DE3401091A1

DE3401091A1 - Hochfrequenzleistungs- bzw. -signalschalter

Info

Publication number: DE3401091A1
Application number: DE19843401091
Authority: DE
Inventors: Gyora Raanana Reppen
Original assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Current assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Priority date: 1983-05-11
Filing date: 1984-01-13
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2139835A; BE899586A; IL68659A0; GB8400303D0; FR2546007B1; IT8420102A0; FR2546007A1; GB2139835B; NL8400010A; US4673831A; IT1173869B

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzleistungsschalter für die Verwendung bei Hochfrequenzen. Der erfindungsgemäße Schalter ist schnell, kann bei hoher Leistung verwendet werden, und es ist praktisch keine 5. Gleichstromenergie erforderlich, um den Schalter in einem seiner beiden Zustände, nämlich im "EIN"- oder "AUS"-Zustand zu halten- Der erfindungsgemäße Schalter ist besonders vorteilhaft verwendbar bei Manngepäck-Einrichtungen bzw. bei Einrichtungen, die zum Gepäck eines einzelnen Menschen gehören, bei denen durch die speziellen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Schalters das Erfordernis ausgeschaltet.wird, lästige, hinderliche, klobige und beschwerliche Gleichstromquellen zu Umschaltzwecken vorzusehen.

Es gibt eine Vielzahl von Hochfrequenzschaltern. Zu den vorteilhaftesten Hochfrequenzschaltern sind die auf PIN-Dioden basierenden Hochfrequenzschalter zu zählen, die in der Lage sind, Hochfrequenz hoher Leistung bei akzeptablen Einfügungs- bzw. Durchlaßdämpfungen bzw. -Verlusten zu schalten. Einer der ernsthafteren Nachteile solcher Schalter ist die. Notwendigkeit, daß ein konstanter Gleichstrom zur Verfügung gestellt werden muß. Diese Energieerfordernisse sind bei gewissen Arten von Ausrüstung bedeutsam, wie beispielsweise bei Manngepäck-Einrichtungen bzw. bei Einrichtungen, die zum Gepäck eines einzelnen Menschen, gehören, wo die Stromquellen beschränkt sind, und wo solche PIN-Schalter eine spezielle Gleichstromquelle erfordern, die dazu geeignet ist, die erforderliche Schaltenergie zu liefern. Es sind Versuche unternom-

men worden, diesen Nachteil zu überwinden und die Notwendigkeit auszuschalten, einen Gleichstrom für das Schalten vorzusehen.

Die Nachteile der vorhandenen Hochfrequenzschalter werden in einem großen Ausmaß durch den neuartigen Schalter nach der vorliegenden Erfindung überwunden, der auf leicht verfügbaren kostengünstigen Bauteilen basiert, der einen einfachen Aufbau hat und der in hohem Maße zufriedenstellende Ergebnisse erbringt.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung ein schneller Hochleistungs-Hochfrequenzsignalschalter zur Verfügung gestellt, mit dem eine hohe Leistung gehandhabt bzw. geschaltet werden kann, und der sehr wenig Energie zum Halten des Schalters in einer seiner Positionen und auch zum Umschalten erfordert. Der erfindungsgemäße Hochfrequenzschalter umfaßt konventionell leicht verfügbare, kostengünstige Bauteile. Der Schalter basiert auf der Kombination von wenigstens einem Gleichrichter (Diode) in Kombination entweder mit einem Kondensator oder einem anderen Gleichrichter (Diode), der gegensinnig gepolt zu der ersten Diode angeordnet bzw. mit der ersten Diode zusammengeschaltet ist. Anstelle von zwei Dioden kann auch ein geeigneter Transistor verwendet werden.

Der erfindungsgemäße Schalter ist in weitem Umfang in Elektronikschaltungen anwendbar, u. a. in Bandpaß- bzw. Bandfiltern, Antennenanpassungsnetzwerken und zum.Umschalten zwischen Sendern. In dem erfindungsgemäßen Schalter wird die Erscheinung der Sperrverzögerungszeit trr von Gleichrichtern, wie beispielsweise Dioden, ausgenutzt, welcher es Dioden ermöglicht, im "EIN"-Zustand des Schalters in beiden Richtungen bei minimalem Verlust und minimaler Verzerrung des Hochfrequenz-

signals zu leiten. Im "ÄUS"-Zustand ist die Diode oder sind die Dioden in Sperrichtung vorgespannt, und die Isolation, welche durch den Schalter aufgebracht wird, hängt von der Diodenkapazität ab. Die Auswahl von geeigneten Dioden, die eine vergleichsweise lange Sperrverzögerungszeit und insbesondere eine lange Speicherzeit t sowie einen kleinen Kapazitätswert haben., ermöglicht es, Hochfrequenzschalter mit der erforderlichen Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen. Wie oben erwähnt, wird in den erfindungsgemäßen Schaltern der Parameter der "Sperr-. Verzögerungszeit", "trr", von Gleichrichtern angewandt. Dieser Parameter wird bezüglich

