DE3417658A1

DE3417658A1 - Einfuegungsschalter fuer eine hoechstfrequenz-uebertragungsleitung

Info

Publication number: DE3417658A1
Application number: DE19843417658
Authority: DE
Inventors: Roger Meudon Bellevue Charbonnier; Joel Paris Remy; Gérard Fontenay le Fleury Sauvage
Original assignee: Adret Electronique SA
Current assignee: Adret Electronique SA
Priority date: 1983-05-24
Filing date: 1984-05-12
Publication date: 1985-04-25
Also published as: GB8410734D0; US4595893A; GB2143678B; GB2143678A

Description

-A-

Einfügungsschalter für eine Höchstfrequenz-übertragungsleitung

Die Erfindung betrifft einen Einfügungsschalter für eine Höchstfrequenz-Übertragungsleitung mit einer Masseleitung und einem parallel im Abstand dazu verlaufenden Leiter, der zwei feststehende Leiterabschnitte und ein diese überbrückendes bewegliches Leiterstück umfaßt, welches mittels eines Stellglieds zwischen einer ersten Stellung, in der es die Leiterabschnitte miteinander verbindet, und einer zweiten Stellung, in der es die Verbindung der Leiterabschnitte mit leitenden oder isolierenden Anschlägen freigibt, verschiebbar ist.

Derartige Einfügungsschalter werden z.B. benötigt, um eine oder mehrere Vierpolschaltungen in die übertragungsleitung einzufügen.

Ein Anwendungsgebiet ist beispielsweise ein variables Dämpfungsglied mit mehreren Zellen von genau bemessenem Dämpfungswert. Es können jedoch auch Verstärker, Filter, Frequenzwandler oder dergleichen in die Übertragungsleitung eingeschaltet werden.

Diese Einschaltung erfolgt gewöhnlich mit Koaxialschaltern, obwohl die Übertragungsleitung, mit der diese Koaxialschalter verwendet werden, nicht unbedingt koaxial aufgebaut zu sein braucht. Derartige Schalter weisen im allgemeinen den Nachteil auf, daß sie zwei bewegliche Leiterstücke umfassen, die je nach ihrer Stellung einen direkten Durchgang der Leitung oder die Einschaltung eines Vierpols bewirken.

Diese Schalter weisen eine erhöhte Einfügungsdämpfung auf und eine verhältnismäßig schlechte Isolierung zwischen den beiden Übertragungswegen. Sie sind im allgemeinen auch teuer und haben einen beträchtlichen Verbrauch an elektrischer Energie.

Es ist bereits ein variables Dämpfungsglied bekannt (US-PS 3 319 194), das wie eingangs angegeben aufgebaut ist und eine Mikrowellenleitung umfaßt, deren mittlerer Leiter in Intervallen zwei parallele Leitungswege bildet, wobei der eine Leitungsweg einen direkten Durchgang hat und der andere Leitungsweg eine Dämpfung bewirkt, und wobei die Umschaltung zwischen beiden Wegen mittels eines elastisch verformbaren Leitersegments erfolgt.

Ein derartiger Umschalter ergibt eine gute Konstanz der Impedanz und geringe Einfügungsverluste, hat jedoch den Nachteil, daß er an den Klemmen jedes Dämpfungsgliedes einen parasitären Leitungsweg beim Umschalten bildet.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Kontakte bei der Umschaltung verhältnismäßig lange getrennt bleiben, wodurch sich eine beachtliche Zwischendämpfung ergibt, die für viele Fälle unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einfügungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gegeben, daß die Anschläge feststehend und so angeordnet sind, daß ihre Enden nahe einem bestimmten Oberflächenbereich der Enden der feststehenden Leiterabschnitte liegen, daß das bewegliche Leiterstück in der ersten Stellung mit den Enden der feststehenden Leiterabschnitte in Berührung ist, daß es in der zweiten Stellung von den Leiterabschnitten frei ist, und daß die Enden der Leiterabschnitte federnd ausgebildet sind und in der zweiten Stellung des Leiterstücks durch Federwirkung gegen die Anschläge drücken.

Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine übertragungsleitung mit einem Einfügungsschalter in einer ersten Stellung desselben;

Fig. 2 zeigt den Einfügungsschalter nach Fig. 1 in der zweiten Stellung;

Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den Einfügungsschalter nach den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 zeigt eine Übertragungsleitung mit mehreren Einfügungsschaltern;

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der feststehenden Leiterabschnitte und des beweglichen Leiterstücks in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Leiterabschnitte und das Leiterstück nach Fig. 5;

Fig. 7 zeigt eine Übertragungsleitung mit einem Einfügungsschalter und zwei Koaxialanschlüssen, und

Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch ein programmierbares Dämpfungsglied mit einer größeren Anzahl von Dämpfungselementen und für Frequenzen bis zu mehreren Zehn GHz.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Bereich einer übertragungsleitung mit Luftisolierung, bestehend aus zwei Massebahnen 4 und 8, zwei feststehenden Leiterabschnitten 1 und 3, die mittels Isolierklötzen 101, 301 an den Massebahnen befestigt sind, sowie einem beweglichen Leiterstück 2, das an einer isolierenden Stange 5 befestigt ist, die sich durch eine Führungsöffnung in der Massebahn 8 erstreckt und die rechtwinklig zu den Ebenen der Leiterabschnitte mittels eines Solenoids 50 bewegbar ist.

Die Bewegung kann selbstverständlich auch durch andere geeignete Mittel, etwa mechanisch oder elektromechanisch erfolgen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltstellung befindet sich das Leiterstück 2 in Berührung mit den unteren Oberflächen der Enden 100 und 300 der Leiterabschnitte 1 bzw. 3. Diese Enden sind leicht nach oben gebogen und außer Berührung mit den Anschlüssen 6 und 7 eines Vierpols A. Die Anschlüsse 6 und 7 sind selbst wiederum rechtwinklig zur Ebene der Leiterabschnitte angeordnet und erstrecken sich durch Öffnungen 40 und 41 in der Massebahn 4 und sind in Bezug auf die übertragungsleitung fest angeordnet. In der in Fig. 2 dargestellten Stellung ist die Stange 5 nach unten gedrückt, so daß das Leiterstück 2 in Berührung mit der Massebahn 4 steht und die Enden 100 und 300 aufgrund ihrer Elastizität gegen die Enden der Anschlüsse 6 und 7 kommen. Es ist ersichtlich, daß die Lage des Vierpols und der Anschlüsse anders gewählt werden können. Zum Beispiel kann der Vierpol zwischen dem zentralen Leiter und der Masseleitung eingefügt sein, wobei die Anschlüsse sich dann im Innern der Struktur befinden.

Gemäß Fig. 1 ist der Vierpol A nicht mit der Übertragungsleitung verbunden, und es erfolgt eine direkte Übertragung der Welle entlang der übertragungsleitung, die keine nennenswerte Diskontinuität aufweist und die gewünschte charakteristische Impedanz hat. Die geometrische Anordnung und die Abmessungen der einzelnen Elemente sind entsprechend den gewünschten Daten gewählt, so daß die Grenzfrequenz, die durch die Massebahnen 4 und 8 bestimmt wird, deutlich oberhalb des zu übertragenden Frequenzbandes liegt.

Bei der Schaltstellung nach Fig. 2 ist ein Vierpol A in die Übertragungsleitung eingefügt. Der Vierpol kann beispielsweise ein Dämpfungsglied sein, ein Verstärker, ein Filter oder ein Frequenzwandler. Man erkennt, daß durch das Leiterstück 2 keine

parasitäre übertragung erfolgen kann, da es in inniger Berührung mit der Ebene der Massebahn 4 ist.

