具有共同冗余的多极多位置微波开关

1.一种多极多位置微波开关系统，具有共同的冗余，其特征在于，它 包括：外壳；安装在所述外壳上的第一RF输入连接器、第二RF输入连接 器和第三RF输入连接器；安装在所述外壳上的第一RF输出连接器、第二 RF输出连接器和第三RF输出连接器；连接在所述第一RF输入连接器和所 述第一RF输出连接器之间的第一RF开关；连接在所述第二RF输入连接 器和所述第二RF输出连接器之间的第二RF开关；连接在所述第三RF输 入连接器和所述第三RF输出连接器之间的第三RF开关；安装在所述外壳 上的冗余RF输入装置；连接在所述冗余RF输入装置和所述第一RF输出 连接器之间的第一控制开关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第二RF 输出连接器之间的第二控制开关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第三 RF输出连接器之间的第三控制开关；能够单独控制每个所述RF开关和每 个所述控制开关的、用于命令每个所述RF开关和每个所述控制开关的装 置。
2.如权利要求1所述的多极多位置微波开关系统，其特征在于，它还 包括：安装在所述外壳上的第四RF输入连接器和第四RF输出连接器；连 接在所述第四RF输入连接器和所述第四RF输出连接器之间的第四RF开 关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第四RF输出连接器之间的第四控 制开关。
3.如权利要求2所述的多极多位置微波开关系统，其特征在于，它还 包括：安装在所述外壳上的第五RF输入连接器和第五RF输出连接器；连 接在所述第五RF输入连接器和所述第五RF输出连接器之间的第五RF开 关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第五RF输出连接器之间的第五控 制开关。
4.如权利要求3所述的多极多位置微波开关系统，其特征在于，它还 包括：安装在所述外壳上的第六RF输入连接器和第六RF输出连接器；连 接在所述第六RF输入连接器和所述第六RF输出连接器之间的第六RF开 关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第六RF输出连接器之间的第六控 制开关。
5.如权利要求4所述的多极多位置微波开关系统，其特征在于，它还 包括：安装在所述外壳上的第七RF输入连接器和第七RF输出连接器；连 接在所述第七RF输入连接器和所述第七RF输出连接器之间的第七RF开 关；连接在所述冗余RF输入装置和所述第七RF输出连接器之间的第七控 制开关。

本发明涉及一种多极多位置微波开关系统(multipole multiposition microwave switch system)的革新及新颖的系统，该多极多位置微波开关系统 综合多个高功率RF传输线路开关而作为一个机械组件(mechanical assembly) 并给系统赋予能够向高功率RF传输线路开关分别提供冗余(redundant)动作 的能力。
本发明为了形成单一单元的多极-(多+1)掷(multiple-pole-(multiple +1)-throw)[(N)P(N+1)T]的多极多位置微波开关系统，本发明特别地组 合3个或3个以上的单极双掷(single-pole-double-throw)[SPDT]开关和 一个单极多掷[SPMT]开关的相互连接能力(connectibility)。在本发明中，由于 字母M表示提供给开关内的掷数，因此，所谓的SPMT术语为单极双掷[SPDT] 开关、单极三掷[SP3T]开关、单极四掷[SP4T]开关、单极五掷[SP5T]等开关 中的任一个。字母N表示用于识别同轴连接单元(coaxial connecting units)个数 的变量。
使用RF同轴开关来作为在发射机和接收机之间用于开关一个天线的发 射接收开关及多种传输目的(transfer purposes)。为了作为普通冗余系统进行传 送和接收，各种所述发射接收开关偕同备用装置。当为了兼容动作的复杂度 而和备用装置一起增加发射接收开关的个数时，同一个SPMT开关一起组合 多个SPDT开关。这种组合的一个例子是成为连接在一个SP4T开关上的4 个独立的SPDT开关的一组。当增加SPDT数量时，外部联结的数量急剧增 加。
