DE2636969A1

DE2636969A1 - Elektronischer hf-schalter

Info

Publication number: DE2636969A1
Application number: DE19762636969
Authority: DE
Inventors: Helmut Gerle; Wolfgang Dipl Ing Hassler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-08-17
Filing date: 1976-08-17
Publication date: 1978-02-23
Also published as: NL7708988A; DE2636969C2; GB1579075A

Description

"Elektronischer HP-Schalter"

Die Erfindung "betrifft einen HP-Schalter, insbesondere Antennenschalter, mit Pin-Dioden als Schaltelementen.

Derartige Schalter werden beispielsweise bei Sende-/Empfangsgeräten zum wahlweisen Aufschalten des Sende- oder Empfangsteils auf die Antenne benötigt.

Aus Applikationsschrxften für Pin-Dioden sind bereits die in Pig. 1 und 2 dargestellten Antennenschalter - auf die später näher eingegangen wird - bekannt. Diese Antennenschalter weisen jedoch eine Beihe von Nachteilen auf, insbesondere gestatten sie nur den Anschluß eines Empfängers, so daß bei Sprechfunkgeräten für die Betriebsarten Wechselsprechen und beding-

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tes Gegensprechen eine Bandvertauschung nicht möglich ist. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß es hier zu einer gleichzeitigen Aufschaltung des Senders und des Empfängers auf die Antenne kommen kann, was zumindest "bei hohen Sendeleistungen zu einer Zerstörung der Empfängereingangsstufe führt. Außerdem sind mit diesen Antennenschaltern keine optimalen Durchlaß - bzw. Sperrdämpfungen erzielbar und schließlich sind diese bekannten Antennenschalter auch zu schmalban-

Transformation

dig, und zwar wegen der λ/4^ bei der Anordnung nach Fig. 1 bzw. wegen der Welligkeit im Durchlaßbereich bei der Anordnung nach Fig. 2.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der ein selektives Durchschalten von HF-Energiequellen und/oder HF-Energiesenken auf einen gemeinsamen Schaltungspunkt ermöglicht, wobei insbesondere jegliche zeitliche Überschneidung der Durchschaltung einer HF-Energiequelle und einer HF-Energiesenke vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine oder mehr HF-Energiequellen, beispielsweise Sender, und/oder eine oder mehr HF-Energiesenken,beispielsweise Empfänger, über je ein von einem Steuerkreis steuerbares Schaltelement unabhängig voneinander auf einen gemeinsamen Schaltpunkt,beispielsweise einen Antennenanschluß, durchschaltbar sind und

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daß zur Vermeidung zeitlicher Überschneidungen zwischen dem Durchgeschaltet-Zustand des Schaltelements irgendeiner der HF-Energiequellen und demjenigen einer HF-Energiesenke einerseits der Steuerkreis einer jeden HF-Energiequelle eine Durchschaltung des zugehörigen Schaltelements jeweils mit einer Verzögerung nach Maßgabe eines ersten Zeitgliedes vornimmt, und andererseits eine Sperrschaltung vorgesehen ist, mittels welcher die Steuerkreise aller HF-Energiesenken beim Durchschalten einer HF-Energiequelle sofort zur Sperrung und bei der Sperrung des Schaltelements einer durchgescbalteten HF-Energiequelle jeweils mit einer Verzögerung nach Maßgabe eines zweiten Zeitgliedes zur Entsperrung der zugehörigen Schaltelemente veranlaßbar sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform erhält man dadurch daß zur Erhöhung der Sperrfähigkeit der Schaltelemente der HF-Energiesenken gegenüber hohen HF-Leistungen und zur Verbesserung der Interkanaünodulationsfestigkeit ein ohmscher Widerstand im Steuerkreis einer jeden HF-Energiequelle von der Anodenseite des Schaltelements in einen den Schaltkreisen aller HF-Energiequellen und -senken gemeinsamen Schaltungszug auf der Kathodenseite aller Schaltelemente verlegt ist.

Eine bei hohen Sendeleistungen vorteilhafte Weiterbildungsform besteht darin, daß zur Verringerung der Eichtströme gesperrter Schaltelemente jedem Schaltelement jeweils ein hochohmiger Widerstand gleichstrommäßig parallel geschaltet ist.

