КОАКСИАЛЬНЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области радиотехники, точнее - к технике коммутации СВЧ сигналов и может быть использована для переключения этих сигналов в радиостанциях, РЛС, телевизионных станциях, радиоэлектронной аппаратуре, каналах связи, антеннах и т.п.
Известно изобретение «Коаксиальный переключатель на два положения» (патент №2267193 по МПК Н01Р 1/12 от 20.04.2004 г.), содержащее три линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна из которых предназначена для входа СВЧ сигнала в переключатель, а две другие - для первого и второго выходов СВЧ сигналов из переключателя, а также два ключевых элемента соответственно для первого и второго выходов переключателя, работающих в противофазе.
Недостатком известного изобретения является его относительно большие весогабаритные характеристики и относительно низкая скорость переключения каналов, т.к. в нем ключевые элементы, представляющие собой отверстия и клапаны в волноводных каналах, управляются электромеханическим способом с воздействием с помощью стержня на клапаны и отверстия первого и второго выходов переключателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является изобретение «Двухканальный переключатель СВЧ» (патент №2479079 по МПК Н01Р 1/15 от 20.09. 2011 г., опубликованный в Бюл. №10 от 10.04.2013 г.), содержащий три линии передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна из которых предназначена для входа СВЧ сигнала в переключатель, а две другие - для первого и второго выходов СВЧ сигналов из переключателя, а также два ключевых элемента соответственно для первого и второго выходов переключателя, работающих в противофазе, два входа управления ключевыми элементами, три отрезка линии передачи, длиной, равной одной восьмой длины волны СВЧ сигнала, два резистора сопротивлением, равным волновому сопротивлению каналов, при этом первые концы отрезков линий передачи соединены соответственно со входом СВЧ сигнала, с первым и вторым выходами СВЧ сигнала, вторые концы отрезков линий передачи через свои резисторы связаны с корпусом.
Недостатком данного известного изобретения, использующего в качестве ключевых элементов два полупроводниковых транзистора и мост Ланге, является его относительная сложность и относительно низкая надежность, а также отсутствие минимального необходимого сервиса, индицирующего какой выходной канал, работает в данный момент. Полупроводниковый переключатель, кроме того обладает следующими недостатками:
- он требует специальной защиты от радиоактивного, ультрафиолетового и ряда других излучений (разрушаются pn - переходы);
- он теряет свои характеристики со временем эксплуатации из-за старения тех же pn - переходов;
- он перестанет функционировать при потере входного питающего напряжения.
От всех этих недостатков свободно двустабильное реле, сохраняющее работоспособность после потери питающего напряжения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является упрощение устройства и повышение надежности работы коаксиального двухканального переключателя в экстремальных условиях недопустимого воздействия вредных излучений или потери напряжения питания за счет применения в качестве ключевых элементов одного двустабильного реле.
Указанный технический результат достигается тем, что коаксиальный двухканальный переключатель, содержащий три коаксиальных разъема трех линий передачи с одинаковыми волновыми сопротивлениями, одна из которых предназначена для входа СВЧ сигнала в переключатель, а две другие - для первого и второго выходов СВЧ сигналов из переключателя, а также два ключевых элемента соответственно для первого и второго выходов переключателя, работающих в противофазе, т.е., если первый ключевой элемент открывает прохождение СВЧ сигнала со входа переключателя на его первый выход, то второй ключевой элемент закрывает прохождение этого сигнала на второй выход переключателя и наоборот, два входа управления ключевыми элементами, три отрезка линии передачи, длиной, равной одной восьмой длины волны СВЧ сигнала, два резистора сопротивлением, равным волновому сопротивлению каналов, при этом первые концы первого, второго и третьего отрезков линий передачи соединены соответственно с первым и вторым выходами СВЧ сигнала и со входом СВЧ сигнала, вторые концы первого и второго отрезков линий передачи, через свои резисторы соединены с корпусом, а также тем, что переключатель в качестве ключевых элементов использует двустабильное реле, а также дополнительно содержит на базе