DE1198875B - Mikrowellenumschalter - Google Patents
MikrowellenumschalterInfo
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Landscapes
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- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H02c
Deutsche KL: 21 a4- 72/01
Nummer: 1198 875
Aktenzeichen: D 32834IX d/21 a4
Anmeldetag: 11.März 1960
Auslegetag: 19. August 1965
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenumschalter
zum abwechselnden Anschließen von zwei Anschlußwellenleitern an einen gemeinsamen
Wellenleiter an der Verzweigungsstelle eines Wellenleiters mit rechteckigem Querschnitt.
Es sind schon die verschiedensten Bauweisen von Schaltvorrichtungen zur Umschaltung hochfrequenter
elektromagnetischer Energie zwischen verschiedenen Wellenführungen oder Hohlleitern bekanntgeworden.
So ist es bekannt, sowohl Klappen oder Flügel, insbesondere von rechteckiger Gestalt, als auch bewegliche
Resonanzringe als Schaltorgan vorzusehen. Ferner ist es bekannt, unter Einwirkung der Kraft
einer Rückstellfeder stehende Schaltvorrichtungen mit einem Drehelektromagneten zu kuppeln. Weiter
sind T-förmige Wellenführungsumschalter mit verschiebbaren statt schwenkbaren Schaltgliedern bekannt.
Für viele Zwecke, wie z. B. bei Radarsystemen von Luftlandeanlagen, ist es äußerst wichtig, daß solche
Schalter kleinstmögliche Abmessungen haben und ganz besonders leicht sind. Außerdem ist es erwünscht,
daß derartige Schalter für Fernbetätigungen geeignet sind. Dabei sollen die Leistungsverluste zwischen
den verbundenen Hohlleitern äußerst klein sein, auch ist bestmögliche Isolation zwischen den
getrennten Hohlleitern von größter Wichtigkeit. In dem Schalterkörper sollen außerdem Einrichtungen
zum Abschluß eines abgetrennten Hohlleiters oder Wellenführungsdurchgangs vorgesehen sein, die im
wesentlichen deren charakteristische Impedanz aufweisen, so daß unerwünschte Reflexerscheinungen
vermieden werden.
Die Fernbetätigung des Schalters soll ein Schalten unter Last ermöglichen, und sein Aufbau soll so beschaffen
sein, daß eine sehr geringe Kraft genügt, um den Schaltvorgang durchzuführen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Mikrowellenumschalter der eingangs genannten Art, in welchem
ein um die Schnittlinie von Seitenwänden der beiden Anschlußwellenleiter als Drehachse in zwei Endlagen
vorschwenkbarer rechteckiger Flügel aus Metall angebracht ist, der in seinen Endlagen die Fortpflanzungsbahn
der Energie abwechselnd in den Richtungen des einen bzw. anderen Anschlußwellenleiters
unterbricht.
Zweck der Erfindung ist es daher hauptsächlich, einen Schalterkörper in Miniaturbauweise zu schaffen,
die Drehachse so anzubringen, daß die Fortpflanzungsbahn des einen Anschlußwellenleiters vollständig
abgeschlossen ist und das Schaltorgan so auszubilden, daß ein einwandfreier elektrischer Ab-Mikrowellenumschalter
Anmelder:
Don-Lan Electronics, Inc., Santa Monica,
Calif. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Werdermann, Patentanwalt,
Hamburg 13, Innocentiastr. 30
Als Erfinder benannt:
Donald Hugh Lanctot, Santa Monica, Calif.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 2. April 1959 (803 635)
Schluß des jeweils unbenutzten Abschlußwellenleiters mit der passenden Impedanz möglich ist.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele dadurch erreicht, daß bei Y-förmiger Verzweigung innerhalb
eines zur Anbringung von Verbindungsflanschen im Grundriß deltaförmig gestalteten Schalterkörpers die
Drehachse des Flügels in der Schnittlinie der sich aneinander anschließenden Seitenwände der beiden
Anschlußwellenleiter angeordnet ist und daß an dem Flügel dreieckförmige, zur Absorption der Strahlung
dienende Flachrippen vorgesehen sind, die sich in senkrechter Richtung von seinen Flachseiten weg erstrecken
und so bemessen sind, daß die inneren Enden der Anschlußwellenleiter mit den für sie passenden
Impedanzen abgeschlossen werden, je nachdem sich der Bügel in der einen oder anderen Endstellung
befindet.
