DE3330678C2 - Umschalteinrichtung für Signale hoher Frequenzen - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Umschalteinrichtung mit zwei Eingängen (50, 52) und einem Ausgang (54) und einer dazwischenliegenden Schaltanordnung (58, 82), mittels derer eine für hochfrequente Signale leitende Verbindung wahlweise zwischen dem einen oder dem anderen Eingang und dem Ausgang hergestellt werden kann. Um Fehlanpassungen beim Betrieb der Umschalteinrichtung zu vermeiden, ist dafür gesorgt, daß jeweils derjenige Eingang (50 oder 52), der keine hochfrequenzleitende Verbindung mit dem Ausgang hat, automatisch über eine Ersatzimpedanz (112 bzw. 110) abgeschlossen wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich besonders zur Umschaltung einer Empfangsanlage zwischen zwei orthogonal polarisierten Empfangssignalen von einer Satelliten-Übertragungsstrecke.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umschalteinrichtung für Signale hoher Frequenzen gemäß dein Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einer Anlage beispielsweise, die Rundfunksendungen über einen künstlichen Erdsatelliten empfängt, werden von einer Parabolantenne aufgefangene, vertikal und horizontal polarisierte Signale in getrennten Kanälen verstärkt, frequenzmäßig umgesetzt und weiterverarbeitet und dann wahlweise auf einen Demodulator gegeben, um die in den Signalen enthaltene Bild- und Toninformation wiederzugewinnen. Zu diesem Zweck ist vor dem Demodulator ein Umschalter eingefügt, um entweder das vertikal polarisierte oder das horizontal polarisierte Signal an den Demodulator zu legen. Ein Beispiel für einen solchen, in der Praxis verwendeten Umschalter ist in der F i g. 2-97 auf Seite 344 des »Practical Electronic Circuit Handbook«, Part 4 offenbart, das von der DX Antenna Co., Ltd., Kobe herausgegeben und von CQ Shuppan K. K., Tokyo, im Jahre 1980 veröffentlicht wurde. Eine andere Umschalteinrichtung für hochfrequente Signale, die vier sogenannte PIN-Dioden in einer Konfiguration gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 enthält, ist aus der Zeitschrift »Microwave journal«, Band 17, Nr. 9 (September 1974), Seiten 39—48 bekannt.

Die bekannten Umschalteinrichtungen benötigen neben den beiden Eingangsanschlüssen und dem Ausgangsanschluß zwei zusätzliche Klemmen, um die 3etriebsgleichströme zum Durchschalten und Sperren der Dioden anzulegen und damit wahlweise H F-Verbindungswege zwischen dem einen oder dem anderen Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß zu schließen ίο bzw. zu öffnen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Umschalteinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung so auszubilden, daß sie mit einer geringeren Anzahl an äußeren Anschlüssen auskommt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dank dieser Merkmale braucht man zum Anlegen der die Umschalteinrichtung in die beiden alternativen Zustände versetzenden Betriebsgleichströme keine zusätzlichen Leiter und damit keine zusätzlichen äußeren Anschlüsse, denn das Anlegen des jeweiligen Betriebsgleichstroms ist über den Ausgangsanschluß möglich. Dies vereinfacht die Installation der Umschalteinrichtung.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet. Demgemäß sind zwei Impedanzanordnungen vorgesehen, die durch Bildung einer Ersatzimpedanz verhindern, daß der jeweils in den inaktiven Zustand geschaltete Eingangsanschluß einen fehlangepaßten Abschluß bildet. Bei den weiter oben erwähnten bekannten Umschalteinrichtungen besteht nämlich eine solche Fehlanpassung zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, die z. B. zu einer unerwünschten sichtbaren Störung des wiedergegebenen Bildes führen kann, wenn die hochfrequenten Signale Fernsehsignale sind. Das Vorhandensein einer Impedanzanordnung, die am Eingangsanschluß einer Dioden-Schalteinrichtung eine Abschlußimpedanz bildet, wenn dieser Eingangsanschluß »ausgeschaltet« wird, ist zwar aus der britischen Patentschrift 12 83 002 bekannt, jedoch nur in Verbindung mit einem Ein/Aus-Schalter und nicht in Verbindung mit einer Umschalteinrichtung der hier in Rede stehenden Gattung.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine typische Empfangsanlage für Satellitenrundfunk mit Umschaltern für hochfrequente Signale;

F i g. 2 zeigt das Schaltbild eines typischen bekannten Hochfrequenzsignal-Umschalters, wie er bei der Anlage nach F i g. 1 verwendet werden kann;

F i g. 3a und 3b sind Ersatzschaltbilder für zwei verschiedene Schaltzustände des Umschalters nach F i g. 2; Fig. 4 zeigt das Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzsignal-Umschalters;

Fig.5a und 5b sind Ersatzschaltbilder für zwei Schaltzustände des Umschalters nach F i g. 4.