在金属屏蔽罩的外部增加联结数量时和系统载波频率上升到更高时，渐 渐难于维持对工作信道最佳的阻抗匹配，因此难以得到信号之间的低于干扰 和低电压持续波形比(VSWR：Voltage Standing Wave Ratio)。对于非使用信道 等，也渐渐难于仍边维持良好的绝缘(isolation)边维持适当的RF电压及RF 功率处理能力。
根据上述理由，就需要一种多极多位置微波开关的新颖及革新的系统， 能够综合多个高功率RF传输线路开关而在被控制的外壳组件内作为单一的 机械组件，并给系统赋予能够向每个高功率RF传输线路开关提供冗余动作 的能力。
本发明提供一种多极多位置微波开关的新颖及革新的系统，能够组合多 个高功率RF传输线路开关而在所控制的外壳组件内作为单一的机械组件， 并且，给系统赋予能够对每个高功率RF传输线路开关提供冗余动作的能力。 本发明中，由于高频RF相互连接的大部分处于提供很好屏蔽的被控制的外 壳内部，因而能够获得信号间的低干扰。本发明中，在被控制的外壳内部， 各个相互连接是由非连接接口的硬件连接(hard wiring)而构成，因此能在各个 高频RF的相互连接之间获得较低的电压损失和较低的功率损失。
本发明的第一实施例包含包住本发明的全部组成部件的外壳。该外壳具 有保护信号免受某个外部电磁干扰的电屏蔽功能。
第一实施例为了向3个SPDT开关提供冗余而把3个SPDT开关和一个 其他的SP3T进行组合。因此，本实施例的多极多位置微波开关系统包括作 为第一RF输入连接器、第二RF输入连接器、第三RF输入连接器而被识别 的3个RF输入连接器组。这3个RF输入连接器伸出到所述外壳的外部而同 外壳的外部进行联结。这3个RF输入连接器被引入到所述外壳内，以经过 中继而到达与RF信号等相对应的RF输出连接器上。
所述外壳包括作为第一RF输出连接器、第二RF输出连接器、第三RF 输出连接器而被识别的3个RF输出连接器组。来自所述3个RF输入连接器 等的信号经过对应的3个RF输出连接器的中继而传输到所述外壳的外部。
所述3个RF输入连接器与3个RF输出连接器之间的中继机构(relay mechanism)是3个RF开关。第一RF开关连接在第一RF输入连接器和第一 RF输出连接器之间，第二RF开关连接在第二RF输入连接器和第二RF输 出连接器之间，第三RF开关连接在第三RF输入连接器和第三RF输出连接 器之间。所述3个RF开关都分别被设计为从控制单元接受命令。在本发明 的实施例中，所述控制单元既可以内置在外壳内，也可以位于外壳之外。
所述外壳包括作为冗余RF输入装置而被识别的共同RF输入连接器。 通过这样的冗余RF输入装置，使用者就能输入与所述各个RF输出连接器对 应的二次RF信号。其联结点(connecting point)一般共同存在于所述各RF输 出连接器之间。
所述冗余RF输入装置和所述各RF输出连接器之间的中继机构是3个 控制开关。第一控制开关连接在冗余RF输入装置和第一RF输出连接器之 间，第二控制开关连接在冗余RF输入装置和第二RF输出连接器之间，第三 控制开关连接在冗余RF输入装置和第三RF输出连接器之间。三个控制开关 都分别被设计为从控制单元接受命令。本发明的重要特征是，这种控制开关 放射状地配置且并联连接，在冗余RF输入连接器上具有共同接点(common point)。由此，形成3P4T多极多位置微波开关。
这些控制开关放射状地配置且并联连接，在冗余RF输入连接器上具有 共同接点，因此，本系统具有作为RF输入连接器、RF输出连接器、RF开 关和控制开关的追加设置，但是，通过把RF开关连接在RF输入连接器和 RF输出连接器之间并把控制开关连接在冗余RF输入装置和RF输出连接器 之间、把控制开关连接在冗余RF输入装置和RF输出连接器之间，而容易地 使开关容量增加。这些追加设置都放射状且并联地配置在冗余RF输入装置 的周围，由此，就能得到多极-(多+1)掷[(N)P(N+1)T]的多极多位置微 波开关系统。由此，就能在一个外壳内具有3P4T、4P5T、5P6T、6P7T、 7P8T及其以上的开关。
本发明的第二实施例还包括这样的装置：能够对各RF开关和各控制开 关发出命令，并单独地控制各RF开关和各控制开关。对各RF开关和各控制 开关发出命令的所述装置既可以容纳在外壳内，也可以另外插装在外壳的外 部。
本发明的第三实施例还包括具有两个端部的多个连接片。每个连接片都 具有两个端部，各端部都能以连接片的中央部为中心转动，以使各端部能以 枢轴(pivot)为中心自由转动。所述连接片以连接片的中央部为中心转动，以 便使连接片的一端的任何移动都受到位于相反方向的另一端的反作用。
