Антенні перемикачі

1. Антенні перемикачі радіолокаційних станцій, використовуючих загальну антену для передачі і прийому, служать для автоматичного перемикання антени з виходу передавача до входу приймача. Під час передачі енергія НВЧ коливань, створювана передавачем, повинна надходити в антену і не просочуватися на вхід приймача, щоб захистити вхідні кола приймача від пошкодження. При переході РЛС на прийом, надходить від антени сигнал не повинен поглинатися в ланцюгах генератора, а з мінімальними втратами надходити на вхід приймача.

Рис. 6.9. Шлейфовий антенний перемикач

Рис 6.10. Хвилепровідий антенний перемикач.

Враховуючи, що передавач РЛС середньої потужності генерує імпульси з потужністю в декілька сотень кіловат, а допустима потужність на вході приймального пристрою повинна бути менше 100 мВт, визначаємо порядок величини перехідного загасання, необхідного від антенного перемикача,

З умови мінімальних втрат випливає, що лінія передачі повинна працювати в режимі узгодження як під час прийому, так і під час передачі, з урахуванням елементів антенного перемикача. Час перемикання РЛС з одного режиму на інший має бути порядку долі мікросекунди.

Основним елементом антенного перемикача є керований елемент: газовий розрядник, напівпровідниковий прилад або феритовий елемент.

2. Газовий розрядник являє собою балон, наповнений сумішшю водню або аргону з парами води при тиску порядку 3...30 мм. рт. ст. В балоні змонтовані два конусоподібних електровода з дисковими висновками для приєднання до ланцюгів НВЧ і електрод допоміжного підпалу. Завдяки електроду допоміжного підпалу в балоні виникає тліючий розряд, що створює резерв вільних електронів усередині розрядника, за рахунок яких прискорює виникнення розряду між основними електродами при появі на них імпульсу передавача.

Схеми антенних перемикачів діляться на два типи: шлейфного (відгалужувального) і балансні.

3. Шлейфовий перемикач (рис. 6.9) містить розрядники, включені в відрізки лінії (відгалуження або шлейфи), приєднані паралельно головному фідеру. Розрядник Р₁ званий разрядником захисту приймача (РЗП), включений в відгалуження до приймача на відстані Ʌ/4 від місця приєднання відгалуження до головного фідера. Розрядник Р_2, званий разрядником блокування передавача (РБП), включений у замкнутий на кінці відгалуження (напівхвильовий шлейф) иа відстані Ʌ/4 від місця приєднання відгалуження до головного фідера. Відстань між місцями приєднання двох відгалужень рівне Ʌ/4.

При надходженні в антенний перемикач потужного імпульсу від передавача в розрядниках виникає газовий розряд і їх опору R_р різко зменшується. Завдяки тому, що розрядники підключені до головному фідера через відрізки ліній довжиною Ʌ/4, вхідні опори Р_вх цих ліній в місці їхнього приєднання до головного фідера вельми великі (Р_вх = W²/R_р), і відгалуження не створюють перешкод для проходження імпульсу від передавача до антени. Розрядник захисту приймача вносить велику загасання (3.14). в лінію, приєднуйся приймач, і тим захищає вхід приймача від потужного сигналу.

(6.3)

У режимі прийому, коли від антени надходить невелика потужність, газовий пробій в розрядниках не виникає і прийнятий антеною сигнал безперешкодно проходить по відгалуженню в приймач і не надходить в ланцюзі передавача, так як коротке замикання на кінці шлейфа, що знаходиться на відстані Ʌ/2 + Ʌ/4 від місця приєднання відгалуження до приймача, трансформується в дуже великий опір, відключаючого ланцюга передавача від антени.

В діапазоні сантиметрових хвиль функції резонансних чверть-хвильових відрізків ліній виконують об'ємні резонатори, усередині яких поміщається розрядник. Зв'язок резонатора з лінією передачі здійснюється за допомогою петлі зв'язку або щілини. Розрядники перемикачів передавача містять один елемент зв'язку, а в перемикачі приймача є два елементи зв'язку.

Схема конструкції антенного перемикача в хвилеводній лінії показана на рис. 6.10, де 1 - розрядник передавача; 2 - розрядник приймача.

4. Балансовий антенний перемикач будується на основі містових пристроїв СВЧ. На рис. 6.11 схематично показаний балансовий перемикач, що з двох щілинних мостів М₁ і М₂ і двох газових розрядників Р₃ і Р_4, розташованих на однаковій відстані від моста. У режимі передачі, коли з боку плеча 1 моста М₁ подається потужний сигнал від передавача, обидва розрядника грають роль коротких замикань, що відбивають всю енергію. Оскільки поділ потужності в щелевом мості супроводжується зрушенням по фазі на π/2, то і відбиті від розрядників хвилі матимуть фазовий зсув π /2, а проходячи назад через міст М₁ отримають ще раз зміщення на π/2, в результаті чого в плечі 1 хвилеводи будуть зміщені на π, т. е. контрфазни, а в плечі 4 будуть синфазні. Завдяки цьому вся потужність передавача надходить в плече 4,прямуюче до антени.

Рис. 6.11. Балансовий антенний перемикач

Невеликі частини потужностей, що пройшли їх через розрядники, надходять на міст М₂ і в силу фазових відношень, аналогічних розглянутим вище, складаються в плечі 3, де включена узгоджена навантаження, і віднімаються в плечі 2, завдяки чому, в ідеальному випадку, енергія на вході приймача, підключеного до плеча 2, дорівнює нулю.

У режимі прийому, коли розрядники погашені, сигнал з антени, що поступає з боку плеча 4 мости М₁, ділиться на дві рівні частини, зміщені по фазі на π/2, які складаються в другому мості М₂ так, що сигнал проходить тільки в плече 2 моста М₂, т. е. на вхід приймача.

На відміну від шлейфового перемикача, балансовий антенний перемикач не містить резонансних відрізків передавальних ліній і його робоча смуга частот визначається, в основному, шірокополос- ністю щілинних мостів.

Крім щілинних мостів в балансних перемикачах можуть при змінюватися також кільцеві мости, спрямовані відгалужувачі та ін.

Замість газових розрядників в антенних перемикачах можна використовувати керовані елементи у вигляді напівпровідникових при борів або ферритові пристрою.