Dioden erläutert und dargestellt, und er läßt sich unter Bezugnahme auf die Schaltung der Fig. 1 und unter Bezugnahme auf Fig. 2 definieren.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung umfaßt eine Diode D in Reihe mit einem Widerstand R_T, die von den Stromquellen +Vp und -V über einen Schalter S, der von einer Position 1 in eine Position 2 umschaltbar ist, mit Strom gespeist werden. Die verschiedenen Parameter der Schaltung nach Fig. 1 sind in Fig. 2 dargestellt.

Wenn der Schalter in der Position 1 ist, dann fließt durch die Diode D ein Strom I„, und nimmt man an, daß

r
der Widerstandswert der Diode viel kleiner als R₁- ist, dann hat der Strom I„ die Größe

i ^v ·

^{F R}L

Wenn der Schalter S zur Zeit t in die Position 2 umgeschaltet wird, dann ändern sich der Diodenstrom und die Spannung über der Diode in der in Fig. 2 dargestellten Weise. Während der Zeitdauer t (Speicherdauer)

fließt durch die Diode ein Sperrstrom I_R, der gleich

dem Strom I„ ist. Nach dieser Zeit beginnt die Diode F

herunterzufahren, und der Strom durch die Diode nimmt während der Zeitdauer t (Übergangszeit) exponentiell ab. Die Summe von t und t ist die Zeit trr (Sperr-

S L.

Verzögerungszeit) . Um die Periode der Zeit t.. herum verhält sich die Diode sehr stark wie ein Widerstand, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Richtung des Stromflusses von der Richtung bzw. Polung der Spannungsquelle in der Schaltung abhängt; siehe Fig. 2a. Während Zeitdauern t von adäquater Länge ist es möglich, über bzw. durch die Diode D ein Hochfrequenzsignal zu schicken, ohne daß die Diode zur Sperrspannung und zum Sperren übergeht. 'tfie dargestellt, wird die Eingangsspannung zur Zeit t-, zu ν = -V_R umgekehrt, und da der pn-übergang mit einer sehr großen Anzahl von Minoritätsträgern geladen ist, fällt der Diodenstrom nicht sofort auf Null ab, bis die Rekombination der Minoritätsträger vollendet ist. Bis zu diesem Zeitpunkt fährt die Diode fort zu leiten, wobei der Strom vom äußeren Widerstandswert R abhängt, und wobei

Jj

i = -V^/Rt ist. Wie die Fig. 2c zeigt, ist die Spannung über der Diode während der Sperrstromleitung ein wenig niedriger als die Vorspannung in Durchlaßrichtung, die typischerweise 0,7 Volt beträgt, wie in Fig. 2c angegeben ist.

Die Erfindung und deren physikalische Prinzipien werden unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren der Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung, die dazu dient, den Parameter trr von Dioden u. dgl. zu veranschaulichen und zu erläutert;
35

Fig. 2 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung des Parameters trr;

Fig. 3 eine Schaltung eines Hochfrequenzschalters, basierend auf einer Diode und einem Kondensa

tor;

Fig. 4 eine Schaltung eines Hochfrequenzschalters,

basierend auf zwei gegensinnig gepolten Dioden;

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Schaltung mit einer Einrichtung zum Anlegen eines Gleichstrompotentials an die Kathoden der Dioden in der AUS-Position;

Fig. 6 eine Schaltung eines Hochfrequenzschalters,

der zwei parallele Anordnungen aus Diode-und-.Kondensator umfaßt;

Fig. 7 eine Kurvendarstellung .von Generator- und

Lastspannungen sowie des Stroms in den beiden Dioden der Schaltung nach Fig. 6 im EIN-Zustand;

Fig. 8 eine Schaltung eines Hochfrequenzschalters, die derjenigen nach Fig. 4 entspricht, wobei ein Kondensator und eine Schalteinrichtung zwischen den beiden Dioden und Masse eingefügt sind, und zwar entsprechend den Fig. 2a, 2b und 2c;

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung, die der Fig. 4 entspricht, wobei jedoch eine zusätzliche Diode in den Schaltungsweg von der Verbindungsstelle zwi-

sehen den beiden gegensinnig gepolten Dioden und Masse eingefügt ist; und

Fig. 10 eine Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung, welche der Fig. 3 oder 4 ent

spricht, wobei jedoch anstelle der Diode und des Kondensators bzw. der beiden Dioden ein Transistor vorgesehen ist.

.