Auf diese Weise lassen sich kleinstmögliche Abmessungen
des Schalterkörpers erzielen und Leistungsverluste in der wirksamen Fortpflanzungsbahn
praktisch vermeiden, während in der jeweils unbenutzten Fortpflanzungsbahn ein einwandfreier elektrischer
Abschluß besteht.
Eine besonders geringe Trägheit des beweglichen Flügels kann dadurch gewährleistet werden, daß die
rechteckigen Durchgänge in dem deltaförmigen Schalterkörper mit den längeren Rechteckseiten ihres
Querschnittes zusammenstoßen, so daß die Dreh-
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achse des Flügels längs eines der längeren Seitenränder ihrer Rechteckform verläuft.
Wird der Flügel durch einen Elektromagneten, insbesondere Drehspulmagneten, mit einem einen
Widerstand enthaltenden Haltestromkreis steuerbar gemacht, so läßt sich der Schalter als Arbeitsstromanordnung
ausbilden, so daß im Fall eines Leistungsausfalles der Schalter stets eine bestimmte Stellung
einnimmt, was der Betriebssicherheit zugute kommt.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
F i g. 1 ist eine Gesamtansicht eines Mikrowellenumschalters gemäß der Erfindung und zeigt die drei
Hohlleiter in der Stellung vor der Verbindung mit dem Schalterbauteil selbst;
Fi g. 2 ist eine Schnittansicht des Schalterbauteiles,
wobei die Blickrichtung in F i g. 1 durch die Pfeile 2-2 angegeben ist; die Flachrippen am Flügel sind weggelassen;
F i g. 3 ist eine andere Schnittansicht des Schalter- ao bauteiles und seines Spulenantriebs, und zwar mit
Blickrichtung auf die Ebene3-3 von Fig. 1 und 2
im Pfeilsinn;
F i g. 4 ist eine bruchstückweise Querschnittsansicht eines Teils der Spulenantriebseinheit, gesehen in
Richtung der Pfeile4-4 von Fig. 3;
Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild der Antriebsspuleneinheit
des Schalters, und
F i g. 6 zeigt perspektivisch die eigentliche Schaltflügelbauweise
zur Verwendung in dem Schalterkörper.
In Fig. 1 ist ein deltaförmiger Schalterkörper 10
mit drei flachen Anschlußflächen 11, 12 und 13 gezeigt. Diese Flächen sind zum Anschluß an Hohlleiter
14, 15 und 16 ausgebildet, die in Endflansche 14', 15' und 16' endigen. Wenn diese Flansche an
die Flächen des Schalterkörpers 10 angesetzt werden, kann die elektromagnetische Energie des Hohlleiters
14 entweder auf den Hohlleiter 15 oder auf den Hohlleiter 16 umgeschaltet werden. Der Umschalt-Vorgang
kann durch einen einfachen Handbetätigungsknopf oder aber vorzugsweise durch Verwendung
einer allgemein mit 17 bezeichneten Drehspule bewirkt werden.
Wie die Querschnittsansicht gemäß Fig. 2 zeigt,
enthält der Schalterkörper 10 drei zur Wellenführung dienende Durchgänge 18, 19 und 20, die senkrecht
in die Flachseiten hineingehen und sich im mittleren Teil des Körpers 10 unter Winkeln von 120° schneiden.
Ferner sind auf der Vorderseite jeder der drei Flachseiten des Körpers 10 ringförmige Dichtungen
von kreisförmigem Querschnitt 21, 22 und 23 sowie Hochfrequenzdrosseln 24, 25 und 26 in Form ringförmiger
Hohlräume vorgesehen. Wegen der deltaförmigen Ausbildung sind die Drosseln in den drei
Durchgängen entsprechend der Dreieckform räumlich angeordnet und voneinander durch einen sehr
kurzen elektrischen Abstand »d« getrennt. Die Ringdichtungen
gewährleisten einen feuchtigkeitsdichten Abschluß zwischen den verbundenen Hohlleitern
und dem Schalterkörper, während die Anordnung der Drosseln die Leistungsverluste bei der Energieübertragung
zwischen den Hohlleitern und dem Schalterkörper vernachlässigbar klein macht.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Schalter so ausgebildet, daß die Energieübertragung
zwischen dem Durchgang 18 und entweder dem Durchgang 19 oder dem Durchgang 20 stattfinden
kann. Zu diesem Zweck ist ein an einer Welle 28 in dem Körper 10 befestigter Flügel27 (Fig. 6) vorgesehen.