本发明的第三实施例还包括用于命令各连接片的装置，命令各连接片对 应的RF开关和控制开关。由于连接片配置在与该连接片相对应的RF开关和 控制开关之间，因此足以切断用于进行曲柄连接的单一命令所对应的RF开 关与控制开关而成为适当的电连接。
本发明的技术领域中的现有技术是组合多个SPDT开关与一个SPMT开 关。作为这样组合的一个例子，是把4个单独的SPDT开关连接在一个SP4T 开关上的组合。具有一个SPMT开关和多个SPDT开关这样组合的一个问题 是，当SPDT的个数增加时外部联结数量急剧增加。这样，当在金属外壳外 部上联结数量增加时以及当由系统传输的信号的频率上升时，对于工作信道 而言就难于维持最佳的阻抗匹配。因此，就不能容易地获得信号之间的低干 扰和低的电压持续波形比。对于未使用信道，难于边仍然维持优秀的分离边 维持适当的RF电压和RF功率处理性能。
与现有技术不同，本发明不需要在SPDT和SPMT之间进行任何外部连 接。因此，对于工作信道而言，能够更容易地维持最佳的阻抗匹配，易于获 得信号之间的低干扰。由于减少了所需连接器个数，就能通过减轻电压损失 而提高RF功率处理效率。
作为本技术领域的另一个现有技术，是具有[2P3T]。但是，这种概念的 结构，由于开关与冗余RF连接器串联配置，因此在2P3T的开关性能上存在 限制。
与现有技术不同，新颖的本发明的鲜明的特征是，多极多位置微波开关 系统的开关与冗余RF连接器并联且放射状地配置。因此，由于各开关机构 同自己的输入和输出RF连接器一起并联且放射状地共同连接到冗余RF连接 器上，所以开关的个数就不会与自己的输入和输出RF连接器一起受到物理 上的限制。因此，本发明可以实现具有3P4T、4P5T、6P7T、7P8T及其 以上的开关这样的多种多样的多极-(多+1)掷[(N)P(N+1)T]的多极多位 置微波开关系统。而且，追加的优点是简化了本发明的装置。多个SPDT通 过本发明而组合在一个外壳内。当系统通过设计上的简化而使要求高开关频 率并在多个信道间所共有的一个冗余连接能够减轻系统故障的可能性时，该 特征特别重要。由于本发明不需要开关之间的布线，就能减少操作人员的作 业时间。
附图的简要说明：
图1是表示组合多个SPDT开关和一个SPMT开关的现有技术的示意 图；
图2是表示双极三掷[2P3T]的现有技术的示意图；
图3是4P5T的多极多位置微波开关系统的底面图；
图4是4P5T的多极多位置微波开关系统的侧面图；
图5是4P5T的多极多位置微波开关系统的平面图；
图6是4P5T的多极多位置微波开关系统的底面图；
图7是4P5T的多极多位置微波开关系统的示意图；
图8是对通过使用相应连接片来控制各个RF开关和各个控制开关的装 置进行简要表示的横截面图；
图9是4P5T的多极多位置微波开关系统的简要线路的示意图；
图10是5P6T的多极多位置微波开关系统的简要线路的示意图；
图11是5P6T的多极多位置微波开关系统的侧面图；
图12是5P6T的多极多位置微波开关系统的平面图；
图13是5P6T的多极多位置微波开关系统的示意图；
图14是6P7T的多极多位置微波开关系统的简要线路的示意图；
图15是4P5T的多极多位置微波开关系统的透视图；
本发明的这些和其他的特征及优点将通过结合权利要求及附图对本发 明的实施例的描述而得到进一步说明。
图3、图4和图5分别是多极多位置微波开关系统101的底面图、侧面 图和平面图。图3和图4表示伸出多极多位置微波开关系统101的外壳105 的标准(standard)D形连接器103。标准D形连接器103传输控制多极多位置 微波开关系统101内的多个开关等的通断的控制命令。
图3、图4和图5是多极多位置微波开关系统101的4P5T的实施例的 外观图。本实施例包括：第一RF输入连接器107和第一RF输出连接器109、 第二RF输入连接器111和第二RF输出连接器113、第三RF输入连接器115 和第三RF输出连接器117、第四RF输入连接器119和第四RF输出连接器 121、和冗余RF输入连接器123。
图6是4P5T的多极多位置微波开关系统的示意图。该图简要表示多极 多位置微波开关系统101。
如图所示，第一RF输入连接器107同第一RF开关125相连接，第二 RF输入连接器111同第二RF开关127相连接，第三RF输入连接器115同 第三RF开关129相连接，第四RF输入连接器119同第四RF开关131相连 接。同样，第一RF输出连接器109同第一连接片133相连接，第二RF输出 连接器113同第二连接片135相连接，第三RF输出连接器117同第三连接 片127相连接，第四RF输出连接器121同第四连接片139相连接。