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Die erfindungsgemäße Lösung weist insbesondere folgende Vorteile auf:

1.) An schaltbarkeit zweier Empfänger-Eingangsstufen für Oberbzw. Unterband entsprechend den Erfordernissen der Betriebsarten Wechselsprechen bzw. bedingtes Gegensprechen.

2.) Getrennte Aufschaltung der Steuerströme im Sende- und in den Empfangswegen zur Antenne unter Verminderung der Durcnlaßdämpfung im Sender-Antennenweg durch den Wegfall der unvollkommenen Tranformation des nicht idealen Kurzschlusses am Empfängereingang in einen Leerlauf am Antennenanschlußpunkt durch die λ/4-Transformation bzw. durch den transformierenden Tiefpaß bei den Anordnungen nach Fig. 1 bzw. Fig. 2.

3.) Die Schaltströme werden über Schalttransistoren geschaltet. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die zeitliche Schaltfolge zwischen Sende- und Empfangsweg durch den Einbau getrennter Zeitglieder (beispielsweise RC-Glieder) so aufeinander abzustimmen, daß die empfindlichen Eingangsstufen der Empfänger nicht beschädigt bzw. zerstört werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt einen bekannten elektronischen Antennenschalter mit λ/4-Leitung. Soll der Sender über eine als HF-Schaltelement dienende Pin-Diode GrI auf einen Antennenanschluß A (bzw. eine Antenne) durchgeschaltet werden, so muß von einer Spannungsquelle +[) ein Steuergleichstrom über die Pin-Diode GrI, eine λ/4-Leitung und eine

weitere Pin-Diode Gr2

fließen, so daß die Pin-Dioden dann niederohmige Widerstände (2? iSL ) darstellen. Die λ/4-Leitung transformiert den niederohmigen Widerstand der Diode Gr2 in einen am Punkt A wirksamen hochohmigen Verlustwiderstand für den Sendezweig. Im Empfangsfall - dann fließt kein Steuergleichstrom - werden die Sperrschichtkapazitäten der Pin-Dioden wirksam und die Empfangsenergie kann nahezu verlustfrei in den Empfänger fließen. Die eingezeichneten Kapazitäten dienen der Gleichstrom-, die Drossel der HF-Stromentkopplung. Die Nachteile eines solchen Antennenschalters sind bereits erwähnt worden. Bei einer Anwendung im 4 m-Band beispielsweise macht sich außerdem die Länge der λ/4-Leitung nachteilig bemerkbar.

In Fig. 2 ist ein anderer bekannter Antennenschalter mit einem Anschluß für einen Sender S und einen Empfänger E

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dargestellt, bei dem als Transformationsglied anstelle einer λ/4-Leitung ein aus diskreten Elementen aufgebautes T-Glied verwendet wird»

Fig» 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Antennenschalter für einen Sender S und zwei Empfänger E und E¹, allerdings ohne den Schaltungsteil zur Verhinderung'einer gleichzeitigen Aufschaltung des Senders und eines der Empfänger auf den Antennen anschlußpunkt A, In der dargestellten Stellung eines ersten Schalters Si fließt der Steuergleichstrom über einen Steuerkreis für das Schaltelement zur Durchschaltung des Senders S - eine Pin-Diode GrI - bestehend aus einem ohmschen Widerstand RI, einer ersten Drossel DrI, der Pin-Diode GrI und einer zweiten Drossel Dr3, so daß in diesem Fall also der Sender S auf den Antennenanschluß A durchgeschaltet ist. In der anderen Stellung des ersten Schalters Sl und der dargestellten Stellung eines zweiten Schalters S2 wäre dann ein Empfänger E¹ über eine von einem entsprechenden Steuerkreis - bestehend aus ohmsche» Widerstand B2% Drossel Dr2V, Pin-Diode Gr2' und Drossel Dr3 - gesteuerte Pin-Diode Gr2' auf den Antennenanschluß A geschaltet. Gleiches gilt für einen weiteren Empfänger E mit seinem Schaltelement Gr2 und zugehörigem Steuerkreis bei der nicht eingezeichneten Stellung des

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zweiten Schalters S2. Die drei Steuerkreise für den Sender S und die beiden Empfänger E und E' sind identisch aufgebaut, wobei die zweite Drossel Dr3 Bestandteil aller drei Kreise ist. Die Anordnung nach Fig. 3 ermöglicht einen Betrieb eines Sende-/Empfangsgerätes sowohl in der Art des Wechselsprechens als auch des bedingten Gegensprechens. Beim Einsatz in Sende-/ Empfangsgeräten muß die Anordnung allerdings noch - wie bereits erwähnt - zum Schutz der Eingangsstufen der Empfänger E und E¹ gegen Beschädigung oder Zerstörung durch eine Schaltung ergänzt werden, die eine gleichzeitige Aufschaltung des Senders S und eines bzw. beider Empfänger E und E¹ auf den Antennenanschluß A verhindert.

