WO1987005155A1

WO1987005155A1 - Microwave switch with at least two switching positions

Info

Publication number: WO1987005155A1
Application number: PCT/EP1987/000089
Authority: WO
Inventors: Eckart Hettlage; Gerd Ruff
Original assignee: Teldix Gmbh
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1987-08-27
Also published as: EP0293386A1; DE3779117D1; EP0293386B1; US4945320A

Description

Mikrowellenschalter mit wenigstens zwei Schaltstellungen

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenschalter nach der Gattung des Hauptanspruchs. Dieser dient zum Umschalten von HF-Signalen.

Aus der DE-OS 31 22 780 ist ein Koax-T-Schalter bekannt, der drei Übertragungsstellungen zwischen Paaren von vier Steckern hat, wobei die Schaltelementen in Form ebener Leitungssegmente vorgesehen sind, die entweder an der Wand von Hohlräumen anliegen oder in der Mitte von Hohlräumen angeordnet sind. Wenn ein Leitungssegment an der Wand eines Hohlraumes anliegt, ist es zum Hohlraum kurzgeschlossen und von den inneren Leitern des Koaxialsteckers getrennt. Wenn das Leitungssegment sich in der Mitte des Hohlraumes befindet, stehen die Enden des Leitungssegmentes auch mit den inneren Leitern der Koaxialstecker in Kontakt, da die inneren Leiter des Koaxialsteckers neben den Enden des Leitungssegmentes angeordnet sind.

Ein Hohlraum ist in einer bestimmten Ebene angeordnet und in Form einer Vielzahl von Hohlraumteilsn ausgebildet. Der Hohlraum weist insbesondere einen äußeren Umfangsteil auf, der in drei äußere Hohlraumteile unterteilt ist. Drei radiale Hohlraumteile gehen von einer mittleren Stelle im Umfangsteil aus und schneiden die Enden der drei äußeren Hohlraumteile. Ein erster Koaxialstecker ist an der mittleren Stelle angeordnet, während sich drei zusätzliche Koaxialstecker an den Schnittpunkten zwischen den radialen Hohlraumteilen und den äußeren Hohlraumteilen befinden. In jedem Hohlraumteil ist ein einzelnes Leitungssegment angeordnet, das zwischen einer Stellung an der Wand des Hohlraumes und von den inneren Leitern entfernt und einer mittleren Stellung im Hohlraumteil in Kontakt mit den inneren Leiter bewegbarist. Die insgesamt sechs Leitungssegmente entsprechen in Anzahl und Form den Hohlraumteilen, so daß drei Leitungssegmente radial von einer mittleren Stelle strahlenförmig nach außen verlaufen, während drei Leitungssegmente um die drei radialen Leitungssegmente herum so angeordnet sind, daß sie ein Umfangssegment bilden.

Die verschiedenen Leitungssegmente können einzeln betätigt werden, so daß Signale zwischen Paaren von Koaxialsteckern übertragen werden können.

Es hat sich gezeigt daß sich beim Hintereinanderschalten mehrerer solcher Schalter, z. B. beim Einsatz in redundanten Verstärkerschaltungen wie sie in der Raumfahrt verwendet werden, die Übertragungseigenschaften der über mehrere solcher Schalter geführten Signale stark verschlechtern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mikrowellenschalter, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, daß die Hintereinanderschaltung mehrerer Schalter ohne wesentliche Verschlechterung der Übertragungseigenschaften möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Bei dieser Lösung erfolgt die interne Umschaltung mittels eines Hohlleiters. Bei den Hohlleiterdurchgängβn im Rotor des Schalters werden enge knickförmige Bögen vermieden und somit eine relative große Übertragungs-Bandbreite bei etwa gleich guten Übertragungseigenschaften aller Hohlleiterdurchgänge erreicht. Das für diesen Mikrowellenschalter relativ kleine Gewicht sowie kleine Abmessungen bei guten Übertragungseigenschaften wird insbesondere dadurch erreicht, daß ia internen Hohlleiterschalter Hohlleiterdurchgänge mit verringerten Abmessungen verwendet werden.

Eine zusätzliche Gewichts- und Volumenreduzierung bei gleichzeitiger Vergrößerung der Schaltmöglichkeiten gestattet eine weitere Ausgestaltung des internen Hohlleiterschalters. Bei diesem Schalter werden die vier Hohlleiter in drei Ebenen und mit ihren kleinen Abmessungen parallel zur Rotorachse angeordnet.

