Relais für koaxiale Verbindungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais für koaxiale Verbindungen, insbesondere zum Schalten von Strömen hoher Frequenzen. Das Relais ist ge kennzeichnet durch ein dicht verschlossenes Glas gefäss, durch magnetisch betätigbare Schaltkontakte, die im Glasgefäss untergebracht sind, wobei jeder der Kontakte einen sich nach aussen erstreckenden Anschlussleiter aufweist, der mit dem Innenleiter eines Koaxialkabelkopplungsstückes verbunden ist, durch ein Metallrohr aus nichtmagnetischem Material,
das koaxial um das Glasgefäss sich erstreckt, und durch ein Verbindungsstück, das mit den Aussenleitern der Koaxialkabelkopplungsstücke in Verbindung steht, und durch eine Erregerspule, welche das Metallrohr umgibt, um wahlweise die Schaltkontakte zu öffnen und zu schliessen.
Anhand eines Ausführungsbeipiels wird nach folgend das erfindungsgemässe Relais mit Hilfe der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt: die Fig. 1 eine Ansicht des T-Typ-Relais, wobei die Fusspartie teilweise geschnitten ist, die Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Relais der Fig. 1, die Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie<B><I>A -A</I></B> des Relaisteiles, welcher die Schaltkontaktenden aufweist,
die Fig.4 eine andere Ausführungsform eines Relais des Y-Typs im Längsschnitt.
Allgemeines Die Ausführungsbeispiele schaffen einen ein fachen, wirtschaftlichen Aufbau einer Relaiseinheit, welche eine feste Verbindung zwischen koaxialen Leitern herstellt und kein Echo erzeugt, wenn sie in einer Hochfrequenzleitung eingebaut ist. Die Energie verluste sind bis zu Frequenzen von 500 MHz ver- nachlässigbar. Die Betätigungsenergie des Relais be- wegt sich in der Grössenordnung von wenigen Watt.
Eine typische Anwendung findet das Relais für die Umschaltung von Radioantennen von einem Emp fänger auf einen Sender und umgekehrt.
Für das beste Arbeiten des Relais sollten die Merkmale folgende sein: a) Es soll einen sehr niedrigen Kontaktwider stand zwischen den Kontaktpunkten auch bei höch sten Frequenzen aufweisen.
b) Die Kontaktpunkte sollen keinen oder nur ge ringen Verschleiss zeitigen ohne ohne Änderung der Leitfähigkeit der Oberfläche, wenn der Strom fliesst.
c) Das: Relais soll eine ganz geringe elektronische Kapazität zwischen den Bestandteilen aufweisen, welche Kontakte tagen, um Energieverlust-Wirkun- gen im Kabel zu verhindern..
1d) Die Isolation zwischen den Kontakten soll bei offenem Stromkreis hoch sein.
In einem Ausführungsbeispiel des Relais werden die oben genannten Charakteristiken durch die Ver wendung von Kontakten erreicht, welche aus ferro- magnetischen Metallegierungen bestehen, welche .eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und welche in einem evakuierten Gefäss eingeschmolzen sind, und dabei den inneren Leiter der Relaisanordnung bilden.
Die elektrische Kapazität zwischen den offe nen Kontakten beträgt nicht mehr als ein Picofarad, während der Gleichspannungs-Isolationswiderstand an den Schaltklemmen den Wert von 1014 Ohm erreichen kann. Die restliche Verlustenergie ist ab hängig von der Qualität des Dielektrikums der Ver bindungsglieder. Ein nichtmagnetisches Metallrohr vervollständigt den äusseren konzentrischen Leiter für die koaxiale Verbindung.
Ein Merkmal des vorliegenden Relais besteht ferner darin, dass seine Ansprechempfindlichkeit durch die Verwendung zusätzlicher kleiner permanen ter und bewegbarer Magnete in der Nähe der Kontaktelemente erhöht und einstellbar wird.
Die Fig. 1 zeigt ein koaxiales Vakuumrelais in der Form eines umgekehrten T, dessen drei Enden kopplungsstücke 1, 2 und 3 mit koaxialen Leitern eines Standardtyps verbunden sind. Der zentrale Teil b,-steht aus ein--m äusseren konzentrisch angeordneten kurz--n Metallrohr, welch s eine innere verschmolzene Schalteinheit der oben erwähnten Art trägt.