Fig. 4 zeigt die vollständige Anordnung. Die Schalter Sl und S2 der Anordnung nach Fig. 3 sind hier durch drei Transistorschalter Tl, T2 und T2¹ ersetzt. Der Sender S wird auf den Antennenanschluß A durchgeschaltet, indem ein erster Anschluß ST auf Massepotential gelegt wird, wodurch der Steuergleichstrom von der Batterie +U über den dann durchgeschalteten Transistorschalter Tl dem Steuerkreis der Pin-Diode GrI zur Durchschaltung des Senders zugeführt wird. Entsprechendes gilt für den Empfänger E bzw. E¹, falls ein weiterer Anschluß ET bzw. ET¹ auf Massepotential gelegt wird, wobei dann der Steuergleichstrom von der Batterie +U über den Transistor-

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schalter T2 bzw. T2· dem Steuerkreis der Pin-Diode Gr2 bzw. Gr2' zur Durchschaltung dieses Empfängers zufließt. Um zu verhindern, daß die hohe Sendeleistung von z. B. 10 Watt einem der Empfänger E bzw. E¹ zugeleitet wird, ist zusätzlich eine Sperrschaltung vorgesehen, die im wesentlichen aus einem weiteren Transistorschalter T3, einer Diode Gr4 bzw. Gr4· und einer weiteren Diode Gr3 bzw. Gr3^f besteht (bei den Dioden Gr3 und Gr3' handelt es sich jeweils um zwei in Serie geschaltete Dioden) und die folgendermaßen funktioniert. Bei der Sendertastung, d. h. bei Anlegen des Massepotentials auf den Anschluß ST, wird der Schalttransistor T3 sofort leitend und entlädt die Kapazität C9 innerhalb von l#usec. Dabei steigt das Potential an den Kathoden der Dioden Gr4 und Gr4' an (auf U - U„ mit U₁, = Durchlaßspannung einer Diode bzw. einer lei-

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tenden Basis-Emitter Diode eines Transistors), wodurch die beiden Schalttransxstoren T2 und T2· sofort gesperrt werden, da diese wegen der (doppelten) Dioden Gr3 bzw. Gr3' nur bei niedrigen Kathodenpotentialen (^-U - 3U_) leitend sind. Darüber hin-

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aus wird der die Durchschaltung des Sendezweiges bestimmende Schalttransistor Tl selbst nach Maßgabe eines ersten Zeitgliedes R5 und C8 (die Kapazität C8 muß erst über den Widerstand R5 aufgeladen werden) verzögert durchgeschaltet. Außerdem sind ein zweites Zeitglied r4 und C8 sowie ein drittes Zeitglied R7 bzw. R7¹ und C9 so dimensioniert, daß wegen der erforderlichen

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hohen Potentialabsenkung (von U - TJ auf U - 3U_) an den

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Verbindungen der Dioden Gr 3 und Gr4 bzw. Gr3* und Gr4' gewährleistet ist, daß bei Beendigung der Sendertastung, d» h» bei Trennung des Anschlusses ST vom Massepotential, zuerst der Sendezweig gesperrt und erst danach einer der Empfangszweige durchgeschaltet wird (falls der zugehörige Anschluß ET bzw. ET¹ zu diesem Zeitpunkt an Massepotential angeschlossen ist).

