DE2134352B2

DE2134352B2 - Mikrowellen-Koaxialschalter

Info

Publication number: DE2134352B2
Application number: DE2134352A
Authority: DE
Inventors: Norbert Joseph Fairfield Conn. Sladek (V.St.A.)
Original assignee: Bunker Ramo Corp
Current assignee: Allied Corp
Priority date: 1970-09-03
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1980-03-06
Also published as: GB1350158A; US3739306A; DE2134352C3; JPS5434303B1; DE2134352A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Koaxialschalter gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Koaxialschalter dieser Art werden z. B. als Sende-Empfangs-Umschalter verwendet, die dazu dienen eine einzige Antenne zwischen einem Sender und einem Empfänger umzuschalten, sowie für zahlreiche Übertragungsaufgaben. Da immer höhere Frequenzen interessant werden, wird die optimale Impedanzanpassung an den aktiven Kanal immer schwieriger. Durch diese optimale Impedanzanpassung soll ein niedriger Spannungs-Reflexionskoeffizient und eine genügende Belastbarkeit zum Übertragen von HF-Spannungen und HF-Leistungen bei hohem Isolationswiderstand für den unbenutzten Kanal erzielt werden. Man kann diese Aufgabe zum Teil durch die Verwendung von elektronischen Schaltelementen in Form von Halbleiter-Dioden, ionisierbaren Elektronenröhren, verschiedenen Schwellwertschaltern bzw. Durchschlagselementen und dergl. lösen, doch werden in vielen Fällen mechanische Schalter nach wie vor bevorzugt.

In den derzeit für sehr hohe Frequenzen von 12 GHz und darüber verwendeten, mechanischen Mikrowellenschaltern sind die Schaltmesser und Anschlußteile in einer Kammer angeordnet, die so ausgelegt ist, daß sie als Wellenleiter für Wellen unter der Grenzfrequenz für den Haupttyp der Wellenleiterwellen in dem Arbeitsfrequenzbereich des Schalters wirkt. Damit der gewünschte Isolationswiderstand erzielt wird, d. h. eine Dämpfung von mindestens 6OdB für den unbenutzten Kanal im ganzen Arbeitsfrequenzbereich des Schalters, war es jedoch bisher notwendig, das Schaltmesser für den unbenutzten Kanal in gleichmäßigem, satten elektrischen Kontakt mit der oberen Wandung der Wellenleiterkammer zu halten.

Bei einem bekannten Schalter dieser eingangs genannten Art (US-PS 34 14 849) liegt das Schaltmesser, wenn es sich in seiner Ruhestellung befindet, an der den Anschlußteilen gegenüberliegenden Wand an, es ragt also in die Wellenleiterkammer hinein. Besonders dann, wenn die miteinander in Berührung stehenden Flächen des Schaltmessers, bzw. der Kammerwandung nicht völlig plan sind, sind die gewünschten elektrischen Eigenschaften des Schalters beeinträchtigt. Das den Raum der Kammer teilweise ausfüllende Schaltmesser verschlechtert den Isolationswiderstand. Eine Verbesserung dieses Nachteils kann dadurch erreicht werden,

ίο daß die Teile mit extrem geringen Toleranzen hergestellt werden. Eine solche Fertigung verursacht jedoch relativ hohe Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellen-Koaxialschalter anzugeben, der den Anforderungen hinsichtlich eines hohen Isolationswiderstandes genügt und gleichzeitig kostengünstig herstellbar ist

Ausgehend von einem Mikrowellen-Koaxialschalter der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe durch

2(i die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Wird bei dem erfindungsgemäßen Schalter das betreffende Schaltmesser in seine Ruhestellung gebracht, so »verschwindet« es in der Aufnahmevertie-

i^ri fung. Da es nun nicht mehr in die Kammer hineinragt, werden die elektrischen Eigenschaften des Schalters nicht m^hr abträglich beeinflußt. Der gewünschte hohe Isolationswiderstand wird erhalten, ohne daß die Anforderungen hinsichtlich der Toleranz der einzelnen

i«i Bauelemente extrem hoch sind. Hierdurch läßt sich eine beträchtliche Kostenersparnis erzielen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

r> Fig. 1 in Schnittansicht einen einpoligen Mikrowellen-Koaxial-Umschalter gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und
F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1.
Der in Fig. 1 gezeigte, einpolige Koaxial-Umschalter

