DE1270634B - Elektrisch gesteuerter koaxialer Mikrowellenschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W¥W PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21 a4-72/05

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1270 634
P 12 70 634.2-35
17. August 1964
20.Juni 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch gesteuerten koaxialen Mikrowellenschalter, bei dem der Innenleiter an mindestens einer Stelle unterbrochen und diese Unterbrechungsstelle durch mindestens ein elektrisch steuerbares Element überbrückt ist.

Derartig elektrisch gesteuerte koaxiale Mikrowellenschalter sind aus der USA.-Patentschrift 3 138 768 bekannt. Die bekannte Anordnung zeigt einen Schalter, der zwei Schaltzustände, nämlich »Durchlassen« und »Sperren«, kennt. Um diese Zustände zu erreichen, weist der Innenleiter an der Koaxialleitung eine Unterbrechungsstelle auf, die durch eine Diode überbrückt ist. Dieser Diode wird ein Gleichstrom derart zugeführt, daß sie in ihrem Durchlaßbereich den Schalter schließt. Sie ist daher in der Stellung »Durchlassen« immer mit ihrem Widerstand wirksam, der bei der Übertragung bzw. Schaltung eine Dämpfung verursacht. Weiterhin bewirkt dieser Durchlaßwiderstand in den Koaxialleitungen unerwünschte Reflexionen, die zu verschiedenen Störungen Anlaß geben können. Wird der Gleichstrom auf Null herabgesetzt und damit die Diode gesperrt, so ist sie lediglich mit ihrer Kapazität wirksam, die zwischen den beiden Elektroden bzw. bei Halbleitern an der Sperrschicht vorhanden ist. Diese Kapazität soll bei der bekannten Anordnung möglichst klein sein, damit ein schnelles Schalten gewährleistet ist. Diese noch vorhandene Kapazität für die Stellung »Sperren« des Schalters soll durch die Einschaltung einer Induktivität zu Null gemacht werden. Die Sperrkapazität ist also unerwünscht in dieser bekannten Anordnung, die zudem noch den Frequenzbereich der Anordnung einschränkt.

Demgegenüber bezieht sich die Erfindung auf einen elektrisch gesteuerten koaxialen Mikrowellenschalter der eingangs genannten Art, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Element ein in seinem Kapazitätswert in an sich bekannter Weise steuerbarer Kondensator ist. Dieser Schalter nach der Erfindung unterscheidet sich grundsätzlich von dem Schalter der bekannten Anordnung dadurch, daß er sowohl in der Stellung »Sperren« als auch in der Stellung »Durchlassen« eine Kapazität benötigt, die in ihrem Wert durch eine von außen angelegte Steuerspannung und nicht durch einen Steuerstrom geändert wird. Dadurch ist die Steuerleistung wesentlich kleiner. Weiterhin ist der Schalter nach der Erfindung auch in der Stellung »Durchlassen« verlustlos und reflexionsfrei.

Die Anordnung nach der Erfindung stellt praktisch einen Hochpaß mit elektrisch steuerbarer Eckfrequenz Elektrisch gesteuerter
koaxialer Mikrowellenschalter

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus Bethe, 2000 Hamburg

dar. Diese Eckfrequenz kann durch Änderung des Kapazitätswertes in gewissen Bereichen verschoben werden. Ähnlich wie bei der bekannten Anordnung ist in der Stellung »Sperren« auch bei dem Schalter nach der Erfindung eine kleine Kapazität wirksam, während demgegenüber aber in der Stellung »Durchlassen« kein Widerstand, sondern eine größere Kapazität wirksam ist. Aber auch in der Stellung »Durchlassen« stellt der Mikrowellenschalter nach der Erfindung einen reinen, verlustfreien Blindwiderstand dar.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann der Innenleiter in regelmäßigen Abständen Unterbrechungsstellen aufweisen. Auch können die steuerbaren Kondensatoren aus einem Werkstoff mit elektrisch steuerbarer Dielektrizitätskonstante bestehen. Sie können auch Varaktordioden sein. Insbesondere bei der Verwendung von Varaktordioden wird der Unterschied zum bekannten Stand der Technik besonders deutlich, weil diese Dioden bei dem Schalter nach der Erfindung immer im Sperrbereich und niemals im Durchlaßbereich betrieben werden.

