Компания Dow-Key Microwave [1], основанная в 1945 году Гордоном Доу, – старейший производитель переключателей в США. Компания разрабатывает и выпускает полный спектр электромеханических переключателей радиочастотного и микроволнового диапазонов гражданского, военного и космического назначения. В ее портфеле более 10 тыс. уникальных моделей переключателей, коммутационных коаксиальных и волноводных матриц, коммутируемых аттенюаторов и линий задержки на диапазон от 0 до 40 ГГц (рабочая частота некоторых моделей достигает 70 ГГц). Продукция Dow-Key Microwave отличается повышенной стойкостью к вибрациям и механическим ускорениям, к климатическим и радиационным воздействиям: характеристики переключателей гарантированы в диапазоне температур -25…65°С или -55…85°С при допустимом уровне вибраций до 100 g. Выпускаемые изделия сертифицированы в соответствии со стандартами ISO 14001, AS9100/ISO-9001, ISO 9001:2000 и соответствуют европейским экологическим нормам.
Dow-Key Microwave входит в состав международного холдинга Dover Corporation, годовой оборот которого превышает 6,5 млрд. долл. Холдинг координирует деятельность множества компаний различного профиля, среди которых K&L Microwave, Vectron International, Dielectric Laboratories, Novacap, Syfer Technology, Voltronics Corp. и другие.
Основные характеристики серийных моделей
Вопросы терминологии в области СВЧ-переключателей и сравнительные характеристики изделий мировых производителей обсуждались в [2]. Фирма Dow-Key Microwave в настоящее время выпускает свыше 1600 моделей микроволновых электромеханических переключателей, которые различаются по следующим показателям:
* диапазон частот входного сигнала ∆f;
* допустимая мощность входного коммутируемого радиосигнала Pвх. Ее значение в микроволновых переключателях ограничено явлениями пробоя в диэлектрике и соединителях, рассеянием мощности из-за скин-эффекта в контактирующих поверхностях и их омического сопротивления. С ростом рабочей частоты f допустимая входная мощность Pвх уменьшается (рис.1). Кроме того, она зависит от вида соединителя (SC, TNC, SMA и т.д.), от используемых материалов, конструктивного исполнения линии и контактной зоны переключателя, а также от вида входного сигнала (непрерывный или импульсный);
* конфигурация (число направлений и положений, например SPDT, Single-Pole-Double-Throw — однополюсный на два направления; DPDT, Double-Pole-Double-Throw — двухполюсный на два направления; 32×48 и т.п.);
* максимальный коэффициент стоячей волны напряжения (КСВН);
* ослабление в разомкнутом состоянии Iso (Isolation), потери в замкнутом состоянии IL (Insertion Loss);
* длительность переключения τпер;
* вид соединителей;
* вид цепи управления;
* износостойкость (ИзСт);
* напряжение электропитания и стандартные уровни управляющих сигналов;
* стойкость по отношению к внешним воздействиям (вибрациям, ударам, вариациям температуры окружающей среды ∆Т);
* дополнительные функциональные возможности (включение в разрыв линии, by-pass; согласование неактивных портов; возможность реконфигурирования; наличие цепей сигнализации о состоянии контактов; варианты управляющих сигналов и др.).
Параметры некоторых моделей микроволновых переключателей компании Dow-Key Microwave представлены в таблице.
Переключатели одной радиочастотной линии
Коаксиальные переключатели SPDT (рис.2) имеют общий радиочастотный порт С, который может быть соединен с портом 1 или 2 (рис.3а). Переключатели DPDT имеют две пары портов, соединяются порты J1/J2 и J3/J4 или J1/J3 и J2/J4. Неактивные порты замыкаются на встроенные согласующие резисторы (обычно с сопротивлением 50 Ом), на короткозамыкающие цепи или остаются разомкнутыми (рис.3б). Устройство переключения (актюатор) может быть роторного или плунжерного (релейного) типа. Управляющая цепь актюатора выполняется с запоминанием состояния при снятии управляющего воздействия (Failsafe); с возможностью переключения на заданное время при поступлении фронта управляющего воздействия (Pulse Latching); с возвращением переключателя в исходное состояние при снятии воздействия (Self Cutoff); с нормально разомкнутыми контактами или с ручным управлением. В отдельных моделях к обмотке управления подключаются диоды, подавляющие колебательные процессы. В ряде моделей предусмотрены дополнительные контакты (опция), которые служат для поддержки электронной или оптической цепи индикации состояния переключателя.
