DE2543675B2 - Koaxialer 2-auf-n-relaisumschalter mit reedkontakten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen koaxialen 2-auf/iRelaisumschalter mit in elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen angeordneten Reedkontakten, die in zwei Gruppen zu je η Reedkontakten so sternförmig angeordnet sind, daß sich je Gruppe die einen Kontaklfederenden in einem Verzweigungspunkt treffen und in einem den Verzweigungspunkt umfassenden metallischen Kopf mit je einer koaxialen Eingangsleitung verbunden sind, und daß die jeweils anderen Kontaktfederenden einander entsprechender Reedkontakte beider Gruppen paarweise in

ίο zweiten Verzweigungspunkten zusammentreffen und dort mit Ausgangsleitungen verbunden sind, und bei dem der metallische Kopf und die die Reedkontakte umgebenden metallischen Röhrchen in ihrem Inneren so ausgestaltet sind, daß elektrisch gesehen zwischen

IS das Ende des Innenleiters der koaxialen Eingangsleitung und den ersten Verzweigungspunkt der Reedkontakte einerseils und zwischen den ersten Verzweigungspunkt und die Kontaktstellen der Reedkontakte andererseits zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

In Prüfgeraten für schnelle digitale Schaltkreise besieht häufig die Aufgabe, eine von η Eingangsklemmen eines Prüflings mit dem Ausgang eines Generators und dem einen Eingang eines Oszillographen über koaxiale Lei'ungen und Umschalter programmgesteuert zu verbinden. Die Verbinidung soll dabei so erfolgen, daß bis herab zu Signalanstiegszeiten von 0,5 ns das jeweils gebildete Netzwerk eine möglichst reflexionsfreie, breitbandige 50-Ohm-Koaxialverbindung bestimmter elektrischer Länge· darstellt. Gleichzeitig muß eine beliebige andere der η Fingangsklemmen des Prüflings mit dem Ausgang eines zweiten Generators verbunden werden können. Die technische Lösung für dieses Problem sind gewöhnlich Relaismatrizen mit zwei Eingängen und η Ausgängen (z. B. η = 64), die aus einzelnen, in Kaskade geschalteten 2-auf-/7-Relaisumschaltern zusammengesetzt werden (z. B. 3 Umschalter in Kaskade bei einer Verzweigungszahl von 4 je Stufe).

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines solchen 2-auf-4-Relaisumschalters. Zwei koaxiale Eingangsleitungen Ei und E2 können über je einen der vier relaisgesteuerten Reedkontakte η ... r» bzw. der \ier relaisgesteuerten Reedkontakte iti ... k* mit einer von vier koaxialen Ausgangsleitungen so verbunden werden, daß in beiden Übertragungsrichtungen eine möglichst reflexionsfreie, verzerrungs- und dämpfungsarme Impulsübertragung möglich ist. Gerade für diesen Umschaltertyp sind bisher keine praktischen Lösungen bekanntgeworden, die zu der gewünschten Breitbandigkeit führen.

Bekanntgeworden ist ein 2-auf-4-Umschalter, bei dem auf der Oberseite einer Mehrlagenleiterplatte vier Reedkontakte sternförmig angeordnet sind und der Verzweigungspunkt der Reedkontakte auf der Oberseite der Mehrlagenleiterplatte von einem metallischen Kopf umgeben ist, in den von der Unterseite der Mehrlagenleiterplatte eine koaxiale Steckverbindung eingeführt ist. Auf derselben Leiterplatte ist auf der Unterseite ein zweiter metallischer Kopf mit vier weiteren Reedkontakten angeordnet. Die Zuführung zu diesem zweiten Kopf erfolgt von oben her über eine /weite koaxiale Steckverbindung, die zu dem Verzweigungspunkt der zweiten vier Reedkontakte führt.

Die zweimal vier Reedkontakte sind mit koaxialen Ausgangssteckverbindungen dadurch verbunden, daß die Anschlußbeine entsprechender Reedkontakte an Lötaugen angeschlossen sind und von den Lötaugen 50-Ohm-Streifenleitungen zu den koaxialen Ausgangssteckverbindungen führen. Um im Bereich der Lötaugen

die quasikoaxiale Leitung, die der Innerlicher mit dem die Reedkontaktc umfassenden Kupferröhrchen bildet, möglichst stoßarm in die 50-Ohm .Streifenleitung überzuführen, sind die Röhrchenenden über Drähte und andere Lötaugen mit der Erdebene der Leiterplatte verbunden.