Als Vorteil erweist es sich, wenn der ohmsche Widerstand Rl im Steuerkreis für die Pin-Diode GrI zur Durchschaltung des Senders statt auf der Anodenseite der Pin-Diode GrI (wie in Fig. 3 dargestellt) auf der Kathodenseite in dem den Schaltkreisen des Senders und der beiden Empfänger gemeinsamen Schaltungsteil angeordnet wird, wie in Fig. h dargestellt, wobei dann durch die Verlegung des Widerstandes El eine Entkopplungskapazität CIl zur gleichstrommäßigen Entkopplung des Äntennenanschlusses A erforderlich wird. Mit Hilf* der zusätzlich nach Masse geschalteten hochohmigen Widerstände 3R8, H8^a und H8^rt ihochohmig, um mögliche Richtströme »ehr klein zu halten) werden die jeweils nichtleitenden Pin-Dioden - immer zwei Dioden - automatisch durch den am Widerstand Rl erzeugten Spannungeabfall mit einer negativen Sperrspannung beaufschlagt.

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Durch diese Maßnahmen werden zum einen die Interkanalmodulationsfestigkeit des Antennenschalters erhöht und zum andern die Sperrfähigkeit der Pin-Dioden verbessert, was die Verwendung höherer Sendeleistungen ermöglicht.

Fig. 5 zeigt einen zur Anordnung nach Fig. k komplementären Antennenschalter, bei dem anstelle von pnp-Transistoren npn-Transistoren zur Anwendung kommen (bei gleichzeitig umgekehrter Orientierung der Pin-Dioden). Eine derartige Anordnung wird benötigt, wenn die Durchschaltung des Senders S oder eines Empfängers E bzw. E¹ nicht durch Anlegen des Massepotentials, sondern mit Hilfe eines positiven Potentials an dem zugehörigen Anschluß ST, ET bzw. ET¹ vorgenommen werden soll.

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Claims

UL 76/46 Patentansprüche

1. ! Elektronischer HP-Schalter, insbesondere Antennenschalter, mit Pin-Dioden als Schaltelementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehr HP-Energiequellen (S), beispielsweise Sender, und/oder eine oder mehr HP-Energiesenken (E bzw. E')> beispielsweise Empfänger, über je ein von einem Steuerkreis (Ti, Ri, Dri, Gri, Dr3 / i = 1,2 bzw. 2¹) steuerbares Schaltelement (Gr1, Gr2 bzw. Gr2') unabhängig voneinander auf einen gemeinsamen Schaltpunkt (A), beispielsweise einen Antennenanschluß, durchschaltbar sind und daß zur Vermeidung zeitlicher Überschneidungen zwischen dem Durchgeschaltet-Zustand des Schaltelements (Gri) irgendeiner der HP-Energiequellen (S) und demjenigen einer HP-Energiesenke (E bzw. E') einerseits der Steuerkreis (T1, R1, Dr1, Gr1 und Dr3) einer jeden HP-Energiequelle (S) eine Durchschaltung des zugehörigen Schaltelements (Gri) jeweils mit einer Verzögerung nach Maßgabe eines ersten Zeitgliedes (R5 und C8) vornimmt, und andererseits eine Sperrschaltung (T3, Gr4 bzw. Gr4' und Gr 3 bzw. Gr3') vorgesehen ist, mittels welcher die Steuerkreise (Ti, Ri, Dri, Gri, Dr3 / i = 2 bzw. 2¹) aller HP-Energiesenken (E bzw. E¹) beim Durchschalten einer HP-Energiequelle (5) sofort zur Sperrung und bei der Sperrung des Schaltelements (Gri) einer durchgeschalteten HP-Energiequelle (S) jeweils mit einer Verzögerung nach Maßgabe eines zweiten Zeitgliedes (C9 "und R7 bzw. R7') zur Entsperrung der zugehörigen Schaltelemente (Gr2 bzw. Gr2') veranlaßbar sind (Pig. 4). 809808/0137 . ₁₂ -

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2. Elektronischer HF-Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Sperrfähigkeit der Schaltelemente (Gr2 bzw. Gr2') der HF-Energiesenken (E bzw. E¹) gegenüber hohen HF-Leistungen und zur Verbesserung der Interkanalmodulationsfestigkeit ein ohmscher Widerstand (Rl) im
Steuerkreis einer jeden HF-Energiequelle (S) von der Anodenseite des Schaltelements (GrI) in einen den Schaltkreisen aller HF-Energiequellen (S) und -senken (E bzw. E^!) gemeinsamen Schaltungszug auf der Kathodenseite aller Schaltelemente (GrI, Gr2 und Gr2') verlegt ist bei gleichzeitiger Verwendung von
nach Masse geschalteten hochohtnigen Widerständen RB, R8' und RS» (Fig. k).

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