RU2453017C1

RU2453017C1 - Transceiving antenna switching device

Info

Publication number: RU2453017C1
Application number: RU2010148328/07A
Authority: RU
Inventors: Виктор Вячеславович Беляев (RU); Виктор Вячеславович Беляев; Борис Михайлович Чубаков (RU); Борис Михайлович Чубаков
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-10

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: transceiving antenna switching device includes Y-shaped waveguide ferritic circulator to the first arm of which a transmitting device is connected; transceiving antenna is connected to the second arm, and receiving device is connected to the third arm through electronic microwave switching device. At that, the second output of electronic microwave switching device is connected to matched load, and the second input is connected to control device to the second output of which the transmitting device is connected.

EFFECT: switching of heavy pulse loads with isolation between "transmitting device - transceiving antenna" channel and "transceiving antenna - receiving antenna" channel at the level of 40 dB.

1 dwg

Description

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в антенных переключателях для коммутации больших импульсных мощностей (единицы кВт) с высоким быстродействием (доли мск) в широкой полосе частот.The invention relates to microwave technology and can be used in antenna switches for switching large pulse powers (kW units) with high speed (fraction MSK) in a wide frequency band.

Одной из серьезных проблем, стоящих перед разработчиками радиолокационной техники, в частности, радиолокационных измерительных комплексов является проблема создания антенных переключателей «прием - передача» для коммутации больших импульсных мощностей в широкой полосе частот с высоким быстродействием и большой развязкой между приемником и передатчиком.One of the serious problems facing developers of radar technology, in particular, radar measuring systems is the problem of creating receive-transmit antenna switches for switching large pulse powers in a wide frequency band with high speed and high isolation between the receiver and transmitter.

Известно (аналог) устройство ферритовый СВЧ-переключатель [СССР, АС №1252838, H01P 1/11, 1984], содержащий размещенные в корпусе Y-разветвление прямоугольных волноводов, ферритовый элемент, два постоянных магнита и две пластины из магнитомягкого материала, при этом постоянные магниты расположены соосно с разных сторон Y-разветвления так, что их одноименные полюсы обращены один к другому, при этом обе пластины из магнитомягкого материала установлены в зазорах между постоянными магнитами и Y-разветвлением с возможностью попеременного введения.A known (analogous) device is a ferrite microwave switch [USSR, AS No. 1252838, H01P 1/11, 1984], comprising Y-branching rectangular waveguides, a ferrite element, two permanent magnets and two plates of soft magnetic material, which are constant the magnets are located coaxially on different sides of the Y-branch so that their poles of the same name face each other, while both plates of soft magnetic material are installed in the gaps between the permanent magnets and the Y-branch with the possibility of alternating insertion.

Недостатком данного устройства является невысокая развязка между плечами циркулятора на уровне - 20 дБ и сложность настройки устройства.The disadvantage of this device is the low isolation between the shoulders of the circulator at the level of - 20 dB and the complexity of the device settings.

Известные схемы построения антенных переключателей [С.М.Клич. "Проектирование СВЧ устройств радиолокационных приемников".- М.: "Сов. Радио", 1973, стр.32-100], не обеспечивают одновременно достаточную развязку между приемником и передатчиком, широкополосность и быстродействие.Known schemes for constructing antenna switches [S.M. Klich. “Designing microwave devices for radar receivers.” - M .: “Sov. Radio”, 1973, pp. 32-100], do not simultaneously provide sufficient isolation between the receiver and transmitter, broadband and speed.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому устройству (прототип) является антенный переключатель на основе волноводного Y-циркулятора [Г.Б.Белоцерковский. "Основы радиотехники и антенн". - М.: «Радио и связь», 1983., стр.110], содержащего волноводный Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена антенна, а к третьему плечу - приемное устройство.The closest in purpose and technical nature to the claimed device (prototype) is an antenna switch based on a waveguide Y-circulator [GB Belotserkovsky. "Fundamentals of radio engineering and antennas." - M .: Radio and Communications, 1983., p. 110], containing a waveguide Y-shaped ferrite circulator, to the first arm of which a transmitting device is connected, an antenna is connected to the second arm, and a receiving device is connected to the third arm.

