DE3414855A1 - Hohlleiterschalter mit pin-dioden - Google Patents

Description

• Hohlleiterschalter mit PIN-Dioden
• Die Erfindung betrifft einen Hohlleiterschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Als elektronisch geschwenkte Antennen werden Linsen (z. B.
• Luneberglinse) mit einer Vielzahl von Speisestellen für unterschiedliche Abstrahlungswinkel der Linsen benutzt.
• Dabei werden die Speisestellen durch umschaltbare Zirkulatoren, mechanische Hohlleiterschalter oder PIN-Dioden umgeschaltet. Für schnelles Schalten mit Schaltzeiten in der Größenordnung von /usec kommen nur elektronische Schalter (PIN-Dioden) in Frage.
• Konventionelle PIN-Dioden-Schalter werden z. B. in Microstriptechnik, FIG. 1A), oder Finleitungstechnik, FIG. 1B), als Stern-Verzweigung oder bei höheren Verzweigungsordnungen (Zahl der abzweigenden Tore) als baumartige Schaltungen mit mehreren hintereinander angeordneten Verzweigungsebenen ausgeführt, vgl. FIG. 2. Nachteilig bei diesen Schaltungen sind gerade im Millimeterwellenbereich die hohen Verluste der Schalter von etwa 1.5 dB pro Schalterebene. Bei einem herkömmlich aufgebauten PIN-Dioden-Schalter mit z. B. drei Verzweigungsebenen und 3 x 3 x 3 abzweigenden Toren muß mit Verlusten in der Größenordnung 4.5 dB gerechnet werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hohlleiterschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der den Aufbau von elektronisch geschalteten Verzweigungen mit wesentlich niedrigeren Verlusten gestattet.
• Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Ausführungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
• Der erfindungsgemäße Hohlleiterschalter, FIG. 3, besteht aus einem am Ende kurzgeschlossenen Hohlleiter (Hauptleitung), an dem im Abstand eines Vielfachen von #/2 mit PIN-Dioden bestückte Abzweigungen angebracht sind. Mit # ist die Arbeitswellenlänge des Hohlleiters bezeichnet. Die Abzweigungen sind als E-Ebenen Hohlleiterverzweigung aufgebaut, d. h. die abzweigenden Hohlleiter treffen auf eine Breitseite der Hauptleitung. In die Verzweigungen sind metallisierte dielektrische Substratscheiben eingesetzt, auf deren Oberflächen ein Schlitzresonator (Vorderseite) und ein Microstripresonator (Rückseite) hergestellt sind.
• Die Vorderfläche mit dem Schlitzresonator schließt glatt mit der Breitseite der Hauptleitung ab. Der Schlitzresonator ist auf die Arbeitsfrequenz des Hohlleiters abgestimmt.
• In einer ersten bevorzugten Ausführung der Erfindung, FIG. 4, ist der Microstripresonator in der Mitte aufgetrennt und die Unterbrechung von einer PIN-Diode überbrückt. Der Microstripresonator ist bei durchgeschalteter Diode (stromdurchflossen) ebenfalls in Resonanz und schließt den Schlitzresonator kurz. Damit kann keine Kopplung der Hauptleitung mit der betreffenden Ausgangsleitung (Abzweigung) auftreten. Wird dagegen die PIN-Diode mit Sperrspannung betrieben, ist der Microstripresonator stark verstimmt und kann den Schlitzresonator nur unwesentlich belasten. Damit kann eine starke Kopplung der Hauptleitung mit der betreffenden Ausgangsleitung auftreten. Die Verluste der Verzweigungen liegen in beiden Schaltzuständen im Bereich 0.1 - 1 dB.
• Eine zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hohlleiterschalters ist in FIG. 5 gezeigt. Hier wird ein geschlossener Microstripresonator benutzt, der an den Enden mit PIN-Dioden beschaltet ist. Bei Betrieb der Dioden mit Sperrspannung wirken die Dioden kapazitiv; die Länge des Microstripresonators ist so bemessen, daß er mit diesen Endkapazitäten bei der Arbeitsfrequenz des Hohlleiters in Resonanz ist und den Schlitzresonator kurzschließt. Eine starke Kopplung der Hauptleitung mit der betreffenden Ausgangsleitung kann nur auftreten, wenn die Dioden durchgeschaltet sind. In diesem Fall wirken die Dioden nahezu als Kurzschlüsse des Microstripresonators gegen Masse und verschieben somit die Resonanz der Microstripleitung weit weg von der Arbeitsfrequenz und der Durchlaßfrequenz des Schlitzresonators.
• In den Figuren 4 und 5 sind unterschiedliche Möglichkeiten der Gleichstromzuführung für die PIN-Dioden dargestellt, die sinngemäß auch bei der jeweils anderen Ausführungsform angewendet werden können. In FIG. 4 werden Anschlußflecken von Bonddrähten kontaktiert. In FIG. 5 sind Anschlußstreifen dargestellt, die in die Hohlleiterwand der Abzweigung eingeklemmt werden. Dabei kann ein Streifen elektrischen Kontakt mit dem Hohlleiter haben (Massekontakt), während der andere ("heißer" Kontakt) isoliert sein muß, z. B. durch eine dünne Folie.
• Der Aufbau einer elektronisch geschwenkten Antenne mit dem erfindungsgemäßen Hohlleiterschalter ist in FIG. 6 gezeigt. Eine Luneberglinse kann von mehreren am Linsenrand verteilten Hornstrahlern erregt werden, entsprechend verschiedenen Abstrahlungsrichtungen der durch die Linse gebündelten Welle. Die Hornstrahler werden von Hohlleitern gespeist, von denen jeweils einer durch das beschriebene Schaltnetzwerk elektronisch an die Hauptleitung angeschaltet werden kann, während die übrigen nicht verbunden sind (ausgeschaltet). Bei großen Verzweigungsordnungen, d. h. bei einer großen Zahl von Erregern der Linse, ist eine Speisung der Hauptleitung von der Mitte her sinnvoller als von einem Ende, wie in FIG. 6, um die Frequenzabhängigkeit der Schaltung zu reduzieren.

