DE1200902B

DE1200902B - Switching unit for microwave two-way switch

Info

Publication number: DE1200902B
Application number: DEN19974A
Authority: DE
Inventors: Akira Cho
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1960-11-15
Filing date: 1961-05-02
Publication date: 1965-09-16
Also published as: GB942854A; US3177449A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

HOIpHOIp

H03h
Deutsche Kl.: 21 a4 - 74H03h
German class: 21 a4 - 74

Nummer: 1200 902Number: 1200 902

Aktenzeichen: N19974IX d/21 a4File number: N19974IX d / 21 a4

Anmeldetag: 2. Mai 1961 Filing date: May 2, 1961

Auslegetag: 16. September 1965Opening day: September 16, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinheit für Mikrowellen, die in einem ersten Schaltzustand einen weitgehend dämpfungsfreien, normalen Hohlleiter und in einem zweiten Schaltzustand ein auf seiner einen Seite reflektierendes und seiner anderen Seite absorbierendes Mikrowellen-Bauelement darstellt. The invention relates to a switching unit for microwaves, which is in a first switching state a largely attenuation-free, normal waveguide and in a second switching state one on its represents one side reflecting and its other side absorbing microwave component.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf aus diesen Schalteinheiten aufgebauten Mikrowellen-Zweiwegumschalter, wie sie bei Richtfunkverbindungen und deren Ersatzschalttechnik benötigt werden.The invention also relates to microwave two-way switch built up from these switching units, as they are required for radio link connections and their equivalent switching technology.

Bekanntlich werden Richtfunkverbindungen für die Übertragung von Vielkanalsystemen, Fernsehprogrammen oder Steuerimpulsen verwendet. Bei einer solchen Anlage sind normalerweise der Betriebssender mit der Antenne und ein ständig mitlaufendei Reservesender mit einem Absorber verbunden. Wenn nun der Betriebssender ausfällt, so wird die Ausgangsleistung des Reservesenders von dem Absorber auf die Antenne umgeschaltet, so daß ein verzögerungsfreies Arbeiten des gesamten Systems gewährleistet bleibt. Eine derartige Umschaltung muß natürlich in sehr kurzer Zeit erfolgen. Umschaltzeiten von etwa 1 ms dürften für eine störungsfreie Übertragung von Fernschreibsignalen, Sprache und/oder Steuerimpulsen im allgemeinen ausreichen. In bestimmten Fällen der Impulsübertragung (Fernwirktechnik) kann jedoch die Unterdrückung eines einzigen Impulses bereits eine Verstümmelung der Nachricht zur Folge haben.It is known that radio links are used for the transmission of multichannel systems and television programs or control pulses are used. In such a system, they are usually the operating transmitters connected to the antenna and a constantly running reserve transmitter with an absorber. if now the operational transmitter fails, the output power of the reserve transmitter from the absorber switched to the antenna, so that a delay-free operation of the entire system is guaranteed remain. Such a switchover must of course take place in a very short time. Switching times from about 1 ms should be required for interference-free transmission of teletype signals, speech and / or control pulses generally sufficient. In certain cases of impulse transmission (telecontrol technology) however, the suppression of a single impulse can cause a mutilation of the message Have consequence.

Derartige Zweiwegumschalter müssen eine gute Entkopplungsdämpfung zwischen den Aus- und Eingängen aufweisen. Die Höhe dieser Dämpfung derartiger Schalter bestimmt das Ausmaß der gegen-Schalteinheit für Mikrowellen-Zweiwegumschalter Such two-way switch must have good decoupling attenuation between the outputs and inputs exhibit. The amount of this attenuation of such switches determines the extent of the counter-switching unit for microwave two-way switch

Anmelder:Applicant:

Nippon Electric Company Ltd., TokioNippon Electric Company Ltd., Tokyo

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Akira Cho, Takaji Kuroda, TokioAkira Cho, Takaji Kuroda, Tokyo

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Japan vom 15. November 1960 (45 707)Japan November 15, 1960 (45 707)

fern Klystrons als Senderöhren verwendet werden, wird daher ein Abgleich des Senders schwierig, da ihre Ausgangsleistung in besonderem Maße vom Anpassungszustand der Last abhängig ist.If klystrons are used as transmitter tubes, it is difficult to calibrate the transmitter their output power is particularly dependent on the state of adaptation of the load.

An Hand der Fig. 1 bis 4b wird ein bekannter Zweiwegumschalter für Mikrowellen näher erläutert. Bei diesem Schalter wird von der Faraday-Drehung der Polarisation einer elektromagnetischen Welle unter dem Einfluß eines in einem Hohlleiter befindliehen Ferritstabes und eines statischen Magnetfeldes Gebrauch gemacht. Dabei sind jeweils zwei aus- bzw. einkoppelnde Hohlleiterarme 23, 24 und 29, 30 erforderlich, die aufeinander senkrecht stehen. Nachteilig bei derartigen Schaltern ist ihre geringe Ent-A known two-way switch for microwaves is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 4b. With this switch, the Faraday rotation of the polarization of an electromagnetic wave under the influence of a ferrite rod located in a waveguide and a static magnetic field Made use of. Two waveguide arms 23, 24 and 29, 30 to be coupled out or coupled in are required, which are perpendicular to each other. The disadvantage of such switches is their low cost

