RU171356U1

RU171356U1 - Microwave antenna switch

Info

Publication number: RU171356U1
Application number: RU2016134504U
Authority: RU
Inventors: Василий Петрович Петренко
Original assignee: Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент"
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2017-05-29

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности к СВЧ-переключателям, выполненным на основе p-i-n диодов. Антенный СВЧ-переключатель содержит четвертьволновый отрезок связанных линий, к диагональным плечам которого через отрезки одинаковой длины, подключены два идентичных коммутатора. Другие концы коммутаторов соединены с первым и вторым выходами. К третьему плечу отрезка связанных линий диагонально противоположному входу подключены одними концами три коммутатора, идентичные первым двум, другие концы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами. Коммутаторы состоят из последовательно соединенных через отрезок линии p-i-n диодов. При этом переключатель выполнен с возможностью функционирования в четырех режимах: режимов деления входной мощности между двумя выходами со сдвигом фазы 90° и переключения входной мощности между тремя выходами. Коммутаторы переключателя используются одновременно как элементы лучевых переключателей. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 2 ил.The utility model relates to radio engineering, in particular to microwave switches made on the basis of p-i-n diodes. The microwave antenna switch contains a quarter-wave segment of connected lines, to the diagonal shoulders of which, through segments of the same length, two identical switches are connected. The other ends of the switches are connected to the first and second outputs. To the third arm of a segment of connected lines of diagonally opposite input are connected one ends of three switches identical to the first two, the other ends of which are connected to the first, second and third outputs. Switches consist of p-i-n diodes connected in series through a line segment. The switch is made with the possibility of functioning in four modes: modes of dividing the input power between two outputs with a phase shift of 90 ° and switching input power between the three outputs. Switch switches are used simultaneously as elements of beam switches. The technical result is an extension of functionality. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники СВЧ и может быть использована в антенных системах, в частности, для переключения мощности между антеннами и нагрузкой.The utility model relates to the field of microwave radio engineering and can be used in antenna systems, in particular, for switching power between antennas and load.

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.Known beam switch (Weissblat A.V. Microwave switching devices on semiconductor devices.- M .: Radio and communications, 1987, p. 93). The switch contains an input line, to the end of which the ends of three output lines are connected through switches from two p-i-n diodes connected in series, between which a line segment is located. Known beam switch performs the function of only switching power between antennas with horizontal and vertical polarizations and the equivalent of the antenna.

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.Closest to the proposed utility model is a balance switch selected as a prototype (G.I. Veselov et al. Microwave electronic devices, Moscow: Vysshaya Shkola, 1988, p. 83), containing a quarter-wave segment of connected lines, to the diagonal shoulders of which are connected through segments of the same length, the switches, the ends of which are connected to the first and second outputs, the third output is connected to the third arm of the segment of connected lines. The switch provides a division of the microwave power between the first and second outputs with a phase shift of 90 °, and switching the microwave power to the third output. However, the known switch does not provide switching of all power to the first and second outputs.

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.The technical task of the utility model is to expand the functionality, firstly, by performing an additional function of switching all the power between the first, second and third outputs, and secondly, when connecting to the first and second outputs of the switch of two antennas with horizontal and vertical polarization beam with circular polarization (in division mode), with horizontal (switching to the first output) and vertical (switching to the second output) polarizations.

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.The solution of this technical problem is achieved by the fact that an antenna switch containing a quarter-wave segment of connected lines, to the diagonal shoulders of which, through segments of the same length, are connected two identical switches consisting of pin diodes connected in series through a segment of the line, while the other ends of the switches are connected to the first and according to the utility model, three switches, similar to the first one, which are connected at one end to the third arm by Cutting lines associated diagonally opposite entry, and the other ends are connected to first, second and third outputs.

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.The introduction of three additional switches allows you to provide four states: the division of the input power between two outputs with a phase shift of 90 ° and the switching of the input power between the three outputs. Moreover, the balance switch switches are used simultaneously as elements of the beam switches.

Совокупность отличительных признаков описываемого устройства обеспечивает достижение поставленной задачи.The set of distinctive features of the described device ensures the achievement of the task.

Сравнение прототипа с заявляемым техническим решением показало, что указанные выше признаки являются отличительными, в связи с чем заявляемое устройство соответствует критерию «новизны».Comparison of the prototype with the claimed technical solution showed that the above signs are distinctive, and therefore the claimed device meets the criterion of "novelty."