Недостатком данного устройства является невысокая развязка между плечами циркулятора на уровне - 20 дБ.The disadvantage of this device is the low isolation between the shoulders of the circulator at the level of - 20 dB.

Использование в антенном переключателе ферритового циркулятора не может обеспечить защиту приемного устройства от просачивающейся СВЧ энергии из передающего устройства. Например, при киловатной импульсной мощности передающего устройства, на вход приемного устройства попадает до 10 Вт импульсной мощности. Для транзисторных малошумящих входных усилителей допустимая импульсная мощность на входе не должна превышать 150-250 мВт, следовательно, развязка между передающим устройством и входом приемного устройства должна быть не менее - 40 дБ.The use of a ferrite circulator in the antenna switch cannot protect the receiving device from leaking microwave energy from the transmitting device. For example, with kilowatt impulse power of a transmitting device, up to 10 watts of impulse power gets to the input of a receiving device. For transistor low-noise input amplifiers, the admissible pulse power at the input should not exceed 150-250 mW, therefore, the isolation between the transmitting device and the input of the receiving device should be at least - 40 dB.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработанное устройство для переключения больших импульсных мощностей с развязкой между плечами циркулятора «передающее устройство - приемопередающая антенна» и «приемопередающая антенна - приемное устройство» на уровне - 40 дБ и временем восстановления после прохождения сигнала передатчика не более 200-300 нск.The technical result of the invention is a developed device for switching large pulse powers with isolation between the arms of the circulator “transmitting device - transceiving antenna” and “transceiving antenna - receiving device” at a level of - 40 dB and the recovery time after passing the transmitter signal is not more than 200-300 nsk .

Этот технический результат достигается за счет того, что в антенный переключатель, содержащей Y-образный ферритовый циркулятор, к первому плечу которого подключено передающее устройство, ко второму плечу подключена приемопередающая антенна, а к третьему плечу - приемное устройство, введены последовательно соединенные согласованная нагрузка, электронный СВЧ коммутатор и управляющее устройство, ко второму выходу которого подключен передатчик, при этом электронный СВЧ коммутатор первым входом соединен с третьим плечом Y-образного ферритового циркулятора, а вторым выходом соединен с приемным устройством.This technical result is achieved due to the fact that the antenna switch containing the Y-shaped ferrite circulator, the transmitting device is connected to the first arm, the transceiver antenna is connected to the second arm, and the receiving device is connected to the third arm, the matched load is connected in series, electronic A microwave switch and a control device, to the second output of which a transmitter is connected, while the electronic microwave switch is connected to the third arm of the Y-shaped ferrite by the first input new circulator, and the second output is connected to a receiving device.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для переключения приемопередающей антенны.Figure 1 presents the structural diagram of a device for switching a transceiver antenna.

