WO1996030961A1 - Commutateur pour signaux hyperfrequences - Google Patents

Commutateur pour signaux hyperfrequences Download PDF

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WO1996030961A1
WO1996030961A1 PCT/FR1996/000471 FR9600471W WO9630961A1 WO 1996030961 A1 WO1996030961 A1 WO 1996030961A1 FR 9600471 W FR9600471 W FR 9600471W WO 9630961 A1 WO9630961 A1 WO 9630961A1
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contact
conductive part
lines
pads
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Jérôme CELLARD
Vincent Eudeline
Camille Bodin
Lionel Boyer
Frédéric Houze
Sophie Noel
Original Assignee
Radiall
Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/06—Contacts characterised by the shape or structure of the contact-making surface, e.g. grooved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper

Definitions

  • the present invention relates to a switch for microwave signals.
  • switches which include, inside a metal cavity, two electrically conductive pads, each having a contact face, and an electrically conductive part movable between a closed position in which it bears on the faces. contact pads and connects them electrically and an open position in which it is set back from said contact faces.
  • These switches are used to constitute electrical relays for microwave signals, for which they suitably perform their closing and opening function of the microwave circuit, even under difficult operating conditions, for example in an environment polluted by impurities.
  • the microwave signal is transmitted, at least by capacitive coupling, between the contact faces of the pads and the electrically conductive piece.
  • the present invention aims to provide a switch for microwave signals which solves the problems mentioned above and in particular has very high reliability, whatever the operating conditions to which it is subjected.
  • the subject of the present invention is a switch for microwave signals comprising, inside a metal cavity, an electrically conductive part and two electrically conductive studs each comprising a contact face with a facing surface of said part, said electrically conductive part. being movable between a closed position in which • it bears on the contact faces of the two studs and connects them electrically and an open position in which it is set back from said contact faces, characterized in that the at least one of the contact faces and / or the surface of said electrically conductive part are provided with protuberances comprising, in at least one section plane perpendicular to the contact face, a section of acute shape, having an apex angle less than 110 ° and a radius of curvature less than 0.05 mm.
  • the device according to the invention makes it possible, by reducing the bearing surface between the electrically conductive part and the contact faces of the pads, to increase the contact pressure.
  • the sharp edge of the protrusions breaks any films of impurities which may have deposited on the electrically conductive part or at the top of the protuberances.
  • the grooves which separate two adjacent protuberances from the contact face of the studs make it possible to remove the impurities broken by the tops of the protuberances.
  • protrusions on the contact faces of the pads comes from the fact that said protrusions are as many contact zones between the pads and the electrically conductive part, which makes it possible to limit the risks of false contacts.
  • the protrusions extend along parallel lines of constant section. According to a first variant, these lines are rectilinear.
  • these lines are circular and concentric.
  • these lines are in a spiral.
  • the contact face of the studs may include a peripheral crown on which the circular or spiral lines extend while a recess is provided in the central part delimited by said crown of the contact face of the stud.
  • the invention applies equally well to switches in which the contact face of the studs is provided with protuberances, while the surface of the electrically conductive part facing the contact faces of the studs is smooth or provided with protuberances having the characteristics geometric defined above, only to switches in which the contact face of the pads is smooth while the surface of the electrically conductive part facing the contact faces of the pads is provided with said protuberances.
  • FIG. 1 is a sectional view of a switch according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a pad of the switch in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional view along III-III of FIG. 2
  • FIG. 4 is a close-up view of the protuberances of the pad of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a detailed view of part 5 of FIG. 4,
  • FIGS. 6 to 9 are top views of studs comprising protuberances of different types.
  • FIG. 10 is a perspective view of an electrically conductive part of a switch according to FIG. 1.
  • the switch of FIG. 1 comprises, inside an electrically conductive box 1 connected to ground, two electrically conductive studs 2, each connected to a terminal of an electrical circuit, and an elongated piece 3 electrically conductive, here in the form of a metal blade carried by a piston 4, axially movable as indicated by the double arrow.
  • the metal blade 3 Due to the movements of the piston 4, the metal blade 3 is capable of assuming a closed position, shown in the drawing, in which it bears on the end faces 5 of the pads 2, called contact faces in the sense of l invention, and an open position in which it is set back from the studs 2, preferably bearing against the wall of the housing 1 so as not to be able to play the role of an antenna which would transmit electrical signals d 'one pad to another by radiation.
  • the pads 2 of the switch of Figure 1 are circular and have protrusions 6 on their upper face 5 as visible in Figure 2. These protrusions 6 are distributed on a peripheral ring 7 of the contact face 5 of the pad, a recess 8 being formed inside this ring 7 in the central part of the contact face of the stud.
  • the protrusions 6 extend along lines of constant section, these lines being circular and concentric. According to the invention, the protrusions 6 have, in an axial section plane of the stud, an acute section clearly visible in FIG. 4.
  • the radius of curvature r is equal to 0.01 mm and the apex angle is equal to 75 °.
  • the protuberance lines extend radially with respect to the stud.
  • the protuberances result from a crossing of rectilinear protruding lines extending in two constant directions perpendicular to each other.
  • the protrusions 6, which have been described on the contact face 5 of each pad, can also be provided on the surface 9 of the electrically conductive part 3 opposite the contact faces 5 of the pads, as shown in Figure 10 where we see that the end of the contact piece 3 is of triangular shape.
  • the geometry of the protrusions 6 must then have the same geometric characteristics as those defined above for the protrusions provided on the contact face of the pads.
  • the contact face of the pads can be smooth or also include protuberances.

