CZ6986U1 - Elektronické relé pro spínání elektromagnetických vln v pásmu UHF kmitočtů - Google Patents

Description

Elektronické relé pro spínání elektromagnetických vln v pásmu UHF kmitočtů

Oblast techniky

Technické řešení se týká elektronického relé pro spínání elektromagnetických signálů pro pracovní kmitočty v pásmu UHF a mikrovln, zejména relé přepínačů pro individuální a skupinový příjem družicové televize.

Dosavadní stav techniky

V současné dobé se v oblasti kmitočtů nad 300 MHz, zejména pak v oblasti kmitočtů pro televizní přenos, užívají pro přepínání vybraných kmitočtových pásem buď speciální mechanická relé s nízkou kapacitou spínacích kontaktů, nebo speciální elektronická relé, která pro spínací účely využívají diod typu PIN, nebo vysokofrekvenční tranzistory typu GaAs FET.

Nevýhodou mechanických relé je jejich vysoká mechanická náročnost vzhledem k požadované funkci kontaktů pro UHF pásma a tedy s nutnou zanedbatelnou kapacitou jejich kontaktů. Ani kvalitní mechanická relé navíc prakticky neumožňují práci v oblasti GHz kmitočtů. Nevýhodou elektronických relé s uvedenými typy diod a vysokofrekvenčních tranzistorů je pak zejména poměrně vysoký úbytek stejnosměrného napětí v sepnutém stavu relé.

Podstata technického řešení

Podstatnou část uvedených nevýhod řeší předmět předloženého technického řešení, kterým je elektronické relé pro spínání elektromagnetických signálů pro pracovní kmitočty v pásmu UHF a mikrovln.

Podstatou technického řešení je, že je tvořeno dolní frekvenční propustí typu T-článku alespoň druhého stupně, nebo PI-článku alespoň druhého stupně, jehož kapacitní prvek je tvořen polovodičovou diodou, jejíž mezní kmitočet je nižší, než je spínaný kmitočet a která je připojena k zemnícímu bodu T-článku, nebo PI-článku prostřednictvím kondenzátoru, jehož kapacita je alespoň pětkrát větší, než je kapacita přechodu polovodičové diody, přičemž společný uzlový bod polovodičové diody a kondenzátoru je prostřednictvím ochranného odporu spojen s jedním pólem zdroje stejnosměrného napětí, jehož druhý pól je spojen se vstupní svorkou T-článku, nebo PI-článku tak, že jeho kladný pól je propojen s P-vrstvou polovodičové diody.

Další podstatou předloženého technického řešení je, že alespoň jedna z indukčností je vytvořena ve vodivém substrátu nosné desky.

Výhodou elektronického relé vytvořeného podle předloženého technického řešení je, že umožňuje jednoduchými a provozně stabilními prostředky bez pohyblivých mechanických dílů spínat vysokofrekvenční signály s kmitočtem nad 300 MHz.

-1CZ 6986 Ul

Přehled obrázků na výkresech

Příkladná zapojení podle technického řešení jsou schématicky znázorněna na připojených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno elektronická relé s jednoduchým T-článkem, na obr. 2 elektronické relé podle obr. 1 s opačně polovanou diodou, na obr. 3 elektronické relé s dvojitým T-článkem a na obr. 4 elektronické relé s jednoduchým PI-článkem.