冗余RF输入连接器123共同并联地连接在第一控制开关141、第二控 制开关143、第三控制开关145和第四控制开关147上。由于冗余RF输入 连接器123共同并联地连接在第一控制开关141、第二控制开关143、第三 控制开关145和第四控制开关147上，因此由冗余RF输入连接器123提供 的一个外部联结接点能够分别向第一控制开关141、第二控制开关143、第 三控制开关145和第四控制开关147提供冗余电气路径。
当连接片133、135、137、139曲柄连接(toggle)在与这些连接片相对 应的RF开关125、127、129、131和控制开关141、143、145、147 之间时，由RF输入连接器107、111、115、119传输的各个电气输入通过 冗余RF输入连接器123而传输给RF输出连接器109、113、117、121。
图7是简要表示另一个实施例的多极多位置微波开关系统101、即3P4T 系统的线路示意图。为了简化示意图而在图中没有表示第一、第二、第三连 接片133、135、137，而整体地表示本发明的最简单形态。
从图7可以看出，冗余RF输入连接器123共同串联分别连接在3个控 制开关141、143、145的上。
图8是简要表示用于通过对应的连接片133、135、137、139的使用 而控制各RF开关125、127、129、131和各控制开关141、143、145、 147的装置的横截面图。如图8所示，第一RF输入连接器107、第一RF输 出连接器109和冗余RF输入连接器123伸出到所述外壳105的外部。
第一控制开关141包括两个端部，一端能与冗余RF输入连接器123形 成电气接触，而另一端能与第一RF输出连接器109形成电气接触。所述第 一控制开关141由导电性物质构成，以便于当第一控制开关141的两个端部 同冗余RF输入连接器123和第一RF输出连接器109进行电气接触时，在冗 余RF输入连接器123和第一RF输出连接器109之间形成电气回路。
所述第一RF开关125包括两个端部，一端可以形成与第一RF输入连 接器107的电气接触，而另一端可以形成与第一RF输出连接器109的电气 接触。第一RF开关125由导电性物质构成，以便于当第一RF开关125的两 个端部同第一RF输入连接器107和第一RF输出连接器109进行电气接触 时，在第一RF输入连接器107和第一RF输出连接器109之间形成电气回路。
如图8所示，第一连接片133位于第一控制开关141和第一RF开关125 之间。第一连接片133包括第一连接片的第一端部149、第一连接片的第二 端部151和第一连接片的中央部153。所述第一连接片的第一端部149紧贴 在第一RF开关125的延长部上，第一连接片的第二端部151紧贴在第一控 制开关141的延长部上，第一连接片的中央部153以枢轴方式铰接(hinge)在 固定安装于外壳105上的第一连接片支持体155上。
第一连接片的第一端部149用的第一螺线管157、第一连接片的第二端 部151用的第二螺线管159、以及第一连接片133用的永磁体161处于与第 一连接片支持体155相对的位置上。操作者通过有选择地给第一连接片的第 一端部149用的第一螺线管157或第一连接片的第二端部151用的第二螺线 管159中的一个输送电流，就能控制第一连接片的第一端部149和第一连接 片的第二端部151的曲柄。由于所述第一连接片的中央部153可转动地枢轴 支撑在第一连接片支持体155上，因第一连接片133前后地进行跷跷板 (seesaw)运动，由此，就能进行第一RF开关125和第一控制开关141的通断 控制。
图9是简要表示图3、4、5、6所示的4P5T的多极多位置微波开关 系统101的线路示意图。与图7相同，为了简化示意图而没有表示第一、第 二、第三、第四连接片133、135、137、139。从图9可以看出，冗余RF 输入连接器123共同串联连接在4个控制开关141、143、145、147的每 个上。
图10是简要表示5P6T的多极多位置微波开关系统101的线路示意图。 与图7和图9相同，没有表示第一、第二、第三、第四连接片133、135、 137、139和第五连接片163(图13所示的)。从图10可以看出，冗余RF输 入连接器123共同串联连接在4个控制开关141、143、145、147和第五 控制开关165的每个上。而且，第五RF开关169连接在第五RF输出连接器 167和第五RF输入连接器171之间。