Landscapes

  • Contacts (AREA)

Abstract

Commutateur pour signaux hyperfréquences comprenant, à l'intérieur d'une cavité métallique, une pièce électriquement conductrice, et deux plots électriquement conducteurs, comportant chacun une face de contact avec une surface en regard de ladite pièce, ladite pièce électriquement conductrice étant mobile entre une position de fermeture dans laquelle elle prend appui sur les faces de contact des deux plots et les relie électriquement et une position d'ouverture dans laquelle elle se trouve en retrait desdites faces de contact. L'une au moins des faces de contact (5) et/ou la surface (9) de ladite pièce électriquement conductrice (3) sont munies de protubérances (6) comportant, selon au moins un plan de coupe perpendiculaire à la face de contact, une section de forme aiguë, ayant un angle au sommet (υ) inférieur à 110° et un rayon de courbure (r) inférieur à 0,05 mm.

Description

Commutateur pour signaux hyperfréquences.
La présente invention concerne un commutateur pour signaux hyperfréquences.
On connaît déjà de tels commutateurs qui comprennent, à l'intérieur d'une cavité métallique, deux plots électriquement conducteurs, comportant chacun une face de contact, et une pièce électriquement conductrice mobile entre une position de fermeture dans laquelle elle prend appui sur les faces de contact des plots et relie ces derniers électriquement et une position d'ouverture dans laquelle elle se trouve en retrait desdites faces de contact.
Ces commutateurs sont utilisés pour constituer des relais électriques pour des signaux hyperfréquences, pour lesquels ils assurent convenablement leur fonction de fermeture et d'ouverture du circuit hyperfréquence, même dans des conditions de fonctionnement difficiles, par exemple dans un environnement pollué par des impuretés.
En effet, même en cas de mauvais contact électrique entre la pièce électriquement conductrice et les faces de contact des plots, le signal hyperfréquence se transmet, au moins par couplage capacitif, entre les faces de contact des plots et la pièce électriquement conductrice.
En revanche, pour de basses fréquences, voire pour des courants continus, un contact électrique de qualité est nécessaire pour réaliser une bonne liaison électrique entre les plots et la pièce électriquement conductrice. Or, ces commutateurs sont souvent utilisés pour véhiculer non seulement des signaux hyperfréquences, mais également des courants continus, par exemple des courants de polarisation, ou des courants alternatifs de moyenne ou basse fréquence, par exemple des courants d'alimentation. Dans ces circonstances, le commutateur fonctionne de façon satisfaisante, quelles que soient ses conditions d'utilisation, pour ce qui est des signaux hyperfréquences, mais des défauts de fonctionnement peuvent apparaître en ce qui concerne les courants de moyenne ou basse fréquence, ou les courants continus. Ce dysfonctionnement occasionnel du commutateur est d'autant plus gênant qu'il n'est pas reproductible. Il est donc difficile de déterminer précisément quelles seraient les conditions à respecter pour garantir un fonctionnement fiable du commutateur, pour une large plage de fréquences du courant transmis. La présente invention vise à fournir un commutateur pour des signaux hyperfréquences qui résout les problèmes mentionnés ci-dessus et présente notamment une très grande fiabilité, quelles que soient les conditions de fonctionnement auxquelles il est soumis.
La présente invention a pour objet un commutateur pour signaux hyperfréquences comprenant à l'intérieur d'une cavité métallique,une pièce électriquement conductrice et deux plots électriquement conducteurs comportant chacun une face de contact avec une surface en regard de ladite pièce, ladite pièce électriquement conductrice étant mobile entre une position de fermeture dans laquelle • elle prend appui sur les faces de contact des deux plots et les relie électriquement et une position d'ouverture dans laquelle elle se trouve en retrait desdites faces de contact, caractérisé par le fait que l'une au moins des faces de contact et/ou la surface de ladite pièce électriquement conductrice sont munies de protubérances comportant, selon au moins un plan de coupe perpendiculaire à la face de contact, une section de forme aiguë, ayant un angle au sommet inférieur à 110° et un rayon de courbure inférieur à 0,05 mm.