Der T-Typ wird nur als Beispiel angeführt, und das Relais kann ebenfalls als Y-Typ oder auf irgend eine andere pass-; nde Weise angeführt sein.
Das Metallrohr 5 bildet den äusseren Leiter der koaxialen Einheit und ist von der Erregerwicklung 4 umgeban. Die Fig. 2 zeigt den inneren Aufbau des neuartigen Vakuumrelais, in welchem ein Gefäss 6, das die Kontakte an den Enden der länglichen, zungenartigen, ferromagnetischen Elemente aufweist, längs der Achse der Metallröhre 5 aus nichtmagne tischem Material angeordnet ist. Die Ausgangskon takte können wahlweise mit dem zentralen Leiter eines koaxialen Kabels verbunden werden, das mit 1 bezeichnet ist.
Der innere Durchmesser des Metall rohres 5 ist bezüglich des äusseren Durchmessers d des geschlossenen Glasrohres mit den Kontakten der art, dass dar Wellenwiderstand
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beträgt. Bei der Verwendung von Tragscheiben 16 ange messenen dielektrischen Materials kann der Wert der dielektrischen Konstanten E geändert werden, um den gewünschten Wellenwiderstand zu erreichen.
Diese Tragmittel dienen ebenfalls zum Zentrieren des Glasrohres, welches die inneren Leiter im Glas rohr in der richtigen ,axialen Lage bezüglich des Metallrohres 5 halten. Das Glasrohr 6 besteht vor zugsweise aus einem auf beiden Seiten zugeschmol- zenen Glasgefäss, dessen eines Ende nur eine An schlussklemme 7 aufweist. Eine solche Einheit ist in einem Störungsfalle leicht zu ersetzen und wird an ihrer Stelle nur durch zwei Lötverbindungen fest gehalten, welche durch die Öffnung 10 ausgeführt werden.
Sie kann aus dem Rohr 5 durch deren Oberteil entfernt werden, nachdem .das Kopplungs stück 1 durch Lösen der Schrauben 11 vom Kopf des Relais entfernt wurde.
Die Fig.3 zeigt einen Schnitt längs der Fläche<B><I>A -A</I></B> durch die Basis eines koaxialen Relais. Die Ausgänge der Schaltkontakte, welche im Glas gefäss 6 enthalten sind, enden in zwei Leitern 8 bzw. 9, welche durch das Gefäss nach aussen treten und welche elektrisch mit den zentralen Anschlüssen der Kopplungsstücke 2, 3 verbunden sind und die Verbindungen mit den Leitern der Kabel herstellen. Beispielsweise kann das Kopplungsstück 2 mittelbar mit einem Radioempfänger verbunden sein, wenn das Relais nicht erregt ist, und das Kopplungsstück 3 kann zu einem Sender führen, wann das Relais erregt ist.
Die beiden Kopplungsstücke 2 und 3 sind mittels Schrauben am nichtmagnetischen Metallblock 12 befeatigt, welcher zum Rohr 5 gehört. Eine öff- nung 10 im Block, welche um die Achse des Roh res 5 liegt, erleichtert .das Verlöten der zentralen Leiter der Kopplungsstücke 2 und 3 mit den An schlussleitern 8 und 9 der Kontakte im Gefäss 6. Die Öffnung 10 wird durch einen nichtmagnetischen Pfropfen geschlossen.
Das koaxiale Vakuumrelais wird mittels der Spule 4 erregt, die um das Metallrohr 5 liegt. An den entgegengesetzten Enden dieser Spule können zwei Platten aus magnetischem Material (13 und 13') angebracht sein, um den magnetischen Fluss zu ver dichten, welcher durch die Erregerspule 4 an den entgegengesetzten Enden des verschmolzenen Gefässes mit den Kontakten hervorgerufen wird. Eine äussere magnetische Umhüllung 15 schliesst den magnetischen Stromkreis der Platten 13 und 13' und schafft eine Abschirmung für die Spule 4.
Um die Arbeitsempfindlichkeit des Relais zu vergrössern, damit garingere Spannungen an der Spule verwendet werden können, um die Arbeitskontakte der Relais zu ,schliessen, ist ein kleiner permanenter Magnet 17 (Fig. 1) :an einem Pfropfen 18 derart angebracht, dass einer seiner Pole benachbart zu den Leitern 8 und 9 liegt. Die magnetische Polarität wird so gewählt, dass sie die Wirkung der Spule 4 unter stützt. Der Magnet 17 kann gegen die Leiter 8 und 9 oder von diesen weg bewegt werden, indem der Zapfen 18 in die Öffnung 10 ein- oder ausge schraubt wird.
