КОАКСИАЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к механически коммутируемым переключателям, предназначенным для коммутации СВЧ-сигналов, в том числе высокой мощности, применяемых в условиях пониженного атмосферного давления. Основные области применения: телекоммуникационное оборудование, аэрокосмическое оборудование.
Типовые переключатели состоят из корпуса, коаксиальных соединителей для подключения линий передачи СВЧ, механизма коммутации между коаксиальными соединителями, устройства управления механизмом коммутации. Главной сложностью для нормальной работы коаксиальных переключателей большой мощности является электрический пробой между коаксиальными соединителями или коаксиальным соединителем и корпусом устройства. Основными являются два вида пробоев - тепловой и электрический. В зависимости от атмосферного давления, конструкции линий передачи СВЧ и наличия ионизированных частиц могут происходить следующие виды электрических пробоев: коронный разряд; высокочастотный пробой; мультипакторный разряд (Multipaction Breakdown) (вторично-эмиссионный микроволновый разряд в вакууме) [1].
пробоя
-5
Минимум Е в сантиметровом диапазоне длин волн соответствует для большинства газов абсолютному давлению порядка 0,001÷0,01 атмосферы [2]. При этом напряжение пробоя уменьшается примерно на порядок, по сравнению с напряжением пробоя при нормальном атмосферном давлении. При указанных выше давлениях могут возникать коронный разряд и высокочастотный пробой. При давлениях 10 мм. рт. ст. может возникать мультипакторный разряд [1]. При этом напряжение пробоя может быть на два порядка меньше, чем при нормальном атмосферном давлении [4]. В этом случае принимаются специальные меры для исключения перечисленных выше пробоев [1], [3]. К этим мерам относятся: 1) исключение воздушных промежутков в линиях передачи СВЧ, там, где это возможно; 2) применение вентиляционных отверстий; 3) окружение проводников линии передачи СВЧ твердым диэлектриком, для исключения прямых столкновений электронов с металлическими проводниками линии передачи.
Наиболее близким по техническому решению является патент [з], в котором повышение электрической прочности предлагается решать путем сплошного единого изолятора для всех трех коаксиальных линий переключателя и для двух полосковых линий. При этом полосковые линии размещаются в боксе, закрытом сверху крышкой из диэлектрика. Воздух из бокса уходит во внешнее пространство через вентиляционные отверстия.
Недостатком технического решения является то, что не все подходящие для изоляторов материалы допускают литье, а механическая обработка изолятора сложной формы технологически трудоемка. Кроме этого, в сплошном изоляторе не всегда возможно зафиксировать гнездо соединителя от перемещений при стыковке-расстыковке соединителей. В соединителях с фторопластовыми изоляторами иногда гнездо запрессовывают в изолятор, благодаря некоторой пластичности фторопласта. Фторопласт, по причине малой теплопроводности, не пригоден для применения в переключателях большой мощности, а материалы, имеющие теплопроводность большую, чем фторопласт, не всегда обладают требуемой пластичностью.
Техническим результатом полезной модели является исключение теплового и электрического пробоев в механически коммутируемом переключателе, предназначенном для коммутации СВЧ-сигналов.
Тепловой пробой в коаксиальном переключателе возникает по причине нагрева проводника полосковой линии, соединяющего две коаксиальных линии. Для отвода тепла от центра внутреннего проводника полосковой линии (пластина) предлагается толкатели пластин выполнять из материала с повышенной теплопроводностью. При этом тепло отводится как на пружину, возвращающую пластину в состояние разрыва цепи, так и на переключающий механизм. Так как материалы с повышенной теплопроводностью имеют и повышенную диэлектрическую проницаемость (например, нитрид алюминия AlN, обладающий большой теплопроводностью 170 Вт/(м*К), имеет диэлектрическую проницаемость ε≈8,8 (тогда как у фторопласта теплопроводность 0,25 Вт/(м*К)) при диэлектрической проницаемости ε≈2,05), то такой стержень вызовет дополнительные отражения электромагнитной волны. Эта проблема может быть решена путем увеличения расстояния между стенками полосковой линии в местах установки толкателей полосковых проводников.
Краткое описание чертежей.
Конструкция коаксиального переключателя большой мощности поясняется чертежом. На фигуре изображен общий вид фрагмента коаксиального переключателя большой мощности в разрезе.
В корпусе 1 устройства размещены три коаксиальных соединителя 2, коммутируемые внутренними проводниками полосковых линий (пластинами) 3. Коммутация соединителей пластинами производится механическим усилием толкателей 4, 5. Толкатели 4 при нажатии соединяют пластиной центральные контакты соответствующих соединителей, толкатели 5, под действием пружин 6 разъединяют. Изоляторы полосковых линий 7 и диэлектрическая крышка отсека полосковых линий 8 предотвращают замыкание и выполняют гальваническую развязку полосковых линий относительно корпуса и металлической крышки 9 и уменьшают дополнительные отражения электромагнитной волны внутри корпуса. Места расширения боковых стенок полосковых линий 10 также обеспечивают уменьшение дополнительных отражений электромагнитной волны. Продольные вентиляционные каналы 11 обеспечивают перераспределение воздуха между частями переключателя при перемещении полосковых линий.
Литература:
1) Кива Джузинский и др. «Радиочастотные соединители для космического применения» КОМПОНЕНТЫ И ТЕХНОЛОГИИ, №6 '2017.
2) Семенов Н.А. «Техническая электродинамика», изд. «Связь», Москва, 1973 г.
3) United States Patent Feb. 5, 1980, № 4187416.
4) Стандарт ECSS-E.20-01A. Rev. l, March 2013.