третьей и четвертой пар контактов реле узел выработки сигналов индикации использования первого или второго каналов СВЧ, при этом реле содержит две обмотки для перехода в первое и второе устойчивое состояние, первую пару замкнутых контактов, вторую пару разомкнутых контактов, третью пару замкнутых контактов и четвертую пару разомкнутых контактов в первом устойчивом состоянии, причем при переходе во второе устойчивое состояние замкнутые пары контактов становятся разомкнутыми и наоборот, при этом первый конец обмотки первого устойчивого состояния соединен с первым управляющим входом устройства, второй управляющий вход которого соединен с первым концом обмотки второго устойчивого состояния, первые контакты первой и второй пар контактов соединены со вторым концом третьего отрезка линии передачи, второй контакт первой пары контактов соединен со вторым концом первого отрезка линии передачи, второй контакт второй пары контактов соединен со вторым концом второго отрезка линии передачи, первый контакт третьей пары контактов связан через свой ограничительный резистор с первым выходом индикации устройства, второй контакт которой соединен с первым управляющим входом устройства, второй выход индикации которого связан через свой ограничительный резистор с первым контактом четвертой пары контактов, второй контакт которой соединен со вторым управляющим входом устройства, вход «общий» которого соединен с его корпусом, с которым соединены вторые концы обмоток реле, экранные контакты коаксиальных разъемов входа и выходов устройства, а также выход «общий» устройства для индикации, конструктивно устройство представляет собой корпус с четырьмя отверстиями для крепления, внутри которого закреплена печатная плата с элементами устройства, на корпусе установлены три коаксиальных разъема для подключения кабелей СВЧ сигналов и разъем для подключения сигналов управления переключателем и для выходов индикации устройства.
На чертеже представлена структурная схема одной из реализаций заявленного устройства.
Устройство содержит корпус 1 с отверстиями 1.1…1.4 для крепления, печатную плату 2 с отверстиями 2.1…2.4 для крепления, двустабильное реле 3 с обмоткой 3.1 первого устойчивого состояния, обмоткой 3.2 второго устойчивого состояния, с первой парой замкнутых контактов 3.3, второй парой разомкнутых контактов 3.4, третьей парой замкнутых контактов 3.5 и четвертой парой разомкнутых контактов З.б в первом устойчивом состоянии (соответствует чертежу), первый 4, второй 5 и третий 6 отрезки линий передачи, первый 7 и второй 8 согласующие резисторы, группу 9 ограничительных резисторов, первый 10 и второй 11 выходы индикации, первый 12, второй 13 и третий 14 коаксиальные разъемы соответственно первого и второго выходов и входа СВЧ сигналов, разъем 15 управления, а также первый 16 и второй 17 выходы и вход 18 СВЧ сигналов устройства, входы 19 и 20 управления для переключения реле соответственно в первое и второе устойчивое состояние, выход 21 общий индикации и вход 22 общий сигналов управления.
Первые концы первого 4, второго 5 и третьего 6 отрезков линий передачи соединены соответственно с первым 16 и вторым 17 выходами СВЧ сигнала и со входом 18 СВЧ сигнала, вторые концы первого 4 и второго 5 отрезков линий передачи, через свои резисторы 7 и 8 соединены с корпусом. Первый конец обмотки 3.1 первого устойчивого состояния соединен с первым управляющим входом 19 устройства, второй управляющий вход 20 которого соединен с первым концом обмотки 3.2 второго устойчивого состояния, первые контакты первой 3.3 и второй 3.4 пар контактов соединены со вторым концом третьего отрезка 6 линии передачи, второй контакт первой пары 3.3 контактов соединен со вторым концом первого отрезка 4 линии передачи, второй контакт второй пары 3.4 контактов соединен со вторым концом второго отрезка 5 линии передачи, первый контакт третьей пары 3.5 контактов связан через свой ограничительный резистор 9. 1 с первым выходом 10 индикации устройства, второй контакт которой соединен с первым управляющим входом 19 устройства, второй выход 11 индикации которого связан через свой ограничительный резистор 9.2 с первым контактом четвертой пары 3.6 контактов, второй контакт которой соединен со вторым управляющим входом 20 устройства, вход 22 «общий» устройства соединен с его корпусом, с которым соединены вторые концы обмоток 3.1 и 3.2 реле 3, экранные контакты коаксиальных разъемов 12, 13 и 14 входа 18 и выходов 16 и 17 устройства, а также выход 21 «общий» устройства для индикации.