Bei der nun folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sei zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen, wonach der darin gezeigte EIN-Dioden-EIN-Kondensator-"jeistungsschalter eine Diode 31 in Reihe mit einem Kondensator 32 und der Last 3 3 (Widerstand R) umfaßt, wobei ein Hochfrequenzgcnerator 34 vorgesehen ist, dessen Innenwiderstand R₁ mit 35 bezeichnet ist, und weiterhin ist zwischen der Diode 31 und dem .Kondensator 32 eine Verbindung nach Masse geführt, und zwar über eine Hochfrequenzdrossel 36 und eine Üraschalteinrichtung 37. Diese Schaltung ist in dem Zustand dargestellt, in dem sich der Schalter 37 (der ein bipolarer Transistor oder ein Feldeffekttransistor sein kann) in der "AUS"-Position befindet und infolgedessen die gesamte Schaltung (Schalter) in der "AUS"-Position ist. Der Kondensator 32 ist mit der dargestellten Polarität auf die Spitzenspannung der Spannungsquelle aufgeladen, während die Diode 31 umgekehrt vorgespannt ist und ein Signaldurchgang verhindert wird.

Wenn der Schalter 37 geschlossen wird, dann fließt Strom während des positiven Halbzyklus durch die Diode 31, die Hochfrequenzdrossel 36 und den Schalter 37. Gleichzeitig beginnt der Kondensator 32, sich durch die Hochfrequenzdrossel 36 und über den

Schalter 37 zu entladen. Die Diode 31, die in Durchlaßrichtung geleitet hat, ist aufgrund des. trr-Phänomens in der Lage, in Sperrichtung zu leiten. Nach einer ausreichenden Anzahl von Zyklen leitet die Diode 31 voll, während die Hochfrequenzdrossel 36 jede Gleichspannung nach Masse kurzschließt, die auf dem Kondensator 32 aufgrund von Unterschieden in den Ladungen entsteht, welche in der Diode 31 in Durchlaß- und Sperrichtung fließen. Die Konduktanz bzw. der Wirkleitwert des Schalters hängt direkt von dem oben definierten Diodenparameter trr ab. Eine Diode mit trr = Null kann nicht in Sperrichtung leiten, und das Signal an der Last wird sehr stark verzerrt. Wenn Dioden mit zunehmendem trr gewählt werden, dann leiten solche Dioden in Sperrichtung,und während einer adäquaten Speicherzeit t (t >■ T/2) ist der Schalter im vollen "EIN"-Zustand.

Die Isolation, die mittels dieser Umschalt- bzw. Schalt-Schaltung erzielt wird, ist folgende: Nimmt man an, daß der Diodendurchbruch bzw. die Diodendurchbruchspannung genügend hoch und daß der Leckstrom genügend klein ist, dann ist die Isolation der Umschaltschaltung:

5 Isolation (dB) =20 log RL OCJO,

worin CJO die Diodenkapazität ist.

Die Diode 31 leitet während der Vollwelle, und die Diode muß so gewählt sein, daß die Diodenspeicherzeit t länger als die Hälfte der Zyklusperiode ist. Je kleiner die. Diodenkapazität CJO ist, umso höher ist die Isolation zwischen dem Hochfrequenzgenerator 34 und der Last 33.
35

—. *1 O _

Repräsentative Werte einer Umschaltschaltung gemäß Fig. 3 sind:

RFC

ESM 200 von Thomson CSF

nF 330μ Η

Ein SPICE-Coitiputerprogramm wurde ablaufen gelassen, und es wurden die Durchlaßdämpfung und die Verzerrungen der Harmonischen bei mehreren Frequenzen in "EIN"-Zustand berechnet. Der Parameter trr wird im SPICE-Diodenmodell durch den Parameter TT representiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben:

Tabelle 1

Max. Verzerrungen der Harmonischen (dB)	10MHz	2MHz	Durchlaßdämpfungen (dB)	0	10MHz	2MHz	TT^sec)
30MHz	H₃= -24 H3= -25	H2= -14 H3= -16	30MHz	0	0,2	-1 ,2,	0,3
« = -31 H 3= -32	H2= -78 H3< H2	H2= -21 H3= -22	0,04	0	0-	0,35	•1
H2= -84 H3< H2	H2= -90 H3^ H2	H2= -27 H3= -27	Q¹	0.	0,13	3
		H2= -34 H3= -34	0	0,05 * '	5
		H2= -72 H3= -76	0	0,015	10

Der "AUS"-Zustand wurde beim Anlegen einer positiven Spannung von 110 Volt an die Kathode der Diode untersucht. Es wurde die Isolation zwischen der Hochfrequenzquelle von 100 Volt und der Last untersucht. Die Ergebnisse der Isolationstests sind in Tabelle 2 wiedergegeben:

Tabelle 2

10

Isolation (dB)

20

30 MHz	10 MHz	2 MHz	CJO
-46	-56	-71	5 pF
-40	-50	-65	10 pF
-34	-44	-59	20 pF
-30	-40	-55	3 0 pF

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, umfaßt ein Zwei-Dioden-Hochfrequenzschalter zwei Dioden 41 und 42 in Kombination, die gegensinnig gepolt geschaltet sind, und zwar in Reihe mit einer Last R,,.die bei 43 dargestellt ist, und diese Dioden sind mit einem Hochfrequenzgenerator 44 verbunden, der einen Innenwiderstand R. hat, welcher bei 45 dargestellt ist; zwischen den Dioden 41 und 42 bzw. an der Verbindungsstelle dieser Diode ist eine Hochfrequenzdrossel 46 und eine Umschalteinrichtung 47, die ein Feldeffekttransistor sein kann, vorgesehen bzw. nach Masse geführt. Diese Schaltung hat im Vergleich mit der Schaltung nach Fig. 3 eine verbesserte LeistungsfähigkkeitrDie Diode 42 ersetzt den Kondensator 3 2 der vorhergehenden Schaltung. Der Hochfrequenzschalter ist im

AUS-Zustand, wenn die Schalteinrichtung 47 offen ist. In diesem Zustand können die Dioden 41 und 42, die in Reihe in einer gegensinnig gepolten Konfiguration angeordnet sind, nicht leiten, da eine von ihnen stets rückwärts bzw. in Sperrichtung vorgespannt ist. Die Isolation des Schalters ist 20 log RLCO CJO/2. Wenn die Schalteinrichtung 47 geschlossen wird, leitet die Diode 41 in der Durchlaßrichtung in der positiven Halbperiode des Zyklus, und infolgedessen ist sie auch in der Lage, in der Sperrichtung zu leiten Jn der negativen Halbperiode des Zyklus leitet die Diode 42 in Durchlaßrichtung, die Diode 41 leitet in Sperrichtung, und infolgedessen ist die Umschaltschaltung von dieser Zeitperiode an in der "EIN"-Position, während die Hochfrequenzdrossel 46 eine Stromkompensation für die Unterschiede in den Verlusten in den Dioden, wenn diese in Durchlaß- und in Sperrichtung leiten, bewirkt.

Die Schaltung wurde auf einem SPICE-Computerprogramm durchgerechnet, und zwar mit R. = R_T = 50 Ohm, und es wurden die folgenden Ergebnisse für den "EIN"- und "AUS"-Zustand erhalten, die in Tabelle 3 wiedergegeben sind:

Tabelle 3

Maximale Verzerrungen der Hantionischen (dB)	10MHz	-55	2 MHz	-45	Durchlaß- dämpfungen	(dB)	2MHz	,3	EIN- Position
30 -RHz	H2=	-33	H2	-12	30MHz	10MHz	1		TT (*secV
H2 = -100	H3=	-91	H3=	-53	0	0,01		,35	I 1
H3 = -79	H2=	-80	H2=	-19			0
	H3=	-86	H3=	-70				,14	3
	H2=	-86	H2=	-24	0	0	0
	H3=	-98	H3=	-54					5
	H2=	-95	H2=	-26	0	0		,1
	H3=		H3=			0
			0	0	10

Im "AUS"-Zustand für 2 MHz wurden die folgenden, in Tabelle 4 wiedergegebenen Ergebnisse erhalten:

Tabelle 4

Isolation (dB)	CJO
-66 -59 -53 -4 9	5 pF 10 pF 20 pF 30 pF

Die theoretische Isolation der Schaltung wurde beim Anlegen einer Gleichspannung von 110 Volt an die Kathoden der Dioden 41 und 42 der Schaltung der Fig. 4 untersucht, wobei die Dioden D1 und D2 vom Typ ESM 100 der Firma Thomson CSF waren und der Widerstand R_L den Wert R_L =

50 Ohm hatte; die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 angegeben:

Tabelle 5

Isolation (dB)

•30 MHz	10 MHz	2 MHz	CJO (pF)
-54	-64	-78	5
-48	-58	-72	10
■ -42	-52	-66	20
-39	-48	-62	30

Anstelle der beiden Dioden 41 und 42 kann, wie in Fig. 10 gezeigt ist, ein geeigneter Transistor 101 verwendet werden, dessen Basis mit der Hochfrequenzdrossel 46 verbunden ist, die in Fig. 10 mit 36 bezeichnet ist, während die beiden anderen Elektroden mit der Last bzw. der Hochfrequenzquelle verbunden ist. Die Bedingung besteht darin, daß die Länge der Größe trr des Transistors für den vorgesehenen Zweck angemessen ist. Anstelle der Hochfrequenzdrossel kann jedes andere geeignete induktive Element verwendet werden, wie beispielsweise ein Gyrator. Die Schalteinrichtung 47 kann ein bipolarer Transistor, ein Feldeffekttransistor oder ein Thyristor mit einem adäquaten trr-Wert sein.

