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Steuerbarer Schalter zur hochfrequenten Verbindung von Koaxialleitungen
Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Schalter zur hochfrequenzmäßigen
Verbindung von Koaxialleitungen, bestehend aus einer den Schaltraum umgebenden,
die Portsetzung der Außenleiter bildenden Wandung und einer gontaktfeder, die mit
einem zugeordneten EontaktstUek die Innenleiterverbindung herstell-t, bei dem der
Schaltvorgang in Abhängigkeit von einem magnetischen Steuerfluß eriolgt, der fieber
die wenigstens teilweise aus ferromagnetischem Material bestehende Kontaktfeder
geführt ist.
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Derartige Schalter sollen wellenwiderstandsrichtig aufgebaut sein,
um die zu schaltenden hochfrequenten Spannungen bzw. Ströme möglichst reflexionsarm
übertragen zu können; daneben werden geringe Durchlaß- und große Sperrdämpfungen
angestrebt.
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Ein bekannter Schalter dieser Gattung (DBP 814 915) weist zwei einander
gegenUberstehende Kontaktfedern auf, die unter dem Einfluß des magnetischen Steuerflusses
aus der Trennlage in die Arbeitalage gelangen, in der der Innenleiterkontakt hergestellt
ist. Nachteilig ist hierbei die Abhängigkeit der Kontaktgabe von der Justierung
der Kontaktfedern und von Alterungserscheinungen des Federmaterial.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebasicherheit eines Schalters
der eingangs genannten Art wesentlich zu erhöhen, ohne dabei seine Hochfrequenzeigenschaften
zu beeinträchtigen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Kontaktfeder eine geringe Stoifigkeit aufweist und über einen weiteren,
vorzugsweise mittels eines Permanentmagneten erzeugten, magnetischen Fluß in der
Trennlage gehalten wird.
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Wesentliche Vorteile eine Schalters nach der Erfindung bestehen darin,
daß eine Justierung der Iontaktfeder volletändig entfällt, daß die Kontaktdrücke
praktisch keinen alterungebedingten, zeitlichen Schwankungen unterliegen und daß
die Lebensdauer, d.h. die unzahl der wartungefreien Kontaktepiele, sehr groß ist.
Ferner kann das Auswechseln verbrauchter Kontaktteile in einfacher Weise erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung iet die Kontaktfeder
in der Trennlage mittele eines oder mehrerer Kontaktpunkte an das Wandungepotential
anschaltbar. Hierdurch wird die Sperrdämpfung des Schalters wesentlich erhöht, was
insbesondere bei einer Vielfachanwendung im Rahmen eines mehrstufigen Umschalters
von entscheidender Bedeutung sein kinn.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger bevorzugter, teilweise
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 die prinzipielle Darstellung eines Schalters nach der Erfindung und Fig.
2 den Anwendungsfall eines mehrstufigen Umschalters.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umschließt die Wandung 1 des Schalters
den Schaltraum 2, in dem die Iontaktfedor 3 und das Kontaktsttlck 4 angeordnet sind.
Die Wandung t geht nach oben und unten in die lußenleiter 5 und 6 zweier
sich
anschließender Koaxialleitungen über, deren Innenleiter 7 und 8 mit dem Kontakt
stück 4 bzw. mit der gontaktfeder 3 verbunden sind. Aus Gründen der Ubersichtlichkeit
wird bei dieser Prinzipdarstellung davon ausgegangen, daß sich der Schalter übergangslos
in die Außenleiter der Kcaxialleitungen einfügt. Hierbei wird der Schaltraum in
Richtung der Leitungsachse etwa von den Isolierstützen 9 und 10 begrenzt. Selbstverständlich
kann sich die Wandung 1 sowohl in den Abmessungen als auch in der Form ihres Querschnitts
von den Eoaxialleitungen unterscheiden, sofern nur die elektrische Bedingung eingehalten
wird, daß sie zusammen mit der gontaktfeder 3 und dem Kontakt stück 4 eine Hochfrequenzleitung
bildet, deren Wellenwideretand dem der Koaxialleitungen weitgehend angeglichen ist.
