DE19822072C1 - Mikrowellenschalter - Google Patents

Abstract

Mikrowellenschalter mit Gehäuse und Rotor (2), in dem sich Durchgänge (7, 8, 9) befinden, deren Längsrichtungen sich quer zur Rotorachse erstrecken, sowie mit Nuten (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h) in der ringförmigen Mantelfläche des Rotors (2), die zur Verbesserung der Isolation zwischen den Durchgängen (7, 8, 9) dienen und deren Längsrichtungen von der jeweiligen Tangentialrichtung der Mantelfläche des Rotors abweichen, wobei sich die Nuten an den ringförmigen Mantelflächen von plattenförmigen Teilen (10, 20) befinden, welche die Durchgänge (7, 8, 9) in den beiden Richtungen der Rotorachse begrenzen. DOLLAR A Dadurch, daß die Nuten in die Durchgänge (7, 8, 9) münden, kann auf sogenannte Chokes (Nuten zur Verbesserung der Isolation) im Gehäuse des Mikrowellenschalters verzichtet werden.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben.

Ein solcher Mikrowellenschalter ist bekannt aus der japanischen Patentanmeldung 58-141003 (A), veröffentlicht am 22.08.1983. Dort weist der kreiszylindrische Rotor eines Mikrowellenschalters an der ringförmigen Mantelfläche Längs- und Querschlitze (Nuten) auf, die aufgrund ihrer Tiefpaßwirkung dafür sorgen, daß über den Spalt zwischen Rotor und Gehäuse möglichst wenig Hochfrequenzenergie entweicht.

Auch aus der US-Patentschrift 4 806 887, insbesondere Fig. 8 und Anspruch 18, sind parallel zur Rotorachse verlaufende Nuten (sogennante Chokes) an der ringförmigen Mantelfläche, und zwar jeweils zwischen zwei Hochfrequenzdurchgängen des Rotors, bekannt.

Aus der US-Patentschrift 4,761,622 sind an der ringförmigen Mantelfläche des Rotors eines Hochfrequenzschalters umlaufende Nuten bekannt (Fig. 8, 13, 14), die dazu dienen, eine Unsymmetrie des Rotors zu kompensieren.

Sogenannte R-Schalter für Mikrowellen werden in der Satellitentechnik als Redundanzschalter eingesetzt. Wie der Querschnitt nach Fig. 3 zeigt, bestehen sie aus einem Gehäuse 1 und einem Rotor 2. Vier Hohlleiteranschlüsse (Tore) 11 bis 14 des Gehäuses 1 werden dabei je nach Rotorstellung in verschiedener Weise miteinander verbunden. Bei der Rotorstellung gemäß Fig. 3 wird beispielsweise das Tor 11 mit dem Tor 14 und das Tor 12 mit dem Tor 13 verbunden. Wird der Rotor 2 um 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht, ist das Tor 11 mit dem Tor 13 verbunden. Hierzu weist der Rotor 2 drei Durchgänge auf, nämlich einen geraden Durchgang 7 und zwei gebogene Durchgänge 8, 9. Üblicherweise wird eine sehr hohe gegenseitige Isolation der nicht miteinander verbundenen Tore gefordert. Ist etwa, wie in Fig. 3, das Tor 11 mit dem Tor 14 verbunden und wird in Tor 11 ein Mikrowellensignal eingespeist, so sollte nur ein möglichst kleiner Signalanteil durch das Tor 12 und das Tor 13 austreten. Im Falle, daß das Tor 11 mit dem Tor 13 verbunden ist, soll das Tor 12 und das Tor 14 isoliert sein. Außerdem sollte dann das Tor 12 vom Tor 14 isoliert sein. Dabei wird die Isolation durch das Verhältnis P_ISO/- P_EIN von am isolierten Tor austretender Leistung P_ISO zur in ein Tor eingespeister Leistung PEIN angegeben. Für Redundanzschaltnetzwerke in Satelliten wird im allgemeinen ein Wert von -60 dB gefordert. Diese sehr hohe Anforderung an die Isolation kann nur durch besondere Maßnahmen erzielt werden:

• - durch in die Seitenwände des geraden Durchgangs im Rotor eingelassene Längsnuten 4, deren Längssausdehnung parallel zur Rotorachse verläuft,
• - durch in das Gehäuse 1 eingelassene Längsnuten 5,
• - durch einen sehr engen Spalt 3 zwischen Rotor und Gehäuse.