seitigen Beeinflussung von Betriebs- und Reserve- 35 kopplungsdämpfung, die nicht nur von dem Schalter sender. Besteht beispielsweise nur eine geringe Ent- selbst, sondern auch von dem Aufbau der Polarisakopplung zwischen den Ein- und Ausgängen, so ge- tionsweiche abhängt. Da es im allgemeinen schwierig langt ein relativ hoher Anteil der Ausgangsleistung ist, eine hohe Entkopplung zwischen zwei zueinander des Reservesenders auf die Antenne und stört die mit gekreuzten Polarisationsrichtungen zu erzielen, ist dem Betriebssender ausgesandte Übertragung der 40 auch die Entkopplungsdämpfung der Gesamtanord-Nachricht. Diese Störung macht sich besonders bei nung relativ klein.lateral influence on operating and reserve coupling attenuation, which is not only caused by the switch Channel. For example, there is only a slight de-self, but also from the structure of the polarisa coupling between the entrances and exits, depending on the function switch. As it is generally difficult If there is a relatively high proportion of the output power, there is a high degree of decoupling between two of them of the reserve transmitter on the antenna and interferes with the achieved with crossed polarization directions The transmission of 40 sent to the operating transmitter also includes the decoupling attenuation of the overall arrangement message. This disturbance makes itself relatively small, especially with voltage.

Sendern großer Bandbreite, beispielsweise für Viel- Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einenBroadband transmitters, for example for multi-It is therefore the object of the invention to provide a

kanalübertragung, bemerkbar. Zweiwegumschalter für Mikrowellen mit einer höhe-channel transmission, noticeable. Two-way switch for microwaves with a height

Ein derartiger Schalter muß außerdem einen kon- ren Entkopplungsdämpfung zu schaffen, dessen Einstanten Eingangswiderstand aufweisen. Seine Impe- 45 gangsimpedanz konstant ist, der relativ klein ist und danz muß immer sowohl an den Sender, als auch an eine einfache Konstruktion aufweist,
die Antenne angepaßt sein. Besteht keine aus- Das in den Fig. 1 bis 4b teilweise schematischSuch a switch must also create a proper decoupling attenuation, the single-point of which has an input resistance. Its input impedance is constant, which is relatively small and must always have both the transmitter and a simple construction,
the antenna must be adapted. There is no out- The in Figs. 1 to 4b partially schematically

reichende Anpassung, dann verändert sich die Impe- dargestellte Ausführungsbeispiel des obenerwähnten danz des Schalters, vom Senderausgang aus gesehen, bekannten Zweiwegumschalters für Mikrowellen ist in Abhängigkeit davon, in welchem Maße die Aus- 50 so aufgebaut, daß die Ausgangsleistung des Betriebsgangsleistung auf die Antenne gelangt oder nicht, und und des Reservesenders, die über Hohlleiter 23 bzw. hat eine Störmodulation des Senders zur Folge. So- 24 an den Anschlüssen 21 bzw. 22 liegen, sowohlsufficient adaptation, then the Impe-illustrated embodiment of the above-mentioned changes Danz the switch, seen from the transmitter output, is known two-way switch for microwaves depending on the extent to which the output 50 is constructed so that the output power of the operating power output gets on the antenna or not, and and the reserve transmitter, which via waveguide 23 or results in interference modulation of the transmitter. So 24 are at the connections 21 and 22, both

509 687/162509 687/162

über den Hohlleiter 29 und dem Anschluß 31 auf die über die ganze Breite des Hohlleiters und parallel zu Antenne, als auch über den Hohlleiter 30 und den der Hohlleiterachse. Die Kanten 60, 61, 62, 63 bzw. Anschluß 32 auf einem Absorber geleitet wird. Zwi- 64, 65, 66, 67 der Platten berühren die Oberfläche 54 sehen den Ein- und Ausgängen des Schalters befindet des Ferritstabes 52 und die Innenfläche 55 des Hohlsich ein Eingangspolarisationsfilter 25, ein runder 5 leiters 51. Zur Befestigung des gesamten, aus den Hohlleiter 26, der eigentliche Umschalter 27 und ein Einzelteilen 52, 56, 57, 58 und 59 bestehenden Ein-Ausgangspolarisationsfilter28. Das Eingangspolarisa- satzes 80 sind zwei Halterungen 81 und 82 vortionsfilter 25 ist in der F i g, 2 dargestellt. Es besteht gesehen, deren Form so ausgebildet ist und die solche aus einem runden Hohlleiter 26, in den zwei zuein- Aussparungen aufv/eisen, daß sie den Einsatz 80 allander senkrecht stehende rechteckige Hohlleiter 23 io seitig umschließen und den ganzen Hohlleiterquer- und 24 einmünden und deren elektrische Feldlinien, schnitt ausfüllen. Die Länge der Halterungen in gekennzeichnet durch die Pfeile 33 bzw. 34, zuein- Achsrichtung des Hohlleiters brauchen nur nach ander und zu der Achse des runden Hohlleiters senk- mechanischen Gesichtspunkten bemessen zu werden, recht stehen. da ihre Dielektrizitätskonstanten annähernd gleichover the waveguide 29 and the connection 31 over the entire width of the waveguide and parallel to it Antenna, as well as via the waveguide 30 and the waveguide axis. The edges 60, 61, 62, 63 and Port 32 is passed on an absorber. Between 64, 65, 66, 67 of the plates are in contact with surface 54 see the inputs and outputs of the switch located on the ferrite rod 52 and the inner surface 55 of the hollow an input polarization filter 25, a round 5 conductor 51. To fix the whole, from the Waveguide 26, the actual switch 27 and individual parts 52, 56, 57, 58 and 59 existing input-output polarization filter28. The input polarization set 80 are two holders 81 and 82 and the input filter 25 is shown in FIG. It is seen whose shape is designed and such from a round waveguide 26, in which two recesses to be cut open that they enclose the insert 80 all the other perpendicular rectangular waveguides 23 io side and the entire waveguide transverse and 24 merge and their electric field lines, fill in the section. The length of the brackets in marked by the arrows 33 and 34, zuein- axial direction of the waveguide only need to to be measured differently and to the axis of the round waveguide - mechanical points of view, stand right. since their dielectric constants are approximately the same

