WO2000035041A1 - Hohlleiterschalter - Google Patents

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WO2000035041A1
WO2000035041A1 PCT/DE1999/003724 DE9903724W WO0035041A1 WO 2000035041 A1 WO2000035041 A1 WO 2000035041A1 DE 9903724 W DE9903724 W DE 9903724W WO 0035041 A1 WO0035041 A1 WO 0035041A1
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waveguide
septum
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stator
path
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PCT/DE1999/003724
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Inventor
Werner Speldrich
Uwe Rosenberg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • 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
    • H01P1/122—Waveguide switches

Definitions

  • the invention is based on the genus as stated in independent claim 1.
  • a waveguide switch which has a stator with four waveguide connection gates and a rotor in which waveguide paths are present which connect at least two waveguide connection gates to one another.
  • the signal paths are switched by rotating the rotor (this also means rotating the waveguide paths in the rotor).
  • Isolation requires a high precision in the manufacture of the stator and rotor, especially for the combination of these parts, only a very narrow gap between the stator and rotor is permissible, so that usually a very complex precision bearing is necessary.
  • the waveguide switch according to the invention consists of two partial shells, each of which has, in particular, symmetrically half of the waveguide structure and which are preferably produced using milling technology.
  • the corresponding 'switching path' is defined by a simple, electrically conductive septum e.g. adjusted by turning or pushing.
  • a waveguide switch according to the invention can be constructed from parts, the manufacture of which does not require excessive precision, so that the production costs are significantly lower than for switches which correspond to the prior art. In addition, short switching times can be realized since the masses to be moved when switching are very small.
  • FIG. 1 Schematic is shown in FIG. 1: the basic structure of an embodiment of the waveguide switch according to the invention with three sectional images,
  • FIG. 2 an open three-dimensional representation (similar to an explosion drawing) of the waveguide switch according to FIG. 1 for two different switching states
  • FIGS 3 and 4 further possible switch configurations that differ significantly from the previously known.
  • Figures la, b, c show three sectional views through a symmetrical switch arrangement, the section C-C generally representing the half-shell division of the complete arrangement, i.e. the stator half-shell (without outer contour) with a movable element (here in the form of a rotor).
  • the arrangement has four
  • waveguide paths in the form of 90-degree E-plane elbows 12, 23, 34, 41 are introduced between adjacent waveguide connection gates, so that there is a corresponding branching for each waveguide connection gate.
  • This arrangement leaves a solid area 5 per stator half-shell in the center of the arrangement.
  • a gap 7 is provided between the stator half-shells, in which an electrically conductive septum 8 is introduced.
  • the septum 8 is shaped so that two opposing outer curvature contours 9, 10 almost the contours of the two corresponding E planes - Replica manifold. This means that the septum 7 simulates the E-plane bends for the desired waveguide paths 23, 41. In contrast, the sub-areas of the other E-level manifolds are covered. In these covered areas 12, 34, the waveguide paths are divided by the septum 7 in the middle of their broad side into two 'partial waveguides', so that in these areas the cut-off wavelength is significantly smaller than the wavelength of the useful frequency band and signal propagation is prevented here.
  • a central, rotatable mounting of the septum 7 in the central solid area 5 enables the waveguide paths to be switched very easily, which is done by rotating the septum 7 by 90 degrees, see FIGS. 2a and b.
  • the septum 7 can, for example, be designed with sliding contacts - however, it is advantageous to insulate the conductive septum with respect to the waveguide area. Furthermore, the septum 7 can have a frequency-selective structure 13 (for example elevations, ribs 16c, depressions, grooves, holes, slots, material discontinuities) which on the one hand compensates for the disturbances caused by the 'partial waveguide openings' and on the other hand increases the insulation between the 'blocked' waveguide paths.
  • a frequency-selective structure 13 for example elevations, ribs 16c, depressions, grooves, holes, slots, material discontinuities
  • septum 7 can also be used to mark the switch position by means of markings 14, 15, e.g. in connection with a light barrier.
  • FIG. 3 shows, for example, an arrangement in which the switching function is implemented by pushing a septum 16.
  • the septum 16 has two separate areas 16a, 16b, one area of which each has the configuration of one of the switch positions. So that these two areas can be moved together in accordance with the arrows 17, a connecting part 18 is introduced between the areas 16a, 16b, which is located in a continuous waveguide path (see FIG. 3a) when a switch is set.
  • this connecting part 18 is to be designed so that it behaves in an electrically neutral manner (for example lambda / 4 transformation with transformation stages, formed by extensions 19 on the connecting part 18) or that the interference caused by the connecting part in the connecting part itself or in the corresponding waveguide path (through suitable discontinuities 20) is compensated.
  • the compensation of the connecting part 18 can be carried out as follows: a) compensation by having approximately the length of a quarter wavelength; b) The connecting part 18 additionally has a transformer stage 19 to the adjoining waveguide sections, the dielectric being stepped or a dielectric with a different dielectric number being used; the length of the extensions 19 of the connecting part, which the
  • Forming transformer stages corresponds to a quarter wavelength; c) the septum has (additional) discontinuities that are shifted with the septum, for example in FIG. 4a: inductive at the top, capacitive at the bottom
  • discontinuity d) compensation by (additional) discontinuities / transformations (for example a change in cross-section of the waveguide in the area of the connecting part 18) which are located in the waveguide and are not displaced; this is possible if the discontinuities / transformations are in those parts of the waveguide that are only operated together with the connecting part 18 in the permeable switched operating state.
  • the solution according to the invention can be applied to a large number of different configurations, which for example also have more than four waveguide connection gates, and to very individually designed switching options.