Eine besondere Anordnung der Adapter - koaxialer Eingangsstecker von vorn und koaxialer Ausgangsstecker nach hinten - ermöglicht eine gerade Leitungsführung ohne viel Leitungsbögen, so daß die Gesamtverkabelung kurz und leicht wird.

Adapter mit Koaxial-/Hohlleiter - bzw. Hohlleiter-/Koaxial - Übergängen sind z. B. durch die DE-AS 23 36 166 allgemein bekannt.

Ein weiterer Vorteil der weiteren Ausgestaltung des Mikrowellenschalters ergibt sich aus der Möglichkeit, entweder Hohlleiteranschlüsse des internen Hohlleiterschalters direkt oder über spezielle Hohlleiter miteinander zu verbinden, um dadurch verbesserte Übertragungseigenschaften im Reduhdanzfall sowie eine Gewichtseinsparung der Gesamtschaltung zu erreichen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Mikrowellenschalters in einer Schnittdarstellung, Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Rotors des internen Hohlleiterschalters in einer vertikalen Schnittdarstellung, gemäß eine weiteren Ausgestaltung,

Fig. 3 den schematischen Aufbau des Mikrovellenschalters in einer vertikalen Schnittdarstellung stehend angeordnet mit einem Rotor entsprechend Fig. 2,

Fig. 4 den schematischen Aufbau entsprechend Fig. 3 eines Mikrovellenschalters in einer horizontalen Schnittdarstellung,

Fig. 5 eine Redundanzschaltung mit erfindungsgemäß ausgebildeten Mikrowellen-Zweiwegschaltern,

Fig. 6 eine Redundanzschaltung mit erfindungsgemäß ausgebildeten Mikrowellen-Vierwegschaltern.

Der Mikrowellenschalter nach Fig. 1 enthält in einem Gehäuse 1 einen drehbar gelagerten Rotor 2. Zwischen Gehäuse und Rotor ist ein geringer Luftspalt vorhanden.

In das Gehäuse 1 sind zwei Adapter 3 integriert, ein dritter ist aufgesetzt, z.B. angeschraubt. Die Einkopplung der HF-Signale in die Hohlleiteranschlüsse ist allgemein bekannt, und soll hier nicht näher beschrieben werden. Zur Einstellung der Übertragungseigenschaften sind sogenannten Abstimmschrauben 6, 7 an den Adaptern 3 angeordnet. Die Koaxialanschlüsse verlaufen jeweils in einem rechten Winkel zu den Hohlleitern. Diese Anordnung ist aus Platzersparnisgründen sinnvoll. Eine Hohlleitereröffnung 11 des Gehäuses 1, ist mit einem Anschlußstück 12 versehen, dieses Anschlußstück 12 erfüllt zweierlei Funktionen. Zur Messung der Übertragungseigenschaften des Mikrowellenschalters und zur Anpassung der Koaxialleiter an die Hohlleiterdurchgänge 8, 9 des Schalters kann hier ein Meßgerät oder eine Meßvorrichtung angeschlossen werden, außerdem kann an diesem Anschluß stück, bei Vervendung des Mikrovellenschalters in einem Redundanzsystem ein weiterer Hohlleiter reduzierter Höhe angekoppelt werden. Dies hat den Vorteil daß Adapter entfallen, und damit die Übertragungseigenschaften verbessert verden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Rotors 2 gemäß einer veiteren Ausgestaltung eines internen Hohlleiterschalters in einer vertikalen Schnittdarstellung parallel zur Rotorachse. Durch die mit den kleinen Abmessungen 13 der Hohlleiterdurchgänge parallel zur Rotorachse angeordneten Hohlleiterdurchgänge 8, 9 entsteht ein sehr flacher Rotor 2, der um die Rotorachse um 360° drehbar gelagert ist. Der Rotor 2 enthält vier Hohlleiterdurchgänge 8, 9 zur Verbindung verschiedener Hohlleiterstücke (entsprechend 5 in Fig. 1) des Hohlleiterschalter in verschiedenen Schaltstellungen. Zwei dieser internen Hohlleiterdurchgänge 8 haben die Aufgabe, gegenüberliegende Hohlleiterstücke miteinander zu verbinden. Die beiden anderen Hohlleiterdurchgänge 9 verbinden benachbart liegende Hohlleiterstücke miteinander. Die gegenüberliegende Hohlleiterstücke 5 miteinander verbindenden Hohlleiterdurchgänge 8 sind in Rotorrandnähe abgebogen, wobei scharfe Knickstellen vermieden werden, und werden in je einer anderen Ebene an den 90°-Hohlleiterbogendurchgängen 9 vorbei geführt. Die Chokes 14 dienen zur Reduzierung des Übersprechens.

