1.3 Коммутаторы

1.3.1 Коммутаторы с параллельным включением диодов

Начнем рассмотрение с двухпозиционных коммутаторов, которые имеют достаточно широкое применение, как законченные функциональные элементы и входят в состав более сложных многопозиционных коммутаторов. Двухпозиционный коммутатор можно рассматривать, как сочетание Т-соединения и двух выключателей (рисунок 1.9).

Рис. 1.9. Двухпозиционный коммутатор.

Вид Т-соединения и расстояние от плоскости его симметрии до выключателя зависит от вида последнего. На рисунке 1.10 показан вариант коммутатора с использованием выключателей на параллельно вклю­ченных диодах.

Рис. 1.10. Двухпозиционный коммутатор на выключателях, с параллельно вклю­ченными диодами: а) схема электрическая принципиальная;

б) эквивалентная схема закрытого плеча.

При условии, что - четвертьволновый отрезок микрополосковой линии от точки разветвления до точки включения переключательного диода, можно рассматривать короткозамкнутой линией, входное сопротивление которой в плоскости разветвления бесконечно велико, в следствии чего закрытое плечо коммутатора не шунтирует открытое плечо.

С учетом того, что , потери запирания . Сравнивая с выражением (1.6), замечаем, что потери запирания коммутатора на 6 дБ превышают потери запирания выключателя: одиночного диода, включенного в линию с тем же волновым сопротивлением.

Если емкость диода скомпенсирована параллельным шлейфом (см. рисунок 1.10.), то в режиме пропускания плечо коммутатора можно представить как два синхронно настроенных параллельных контура с четвертьволновой связью (рисунок 1.11).

Рис. 1.11. Эквивалентные схемы представления открытого плеча двухпозиционного коммутатора.

Первым параллельным контуром является представленная ранее короткозамкнутая линия четвертьволновой длины, с единичной нормированной волновой проводимостью, подключенной к месту разветвления. Добротность этого контура равна .

При одинаковых нагруженных добротностях контуров потери пропускания схемы равны:

. (1.18)

Требования одинаковой добротности контуров накладывают ограничения на максимальное значение емкостной проводимости диода. При неограниченном уменьшении проводимости индуктивного шлейфа Вш (см. рисунок 1.11.) добротность контура стремится к значению Вд/2 и оно не должно превышать значение , отсюда Вд .

При одинаковых добротностях контуров, с учетом частотных свойств соединительной четвертьволновой линии, добротность образованного фильтра будет равна:

. (1.19)

Для примера рассмотрим коммутатор на основе Т-соединения, в котором емкостная проводимость диода на средней частоте = 0,316. В основу синтеза положим выражение (1.4), которое для конкретного значения нагруженной добротности контура, состоящего из емкости диода и компенсирующего шлейфа , можно привести к виду:

. (1.20)

На рисунке 1.12 представлены графики, построенные для двух отношений /Вш (0,75; 0,5), реально используемых на практике.

Рис. 1.12. Графики для определения волновой проводимости шлейфа Вш, по известной величине реактивной проводимости диода .

Таким образом, если принять отношение Вд I Вш = 0,75, что соответствует электрической длине шлейфа: или, учитывая, что , то Вш= 0,79, что соответствует волновому сопро­тивлению = 63,3 Ом.