Le dispositif selon l'invention permet, en diminuant la surface d'appui entre la pièce électriquement conductrice et les faces de contact des plots, d'augmenter la pression de contact.
Ainsi, lorsque la pièce électriquement conductrice arrive au contact des faces de contact des plots, l'arête vive des protubérances brise d'éventuels films d'impuretés qui se seraient déposés sur la pièce électriquement conductrice ou au sommet des protubérances.
L'action néfaste d'impuretés dans l'environnement du commutateur peut donc être évitée.
De même, lorsque le commutateur est soumis à de fortes variations de température, il se produit des cycles de vaporisation, condensation et solidification de l'eau présente dans l'air ambiant, ce qui engendre la formation de pellicules de givre sur les faces de contact des plots et sur la pièce électriquement conductrice. L'action mécanique des protubérances permet, là encore, de briser le film de givre et assure un bon contact électrique entre les plots et la pièce électriquement conductrice.
Conformément à l'invention, les gorges qui séparent deux protubérances adjacentes de la face de contact des plots permettent d'évacuer les impuretés brisées par les sommets des protubérances.
Un autre avantage procuré par la présence de protubérances sur les faces de contact des plots provient du fait que lesdites protubérances sont autant de zones de contact entre les plots et la pièce électriquement conductrice, ce qui permet de limiter les risques de faux contacts.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les protubérances s'étendent selon des lignes parallèles de section constante. Selon une première variante, ces lignes sont rectilignes.
Selon une seconde variante, ces lignes sont circulaires et concentriques.
Selon une troisième variante, ces lignes sont en spirale.
Dans ces seconde et troisième variantes, la face de contact des plots peut comporter une couronne périphérique sur laquelle s'étendent les lignes circulaires ou en spirale tandis qu'un évidement est ménagé dans la partie centrale délimitée par ladite couronne de la face de contact du plot.
L'invention s'applique aussi bien à des commutateurs dans lesquels la face de contact des plots est munie de protubérances, tandis que la surface de la pièce électriquement conductrice en regard des faces de contact des plots est lisse ou munie de protubérances présentant les caractéristiques géométriques définies ci-dessus, qu'à des commutateurs dans lesquels la face de contact des plots est lisse tandis que la surface de la pièce électriquement conductrice en regard des faces de contact des plots est munie desdites protubérances.
Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va en décrire maintenant des modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lequel : _ ιa figure 1 est une vue en coupe d'un commutateur selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective d'un plot du commutateur de la figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue rapprochée des protubérances du plot de la figure 3,
- la figure 5 est une vue de détail de la partie 5 de la figure 4,
- les figures 6 à 9 sont des vues de dessus de plots comportant des protubérances de différents types, et
- la figure 10 est une vue en perspective d'une pièce électriquement conductrice d'un commutateur selon la figure 1.
Le commutateur de la figure 1 comporte, à l'intérieur d'un boîtier 1 électriquement conducteur et relié à la masse, deux plots 2 électriquement conducteurs, reliés chacun à une borne d'un circuit électrique, et une pièce allongée 3 électriquement conductrice, se présentant ici sous la forme d'une lame métallique portée par un piston 4, axialement mobile comme indiqué par la double flèche.