In Fig. 3 ist ein Mikrowellenschalter gemäß der weiteren Ausgestaltung der Fig. 2 in einer vertikalen Schnittdarstellung parallel zur Rotorachse mit einem Antriebselement 20 stehend dargestellt. Das Antriebselement 20, beispielsweise ein Schrittmotor, ist auf dem Gehäusedeckel 19 des Mikrowellen¬schalters montiert. Oben und unten befindet sich je ein Adapter mit den Koaxial-Steckern 16, 17 und den Koaxinnenleitern 18. Beispielweise kann in der Gesamtverkabelung die koaxiale Eingangsleitung von vorn und die koaxiale Ausgangsleitung von hinten an die Koaxialstecker 16, 17 des Mikrowellen¬schalters herangeführt werden. Im Gehäuse 1 des Mikrowellenschalters befindet sich der Sotor 2 mit seiner Lagerung (nicht dargestellt) und den Hohlleiterdurchgängen 8, 9. Die Fig. 4 zeigt einen Mikrowellenschalter der veiteren Ausgestaltung in einer horizontalen Schnittdarstellung senkrecht zur Rotorachse. Über die beiden Flansche 10 können über spezielle Hohlleiter verringerter Abmessungen direkte Verbindungen von internem Hohlleiterschalter zu internem Hohlleiterschalter hergestellt oder Hohlleiterschalter der veiteren Ausgestaltung direkt aneinander angekoppelt verden. Im Redundanzfall entfallen damit häufige Übergänge Koaxial/Hohlleiter bzv. Hohlleiter/Koaxial des Redundanzweges und die Übertragungseigenschaften des Redundanzweges werden nicht wesentlich verschlechtert.

Die in Fig. 5 zeigt den Einsatz von erfindungsgemäßen Zweiweg- Mikrowellenschaltern 21-14 in einem Redundanzsystem, wobei die auf vier Koaxialleitungen A-D ankommenden und auf vier von fünf Koaxialleitungen F-I abgehenden Signale mit vier intern als Mikrowellenschalter ausgebildete Zweiwegschalter 21-26 (S-Schalter), die jeweils vier Anschlüsse I-IV haben, geschaltet werden können. Verbindungen 25-27 von Schalter zu Schalter 21-24 sind entweder mit speziellen Hohlleitern ausgeführt oder die Schalter sind direkt an den Flanschen 10 miteinander verbunden. Die bei Koaxialschaltern im Redundanzfall vorhandenen mehrfachen Koaxial-/Koaxial-Übergänge und damit die starke Dämpfung des über den Redundanzweg geführten Signals entfällt somit. Die Zweiwegschalter 21-24 sind an ihren Anschlüssen I und II, der Schalter 21 auch an IV mit Adaptern 3 zum Anschluß von Koaxialleitungen versehen. Die Anschlü <«sse III und IV sind mit Flanschen 10 versehen zum An¬schluß von speziellen Hohlleitern. Der Schalter 24 ist am Anschluß III abgeschlossen.

Die Signale werden den Schaltern über die Koaxialleitungen A-D auf ihre Koaxialanschlüsse I zugeführt. Im Normalfall, d. h. alle Kanäle sind funktionsfähig, stehen die Schalter 21-24 so, daß die HF-Signale über die Koaxialanschlüsse II und die Koaxialleitungen F-I zu den folgenden Verstärkern geführt werden. Der mit der Koaxialleitung E am Anschluß IV des Schalters 21 verbundene Verstärker ist im Normalfall nicht in Betrieb. Für den Fall, daß beispielweise der an der Koaxialleitung H am Anschluß II des Schalters 23 angeschlossene Verstärker ausfällt, vird der Schalter 23 so umgeschaltet, daß das Signal auf der Koaxialleitung C am Eingang I des Schalters 23 über den Flansch 10 am Anschluß IV, dem speziellen Hohlleiter 26, den Flanschen 10 an den Anschlüssen III und IV des Schalters 22 dem speziellen Hohlleiter 25, dem Flansch 10 an Anschluß III des Schalters 21, dem Adapter 3 am Anschluß IV des Schalters 21 mit dem mit der Koaxialleitung E verbundenen funktionsfähigen Verstärker verbunden vird. Das auf der Koaxialleitung C ankommende Signal hat auch in dem Redundanzfall nur einen Koax-/Hohlleiter- und nur einen Hohlleiter-/Koax-Übergang. Bei einem reinen Koaxschaltern wäre das Signal durch sechs Koax-/Koax-Übergänge stark gedämpft.

