Материал публикуется с любезного разрешения автора.
Многофункциональный генератор качающейся частоты 100 кГц...2 ГГц
Коммутаторы (Б7, Б9, Б11).
Александр Кравченко, Украина
E-mail: alderkra{собака}ukr.net
Январь 2005 г.
Длительные поиски, чем же коммутировать ВЧ и СВЧ сигналы в широкой полосе частот, с минимальным затуханием, не внося искажений в спектр радиосигнала (не создавая нелинейных искажений), и не используя PIN диодов, привели к использованию коммутаторов на герконах (герметичных контактах, управляемых магнитным полем). Отказ от СВЧ PIN диодов (в коммутаторах) обусловлен, во первых дефицитностью этих элементов на время разработки коммутаторов, во вторых PIN диоды работают как линейный резистор только на частотах свыше 10...20 МГц, а в ГКЧ необходимо коммутировать радиосигналы частотой от 100 кГц и выше. Пробы применить в коммутаторах переключающие диоды с проходной емкостью 0,5...1 пФ приводили к большой неравномерности частотных характеристик, в результате действия отраженных сигналов, так как затухание закрытых диодов на высоких частотах, из за сравнительно большой проходной емкости мало.
Эксперименты с СВЧ (до 1,2 ГГц) показали, что если в коаксиальный тракт (например в разрыв центрального провода радиочастотного кабеля) включать элемент не коаксиальный - контакты электромеханического реле или отрезок провода с длиной 5...10 мм или более, то затухание и неравномерность АЧХ такого ВЧ тракта сильно возрастет с ростом частоты.
Если на геркон надеть металлическую трубку, и включить такую конструкцию в разрыв ВЧ тракта, то коаксиальность такого ВЧ тракта не нарушиться, при замкнутых контактах геркона. При разомкнутых контактах, затухание достаточно большое, так как проходная емкость геркона с разомкнутыми контактами не превышает 0,1...0,2 пФ.
Схемы коммутаторов Б7, Б9, Б11 изображены на рис.21.
В коммутаторе Б7, выводы пяти герконов подключены к одной полосковой линии. Такую конструкцию коммутатор имеет потому что невозможно подключить пять герконовых реле в одну точку - в одной плоскости, из-за их габаритов. Если же все таки подключить объемным способом, то в месте подключения возрастет емкость, нарушается коаксиальность и увеличивается неравномерность АЧХ ВЧ тракта.
В коммутаторе Б7, при включении одного из пяти диапазонов ГКЧ, замыкаются контакты одного из герконов GK1-GK5. Напряжение питание +12В, для схемы коммутатора, подается на контакт 1 блока Б7. Если включен самый высокочастотный диапазон (>1000 МГц), то СВЧ сигнал пройдет к выходу коммутатора через замкнутые контакты геркона GK5 и всю длину полосковой линии. Если включен диапазон 470...1000 МГц, то СВЧ сигнал пройдет к выходу коммутатора через замкнутые контакты геркона GK4 и часть длины полосковой линии (левее GK4, по схеме), а также пройдет по части линии, правее GK4, отразится от разомкнутого конца линии, и в точке подключения геркона GK4, сложиться с основным сигналом. Отраженный сигнал, дойдя к точке подключения GK4, получит фазовый сдвиг, так как время распространения волны - конечное. И если длина участка линии будет достаточной, для того чтобы фазовый сдвиг получился 180 градусов, при определенной частоте радиосигнала, то на этой частоте, АЧХ коммутатора будет иметь сильный провал. Для уменьшения длины линии, с той целью чтобы провал на АЧХ попадал на участок частоты выше верхней частоты включенного диапазона, для коммутатора Б7 разработаны малогабаритные герконовые коммутаторы, в которых применены герконы с длиной стеклянной колбочки 1 см. При работе коммутатора на более низкочастотном диапазоне, когда замкнут один из герконов GK1-GK3, длина разомкнутого на конце участка линии увеличится, и частота провала на АЧХ понизится, но эта частота провала всегда будет выше верхней частоты включенного диапазона частот.
В коммутаторе Б9, в зависимости от поступления, или не поступления команд (+12 В) на контакты 3 и 4, герконы GK1-GK4 замыкаются в нужной комбинации, пропуская радиосигнал с одного из двух входов на один из двух выходов. В Б9, также как и в Б7, все герконы подключены к одной полосковой линии, но в разных режимах коммутатора Б9 линия всегда нагружена.
Коммутатор Б11 пропускает сигнал ГКЧ с одного из двух входов на выход, в зависимости от команд, поступающих на контакты 1 и 2.
В коммутаторах Б7 и Б9, применены герконы с длиной стеклянной колбочки 2 см. На стеклянные колбочки герконов надеты трубки из тонкой меди или латуни. Внутренний диаметр трубок приблизительно равняется наружному диаметру герконов. Трубки соединены пайками с корпусной частью плат. На трубки надеты катушки управления герконами. Диаметр каркасов катушек для герконов длиной 2 см - 14 мм., длина намотки - 9 мм. Диаметр каркасов катушек для герконов длиной 1 см - 9 мм., длина намотки 8 мм. Катушки мотают в навал проводом диаметром 0,08 мм до заполнения каркаса. Для герконов меньшего размера, металлические трубку можно использовать, как основание каркаса, а один вывод катушек подпаивать к металлической трубке. Герконы с катушками большего размера, должны срабатывать при напряжении на катушках 4...6 В, а герконы с катушками меньшего размера - при напряжении около 9 В. В случаи отличия напряжений от указанных необходимо, в схемах коммутаторов необходимо подобрать сопротивления резисторов, включенных последовательно с катушками.
На рис.22 изображена печатная плата коммутатора Б7. На рис.23 изображен участок платы коммутатора Б9, на котором расположены герконы с катушками. Конструкция платы коммутатора Б11 аналогична конструкции участка платы коммутатора Б9, изображенной на рис.23. Платы всех троих коммутаторов помещены в экранирующие корпусы из металла, или фольгированного стеклотекстолита. Входные разъемы блока Б9 установлены на стенке корпуса, расположенной перпендикулярно стенке с установленным выходным разъемом. Плата блока Б9 устанавливается в корпусе так, чтобы центральные выводы входных разъемов вставились в отверстия, просверленные в плате. В коммутаторе Б11, одним из входов является гнездо, выступающее на переднюю панель ГКЧ.