Claims (5)

1. Patentansprüche Elektronischer Hohlleiterschalter mit PIN-Dioden auf einem in den Hohlleiter eingebauten metallisierten dielektrischen Substrat, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - auf eine Breitseite einer Hauptleitung des Hohlleiters stößt eine Abzweigung, so daß eine E-Ebenen Hohlleiterverzweigung entsteht; - in die Abzweigung ist das metallisierte dielektrische Substrat eingebaut, derart, daß seine Vorderfläche glatt mit der Breitseite der Hauptleitung abschließt; - die Vorderfläche des Substrats weist einen Schlitzresonator auf, der auf die Arbeitsfrequenz des Hohlleiters abgestimmt ist; - die Rückfläche des Substrats weist quer zum Schlitzresonator einen Microstripresonator auf, der mit PIN-Dioden beschaltet ist; - die Hauptleitung ist an einem Ende mit einem Kurzschluß abgeschlossen; (FIG. 3).
2. 2. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Microstripresonator ist in der Mitte aufgetrennt und mit einer PIN-Diode überbrückt; - der Microstripresonator ist derart bemessen, daß er bei stromdurchflossener PIN-Diode in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz des Hohlleiters ist und den Schlitzresonator kurzschließt, während er bei mit Sperrspannung betriebener PIN-Diode stark verstimmt ist; (FIG. 4).
3. 3. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Microstripresonator ist an beiden Enden mit PIN-Dioden beschaltet; - die Länge des Microstripresonators ist so bemessen, daß er bei mit Sperrspannung betriebenenPIN-Dioden zusammen mit den Kapazitäten der Dioden in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz des Hohlleiters ist und den Schlitzresonator kurzschließt, während er bei stromdurchflossenen PIN-Dioden stark verstimmt ist; (FIG. 5).
4. 4. Hohlleiterschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartig aufgebaute Abzweigungen jeweils im Abstand n.#/2 voneinander auf die Hauptleitung stoßen, mit # = Arbeitswellenlänge des Hohlleiters und n = ganzzahlig, und daß der Kurzschluß der Hauptleitung im Abstand #/2 von der letzten Abzweigung angebracht ist (FIG. 3).
5. 5. Hohlleiterschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Anwendung bei einer elektronisch geschwenkten Antenne mit einer Vielzahl von Speisestellen (FIG. 6).