Landscapes

  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Push-Button Switches (AREA)

Abstract

Hohlleiterschalter mit einem Stator und einem elektrisch leitenden beweglichen Element, wobei der Stator zwischen Hohlleiteranschlusstoren (1 bis 4) Hohlleiterpfade (12, 23, 34, 41) aufweist, die mit Hilfe des beweglichen Elementes (8) für Hochfrequenzwellen durchlässig oder undurchlässig schaltbar sind. Um geringere Anforderungen an Herstellungstoleranzen stellen zu können, ist das bewegliche Element als Septum (8) in einem Spalt (7) des Stators ausgebildet, und es erstreckt sich im jeweils undurchlässig geschalteten Hohlleiterpfad parallel zu dessen E-Ebene. Dabei teilt es den Hohlleiterpfad in zwei parallel zueinander verlaufende Teilhohlleiter, die gegenüber dem durchlässig geschalteten Zustand des Hohlleiterpfads kleinere Grenzwellenlängen aufweisen.

Description

Hohlleiterschalter
Stand der Technik
Die Erfindung geht von der Gattung aus, wie im unabhängigen Anspruch 1 angegeben.
Aus der DE 4034683 C2 ist ein Hohlleiterschalter bekannt, der einen Stator mit vier Hohlleiteranschlusstoren aufweist und einen Rotor, in dem Hohlleiterpfade vorhanden sind, die mindestens zwei Hohlleiteranschlusstore miteinander verbinden. Das Umschalten der Signalpfade erfolgt durch Drehung des Rotors (dadurch auch Drehung der Hohlleiterpfade im Rotor) . Um eine elektrisch akzeptable Funktion (Anpassung,
Isolation) zu erreichen, ist eine hohe Präzision bei der Herstellung von Stator und Rotor erforderlich, vor allem ist für die Kombination dieser Teile nur ein sehr enger Spalt zwischen Stator und Rotor zulässig, so daß in der Regel eine sehr aufwendige Präzisionslagerung notwendig ist . Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Hohlleiterschalter besteht aus zwei Teilschalen, die jeweils insbesondere symmetrisch die Hälfte der Hohlleiterstruktur aufweisen und die vorzugsweise in Frästechnik hergestellt sind. Der entsprechende 'Schaltpfad' wird durch ein einfaches, elektrisch leitendes Septum z.B. durch Drehen oder Schieben eingestellt.
Es ist keine komplexe Rotor-/Stator-Geometrie notwendig. Zudem sind andere Schalterkonfigurationen möglich.
Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat folgenden Vorteil :
Ein Hohlleiterschalter nach der Erfindung kann aus Teilen aufgebaut werden, deren Herstellung keiner übermäßigen Präzision bedarf, so dass die Herstellungskosten wesentlich geringer sind als bei Schaltern, die dem Stand der Technik entsprechen. Zudem können kurze Schaltzeiten realisiert werden, da die beim Schalten zu bewegenden Massen sehr klein sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, deren Merkmale auch, soweit sinnvoll, miteinander kombiniert werden können.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher erläutert. Schematisch ist gezeigt in Figur 1 : der prinzipielle Aufbau einer Ausführung des erfindungsgemäßen Hohlleiterschalters mit drei Schnittabbildungen,
Figur 2 : eine offene dreidimensionale Darstellung (ähnlich einer Ξxplosionszeichnung) des Hohlleiterschalters nach Figur 1 für zwei unterschiedliche Schaltzustände,
Figuren 3 und 4: weitere mögliche Schalterkonfigurationen, die wesentlich von den bisher bekannten abweichen.
Im Wesentlichen gleiche Teile in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von zwei unterschiedlichen Ausführungen näher erläutert. Diese Ausführungen stellen nur einen Bruchteil der Möglichkeiten dar, welche mit dem neuen Prinzip realisiert werden können .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die Figuren la, b, c zeigen drei Schnittdarstellungen durch eine symmetrische Schalteranordnung, dabei stellt der Schnitt C-C in der Regel die Halbschalenteilung der Komplettanordnung dar, also die Statorhalbschale (ohne Außenkontur) mit beweglichem Element (hier in Gestalt eines Rotors) . Die Anordnung weist vier
Hohlleiteranschlusstore 1, 2, 3, 4 auf, wobei einander benachbarte Hohlleiteranschlusstore jeweils rechtwinklig zueinander angeordnet sind. In dem Stator der Anordnung sind zwischen benachbarten Hohlleiteranschlusstoren Hohlleiterpfade in Form von 90- Grad-E-Ebenen-Krümmern 12, 23, 34, 41 eingebracht, so daß sich bei jedem Hohlleiteranschlusstor eine entsprechende Verzweigung ergibt . Durch diese Anordnung verbleibt im Zentrum der Anordnung ein massiver Bereich 5 je Statorhalbschale. Im kompletten Verzweigungsbereich, also innerhalb des Kreises 6 ist zwischen den Statorhalbschalen ein Spalt 7 vorgesehen, in dem ein elektrisch leitendes Septum 8 eingebracht ist. (Auf die elektrischen