Bei einer Betriebsfrequenz von 10 GHz (Ku-Band) ist hierfür ein Spalt von 50 µm notwendig. Bei höheren Betriebsfrequenzen sind entsprechend engere Spalte erforderlich. Bei einer Verdopplung der Betriebsfrequenz auf 20 GHz muss die Spalteweite auf 25 µm halbiert werden, un die gleiche Isolation zu erzielen wie bei 10 GHz. Engere Spalte sind aus Zuverlässigkeitsgründen nicht möglich. Außerdem ist die dann erforderliche Genauigkeit mit den üblichen Produktionstechniken wie Fräsen und Drehen kaum noch erreichbar.

Da bei einem Mikrowellenschalter nach Fig. 3 die Längsnuten im Rotor durch die verbleibenden, sehr dünnen Wandstärken sehr eng toleriert werden müssen und die Gehäusenuten im allgemeinen durch teueres Erodieren hergestellt werden, ergeben sich hohe Produktionskosten. Da das Erodieren im allgemeinen durch Spezialfirmen durchgeführt wird, erhöht sich außerdem die Produktionszeit erheblich.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, mit einem wesentlich weiteren Spalt als bisher erforderlich zwischen Rotor und Gehäuse auszukommen bzw. bei gleich weitem Spalt eine höhere Betriebsfrequenz zu realisieren.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch den Mikrowellenschalter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ermöglicht es, ohne die im Rotor in die Seitenwände des geraden Durchgangs eingelassenen Längsnuten (4 in Fig. 3) sowie ohne in das Gehäuse eingelassene Längsnuten (5 in Fig. 3) auszukommen, wobei gleich gute oder verbesserte elektrische Eigenschaften, insbesondere bei einem R-Schalter, erreicht werden. Durch die Vermeidung der bisherigen Längsnuten im Gehäuse ergibt sich zudem eine erhebliche Reduzierung der Produktionskosten.

Da bei dem Mikrowellenschalter nach der Erfindung nur kurze Nuten in die unteren und oberen Begrenzungsplatten Durchgänge des Rotors eingefräst werden müssen, können für diese Nuten größere Toleranzen zugelassen werden.

Die genaue Form und Lage der Nuten nach der Erfindung sollten für den entsprechenden Anwendungsfall (Hohlleiterband, Betriebsfrequenz) optimiert werden (beispielsweise durch entsprechende Versuche).

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Dabei sind bei mehreren Figuren jeweils dieselben Bezugszeichen für im wesentlichen gleiche Teile verwendet. Schematisch ist gezeigt in

Fig. 1: ein Prinzip-Querschnitt durch einen Mikrowellenschalter nach der Erfindung mit verschiedenen Alternativen von Nuten,

Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Rotors nach der Erfindung,

Fig. 3: ein Prinzip-Querschnitt durch einen bekannten Mikrowellenschalter (R-Schalter).

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Weiterbildung des Mikrowellenschalters nach Fig. 3 zeigt Fig. 1 in einem Prinzip-Querschnitt alternative Möglichkeiten nach der Erfindung in einer einzigen Figur vereint. Der Querschnitt gewährt den Blick auf ein plattenförmiges Teil 10 (vergleiche Fig. 2), das die Durchgänge 7, 8, 9 (vergleiche Fig. 3) in der auf die Zeichenebene weisenden Richtung der Rotorachse begrenzt. In der ringförmigen Mantelfläche dieses plattenförmigen Teils 10 befinden sich verschiedene Nuten 6, die aber bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht alle gleichzeitig vorhanden sind, sondern nur verschiedene Alternativen andeuten. Die Auswahl der Alternativen ergibt sich bei einem Optimierungsprozeß für den entsprechenden Anwendungsfall.

Für einen solchen Anwendungsfall ist in Fig. 2 der Rotor 2 dargestellt. Da das Gehäuse eines erfindunggemäßen Mikrowellenschalters keinerlei Besonderheiten aufweist, ist auf eine entsprechende Abbildung verzichtet worden.