Weiterhin können nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung die einen Innenleiterabschnitte über Leitungen mit dem einen Pol und die anderen Innenleiterabschnitte über Leitungen mit dem anderen Pol einer Steuerspannungsquelle verbunden sein. Auch kann mindestens eine Unterbrechungsstelle durch zwei in Reihe geschaltete steuerbare Kondensatoren überbrückt sein, deren angrenzende Innenleiterabschnitte mit dem einen Pol und deren Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren mit dem anderen Pol einer Steuerspannungsquelle verbunden sind.

Die Steuerspannung von der Steuerspannungsquelle zu den Innenleiterabschnitten oder zu den Verbindungsstellen zwischen den in Reihe geschalteten

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Kondensatoren kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung auch über Stützisolatoren aus einem Dielektrikum mit mäßiger Gleichstromleitfähigkeit oder über hochohmige Beläge aus Kohle, Metall oder einen Halbleiterwerkstoff auf denStützisolatorenzugeführt sein.

Nach einer, zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung können die Kondensatoren aus auf mindestens einer Stirnfläche - kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern aus ein- oder mehrkristaUinem Werkstoff bestehen. Weiterhin können die Kondensatoren aus auf den beiden Stirnflächen bzw. zwei einander gegenüberliegenden Flächen kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern aus einem nichtsteuerbaren Dielektrikum als Träger und einer auf dem Zylindermantel bzw. auf einer oder mehreren der verbliebenen vier Quaderflächen aufgebrachten dünnen Schicht aus ferroelektrischem Werkstoff in ein- oder mehrkristalliner Form bestehen.

Schließlich kann nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung der Wellenwiderstand des koaxialen Mikrowellenschalters durch geeignete Wahl der Querschnitte und/oder Anfüllen des Raumes zwischen Innen- und Außenleiter mit einem Dielektrikum sehr niedrig gewählt werden.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigt ·.■_-- ■

F i g. 1 den Prinzipaufbau und

F i g. 2 eine praktische Ausführungsform.

Nach F i g. 1 weist ein Innenleiter 1 einer beliebigen Koaxialleitung 2 Unterbrechungsstellen 3, 3', 3" und 3'" auf, die durch. die steuerbaren Kondensatoren 4, 4' ... überbrückt sind. Innenleiter 1', 1'" und 1""' sind über Leitungen 5 mit einem Pol einer Steuerspannungsquelle-I^, Innenleiterabschnitte 1" und 1"" über Leitungen 5' mit einem anderen Pol der Steuerspannungsquelle U_st verbunden.

Fig. 2 zeigt eine praktische Ausführung des Prinzipaufbaues nach Fig.. 1, bei der je ein zweistufiger Impedanztransformator 11,11' vor und hinter einem Mikrowellenschalter angeordnet sind. Die drei Innenleiterabschnitte %', X", 1'" einer konzentrischen Leitung sind durch ferroelektrische Kondensatoren 12 untereinander verbunden. Zwei weitere ferroelektrische Kondensatoren 12' stellen über die beiden zweistufigen Impedanztransformatoren 11, 1Γ die Verbindung zu Innenleiteranschlüssen der Anschlußstecker her. Die drei Innenleiterabschnitte 1', 1" und 1'" werden durch Stützisolatoren 6, 6', 6" gehalten. Ähnliche Stützisolatoren 7,'7' tragen dicke Enden 11' der Impedanztransformatoren. Auf den Stützisolatoren 6 und 7 ist eine bandförmige Schicht 8 aus einem schlecht leitenden Material aufgebracht, z. B. aus Kohle, Metall oder aus einem Halbleiterwerkstoff. Diese Schichten 8 sind abwechselnd an einen alles umfassenden geerdeten Außenleiter 9 der Koaxialleitung und an eine zum anderen Pol der Steuerspannungsquelle + U_st: führende Leitung 10 angeschlossen. ·'

Die ferroelektrischen Kondensatoren bestehen aus auf den Stirnflächen kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern aus ein-r oder mehrkristaUinem Werkstoff und sind direktrjn den Lücken zwischen den Innenleiterabschnitten-i', 1", 1"' angeordnet.

