ВОЛНОВОДНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Волноводный переключатель (полезная модель) относится к радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ) и предназначен для работы в составе СВЧ - трактов аппаратуры для коммутации волноводных каналов.
Известен волноводный переключатель [1] (а.с. №1529319), содержащий статор, коммутируемые волноводные каналы, ротор с осью вращения, коммутирующий отрезок волновода, привод, кулачок, выполненный в виде плоской пружины и магнита, магнитоуправляемые контакты и узел фиксации в виде стержневых элементов. Включение привода на прямой ход приводит к вращению оси, с закрепленными на ней ротором и кулачком. Уменьшение расстояния между магнитом и магнитоуправляемым контактом вызывает срабатывание контакта, который переключает привод на реверсный ход.
Недостатком этого устройства [1] является сложность конструкции и кинематической схемы, что снижает надежность работы волноводного переключателя.
Известен волноводный переключатель [2] (а.с. №1083255) (прототип), содержащий корпус (статор); окна ввода и вывода; ротор, имеющий коммутирующий канал; исполнительное устройство, состоящее из электромагнитов, установленных симметрично по обе стороны от оси ротора; ограничительные упоры; магнитопроводящее основание; два сегментообразных постоянных магнита, установленных на магнитопроводящем основании симметрично относительно оси ротора, при этом сегментообразные постоянные магниты обращены к полюсам электромагнитов разноименными полюсами и ось их симметрии размещена под углом к линии, соединяющей центры полюсов электромагнитов, а электромагниты размещены параллельно оси ротора.
Недостатком устройства [2] является неопределенность исходного положения ротора и неоптимальный тепловой режим из-за несогласованных временных параметров управления электромагнитами и динамическими характеристиками ротора.
Целью создания полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик переключателя и повышение надежности его работы за счет оптимизации теплового режима работы.
Это достигается тем, что в известный волноводный переключатель введены устройство индикации положения ротора и устройство управления переключателем с возможностью формирования управляющих напряжений с оптимальными временными параметрами, согласованными с динамическими характеристиками ротора.
Предлагаемый волноводный переключатель (ВП) отличается от известного технического решения [2] (а.с. №1083255), содержащего корпус (статор) (1) с окнами ввода и вывода; ротор (3) с коммутирующим каналом (13); первый и второй электромагниты (9), (10); ограничительные упоры (4); первый и второй постоянные магниты (8), установленные на магнитопроводящем основании 7 ротора с возможностью взаимодействия с магнитными полюсами электромагнитов, тем, что в него введены устройство индикации положения ротора (16) и устройство управления 5 с возможностью формирования на выходе импульсов напряжения по входной команде, при этом выход устройства управления соединен с обмотками электромагнитов.
Кроме того, устройство индикации положения ротора (16) выполнено в виде системы: магнитоуправляемый контакт - постоянный магнит с пространственным взаимодействием в процессе вращения ротора относительно корпуса.
Совокупность существенных признаков, отличающих полезную модель от известных технических решений [1], [2] при реализации позволяет:
- оптимизировать тепловой режим работы переключателя;
- повысить надежность работы волноводного переключателя;
- улучшить эксплуатационные характеристики переключателя.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3.
Волноводный переключатель (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит: статор 1; окно ввода СВЧ энергии 2; ротор 3; ограничительные упоры 4; устройство управления 5; кожух устройства управления 6; магнитопроводящее основание 7; сегментообразные постоянные магниты 8; электромагниты 9, 10; окно первого вывода СВЧ 11; окно второго вывода СВЧ 12; коммутирующий канал 13; магнитоуправляемый контакт 14 и магнит 15 в составе устройства индикации 16.
На фиг. 1 также показаны: «a» - вход управления; «б», «в» - выход устройства управления (парафазный); "н", "к" - выводы обмотки электромагнитов 9, 10; "+Е" - электропитание устройства управления.
На фиг. 2 - вывод индикации положения ротора (изображен стрелкой).
На фиг. 3 - β - угол между осью симметрии сегментообразных постоянных магнитов 8 и линией, соединяющей центры полюсов электромагнитов 9 и 10.
Переключатель работает следующим образом.
В исходном состоянии переключателя (первое положение) окно ввода 2 и окно первого вывода 11 соединены каналом 13 ротора 3. Магнит 15, удерживает магнитоуправляемый контакт 14 в замкнутом состоянии и устройство индикации положения ротора идентифицирует (определяет) исходное положение переключателя.