Příklady provedení

Elektronické relé 10 podle obr. 1 je tvořeno o sobě známým T-článkem typu LCL, se vstupní svorkou 111, výstupní svorkou 112 a zemnícím bodem 113. Mezi vstupní svorkou 111 a výstupní svorkou 112 je uložena dvojice sériově řazených indukčností 101, k jejichž společnému bodu 109 je připojena dioda 104, jejíž P-vrstva je přivrácena ke společnému uzlovému bodu 190, diody 104, kondenzátoru 106 a ochranného odporu 107, který je připojen k řídící svorce 114 elektronického relé 10. Kondenzátor 106 je připojen k zemnícímu bodu 113. Dioda 104 je volena tak, že kapacita jejího přechodu v uzavřeném stavu odpovídá hodnotě kapacity T-článku s požadovanou charakteristikou. V popisovaném případě může jít kupř. o křemíkovou planární diodu běžného typu. Kapacita kondenzátoru 106 je mnohonásobně, kupř. desetinásobně větší, než je kapacita přechodu diody 104 v uzavřeném stavu. Řídícím prvkem elektronického relé 10 je stejnosměrné řídící napětí 100, které je z neznázorněného zdroje běžné konstrukce prostřednictvím neznázorněného spínacího prvku připojeno mezi vstupní svorku 111 a řídící svorku 114 elektronického relé 10. Polarita řídícího napětí 100 je zvolena v závislosti na poloze diody 104 tak, aby tato dioda 104 byla otevřena v případě, že je na řídící svorku 114 obvodu podle obr. 1 přivedeno kladné napětí.

Na obr. 1 je dále čárkovaně znázorněna zátěž 108, která je připojena mezi výstupní svorku 112 elektronického relé 10 a zemnící bod 113.

Zapojení elektronického relé 10 podle obr. 2 je v podstatě shodné s předchozím příkladným provedením s tím, že dioda 104 je do obvodu zapojena vzhledem k obvodu podle obr. 1 obráceně, tedy že její P-vrstva je přivrácená k indukčnostem 101. Polarita stejnosměrného řídícího napětí 100 je v tomto případě opačná, tedy jeho kladný pól je prostřednictvím neznázorněného spínacího prvku připojen ke vstupní svorce 111 elektronického relé 10.

Elektronické relé 11 podle obr. 3 je vpodstatě tvořeno dvojitým T-článkem podle obr. l, k jehož poslední indukčností 101 je připojena další, druhá indukčnost 102 a sériová kombinace druhé diody 140 a druhého kondenzátoru 160. jejichž společný uzlový bod 190 je opět spojen se společným uzlovým bodem 190 první kombinace a tedy přes společný ochranný odpor 107 s řídící svorkou 114 elektronického relé 11 podle předloženého technického řešení. Také na tomto obrázku je čárkovaně znázorněno připojení zátěže 108 k výstupní svorce 112 T-článku. U tohoto příkladného provedení jsou obě diody, tedy dioda 104 i druhá dioda 140 zapojeny co do polarity opačně, než u příkladu podle obr. 1, resp. shodně s obr. 2, tedy s jejich P-vrstvou odvrácenou od zemnících svorek 113. Stejnosměrné řídící napětí 100 neznázorněného zdroje je tedy

-2CZ 6986 Ul připojeno mezi vstupní svorku lil a řídící svorku 114 tak, že jeho kladný pól je připojen ke vstupní svorce lil.

Na obr. 4 je znázorněno zapojení elektronického relé 20. jehož základem je PI-článek, tvořený základní indukčností 201, k jejímuž každému koncovému bodu je připojena sériové kombinace diody 104 a kondenzátoru 106. Jejich společné uzlové body 190 jsou opět vzájemně propojeny a prostřednictvím ochranného odporu 107 připojeny k řídící svorce 114 elektronického relé 20. Vzhledem k orientaci P-vrstev obou diod 104 shodně se zapojením podle obr. 1 je opět stejnosměrné řídící napětí 100 neznázorněného zdroje orientováno tak, že jeho kladný pól je připojen k řídící svorce 114.

Činnost elektronického relé a elektronického přepínače s ním je následující.