Пример коаксиального переключателя – SPDT серии 909, предназначенный для частот от 0 до 26,5 ГГц. Переключатели этой серии снабжены соединителями типа 3,5-мм. Диапазон рабочих температур -55…85°С, вибростойкость достигает 20 g, износостойкость – 1 млн циклов. Потребляемый ток при напряжении 28 В составляет 95 мА. На частоте 10 МГц ослабление в разомкнутом состоянии Iso = 100 дБ, КСВН = 1,05:1, потери в замкнутом состоянии IL = 0,05 дБ; на частоте 18 ГГц Iso = 70 дБ, КСВН = 1,4:1 и IL = 0,4 дБ; на частоте 26,5 ГГц значения этих параметров составляют 40 дБ, 1,8:1 и 0,7 дБ соответственно.
Многопозиционные коаксиальные переключатели (рис.4) различаются по числу положений (от 3 до 14). Они характеризуются: верхней границей рабочей полосы частот (до 6,5, 18, 26 или 40 ГГц); видом соединителя; допустимой входной мощностью; видом управляющей цепи и стандартом уровней сигнала управления; наличием цепи индикации состояния контактов; интервалом рабочих температур, временем переключения, влагостойкостью или типом герметизации; обратной полярностью напряжения питания и др. Так, полоса частот SP6T переключателей серии 561 составляет от 0 до 18 ГГц. Ослабление в разомкнутом состоянии на верхней частоте Iso = 60 дБ; КСВН = 1,6:1; IL = 0,5 дБ. Допустимая входная мощность на верхней частоте в непрерывном режиме Pвх = 100 Вт. Время переключения при нормально открытых контактах составляет 20 мс. Переключатель может присоединять до шести антенн к мощному передатчику. Кроме того, его можно использовать в качестве стандартного компонента мощного переключаемого блока фильтров.
Масса многопозиционных переключателей космического назначения (серии 431НС-730822, 6L3P-280 и др.) не превышает 100 г, износостойкость достигает 2 млн. циклов.
Волноводные переключатели (рис.5) имеют повышенную коммутируемую мощность (до 180 кВт в импульсе на частоте 18 ГГц), малые потери в замкнутом состоянии (IL < 0,1 дБ), высокую изоляцию (Iso > 60 дБ), расширенный температурный диапазон. Они могут работать в миллиметровом диапазоне длин волн. Dow-Key Microwave выпускает переключатели на основе волноводов моделей WR-284, -187, -137, -112, -90, -75, -62, -42, -34, -28 и -15.
Переключатели перекрывают диапазон частот 2,6–75 ГГц.
В серии 33D, предназначенной для частот 3,5–8,2 ГГц, используется двойной гребенчатый волновод WRD350D24, в серии 30D на диапазон рабочих частот 7,5–18 ГГц – подобный волновод WRD750D24.
При повороте роторной вставки на 120° волноводный переключатель эквивалентен SPDT-устройству (тип Т) c тремя портами, при повороте на 90° – DPDT-устройству с четырьмя портами. Гарантированная износостойкость волноводных переключателей достигает 200 тыс. циклов, время переключения – 100–500 мс в зависимости от размера волновода. Большинство моделей волноводных ключей сертифицированы для применения в космической аппаратуре по стандарту MIL-S-55041. Их масса составляет 90–120 г.
Среди специализированных переключательных изделий можно выделить: микроэлектромеханические (МЭМС); шунтирующие (by-pass); коммутируемые линии задержки. К МЭМС-моделям относится переключатель типа M1C06-CDK2 с полосой частот 0–6,5 ГГц, временем переключения менее 100 мкс, износостойкостью 100 млн. циклов, ударопрочностью 20 g, рабочим интервалом температур -40…85оС, Iso = 40 дБ и IL = 0,5 дБ на верхней частоте.