Die Schaltung nach Fig. 5 umfaßt zwei Dioden der Firma Thomson CSF vom Typ ESM 100, die gegensinnig gepolt in Reihe geschaltet sind und die folgenden Werte haben: CJO = 23 pF; t = 1_Υ5μ sec. bei einer Gleichstromquelle

von 80 V, wie dargestellt, und die anderen Bauteile sind so, wie in Fig. 4 dargestellt, wobei sich aufgrund dieser Werte die folgenden Resultate ergaben, die in Tabelle 6 wiedergegeben sind:

Tabelle 6

PARAMETER	2MHz	4MHz	8MHz	16MHz	3OMHz
Harmonische E (2)	-40	-40	-40	-40	-56
(dB) E (3)	-26	-26	L -24	-46	-40
Zweitonzwischen- modulation (dB)	-50	-45	-42	^-35	<^-32
Umschalten EIN-AUS	8	8	6	4,5	7
Zeit /\isec) AUS-EIN	! 1	0/8	0,5	0,5	0,5
Isolation (dB)	-61	-55	-45	-41	-36
Durchlaßdämpfunq (dB)	0,04	0,01	0,13	0,3	0,5
Welligkeitsfaktor bzv* Stehwellenverhältnis . bffi 5 η nhm	• T ,14	1 .11	Uli	1 ,13	1,16

Es sei nunmehr auf Fig. 5 eingegangen. Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung befindet sich in der "EIN"-Position. Wenn sie in die "AUS"-Position geschaltet wird, wird eine Gleichspannung von einer Spannungsquelle 48 her, die etwa 80 Volt beträgt, an die Kathoden der beiden Dioden 41 und 42 angelegt. Dadurch werden die Dioden blockiert, so daß auf diese Weise ein schnelleres Schalten und eine bessere Isolation erzielt werden.

Die Fig. 6 veranschaulicht einen "Zwei-Dioden-in-Parallelschaltung"-Hochfrequenzschalter. Dieser Hochfrequenzschalter umfaßt eine Diode 61 und einen Kondensator 62 in Reihe, wobei eine weitere Diode 63 und ein weiterer Kondensator 64 parallel zu denselben geschaltet sind; außerdem umfaßt die Schaltung einen Hochfrequenzgenerator 65 mit dem Innenwiderstand 66, eine Last 67 und eine erste Hochfrequenzdrossel 68 mit einem Schalter 69 sowie eine zweite Hochfrequenzdrossel 70 und einen Schalter 71, die in der dargestellten Weise geschaltet sind. Vorliegend ist die Verbindungsstelle zwischen der Diode 61 und dem Kondensator 62 über die Hochfrequenzdrossel 68 und den Schalter 69 mit Masse verbunden, und in entsprechender Weise ist die Verbindungsstelle zwischen der Diode 63 und dem Kondensator 64 über die Hochfrequenzdrossel 70 und den Schalter 71 mit Masse verbünden. Wenn die Schalter 69 und 71 offen sind, dann werden die Kondensatoren 62 und auf die Spitzenspannung des Generators 65 aufgeladen, und die beiden Dioden 61 und 63, die umgekehrt bzw. in Sperrrichtung vorgespannt sind, sind gesperrt. Die Dioden 61 und 62 sind in Fig. 6 gegensinnig, parallel geschaltet.

Die Isolation des Schalters ist folgende:

RT
Isolation (dB) = 20 Log ^{worin C}1^=C2» ^CJ0'

für RL <^ 2"7TCJO ^ist die Isolation 20 log 2 RL ω CJO.

Zum Einschalten des Leistungsschalters werden beide Schalter 69 und 71 geschlossen, und infolgedessen werden die Kathoden der Dioden 61 und 63 gleichstrommäßig an Masse gelegt, und die Dioden beginnen in beiden Richtungen zu leiten, und zwar aufgrund ihrer Fähigkeit, während der Sperrverzögerungszeit trr in der Sperrichtung zu leiten. Der Strom durch die Dioden' während des "EIN"-Zustande sowie die Generator- und Lastspannungen sind in Fig. 7 dargestellt. Die beiden Dioden leiten abwechselnd, und zwar leitet jede von ihnen während eines Viertels des Zyklus in Durchlaßrichtung. Die Diodenspeicherzeit t sollte langer als ein Viertel der Zyklusperiode sein. Die Schaltzeit hängt vom Kapazitätswert der Kondensatoren 62 und 64 ab. Um ein schnelles Schalten zu erzielen, muß die Schaltzeit der Schalter 69 und 71 sehr kurz sein, und damit die Gesamtschaltzeit nicht beeinträchtigt wird, werden vorteilhafterweise schnelle Transistoren als Schalter 69 und 71 verwendet.