图11和图12分别是5P6T的多极多位置微波开关系统101的侧面图和 平面图。在图11和图12中，表示出了伸出到多极多位置微波开关系统101 外部的标准D形连接器103。标准D形连接器103传输用于控制多极多位置 微波开关系统101内的多个开关通断的控制命令。
在5P6T的实施例中，包括第一RF输入连接器107和第一RF输出连接 器109、第二RF输入连接器111和第二RF输出连接器113、第三RF输入 连接器115和第三RF输出连接器117、第四RF输入连接器119和第四RF 输出连接器121、第五RF输入连接器171和第五RF输出连接器167、以及 冗余RF输入连接器123。
图13是5P6T的多极多位置微波开关系统的示意图。在图13中，除图6 的部件之外，还表示出了第五连接片163、第五控制开关165、第五RF输 出连接器167、第五RF开关169和第五RF输入连接器171。
图14是简要表示6P7T的多极多位置微波开关系统的线路示意图。与图 7、图9和图10相同，没有表示第一、第二、第三、第四、第五连接片133、 135、137、139、163和第六连接片。
从图14可以看出，冗余RF输入连接器123共同并联连接在5个控制开 关141、143、145、147、165的每个和第六控制开关173上。第六控制 开关173连接在冗余RF输入连接器123和第六RF输出连接器175之间。第 六RF开关177连接在第六RF输出连接器175和第六RF输入连接器179之 间。
如图7、图9、图10和图14所示，由于各开关机构分别与自己的输入 和输出RF连接器一起并联和放射状地共同连接到冗余RF输入连接器123 上，开关的个数就不会与自己的输入和输出RF连接器一起受到物理上的限 制。因此，本发明可以实现具有3P4T、4P5T、6P7T、7P8T及其以上的 开关这样的多种多样的多极-(多+1)掷[(N)P(N+1)T]的多极多位置微波 开关系统。
图15是4P5T的多极多位置微波开关系统的透视图。明确地表示出了设 计上的简略性。
若与图1所示的本技术领域的现有技术相比较，在现有技术中，多个 SPDT开关被与一个SPMT开关相组合。在图1中，表示的是4个单独的SPDT 连接在一个SP4T开关上的组合的一个例子。一个SPMT开关和多个SPDT 这样的组合具有的一个问题是：当SPDT的个数增加时，外部联结数量急剧 增加。这样，当在金属外壳外部上联结数量增加时，以及当由系统所传输的 信号的频率上升时，对于工作信道而言就难于维持最佳的阻抗匹配。因此， 就不能容易地获得信号之间的低干扰和低的电压持续波形比。对于未使用信 道而言，很难仍然边维持优秀的分离边维持适当的RF电压和RF功率处理性 能。
但是，如图所示，本发明不需要为形成[(N)P(N+1)T]而进行追加的连 接。因此，对于工作信道，能够更容易地维持最佳的阻抗匹配，由此而易于 获得信号之间的低干扰。由于减少了所需要的连接器个数，就能通过减轻电 压损失而提高RF功率效率。
作为本技术领域的另一个现有技术，是具有[2P3T]。但是，这种概念的 结构，由于开关与冗余RF连接串联配置，则2P3T的开关性能受到限制。
但是，如图所示，由于各开关机构与自己的输入和输出RF连接器一起 并联且放射状地共同连接到冗余RF连接器123上，因此开关的个数就不会 与自己的输入和输出RF连接器一起受到物理上的限制。因此，本发明可以 实现具有3P4T、4P5T、5P6T、6P7T、7P8T及其以上的开关这样的多种 多样的多极-(多+1)掷[(N)P(N+1)T]的多极多位置微波开关系统。
追加的优点是简化了本发明的结构。多个SPDT通过本发明而组合在一 个外壳内。当系统通过设计上的简化而使要求更高开关频率并在多个信道间 所共有的一个冗余连接能够减轻系统故障的可能性时，该特征特别重要。由 于本发明不需要开关之间的布线，因此能减少操作者的作业时间。
本发明是参考特定的实施例来详细地进行了说明，但是，可以有其他的 实施例。例如，多极多位置微波开关系统可以包括即使不使用连接片也可对 每个控制开关和RF开关进行通断控制的不同的装置。能够通过使用使每个 控制开关和RF开关不同地动作的螺线管组来实施这样不同的装置。
作为本发明的其他实施例，可以是与所图示的结构相反的系统。能够用 RF输出连接器来提供冗余，以取代冗余RF输入连接器123。因此，权利要 求范围的技术思想并不限于本说明书中为说明所例举出的实施例的说明。