Ein sich in axialer Richtung des Schalters 27 er- x_{S der} von Luft sein sollen und sie infolgedessen nur streckendes statisches Magnetfeld hat eine Drehung geringen Einfluß auf das Feldlinienbild im Hohlleiter der Polarisationsrichtung der sich in dem Hohlleiter haben.A rotation in the axial direction of the switch 27 _which should be airborne and consequently only stretching static magnetic field has little influence on the field line pattern in the waveguide of the polarization direction which is in the waveguide.

ausbreitenden Wellen um 90° zur Folge, so daß die D_en Hohlleiter 51 umschließt eine Spule 83, diepropagating waves by 90 ° result, so that the D _s waveguide 51 encloses a coil 83, the

elektrischen Feldlinien der beiden Wellen wie die in j_m stromdurchflossenen Zustand ein statisches, sich der Fig. 3 mit 37 und 38 bezeichneten Pfeile ver- _zo in axialer Richtung erstreckendes Magnetfeld erzeugt, laufen. Falls der Schalter 27 von keinem Magnetfeld Ferner ist der Hohlleiter 51 zwecks Anschluß an weidurchsetzt wird, gelangt die bei 21 eingespeiste Ener- _tere Hohlleiterbauelemente an seinen Enden mit den gie über den Hohlleiter 29 und den Ausgang 31 zur Flanschen 84 und 85 versehen. Die sich in dem Hohl-Antenne, während die am Eingang 22 eingespeiste i_ei_ter 51 _{m ax}i_ai_er Richtung ausbreitenden Wellen Energie über den Hohlleiter 30 und den Ausgang 32 25 _si_nd vom H₀₁-Schwingungstyp, ihre elektrischen FeIddem Absorber zugeführt wird. linien verlaufen also, wie in F i g. 8 durch die Pfeileelectric field lines of the two shafts as the current-carrying state in a static j _m, the FIG. 3 by arrows designated 37 and 38 extending magnetic field comparable _zo generated in the axial direction, run. If the switch 27 by any magnetic field Furthermore, the waveguide 51 is for the purpose of connection to weidurchsetzt that _tere at 21 fed energy waveguide components reaches at its ends with the energy through the waveguide 29 and the output 31 is provided to the flanges 84 and 85th Located in the hollow antenna, while the power fed at input 22 i _e i _ter 51 _{m ax} i _a i _he direction propagating waves energy through the waveguide 30 and the output 32 25 _s i _n d of the H ₀₁ -Schwingungstyp, their electrical FeIddem absorber is fed. lines therefore run as in FIG. 8 by the arrows

Da die Richtung der Polarisationsdrehung der dargestellt, senkrecht zu den Platten 56, 57, 58 und Welle durch die Richtung des den Schalter 27 durch- 59. J_{n der} F i g. 9 ist das Schaltsymbol der erfindungssetzenden Magnetfeldes bestimmt wird, kann durch gemäßen Schalteinheit dargestellt. Dabei gibt der Umkehr der Richtung des Magnetfeldes ebenfalls 30 pfeil 87 die Richtung vom Flansch 85 zu dem Flansch eine Schaltwirkung erzielt werden. Die Polarisations- _{84 an>
was der} Richtung von den Widerstandsplatten richtungen der elektrischen Felder im Hohlleiter 26 _{58 59 zu den} Metallplatten 56, 57 entspricht, können also im Schalter 27 von der mit 35 und 36 _{Unter der} Einwirkung eines in axialer RichtungSince the direction of the polarization rotation of the illustrated, perpendicular to the plates 56, 57, 58 and shaft through the direction of the switch 27 through 59. J _{n of} FIG. 9 is the circuit symbol of the inventive magnetic field is determined, can be represented by a corresponding switching unit. The reversal of the direction of the magnetic field also gives arrow 87 the direction from the flange 85 to the flange a switching effect can be achieved. The polarization _{84 to> which corresponds to the} direction from the resistance plate directions of the electric fields in the waveguide 26 _{58 59 to the} metal plates 56, 57, can thus in the switch 27 of the 35 and 36 _{under the} action of an in the axial direction