Durch dieses Mittel kann die erforder liche Spannung über den Enden der Spule 4 bei spielsweise von 8 Volt auf 2 Volt erniedrigt werden, ohne die Spule für die Betätigung des Relais zu ändern. Die Ampere-Windungen des Relais können daher durch Verwendung dieses Polarisationsmagne ten auf :ein Minimum gebracht werden.
Die Fig.4 zeigt die Ausführung des Relais in Form eines: Y durch Änderung des Winkels der Kopplungsstücke 2 und 3 in bezug auf die Achse des Rohres 5. Mit dieser Ausführungsform wird eine verbesserte Hochfrequenzentkopplung erreicht. Die Leiter 8-9, welche aus dem Gefäss 6 hervorschauen, werden, wie die Fig. 4 zeigt, voneinander weggebogen und mit den Mittelleitern der Kopplungsstücke 2-3 verlötet. Seitliche Öffnungen können zur Erleich terung des Zusammenbaues vorgesehen werden.
An einigen hergestellten Einheiten wurden Prü fungen vorgenommen, indem das Relais in einem Stromkreis von 50 Ohm Impedanz und einer Hoch frequenz von 50-500 MHz eingeführt wurde. Es wurden keine, Energieverluste und eine Verbesserung des Stehwellenverhältnisses gegenüber bekannten Ausführungsformen festgestellt. Der mittlere Ver bindungsverlust war geringer als 0,5 @db und das Spannungsstehwellenverhältnis geringer als 1,2 bis zu 500 MHz. Die Lebenserwartung beträgt mehr als 107 Schaltungen.
Relays for coaxial connections The present invention relates to a relay for coaxial connections, in particular for switching currents of high frequencies. The relay is characterized by a tightly sealed glass vessel, through magnetically actuated switching contacts that are housed in the glass vessel, each of the contacts having an outwardly extending connection conductor which is connected to the inner conductor of a coaxial cable coupling piece, through a metal tube made of non-magnetic material ,
which extends coaxially around the glass vessel, and through a connecting piece which is connected to the outer conductors of the coaxial cable coupling pieces, and through an excitation coil which surrounds the metal tube in order to selectively open and close the switching contacts.
Based on an exemplary embodiment, the relay according to the invention is described below with the aid of the drawing. In this: FIG. 1 shows a view of the T-type relay, the foot section being partially cut, FIG. 2 a longitudinal section through the relay from FIG. 1, FIG. 3 a section along the line <B> <I> A -A </I> </B> of the relay part, which has the switching contact ends,
4 shows another embodiment of a relay of the Y-type in longitudinal section.
General The exemplary embodiments provide a simple, economical construction of a relay unit which produces a fixed connection between coaxial conductors and does not generate an echo when it is installed in a high-frequency line. The energy losses are negligible up to frequencies of 500 MHz. The actuation energy of the relay is in the order of magnitude of a few watts.
The relay is typically used for switching radio antennas from a receiver to a transmitter and vice versa.
For the best working of the relay, the characteristics should be as follows: a) It should have a very low contact resistance between the contact points, even at the highest frequencies.
b) The contact points should show little or no wear without changing the conductivity of the surface when the current is flowing.
c) That: Relays should have a very low electronic capacitance between the components that make contacts in order to prevent energy loss effects in the cable ..
1d) The insulation between the contacts should be high when the circuit is open.
In one embodiment of the relay, the above-mentioned characteristics are achieved by using contacts made of ferromagnetic metal alloys, which have high electrical conductivity and which are melted in an evacuated vessel and thereby form the inner conductor of the relay arrangement .
The electrical capacitance between the open contacts is no more than one picofarad, while the DC voltage insulation resistance at the switching terminals can reach a value of 1014 ohms. The remaining energy loss depends on the quality of the dielectric of the connecting links. A non-magnetic metal tube completes the outer concentric conductor for the coaxial connection.
A further feature of the present relay is that its response sensitivity is increased and adjustable through the use of additional small permanent and movable magnets in the vicinity of the contact elements.