In der Anordnung nach Fig. 1 werden über Satellit gesendete horizontal und vertikal polarisierte Fernsehfunksignale im 4-GHz-Band (3,7 bis 4,2 GHz), die von einer Parabolantenne 1 aufgefangen werden, in getrennten Kanälen H und V verarbeitet. Das horizontal polarisierte Signal wird in einem rauscharmen Verstärker 2H verstärkt, in einem Abwärts-Umsetzer 3H auf ein Zwischenfrequenzsignal von 0,9 bis 1,4GHz umgesetzt und dann in einem Leitungsverstärker 4H verstärkt. Das vertikal polarisierte Signa! wird in ähnlicher

Weise nacheinander durch einen rauscharmen Verstärker 2 V, einen Abwärts-Umsetzer 3 V und einen Leitungsverstärker 4 V behandelt. Die beiden Ausgangssignale der Verstärker 4H und 4 V werden über jeweils eine Überlagerungsschaltung 5H bzw. 5 V auf einen zugeordneten Leistungsteiler 6H bzw. 6'/gegeben. Beim dargestellten Beispiel sind die Leistungsteiler 6H und 6 VZweiwege-Leistungsteiler mit jeweils zwei Ausgängen. Beide Leistungsteiler 6f/ und 6 V sind mit jev eils einem ihre; Ausgänge an zwei Eingängen eines ersten Wählschalters TA und mit jeweils dem anderen Ausgang an zwei Eingänge eines zweiten Wählschalters 7S angeschlossen. Bei jedem der Wählschalter handelt es sich um eine Einrichtung, auf weiche sich die vorliegende Erfindung bezieht und die an ihrem ersten Eingang das horizontal polarisierte Signal vom Leistungsteiler SH und an ihrem zweiten Eingang das vertikal polarisierte Signal vom Leistungsteiler 6 V empfängt und an ihrem Ausgang wahlweise entweder das horizontal polarisierte oder das vertikal polarisierte Signal liefert. Die jeweils ausgewählten Signale von den Wählschaltern 7A und TB werden jeweils auf einen Videodemodulator 8/4 bzw. 8ß gegeben, der aus ihnen Video- und Audio-Ausgangssignale zur Einspeisung in herkömmliche Fernsehempfänger demoduliert. Um die Leitungsverstärker 4A/ und 4 V, die Abwärts-Umsetzer 3H und 3 V und die rauscharmen Verstärker 2Wund 2 Vmit Betriebsgleichstrom zu versorgen, ist eine Versorgungsquelle 9 an die Überlagerungsschaltung 5Hund 5 Vangeschlossen. Diejenigen Teile der Anlage, die sich in F i g. 1 innerhalb der gestrichelten Umrahmung befinden, sind in der Praxis im allgemeinen in einem wasserdichten Gehäuse eingeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt ein typisches Beispiel einer bekannten Schaltung, die eine Modifikation der in der oben erwähnten Literatur offenbarten Umschalteinrichtungen ist und bisher als Hochfrequenzsignal-Umschalter, wie die Wählschalter TA und TB in Fig. 1, verwendet wurde. Die Schaltung nach F i g. 2 hat zwei Eingangsklemmen 10 und 12, deren erste (10) über ein Koaxialkabel zum Empfang beispielsweise des horizontal polarisierten Signals und deren zweite (12) zum Empfang beispielsweise des vertikal polarisierten Signals angeschlossen ist. Eine Ausgangsklemme 14 dient zum Anschluß einer Nutzschaltung über ein Koaxialkabel. Der erste Eingang 10 ist über einen Kondensator 16 mit der Anode einer PIN-Diode 18 gekoppelt, deren Kathode über einen Kondensator 20 mit dem Ausgang 14 gekoppelt ist. Der zweite Eingang 12 ist über einen Kondensate·· 22 mit der Anode einer PIN-Diode 24 gekoppelt, deren Kathode direkt mit der Kathode der PIN-Diode 18 verbunden ist. Die Kathoden der PIN-Dioden 18 und 20 sind außerdem gemeinsam über eine HF-Drossel 26 mit Masse verbunden, und die Anoden der PIN-Dioden 18 und 24 sind jeweils über eine gesonderte HF-Drossel 28 bzw. 36 mit festen Kontakten eines Umschalters 30 verbunden, die über jeweils einen Kondensator 44 bzw. 45 außerdem mit Masse gekoppelt sind. Der bewegliche Kontakt (Arm) des Umschalters 30 ist über eine HF-Drossel 32 mit einer Betriebsstromquelle 34 verbunden, über welche ein Kondensator 42 im Nebenschluß geschaltet ist.