Шунтирующие переключатели предназначены для включения в разрыв СВЧ-цепи малошумящего усилителя или частотного фильтра (рис.6) либо для замыкания портов таких узлов. Так, для by-pass-переключателей серии 411FL на верхней частоте 4 ГГц и в диапазоне температур -25…65оС Iso = 80 дБ, IL = 0,25 дБ, ударопрочность – 50 g, износостойкость – 2 млн. циклов. Программируемая линия задержки серии 8001 (заказная) в полосе частот 0…18 ГГц позволяет изменять запаздывание сигнала от 0 до 200 нс с шагом 10 пс. Допустимая входная мощность достигает 10 Вт в непрерывном и 50 Вт в импульсном режиме.
Переключательные матрицы
Переключательные матрицы (рис.7) отличаются большим числом входных и выходных портов, соединяемых между собой в заданных комбинациях. Изделия этого типа дополнительно характеризуются такими параметрами, как:
* число сочетаний соединяемых портов (в ряде моделей оно достигает максимума);
* обеспечение близких значений коэффициентов передачи и входных импедансов по всем путям соединений и для комбинаций всех вариантов;
* обеспечение одновременности срабатывания всех переключателей для исключения скачков входных и выходных сигналов на портах.
Для минимизации и выравнивания потерь в замкнутом состоянии IL на множестве состояний в коаксиальных и волноводных переключательных матрицах используется патентованное техническое решение DowKey™IN-LINE. Одинаковое число входных и выходных портов обеспечивает структура переключательных матриц типа Full fan-out™.
Компания выпускает модели, в которых используется до 150 одновременно переключаемых цепей с полосой частот от 0 до 18 или до 26,5 ГГц. Предусмотрена возможность реконфигурирования матрицы соединениями на задней панели.
Матричный блок серии 4101-N/10-EWEB с конфигурацией 10×10 функционирует в полосе частот 0–18 ГГц и диапазоне температур 0…50°С. На верхней частоте по всем допустимым комбинациям обеспечивается Iso = 50 дБ, КСВН = 1,8:1, IL = 6 дБ. Блок имеет ЖК-индикатор. Предусмотрена возможность работы с шинами стандартов CAN, RS-232, RS-485, GPIB, Ehternet 10/100.
Мощные переключатели (рис.8) отличаются повышенной допустимой входной СВЧ-мощностью. Так, Pвх модели серии 800 составляет 4,5 кВт на частоте 200 МГц, 1,5 кВт на 1 ГГц и 500 Вт на 6,5 ГГц. Заметим, что для верхней частоты 6,5 ГГц параметр Iso достигает 70 дБ. Допустимая коммутируемая мощность переключателей серии 417LP на частоте 2 ГГц составляет 1 кВт. Ударопрочность этих изделий – 50 g, износостойкость – 1 млн. циклов.
Коммутационные электромеханические СВЧ-изделия фирмы Dow-Key Microwave занимают ведущее положение на мировом рынке компонентов, переключающих цепи СВЧ с частотами от 0 до 40 ГГц, а волноводные – с частотами до 70 ГГц при входной мощности до 500 Вт для частоты 6,5 ГГц и 180 кВт в импульсе для частоты 18 ГГц. Типовое время переключения не превышает 20 мс (для МЭМС изделий – не более 100 мкс), типовая износостойкость – 1 млн. циклов (для МЭМС изделий – 100 млн. циклов). Компания также выпускает сегменты переключательных матриц, в том числе с произвольными комбинациями соединений входных и выходных цепей и с выравниванием затуханий по установленным путям. Компания поставляет и коммутационные СВЧ-изделия для космической и военной аппаратуры с повышенными требованиями к массогабаритным показателям, энергопотреблению и стойкости к дестабилизирующим факторам.
Приобрести изделия компании Dow-Key Microwave можно с помощью ее официального представителя в России [3].
Литература
1. www.dowkey.com
2. Белов Л. Переключатели сверхвысокочастотных сигналов. – Электроника: НТБ, 2006, №1, с. 20-26.
3. www.radiocomp.net