Fig. 6 zeigt den Einsatz eines erfindungsgemäß ausgebildeten Vierweg-Mikrowellenschalter 28-31 in einem Redundanzsystem, wobei die auf vier Koaxialleitungen A-D ankommenden und auf vier von sechs Koaxialleitungen abgehenden Signale mit vier intern als Hohlleiterschalter ausgebildete Vierwegschalter 28-31 (T-Schalter), die jeweils vier Anschlüsse haben, geschaltet werden können. Auch hier sind die Verbindungen von Schalter zu Schalter entweder mit speziellen Hohlleitern ausgeführt oder die Schalter sind direkt an den Flanschen 10 miteinander verbunden. Die Vierwegschalter 28-31 sind an ihren Anschlüssen I und III, die Schalter 28 und 31 auch an IV und II, mit Adaptern 3 zum Anschluß von Koaxialleitungen versehen. Die Anschlüsse II der Schalter 28-30 und die Anschlüsse IV der Schalter 29-31 sind mit Flanschen 10 versehen zum Anschluß von speziellen Hohlleitern bzw. zum direkten Verbinden der internen Hohlleiterschalter miteinander. Auch hier werden die Signale den Schaltern 28-31 über die Koaxialleitungen A-D auf ihre Koaxialanschlüsse I zugeführt.

Im Normalfall, d. h. alle Kanäle sind funktionsfähig, stehen die Schalter 28-31 so, daß die HF-Signale über die Koaxialanschlüsse III und die Koaxialleitungen F-I zu den an den Leitungen F-I angeschlossenen Verstärkern geführt werden. Die mit den Koaxialleitungen E und K der Schalter 28 und 31 verbundenen Verstärker sind mit Normalfall nicht in Betrieb. Für den Fall, daß beispielveise die beiden an die Koaxialleitungen F und G angeschlossenen Verstärker ausfallen, verden die beiden Schalter 28 und 29 so umgeschaltet, daß das Signal auf der Koaxialleitung A am Eingang I des Schalters 28, über den Adapter 3 am Anschluß IV und der Koaxialleitung E dem folgenden Verstärker zugeführt vird. Das Signal auf der Koaxialleitung B an Anschluß I des Schalters 29 vird über den Flansch 10 am Anschluß II den speziellen Hohlleiter 33, den Flansch 10 am Anschluß IV des Schalters 30, den Flansch 10 am Anschluß II, den speziellen Hohlleiter 34, den Flansch 10 am Anschluß IV des Schalters 31, den Adapter am Anschluß II und der Koaxialleitung K dem folgenden Verstärker zugeführt. Auch hier haben die Signale auf den Leitungen Ä und B im Redundanzfall nur einen Koax-/Hohlleiter- bzw. Hohlleiter-/Koaxial-Übergang und verden dadurch nicht so stark gedämpft vie bei reinen Koaxialschaltern.

Die spezielle Ausbildung der Hohlleiterdurchgänge in den Schaltern und der speziellen Hohlleiter zwischen den Schaltern bedeutet, daß deren Abmessungen gegenüber den für die zu übertragenden Frequenzen üblichen, genormten Abmessungen der Hohlleiter kleiner gewählt werden. Vorzugsweise werden die kleinen Abmessungen sehr viel kleiner gemacht. So werden z.B. bei 10 - 15 GHz anstelle von Abmessungen von 9,5 mm in der Höhe und 19 mm in der Breite Hohlleiter mit den Abmessungen 4,75 mm in der Höhe und 19 mm in der Breite verwendet.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Rotor

3. Adapter

4 Koaxialstecker

5 Hohlleiterstück

6 Abstimmschraube

7 Abstiaaschraube

8 gegenüberliegende Hohlleiterstücke miteinander verbindender Hohlleiterdurchgang

9 90° - Hohlleiterbogenstück

(benachbart liegende Hohlleiterstücke miteinander verbindender Hohlleiterdurchgang)

10 Flansch zur direkten Ankopplung an einen Hohlleiter

11 Hohlleiteröffnuπg

12 abnehmbares Hohlleiterstück

13 kleine Abmessung des Hohlleiterdurchgangs

14 Choke

15 Mittellinie parallel zur Rotorachse

16 Koax-Ausgangsstecker

17 Koax-Eingangsstecker

18 Koax-Innenleiter

19 Gehäusedeckel

20 Antriebselement

21-24 Zweiweg-Mikrowellenschalter (S-Schalter)