Dabei können sowohl Leitungsüberginge eingefügt sein als auch andere, an sich bekannte
Mittel angewandt werden, um einen wellenwiderstandrichtigen Aufbau des über den
Schalter verlaufenden Leitungszuges zu erreichen.
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Im einzelnen wird die Kontaktfeder 3 nach einer bevorzugten Ausbildung
der Erfindung von der Isolierstütze 9 endseitig gehalten, während das Kontaktstück
4 bei spielsweise aus einen abgeflachten Teil oder einem entsprechend geformten
Ansatz des Innenleiters besteht. Die Eontaktfeder 3 weist dabei eine sehr geringe
Steifigkeit auf.
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Sie besteht beispielsweise aus einem geeigneten Federmaterial, z.B.
Beryllium-Bronze, und erhält ein Eisenblech 11 aufgenietet, oder ist wenigstens
teilweise auß ferromagnetischen Material gefertigt. Gleichzeitig ist sie, gegebenenfalls
zusammen mit dem Eisenblech 11, versilbert, un die Kochfrequenzdämpfung klein zu
halten.
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Das Eisenblech 11 - und damit auch die tontaktieder 3 -wird in Trennlage
von einem Magneten 12, vorzugsweise
einem Permanentmagneten, angezogen.
Hierbei ist ein gontaktpunkt 3 am Federende von dem Kontaktstück 4 abgehoben und
die Innenleiterverbindung zwischen den Koaxialleitungen somit unterbrochen. Das
Schließen des Schalters erfolgt mittels eines magnetischen Steuerflusees, der dem
Eisenblech li über ein Magnetjoch 13 zugeffihrt wird. Beim dargestellten AusfUhrungsbeispiel
wird der Steuerfluß von einem Elektromagneten 14 erzeugt, der von einem Steuerstrom
Ist durchflossen wird. Die Steifigkeit der Kontattfeder ist dabei eo klein, daß
die Federkraft gegenüber der Anzugskraft des Magneten 14 vernachlässigbar ist.
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Da die Kontaktfeder 3 nur durch die magnetischen Kräfte bewegt wird,
braucht sie in keiner Weise ajustiert zu werden. Die Kontaktkraft unterliegt daher
auch keinen zeitlichen Schwankungen, eo daß eine extrem große Anzhal wartungsfreier
Kontaktspiele erreicht wird.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die tontaktteder
3 in Trennlage an das Potential der Wandung 1 anschaltbar. Zu diesem Zweck dient
ein Kontakt 15 und ein Gegenkontakt 16, der in der Wandung 1 vorgesehen ist. Damit
werden unerwünechte kapazitive oder induktive, auf die Kontaktfeder übertragene
Spannungen gegen Masse kurzgeschlossen, eo daß sich die Sperrdämprung wesentlich
erhöht. Auch die Kontaktkraft in Ruhelage ist dann praktisch allein von der Anziehungskraft
des Magneten 12 abhängig und nicht mehr von der Federkraft. Beim Übergang in die
Arbeitslage, in der die Koaxialleitungen durchgeschaltet sind, muß lediglich im
Moment des Abzugs vom Kontakt 16 die volle Haltekraft des Magneten 12 überwunden
werden, da diese mit wachsender Entfernung der Kontaktfeder aus der Ruhelage abnimmt.
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Fig. 2 zeigt nach der Erfindung ausgebildete Mehretufenschalter in
paarweiser Anwendung auf eine Elchleitungdekade,
deren größenmäßig
gegeneinander abgestufte Dämpfungeglieder wahlweise in einen Leitungszug einzuschalten
sind.
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Ein zu diesem gehörender Koaxialleitungsanschluß 17, 18 weist einen
Innenleiter 18 mit einem stempeiförmigen Fortsatz 19 auf, der ein tellerförmig ausgebildetes
Kontaktstück 20 kontaktiert. 20 wird von einer an der Wandung 22 des Schalters befestigten,
zylinderförmigen Isolierstütze 21 gehalten. Die gesamte Anordnung ist annähernd
rotationssytnmetrisch bezttglich der Achse der Koaxialleitung 17, 18 aufgebaut;
dabei hat der von der Wandung 22 eingeschlossene Schaltraum etwa die Form eines
flachen Zylinders, dessen Achse mit der der Leitung 17, 18 zusammenfällt. Lediglich
im Bereich des Kontaktatückes 20 weist der Schaltraum Ausbuchtungen 23 und 24 auf.