In dem Rotor 2 befindet sich ein mittlerer, gerader Durchgang 7 und zwei gebogene oder geknickte, flankierende Durchgänge 8, 9. Die Längsrichtungen (Signalübertragungsrichtungen) der Durchgänge erstrecken sich quer zur Rotorachse, die in Fig. 2 senkrecht verläuft. In der Aufwärtsrichtung der Rotorachse sind die Durchgänge 7, 8, 9 durch ein plattenförmiges Teil 20 begrenzt.

In den ringförmigen Mantelflächen der plattenförmigen Teile 10, 20 und damit auch in der ringförmigen Mantelfläche des Rotors 2 befinden sich jeweils Nuten 7a bis 7d, 8a bis 8h, 9a bis 9h, deren Längsrichtungen von der jeweiligen Umfangsrichtung der Mantelfläche des Rotors abweichen, weil sie parallel zur Rotorachse verlaufen. Diese Nuten befinden sich jeweils in den Bereichen zwischen Wänden 15 bis 18, welche die Durchgänge 9, 7, 8 in Richtungen senkrecht zur Rotorachse begrenzen. Die Nuten 7a bis 7d befinden sich jeweils mittig zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Wänden 16, 17 des Durchgangs 7.

Am Eingang bzw. Ausgang der Durchgänge 8 und 9 befinden sich jeweils vier Längsnuten, beispielsweise 8a bis 8d. Jeweils eine von zwei einander benachbarten Nuten im selben plattenförmigen Teil 10 bzw. 20 ist dichter an einer der Wände 15 bis 18 angeordnet als an der anderen Nut. Mit anderen Worten: bei den beiden gebogenen Durchgängen 8 und 9 befinden sich jeweils 8 Nuten (beispielsweise 8a bis 8h), jeweils in der Nähe der rechten und linken Begrenzungen (Wände 17 bzw. 18) des betreffenden Durchgangs.

Der Querschnitt aller Nuten ist bevorzugt rechteckig und entspricht damit einer der Alternativen 6 in Fig. 1.

Wenn der mittlere, gerade Durchgang 7 entfällt, ergibt sich ein sogenannter C-Schalter. Auch bei einem solchen Schalter ist die Erfindung anwendbar.

Mit einem R-Schalter mit einem Rotor nach Fig. 2 ließ sich bei einer Betriebsfrequenz von 20 GHz eine Isolation von -60 dB erzielen, wobei die Spaltweite zwischen Rotor und Gehäuse sogar von 50 auf 60 µm erhöht werden konnte.

Claims (6)

1. Mikrowellenschalter mit Gehäuse (1) und Rotor (2), indem sich Durchgänge (7, 8, 9) befinden, deren Längsrichtungen sich quer zur Rotorachse erstrecken, sowie mit Nuten (7a, 7b, 7c, 7d, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h) in der ringförmigen Mantelfläche des Rotors (2), die zur Verbesserung der Isolation zwischen den Durchgängen (7, 8, 9) dienen und deren Längsrichtungen, im wesentlichen parallel zur Rotorachse verlaufen, wobei sich die Nuten an den ringförmigen Mantelflächen von plattenförmigen Teilen (10, 20) befinden, welche die Durchgänge (7, 8, 9) in den beiden Richtungen der Rotorachse begrenzen dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in die Durchgänge münden.

2. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeweils eine der Nuten (7a, 7b, 7c, 7d) mittig zwischen zwei einander gegenüber liegenden Wänden (16, 17) eines Durchganges (7) befindet.

3. Mikrowellenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchgang (7) nach Anspruch 2 zwischen zwei flankierenden Durchgängen (8, 9) eines R-Schalters befindet.

4. Mikrowellenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine (8b) von zwei Nuten (8b, 8d), die sich am selben plattenförmigen Teil (20) nebeneinander und im Bereich desselben Durchgangs (8) befinden, näher an einer von zwei einander gegenüber liegenden Wänden (17, 18) des Durchganges (8) befindet als an der anderen Nut (8d).

5. Mikrowellenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (8) nach Anspruch 4 einer der beiden äußeren Durchgänge (8, 9) eines R-Schalters ist.

6. Mikrowellenschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang nach Anspruch 4 einer der beiden Durchgänge eines C-Schalters ist.