U zapojení podle obr. 1 je charakteristika T-článku v režimu, při kterém není mezi vstupní svorku 111 a řídící svorku 114 elektronického relé 10 přivedeno stejnosměrné řídící napětí 100, určena podle známých vztahů hodnotami indukčností 101 a kapacitou přechodu diody 104. Kapacita sériově přiřazeného kondenzátoru 106 se vzhledem k její vysoké hodnotě ve vztahu ke spínanému kmitočtu neuplatní. V praxi jsou tedy hodnoty indukčností 101 a kapacity přechodu diody 104 voleny tak, že obvod tvoří typickou dolnofrekvenční propust. T-článek tedy tvoří mezi svou vstupní svorkou 111 a výstupní svorkou 112 pro spínanou frekvenci minimální odpor, který je dán hodnotou indukčností 101 a pro spínaný vysokofrekvenční signál odpovídá ku příkladu útlumu 0 - 3 dB. Pro spínaný kmitočet se tedy obvod v popsaném stavu chová jako sepnutý kontakt relé a spínaný signál prochází zátěží 108.

Jakmile se mezi vstupní svorku 111 a řídící svorku 114 přivede z neznázorněného zdroje stejnosměrné řídící napětí cca 9-10 V, přičemž jeho hodnota odpovídá typu a charakteru použité diody 104 a které je v tomto popisovaném případě polováno tak, že jeho kladný pól je přiložen k řídící svorce 114, dioda 104 se otevře, kapacita jejího přechodu se uplatní v obvodu T-článku a obvod dle obr. 1 se chová jako rozepnutý kontakt relé a spínaný signál zátěží 108 neprochází. Kondenzátor 106 se přitom vzhledem ke své podstatně větší kapacitě neuplatní a slouží pouze jako oddělovací kondenzátor pro zavedené stejnosměrné řídící napětí.

Obvod elektronického relé 10 podle obr. 2 pracuje vpodstatě shodně s obvodem elektronického relé 11 podle obr. 1. Jediný rozdíl je v tom, že vzhledem k opačně polované diodě 104 je polarita stejnosměrného řídícího napětí 100 opačná.

Také činnost elektronického relé 11 s dvojitým T-článkem a elektronického relé 20 s PI-článkem je shodná s činností, popsanou v předchozím textu. Rozdíl je pouze v typu použitého LC článku a v počtu jeho stupňů, který určuje strmost závěrné větve článku a tedy i ostrost definování závěrného, tedy spínaného, kmitočtu.

Průmyslová využitelnost

Elektronické relé podle předloženého technického řešení lze

-3CZ 6986 Ul průmyslově využít u všech aplikací spínačů a přepínačů pro pásmo kmitočtů nad 300MHz, kupříkladu jako součást koaxiálních přepínačů a multipřepínačů pro individuální a skupinový příjem družicové televize.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Elektronické relé pro spínání elektromagnetických signálů pro pracovní kmitočty v pásmu UHF a mikrovln, vyznačuj í cí se tím, že je tvořeno dolní frekvenční propustí typu T-článku alespoň druhého stupně, nebo PI-článku alespoň druhého stupně, jehož kapacitní prvek je tvořen polovodičovou diodou (104, 140), jejíž mezní kmitočet je nižší, než je spínaný kmitočet a která je připojena k zemnícímu bodu (113) T-článku, nebo PI-článku prostřednictvím kondenzátoru (106, 160), jehož kapacita je alespoň pětkrát větší, než je kapacita přechodu polovodičové diody (104, 140), přičemž společný uzlový bod (190) polovodičové diody (104, 140) a kondenzátoru (106, 160) je prostřednictvím ochranného odporu (107) spojen s jedním pólem zdroje stejnosměrného napětí, jehož druhý pól je spojen se vstupní svorkou (111) T-článku, nebo PI-článku tak, že jeho kladný pól je propojen s P-vrstvou polovodičové diody (104, 140).
2. 2. Elektronické relé podle nároku 1, které je vytvořeno na nevodivé nosné desce, jejíž povrch je opatřen vodivým substrátem, ve kterém jsou provedeny vodivé spoje, vyznačuj ící se tím, že alespoň jedna z indukčností (101, 102, 201) je vytvořena ve vodivém substrátu nosné desky.