Ein Computerdurchlauf bzw. eine computermäßige Berechnung, wobei trr durch TT in dem SPICE-Programm repräsentiert wurde, ergab unter Zugrundelegung einer Hochfrequenzquelle von 100 Volt und 50 Ohm Innenwiderstand sowie einer Last von 50 Ohm die folgenden Ergebnisse:

Tabelle 7: EIN-Zustand

Maximale Verzerrung der Harmonischen (dB)	Durchlaßdäitpfungen (dB)	TT (μ sec)
10 MHz · 2MHi ·	10ΜΗ2 " 2MHz:	0
H3= -24 H3= -23 H5= -29 H5= -28'	1,6 1,7'	0,3
H3= -46 H3= -31 H5= -51 H5= -36	0 0,2*	1
H3= -80 ^H3= -⁴² H5= -47	0 0,03	2
H2- -66 H3 < H2.	0 0,03

Der "AUS"-Zustand wurde beim Anliegen von 110 Volt Gleichspannung an den Kathoden der Dioden untersucht. Die Isolation wurde zwischen der Hochfrequenz· quelle von 100 Volt und der Last untersucht.

Tabelle 8
Isolation (dB)

U 30 MHz	10MHz	I— ————————— 2MHz	CJO
-39.	.-48	-67	5 pF
-33	-42." '	-5?	10 pF
-27'	-36	-52'	20 pF
-23	-33 .	-48'	3 0 pF

Die Schaltzeit bzw. Umschaltzeit der Hochfrequenzschalter nach der Erfindung aus dem "EIN"- in den "AUS"-Zustand hängt davon ab, wie schnell die Ladung von den Diodenverbindungsstellen abgeführt werden kann. Das kann durch Anlegen einer hohen Gleichspannung an die Kathoden der Dioden beschleunigt werden. Typische Schaltbzw. Umschaltzeiten sind in der Größenordnung von wenigen (isec. Das Umschalten vom "AUS"- in den "EIN"-Zustand ist schnell und hängt von der Durchlaßverzögerungszeit t^ der Dioden ab, die generell kürzer als eine μεεσ. ist.

Eine andere Ausführungsform eines Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung sei nun unter Bezugnahme auf Fig.

8 erläutert, und zwar entspricht die darin gezeigte Anordnung derjenigen der Fig. 4, wobei jedoch zusätzlich ein Kondensator 81 in Reihe mit einer Schalteinrichtung 82 parallel zu der Hochfrequenzdrossel 46 und der Schalteinrichtung 4 7 angeordnet sind. Die zusätzliche Schalteinrichtung 82 kann ein MOS-Feldeffekttransistor oder dergl. sein. Die Anordnung ist derart, daß der Schalter 82 geschlossen ist, wenn der Schalter 47 offen ist, und umgekehrt. Wenn der Schalter 47 offen und der Schalter 82 geschlossen ist, befindet sich der gesamte Hochfrequenzschalter in der "AUS"-Position, wohingegen der Hochfrequenzschalter in der "EIN"-Position ist und Strom vom Generator 44 zur Last 43 fließt, wenn der Schalter 47 geschlossen und der Schalter 82 geöffnet ist. Dadurch, daß die beiden zusätzlichen Elemente 81 und 82 vorgesehen 0 sind, wird die Isolation verbessert und die Geschwindigkeit des Umschaltens vermindert. Ein bemerkenswerter Vorteil besteht darin, daß die Notwendigkeit des Vorhandenseins einer Gleichstromquelle, die in Fig. 5 veranschaulicht ist, ausgeschaltet ist. Der Kondensator 81 wird in der "AUS"-Position des Schalters auf den Spitzenwert des Hochfrequenzgenerators 44 aufgeladen, und in-

folgedessen werden die beiden Dioden 41 und 42 in dem in Sperrichtung vorgespannten Zustand gehalten. Jede Hochfrequenzleckage durch die Diode 41 wird über den Kondensator 81 und die Schalteinrichtung 82 nach Masse kurzgeschlossen.