Wenn man den Vierpol A abschalten will durch Betätigen der Stange 5, so wird die Berührung zwischen den Enden 100 und 300 und den Anschlüssen 6 und 7 erst aufgehoben, wenn das Leiterstück 2 bereits mit den Enden in Berührung steht. Im umgekehrten Fall kommen die Enden 100 und 300 schon mit den Anschlüssen in Berührung, bevor das Leiterstück 2 außer Berührung mit den Enden kommt. Während des Umschaltens kann daher keine Schaltlücke und Unterbrechung der Signalübertragung auftreten. Das Verschieben des Leiterstücks 2 erfordert außerdem nur eine geringe Amplitude, nämlich in der Größenordnung von beispielsweise Millimetern.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Exnfügungsschalters. Die Massebahnen 4 und 8 sind durch Seitenwände 9 und 10 miteinander verbunden, die zugleich eine Fortsetzung bilden zur Aufnahme des Vierpols A. Dieser ist beispielsweise ein Dämpfungsglied in Form einer Hybridschaltung, die auf den beiden Schultern 92 und 102 der Seitenwände 9, 10 aufliegen kann. Die Massekontakte des Dämpfungselements erfolgen also über die Masse der übertragungsleitung.

Gemäß der in Fig. 7 dargestellten abgeänderten Ausführungsform kann ein Vierpol A mittels Koaxialanschlüssen angeschaltet werden, deren Mittelleiter 601 und 701 die Anschlüsse 6 und 7 bilden. Diese Ausführungsform ermöglicht den Anschluß eines Frequenzwandlers in die übertragungsleitung.

Fig. 4 zeigt eine Übertragungsleitung mit mehreren hintereinander liegenden Einfügungsschaltern, wobei der erste Einfügungsschalter a einen Schutzschalter bildet zur Unterbrechung der Leitung. Wenn die Enden der Leiterabschnitte 103 und 303 von

dem beweglichen Leiterstück 203 frei sind, kommen sie gegen die isolierenden Anschläge 63 und 73. Der Anschlag 63 kann z.B. durch einen Kontakt ersetzt sein, der mit einem Lastwiderstand (dummy-load) zum Vernichten der eingespeisten Leistung verbunden ist.

Mit dem Rechteck 51 ist ein elektronisches Betätigungsorgan zum Trennen der Leitungsverbindung bezeichnet. Dieses drückt die Stange 53 nach unten und unterbricht dadurch den Leitungsweg, etwa beim Einspeisen einer schädlichen Leistung.

Der zweite Schalter b und der dritte Schalter c ermöglichen z.B. das Umgehen oder das Einfügen der Dämpfungsglieder für Höchstfrequenzen. In Fig. 4 ist das Dämpfungsglied durch den Schalter b eingeschaltet und das Dämpfungsglied bei dem Schalter c ausgeschaltet.

Die Fig. 5 und 6 lassen den Aufbau des beweglichen LeiterStücks 204 erkennen, das an jedem seiner Enden mit einem Einschnitt versehen ist, der halbkreisförmig gestaltet ist und an dem die Kontaktstifte 604 und 704 vorbeilaufen.

Die Berührung der Kontakte mit den federnden Leiterabschnitten 104 und 304 geschieht praktisch an den Kanten derselben, wie Fig. 6 zeigt. Dadurch wird eine Diskontinuität in der Übertragungsleitung vermieden, die das Stehwellenverhältnis bei direkter Übertragung verschlechtern würde.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß unabhängig von der Schaltstellung an der gleichen Seite der elastischen Leiterabschnitte 1 und 3 bzw. 104 und 304 Kontakt vorhanden ist, so daß Diskontinuitäten während des Umschaltens erheblich reduziert werden.

Wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, können die Anschlüsse des Einfügungsschalters mit Koaxialanschlüssen für den Eingang und den Ausgang versehen sein, so daß sie an Koaxialleitungen angeschlossen werden können. Die Einfügungsschalter können in üblicher Weise als Durchschaltrelais dienen und weisen darüberhinaus eine Reihe von Vorteilen auf, nämlich, daß in der Durchgangsstellung der Vierpol nicht kurzgeschlossen ist, daß die Anzahl der Kontakte um den Faktor 2 geringer ist als bei üblichen Bauarten und daß ein einziges bewegliches Element anstelle von vier Elementen vorgesehen ist.

Die Realisierung von programmierbaren Dämpfungsgliedern mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ergibt ausgezeichnete Eigenschaften bis in den Gigaherz-Bereich. Da jedoch die Anzahl der zu schaltenden Vierpole ganz erheblich ist, nämlich größer als 3 oder 4, ergeben sich bei der regulären Anordnung der Abstützungen periodische Fehlanpassungen, die die übertragung beeinflussen, wenn die Frequenz der einlaufenden Welle eine Wellenlänge entspricht gleich dem zweifachen Schritt der periodischen Fehlanpassung. Um jeden Fehler bei der übertragung in einem Frequenzbereich von 0 bis 30 GHz zu vermeiden, verwendet man eine Leitung mit einem Schritt der Fehlanpssung von höchstens 5 mm, was praktisch schwierig zu erreichen ist. Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen Vorrichtungen besteht in der Verwendung weicher Federn, die in mechanische Resonanz kommen können, wenn die Vorrichtung Vibrationen ausgesetzt ist.

Um Fehler bei der übertragung bis in den Bereich von mehreren Zehn GHz, verursacht durch die Abstützungen oder die Resonanz der federnden Bereiche, zu vermeiden, ist gemäß Fig. 8 jeder der feststehenden Leiterabschnitte durch zwei oder mehrere Isolierstützen festgehalten, und es sind bewegliche Isolierstößel vorgesehen, die gegen die Enden der feststehenden Leiterabschnitte drücken.

Das in Fig. 8 dargestellte umschaltbare Dämpfungsglied umfaßt eine Anzahl Dämpfungselemente, von denen lediglich zwei Dämpfungsglieder A und A' dargestellt sind. Davon ist lediglich das Dämpfungselement A' eingeschaltet.

Es sind wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4 feststehende Leiterabschnitte 1, 2 und 3 vorgesehen sowie bewegliche Leiterstücke 4 und 5, die durch Stößel 23 bzw. 24 betätigbar sind. Ferner sind Isolierstützen 6, 7 und 8 für die feststehenden Leiterabschnitte vorgesehen. Außerdem sind zusätzliche feststehende Isolierstützen 9, 1O₇ 11, 12, 13 und 14 vorhanden, die an den feststehenden Leiterabschnitten anliegen, sowie bewegliche Isolierstützen 15, 16, 17 und 18, die in Sacklöchern 19, 20, 21 bzw. 22 in dem Körper C des Dämpfungsgliedes gleitend beweglich angeordnet sind und unter Federkraft stehen.

Der Zweck der feststehenden zusätzlichen Stützen und der beweglichen Stützen besteht darin, die mechanische Teilung der Stützstruktur zu verringern, so daß die unvermeidlichen Fehlanpassungen aufgrund der Halterung der Signalleitung durch das Material der Stützen auf eine Periodizität verlegt wird, deren Wirkung außerhalb des Übertragungsbereichs liegt.

Wenn man von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeht, wird bei einer Unterteilung um den Faktor 3 bei sonst gleichen Dimensionen der Bauteile das einwandfrei zu übertragende Frequenzband um den Faktor 3 erhöht.

Für eine Eingangsfrequenz von 30 χ 10 Hz entsprechend einer Wellenlänge in Luft von 1 cm genügt es, wenn dieser Schritt unterhalb der halben Wellenlänge ist, also kleiner als 5 mm, was mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion leicht zu verwirklichen ist.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht darin, daß die Leiterabschnitte durch die zusätzlichen Stützen besser gehalten werden und daß durch die beweglichen Stützen 17 und 18 die Enden der Leiterabschnitte fest gegen die Anschlüsse des Vierpols A' gedrückt werden.