bezeichneten Richtung in die mit 39 und40 (Fig. 3b) bestehenden statischen Magnetfeldes ist die in der oder die mit 41 und 42 (Fig. 3c) bezeichnete Rieh- _{35 durch den} p_feij ₈₇ gekennzeichneten Richtung getung. je nach der Richtung des statischen Magnet- _sehene Impedanz der Schalteinheit an die Impedanz feldes, gedreht werden. Mit derartigen Schaltern kann _des Hohlleiters angepaßt. Infolgedessen treten an diealso die Polarisationsrichtung zwischen 0 bis 90° ge- _{ser Stellej} gleichgültig in welcher Richtung sich das maß der Fig. 3a oder zwischen -45 und +45° ge- statische Magnetfeld erstreckt, keinerlei Reflexionen maß den Fig. 3b bzw. 3c verändert werden. 40 auf. Für Wellen der entgegengesetzten RichtungIn the direction indicated by 39 and 40 (Fig. 3b), the direction indicated by 41 and 42 (Fig. 3c) is the direction indicated _{by the} p _fei j ₈₇ . depending on the direction of the static magnetic field _se hene impedance of the switching unit to the impedance to be rotated. With such switches, _the waveguide can be adapted. As a result, the polarization direction between 0 to 90 ° of this _{point occurs,} regardless of the direction in which the dimension of FIG. 3a or between -45 and + 45 ° of the static magnetic field extends, no reflections whatsoever measured FIGS. 3b or 3c to be changed. 40 on. For waves in the opposite direction

Zur Verbesserung der bei diesen bekannten An- (_gegen pf_eii_ri_chtung 87) stellt die Schalteinheit einen Ordnungen erzielbaren Entkopplungen zwischen den Kurzschluß dar.In order to improve the well-known at this arrival (ii _against pf _e _r i _c Pla 87), the switching unit is a recoverable orders decoupling between the short circuit.

beiden Wegen werden an Hand der Fig. 5 bis 18 In Abwesenheit eines statischen Magnetfeldes stelltBoth ways are shown with reference to FIGS. 5 to 18 in the absence of a static magnetic field

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemaßen Schalt- _die Schalteinheit 50 hingegen den Wellen beider Richeinheiten für Mikrowellen-Zweiwegumschalter be- _{45 tungeil} keinen Widerstand entgegen. In diesem Falle schrieben, deren Kennzeichen darm besteht, daß verhält sie sich also wie ein normaler Hohlleiter. Die senkrecht zur Richtung der elektrischen Feldlinien Gründe für dieses Verhalten der Schalteinheit sind der in die als Hohlleiterstück ausgebildeten Schalt- folgende: Wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, kann einheit eintretenden Wellen an dem einen Ende des _{sich eine} H₀₁-WeIIe in beiden Richtungen ungestört Ferritstabes ein Metallplattenpaar und an seinem ₅₀ ausbreiten, da ihre elektrischen Feldlinien senkrecht anderen Ende ein mit Widerstandsbelag versehenes _{zu den} pi_atten verlaufen und sie infolgedessen durch Pkttenpaar angeordnet sind und daß die Schaltern- _{diese nicht ge}dämpft bzw. reflektiert wird. Bei Vorheit, die sich bei abgeschaltetem Magnetfeld fur handensein eines Magnetfeldes wird jedoch die Wellen beider Richtungen wie em normaler, an- Polarisationsrichtung einer in dem Hohlleiter fortnähemd dämpfungsfreier Hohlleiter verhält, bei be- _{55 sc}hreitenden Welle je nach der Richtung des statistehendem Magnetfeld für die zunächst auf die Wider- _schen Magnetfeldes gegen oder im Uhrzeigersinn gestandsplatten auftreffenden Wellen einen Absorber _{maß dem} Faraday-Effekt gedreht. Gleichgültig wie und für die zunächst auf die Metallplatten auftreffen- _{dabei das stat}i_sche Magnetfeld gerichtet ist, entsteht den Wellen eine Kurzschlußwand darstellt. _in j_{edem Fa}ll eine Komponente des elektrischen FeI- _{Embodiments of the} switching unit according to the invention, _{on the other hand, the switching unit 50 does not offer} any resistance to the waves of both direction units for microwave two-way changeover switches. In this case they wrote whose characteristic there is that it behaves like a normal waveguide. The direction perpendicular to the electric field lines reasons for this behavior of the switching unit are the following in the form of a hollow conductor portion switching: When no magnetic field is present, unit incoming waves can be connected to one end of _a H ₀₁ -WeIIe undisturbed in both directions ferrite Spread a pair of metal plates and at its ₅₀ , since their electric field lines run perpendicular to the other end of a resistive coating _{to the} pi _atten and they are consequently arranged by Pkttenpaar and that the switches _{are not} attenuated or reflected ge. In Vorheit that for handensein to switch off the magnetic field of a magnetic field, however, the waves behave both directions as em normal, arrival direction of polarization of a fortnähemd in the waveguide attenuation-free waveguide, when loading ₅₅ hreitenden shaft _sc depending on the direction of the statistehendem magnetic field for Initially, waves hitting the _Widersche magnetic field counterclockwise or clockwise with stand plates turned an absorber _{measured the} Faraday effect. Regardless of how and for which initially the metal plates strike _the _static magnetic field, the waves create a short-circuit wall. _in _{each case} a component of the electrical field