Tabelle 9

Parameter	2MHZ	4MHz	8MHz	16MH	30MHz
Harmonische E(2)	-50	-50	-50	-60	-50
(dB) K (3)	-25	-28	-30	-40	-40
Schalten EIN-AUS	<' 1	< 1	< 1	< 1	< 1
Zeit usec l™~	< ι	< τ	< 1	<ί ι	< 1
Isolation (dB)	-7.9	-79	-75.	-71	-53
Durchlaßdömpfung (dB)	0,13	.0,11	0,19	0,16	0,47
Welligkeitsfak- tor bzw: Steh wellenverhältnis bei 50 Olim	1,15	1,11	1,08	1,11	1,2

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern sie läßt sich im Rahmen des
Gegenstandes der Erfindung, wie er in den Ansprüchen angegeben ist sowie im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens, wie er den gesamten Unterlagen zu
entnehmen ist, in vielfältiger Weise abwandeln, insbesondere sind verschiedenste Abwandlungen und Änderungen in der Art und Anordnungen der Teile möglich.

Die Erfindung betrifft generell gesagt einen Hoch-

frequenzschalter, der auf der Kombination einer Gleichrichtereinrichtung und einer Kapazität oder einer gegensinnig gepolten Gleichrichtereinrichtung basiert, wobei die Kombination von Dioden bzw. von einer Diode entweder mit einem Kondensator oder mit einer gegensinnig gepolten Diode nur zur Erläuterung der Erfindung beschrieben und dargestellt, aber die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist. Die¹ Erfindung basiert auf der Anwendung des umgekehrten Stroms I bzw. des Stroms in Sperrichtung, welcher während der Zeitdauer, die als "Sperrverzögcrungszeit" trr bezeichnet wird und eine Kombination der Speicherzeit t und der Übergangszeit t, ist (t + t. = trr) über bzw. durch einen Gleich-

TI. - ο T_-

richter, wie beispielsweise eine Diode, fließt.
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Claims

KRAUS Sl WEISERT 3'+0109Ί Patentanwälte: und zugelassene vertreter voh dcm europäischen patentamt dr. walter kraus d i plo m c h em i k er · dr-ing. annekäi ei wgtsert d i γμ..-ι n c3. fachrichtung chetmie IRMGARDSTRASSE 15 ■ D - 8 OO O M Ü N C H E N 7 1 ■ T E LE FO N O H <4 7 O 7 O 7 7 ■ 7 9 7O 7H · TE I I" X O !"> -J 1 'J 1 Γ, <ί kpiit TELEGRAMM KFiALJSPATFrNT 4248 JS/ei. TADIRAN ISRAEL ELECTRONICS.INDUSTRIES LTD. GIVAT SHMUEL/ISRAEL Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter PATENTANSPRÜCHE

1. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Gleichrichtereinrichtung (31, 41, 61, 63) in Reihe mit einem Kondensator (32, 62, 64) oder mit einem anderen Gleichrichter (42) in gegensinnig gepolter Anordnung umfaßt, oder statt dieser einen Transistor (101); wobei die Gleichrichtereinrichtung (31, 41, 61, 63)und der Transistor (101) eine angemessene bzw. ausreichende Sperrverzögerungszeit trr hat, und wobei diese Elemente (31, 32; 41, 42; 61, 62; 63, 64; 101) zwischen einer Hochfrequenzleistungsquelle (34, 44, 65) und einer Last (33, 43, 67) angeordnet sind; wobei ferner ein induktives Element (36, 46, 68,70) in Reihe mit einer Schalteinrichtung (37, 47, 69, 71) zwischen diesen Elementen (31, 32; 41, 42; 61, 62; 63, 64) oder zwischen der Basis des Transistors (101) und zwischen Masse vorgesehen ist und das Umschalten des Schalt-

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elements (37, 47, 69, 71) vom "AUS"- in den "EIN"-Zustand den Hochfrequenzschalter vom "AUS"- in den "EIN"-Zustand schaltet.

2. Hochfrequenzleistungs- bzw.-signalschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Diode (31) und einen Kondensator (32) zwischen einem Hochfrequenzgenerator (34) und der Last (33) umfaßt, und daß eine Hochfrequenzdrossel (36), ein Gyrator, eine Spule oder eine Induktivität in Reihe mit der Schalteinrichtung (37) zwischen die erwähnten Elemente (31, 32) und Masse geschaltet ist.

3. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken. nz e ich-

n e t, daß die Schalteinrichtung (37, 47, 69, 71) bzw.. das Schaltelement ein zweipoliges Schaltelement, insbesondere ein bipolarer Transistor, ein Feldeffekttransistor oder ein Thyristor ist. 20

4. Hochfrequenzleistungs- bzw. -signalschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Dioden (41, 42) in gegensinnig gepolter Anordnung umfaßt, und zwar mit einer Verbindung zwisehen denselben und Masse, die aus einer Hochfrequenzdrossel (46) und einer Schalteinrichtung (47) besteht.