■to besitzt eine Grundplatte 10, einen Staubdeckel 12 und drei Koaxialverbinder 14, 16 und 18. Der Verbinder 16 ist ein gemeinsamer Verbinder, der durch den Schalter mit dem Verbinder 14 oder dem Verbinder 18 verbunden werden kann. Die Verbinder 14, 16 und 18

■1^Γ> sind in herkömmlicher Weise an der Grundplatte 10 befestigt, wobei ihre Mittelleiteranschlur.se 20,22 und 24 durch je eine Ausnehmung 26, 28 oder 30 in eine gemeinsame Kammer 32 vorstehen. Diese ist von der Grundplatte 10 und einer Kappe 34 begrenzt, die

w beispielsweise mit Schrauben 36 oben auf der Grundplatte 10 befestigt ist. Die Kammer 32 ist von Wänden oder Wandflächen 38, 40 und 42 der Grundplatte 10 (siehe Fig.2) und einer Fläche 44 der Kappe 34 begrenzt. In der Fläche 44 ist eine Vertiefung

γ, 46 ausgebildet, die im wesentlichen über die ganze Länge der Fläche 44 reicht.

Die Kammer 32 ist so bemessen, daß sie einen Wellenleiter für Wellen unter der Grenzfrequenz für den Haupttyp der Wellenleiterwellcn in dem Arbeitsfre-

ho quenzbereich des Schalters bildet. Bei einem Schalter für Frequenzen von bis zu 18GHz wie er in Fig. 2 gezeigt ist, kann die Kammer 32 einen Querschnitt von 4,6 χ 2,5 mm haben. Die Länge der Kammer kann beispielsweise zwischen 25,4 und 50,8 mm liegen. Die

ι,-, Abmessungen der Vertiefung 46 sind von anderen Faktoren abhängig, die nachstehend beschrieben werden.

In der Kammer 32 befindet sich ein erstes

bewegliches, leitendes Schaltmesser 48 mit solcher Anordnung, daß es eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußteilen 20 und 22 herstellen kann. Ein zweites bewegliches, leitendes Schahmesser 50 ist so angeordnet, daß es eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlußteilen 22 und 24 herstellen kann. In Fig. 1 ist das Schaltmesser 50 in der Vertiefung 46 gezeigt Man sieht, daß das Schaltmesser 50 !eicht gekrümmt ist, so daß nur sein mittlerer Teil mit der oberen Wandung 52 der Vertiefung 46 in satter ι ο mechanischer und elektrischer Berührung steht. Diese Krümmung des Messers 50 ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt; sie soll bei einem Schalter mit einer Grenzfrequenz von 12 bis 18GHz nicht größer sein als 0,152 mm. Je kleiner die Krümmung des \^r> Schaltmessers 50 und je satter die Berührung zwischen diesem Schaltmesser und der Fläche 52 ist, desto höher ist der Isolationswiderstand und desto niedriger ist die Durchgangs- bzw. Einfügungsdämpfung (insertion loss) des Schalters. Die Toleranzen hinsichtlich der Ebenflächigkeit der Fläche 52 sind kleiner als bei dem Schaltmesser 50, doch ist in Schaltern mit den vorstehend angegebenen Funktionseigenschaften eine Abweichung von z.B. 0,076 bis 0,102mm von der absoluten Ebenflächigkeit ohne weiteres zulässig. Auch >^r, das Schaltmesser 48 ist leicht gekrümmt, wenn es sich in seiner Ruhestellung in der Vertiefung 46 befine et.