Eigenschaften der Hohlleiterpfade hat der Spalt 7 nur einen unwesentlichen Einfluß, da er sich in der elektrisch neutralen Zone der Hohlleiterpfade befindet.) Das Septum 8 ist so geformt, daß zwei einander gegenüberliegende äußere Krümmungskonturen 9, 10 nahezu die Konturen der zwei entsprechenden E-Ebenen-Krümmer nachbilden. Das heißt, durch das Septum 7 werden die E-Ebenen-Krümmer für die gewünschten Hohlleiterpfade 23, 41 nachgebildet. Dagegen sind die Teilbereiche der anderen E-Ebenen-Krümmer überdeckt. In diesen überdeckten Bereichen 12, 34 sind die Hohlleiterpfade durch das Septum 7 in der Mitte ihrer Breitseite in zwei 'Teilhohlleiter' geteilt, so daß in diesen Bereichen die Grenzwellenlänge wesentlich kleiner ist als die Wellenlänge des Nutzfrequenzbandes und dadurch eine Signalausbreitung hier unterbunden wird.
Eine zentrale, drehbare Lagerung des Septums 7 im zentralen massiven Bereich 5 ermöglicht eine sehr einfache Umschaltung der Hohlleiterpfade, die durch eine 90-Grad- Drehung des Septums 7 erfolgt, siehe die Figuren 2a und b.
Das Septum 7 kann beispielsweise mit Schleifkontakten ausgeführt sein - es ist jedoch vorteilhaft das leitfähige Septum in Bezug auf den Hohlleiterbereich isoliert anzubringen. Ferner kann das Septum 7 eine frequenzselektive Struktur 13 (beispielsweise Erhebungen, Rippen 16c, Vertiefungen, Rillen, Löcher, Schlitze, Materialdiskontinuitäten) aufweisen, die einerseits die Störungen durch die 'Teilhohlleiteröffnungen' kompensiert und andererseits die Isolation zwischen den 'gesperrten' Hohlleiterpfaden erhöht .
Zusätzlich kann das Septum 7 gleichzeitig zur Kennzeichnung der Schalterstellung durch Markierungen 14, 15 mit herangezogen werden, z.B. in Verbindung mit einer Lichtschranke .
Nach dem oben beschriebenen Prinzip sind auch andere Schalterkonfigurationen denkbar. Figur 3 zeigt beispielsweise eine Anordnung, bei der durch Schieben eines Septums 16 die Schaltfunktion realisiert wird. Das Septum 16 weist zwei getrennte Bereiche 16a, 16b auf, von denen jeweils ein Bereich die Konfiguration einer der Schalterstellungen aufweist. Damit diese zwei Bereiche gemeinsam entsprechend den Pfeilen 17 verschoben werden können, ist ein Verbindungsteil 18 zwischen die Bereiche 16a, 16b eingebracht, welches sich bei einer Schalterstellung in einem durchgehenden Hohlleiterpfad (siehe Figur 3a) befindet.
Entweder ist dieses Verbindungsteil 18 so auszulegen, daß es sich elektrisch neutral verhält (z.B. Lambda/4- Transformation mit Transformationsstufen, gebildet durch Fortsätze 19 an dem Verbindungsteil 18) oder daß die durch das Verbindungsteil verursachte Störung im Verbindungsteil selbst oder im entsprechenden Hohlleiterpfad (durch geeignete Diskontinuitäten 20) kompensiert wird. Im Einzelnen kann die Kompensation des Verbindungsteils 18 folgendermaßen ausgeführt sein: a) Kompensation indem es etwa die Länge einer viertel Wellenlänge aufweist; b) Das Verbindungsteil 18 weist zusätzlich jeweils eine Transformatorstufe 19 zu den anschließenden Hohlleiterabschnitten auf, wobei das Dielektrikum gestuft oder ein Dielektrikum mit anderer Dielektrizitätszahl verwendet wird; die Länge der Fortsätze 19 des Verbindungsteils, welche die
Transformatorstufen bilden entspricht dabei einer viertel Wellenlänge; c) das Septum weist (zusätzliche) Diskontinuitäten auf, die mit dem Septum verschoben werden, beispielsweise in Figur 4a: oben induktive, unten kapazitive
Diskontinuität ; d) Kompensation durch (zusätzliche) Diskontinuitäten/Transformationen (beispielsweise Querschnittsänderung des Hohlleiters im Bereich des Verbindungsteils 18) , die sich im Hohlleiter befinden und nicht mitverschoben werden; dies ist möglich, wenn sich die Diskontinuitäten/Transformationen in denjenigen Teilen des Hohlleiters befinden, die nur zusammen mit dem Verbindungsteil 18 im durchlässig geschalteten Betriebszustand betrieben werden.
Analog zu den obigen Ausführungsbeispielen läßt sich die erfindungsgemäße Lösung auf eine Vielzahl von verschiedenen Konfigurationen anwenden, die beispielsweise auch mehr als vier Hohlleiteranschlusstore aufweisen, sowie auf sehr individuell gestaltete Schaltmöglichkeiten.