Derartige Anordnungen können aus folgenden Gründen nicht genügend reflexionsarm und breitbandig gefertigt werden:

1. Der erforderliche seitliche Versalz der beiden Köpfe, der notwendig ist, damit an die koaxialen Eingangssteckverbindungen die Zuführungsleiiungen angeschlossen werden können, führt da/.u, dall die Anschlüsse der Reedkontakte an die Lötaugen ungleich geformt und daher nur bedingt elektrisch gleich lang sind.

2. Die Übergänge von den Reedkomakien auf die 50-Ohm-Streifenleitungen jeweils mit einem Kontaktanschlußdraht und einem Null-Volt-Draht sind stoßbehaftet.

3. Die Lötaugen stören die Leitungen mit einer Kapazität von ca. 2 pF gegen Null Voll.

4. Die Übergänge von den 50-Ohm-Streifenleiiungen auf die Ausgangsbuchsen sind stoßbehaftei.

Deshalb sind prinzipielle Reflexionen von > 20% (bei 150 ps-Gencratoranstiegszeit), Bandbreiten von <l GM/ und Eigenzeitkonstanten < 500 ps zu erwarten; die Laufzeitdifferenzen der einzelnen Pfade liegen über 20 ps.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen 2-auf-n-Relaisumschalter mit Reedkontakten zu schaffen, der extrem brcitbandig und reflexionsarm ist und außerdem geringe Laufzeilunterschiede zwischen den einzelnen Pfaden aufweist. Außerdem soll er als Modul mit einheitlichen, engtolerierten elektrischen Daten gefertigt und installiert werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Reedkontakte derart angeordnet sind, daß sie die Kanten einer Doppelpyramide bilden. Besonders gute elektrische Eigenschaften werden dann erreicht, wenn die sich in den zweiten Verzweigungspunkten treffenden Kontaklfederenden in je einem metallischen Topf mit einer Ausgargsleitung verbunden sind und jeweils zwischen die Kontaktstellen der Reedkontakte und dem zweiten Verzweigungspunkt einerseits sowie zwischen den Verzweigungspunkt und das Ende des Innenleiters der Ausgangsleitung andererseits elektrisch gesehen zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Unteran-Sprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels des Relaisumschalters gemäß der Erfindung. Dabei zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines 2-auf-4-Relaisumschalters,

Fig. 2 die Anordnung und Ausgestaltung der die Reedkontakte umgebenden Röhrchen und der die /weiten Verzweigungspunkte umgebenden Töpfe und F i g. 3 ein Ersatzschaltbild.

Fig 2 zeigt die konstruktive Lösung eines erlindungsgernäßen Relaisumschalter.';. Die beiden Köpfe 1 und 2 stellen die beiden ersten Verzweigungen auf je 4 Kontakte bei Pi und P? in F i g. 1 dar; von oben bzw. von unten münden die Eingangsleitungen Ei bzw. E₂ in die Köpfe ein-, je 4 Reedkontakte gehen erfindungsgemäß nicht radial von den Köpfen aus, sondern sind um ψι nach innen geneigt, und sie laufen paarweise in je einen Umlenktopf 3 ein. In Fig. 2 seien die beiden nach links

ίο führenden Reedkontakte die Schaller η und A-| von Fig. I. Damit ist 4 die axial abgehende Ausgangsleitung Au

Die vierfachen Verzweigungspunkte Pi und P> in Fig. 2 sind nach dem Prinzip wie die Verzweigungs-

punkte eines vorgeschlagenen I-auf-4-Umschalters gestaltet. Minz.u kommt hier ein weilerer, jedoch nur zweifacher Verzweigungspunkt P₄, der von Pi und P₃ durch dazwischenliegende Reedkontakte elektrisch getrennt ist, und dessen zusätzliche Reflexion klein

gehalten werden soll. Ist zunächst r geschlossen, um /f, mil 4i zu verbinden, und λ> geöffnet, so wirkt (abgesehen von der Verzweigung bei Pi) lediglich die offene, linke Kontaktfeder (Strecke P₄-P,) des Reedkon taktes A-, als Siichleiiung (kapazitive Störung ( V₄ /·0 am durchgeschalieten Leitungszug

/f,-P,-P₁-P₄-4,.

Ist umgekehrt η geöffnet und Ai geschlossen, so wirki (abgesehen von der Verzweigung bei P₂) lediglich die 3G offene, linke Kontaktfeder (Strecke P₄-Pi) von η als Störkapazität Gm γ 1 am Leitungszug

Er P,- Pv P₄- A,.