Du fait des déplacements du piston 4, la lame métallique 3 est susceptible de prendre une position de fermeture, représentée sur le dessin, dans laquelle elle prend appui sur les faces d'extrémité 5 des plots 2, appelées faces de contact au sens de l'invention, et une position d'ouverture dans laquelle elle se situe en retrait des plots 2, en prenant appui de préférence contre la paroi du boîtier 1 de manière à ne pas pouvoir jouer le rôle d'une antenne qui transmettrait des signaux électriques d'un plot à l'autre par radiation.
Les plots 2 du commutateur de la figure 1 sont circulaires et présentent des protubérances 6 sur leur face supérieure 5 comme visible sur la figure 2. Ces protubérances 6 sont réparties sur une couronne périphérique 7 de la face de contact 5 du plot, un évidement 8 étant ménagé à l'intérieur de cette couronne 7 dans la partie centrale de la face de contact du plot.
Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, les protubérances 6 s'étendent selon des lignes de section constante, ces lignes étant circulaires et concentriques. Conformément à l'invention, les protubérances 6 présentent, selon un plan de coupe axial du plot, une section aiguë clairement visible sur la figure 4.
Sur la vue de détail de la figure 5, on a reporté le rayon de courbure (r) et l'angle d'ouverture Q au sommet de chaque protubérance.
Dans l'exemple illustré, le rayon de courbure r est égal à 0,01 mm et l'angle au sommet est égal à 75°.
D'autres variantes de protubérances sont représentées aux figures 6 à 9.
Sur la figure 6, les lignes de protubérance s'étendent radialement par rapport au plot.
Sur la figure 7, elles s'étendent parallèlement entre elles suivant une direction constante. Sur la figure 8, les protubérances résultent d'un croisement de lignes saillantes circulaires et concentriques et de lignes brisées radiales.
Sur la figure 9, les protubérances résultent d'un croisement de lignes saillantes rectilignes s'étendant suivant deux directions constantes perpendiculaires entre elles.
Conformément à l'invention, les protubérances 6, qui ont été décrites sur la face de contact 5 de chaque plot, peuvent également être prévues sur la surface 9 de la pièce électriquement conductrice 3 en regard des faces de contact 5 des plots, comme représenté sur la figure 10 où l'on voit que l'extrémité de la pièce de contact 3 est de forme triangulaire.
La géométrie des protubérances 6 doit alors présenter les mêmes caractéristiques géométriques que celles définies ci-dessus pour les protubérances prévues sur la face de contact des plots. Dans cette variante, la face de contact des plots peut être lisse ou comporter également des protubérances.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui viennent d'être décrits ne présentent aucun caractère limitatif et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS 1 - Commutateur pour signaux hyperfréquences comprenant, à l'intérieur d'une cavité métallique, une pièce électriquement conductrice, et deux plots électriquement conducteurs, comportant chacun une face de contact avec une surface en regard de ladite pièce, ladite pièce électriquement conductrice étant mobile entre une position de fermeture dans laquelle elle prend appui sur les faces de contact des deux plots et les relie électriquement et une position d'ouverture dans laquelle elle se trouve en retrait desdites faces de contact, caractérisé par le fait que l'une au moins des faces de contact (5) et/ou la surface (9) de ladite pièce électriquement conductrice (3) sont munies de protubérances (6) comportant, selrn au moins un plan de coupe perpendiculaire à la face de contact une section de forme aiguë, ayant un angle au sommet ( Q ) inférieur à 110° et un rayon de courbure (r) inférieur à 0,05 mm. 2 - Commutateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les protubérances (6) s'étendent selon des lignes parallèles de section constante.
3 - Commutateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les lignes sont rectilignes. A - Commutateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les lignes sont circulaires et concentriques.
5 - Commutateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les lignes sont en spirale.
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