•5. Hochfrequenzleistungs- bzw. -signalschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (48) zum Anlegen einer Gleichspannung an die Kathoden der Dioden (41, 42), wenn der Hochfrequenzschalter in der "AUS"-Position ist, vorgesehen ist.
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6. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennz e i chne t,

daß die angelegte Gleichspannung höher als der Spitzenwert der Spannungsquelle ist.
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7. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Hochfrequenzdrossel (46) und der Schalteinrichtung (47) ein Kondensator (81) und eine weitere Schalteinrichtung (82) vorgesehen sind, wobei die Anordnung derart ist, daß eine dieser Schalteinrichtungen (47, 82) offen und die andere geschlossen ist bzw. eine dieser Schalteinrichtunten - (47, 82) geöffnet und die andere geschlossen wird.

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8. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, daß er parallel zwei Elemente (61, 62; 63, 64) zwischen der Hochfrequenzquelle (65) und der Last (67) umfaßt, wobei jedes dieser Elemente (61, 62; 63, 64) aus einer Diode (61, 63) und einem Kondensator (62, 64) besteht, und wobei ferner zwischen der Diode (61, 63) und dem Kondensator (62, 64) von jedem dieser Elemente (61, 62; 63, 64) eine Verbindung nach Masse vorgesehen ist, die ein induktives Element (68, 70) und eine geeignete Schalteinrichtung (69, 71) umfaßt.

9. Hochfrequenzleistungs- bzw. -Signalschalter nach Anspruch 1, dadurch ,gekennzeichnet, daß er einen Transistor (101) von angemessener bzw. ausreichender Sperrverzögerungszeit trr umfaßt, der über seine Basis mit einem induktiven Element, wie beispielsweise einer Hochfrequenzdrossel (36), einem Gyrator, einer Spule, einer Induktivität o. dgl. verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (37) , die ein

Feldeffekttransistor,. ein bipolarer Transistor oder ein Thyristor ist, mit Masse verbunden ist, und wobei ferner der Emitter und der Kollektor des Transistors (101) mit der Hochf re'quenzquelle (34) bzw. der Last (33) verbunden ist.

10. Hochfrequenzleistungö- bzw. -Signalschalter, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er auf der Anwendung der Sperrverzogerungszext (trr) von Transistoren (-101) und Dioden (31, 41, 61, 63) zum Erzielen einer Leitung dieses Signals durch denselben bzw. dieselbe oder dieselben basiert.

11. Verfahren zum Schalten eines Hochfrequenzsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochfrequenzsignal über bzw. durch eine Gleichrichtereinrichtung, insbesondere eine Diode (31, 41, 61, 63) oder einen Transistor (101) von angemessener bzw. ausreichender Sperrverzogerungszext (trr) .geschaltet wird, umfassend das Herstellen einer Konduktanz bzw. eines Leitzustands über bzw. durch das Gleichrichterelement (31, 41, 61, 63, 102), so daß das Hochfrequenzsignal durch dasselbe fließen bzw. hindurchgehen kann.

12. · Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konduktanz bzw. der Leitzustand durch das Gleichrichterelement (31, 41, 61, 63, 101) dadurch hergestellt wird, daß man dasselbe zwischen eine Hochfrequenzquelle (34, 44, 65)und eine Last {33, 43, 67) in Reihe mit einer weiteren Gleichrichtereinrichtung (42) oder einem Kondensator (32, 62,64) schaltet und ein Schaltele-

ment (37, 47, 69, 71) schließt, das in Reihe mit einem induktiven Element (36, 47, 48, 70) zwischen den Gleichrichter (31, 41, 61, 63, 101) und den weiteren Gleichrichter (42) oder den Kondensator (32, 62, 64) einerseits und Masse andererseits geschaltet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement .(47) geschlossen wird, während ein anderes Schaltelement

(82) , das in Reihe mit einem kapazitiven Element (81) und Masse geschaltet ist, geöffnet wird, und umgekehrt.

14. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß man Hochfrequenzsignale durch Herstellen einer Konduktanz bzw. eines Leitzustands durch eine Diode (31, 41, 61, 63) oder einen Transistor (101) bzw. durch Dioden und Transistoren, die eine angemessene bzw. ausreichende Sperrverzögerungszeit (trr) hat bzw. haben, schaltet.

15. Hochfrequenzleistungs- bzw. Signalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem induktiven .EIe- ment (36, 46, 68, 70) und der Schalteinrichtung.(37, 47, 69, 71) ein bezüglich der Gleichrichtereinrichtung (31, 41, 61, 63) oder dem Transisitor (101 gleichsinnig gepolter weiterer Gleichrichter, insbesondere eine Diode (49), vorgesehen ist.

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16. Hochfrequenzleistungs- bzw. Signalschalter nach

einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Gleichrichter,, insbesondere die Diode (49), zwischen der Reihenschaltung aus dem induktiven Element (36/46,68,70) und der Schalteinrichtung (37,47,69,71) einerseits und Masse andererseits angeordnet ist.