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Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter
zum Einbau zwischen mindestens zwei miteinander zu verbindenden
Streifenleitern einer Mikrostreifenleitungsstruktur, die mit ihren
rückseitigen Massefläche auf
einer Grundplatte aus Metall aufliegt.
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Mikrostreifenleitungsstrukturen dieser
Art, bei denen auf der Oberseite des Substrats die verschiedenartigsten
Streifenleiterstrukturen ausgebildet sind, werden in de r Hochfrequenztechnik
bis in den GHz-Bereich für
die verschiedenartigsten Zwecke eingesetzt, beispielsweise im Senderbau
zur Signalaufteilung oder Signalzusammenführung. Bei solchen Mikrostreifenleitungsstrukturen
ist es je nach Betriebsart oftmals erforderlich, die eine oder andere Streifenleitungsverbindung
zu ändern,
beispielsweise eine Streifenleitungsverbindung aufzutrennen und dafür eine andere
Streifenleitungsverbindung neu herzustellen. Bisher wurden dazu
entsprechende Lötbrücken benutzt,
deren Herstellung und Veränderung
jedoch relativ aufwendig ist.
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Aus der
DE 36 86 831 T2 ist ein
Schalter mit integrierter Schaltfläche bekannt mit einem Hybridschaltungssubstrat
mit einem vorbestimmten Leiterbahnmuster, welches eine elektrische
Schaltung darstellt, einem flexiblen Substrat mit einem vorbestimmten
Kontaktmuster und einer Einrichtung, welche das flexible Substrat über die
Oberfläche
des Hybridschaltungssubstrates bewegt, so daß das vorbestimmte Kontaktmuster
seine Beziehung zu dem vorbestimmten Leiterbahnmuster ändert, um
die Kennwerte der elektrischen Schaltung umzuschalten. Der Schalter
umfaßt
ferner einen elastischen Block, der auf die Rückseite des flexiblen Substrates
aufgeklebt ist, ein Treibrad, das auf die Rückseite des elastischen Blockes
aufgeklebt ist und eine Antriebseinrichtung für das Treibrad, damit sich
das flexible Substrat über
die Oberfläche
des Hybridschaltungssubstrates bewegt, einen Isolator aus einem
Material, das ausgewählt
ist aus der Gruppe umfassend Quarz, Glas und Saphir, wobei das Isolatorsubstrat
eine glatte Oberfläche
besitzt, eine Bodenfläche
aus einem leitenden Material, die auf der Rückseite des Isolatorsubstrates
angebracht ist und eine Mikrostreifenleitung, die auf der Oberseite
des Isolatorsubstrates verlegt ist, um die elektrische Schaltung
zu bilden.
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Aus der
DE 38 13 686 A1 ist ein
Hochleistungs-HF-Schalter bekannt, bestehend aus einem Paar von
Schalterkontakten. Zwischen den Schalterkontakten ist eine Schicht
aus einem dielektrischen Material angeordnet, so daß in der
geschlossenen Position eine kapazitive HF-Verbindung hergestellt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
einen Hochfrequenzschalter zu schaffen, der sich zum unmittelbaren
Einbau in solche Mikrostreifenleitungsstrukturen eignet, einfach
und billig herstellbar ist und anstelle der bisherigen Lötbrücken eine
schnelle Änderung
der Streifenleitungsverbindungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von
einem Hochfrequenzschalter laut Oberbegriff des Hauptanspruches
durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßer Hochfrequenzschalter kann
sehr einfach und preiswert hergestellt werden, die meisten der dazu
erforderlichen Teile wie die verbreiterten Streifenleiterenden und
die beiden Substratblättchen
können zusammen
mit der eigentlichen Mikrostreifenleitungsstruktur in gedruckter Schaltungstechnik
auch in Massenproduktion hergestellt werden, so daß für die Realisierung
nur noch ein einfacher Schaltkörper
in Form eines Isolierpressteiles erforderlich ist, der über eine
einfache Befestigungsschraube an der Mikrostreifenleitungsstruktur
drehbar befestigt wird. Die zusätzlich
vorgesehenen Durchkontaktierungen im Bereich der miteinander zu
verbindenden Streifenleiterenden bzw. der Schaltbrücken auf
dem Substratblättchen
des Schaltkörpers
gewährleisten,
daß beim
Verdrehen des Schaltkörpers
die dünnen
in gedruckter Schaltungstechnik auf der Substratoberfläche ausgebildeten
Leiterbahnen sich nicht gegenseitig wegscheren. Durch diese Durchkontaktierungen
können
die Leiterbahnen selbst unmittelbar als Kontaktflächen des Schalters
benutzt werden. Da im Bereich des Schalters die Mikrostreifenleitungen
in eine sogenannte suspended-Substrat-Leitung übergehen und zur Einhaltung
des erforderlichen Systemwellenwiderstandes von beispielsweise 50
Ohm in diesem Bereich die Streifenleiter der Mikrostreifenleitungen
entsprechend verbreitert werden müssen, ist genügend Platz für diese
Durchkontaktierungen. Messungen haben ergeben, daß ein solcher
Hochfrequenzschalter sehr gute Schalteigenschaften bis in den GHz-Bereich aufweist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer
Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalter
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2 eine
Draufsicht auf das Substrat im Bereich des erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters
und
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3 eine
perspektivische Ansicht des Schaltkörpers.
