ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ
SWITCH

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к переключателям СВЧ-сигнала, может быть использовано в качестве функционального узла для коммутации СВЧ-сигналов и управляемого ограничителя СВЧ-мощности в приемо-передающих трактах радиотехнических систем и базового элемента при создании коммутирующих устройств СВЧ.
Известны переключатели на pin-диодах на два положения, которые могут быть построены последовательным, параллельным или комбинированным включением диодов в микрополосковую линию (Хелзайн, Дж. Пассивные и активные цепи СВЧ/ Дж. Хелзайн; пер. с англ./ Под. ред. А.С. Галина. - М.: Радио и связь. - 1981 - С. 152-153.). Недостатками данных устройств являются необходимость в двух источниках управляющего напряжения, что существенно усложняет схемы устройств, в которых применяются данные переключатели, и узкие функциональные возможности - только переключение СВЧ-сигнала.
Известен переключатель СВЧ (патент РФ №2275716, МКИ: Н01Р 1/15 от 06.05.2004, опубликован 27.04.2006 Бюл. №12), содержащий входную и две выходные линии передачи, один полуволновой и три четвертьволновых отрезка линии передачи, четыре диода. Недостатками данного устройства являются значительные габариты и узкая полоса рабочих частот из-за используемых полуволнового и трех четвертьволновых отрезков линий передачи.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является переключатель каналов (авторское свидетельство РФ №1201925, МКИ: Н01Р 1/10 от 21.11.1983, автор Г.Б. Дзехцер), содержащий четыре pin-диода, фильтр нижних частот, в котором первый и второй pin-диоды соединены последовательно и в одном направлении, точка соединения которых является входом переключателя, а к внешним выводам соединения подключены Т-образный фильтр нижних частот, а также, третий и четвертый pin-диоды соответственно, при этом первый и второй pin-диоды соединены с третьим и четвертым pin-диодами одинаковыми электродами. Недостатками данного устройства являются узкие функциональные возможности - только переключение СВЧ-сигнала, низкий уровень рабочей СВЧ-мощности переключателя, определяемый типом используемых диодов, и зависимость уровня рабочей СВЧ-мощности от разброса характеристик конкретных экземпляров pin-диодов, так как значение напряжения управления переключателем ограничено из-за того, что напряжение управления прикладывается непосредственно на pin-диоды, включенные параллельно выходам переключателя, и, как следствие, запирающее напряжение смещения на pin-диоде, параллельном включенному выходу переключателя и смещенном в обратном направлении, имеет малую величину, зависит от индивидуальных характеристик конкретных экземпляров pin-диодов и равно падению напряжения на pin-диоде, включенном параллельно отключенному выходу переключателя и смещенном в прямом направлении, что приводит к ограничению рабочей СВЧ-мощности переключателя и ее зависимости от индивидуальных характеристик конкретных pin-диодов. При этом в рассматриваемом переключателе можно добиться повышения уровня рабочей СВЧ-мощности за счет выбора соответствующего типа pin-диодов, рассчитанных на работу при большом уровне СВЧ-мощности, но в этом случае быстродействие переключателя существенно падает. Описанное устройство принято за прототип изобретения.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей переключателя за счет возможности выполнения переключателем функции управляемого ограничителя мощности, увеличение уровня рабочей СВЧ-мощности и улучшение его эксплуатационных характеристик, а, именно, уменьшение зависимости уровня рабочей СВЧ-мощности от разброса характеристик конкретных экземпляров pin-диодов при сохранении высокого быстродействия переключателя.
Технический результат достигается тем, что в переключателе, содержащем первый и второй pin-диоды, включенные последовательно и в одном направлении, к точке соединения которых через разделительную емкость подключен вход переключателя, а к внешним их выводам через разделительные емкости подключены соответственно первый и второй выходы переключателя, третий и четвертый pin-диоды, которые первыми выводами соединены с внешними выводами первого и второго pin-диодов, а вторыми выводами с корпусом, при этом первый и второй pin-диоды соединены соответственно с третьим и четвертым pin-диодами одинаковыми электродами, первую и вторую индуктивности, которые первыми выводами подключены к точкам соединения первого и третьего, второго и четвертого pin-диодов соответственно, а вторыми выводами с первыми выводами первой и второй емкостей соответственно, вторые выводы емкостей соединены с корпусом, в переключатель введено сопротивление таким образом, что к точке соединения второго вывода первой индуктивности и первого вывода первой емкости подключен первый вывод сопротивления, а к точке соединения второго вывода второй индуктивности и первого вывода второй емкости подключен второй вывод сопротивления.