Die Schaltemheit 50 der Fig. 5, 6 und 7 besteht _6o des der Welle, die parallel zu den Oberflächen der aus einem rechteckigen Hohlleiter 51, in dem ein an platten gerichtet ist. Es wird daher eine Welle die seinen Enden zugespitzter runder Ferritstab 52 an- _si_cn j_{n der} Richtung von der Widerstandsplatte zur geordnet ist, zwei rechteckigen, gleichgroßen Metall- Metallplatte fortpflanzt, absorbiert, während eine platten 56 und 57 und zwei rechteckigen, gleich- Welle der umgekehrten Richtung reflektiert wird Ingroßen, einen Widerstandsbelag aufweisenden Platten 65 folge der Faradayschen Polarisationsdrehung der und 59. Die Platten sind dabei jeweils symmetrisch _Wen_e verkleinert sich auch die Grenzwellenlänge des zu beiden Seiten des Stabes, paarweise an seinen En- Hohlleiterstückes, die ja bekanntlich bei H_ni-Wellen den flugelartig angeordnet. Sie erstrecken sich axial _durch die Dimension der Hohlleiterseite bestimmtThe Schaltemheit 50 of Figs. 5, 6 and 7 consists _6o of the wave, which is parallel to the surfaces of a rectangular waveguide 51, in which one is directed to plates. It is, therefore, a wave is its ends pointed round ferrite rod 52. Toggle _s i _cn j _{n of the} direction arranged by the resistance plate to the rectangular two, equal-sized metal propagating metal plate, absorbed, while plates 56 and 57 and two rectangular, equal to - wave is reflected the reverse direction Ingroßen, a resistance coating having plates 65 follow the Faraday rotation of polarization of and 59. the plates are each symmetrically _We n _e becomes smaller and the cutoff wavelength of the both sides of the rod, in pairs at its ene waveguide piece, which is known to be arranged like a wing _{in H ni waves.} They extend axially _thr ough the dimension of the waveguide side determines

wird, die zu den elektrischen Feldlinien senkrecht steht, so daß die Welle einerseits infolge des Faraday-Effektes zwangläufig gedreht wird und andererseits wegen der zunehmenden Verkleinerung ihrer Grenzwellenlänge dieser Drehung entgegengewirkt wird. Diese, gegen einen Widerstand erzwungene Drehung der Welle ermöglicht es, bei zweckmäßiger Wahl von Form, Durchmesser und Länge des Ferritstabes 52 und der Dimensionen der Platten 56, 57, 58 und 59, sowie ihrer Positionen eine beträchtliche Dämpfung zu erzielen.which is perpendicular to the electric field lines, so that the shaft is inevitably rotated on the one hand as a result of the Faraday effect and on the other hand this rotation is counteracted because of the increasing reduction in its cut-off wavelength. This rotation of the shaft, which is forced against a resistance, makes it possible to achieve considerable damping if the shape, diameter and length of the ferrite rod 52 and the dimensions of the plates 56, 57, 58 and 59 and their positions are appropriately selected.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung für Frequenzen von etwa 7 GHz weist der Hohlleiter 51 einen Querschnitt von 158 · 34,8 mm auf. Der Ferritstab mit einem Durchmesser von 7,5 mm ist 60 mm lang. Die Spule 83 hat 2500 Windungen zu je 70 mm Durchmesser. Ihr Erregerstrom beträgt 450 mA. Die Metallplatten 56 und 57 haben eine Kantenlänge von etwa 23-13 mm und die Widerstandspiatten 59, 58 eine solche von etwa 9,5 · 13 mm bei einem Oberflächenwiderstand von 120 Ohm/cm². Mit einer derartigen Schalteinheit konnte eine Dämpfung von 40 db, bei Schwankungen von —5 und +lOdb über den Frequenzbereich erzielt werden.In a special embodiment of the invention for frequencies of approximately 7 GHz, the waveguide 51 has a cross section of 158 × 34.8 mm. The ferrite rod with a diameter of 7.5 mm is 60 mm long. The coil 83 has 2500 turns, each 70 mm in diameter. Their excitation current is 450 mA. The metal plates 56 and 57 have an edge length of about 23-13 mm and the resistor plates 59, 58 have an edge length of about 9.5 × 13 mm with a surface resistance of 120 ohms / cm ² . With such a switching unit an attenuation of 40 db could be achieved with fluctuations of -5 and + 10db over the frequency range.

An Stelle des rechteckigen Hohlleiters lassen sich auch runde Hohlleiter mit sonstigem Querschnitt verwenden. Außerdem kann der Ferritstab ein wenig exzentrisch zur Hohlleiterachse angeordnet werden. Die Platten brauchen nicht unbedingt bis an die Hohlleiterwände heranzureichen. Sie können auch ein wenig von den Enden des Ferritstabes zu dessen Mitte hin eingerückt sein.Instead of the rectangular waveguide, round waveguides with a different cross section can also be used. In addition, the ferrite rod can be arranged a little eccentrically to the waveguide axis. The plates do not necessarily have to reach up to the waveguide walls. You can also be indented a little from the ends of the ferrite rod towards its center.