Wenn der Schalter 30 in seine obere Stellung gebracht ist (d. h. wenn der bewegliche Kontakt den in der Zeichnung oberen festen Kontakt berührt), um einen positiven Strom entlang des gestrichelt gezeichneten Pfades 38 nach Masse fließen zu lassen, dann leitet die Diode 18, um einen Leitungsweg für hohe Frequenzen zwischen dem ersten Eingang 10 und dem Ausgang 14 zu schließen, wie es das Ersatzschaltbild nach Fig. 3a zeigt. Da die PIN-Diode 24 nichtleitend bleibt und somit kein Leitungsweg für hohe Frequenzen zwischen dem zweiten Eingang 12 und dem Ausgang 14 gebildet wird. wird nur das dem ersten Eingang 10 angelegte hochfrequente Signal wie z. B. das horizontal polarisierte Signal, zum Ausgang 14 übertragen. Wenn umgekehrt der Schalter 30 in der unteren Stellung ist um positiven Strom von der Quelle 14 entlang des gestrichelt gezeichneten Pfades 40 nach Masse fließen zu lassen, dann leitet die PIN-Diode 24, um einen Leitungsweg für hohe Frequenzen zwischen dem zweiten Eingang und dem Ausgang zu schließen wie es die Fig. 3b zeigt. Da die PIN-Diode 18 in diesem Fall nichtleitend bleibt und kein Leitungsweg für hohe Frequenzen zwischen dem ersten Eingang und dem Ausgang gebildet wird, wird nur das dem zweiten Eingang 12 angelegte hochfrequente Signal wie z. B. das vertikal polarisierte Signal an den Ausgang 14 übertragen.

Ebenso wie bei den anderen bekannten Hochfrequenz-Umschalteinrichtungen benötigt auch die Schaltung nach Fig.2 neben den beiden Eingangsanschlüssen 10 und 12 und dem Ausgangsanschluß 14 zwei zusätzliche Klemmen, nämlich die beiden festen Kontakte des Umschalters 30, um den Gleichstrom zum wahlweisen Durchschalten und Sperren der Dioden 18 und 24 anzulegen. Wie weiter oben erwähnt, ist es jedoch wünschenswert, mit einer geringeren Anzahl an äußeren Anschlüssen auszukommen. Dies wird durch eine Ausbildung der Umschalteinrichtung erreicht, wie sie nachstehend in Verbindung mit F i g. 4 beschrieben wird. Die Einrichtung nach F i g. 4 ist ferner so ausgestaltet, daß sie gleichzeitig einen weiteren Nachteil der bekannten Umschalteinrichtungen beseitigt. Dieser Nachteil wird deutlich, wenn man die in den F i g. 3a und 3b dargestellten Ersatzschaltbilder der Schaltung nach Fig. 2 betrachtet. Wenn nämlich zwischen der ersten Eingangsklemme 10 und der Ausgangsklemme 14 ein Leitungs- weg für hochfrequente Signale gebildet ist, dann ist die zweite Eingangsklemme 12 vollständig von der Ausgangsklemme 14 abgetrennt, und wenn der Leitungsweg zwischen der zweiten Eingangsklemme 12 und der Ausgangsklemme 14 gebildet wird, dann ist die erste Eingangsklemme 10 vollständig von der Ausgangsklemme 14 abgetrennt. Dadurch befinden sich die Klemmen im Zustand der Fehlanpassung. Wie noch gezeigt werden wird, besteht dieses Problem bei der neuartigen Schaltung nach Fig.4 nicht, weil dort zwischen eine Eingangsklemme und einen Bezugspotentialpunkt (z. B. Masse) automatisch eine Ersatzimpedanz eingefügt wird, wenn der Leitungsweg für hochfrequente Signale zwischen der jeweils anderen Eingangskleinme und der Ausgangsklemme gebildet wird.