Die Welle 28 fällt. etwa mit der Schnittlinie der Wandungen der Durchgänge 19 und 20
zusammen und ist hier derart drehbar gelagert, daß der Flügel 27 aus der in voll ausgezogenen Linien
gezeichneten Stellung um einen Bogen von etwa wenigstens 60° in eine zweite, mit gestrichelten Linien
angedeutete Stellung geschwenkt werden kann. Bei der ersten in F i g. 2 mit vollen Linien gezeichneten
Stellung ist der Durchgang 18 mit dem Durchgang 20 verbunden. Bei der zweiten gestrichelt angedeuteten
Stellung ist der Durchgang 18 mit dem Durchgang 19 verbunden. Wird der Flügel hin- und
hergeschwenkt, so wird die den Durchgang 18 durchlaufende Energie abwechselnd auf die beiden anderen
Durchgänge übertragen.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform zur Hervorbringung der Schwenkbewegung der Welle 28 und
des Flügels 27 dargestellt. Das untere Ende der Welle 28 ruht in einem Kugelstützlager 29 nahe
der Unterfläche des Körpers 10, und das obere Ende ragt oben aus dem Körper heraus und wird durch
Lager 30 aufrecht stehend gehalten. Das obere Ende der Welle endigt in einem Zahnritzel 31 in einem
Hohlraum 32 auf der Unterseite eines Spulengehäuses 33, das an dem Körper 10 des Schalters
befestigt ist. Ein in Achsrichtung verschiebbares Spulenritzel 34 steht im Eingriff mit dem Ritzel 31
und ist starr mit dem Tauchkolbenglied 35 der Spule verbunden. Das obere Ende des Tauchkolbens 35
kann wiederum mit Schraubengängen 36 versehen sein, die mit ortsfesten Teilen 37 zusammenwirken,
welche als radiale Vorsprünge des Spulenkörpers 33 nach innen ragen, so daß eine Auf- und Abbewegung
des Spulenkolbens 35 in eine Drehbewegung umgewandelt wird, die das Kolbenritzel 34 und das Flügelwellenritzel
31 in eine Drehbewegung versetzt.
Wie in F i g. 3 gezeigt, endigt das äußerste obere Ende des Kolbens in einem isolierten Betätigungsstift 38, der die Unterseite eines Blattfederkontaktes
39 berührt, dessen eines Ende an dem Spulenkörper 33 bei 40 befestigt ist und dessen anderes Ende mit
einem Kontakt 41 in Berührung kommen kann. Außerdem ist ein elektrischer Widerstand 42 ringförmig
um den Spulenkörper 33 herum angeordnet und mit der Spulenwicklung 43 in Reihe geschaltet. Erregerleitungen
44, 45 treten in den Spulenkörper 33 ein und bilden den Anschluß für den Widerstand 42
und die Spulenwicklung.
Normalerweise werden die Welle 28 und der Flügel 27 in die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Stellung
gedrückt. Dies geschieht durch eine Spiralfeder 46, die in F i g. 3 dargestellt ist. Das eine Ende dieser
Feder ist, wie Fig. 4 zeigt, an dem Isolierstab38 und das andere an dem Spulenkörper 33 befestigt, so
daß eine bei Blickrichtung von oben auf den Kolben 35 entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn wirkende Vorspannungskraft,
vgl. den Pfeil in Fig. 4, ausgeübt wird. Demzufolge wird das Ritzel 31 im Uhrzeigerdrehsinn
vorgespannt, um den Flügel in die in F i g. 2 gestrichelt dargestellte Stellung zu bewegen.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind jedoch der Spulenkolben 35 und der Flügel in der Stellung
gezeigt, die sie annehmen, wenn die Spulenwicklung 43 erregt ist. In dieser Erregungsstellung, bei der
sich der Kolben 35 in seiner oberen Stellung befindet, wird die Blattfeder 39 von dem Gegenkontakt 41
abgehoben. Wenn die Spulenwicklung 43 entregt wird, nehmen der Kolben 35 und die Blattfeder 39
ihre in F i g. 3 gestrichelt dargestellte Lage ein, in der die Blattfeder 39 den Gegenkontakt 41 berührt.