Bei der Verwendung eines runden Hohlleiters 88 gemäß Fig. 10 und seiner Anregung durch eine H₁₁-Welle läßt sich die beste Entkopplungsdämpfung dann erzielen, wenn man die Wellen gemäß den mit 89 dargestellten Feldlinien anregt, also wenn die elektrischen Feldlinien derselben zu den Platten 56, 57, 58 und 59 senkrecht verlaufen. Im Gegensatz zu der Drehung der Polarisationsrichtung im rechteckigen Hohlleiter wird die Polarisationsrichtung im runden Hohlleiter frei gedreht, d. h., der Drehwinkel wächst linear mit der angelegten magnetischen Feldstärke. Der Einsatz80 kann auch gemäß der Fig. 11 ausgebildet sein, wonach mehrere Metallplattenpaare 90, 91 und 92, 93 und jeweils dazwischenliegende Widerstandsplattenpaare 94, 95 und 96, 97 vorgesehen sind. Eine von rechts einfallende Welle wird durch die Widerstandsplatten 96, 97 zum Teil absorbiert, durch die nachfolgenden Metallplatten 92, 93 weitgehend reflektiert, und dieser reflektierte Anteil der Wellen wird in den Widerstandsplatten 96, 97 absorbiert. Der weiter eindringende Anteil der Wellen wird in gleicher Weise durch die Platten 90, 91 und 94, 95 absorbiert bzw. reflektiert. In umgekehrter Weise ist nun eine in der anderen Richtung einfallende Welle einer Reflexion unterworfen. Es ist jedoch festzustellen, daß mit wachsender Anzahl von Plattenpaaren nicht notwendig die Güte der Reflexion bzw. Absorption zunimmt. Die besten Resultate hinsichtlich der Dämpfung einerseits und der Reflexion andererseits lassen sich durch eine sorgfältige Dimensionierung der Platten und die Wahl einer optimalen Feldstärke erzielen. Die Widerstände und Metallplatten sind, mit Fugen versehen, aneinandergefügt. Der Ferritstab kann statt eines runden Querschnittes auch den eines Vieleckes aufweisen. Je größer sein Durchmesser und seine Länge sind, desto stärker kann auch das angelegte statische Magnetfeld sein, aber desto größer sind auch die durch den Einsatz 80 verursachten Dämpfungsverluste. Die im Ausführungsbeispiel gewählten Dimensionen stellen daher einen Kompromiß aus den durch den Einsatz SO verursachten Dämpfungsverlusten und der erforderlichen magnetischen Feldstärke dar.When using a round waveguide 88 according to FIG. 10 and its excitation by an H ₁₁ wave, the best decoupling attenuation can be achieved if the waves are excited in accordance with the field lines shown at 89, i.e. if the electric field lines of the same to the plates 56 , 57, 58 and 59 run vertically. In contrast to the rotation of the polarization direction in the rectangular waveguide, the polarization direction is freely rotated in the round waveguide, ie the angle of rotation increases linearly with the applied magnetic field strength. The insert 80 can also be designed according to FIG. 11, according to which a plurality of metal plate pairs 90, 91 and 92, 93 and in each case intermediate pairs of resistance plates 94, 95 and 96, 97 are provided. A wave incident from the right is partially absorbed by the resistance plates 96, 97, largely reflected by the subsequent metal plates 92, 93, and this reflected portion of the waves is absorbed in the resistance plates 96, 97. The further penetrating portion of the waves is absorbed or reflected in the same way by the plates 90, 91 and 94, 95. Conversely, a wave incident in the other direction is now subject to reflection. It should be noted, however, that the quality of the reflection or absorption does not necessarily increase as the number of plate pairs increases. The best results in terms of attenuation on the one hand and reflection on the other can be achieved by carefully dimensioning the plates and choosing an optimal field strength. The resistors and metal plates are joined together with joints. Instead of a round cross-section, the ferrite rod can also have that of a polygon. The greater its diameter and length, the stronger the static magnetic field applied can also be, but the greater the damping losses caused by the insert 80. The dimensions chosen in the exemplary embodiment therefore represent a compromise between the damping losses caused by the use of SO and the required magnetic field strength.

Die prinzipielle Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Schalteinheit erstreckt sich auf den Frequenzbereich von 1 bis 7 GHz. Sie wird nach höheren Frequenzen durch die im Ferritstab entstehenden Verluste begrenzt.The basic effectiveness of the switching unit according to the invention extends to the frequency range from 1 to 7 GHz. It becomes higher frequencies due to the losses occurring in the ferrite rod limited.

An Hand der Fig. 12 bis 18 werden Ausführungsbeispiele von Zweiwegumschaltern für Mikrowellen unter Verwendung der oben beschriebenen Schalteinheit beschrieben, wie sie in der Ersatzschalttechnik für Richtfunkverbindungen benötigt werden.Exemplary embodiments of two-way changeover switches for microwaves are illustrated in FIGS using the switching unit described above, as described in the equivalent switching technology are required for radio link connections.