25-27 spezielle Hohlleiterstücke oder direkt aneinander geflanschte

Schalter 28-31 Vierweg-Mikrowellenschalter (T-Schalter) 32-34 spezielle Hohlleiterstücke oder direkt aneinander geflanschte

Schalter I-IV Schalteranschlüsse A-K Koaxialleitungen

Claims

Patentansprüche

1. In. wenigstens zvei unterschiedlichen Schaltstellungen einstellbarer Mikrowellenschalter zum wahlweisen Verbinden von wenigstens einer koaxialen Eingangsleitung mit wenigstens zwei Ausgangsleitungen wovon wenigstens eine eine Koaxialleitung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrowellenschalter ein interner Hohlleiterschalter mit venigstens einem rechteckigen Hohlleiterdurchgang (8,9) im Rotor (2) des Schalters aufveist, vobei im Gehäuse (1) des Schalters durch den Hohlleiterdurchgang (8,9) miteinander verbindbare Hohlleiterstücke (5) gleicher Abmessungen vorgesehen sind und daß diese über Adapter (3) mit den koaxialen Eingangs- und Ausgangsleitungen verbunden sind.

2. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein spezieller Hohlleiterschalter mit verringerten Abmessungen wenigstens einer der Ausdehnungen des Hohlleiters (8,9) ist.

3. Mikrowellenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die kleinere Abmessung (13) gegenüber den Normmaßen verringert ist.

4. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) des internen Mikrowellenschalters wenigstens einen gegenüberliegende Hohlleiterstücke (5) miteinander verbindenden Hohlleiterdurchgang (8) und zwei als 90°-Hohlleiterbogenstücke ausgebildete benachbarte Hohlleiterstücke miteinander verbindende weitere Hohlleiterdurchgänge (9) aufveist.

5. Mikrovellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß statorseitig vier rechtwinklig zueinander in einer Ebene angeordnete Hohlleiterstücke (5) gleicher Abmessungen angeordnet sind und daß wenigstens zwei sich gegenüberliegende Hohlleiterstücke (5) mit Adaptern (3) verbunden sind.

6. Mikrowellenschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Hohlleiterstücke (5) zur direkten Ankopplung an einen Hohlleiter gleicher Abmessungen ausgebildet ist.

7. Mikrowellenschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der anzukoppelnde Hohlleiter ein statorseitiges Hohlleiterstück (5) eines veiteren internen Hohlleiterschalters ist.

8. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterstücke (5) und die Hohlleiterdurchgänge (8,9) mit ihren kleinen Abmessungen (13) in Ächsrichtung des Schalters angeordnet sind.

9. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterbogenstücke (9) in einer Ebene angeordnet sind und daß bei Vervendung von nur einem gegenüberliegende Hohlleiterstücke (5) miteinander verbindenden Hohlleiterdurchgang (8) dieser in Rotorrandnähe abgebogen und in einer anderen Ebene an den Hohlleiterbogenstücken (9) vorbei geführt ist.

10. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterbogenstücke (9) in einer Ebene angeordnet sind und daß bei Verwendung von zwei gegenüberliegende Hohlleiterstücke (5) miteinander verbindende Hohlleiterdurchgänge (8) diese in Rotorrandnähe abgebogen und in unterschiedlichen Ebenen an den Hohlleiterbogenstücken (9) vorbeigeführt sind.

11. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Eingangsleitung mit dem Mikrowellenschalter von vorn und die koaxiale Abgangsleitung mit dem Mikrowellenschalter von hinten verbunden ist (Fig. 3).

12. Mikrowellenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch seine Anwendung zur wahlveisen Aufschaltung von n koaxialen Eingangsleitungen (A-D) auf n von (n+a) (a= 1 oder 2) koaxiale Abgangsleitungen (E-I) in der Weise, daß n Mikrovellenschalter mit wenigstens zwei Hohlleiterdurchgängen (8,9) vervendet verden, von denen der 2. bis (n-1). Mikrovellenschalter je einen Koaxialeingang und einen Koaxialausgang und zwei Hohlleiterausgänge aufveisen, während der 1. und/oder n. Mikrowellenschalter je einen Koaxialeingang und zwei Koaxialausgänge und einen Hohlleiterausgang aufweisen, daß die Koaxialausgänge an je eine koaxiale Abgangsleitung angekoppelt sind und daß jeder Hohlleiteranschluß eines Schalters mit jeweils einem Hohlleiteranschluß eines benachbarten Mikrovellenschalters verbunden ist, und daß durch Umschaltung wenigstens eines Schalters die Aufschaltung der n Eingangsleitungen auf die gewünschten n Ausgangsleitungen erfolgt.