Claims

Ansprüche
1. Hohlleiterschalter mit einem Stator und einem elektrisch leitenden beweglichen Element, wobei der Stator zwischen Hohlleiteranschlusstoren ( 1 bis 4) Hohlleiterpfade (12, 23, 34, 41) aufweist, die mit Hilfe des beweglichen Elementes (8) für Hochfrequenzwellen durchlässig oder undurchlässig schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element als
Septum (8) in einem Spalt (7) des Stators ausgebildet ist und sich im jeweils undurchlässig geschalteten Hohlleiterpfad parallel zu dessen E-Ebene erstreckt, wobei es den Hohlleiterpfad in zwei parallel zueinander verlaufende Teilhohlleiter teilt, die gegenüber dem durchlässig geschalteten Zustand des Hohlleiterpfads kleinere Grenzwellenlängen aufweisen.
2. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Septum (8) eine frequenzselektive Struktur (16c) aufweist, die einerseits die Störungen durch die Öffnungen der Teilhohlleiter kompensiert und andererseits die Isolation zwischen undurchlässig geschalteten Hohlleiterpfaden erhöht.
3. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Septum (8) als Rotor gestaltet ist .
4. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Septum (16a, 16b) als Schieber gestaltet ist.
5. Hohlleiterschalter nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Septum zwei elektrisch leitende Bereiche (16a, 16b) aufweist, die über ein dielektrisches Verbindungsteil (18) miteinander verbunden sind.
6. Hohlleiterschalter nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (18) Mittel (19, 20) zur Kompensation von Feldbeeinflussungen aufweist, die auftreten, wenn es in einem durchlässig geschalteten Hohlleiterpfad liegt.
7. Hohlleiterschalter nach Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem Hohlleiterpfad Mittel zur Kompensation von Feldbeeinflussungen vorgesehen sind, die auftreten, wenn das Verbindungsteil (18) in dem durchlässig geschalteten Hohlleiterpfad liegt.
8. Hohlleiterschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Septum (8) eine Markierung (14) aufweist, welche die Schaltstellung kennzeichnet .
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