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1 zeigt
den Schnitt I-I eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzschalters eingebaut
in eine Mikrostreifenleitungsstruktur 1, die gemäß der Draufsicht
nach 2 aus einem glasfaserverstärkten dünnen Teflonsubstrat 2 besteht,
auf dessen Oberseite im Ausführungsbeispiel
vier aufeinander zulaufende Streifenleiter 3 bis 6 in
gedruckter Schaltungstechnik ausgebildet sind. Auf der Rückseite
ist eine durchgehende Massefläche 7 aufkaschiert.
Auf der Oberseite dieser Mikrostreifenleitungsstruktur 1 ist an
einer Stelle, an welcher ein Schaltvorgang durchgeführt werden
soll, ein Schaltkörper 8 aus
Isoliermaterial aufgesetzt. Er ist über eine Schraube 9,
die durch das Substrat 2 hindurch in einer Gewindebohrung 10 der
die Mikrostreifenleitungsstruktur 1 tragenden Grundplatte 11 aus
Metall eingeschraubt ist, drehbar gehalten. In 2 ist dieser Schaltkörper 8 abgenommen, 3 zeigt im vergrößerten Maßstab eine
perspektivische Ansicht dieses Schaltkörpers.
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Unterhalb der radial in Richtung
auf das die Befestigungsschraube 9 aufnehmende Loch 12 des Substrats 2 zulaufende
Enden 13 bis 16 der Streifenleitungen 3 bis 6 ist
die rückseitige
Massekaschierung 7 in einem in 2 gestrichelt angedeuteten quadratischen
Bereich 17 entfernt und in dem gleichgroßen darunterliegenden
quadratischen Bereich ist in der Grundplatte 11 eine quadratische
flache Ausnehmung 18 ausgefräst, in welcher ein dünnes Substratblättchen 19 vorzugsweise
aus dem gleichen Isoliermaterial wie das Substrat 2 eingesetzt
ist. Im Bereich 17 bildet der Boden der Ausfräsung 18 mit den
Enden 13 bis 16 der Streifenleiter eine sogenannte
suspended-Substrat-Leitung.
Zur Einhaltung des System-Wellenwiderstandes
von beispielsweise 50 Ohm müssen
in Folge des größeren Abstandes die
Leiterbahnen dieser Enden 13 bis 16 entsprechend
breiter als die Streifenleiter 3 bis 6 ausgebildet werden,
wie dies die Draufsicht nach 2 zeigt. Diese
verbreiterten Leiterbahnen werden durch mehrere über die Oberfläche verteilte
Durchkontaktierungen 20, wie sie in der Leiterplattentechnik üblich sind, scherfest
mit dem Substrat 2 verbunden. Da auf der Rückseite
die Massekaschierung 7 entfernt ist, enden diese Durchkontaktierungen 20 isoliert
nur mit einem schmalen Leiterring auf der Rückseite des Substrats.
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Auf der Stirnseite des Schaltkörpers 8 ist
ein weiteres quadratisches Substratblättchen 21 in einer entsprechend
flachen Stirnausnehmung eingesetzt und vorzugsweise mit einem geeigneten
Kleber dort befestigt. Auf der der Mikrostreifenleitungsstruktur 1 zugewandten
Seite dieses Substratblättchens 21 sind
zu beiden Seiten der Drehachse 27 (Befestigungsschraube 9)
zwei parallele Leiterbahnen 22, 23 in gedruckter
Schaltungstechnik ausgebildet, die ebenfalls durch mehrere Durchkontaktierungen 24 haftfest
mit dem Substratblättchen 21 verbunden sind.