Die Schaltung nach Fig.4 hat eine erste und eine zweite Eingangsklemme 50 und 52, die den Klemmen 10 und 12 in Fig. 2 entsprechen, und eine Ausgangsklemme 54, die der Ausgangsklemme 14 in F i g. 2 entspricht. Die erste Eingangsklemme 50 ist über einen Kondensator 56 mit der Anode einer PIN-Diode 58 und die zweite Eingangsklemme 52 über einen Kondensator 68 mit der Kathode einer PIN-Diode 82 verbunden. Die Kathode der PIN-Diode 58 und die Anode der PIN-Diode 82 sind gemeinsam über einen Kondensator 60 mit der Ausgangsklemme 54 und außerdem über eine HF-Drossel 59 mit Masse verbunden. Die Anode der PIN-Diode 58 ist über ein HF-Drossel 62 mit der Anode einer PIN-Diode 64 verbunden, deren Kathode mit der Kathode der

PIN-Diode 82 gekoppelt ist und außerdem über eine HF-Drossel 70 und die Parallelschaltung eines Widerstandes 72 und eines Kondensators 104 mit Masse verbunden ist. Die Kathode der PIN-Diode 82 ist außerdem über eine HF-Drossel 84 mit der Kathode der PIN-Diode 86 verbunden, deren Anode über einen Kondensator 88 mit der Anode der PIN-Diode 58 gekoppelt und außerdem über eine HF-Drossel 90 und die Parallelschaltung eines Widerstandes 92 und eines Kondensators 100 mit Masse verbunden ist. Die Kathode der PIN-Diode 86 und die Anode der PIN-Diode 64 sind über jeweils einen Kondensator 102 bzw. 106 mit Masse gekoppelt. Die Anode der PIN-Diode 58 ist außerdem über die Reihenschaltung einer HF-Drossel 74, zweier Widerstände 76 und 96 und einer HF-Drossel 94 mit der Kathode der PIN-Diode 82 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 76 und 96 ist über eine HF-Drossel 80 mit der Ausgangsklemme 54 und über einen Kondensator 78 mit Masse gekoppelt. Der Verbindungspunkt zwischen der Drossel 74 und dem Widerstand 76 und der Verbindungspunkt zwischen der Drossel 94 und dem Widerstand 96 sind jeweils über einen Kondensator 108 bzw. 98 mit Masse gekoppelt.

Im Betrieb, wenn aus einer geeigneten Potentialquelle (nicht dargestellt) positives Betriebspotential an die Ausgangsklemme gelegt wird, fließt positiver Strom von der Ausgangsklemme 54 über die HF-Drossel 80, den Widerstand 76 und die HF-Drossel 74 und dann einerseits über den gestrichelt gezeichneten Weg /1 durch die PIN-Diode 58 und die HF-Drossel 59 nach Masse und andererseits über den gestrichelt gezeichneten Weg/2 durch die HF-Drossel 62, die PIN-Diode 64, die HF-Drossel 70 und den Widerstand 72 nach Masse. Somit leitet die PIN-Diode 58, um einen über den Kondensator 56, diese Diode 58 und den Kondensator 60 führenden Leitungsweg für hochfrequente Signale zwischen der ersten Eingangsklemme 50 und der Ausgangsklemme 54 zu bilden. Gleichzeitig wird das Bezugspotential über die HF-Drossel 59 an die Anode der PIN-Diode 82 und über den Widerstand 92 und die HF-Drossei 90 an die Anode der PIN-Diode 86 gelegt, so daß diese PIN-Dioden 82 und 86 im nichtleitenden Zustand sind. Daher ist die zweite Eiingangsklemme 52 von der Ausgangsklemme 54 abgetrennt, und nur das auf die erste Eingangsklemme 50 gegebene hochfrequente Signal wird zur Ausgangsklemme 54 übertragen. Da die PIN-Diode 64 leitend ist, ist die zweite Eingangsklemme 52 wechselstrommäßig über die Kondensatoren 68 und 66, die PIN-Diode 64 und den Kondensator 106 mit Masse gekoppelt. Somit gilt die in Fig. 5a dargestellte Äquivalentschaltung, in welcher die zweite Eingangsklemme 52 wie im bekannten Fall nach F i g. 3a von der Ausgangsklemme 54 abgetrennt ist, jedoch über eine Ersatzimpedanz 110 mit Masse gekoppelt ist. Wenn man die Kennwerte der Bauteile 68, 66 und 64 und 106 so wählt, daß diese Ersatzimpedanz 110 gleich dem Wellenwiderstand des zweiten Eingangsanschlusses 52 ist, dann befindet sich die gesamte Schaltung im Zustand der Anpassung.