Die Storkapazität am Punkt P₄ ist viel kleiner als im Kopf 1 bzw. 2. da nur jeweils ein offener Relaiskontakt stört und nicht drei. Trotzdem ist eine Kompensation durch Serieninduktivitäten gemäß Fig. 3 zweckmäßig. In Fig. 3a repräsentiert das linke T-Glied den Kopf 1 allein. Die Zone K₁-C ist ein Stück 50-Ω-Wellenleiter.

Das rechte T-Glied vertriu den Durchgang durch den Umlenktopf 3 (zwischen den Zonen C und G). Im Ersatzschaltbild Fig. 3b für den anderen Fall ist das rechte T-Glied verschieden von F i g. 3a. weil die Abführung der Ausgangsleitung 4 nach oben ungleiche Wege schafft, so daß O₄ ^ größer als ( V₄ /· 1 wird.

Zum Ausgleich ist es zweckmäßig, den Innenleiter der Ausgangsleitung 4 zu den Reedkontakten hin /u knicken (φ,, reduziert vor allem Gn /·>). und Röhrchen 6 auch nach links eine trichterförmige Aulweitung zu geben (ty₄. reduziert Gm/m und erhöht /., n). während das Röhrchen 7 stumpf in den Umlenktopf 3 einlauft. Im Idealfall haben alle 4 T-Glieder von Ι-Ί g. 3 einen Wellenwidersland Z₀ von 50 Ω. Die Zone VrE ist ein 50^-Wcllenleiter.

Aus räumlichen Gründen können die Erregerspulen mehl auf den Rcedsciutltern angeordnet werden, sondern sie gruppieren sich axial um Ei bzw. /;> herum; dei magnetische Fluß jeder Spule wird durch einen Kern IO sowie Leitbleche 11 und 12 aus Weicheisen auf den zugehörigen Recdkontaki gekoppelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Koaxialer 2-aul-n-Relaisumschalter mit in elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen angeordneten Reedkontakten, die in zwei Gruppen zu je η Reedkontakten so sternförmig angeordnet sind, daß sich je Gruppe die einen Kontaktfederenden in einem ersten Verzweigungspunkt treffen und in einem den Verzweigungspunkt umfassenden metallischen Kopf mit je einer koaxialen Eingangsleitung verbunden sind, und daß die jeweils anderen Kontaktfederenden einander entsprechender Reedkontakte beider Gruppen paarweise in zweiten Verzweigungspunkten zusammentreffen und dort mit Ausgangsleitungen verbunden sind, und bei dem jeweils der metallische Kopf und die die Reedkontakte umgebenden elektrisch leitenden, nichtmagnetischen Röhrchen in ihrem Inneren so ausgestaltet sind, daß elektrisch gesehen zwischen das Ende des Innenleiters der jeweiligen koaxialen Eingangsleitung und den ersten Ver/weigungspunkt der Rcedkontakte einerseits und zwischen den ersten Verzweigungspunkt und die Komaktstellen der Reedkontakte einer Gruppe andererseits zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Reedkontakte derart angeordnet sind, daß sie die Kanten einer Doppelpyramicle bilden.

2. Rclaisumschaller nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in den zweiten Verzweigungspunkten (Pa) treffenden Kontaktfederenden in je einem metallischen Topf (3) mit einer Ausgangsleitung (4, A\) verbunden sind.

3. Relaisunischalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen die Kontaktstellen (P\, Pa) der Reedkontakte und den zweiten Ver/weigungspunkt (Pa) einerseits sowie zwischen den Verzweigungspunkt (Pa) und das Ende des Innenleiters der Ausgangsleitungen (4) andererseits elektrisch gesehen zusätzliche Induktivitäten eingefügt sind.

4. Rclaisumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (4) aus dem Topf (3) jeweils in Richtung der Eingangsleitungen (Eu E^) erfolgt.

5. Relaisumschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung (4) aus dem Topf (3) jeweils senkrecht zur Richtung der Eingangsleitungen (Eu ^erfolgt.

6. Relaisumschalter nach Anspruch 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das innere Ende des der Ausgangsleitung (4) naherliegenden Röhrchens (6) in Form eines Exponentialtrichters ausgebildet ist.

7. Relaisumschalter nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Enden der Röhrchen (6, 7) in Form eines Exponeniialtrichters uusgebildet sind.

8. Relaisumschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Topf (3) mündende Ende der Ausgangsleiuing (4) um einen bestimmten Winkel ((/«^gegenüber der allgemeinen Richtung der Ausgangsleilung (4) auf die Kontaktfederenden zu geneigt ist.