ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЧ
SHF SWITCH

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в антенно-фидерных трактах для коммутации СВЧ сигналов.
Известен ферритовый фазовый циркулятор (переключатель), содержащий волноводное двойное Т-образное соединение, два управляемых невзаимных ферритовых фазовращателя (0°-90°) и щелевой мост (см. описание к патенту США №4682126, МКИ: Н01Р 1/10, НКИ 333/81 В).
Недостатками данного технического решения являются: большие габариты, сложная конструкция электромагнитной системы управления, большой вес и, как следствие, низкое быстродействие.
Известен переключатель сигналов, содержащий два направленных ответвителя, между которыми включены две волноводные управляемые фазовые секции. Внутри каждой фазовой секции размещен ферритовый вкладыш, а снаружи - четырехполюсная магнитная система с поперечным намагничиванием и независимыми обмотками управления (см. описание к авторскому свидетельству СССР №1529324, МКИ: Н01Р 1/32, 1/10).
Недостатком этого переключателя сигналов являются его большие продольные габариты.
Наиболее близким из известных технических решений (прототипом) является циркулятор, содержащий два одинаковых двойных тройника, при этом одно боковое плечо первого тройника соединено с одним из боковых плеч второго двойного тройника через взаимный и невзаимный ферритовые фазовращатели, а другое боковое плечо первого тройника соединено со вторым боковым плечом второго двойного тройника через невзаимный ферритовый фазовращатель. Входами и выходами устройства являются Е и Н плечи тройников (см. описание к патенту США №3668563, МКИ: Н01Р 1/32, НКИ: 333-1.1).
Недостатками прототипа являются его большие продольные габариты, большой вес и сложность конструкции из-за последовательного соединения элементов и наличия нескольких фазовращателей.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание переключателя СВЧ с малыми габаритными размерами и более простого в конструктивном исполнении.
Кроме того, предлагаемый переключатель расширяет арсенал известных технических средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решается тем, что в переключателе СВЧ, содержащем два двойных тройника и невзаимный фазовращатель (0°-180°) - гиратор, Е плечо первого тройника непосредственно соединено с Е плечом второго тройника, а Н плечо первого тройника через невзаимный фазовращатель (0°-180°) - гиратор соединено с Н плечом второго тройника. Невзаимный фазовращатель (0°-180°) - гиратор выполнен управляемым, а входами и выходами переключателя СВЧ являются боковые плечи двойных тройников.
Применение двойных тройников и изменение схемы включения тройников, при котором входами и выходами переключателя СВЧ являются боковые плечи тройников, позволяют уменьшить его продольные габариты, упростить конструкцию, а следовательно, уменьшить вес и упростить технологию изготовления переключателя СВЧ.
Анализ известных технических решений (аналогов), найденных в ходе поиска по источникам патентной и научно-технической информации, показывает, что из уровня техники неизвестна причинно-следственная связь между совокупностью отличительных признаков и достигаемым техническим результатом. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемый переключатель СВЧ поясняется прилагаемыми чертежами, где:
на фиг.1 дана принципиальная схема переключателя СВЧ;
на фиг.2 дан вариант его конструктивного исполнения.
Переключатель СВЧ (см. фиг.1) содержит первый двойной тройник 1, второй двойной тройник 2 и управляемый гиратор 3 (невзаимный фазовращатель 0°-180°). Е плечо первого тройника 1 непосредственно соединено Е плечом второго тройника 2, а Н плечо первого тройника 1 через гиратор 3 соединено с Н плечом второго тройника 2. Боковые плечи первого тройника 1 образуют входы I и II переключателя СВЧ, а боковые плечи второго тройника 2 - соответственно выходы переключателя СВЧ.