Das Schaltbild für den Kontakt 41, den Widerstand 42 und die Spulenwicklung43 ist in Fig. 5
dargestellt. Die Anschlußleitung 44 führt zum einen Ende des Widerstandes 42 sowie zu der Blattfeder 39.
Das andere Ende des Widerstandes 42 führt an die Spulenwicklung 43 sowie an den Gegenkontakt 41.
Das andere Ende der Spulenwicklung 43 führt zu dem zweiten Anschluß 45.
Gelangt also die Blattfeder 39 in Berührung mit dem Gegenkontakt 41, so wird der Widerstand 42
überbrückt und die volle Energie der Anschlußleitungen 44, 45 unmittelbar an die Spulenwicklung
43 gelegt. Bei Erregung dieser wird der Kolben 35 nach oben bewegt; der isolierende Stift 38 drückt
dann die Blattfeder 39 nach oben und bringt sie außer Eingriff mit dem Kontakt 41. Dadurch wird ao
der Widerstand 42 mit der Spule 43 in Reihe geschaltet. Der Reihenwiderstand verringert die an die
Spulenwicklung gelegte Leistung auf einen gerade noch zum Halten des Kolbens 35 in seiner oberen
Stellung ausreichenden Wert.
Daraus ergibt sich die Arbeitsweise des ganzen Schalters. Bei Abwesenheit von elektrischer Energie
an den Anschlüssen 44 und 45 hält die Feder 46 die Welle28 und den Flügel27 in der in Fig. 2 gestrichelt
angedeuteten Stellung. In dieser Stellung läuft die in den Hohlleiterdurchgang 18 eintretende Energie
in den Hohlleiterdurchgang 19. Bei Erregung der Spule 43 durch Anlegen von Leistung an die Leitungen
44, 45 wird der Spulenkolben 45 nach oben bewegt; diese Bewegung wird in eine Drehbewegung,
von oben gesehen im Uhrzeigerdrehsinn, umgesetzt, um das Ritzel 31 in einem zum Uhrzeiger entgegengesetzten
Drehsinn zu bewegen. Dadurch werden die Welle und der Flügel 27 aus der in F i g. 2 gestrichelt
gezeichneten Lage in die mit vollen Linien gezeichnete Lage gebracht. Zugleich mit der Bewegung
des Kolbens 35 nach oben wird die Blattfeder 39 von dem Kontakt 41 abgehoben, so daß
der Widerstand 42 mit der Spule 43 in Reihe geschaltet und auf diese Weise, wie vorstehend erläutert,
eine nur geringe Haltekraft gebraucht wird.
Befindet sich der Flügel in der mit vollen Linien gezeichneten Stellung gemäß Fig. 2, so läuft die
Ultrahochfrequenzenergie im Durchgang 18 nunmehr in den Durchgang 20, wie durch die voll gezeichneten
Pfeile angedeutet. Wird die Spule 43 entregt, so bringt die Feder 46 den Flügel aus der voll gezeichneten
in die gestrichelte Lage zurück.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Bauweise besteht darin, daß der Flügel 27 selbst, der äußerst geringe
Masse aufweist, den ganzen Schaltvorgang bewirkt. Dadurch wird sehr geringe Energie gebraucht, um
den Flügel um die erforderlichen 60° zu drehen und den Schaltvorgang zustande zu bringen. Ferner ist
die Ansprechzeit äußerst kurz.
Um den isolierten Durchgang mit einer Impedanz abzuschließen, die so eng wie möglich ihrer charakteristischen
Impedanz zur Vermeidung von Reflexerscheinungen entspricht, ist der Flügel, wie in
Fig. 6 dargestellt, ausgestaltet. Der Flügel27 weist
auf seinen beiderseitigen Flächen dreieckförmige Glieder 48 bzw. 49 auf. Diese Glieder sind so geformt
und in Abständen zueinander auf der ganzen Oberfläche des Flügels verteilt, daß bei einer solchen
Einstellung, bei der sie die elektromagnetische Energie, welche den durch den Flügel abgeschlossenen
Hohlleiter entlangläuft, senkrecht schneiden, etwa die charakteristische Impedanz des Hohlleiters
gebildet wird. Bei dieser einen Stellung des Flügels sind die entsprechenden Teile auf der entgegengesetzten
Seite nicht senkrecht zur Richtung einer vorhandenen elektromagnetischen Strahlung gerichtet
und beeinträchtigen diese nicht merklich. Die Teile 49 schließen den Durchgang 19 mit etwa seiner
charakteristischen Impedanz ab, während die Teile 48 den Energiefluß zwischen dem Durchgang 18 und
dem Durchgang 20 nicht merklich beeinträchtigen. Wird der Flügel in die gestrichelt gezeichnete Stellung
bewegt, so schließen die Teile 48 den Durchgang 20 mit etwa seiner charakteristischen Impedanz
ab, während die Teile 49 die Energieübertragung vom Durchgang 18 zum Durchgang 19 nicht
merklich beeinflussen.