Der Zweiwegumschalter für Mikrowellen 100 ist in der F i g. 12 perspektivisch und in der F i g. 13 schematisch dargestellt. Er besteht aus einem Hohlleiter-E-Verzweigungsstück 101 und den beiden gleichartigen erfindungsgemäßen Schalteinheiten 50 und 50', die in der Weise an das E-Verzweigungsstück angeschlossen sind, daß die Seiten, auf denen sich die jeweiligen Metallplatten befinden, also die mit den Flanschen 84 bzw. 84' bezeichneten Seiten sind beiden Flanschen 102 bzw. 103 der Arme 110 bzw. 111 zugekehrt. Die anderen Eingänge der Schalteinheiten mit ihrem Flansch 85 bzw. 85' dienen als Eingänge des Zweiwegumschalters für Mikrowellen 100, während der Arm 104 mit dem zugehörigen Flansch 105 den Ausgang des Mikrowellenschalters bildet. An die Flansche 85 und 85' sind also der Betriebsund der Reservesender angeschlossen und an den Flansch 105 die Antenne. Ohne Magnetfeld stellt die Schalteinheit 50 einen gewöhnlichen Hohlleiter dar. Der Betriebssender ist daher mit der Antenne verbunden. Die andere Schalteinheit 50' liegt zu der gleichen Zeit unter Strom. Unter der Einwirkung des daraus resultierenden axialen Magnetfeldes besteht für die über die Flanschverbindung 103, 84 eindringenden Wellen ein Kurzschluß und die vom Reservesender her in die Schalteinheit 50' eindringenden Wellen werden wie bereits beschrieben absorbiert. Ein Umschalten von Betriebs- auf Reservesender erfordert nur, daß die Spule 83 von Strom durchflossen und der Stromfluß in der Spule 83' unterbrochen wird.The two-way microwave switch 100 is shown in FIG. 12 in perspective and in FIG. 13 shown schematically. It consists of a waveguide E-branching piece 101 and the two similar switching units 50 and 50 'according to the invention, which are connected to the E-branching piece in such a way that the sides on which the respective metal plates are located, i.e. those with the flanges Sides designated 84 and 84 'face both flanges 102 and 103 of arms 110 and 111 , respectively. The other inputs of the switching units with their flange 85 and 85 'serve as inputs of the two-way switch for microwaves 100, while the arm 104 with the associated flange 105 forms the output of the microwave switch. The operational and reserve transmitters are therefore connected to the flanges 85 and 85 ', and the antenna is connected to the flange 105. Without a magnetic field, the switching unit 50 represents a conventional waveguide. The operating transmitter is therefore connected to the antenna. The other switching unit 50 ' is energized at the same time. Under the action of the resulting axial magnetic field, there is a short circuit for the waves penetrating via the flange connection 103, 84 and the waves penetrating into the switching unit 50 ' from the reserve transmitter are absorbed as already described. Switching from operational to reserve transmitters only requires that current flow through coil 83 and that the current flow in coil 83 'is interrupted.

Die Ermittlung der optimalsten Längen der Hauptarme 110 bzw. 111 hinsichtlich der Anpassung der Schalteinheiten des Mikrowellenschalters 100 soll an Hand der Fig. 14, 15 erläutert werden. Hierbei stellt die durch die Blende 106 offengelassene Blendenöffnung 107, die aus der Darstellung der von oben gesehenen Ε-Verzweigung gemäß der Fig. 14 ersichtlich ist, den zum Arm der E-Verzweigung parallelliegenden Blindleitwert dar. Die nach der E-Verzweigung hinweisende Kurzschlußebene der Schaltereinheit ist durch den Kurzschlußschieber 113 (F i g. 15) versinnbildlicht. Durch Einstellung desselben mittels des Hebels 112 kann die richtige Lage der Kurzschlußebene ermittelt werden. Es kann also die Impedanz des Hauptarmes 110, 111, von dem Arm 111 zum Arm 110 gesehen, an die Imepdanz des Armes 110 angepaßt werden. Demnach muß auch die Länge des Armes 110 so gewählt werden, daß die Kurzschlußebene der Schalteinheit 50 genauThe determination of the most optimal lengths of the main arms 110 and 111 with regard to the adaptation of the switching units of the microwave switch 100 will be explained with reference to FIGS. 14, 15. The aperture 107 left open by the diaphragm 106 , which can be seen from the representation of the Ε-branch seen from above according to FIG. 14, represents the susceptance parallel to the arm of the E-branch The switch unit is symbolized by the short-circuit slide 113 (FIG. 15). By adjusting the same by means of the lever 112 , the correct position of the short-circuit plane can be determined. The impedance of the main arm 110, 111, seen from the arm 111 to the arm 110 , can therefore be matched to the impedance of the arm 110. Accordingly, the length of the arm 110 must also be chosen so that the short-circuit level of the switching unit 50 is accurate

an der gleichen Stelle wie der Kurzschlußschieber 113 liegt. Das gleiche gilt natürlich auch für die Länge des Armes 111 und die richtige Wahl seiner gesamten elektrischen Länge bis zur Kurzschlußebene der Schalteinheit 50'. Wenn sich die Kurzschlußebene der Schalteinheiten 50 und SO' nicht in dieser hinsichtlich der Impedanzanpassung optimalen Stellung befinden, können wegen der dadurch entstehenden Fehlanpassung an der jeweils unter Strom stehenden Schalteinheit keine optimalen Verhältnisse erzielt werden.is in the same place as the short-circuit slide 113 . The same naturally also applies to the length of the arm 111 and the correct choice of its entire electrical length up to the short-circuit level of the switching unit 50 '. If the short-circuit level of the switching units 50 and SO 'are not in this optimal position with regard to the impedance matching, no optimal conditions can be achieved because of the resulting mismatch at the respective energized switching unit.