Устройство для переключения приемопередающей антенны содержит (фиг.1) Y-образный ферритовый циркулятор - 1, например, циркуляторы 2CCS83 - 2, 3CCS30 - 56, 4CWN10 - 4, разных частотных диапазонов, серийно выпускаемые НПО «Феррит-Квазар», С.Петербург, к первому плечу которого подключено передающее устройство - 2, например передающее устройство аналогичное [Я.В.Доминюк. "Радиотехника". №4, 2006 г., стр.28], ко второму плечу подключена приемопередающая антенна - 3, например, аналогичная антеннам, описанным [А.Л.Драбкин и др. "Антенно-фидерные устройства". - М.: «Советское радио», 1974, глава XVI], а к третьему плечу через электронный СВЧ коммутатор - 4, например, переключатель ПБКЖ-434832.001 ТУ (НПО «САЛЮТ» Н. Новгород) подключено приемное устройство - 5, например [Оксли. "Приемник 3-х см диапазона на интегральных схемах"- "Зарубежная радиоэлектроника", 1971 г, №1, стр.149-152], при этом электронный СВЧ коммутатор - 4 вторым выходом соединен с согласованной нагрузкой - 6, а вторым входом соединен с управляющим устройством - 7, ко второму выходу которого подключено передающее устройство - 2.A device for switching a transmit-receive antenna contains (Fig. 1) a Y-shaped ferrite circulator - 1, for example, circulators 2CCS83 - 2, 3CCS30 - 56, 4CWN10 - 4, of different frequency ranges, commercially available from NPO Ferrit-Quasar, St. Petersburg , to the first arm of which a transmitting device is connected - 2, for example, a transmitting device similar to [Ya.V. Dominyuk. "Radio engineering". No. 4, 2006, p. 28], a transceiver antenna - 3 is connected to the second arm, for example, similar to the antennas described by [A.L. Drabkin et al. “Antenna-feeder devices”. - M .: “Soviet Radio”, 1974, chapter XVI], and to the third arm via an electronic microwave switch - 4, for example, the PBKZH-434832.001 TU switch (NPO “SALUT” N. Novgorod) connected a receiving device - 5, for example [ Oxley "The receiver of the 3 cm range on integrated circuits" - "Foreign electronics", 1971, No. 1, pp. 149-152], while the electronic microwave switch - 4 is connected to the matched load by the second output - 6, and the second input is connected with a control device - 7, to the second output of which a transmitting device is connected - 2.

Устройство для переключения приемопередающей антенны (фиг.1) работает следующим образом.A device for switching a transceiver antenna (figure 1) works as follows.

В соответствии с циклограммой работы радиолокационной станции (РЛС) с управляющего устройства - 7 сигналы управления одновременно подаются на передающее устройство - 2 и электронный СВЧ коммутатор - 4. При этом, если передающее устройство - 2 генерирует импульс, который из первого плеча Y-образного ферритового циркулятора - 1 через второе плечо поступает в приемопередающую антенну 3 и излучается в пространство, то СВЧ коммутатор - 4 замыкает третье плечо Y-образного ферритового циркулятора - 1 на согласованную нагрузку - 6, а если передающее устройство - 2 не генерирует импульс (пауза), то электронный СВЧ коммутатор - 4 замыкает третье плечо Y-образного ферритового циркулятора -1 на приемное устройство - 5. Таким образом, исключается просачивание СВЧ энергии из передающего устройства - 2 в приемное устройство - 5.In accordance with the operation diagram of the radar station (radar) from the control device - 7, the control signals are simultaneously transmitted to the transmitting device - 2 and the electronic microwave switch - 4. Moreover, if the transmitting device - 2 generates a pulse from the first arm of the Y-shaped ferrite circulator - 1 through the second arm enters the transceiver antenna 3 and radiates into space, then the microwave switch - 4 closes the third arm of the Y-shaped ferrite circulator - 1 to the matched load - 6, and if the transmitting device GUSTs - 2 does not generate a pulse (pause), the electronic switch SHF - 4 closes the third port of the Y-shaped ferrite circulator to the receiver -1 - 5. This eliminates leakage of microwave energy from the transmitter - receiver 2 - 5.

В качестве управляющего устройства - 7 может быть использован отдельный контроллер или центральный компьютер РЛС.As a control device - 7, a separate controller or a central radar computer can be used.

Y-образные ферритовые циркуляторы, рассчитанные на пропускание киловатных импульсных мощностей и обладающие достаточно большой рабочей полосой частот, серийно выпускаются отечественными предприятиями, например, циркуляторы 2CCS83 - 2 полоса частот от 700 до 1000 МГц, 3CCS30-56 полоса частот от 2,5 до 3,5 ГГц, 4CWN 10-4 полоса частот от 8,5 до 11,5 ГГц (НПО «Феррит-Квазар», С.Петербург). Эти циркуляторы имеют прямые потери на уровне 0,5-1 дБ, развязка входов (изоляция) на уровне - 20 дБ.Y-shaped ferrite circulators designed for transmitting kilowatt pulse powers and having a sufficiently large working frequency band are serially produced by domestic enterprises, for example, 2CCS83 circulators - 2 frequency band from 700 to 1000 MHz, 3CCS30-56 frequency band from 2.5 to 3 , 5 GHz, 4CWN 10-4 frequency band from 8.5 to 11.5 GHz (NPO Ferrit-Quasar, St. Petersburg). These circulators have direct losses at the level of 0.5-1 dB, the isolation of inputs (isolation) at the level of 20 dB.