Конструктивно устройство представляет собой корпус 1 с четырьмя отверстиями 1.1…1.4 для крепления, внутри которого закреплена печатная плата 2 со своими отверстиями 2.1…2.4 и со всеми элементами устройства.
Используемые в устройстве элементы и материалы широко применяются в промышленности РФ.
Устройство работает следующим образом.
Перед серийным изготовлением и эксплуатацией устройства на этапах его разработки и испытаний обеспечивалось требование минимальных потерь СВЧ сигнала (до 22 ГГц) путем расчета и экспериментального уточнения согласующих линейных элементов: отрезков 4, 5 и 6 линий передачи и согласующих резисторов 7 и 8, работающих совместно с контактной системой реле 3 и коаксиальными кабелями, подключенными к выводам 16, 17 и 18 устройства. При этом минимального значения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) удалось достичь для отрезков 4, 5 и 6 передачи длиной, равной 1/8 длины используемой волны и для согласующих резисторов 7 и 8 с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого коаксиального кабеля (например, 50 Ом).
Переключатель может работать автономно или в составе более сложного устройства с автоматическим управлением через входы 19 и 20 от него. При этом через выходы 10 и 11 и выход 21 «общий» сигналы индикации используются системно по установленным там правилам. При автономной работе переключателя на его корпусе могут быть установлены два светодиода, аноды которых подключают одного - к выходу 10 индикации, а второго - к выходу 11 индикации, а их катоды к корпусу. В этом случае управление переключателем осуществляют от ручного пульта. Во всем остальном работа переключателя ничем не отличается.
При использовании переключателя в качестве самостоятельного устройства (например, для ручной коммутации СВЧ сигнала, поступающего на вход 18 на две различные антенны через выходы 16 или 17) его закрепляют в удобном месте с помощью отверстий 1.1,…1.4 и подключают к нему через разъемы 12, 13 и 14 соответствующие СВЧ кабели и через разъем 15 управляющие входы 19 и 20 (например, от тумблеров, при включении которых на устройство подается постоянное напряжение), например, 12 В.
При необходимости работать на выход 16 управляющий сигнал в форме постоянного напряжения подают на вход 19 и далее через разъем 15 на обмотку 3.1 первого устойчивого состояния реле 3, которое срабатывает и замыкает первую пару контактов 3.3 и размыкает вторую пару контактов 3.4 (как на чертеже), обеспечивая прохождение СВЧ сигнала через замкнутые контакты от входа 18 через разъем 14 и линии передачи 6 и 4 на выход 16. Двустабильное реле 3 далее сохраняет это состояние и при отсутствии управляющего напряжения. Одновременно в этом же состоянии через замкнутую третью пару контактов 3.5 постоянное напряжения через ограничительный резистор 9.1 поступает на первый выход 10 индикации..
При необходимости работать через выход 17 управляющее воздействие подают через вход 20 на обмотку 3.2 второго устойчивого состояния реле 3, размыкая при этом контакты 3.3 и 3.5 и замыкая контакты 3.4 и 3.6. В результате СВЧ сигнал со входа 18 через разъем 14, через отрезки 6 и 5 линии передачи и через разъем 13 поступит на выход 17. Одновременно с этим через пару контактов 3.6 постоянное напряжение через ограничительный резистор 9.2 поступит на второй выход 11 индикации.
В автономном режиме через эти выходы индикации будут зажигаться соответствующие светодиоды (на чертеже не показаны, т.к. они не входят в состав устройства), а при использовании переключателя в составе более сложного радиоэлектронного устройства с автоматическим управлением переключателя эти сигналы используются в соответствии с протоколом системы. При этом устройство применяют как в своем корпусе 1, так и без него в корпусе устройства использования. При использовании его в жестких климатических условиях с повышенными требованиями по температуре и влажности, а также по механическим воздействиям, реле 3 используют в герметичном корпусе, его и другие элементы заливают жидким диэлектрическим компаундом, после застывания которого устройство применяют как монолитное неремонтопригодное изделие.