Mit 25 ist eine Kontaktfeder bezeichnet, die in einer Isolierstütze 26 endseitig
gehalten wird. Bei einer Kontaktgabe zwischen 20 und 25 ist die Koaxialleitung 17,
18 mit dem koaxialen Schalterausgang 27, 28 im Bereich der Stütze 26 hochfrequenzmäßig
verbunden.
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An den koaxialen Ausgang 27, 28 ist ein Dämpfungsglied der Eichleitung
geschaltet, das zu einer abgeschirmten, gekapselten Baueinheit zusammengefaßt ist.
Es besteht aus einem Längswiderstand und zwei Querwiderständen 29, die über zugeordnete
Leiterbahnen auf einer Leiterplatte 30 mit dem Innenleiter 28 und über die Abschirmung
31 mit dem Außenleiter 27 verbunden sind. Abgleichschrauben 32 dienen in an sich
bekannter Weise zum Abgleich der Dämpfungseinheit auf minimalen Reflexionsfaktor
und möglichst geringen Dämpfungegang über der Frequenz.
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Entsprechend dem annähernd rotationssymmetrischen Aufbau sind eine
ganze Reihe von Kontaktfedern 25 radial zum tellerförmigen Kontaktstück 20 angeordnet,
von denen jede in der beschriebenen Weise mit einem kouialen Schalterausgang und
einem sich anschließenden DMpfungsglied verbunden
ist. Die rechtsseitigen
Anschlüsse der Dämpfungsglieder sind mit entsprechenden koaxialen Ausgängen eines
gleichartigen Schalters verbunden, der zudem linksseitigen bezüglich einer Mittelebene
symmetrisch aufgebaut ist und einen Koaxialleitungsanschluß 33,34 hesitzt.
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Die gemeinsame Betätigung jeweils zweier einander entsprechend er
Kontaktfedern 25 beider Schalter - und damit die Einschaltung eines Dämpfungsgliedes
in den oaxiaI-leitungszug 17, 18, 33, 34 - erfolgt mittels eines gemeinsamen Elektromagneten
35 über ein Magnetjoch 36.
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Der Dauerfluß der Magnete 37 bewirkt bei Abschaltung der Elektromagnete
35 die Rückstellung der Kontaktfedern in die Ruhelage.
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Ausgehend von der Darstellung nach rig. 2 gelangt man zu einer anderen,
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, indem man lediglich einen der Schalter
betrachtet, die koaxialen Ausgänge 27, 28 mit koaxialen Anschlußleitungen beschaltet,
die zu einzelnen Meßstellen führen, und den Leitungsanschluß 17, 18 mit einer Abfragestelle
verbindet (Meßstellenschalter). Darüber hinaus ist eine weitere Ausführungsform
vorteilhaft, bei der der Anschluß 17, 18, 19 weggelassen und der Schaltraum stattdessen
abgeschlossen ist. In diesem Fall werden jeweils zwei beliebige koaxiale Schalterausgänge
2?, 28 durch Jetätigung der zugeordneten Kontaktfedern miteinander hochfrequenzmäßig
verbunden. Es ist auch glich, mchr .s zwei dieser Ausgänge wahlweise miteinander
zu verbinden, doch müssen dann weitere Maßnahmen getroffen werden, am die Reflexionsarmut
des Schalters aufrecht zu erhalten.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankans können die
Steuerflüsse auch mittel eines oder mehrerer Magnete, insbesondere Parmanentagnete,
erzeugt werden, die an die einzelnen Kontaktfedern - gegebenenfalls unter
Verwendung
von Magnetjochen - mechanisch heranführbar sind, im Falle einer rotationssymmetrischen
Ausbildung des Schalters nach Pig. 2 beispielsweise auf einer kreisförmigen Bahn.
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9 P a t e n t a n s p r ü c h e 2 Figuren