В качестве электронного СВЧ коммутатора - 4 можно применить управляемый электронный переключатель ПБКЖ-434832.001 ТУ (НПО «САЛЮТ» Н. Новгород), который может переключать до 2 Вт непрерывной СВЧ мощности в очень широком диапазоне частот (от 1 до 18 ГГц), а импульсную мощность в зависимости от скважности до 10-15 Вт, при характерном времени переключения не более 20 нс.As an electronic microwave switch - 4, you can use the controlled electronic switch ПБКЖ-434832.001 ТУ (NPO SALUT N. Novgorod), which can switch up to 2 W of continuous microwave power in a very wide frequency range (from 1 to 18 GHz), and pulse power depending on duty cycle up to 10-15 W, with a characteristic switching time of not more than 20 ns.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство для переключения приемопередающей антенны, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения (введение последовательно соединенных согласованной нагрузки, электронного СВЧ коммутатора и управляющего устройства, ко второму выходу которого подключен передатчик, при этом электронный СВЧ коммутатор первым входом соединен с третьим плечом волноводного Y-образного ферритового циркулятора, а первым выходом соединен с приемным устройством), отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».The analysis of the prior art allows us to establish that the claimed device for switching a transceiver antenna, characterized by a combination of features identical to all the features contained in the claims proposed by the applicant (the introduction of a matched load connected in series, an electronic microwave switch and a control device, to the second output of which a transmitter is connected, wherein the electronic microwave switch is connected to the third arm of the waveguide Y-shaped ferrite by the first input circulator and a first output connected to the receiving device) is not present, which indicates a matching of the claimed invention, the criterion of "novelty".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого устройства для переключения приемопередающей антенны, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Из уровня техники также не подтверждена известность влияния этих отличительных признаков заявляемого устройства на полученный технический результат - разработанное устройство для переключения больших импульсных мощностей с развязкой между плечами циркулятора «передатчик-антенна» и «антенна-приемник» на уровне - 40 дБ, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».Search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the inventive device for switching a transceiver antenna showed that no solutions having features matching its distinctive features were found in publicly available information sources. The prior art also does not confirm the popularity of the influence of these distinctive features of the claimed device on the obtained technical result - a developed device for switching large pulse powers with isolation between the arms of the circulator "transmitter-antenna" and "antenna-receiver" at a level of - 40 dB, therefore, the claimed the invention meets the condition of "inventive step".

Изобретение «Устройство для переключения приемопередающей антенны» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков, обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость в составе измерительных РЛС на полигонах открытого типа, при этом для реализации заявляемого устройства может быть использовано известное промышленное оборудование.The invention "A device for switching a transceiver antenna" is industrially applicable, since the combination of characteristics characterizing it, provides the possibility of its implementation, operability and reproducibility in the composition of the measuring radar at open landfills, and well-known industrial equipment can be used to implement the inventive device.

Устройство для переключения приемопередающей антенны прошло предварительные испытания в составе радиолокационного измерительного комплекса на радиополигоне открытого типа, которые подтвердили ожидаемые технические характеристики реализованного нового технического решения.The device for switching the transceiver antenna has passed preliminary tests as part of a radar measuring complex on an open type radio range, which confirmed the expected technical characteristics of the implemented new technical solution.

Claims

A device for switching a transceiver antenna containing a waveguide Y-shaped ferrite circulator, a transmitting device is connected to the first arm, a transceiver antenna is connected to the second arm, and a receiving device is connected to the third arm, characterized in that the matched load is connected in series with it, electronic A microwave switch and a control device, to the second output of which a transmitting device is connected, while the electronic microwave switch is connected to the third input by the first input the shoulder of the waveguide Y-shaped ferrite circulator, and the first output is connected to a receiving device.