Die mechanischen Resonanzen der Federenden der feststehenden Leiterabschnitte werden auf diese Weise stark gedämpft.

Die Abstimmung der Druckfedern ermöglicht im übrigen, den Kontaktdruck in beiden Schaltstellungen genau zu beherrschen.

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Claims

Patentansprüche :

1. Einfügungsschalter für eine Höchstfrequenz-Übertragungsleitung mit einer Masseleitung (4) und einem parallel im Abstand dazu verlaufenden nackten Leiter (1, 2, 3), der zwei feststehende Leiterabschnitte (1, 3) und ein diese überbrückendes bewegliches Leiterstück (2) umfaßt, welches mittels eines Stellglieds (5, 50) zwischen einer ersten Stellung, in der es die Leiterabschnitte miteinander verbindet, und einer zweiten Stellung, in der es die Verbindung der Leiterabschnitte mit leitenden oder isolierenden Anschlägen herstellt, verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschläge (6, 7) feststehend und so angeordnet sind, daß ihre Enden nahe einem bestimmten Oberflächenbereich der Enden (100, 200) der feststehenden Leiterabschnitte (1, 3) liegen, daß das bewegliche Leiterstück (2) in der ersten Stellung mit den Enden der feststehenden Leiterabschnitte (1, 3) in Berührung ist, daß es in der zweiten Stellung von den Leiterabschnitten frei ist, und daß die Enden (100, 300) der Leiterabschnitte (1, 3) federnd ausgebildet sind und in der zweiten Stellung des LeiterStücks (2) durch Federwirkung gegen die Anschläge (6, 7) drücken.

2. Einfügungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegliche Leiterstück (2) in der zweiten Stellung in Kontakt mit der Masseleitung (4) ist.

3. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die feststehenden Leiterabschnitte (1, 3) und das bewegliche Leiterstück (2) aus elastischem, leitfähigem Federmaterial bestehen.

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4. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (6, 7) Kontaktenden von Leitungen bilden, die sich quer durch die Masseleitung (4) erstrecken.

5. Einfügungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (63, 73) aus Isolierstoff bestehen und daß das Stellglied zum Verschieben des beweglichen Leiterstücks (203) einen Überlastdetektor (51) zum Feststellen einer Überlastung der Leitung umfaßt.

6. Einfügungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegliche Leiterstück (204) an seinen Enden Ausschnitte aufweist, durch die sich die Anschlußleitungen (604, 704) erstrecken, die in unmittelbarer Nähe der Endkanten der feststehenden Leiterabschnitte (104, 304) enden.

7. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zweite Masseleitung (8), die geometrisch so gestaltet ist, daß die Impedanz der übertragungsleitung in beiden Schaltstellungen gleich ist.

8. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 oder 4 und 7, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Masseleitungen (4, 8) als Massebahnen ausgebildet und durch Seitenwände (9, 10) miteinander verbunden sind, die über eine Massebahn (4) hervorstehen und ein Bett zur Aufnahme eines Vierpols A bildet, der mit außenliegenden Massekontakten (92, 102) versehen ist.

9. Einfügungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Vierpol als Dämpfungsglied ausgebildet ist.

10. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Anschläge die Enden der Mittelpunktleiter (601, 701) von Koaxialanschlüssen bilden (Fig. 7) .

11. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die feststehenden Leiterabschnitte (1, 3) und das bewegliche Leiterstück (2) jeweils durch mindestens zwei an einer Massebahn befestigten Isolierstützen (6 bis 14) gehalten sind.

12. Einfügungsschalter nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch elastische Druckstößel (15, 16, 17, 18) aus Isoliermaterial, die gegen die Enden der feststehenden Leiterabschnitte (1, 3) drücken.