Die Schaltmesser 48 und 50 sind auf je einem Zapfen 54 und 56 gelagert. Die Achse jedes dieser Zapfen ist rechtwinklig zu der Ebene des zugeordneten Schal?mes- jo sers. Das eine Ende jedes Zapfen 54 bzw. 56 ist in einer ihm zugeordneten Vertiefung in der Grundplatte 10 verschiebbar. Der Zapfen 54 ist an einer Druckfeder 58 und der Zapfen 56 an einer ähnlichen Druckfeder 60 abgestützt. Die gegenüberliegenden Enden der Zapfen r. 54,56 durchsetzen je eine durchgehende öffnung in der Kappe 34, so daß die Zapfen 54, 54. mittels eines Schwenkhebels 62 betätigt werden können. Dieser ist um eine zentral angeordnete Achse 64 verschwenkbar und von einer Druckfeder 66 belastet, die eine Fläche 68 -4» des Schwenkhebels gegen den Zapfen 56 drückt, so daß das Schaltmesser 50 mit den AnschluSteilen 22 und 24 in Berührung gehalten wird. Wenn der Elektromagnet 70 erregt ist, greift gemäß F i g. 1 sein Abtriebsglied 72 an dem Vorsprung 74 des Schwenkhebels 62 an, so daß dessen Fläche 76 gegen den Zapfen 54 drückt und der Schalter in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gelangt. Die Federn 58 und 60 gewährleisten eine satte mechanische und elektrische Berührung zwischen dem Schaltmesser für den unbenutzten Kanal und der Fläche 52 der Vertiefung.

Aus der F i g. 3 geht hervor, daß die Vertiefung 46 eine solche Tiefe hat, daß bei in ihr befindlichem Schaltmesser 50 kein Teil desselben in die Kammer 32 vorsteht. Die Breite der Vertiefung 46 ist vorzugsweise nur ganz wenig größer als die Breite der Schaltmesser 48 und 50. Da sich jedoch das Schaltmesser bei seiner Bewegung zwischen seinen beiden Stellungen auch etwas seitwärtsbewegt, ist ein gewisses Spiel erforderlich. Die Breite der Vertiefung ist jedoch zweckmäßig um nicht mehr als z. B. 0,508 mm größer als die Breite des Messers 50.

Da die in der Kammer 32 laufenden Wellen sich der Form des Hauptteils der Kammer anpassen, besteht nur eine geringe Abstrahlung oder Streuung von elektromagnetischer Energie in die Vertiefung, so daß das in dieser Vertiefung 46 angeordnete Schaltmesser besser isoliert werden kann, als wenn es in der Kammer angeordnet wäre. Infolgedessen sind hinsichtlich der Erdung bzw. Masseverbindung des Schaltmessers größere Toleranzen zulässig, als dies sonst der Fall wäre.

Die gezeichnete Ausbildung des Schalters führt nicht zu einer Herabsetzung der in F i g. 2 angegebenen Abmessung D, so daß die Spannungs- und L.eistungsbelastbarkeit des Schalters nicht herabgesetzt wird. Ferner bewirkt diese Ausgestaltung keine Veränderung von Form und Größe der Schaltmesser und ihrer Orientierung in der Wirkstellung; daher bleiben die Anpassungseigenschaften des Schalters unverändert, und man erzielt einen niedrigen Spannungs-Reflexionskoeffizienten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellen-Koaxialschalter, mit einer rechtekkigen Kammer, die einen Wellenleiter für Wellen unter der Grenzfrequenz für den Haupttyp der Wellenleiterwellen im Arbeitsfrequenzbereich des Schalters bildet, mindestens zwei im Abstand voneinander angeordneten Anschiußteilen, die in die Kammer vorstehen und mit denen je eine Mikrowellenübertragungsleitung verbindbar ist, einem in der Kammer angeordneten Schaltmesser, das zwischen einer Wirkstellung, in der es zwei der genannten Anschlußteile miteinander verbindet, und einer Ruhestellung bewegbar ist, gekennzeichnet durch eine in der der von den Anschlußteilen (20, 22,24) durchsetzten Wand (38) gegenüberliegenden Wand (44) der Kammer (32) ausgebildete Aufnahmevertiefung (46), in der das Schaltmesser, wenn es seine Ruhestellung einnimmt, liegt.

2. Mikrowellen-Koaxialschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Aufnahmevertiefung (46) etwas größer ist als die Breite des Schaltmessers (48,50).

3. Mikrowellen-Koaxialschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Fläche (52) der Aufnahmevertiefung (46) mit einer Toleranz von 0,102 mm ebenflächig ist.