Demnach wird durch die Erfindung ein bedeutend verbesserter Mikrowellenumschalter geschaffen. Es
sind nicht nur Größe und Gewicht minimal, was auf die deltaförmige Gestalt zurückzuführen ist, vielmehr
ermöglicht der vereinfachte Schaltflügelaufbau die Durchführung des Schaltvorganges im voll erregten
Zustand, wobei die maximale Fehlanpassung den Wert 2:1 nicht überschreitet. Durch Verbinden
der verschiedenen Hohlleiter 14, 15,16 in der Weise, daß die Isolation der Durchgänge 18 und 20 und
die Verbindung der Durchgänge 18 und 19 einen »Sicherheits«-Zustand schaffen, wird der Schalter
stets diesen Zustand annehmen, wenn die Leistung ausfallen sollte.
Ein besonders wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht in der deltaförmigen Gestalt des Schalterkörpers,
die nicht nur zu einer kompakten Bauweise führt, sondern auch die Verwendung eines Schaltflügels
von äußerst kurzer elektrischer Breite ermöglicht. Demzufolge erscheinen die verbundenen
Durchgänge in bezug auf die durchgehende elektromagnetische Energie als unterbrechungsfrei; mit anderen
Worten, die Schwenkachse des Flügels und der Kantenteile des Flügels, der die Kante des Durchganges
berührt, sind elektrisch nur um einen Bruchteil einer Wellenlänge voneinander entfernt, so daß
praktisch keine Reflexerscheinungen auftreten können.
Claims (3)
1. Mikrowellenumschalter zum abwechselnden Anschließen von zwei Anschlußwellenleitern an
einen gemeinsamen Wellenleiter an der Verzweigungsstelle eines Wellenleiters mit rechteckigem
Querschnitt, wobei im Mikrowellenumschalter ein um die Schnittlinie von Seitenwänden der beiden
Anschlußwellenleiter als Drehachse in zwei Endlagen verschwenkbarer rechteckiger Flügel aus
Metall angebracht ist, der in seinen Endlagen die Fortpflanzungsbahn der Energie abwechselnd in
den Richtungen des einen bzw. anderen Anschlußwellenleiters unterbricht, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Y-förmiger Verzweigung innerhalb eines zur Anbringung von Verbindungsflanschen im Grundriß deltaförmig gestalteten
Schalterkörpers die Drehachse des Flügels in der Schnittlinie der sich aneinander anschließenden
Seitenwände der beiden Anschlußwellenleiter angeordnet ist und daß an dem Flügel dreieckförmige,
zur Absorption der Strahlung dienende Flachrippen vorgesehen sind, die sich in senkrechter
Richtung von seinen Flachseiten weg erstrecken und so bemessen sind, daß die inneren
Enden der Anschlußwellenleiter mit den für sie passenden Impedanzen abgeschlossen werden, je
nachdem sich der Flügel in der einen oder anderen Endstellung befindet.
2. Mikrowellenumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rechteckigen
Durchgänge in dem deltaförmigen Schalterkörper mit den längeren Rechteckseiten ihres Querschnittes
zusammenstoßen.
3. Mikrowellenumschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel
durch einen Elektromagneten, insbesondere Drehspulmagneten, mit einem einen Widerstand enthaltenden
Haltestromkreis steuerbar ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 968 606; deutsche Auslegeschrift Nr. 1002 826;
französische Patentschrift Nr. 1107 185; britische Patentschrift Nr. 710204;
USA.-Patentschriften Nr. 2 588 934, 2 647 951, 2814782,2827 613;
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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