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого антенного переключателя без цепей управления; на фиг. 2- конструкция изготовленного антенного переключателя.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed antenna switch without control circuits; in FIG. 2- design of the manufactured antenna switch.

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.The proposed antenna switch contains a quarter-wavelength segment of connected lines 1, to the diagonal shoulders of which, through segments of the same length 2,3, the first and second switches 4, 5 are connected. The switches 4, 5 consist of diodes 7, 8 connected in series through a line segment 6. Second ends switches 4, 5 are connected to the first and second outputs OUT1, OUT2, respectively. Three switches 10, 11, 12 are connected to the third arm of the connected line segment 1 by the diagonally opposite input ВХ through the line segment 9, the other ends of the switches 10, 11, 12 are connected to the first, second, and third outputs OUT1, OUT3, OUT2, respectively. All five switches are identical. The quarter-wave segment of the connected lines 1 has a connection between the lines, providing equal division of power between the outputs OUT1, OUT2. The lengths of the line segments 2, 3, 9 are selected from design considerations, the wave impedances of the line segments are equal to the resistance of the input and output.

Предлагаемый антенный переключатель работает следующим образом.The proposed antenna switch operates as follows.

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.To divide the power supplied to the input VX, the switches 4, 5, 11 are opened, the switches 10, 12 are closed. The microwave power from the input of the VX is supplied to the directional coupler, in the form of a quarter-wave segment of connected lines 1, is divided equally between the straight and branch arms, while the phase difference of the direct and branch signal is 90 °. From the outputs of the coupler through line segments of the same length 2, 3 and switches 4, 5, the microwave signals pass to outputs OUT1, OUT2. In this case, the signals reflected from identical devices connected to the outputs OUT1, OUT2 are summed up at the output OUT3 and absorbed in the load connected to it, i.e. not reflected from the input VX. In the mode of switching to the outputs EX1, OUT2, OUT3 of the power supplied to the input VX, the switches 4, 5 close and open respectively one of the switches 10, 12, 11. The microwave power from the input VX is supplied to the directional coupler in the form of a quarter-wave segment of connected lines 1, is divided equally between the straight and branch arms, while the phase difference of the direct and branch signals is 90 °. From the outputs of the coupler, the signals pass through line segments of the same length 2, 3 and are reflected from the switches 4, 5. The reflected signals are summed in the arm of the coupler, diagonally opposite the input, and through the line segment 9 pass through the open switch to one of the outputs EXIT1, OUT2, respectively, OUT3.

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.The technical and economic effect of the proposed antenna switch is as follows. The installation of switches 10, 11, 12 provides, in addition to dividing the power between two outputs with a phase difference of 90 °, the switching of all power between the three outputs. Moreover, the switches of the balance switch 4, 5 are used simultaneously as elements of the beam switches.

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.The enterprise made prototypes of the proposed antenna switch. The antenna switch (Fig. 2) is made on a symmetrical strip line, on a suspended substrate. A quarter-wave segment of coupled lines to ensure equal power sharing is made with the front connection of conductors located one above the other on different sides of the carrier board. Plates are installed on the top and bottom of the board in the area of the coupler, the dielectric constant of which is equal to the dielectric constant of the board (see GI Veselov et al. Microelectronic devices Microwave-M.: Higher School, 1988, p. 63, Fig. 3.9.c ) Input and output lines, as well as line segments between the diodes of the switches, are made on a symmetrical strip line, on a suspended substrate with air filling. Switch diodes are installed on microstrip boards providing heat dissipation. Control voltages are fed through the control circuit to the line segments between the diodes. The control currents are shorted to the housing through inductors.

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.During the experimental verification, results were obtained confirming the achievement of the goal. An antenna switch in the frequency range with an overlap of 2.0 provided power dividing and switching modes with additional losses of no more than 1.0 dB when the VSWR on the input side of the input circuit is less than 1.5.

Claims

A microwave antenna switch containing a quarter-wave segment of coupled lines, to the diagonal arms of which two identical switches are connected through segments of the same length, consisting of pin diodes connected in series through the line segment, while the other ends of the switches are connected to the first and second outputs, respectively, characterized in that three additional switches are introduced into it, identical to the first two, which are connected at one end to the third arm of a segment of connected lines, diagonally opposite mu input, and the other ends are connected respectively with the first, second and third outputs.