Волноводный выключатель
WAVEGUIDE SWITCH

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в коммутаторах, фазовращателях, аттенюаторах и других управляющих устройствах СВЧ.
Известен волноводный выключатель, содержащий размещенную в поперечном сечении волновода резонансную решетку, выполненную на диафрагме из n щелей с установленными в каждом из них p-i-n диодами, включенными между собой параллельно по СВЧ току (Патент на полезную модель РФ №56721, Н01Р 1/15, 2005 г.).
Недостатком приводимого технического решения являются:
- конструктивно-технологическая сложность изготовления, связанная с требованием механической обработки резонансной решетки;
- сложность установки диодов, связанная с необходимостью их ручной установки.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является волноводный выключатель, содержащий отрезок прямоугольного волновода, в поперечном сечении которого установлена металлическая диафрагма с щелью, в которую установлены p-i-n диоды (Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых диодах. - М.: Радио и связь, 1987, стр. 50).
Недостатком прототипа является конструкторско-технологическая сложность изготовления резонансной решетки:
- конструктивно-технологическая сложность изготовления, связанная с требованием прецизионной механической обработки металлической щелевой диафрагмы;
- сложность установки p-i-n диодов, связанная с необходимостью их ручной установки;
- сложность монтажа, связанная с необходимостью использования объемного монтажа тонкого провода и перемычки;
- малая пригодность для крупного серийного производства;
- высокая стоимость, связанная с высокой трудоемкостью изготовления.
Перед авторами стояла задача создания волноводного выключателя, лишенного перечисленных недостатков.
Задача решена за счет того, что диафрагма, размещенная в поперечном сечении прямоугольного волновода, выполнена на основе двухстороннего фольгированного диэлектрика, в первом слое фольги которого реализованы n щелей, параллельных широкой стенке прямоугольного волновода, где n=1, 2…, а во втором слое фольги реализованы земляной проводник, связанный с первым слоем фольги с помощью металлизированных переходных отверстий, расположенных по контуру прямоугольного волновода, а также сигнальный проводник, состоящий из центральной области и тонкого печатного проводника, выходящего из прямоугольного волновода через отверстие, расположенное в одной из его узких стенок, причем земляной проводник и сигнальный проводник расположены напротив фольгированных участков первого слоя фольги, первый слой фольги и земляной проводник электрически соединены с прямоугольным волноводом, а область диафрагмы в зоне центральной области сигнального проводника образует фильтр нижних частот, при этом на диафрагме со стороны второго слоя фольги напротив каждой щели установлен, по крайней мере, один ключ, один из выводов которого электрически соединен с земляным проводником, а другой вывод электрически соединен с центральной областью сигнального проводника.
Ключ выполнен в виде одного p-i-n диода.
Ключ выполнен в виде нескольких последовательно соединенных p-i-n диодов.
В сигнальный проводник введен дополнительный тонкий печатный проводник, выходящий из прямоугольного волновода через отверстие, расположенное в другой его узкой стенке.
Ключ установлен на диафрагму при помощи пайки.
Ключ установлен на диафрагму при помощи сварки.
Ключ установлен на диафрагму при помощи токопроводящего клея.
Заявляемый волноводный выключатель обладает совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.
Заявляемый волноводный выключатель, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется на примере двухщелевого волноводного выключателя с двумя ключами, выполненными в виде p-i-n диодов, при помощи чертежей, где
- на фиг. 1 - топология второго слоя фольги диафрагмы, с установленными ключами, в качестве которых используются p-i-n диоды;
- на фиг. 2 и на фиг. 3 представлена конструкция волноводного выключателя со стороны первого и второго слоев фольги соответственно.
Волноводный выключатель состоит из прямоугольного волновода 1, в поперечном сечении которого размещена диафрагма 2. Диафрагма 2 выполнена на основе двухстороннего фольгированного диэлектрика, в первом слое фольги которого реализованы две щели 3, параллельные широким стенкам прямоугольного волновода 1, а во втором слое фольги реализованы земляной проводник 4, связанный с первым слоем фольги с помощью металлизированных отверстий 5, расположенных по контуру прямоугольного волновода 1, а также сигнальный проводник, состоящий из центральной области 6, тонкого печатного проводника 7, выходящего из прямоугольного волновода 1 через отверстие 8, расположенное в одной из его узких стенок, и дополнительного тонкого печатного проводника 9, выходящего из прямоугольного волновода 1 через отверстие, расположенное в другой его узкой стенке. Земляной проводник 4 и сигнальный проводник расположены напротив фольгированных участков первого слоя фольги. Первый слой фольги и земляной проводник 4 электрически соединены с прямоугольным волноводом 1, например, путем установки диафрагмы 2 между фланцами. Область диафрагмы 2 в зоне центральной области 6 сигнального проводника образует фильтр нижних частот. На диафрагме 2 со стороны второго слоя фольги напротив каждой щели 3 установлены два параллельно соединенных ключа 10, каждый из которых выполнен в виде одного p-i-n диода, один из выводов каждого из ключей электрически соединен с земляным проводником 4, а другой вывод каждого из ключей электрически соединен с центральной областью 6 сигнального проводника.
При изготовлении волноводного выключателя существует возможность установки ключа 10 на диафрагму 2 при помощи пайки, сварки или токопроводящего клея.
Устройство работает следующим образом.
Через тонкий печатный проводник 7 или дополнительный проводник 9 сигнального проводника подается ток, открывающий ключи 10, в результате чего волноводный выключатель закрывается, и распространяющаяся по прямоугольному волноводу 1 электромагнитная волна отражается от диафрагмы 2. При отсутствии тока волноводный выключатель открывается, и электромагнитная волна распространяется через диафрагму 2 по прямоугольному волноводу с минимальными прямыми потерями.
Таким образом, техническим результатом заявляемого волноводного выключателя является упрощение конструкции при одновременном сохранении технических характеристик по сравнению с имеющимися аналогами, в том числе и с прототипом, благодаря выполнению диафрагмы 2 на основе двухстороннего фольгированного диэлектрика, что позволило исключить из технологического процесса операции прецизионной механической обработки, заменив их широко распространенными технологиями, используемыми при изготовлении печатных плат, упростить установку и монтаж ключей 10 за счет применения автоматического оборудования, исключающего ручной труд, делая волноводный выключатель пригодным для крупносерийного производства, и уменьшить стоимость волноводного выключателя за счет уменьшения трудоемкости его изготовления.
Для подтверждения правильности выбранного технического решения на предприятии были изготовлены опытные образцы волноводного выключателя Ka диапазона, у которых в полосе рабочих частот не менее 10% величина прямых потерь не более 0,3 дБ и величина обратных потерь не менее 20 дБ.
На основании произведенных испытаний можно сделать вывод, что волноводный выключатель по своим электрическим характеристикам не уступает аналогам, но при этом имеет преимущество в конструктивно-технологическом исполнении, что подтверждает соответствие заявляемого решения критерию «промышленная применимость» для изобретения.