Der Mikrowellenschalter 100 gemäß der Fig. 12 stellt außerdem ein Bauelement mit konstantem Eingangswiderstand dar. Die Eingangsimpedanzen in Richtung von 85 bzw. 85' nach 84 bzw. 84' sind sowohl bei stromdurchflossenen Magnetspulen als auch bei nichtstromdurchflossenen Magnetspulen konstant. Die erforderliche Umschaltzeit des Mikrowellenschalters ist extrem kurz und wird allein durch die zum Aufbau bzw. Abbau des Magnetfeldes notwendige Zeit durch die Spulen 83 bzw 83' bestimmt. Die mit dem Mikrowellenschalter 100 erzielbare Entkopplungsdämpfung zwischen den beiden Wegen ist relativ groß, da in dem gesamten Mikrowellenschalter keine Polarisationsfilter, wie sie bei den herkömmlichen Schaltern verwendet werden müssen, eingebaut sind und da ferner eine annähernd vollständige Absorption der vom Eingang 85 bzw. 85' eindringenden Wellen durch eine entsprechende Dimensionierung der Widerstandsplatten erzielt werden kann.The microwave switch 100 according to FIG. 12 also represents a component with a constant input resistance. The input impedances in the direction from 85 or 85 'to 84 or 84' are constant for both current-carrying magnet coils and non-current-carrying magnet coils. The required switching time of the microwave switch is extremely short and is determined solely by the time required for the build-up or reduction of the magnetic field by the coils 83 or 83 '. The decoupling attenuation between the two paths that can be achieved with the microwave switch 100 is relatively large, since no polarization filters are built into the entire microwave switch, as they have to be used in conventional switches, and there is also an almost complete absorption of the energy from the input 85 or 85 '. penetrating waves can be achieved by appropriate dimensioning of the resistance plates.

F i g. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung eines Mikrowellenschalters, in dem Schalteinheiten mit runden Hohlleitern Verwendung finden. Es werden dabei die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Figuren verwendet. Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten der Schalteinheiten 50 und 50' ist, daß sie jeweils durch Wellen der Polarisationsrichtung angeregt werden, die zu den Widerstands- und den Metallplatten senkrecht steht. Zu diesem Zweck sind Übergangsstücke 120 bzw. 120' von rechteckigen zu runden Hohlleitern vorgesehen.F i g. 16 shows an exemplary embodiment in a perspective representation of a microwave switch in which switching units with round waveguides are used. The same reference numerals are used as in the previous figures. A prerequisite for proper operation of the switching units 50 and 50 'is that they are each excited by waves of the polarization direction which is perpendicular to the resistance and the metal plates. For this purpose, transition pieces 120 and 120 ' from rectangular to round waveguides are provided.

F i g. 17 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Mikrowellenschalters. Dabei sind die Schalteinheiten 50' so an das Hohlleiter-Ε-Verzweigungstück 101 angeschlossen, daß die axialen, der mit den Schalteinheiten versehenen Zweige aufeinander senkrecht stehen.F i g. 17 shows another embodiment of the microwave switch. The switching units 50 'are connected to the waveguide Ε-branching piece 101 in such a way that the axial branches of the branches provided with the switching units are perpendicular to one another.

Fi g. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Mikrowellenschalter 130 derart aus den Schalteinheiten 50, 50', 50", 50'" aufgebaut ist, daß jeweils nur einer der vier Eingänge 85, 85', 85", 85"' mit dem Ausgang 105 verbunden ist, wobei jeweils zwei der Axiallinien der Schalteinheiten nicht ausgerichtet sind und die obengenannten Anpassungsbedingungen für alle Schalteinheiten erfüllt sind. Die Magnetspulen 83, 83', 83", 83'" sind dabei so geschaltet, daß jeweils drei Spulen erregt sind und die Spule, deren Schalteinheit die Eingangsleistung zum ίο Ausgang 105 durchlassen soll, stromlos bleibt.Fi g. 18 shows a further embodiment in which the microwave switch 130 is constructed from the switching units 50, 50 ', 50 ", 50'" in such a way that only one of the four inputs 85, 85 ', 85 ", 85"' is connected to the output 105 is connected, two of the axial lines of the switching units are not aligned and the above-mentioned matching conditions are met for all switching units. The magnetic coils 83, 83 ', 83 ", 83'" are connected in such a way that three coils are excited and the coil, whose switching unit is to let the input power through to output 105 , remains de-energized.

Claims

Patent claims:

1. Switching unit for microwave two-way switch, consisting of a waveguide section, a ferrite rod arranged axially in this and a static magnetic field that can be switched off, whose field lines run in the axial direction of the rod and the waveguide piece, thereby characterized in that perpendicular to the direction of the electric field lines in the waveguide piece entering waves at one end of the ferrite rod a pair of metal plates and at its other end a pair of plates provided with a resistance lining are arranged and that the switching unit, which when the magnetic field is switched off for waves in both directions as a normal, almost attenuation-free waveguide behaves in the case of an existing magnetic field for the initially on the waves hitting the resistance plates an absorber and for the first on The waves hitting the metal plates represent a short-circuit wall.

2. Two-way switch for microwaves, characterized in that the two main arms of a waveguide-E branching piece, two switching units according to claim 1 symmetrically to each other, with the sides having the metal plates facing each other, arranged are, and in each case in the switching unit, the input of which is connected to the third arm serving as output of the branch piece is to be connected, no magnetic field and in the other switching unit Magnetic field exists.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2,890,328.

Legacy Patents Considered:
German Patent No. 1 113 478.

For this purpose 2 sheets of drawings