Антенный СВЧ переключатель

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может быть использована в антенных системах, в частности, для переключения мощности между антеннами и нагрузкой.
Известен лучевой переключатель (Вайсблат А.В. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых приборах.- М.: Радио и связь, 1987 г., с. 93). Переключатель содержит входную линию, к концу которой подключены концы трех выходных линий через коммутаторы из последовательно соединенных двух p-i-n диодов, между которыми расположен отрезок линии. Известный лучевой переключатель выполняет функции только переключения мощности между антеннами с горизонтальной и вертикальной поляризациями и эквивалентом антенны.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа балансный переключатель (Г.И. Веселов и др. Микроэлектронные устройства СВЧ, М.: Высшая школа, 1988, с. 83), содержащий четвертьволновый отрезок связанных линий, к диагональным плечам которого подключены через отрезки одинаковой длины коммутаторы, концы которых соединены с первым и вторым выходами, к третьему плечу отрезка связанных линий подключен третий выход. Переключатель обеспечивает деление СВЧ-мощности между первым и вторым выходами со сдвигом фазы, равным 90°, и переключение СВЧ-мощности на третий выход. Однако известный переключатель не обеспечивает переключение всей мощности на первый и второй выходы.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей, во-первых, за счет выполнения дополнительной функции переключения всей мощности между первым, вторым и третьим выходами, во-вторых, при подключении к первому и второму выходам переключателя двух антенн с горизонтальной и вертикальной поляризациями можно получить луч с круговой поляризацией (в режиме деления), с горизонтальной (переключение на первый выход) и вертикальной (переключение на второй выход) поляризациями.
Решение указанной технической задачи достигается тем, что в антенный переключатель, содержащий четвертьволновый отрезок связанных линий, к диагональным плечам которого через отрезки одинаковой длины подключены два идентичных коммутатора, состоящих из последовательно соединенных через отрезок линии p-i-n диодов, при этом другие концы коммутаторов соединены с первым и вторым выходами соответственно, согласно полезной модели дополнительно введены три коммутатора, аналогичных первому, которые одними концами подключены к третьему плечу отрезка связанных линий, диагонально противоположному входу, а другими концами соединены с первым, вторым и третьим выходами.
Введение трех дополнительных коммутаторов позволяет обеспечить четыре состояния: деление входной мощности между двумя выходами со сдвигом фазы 90° и переключение входной мощности между тремя выходами. При этом коммутаторы балансного переключателя используются одновременно как элементы лучевых переключателей.
Совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение поставленной задачи.
Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию «новизны».
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого антенного переключателя без цепей управления; на фиг. 2- конструкция изготовленного антенного переключателя.
Предлагаемый антенный переключатель содержит четвертьволновый отрезок связанных линий 1, к диагональным плечам которого через отрезки одинаковой длины 2,3 подключены первый и второй коммутаторы 4, 5. Коммутаторы 4, 5 состоят из последовательно соединенных через отрезок линии 6 p-i-n диодов 7, 8. Вторые концы коммутаторов 4, 5 соединены с первым и вторым выходами ВЫХ1, ВЫХ2 соответственно. К третьему плечу отрезка связанных линий 1 диагонально противоположному входу ВХ подключены через отрезок линии 9 одними концами три коммутатора 10, 11, 12. Другие концы коммутаторов 10, 11, 12 соединены с первым, вторым и третьим выходами ВЫХ1, ВЫХ3, ВЫХ2 соответственно. Все пять коммутаторов идентичны. Четвертьволновый отрезок связанных линий 1 имеет связь между линиями, обеспечивающую равное деление мощности между выходами ВЫХ1, ВЫХ2. Длины отрезков линии 2, 3, 9 выбираются из конструктивных соображений, волновые сопротивления отрезков линий равны сопротивлению входа и выходов.
Предлагаемый антенный переключатель работает следующим образом.
Для деления мощности, поступающей на вход ВХ, коммутаторы 4, 5, 11 открывают, коммутаторы 10, 12 закрывают. СВЧ-мощность с входа ВХ поступает на направленный ответвитель, в виде четвертьволнового отрезка связанных линий 1, делится между прямым и ответвленным плечами поровну, при этом разность фаз прямого и ответвленного сигнала равна 90°. С выходов ответвителя через отрезки линий одинаковой длины 2, 3 и коммутаторы 4, 5 СВЧ-сигналы проходят на выходы ВЫХ1, ВЫХ2. При этом сигналы, отраженные от идентичных устройств, подключенных к выходам ВЫХ1, ВЫХ2, суммируются на выходе ВЫХ3 и поглощаются в подключаемой к нему нагрузке, т.е. не отражаются от входа ВХ. В режиме переключения на выходы ВЫХ1, ВЫХ2, ВЫХ3 мощности, поступающей на вход ВХ, коммутаторы 4, 5 закрывают и открывают соответственно один из коммутаторов 10, 12, 11. СВЧ-мощность с входа ВХ поступает на направленный ответвитель в виде четвертьволнового отрезка связанных линий 1, делится между прямым и ответвленным плечами поровну, при этом разность фаз прямого и ответвленного сигналов равна 90°. С выходов ответвителя сигналы проходят через отрезки линий одинаковой длины 2, 3 и отражаются от коммутаторов 4, 5. Отраженные сигналы суммируются в плече ответвителя, диагонально противоположному входу, и через отрезок линии 9 проходят через открытый коммутатор соответственно на один из выходов ВЫХ1, ВЫХ2, ВЫХ3.
Технико-экономический эффект предлагаемого антенного переключателя состоит в следующем. Установка коммутаторов 10, 11, 12 обеспечивает помимо деления мощности между двумя выходами с разностью фаз 90° переключение всей мощности между тремя выходами. При этом коммутаторы балансного переключателя 4, 5 используются одновременно как элементы лучевых переключателей.
На предприятии были изготовлены опытные образцы предложенного антенного переключателя. Антенный переключатель (фиг. 2) выполнен на симметричной полосковой линии, на подвешенной подложке. Четвертьволновый отрезок связанных линий для обеспечения равного деления мощности выполнен с лицевой связью проводников, расположенных один над другим на разных сторонах несущей платы. Сверху и снизу платы в зоне ответвителя установлены пластины, диэлектрическая проницаемость которых равна диэлектрической проницаемости платы (см. Г.И. Веселов и др. Микроэлектронные устройства СВЧ.-М.: Высшая школа, 1988, с. 63, рис. 3.9.в). Входные и выходные линии, а также отрезки линий между диодами коммутаторов, выполнены на симметричной полосковой линии, на подвешенной подложке с воздушным заполнением. Диоды коммутаторов установлены на микрополосковых платах, обеспечивающих теплоотвод. Управляющие напряжения подаются через цепи управления на отрезки линии между диодами. Замыкание управляющих токов на корпус производится через катушки индуктивности.
При экспериментальной проверке были получены результаты, подтверждающие достижение поставленной цели. Антенный переключатель в диапазоне частот с перекрытием 2.0 обеспечивал режимы деления и переключения мощности с дополнительными потерями не более 1.0 дБ при КСВН со стороны входа ВХ меньше 1.5.