На фиг. 1 изображена схема электрическая переключателя, где 1 - первый pin-диод, 2 - второй pin-диод, 3 - третий pin-диод, 4 - четвертый pin-диод, 5 - первая индуктивность, 6 - вторая индуктивность, 7 - первая емкость, 8 - вторая емкость, 9 - сопротивление, 10-12 - разделительные емкости.
В переключателе, соответствующем схеме электрической, представленной на фиг. 1, содержащем pin-диоды 1-4, индуктивности 5 и 6, емкости 7 и 8, сопротивление 9, разделительные емкости 10-12, pin-диоды 1 и 2, включенные последовательно и в одном направлении, к точке соединения которых через разделительную емкость 11 подключен вход переключателя, а к внешним выводам pin-диодов 1 и 2 через разделительные емкости 10, 12 подключены соответственно первый и второй выходы переключателя, и первыми выводами pin-диоды 3 и 4, соединенные вторыми выводами с корпусом, при этом pin-диоды 1 и 2 соединены соответственно с pin-диодами 3 и 4 одинаковыми электродами. К внешним выводам pin-диодов 1 и 2 подключены первыми выводами индуктивности 5 и 6 соответственно, а вторые выводы индуктивностей 5 и 6 соединены с первыми выводами емкостей 7 и 8 соответственно, вторые выводы которых соединены с корпусом. К точкам соединения второго вывода индуктивности 5 и первого вывода емкости 7, второго вывода индуктивности 6 и первого вывода емкости 8 подключены первый и второй выводы сопротивления 9 соответственно.
Соединение общих выводов индуктивности 5 и емкости 7, индуктивности 6 и емкости 8 при помощи сопротивления 9 позволяет повысить управляющее напряжение (по модулю) за счет падения части напряжения управления на сопротивлении 9. В этом случае, величина запирающего напряжения на pin-диоде 1 при положительной полярности управляющего напряжения и на pin-диоде 2 при отрицательной будет равна падению напряжения на сопротивлении 9. Повышение управляющего напряжения (по модулю) за счет падения напряжения на сопротивлении 9, приводит также к повышению запирающего напряжения (по модулю) на pin-диодах 4 и 3 при положительной и отрицательной его полярности соответственно. Повышение запирающего напряжения на pin-диодах 1, 4 при положительной полярности управляющего напряжения и pin-диодах 2, 3 при отрицательной полярности управляющего напряжения позволяет повысить уровень рабочей СВЧ-мощности переключателя при сохранении его быстродействия. Уровень рабочей СВЧ-мощности переключателя будет зависеть от падения напряжения на сопротивлении 9. Расширение функциональных возможностей переключателя, а именно, выполнение переключателем функции управляемого ограничителя СВЧ-мощности, достигается за счет возможности варьирования величины управляющего напряжения на pin-диодах 3 или 4, которое их запирает, если подключаются выходы 1 или 2 соответственно. При этом допустимый уровень рабочей СВЧ-мощности переключателя определяется величиной управляющего напряжения (по модулю) и растет с его увеличением.
Работает переключатель следующим образом. При подаче на переключатель положительного управляющего напряжения ток замыкается по цепи: pin-диод 2 - индуктивность 6 - сопротивление 9 - индуктивность 5 - pin-диод 3, pin-диоды 1 и 4 смещены в обратном направлении. При этом, выход 1 отключен, и СВЧ-сигнал с уровнем СВЧ-мощности не превышающим порогового значения, определяемого величиной управляющего напряжения (по модулю), с входа поступает на выход 2. Разделительные емкости 10-12 изолируют остальные узлы приемопередающих трактов радиотехнических систем от воздействия управляющего напряжения. При подаче на переключатель отрицательного управляющего напряжения ток замыкается по цепи: pin-диод 1 - индуктивность 5 - сопротивление 9 - индуктивность 6 - pin-диод 4, pin-диоды 2 и 3 смещены в обратном направлении. Тогда, выход 2 отключен, СВЧ-сигнал с входа поступает на выход 1. В случае превышения порогового уровня СВЧ-мощности, определяемого падением управляющего напряжения на сопротивлении 9, pin-диоды 3 и 4, если подключаются выходы 1 или 2 соответственно, приоткрываются и переключатель работает в режиме управляемого ограничителя мощности.
Изобретение позволяет расширить функциональные возможности переключателя за счет возможности выполнения функции управляемого ограничителя СВЧ-мощности, увеличения уровня рабочей СВЧ-мощности и улучшить его эксплуатационные характеристики, а, именно, уменьшить зависимость уровня рабочей СВЧ-мощности от разброса характеристик конкретных экземпляров pin-диодов, за счет возможности увеличения и варьирования величины управляющего напряжения.
Для промышленной реализации предлагаемого переключателя могут быть использованы известные средства и методы, применяемые для изготовления переключателей с использованием pin-диодов.