Parallel zu diesen beiden Leiterbahnen 22, 23 ist
an der oberen Stirnseite des Schaltkörpers 8 ein Schlitz 25 zur
Aufnahme eines Schraubendrehers ausgebildet. Außerdem ist am Umfang des Schaltkörpers 8 über etwa ¾ des Gesamtumfangs
ein Drehanschlag 26 vorgesehen, durch welchen die Drehbarkeit
des Schaltkörpers
auf 90° begrenzt
ist. Der Drehanschlag 26 arbeitet im zusammengebauten Zustand
mit einem entsprechenden Gegenanschlag des auf die Grundplatte aufgesetzten,
nicht dargestellten Abschirmgehäuses
zusammen, durch welches das Ende des Schaltkörpers nach außen ragt.
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Im zusammengebauten Zustand liegt
das Substratblättchen 21 flach
auf der Oberfläche
der Mikrostreifenleitungsstruktur 1 auf, in der einen Drehstellung
verbindet die Schaltbrücke 22 die
Enden 13 und 16 und die Schaltbrücke 23 die
Enden 14 und 15 der Streifenleiter. Die Schraube 9 ist
durch das Loch 12 des Substrats 2 und das entsprechende
Loch des zur Isolierung eingesetzten Substratblättchens 19 in die
Gewindebohrungen 10 fest eingeschraubt, die Schaltbrücken 22, 23 machen
dadurch guten galvanischen Kontakt mit den zugehörigen Leiterbahnenden 13 bis 16.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird
in dieser Schaltstellung die Mikrostreifenleitungen 3 und 6 sowie
4 und 5 miteinander verbunden. Wenn nun die Mikrostreifenleitungen 3 und 4 sowie
5 und 6 miteinander verbunden werden sollen, wie dies beispielsweise
in einem Signalaufteiler eines Senders für eine bestimmte Betriebsart
erforderlich ist – wobei
dann an einer dieser Mikrostreifenleitungen beispielsweise ein Lastwiderstand
angeschaltet und an einer anderen dafür ein Massekurzschluß hergestellt
werden soll – so
wird mit einem Schraubendreher die Schraube 9 leicht gelöst, so daß der Schraubenkörper 8 mittels
eines in den oberen Schraubendreherschlitz 25 eingesetzten
Werkzeug um 90° gedreht
werden kann. Durch die Durchkontaktierungen 20 bzw. 24 wird
gewährleistet,
daß bei
dieser Verdrehung die aufeinanderliegenden Leiterbahnen nicht abscheren.
Wenn die gewünschte
Drehstellung mit Verbindung der Enden 13 und 14 durch
die Schaltbrücke 22 bzw. 15 und r durch
die Schaltbrücke 23 erreicht
ist wird die Schraube 9 wieder angezogen und so ein guter
Hochfrequenzkontakt hergestellt und aufrecht erhalten.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt
vier radial aufeinander zulaufende Streifenleiter zur Umschaltung
vorgesehen, der erfindungsgemäße Schalter
eignet sich natürlich
auch zum Wechseln der Verbindungen von nur zwei, drei oder mehr
auf den Drehpunkt zulaufenden Streifenleitern, er ist damit für die verschiedenartigsten
Schaltaufgaben geeignet. In manchen Anwendungsfällen kann es auch vorteilhaft
sein, anstelle der zwei dargestellten Schaltbrücken 22, 23 nur
eine einzige Schaltbrücke
oder drei oder mehr entsprechende Schaltbrücken entsprechend winkelversetzt
auf dem Substratblättchen
vorzusehen. Auch die beschriebene Art der Arretierung des Schaltkörpers in
den möglichen Schaltstellungen
durch die Arretierschraube 9 ist in manchen Anwendungsfällen nicht
erforderlich, in manchen Fällen,
vor allem wenn öfters
hintereinander die Schaltstellung geändert werden soll, könnte der
Schaltkörper
auch federnd an der Mikrostreifenleitungsstruktur befestigt sein,
so daß er
einfach gegen diese Federvorspannung zwischen seinen Schaltstellungen
verdreht werden kann.
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Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schalters
ist sehr einfach und preiswert. Die beiden Substratblättchen 18 und 21 können zusammen
mit der Herstellung der Mikrostreifenleitungsstruktur 1 ebenfalls
in gedruckter Schaltungstechnik gleich mit hergestellt werden und
zwar an einer Stelle der Struktur, an der später sowieso ein entsprechender Durchbruch
im Substrat vorgesehen ist. Die restliche Schalterstruktur auf dem
Substrat 2 kann zusammen mit der Mikrostreifenleitungsstruktur
hergestellt werden, erfordert also keinen gesondert Arbeitsgang.
Es ist lediglich noch erforderlich, einen zusätzlichen Schaltkörper in
Form eines einfachen Pressteils vorzusehen und in der Grundplatte
die erforderliche Ausfräsung
darzustellen.