29.10.Антенные переключатели
В большинстве антенных переключателей используют специальные электровакуумные приборы - газовые разрядники. Резонансный волноводный газовый разрядник - отражающий выключатель, показанный на рис.29.54, представляет собой герметичный отрезок прямоугольного волновода, заполненный смесью паров воды с аргоном или водородом при низком давлении (102…104 Па). На входе и выходе разрядника установлены резонансные диафрагмы, герметизированные пластинками из стекла или керамики (так нaзываемые «окна»). Внутри разрядника на средней линии широкой стенки волновода на расстоянии λв /4 один от другого и от окон связи располагаются конусные разрядные электроды, представляющие собой при отсутствии разряда емкостные штыри. Разрядные электроды совмещают с согласующими индуктивными диафрагмами, дополняющими схемы замещения электродов до параллельных резонансных контуров. Для слабых проходящих сигналов разрядник представляет собой полосовой фильтр с четвертьволновыми связями, имеющий относительную полосу пропускания 5…10%. Переключение разрядника на отражение сигнала происходит автоматически под действием мощного сигнала передатчика.
Рис.29.54. Резонансный газовый разрядник и его условные обозначение: 1 - резонансные «окна»; 2 - конусные электроды; 3 - индуктивная диафрагма; 4 - электрод поджига
Для уменьшения порога срабатывания внутри одного из электродов может создаваться слабый тлеющий разряд за счет тока управления. При появлении мощного импульса СВЧ возникает разряд между конусами с поджигающим электродом. Затем пробивается вторая пара разрядных электродов, оказавшаяся в пучности стоячей волны, после чего возникает разряд на входном окне, создающий короткое замыкание для импульса СВЧ в плоскости входного окна. Время включения резонансных разрядников порядка 10-8 с. При выключении мощного сигнала СВЧ происходит деионизация газа в разряднике и за время 10-5…10-6 с разрядник включается на пропускание сигнала.
На дециметровых и более длинных волнах применяются двухполюсные газовые разрядники - разрядники-вставки в виде стеклянных газонаполненных трубок с разрядными электродами. Такие разрядники включаются параллельно или последовательно в линию передачи и в совокупности с набором пассивных элементов тракта могут образовать устройство, эквивалентное рассмотренному резонансному разряднику.
Антенные переключатели могут быть собраны по ответвительной и по балансной схеме. Ответвительный переключатель (рис.29.55.а) содержит разрядник защиты приемника в ответвлении приемника и последовательно включенный разрядник-вставку в цепи передатчика. Чтобы устранить влияние канала приемника на работу передатчика и канала передатчика на работу приемника, точки включения разрядников защиты приемника и блокировки передатчика смещены от ответвления на расстояния соответственно λв/4 и λв/2. При генерации импульса передатчика оба разрядника пробиты и имеют малые сопротивления (практически короткое замыкание). Импульс передатчика проходит в антенну; канал приемника, закороченный разрядником защиты приемника, при этом играет роль четвертьволнового изолятора. При неработающем передатчике разрядник его блокировки разомкнут и высокое сопротивление этого разрядника трансформируется через отрезок линии передачи длиной λв/2 в условие холостого хода в точке разветвления; канал передатчика не шунтирует тракт приемника. Антенные переключатели ответвительного типа имеют следующие недостатки: разнотипные разрядники, заметное ослабление мощности при передаче, недостаточно высокая развязка приемника от передатчика, ограниченная широкополосность.
Рис.29.55. Ответвительная (а) и балансная (б) схемы антенных переключателей
Эти недостатки устранены в балансных антенных переключателях (рис.29.55.б), содержащих два направленных ответвителя с равным делением мощности, пары развязанных входов которых соединены между собой отрезками линии передачи с включенными в них резонансными разрядниками. Рассматривая прохождение сигналов в этих схемах при включенных и выключенных разрядниках с учетом свойств 3-дБ направленных ответвителей, можно убедиться в том, что:
- мощность импульса передатчика делится первым ответвителем пополам и поджигает разрядники, отраженные от разрядников импульсы вновь проходят через первый ответвитель и суммируются в антенне. Ко входу первого ответвителя, соединенному с передатчиком, отраженные импульсы поступают в противофазе и компенсируются, так что в канале передатчика нет отраженной волны;
- колебания, просочившиеся через резонансные разрядники в режиме передачи, суммируются вторым направленным ответвителем на выходе с согласованной нагрузкой и взаимно компенсируются на выходе, соединенном с приемником;
- при неработающем передатчике сигналы, принятые антенной, свободно проходят через разрядники и суммируются в приемнике; в балластную нагрузку сигналы приходят в противофазе и компенсируются, так что потерь при приеме сигнала нет;
- канал передатчика при работе на прием изолирован от приемного тракта согласно свойству развязки направленного ответвителя. Вследствие направленности ответвителей балансные переключатели увеличивают развязку входа приемника от выхода передатчика на 7…10 дБ.
Рис. 29.56. Балансный переключатель на двух щелевых мостах
На рис.29.56 показан эскиз конструкции балансного антенного переключателя с использованием щелевых мостов и сдвоенного резонансного разрядника. Газовое наполнение в каналах сдвоенного разрядника одинаковое благодаря отверстию в общей стенке. Рабочие характеристики каналов сдвоенного разрядника практически идентичны, что повышает качество работы антенного переключателя как при передаче, так и при приеме.