Oder die ferroelektrischen Kondensatoren bestehen aus auf den beiden Stirnflächen bzw. zwei einander gegenüberliegenden Flächen kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern.aus einem nichtsteuerbaren Dielektrikum als Träger und einer auf dem Zylindermantel bzw. auf einer oder mehreren der verbliebenen vier Quaderflächen aufgebrachten dünnen Schicht aus ferroelektrischem Werkstoff in ein- oder mehrkristalliner Form. Auch diese Kondensatoren sind in den Lücken zwischen den Innenleiterabschnitten 1', 1", 1'" angebracht.

Der Wellenwiderstand der Koaxialleitung wird durch geeignete Wahl der Querschnitte und/oder Anfüllen des Raumes zwischen Innen- und Außenleiter mit einem Dielektrikum sehr niedrig gewählt.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Elektrisch gesteuerter koaxialer Mikrowellenschalter, bei dem der Innenleiter an mindestens einer Stelle unterbrochen und diese Unterbrechungsstelle durch mindestens ein elektrisch steuerbares Element überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein in seinem Kapazitätswert in an sich bekannter Weise steuerbarer Kondensator (4, 4', 4", 4'"; 12,12') ist.

2. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (1) in regelmäßigen Abständen Unterbrechungsstellen (3,3', 3", 3'") aufweist.

3. Mikrowellenschalter nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kondensatoren (4, 4', 4", 4'"; 12, 12') aus einem Werkstoff mit elektrisch steuerbarer Dielektrizitätskonstante bestehen.

4. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kondensatoren (4, 4', 4", 4'"; 12, 12^ Varaktordioden sind.

5. Mikrowellenschalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Innenleiterabschnitte (V, V", 1"") über Leitungen (5) mit dem einen Pol und die anderen Innenleiterabschnitte (1", 1"") über Leitungen (5', 10) mit dem anderen Pol einer Steuerspannungsquelle (U_st) verbunden sind.

6. Mikrowellenschalter nach einem oder mehreren ,der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Unterbrechungsstelle (3, 3', 3", 3'") durch zwei in Reihe geschaltete steuerbare Kondensatoren (z. B. 4) überbrückt ist, deren angrenzende Innenleiterabschnitte (z. B. V und 1") mit dem einen Pol und deren Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren (z. B. 4) mit dem anderen Pol einer Steuerspannungsquelle (U_st) verbunden sind.

7. Mikrowellenschalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung von der Steuerspannungsquelle (U_st) zu den Innenleiterabschnitten (V, 1", V", V", V"") oder zu den Verbindungsstellen zwischen den in Reihe geschalteten Kondensatoren (4, 4', 4", 4'"; 12, 12') über Stützisolatoren (6, 6', 6"; 7, T) aus einem Dielektrikum mit mäßiger Gleichstromleitfähigkeit oder über hochohmige Beläge aus Kohle, Metall oder einen Halbleiterwerkstoff auf den Stützisolatoren (6, 6', 6"; 7, T) zugeführt ist.

8. Mikrowellenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren

(4, 4', 4", 4'"; 12, 12') aus auf mindestens einer Stirnfläche kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern aus ein- oder mehrkristallinem Werkstoff bestehen.

9. Mikrowellenschalter nach Anspruch 3 und/ oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (4, 4', 4", 4'"; 12,12') aus auf den beiden Stirnflächen bzw. zwei einander gegenüberliegenden Flächen kontaktierten Zylindern, Rohren oder Quadern aus einem nichtsteuerbaren Dielektrikum als Träger und einer auf dem Zylindermantel bzw. auf einer oder mehreren der verbliebenen vier Quaderflächen aufgebrachten dünnen Schicht aus ferroelektrischem Werkstoff in ein- oder mehrkristalliner Form bestehen.

10. Mikrowellenschalter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand des koaxialen Mikrowellenschalters durch geeignete Wahl der Querschnitte und/oder Anfüllen des Raumes zwischen Innen- und Außenleiter mit einem Dielektrikum sehr niedrig gewählt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-PatentschriftNr. 3138768.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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