Fig. 1 shows a coaxial vacuum relay in the shape of an inverted T, the three ends of which are coupling pieces 1, 2 and 3 connected to coaxial conductors of a standard type. The central part b consists of an outer, concentrically arranged short metal tube, which carries an inner fused switching unit of the type mentioned above.
The T-type is given as an example only, and the relay can also be used as a Y-type or any other pass-; be cited in a way.
The metal tube 5 forms the outer conductor of the coaxial unit and is surrounded by the excitation winding 4. Fig. 2 shows the internal structure of the novel vacuum relay, in which a vessel 6, which has the contacts at the ends of the elongated, tongue-like, ferromagnetic elements, is arranged along the axis of the metal tube 5 made of non-magnetic material. The output contacts can optionally be connected to the central conductor of a coaxial cable, which is denoted by 1.
The inner diameter of the metal tube 5 is with respect to the outer diameter d of the closed glass tube with the contacts of the type that the wave resistance
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amounts. When using support disks 16 measured dielectric material, the value of the dielectric constant E can be changed in order to achieve the desired characteristic impedance.
These support means are also used to center the glass tube, which keep the inner conductor in the glass tube in the correct, axial position with respect to the metal tube 5. The glass tube 6 preferably consists of a glass vessel which is melted shut on both sides, one end of which has only one connection terminal 7. Such a unit is easy to replace in the event of a malfunction and is only held in place by two soldered connections which are made through the opening 10.
It can be removed from the tube 5 through its upper part after. The coupling piece 1 was removed by loosening the screws 11 from the head of the relay.
3 shows a section along the surface <B> <I> A </I> </B> through the base of a coaxial relay. The outputs of the switching contacts, which are contained in the glass vessel 6, end in two conductors 8 and 9, which pass through the vessel to the outside and which are electrically connected to the central connections of the coupling pieces 2, 3 and the connections to the conductors of the Manufacture cables. For example, the coupling piece 2 can be indirectly connected to a radio receiver when the relay is not energized, and the coupling piece 3 can lead to a transmitter when the relay is energized.
The two coupling pieces 2 and 3 are fastened by means of screws to the non-magnetic metal block 12 which belongs to the pipe 5. An opening 10 in the block, which lies around the axis of the pipe res 5, facilitates the soldering of the central conductors of the coupling pieces 2 and 3 with the connecting conductors 8 and 9 of the contacts in the vessel 6. The opening 10 is made by a non-magnetic Stopper closed.
The coaxial vacuum relay is energized by means of the coil 4 which lies around the metal pipe 5. At the opposite ends of this coil, two plates of magnetic material (13 and 13 ') may be attached to seal the magnetic flux generated by the excitation coil 4 at the opposite ends of the fused vessel with the contacts. An outer magnetic casing 15 closes the magnetic circuit of the plates 13 and 13 ′ and creates a shield for the coil 4.
In order to increase the working sensitivity of the relay, so that lower voltages on the coil can be used to close the relay's working contacts, a small permanent magnet 17 (Fig. 1) is attached to a plug 18 in such a way that one of its poles is adjacent to the conductors 8 and 9. The magnetic polarity is chosen so that it supports the action of the coil 4. The magnet 17 can be moved against the conductors 8 and 9 or away from them by screwing the pin 18 into the opening 10 or out.
By this means, the required voltage across the ends of the coil 4 can be lowered from 8 volts to 2 volts, for example, without changing the coil for actuating the relay. The ampere turns of the relay can therefore be brought to a minimum by using this polarization magnet.
4 shows the design of the relay in the form of a: Y by changing the angle of the coupling pieces 2 and 3 with respect to the axis of the tube 5. With this embodiment, an improved high-frequency decoupling is achieved. The conductors 8-9, which protrude from the vessel 6, are, as FIG. 4 shows, bent away from one another and soldered to the central conductors of the coupling pieces 2-3. Side openings can be provided to facilitate assembly.
Tests were carried out on some manufactured units by inserting the relay in a circuit of 50 ohms impedance and a high frequency of 50-500 MHz. No energy losses and an improvement in the standing wave ratio over known embodiments were found. The mean connection loss was less than 0.5 @db and the voltage standing wave ratio was less than 1.2 up to 500 MHz. Life expectancy is more than 107 circuits.