Волноводный выключатель

Волноводный выключатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в радиотехнических системах, например в радиолокационных станциях (РЛС) при работе в режиме «Эквивалент» с соблюдением требований электромагнитной совместимости.

Широко используемые для этих целей волноводные электромеханические переключатели (авторские свидетельства СССР №1707659, 1989 г.; №1693658, 1989 г.; №1778828, 1989 г.) представляют собой корпус (статор), в теле которого выполнены волноводные каналы, и вращающийся внутри статора ротор с коммутируемыми волноводными каналами, а также электропривод и другие узлы. В зависимости от назначения они различаются габаритами, числом коммутируемых каналов, типом электропривода, конструкцией фиксаторов положения и т.д.

Общими недостатками, присущими в большей или меньшей степени каждой из конструкций, являются: большие габариты, недостаточная надежность функционирования, недостаточное быстродействие и, что самое главное, недостаточный уровень развязки между коммутируемыми каналами (не более 90-100 дБ, тогда как для современных РЛС требуется 110-120 дБ).

Имея в виду, что в состав современных РЛС входят ферритовые циркуляторы, выполняющие функции системных переключателей и развязывающих устройств, предлагается для повышения уровня развязки использовать волноводный выключатель с электромеханическим приводом, подобно переключателю.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств указанного назначения с одновременным улучшением его эксплуатационных характеристик.

Техническими результатами, достигаемыми при реализации изобретения, в частности, являются, повышение уровня развязки, уменьшение габаритов и массы устройства, повышение надежности функционирования, способность работать при повышенных уровнях мощности СВЧ, уменьшение времени переключения режимов.

Влияние на получение указанных технических результатов оказывают следующие существенные признаки. Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании короткого отрезка прямоугольного волновода, внутри которого размещены одна или несколько металлических пластин, разнесенных на одну четверть длины волны в прямоугольном волноводе с возможностью их поворота на девяносто градусов.

На Фиг.1-2 приведена простейшая конструкция волноводного выключателя с одной контактной металлической пластиной. На Фиг.3-4 - более совершенная конструкция волноводного выключателя, рассчитанная на работу в широкой полосе частот при повышенных уровнях мощности и обладающая значительно большим затуханием.

В простейшем варианте волноводного выключателя, показанном на Фиг.1-2, использован стандартный прямоугольный волновод 1 со стандартными фланцами 2. Металлическая пластина 3 с размерами, несколько меньшими размеров волноводного канала сечением a×b, установлена перпендикулярно продольной оси волновода 1 с возможностью поворота в направлении волноводного канала на девяносто градусов (это положение пластины 3 показано пунктиром). Для обеспечения поворота пластина 3 снабжена двумя полуосями 4, проходящими через отверстие 5 в узких стенках прямоугольного волновода. Поворот металлической пластины осуществляется парой рычагов 6, которые жестко соединены с полуосями 4. Для фиксации пластины 3 в вертикальном положении служат ограничительные выступы 7 на широких стенках волновода 1.

При повороте рычагов 6 на девяносто градусов плоскость пластины 3 будет параллельна широким стенкам прямоугольного волновода. Для фиксации пластины 3 в горизонтальном положении служат цилиндрические упоры 8, установленные в отверстия в узких стенках волновода и закрепленные снаружи гайками 9. Для надежной фиксации пластины 3 в двух крайних положениях служат цилиндрические пружины 10, один конец которых закреплен на волноводе 1, а другой - на рычагах 6.

Степень ослабления мощности СВЧ, просачивающейся через заслонку (пластину 3, располагаемую вертикально), зависит от качества электрического контакта пластины 3 с широкими стенками прямоугольного волновода 1. При наличии в местах соприкосновения контактных пружин 11 ослабление мощности СВЧ составляет 30-40 дБ.

Очевидно, что для получения требуемого ослабления в 120-140 дБ можно установить несколько заслонок (пластин 3), расположенных вертикально. На Фиг.3-4 приведена конструкция волноводного выключателя с четырьмя металлическими пластинами, оптимизированная не только под требуемое ослабление, но и с учетом других факторов: уровня мощности СВЧ, согласования в рабочей полосе частот, времени переключения, надежности функционирования и т.д.

Так, для предотвращения искрений при коммутациях в условиях высокого уровня мощности, электрический контакт металлической пластины с широкими стенками прямоугольного волновода улучшен за счет введения полуволновых дросселей 12, размещаемых с внешней стороны широких стенок волновода 1.

При работе волноводного выключателя в режиме пропускания, когда пластина 3 устанавливается параллельно широким стенкам волновода, она, обладая конечной толщиной t, вносит в тракт некоторое рассогласование. Однако при установке нескольких металлических пластин на расстоянии S в одну четверть средней длины волны в волноводе λв_ср это рассогласование можно существенно уменьшить. Кроме того, согласование можно улучшить еще и за счет оптимизации суммарной длины L пластин 3, которая, как известно в этом случае, должна быть кратной половине длины волны λв_ср.

Для выполнения этих условий высота волноводного канала h должна быть примерно равной одной четверти длины волны λв_ср, что достигается введением ступенчатых переходов 13. Для уменьшения времени коммутации приводной механизм волноводного выключателя должен обеспечивать одновременный перевод всех пластин 3 из одного положения в другое. Для одновременной коммутации положения пластин 3 служит направляющая рамка 14, которая, перемещаясь поступательно вдоль широкой стенки волновода, зацепляет винтами 15, пропущенными через проушины 16 в рычагах 6, переводит их в другое положение. При этом для независимого воздействия каждой пары пружин только на одну металлическую пластину тело винта 15 не должно соприкасаться со стенками проушин 16.

В качестве приводного устройства, осуществляющего перевод волноводного выключателя из одного положения в другое, может быть использован электропривод или электромагнит с преобразованием вращательного движения вала в поступательное движение направляющей рамки 14. Электропривод или электромагнит нужен только для перевода волноводного выключателя из одного состояния в другое. Надежная фиксация состояний обеспечивается упругой силой пружин 10.

1. Волноводный выключатель, состоящий из отрезка прямоугольного волновода, коммутируемого элемента и приводного механизма, отличающийся тем, что коммутируемый элемент выполнен в виде металлической пластины, перекрывающей сечение волноводного канала, а приводной механизм выполнен в виде пары жестко связанных с металлической пластиной рычагов, которые под воздействием электродвигателя или электромагнита разворачивают металлическую пластину на 90°, ориентируя плоскость металлической пластины либо перпендикулярно продольной оси прямоугольного волновода, либо параллельно его широким стенкам, причем фиксация положений металлической пластины осуществляется цилиндрическими пружинами, которые, воздействуя на рычаги, прижимают металлическую пластину к ограничительным выступам на широкой или узкой стенке прямоугольного волновода.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический контакт металлической пластины с выступами на широких стенках прямоугольного волновода улучшен за счет введения полуволновых дросселей, размещаемых на широких стенках с внешней стороны прямоугольного волновода.