В одном из вариантов конструктивного исполнения (см. фиг.2) переключатель СВЧ состоит из двух деталей: корпуса 4 и крышки 5. В корпусе 4 выполнены волноводные каналы, образующие: боковые плечи первого тройника 1, боковые плечи второго тройника 2, Е плечо первого тройника 1 и Е плечо второго тройника 2. Боковые плечи второго тройника 2 свернуты в Е-плоскости. Глубина каждого канала равна размеру широкой стенки волновода, а ширина - размеру узкой стенки волновода. Соединение Е плеч обеспечивается участком волновода 6. В крышке 5 выполнены прямоугольные отверстия 7 и 8, соответствующие Н плечу первого тройника 1 и Н плечу второго тройника 2. Гиратор 3 (на фиг.2 не показан) размещается на крышке 5 и обеспечивает соединение Н плеча первого тройника 1 с Н плечом второго тройника 2. Гиратор 3 может быть выполнен, например, в виде переключаемого ферритового У-циркулятора, третье плечо которого соединено с короткозамкнутым отрезком с электрической длиной λg/4 (см. описание к патенту США №7280004, НКИ: 333/1.0, МПК: Н01Р 1/39). В первом тройнике 1 для согласования Е плеча установлен согласующий элемент 9, а для согласования Н плеча - согласующий элемент 10. Во втором тройнике 2 для согласования Н плеча установлены согласующие элементы 11, а для согласования Е плеча - пластина 12. Возможно применение и других вариантов согласования Е и Н плеч, известных в технике СВЧ. При соединении корпуса 4 с крышкой 5 и подключении гиратора 3 образуется заявляемая конструкция переключателя СВЧ.
В данном варианте конструктивного выполнения переключателя СВЧ плоскости геометрической симметрии двойных тройников совпадают, но в случае необходимости они могут быть разнесены. Кроме того, боковые плечи второго тройника 2 могут быть выполнены также, как у первого тройника 1, то есть не свернутыми в Е-плоскости.
При разработке конструкции переключателя СВЧ были использованы следующие свойства двойных тройников:
- сигналы в Е и Н плечах равны по амплитуде и синфазны при подаче сигнала с первого бокового плеча;
- сигналы в Е и Н плечах равны по амплитуде и противофазны при подаче сигнала со второго бокового плеча;
- сигналы в боковых плечах равны по амплитуде и синфазны при подаче сигнала с Н плеча;
- сигналы в боковых плечах равны по амплитуде и противофазны при подаче сигнала с Е плеча;
- сигнал отсутствует (развязка) в одном боковом плече при подаче сигнала с другого бокового плеча.
Переключатель СВЧ работает следующим образом. Энергия СВЧ (сигнал), поданная на вход I (боковое плечо), делится поровну и синфазно между Е и Н плечами первого двойного тройника 1. Из Е плеча первого тройника энергия СВЧ через волновод 6 проходит в Е плечо второго двойного тройника 2. Из Н плеча первого тройника 1 энергия СВЧ через гиратор 3 попадает в Н плечо второго тройника 2 и, суммируясь с энергией СВЧ Н плеча второго тройника 2, поступает на выход А1 (боковое плечо второго двойного тройника) переключателя СВЧ. Энергия СВЧ с выхода А1 делится поровну и синфазно между Е и Н плечами второго двойного тройника 2 и соответственно поступает в Е и Н плечи первого двойного тройника 1. При этом, проходя через гиратор 3, сигнал (энергия СВЧ) приобретает сдвиг по фазе на 180°. В первом двойном тройнике 1 происходит суммирование энергий СВЧ, «пришедших» с Е и Н плеч второго тройника 2, и передача ее на вход II (боковое плечо первого тройника 1). При переключении гиратора 3 энергия СВЧ со входа I переключателя будет поступать на выход А2, так как сигналы в Е и Н плечах двойного тройника равны и противофазны, а с выхода А2 - соответственно на вход II.
Практическое использование конструкции переключателя СВЧ зависит от конкретных условий: диапазона частот, рабочей полосы частот, уровня СВЧ мощности. Развязки между каналами в полосе частот чувствительны к степени стабильности амплитуд и фаз сигналов, проходящих по различным каналам (аналогично фазовому циркулятору).
Предлагаемые конструкции переключателя СВЧ, по крайней мере, имеют меньшую длину (не более 3-х длин волн) и ширину, ненамного превышающую ширину волновода соответствующего диапазона. При этом в волновод, соединяющий Е плечи тройников, устанавливают элементы регулировки амплитуды и фазы сигнала. Подстройку фазы сигнала в Н плечах тройников осуществляют изменением длины каналов посредством использования соответствующих прокладок.
Промышленная реализация предлагаемого переключателя СВЧ трудностей не представляет.