При подаче команды на вход «а» устройства управления (5) на выходе «б», относительно выхода «в», формируется импульс напряжения положительной полярности, который подается на электромагниты (9, 10). При этом на полюсах электромагнитов образуется магнитное поле, одноименное с полем сегментообразных постоянных магнитов 8 (см. фиг. 3). За счет сил взаимодействия (отталкивания) этих полей и вследствие смещения оси симметрии сегментообразных постоянных магнитов на угол β к линии, соединяющей центры полюсов электромагнитов, ротор (3) начинает вращаться. Первую половину пути ротор вращается за счет сил отталкивания одноименных полюсов сегментообразных постоянных магнитов (8) и электромагнитов (9, 10), а вторую половину - за счет сил притяжения их разноименных полюсов. После окончания импульса ротор удерживается в крайнем положении постояннодействующим усилием притяжения между полюсами сегментообразных постоянных магнитов (8) и магнитопроводом обесточенных электромагнитов (9, 10). При этом окно ввода 2 и окно второго вывода 12 соединены каналом 13 ротора 3. Поскольку постоянный магнит 15 закреплен на роторе, после его поворота магнитоуправляемый контакт 14 размыкается и устройство индикации идентифицирует второе положение переключателя.
При снятии команды с входа управления «а» устройство управления формирует импульс обратной полярности и процесс взаимодействия сегментообразных постоянных магнитов (8) с полюсами электромагнитов (9, 10) происходит аналогично выше описанному с учетом изменения полярности импульса. При этом переключатель возвращается в исходное положение, а магнитоуправляемый контакт 14 оказывается в замкнутом состоянии и устройство индикации положения ротора идентифицирует исходное (первое) положение переключателя (ротора). Рабочие положения ротора фиксируются упорами (4).
На фиг. 4 приведена одна из возможных схем практической реализации устройства управления переключателем с возможностью формирования управляющих напряжений и временнея диаграмма работы устройства.
В состав устройства управления входят следующие элементы: формирователь импульсов - 17; формирователь импульсов - 18; транзисторные ключи 19, 20 и транзисторные ключи 21, 22.
На временной диаграмме фиг. 4 обозначено: «a» - временная диаграмма входного управляющего сигнала, ФИ1, ФИ2 - импульсы напряжения на выходе формирователей 17 и 18 соответственно.
Устройство управления работает следующим образом.
При подаче на вход «a» устройства управления сигнала положительной полярности, передним фронтом сигнала запускается формирователь импульсов 17 (см. временную диаграмму), формирующий одиночный импульс «ФИ1» на время, согласованное с временем срабатывания переключателя. Импульс с выхода формирователя 17 открывает ключи 19 и 20. Напряжение питания +Е через открытый ключ 19 поступает на выходной контакт «в» устройства, а выходной контакт «в» устройства через открытый ключ 20 соединяется с корпусом. Нагрузкой устройства управления являются катушки электромагнитов, направление тока в которых определяет конкретную "полярность" магнитных полюсов.
При снятии на входе «а» устройства управления управляющего сигнала задний фронт сигнала запускает формирователь импульсов 18 (см. временную диаграмму), который создает одиночный импульс «ФИ 2» на время, согласованное с временем срабатывания переключателя. Импульс с выхода формирователя 18 открывает ключи 21 и 22. Напряжение питания +Ε через открытый ключ 21 поступает на выходной контакт «в» устройства, а выходной контакт «б» устройства через открытый ключ 22 соединяется с корпусом. При этом направление тока в электромагнитах меняется на противоположное.
Таким образом, волноводный переключатель с устройством управления работает под действием переднего и заднего фронтов управляющего сигнала и переключается за время не более длительности импульсов ФИ 1 или ФИ 2. Если в момент подачи управляющего напряжения переключатель не находился в исходном положении, то положение включенных каналов не изменится, а при снятии управляющего напряжения сформируется импульс ФИ 2 и произойдет переключение в исходное состояние. В этом случае состояние магнитоуправляемого контакта идентифицирует (подтверждает) соединение окна ввода 2 с окном вывода 11 (фиг. 2). Следует отметить, что волноводный переключатель может работать и при обратном направлении СВЧ сигналов, т.е. в режиме включения "вход 11 - выход 2 или вход 12 - выход 2".
Испытания действующих образцов заявляемого волноводного переключателя дали положительные результаты.
Источники информации:
1. Описание изобретения к а.с. SU №1529319, кл. H01P 1/12, 25.02.88.
2. Описание изобретения к а.с. SU №1083255, кл. Η01P 1/12, 11.12.81. (прототип).
3. Описание изобретения к патенту Российской федерации №2456718, Η01Ρ 1/12, опубликовано 20.07.2012.