Wenn negatives Betriebspotential an die Ausgangsklemme 54 gelegt wird, dann fließt positiver Strom von Masse einerseits gemäß der gestrichelten Linie /3 über die HF-Drossel 59 und die PIN-Diode 82 und andererseits gemäß der gestrichelten Linie /4 über den Widerstand 92, die HF-Drossel 90, die PIN-Diode 86 und die HF-Drossel 84 zur HF-Drossel 94 und von dort über den Widerstand 96 und die HF-Drossel 80 zur Ausgangsklemme 54. Somit leitet die PIN-Diode 82, um einen Weg für hochfrequente Signale vom zweiten Eingangsanschluß 52 über den Kondensator 68, die PIN-Diode 82 und den Kondensator 60 zur Ausgangsklemme 54 zu bilden. Gleichzeitig gelangt das negative Potential von der Ausgangsklemme 54 über die HF-Drossel 80, den Widerstand 76 und die HF-Drossel 74 erstens zur Anode der PIN-Diode 58 und zweitens über die HF-Drossel 62 zur Anode der PIN-Diode 64, so daß diese PIN-Dioden 58 und 64 im nichtleitenden Zustand gehalten werden. Dadurch ist der erste Eingangsanschluß 50 von der Ausgangsklemme 54 abgetrennt, und nur das dem zweiten Eingangsanschluß 52 angelegte hochfrequente Signal wird zur Ausgangsklemme 54 übertragen. Da die PIN-Diode 86 leitet, ist der erste Eingangsanschluß 50 wechselstrommäßig über die Kondensatoren 56 und 88, die PIN-Diode 86 und den Kondensator 102 mit Masse gekoppelt. Es gilt also die in F i g. 5b gezeigte Äquivalentschaltung, in welcher der erste Eingangsanschluß 50 wie im bekannten Fall der F i g. 3b von der Ausgangsklemme 54 abgetrennt ist, jedoch über eine Ersatzimpedanz 112 mit Masse gekoppelt ist. Wenn man die Kennwerte der Bauteile 56, 88, 86 und 102 so wählt, daß die Ersatzimpedanz 112 gleich dem Wellenwiderstand des ersten Eingangsanschlusses 50 ist, dann befindet sich die gesamte Schaltung im Zustand der Anpassung.

Wie vorstehend beschrieben, wird in der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung durch wahlweises Anlegen positiven oder negativen Betriebspotentials an den Ausgangsanschluß wahlweise der erste oder der zweite Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß verbunden, während gleichzeitig der jeweils andere (vom Ausgangsanschluß abgetrennte) Eingangsanschluß automatisch über eine Ersatzimpedanz mit Masse gekoppelt wird, um die Schalteinrichtung stets im angepaßten Zustand zu halten. Zum Anlegen der erwähnten Betriebspotentiale braucht man keine zusätzlichen Leiter, da das betreffende Potential dem Koaxialkabel überlagert werden kann, welches mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist, um das hochfrequente Ausgangssignal abzunehmen. Aus diesem Grund ist die dargestellte Schaltung besonders vorteilhaft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Umschalteinrichtung für Signale hoher Frequenzen mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß zum Empfang eines ersten und eines zweiten hochfrequenten Signals, einem Ausgangsanschluß zur Abgabe wahlweise des einen oder des anderen der beiden Eingangssignale, einer ersten PIN-Diode, die zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß derart angeordnet ist, daß sie beim Anlegen von Betriebsgleichstrom einer ersten Polarität leitet, und einer zweiten PIN-Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß so angeordnet ist, daß sie beim Anlegen von Betriebsgleichstrom einer zweiten Polarität leitet, ferner mit ^iner dritten PIN-Diode, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und einem Bezugspotentialpunkt angeordnet ist und beim Anlegen des Betriebsgleichstroms der ersten Polarität leitet, und einer vierten PIN-Diode, die zwischen den ersten Eingangsanschluß und den Bezugspotentialpunkt geschaltet ist und beim Anlegen des Betriebsgleichstroms der zweiten Polarität leitet, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (Kathode) der ersten PIN-Diode (58) und die andere Elektrode (Anode) der zweiten PIN-Diode (82) jeweils gleichstromleitend mit dem Ausgangsanschluß (54) gekoppelt sind, so daß das Anlegen des jeweiligen Betriebsgleichstroms über den Ausgangsanschluß (54) möglich ist.

2. Umschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte und die vierte PIN-Diode (64, 86) jeweils in Reihe mit einer Impedanzanordnung (68, 66, 106 bzw. 56, 88, 102) zwischen den jeweiligen Eingangsanschluß (52 bzw. 50) und den Bezugspotentialpunkt (Masse) geschaltet ist, die zusammen mit der betreffenden Diode eine Ersatzimpedanz (110 bzw. 112) entsprechend dem Wellenwiderstand des zugehörigen Eingangsanschlusses bildet.