты 2 контактной группы ключей коммутации В.1-В15.1 соединены с входными контактами разъема XS2.
Антенный коммутатор работает следующим образом. Осуществляется последовательная запись логических сигналов высокого и низкого уровней, подаваемых на вход 14 регистра сдвига DD1 с выхода 7 разъема XS1, при этом запись тактовых сигналов, поступающих с выхода 4 разъема XS1, осуществляется задним фронтом импульсов (переход из логической единицы в логический ноль) на входе 11 регистра сдвига DDL Вывод записанных данных происходит также задним фронтом, но на входе 12 регистра сдвига DD1, соединенном с выходом 3 разъема XS1, таким образом, на контактах 1-7 и 15 регистра сдвига DD1 появляются уровни последних восьми записанных сигналов. Функциональное расширение разрядности УУ осуществляется за счет использования двух регистров сдвига, при этом выход 9 регистра сдвига DD1 соединяется с входом 14 регистра сдвига DD2, в результате чего получается 16-разрядный регистр сдвига. Стабилитроны VD1-VD3 обеспечивают сопряжение входов регистров сдвига DDI и DD2 с интерфейсом RS-232, а конденсаторы C1 и С2 предназначены для сглаживания возможных скачков напряжения. Сигналы на выходах являются статическими, т.е. неизменными до тех пор, пока не появится очередной импульс на входах 12 регистров сдвига DD1 и DD2. Для управления нагрузкой используются ключи коммутации В1-В15, которые своими контактами обеспечивают подключение поляризованных реле Р1-Р13 в ИУ к источнику питания+27 В при соответствующих выходных сигналах на контактах регистров сдвига DD1 или DD2. Ключ В16, подключенный к контакту 7 регистра сдвига DD2, служит для управления полярностью источника+27 В, за счет чего осуществляется переключение поляризованных реле в ИУ, подключенном через разъем XS2.
Промышленная применимость предлагаемого устройства обусловлена наличием современной элементной базы. Регистры сдвига DD1 и DD2 являются известными устройствами, в частности, могут быть реализованы на микросхеме 74НС595.
В качестве коммутационного элемента КП может быть использовано поляризованное реле типа РПВ5/4, обеспечивающее коммутацию сигналов в диапазоне до 1 ГГц (Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. - Л.: Изд. «Энергоатомиздат», 1990. - С. 455-459).
Используемые ключи коммутации В1-В16 являются известными устройствами (Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991. - С. 473-476) и могут быть реализованы на транзисторах КТ315 (Маскатов Е. А. Справочник по полупроводниковым приборам. - Таганрог, С. 98-137). Реле ключей коммутации В1-В15 могут быть реализованы на электромагнитных реле типа TRB-5VDC-SB3-CD. Реле ключа коммутации В16 может быть реализовано на герметичном двухпозиционном одностабильном электромагнитном реле РЭС-54 (Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. - Л.: Изд. «Энергоатомиздат», 1990. - С. 86-89).
Работоспособность предлагаемого устройства подтверждается результатами натурного эксперимента, проведенного в соответствии с ГОСТ 27893-88 «Кабели связи. Методы испытаний» на макете устройства, состоящем из анализатора спектра Rohde & Schwarz FSP-30 и генератор Agilent N9310A.
Применение заявленного устройства позволяет осуществить дистанционно коммутацию 7 входов на 1 выход, обеспечивая переходное затухание между выходом и любым из неподключенных входов 62,5 дБ.