Viele Schaltaufgaben in der HF-Signaltechnik lassen sich nur mit elektromechanischen Relais sinnvoll umsetzen. Der Markt bietet eine breit gefächerte Auswahl an Relais um für jede Anwendung das passende Produkt zu liefern. Für niedrige Frequenzen bis 500 MHz, wie sie zum Beispiel in Fast-Ethernet-Anwendungen vorkommen, eignen sich günstige Signalrelais, zum Beispiel schalten TQ-Relais diese Frequenzen mit Bravur. Ab etwa 1 GHz sind aber speziell dafür entwickelte HF-Relais nötig.
Auf einen Blick
HF-Signale sicher zu schalten stellt hohe Anforderungen, die heute am besten mit elektromechanischen Relais zu bewältigen sind. Welche Relais-Technik mit welchen Anschlüssen sich am besten eignet, hängt vor allem vom Frequenzbereich und der zu schaltenden Leistung ab. Panasonic Electric Works gibt hier einen Überblick.
Die Anforderungen der Entwickler gehen hier immer mehr zum elektromechanischen Multitalent: einem Relais mit guten HF-Eigenschaften, das mühelos auch hohe Schaltleistungen bewältigt. Das alles sollte in einem möglichst kleinen Gehäuse stecken und mit THT- oder SMD-Anschlüssen ausgestattet sein.
Neue HF-Relaistechnik
Kamen bisher meist Koaxialrelais beim Schalten hoher Hochfrequenzlasten zum Einsatz, ist mit der RN-Serie von Panasonic nun eine moderne Alternative verfügbar. Trotz seiner kompakten Abmessungen von L x B x H = 14,6 x 9,6 x 10,0 mm³ verfügt das in SMD-Bauweise erhältliche Relais über ein Schaltvermögen von 80 W bei 2 GHz. Zudem führt es eine Leistung von bis zu 150 W (Bild 1), wenn eine Heat-Sink vorhanden ist. Dank der hohen Schaltleistung und der guten HF-Performance (Tabelle 1) ist das Einsatzgebiet dieser Relais-Technik weit gefächert. Es reicht von der Kommunikationselektronik, etwa in Mobilfunk-Basisstationen, bis hin zum Mess-Equipment.
Tabelle 1: HF-Charakteristiken der RN-Relais.Panasonic Electric Works
Der Wechsler mit einer Impedanz 50 Ω schaltet Frequenzen bis 8 GHz mit einer Isolation von mindestens 30 dB, einem Stehwellenverhältnis (V.S.W.R.) von maximal 1,3 und einer Einfügedämpfung von höchstens 0,3 dB.
Neben der monostabilen Ausführung sind auch bistabile Versionen mit zwei Spulen in den gängigen Spannungsschritten von 4,5 V, 12 V und 24 V erhältlich. Die bistabilen Varianten eignen sich besonders gut für Applikationen, bei denen Energieeinsparung an erster Stelle steht, da ein kurzer Impuls genügt um den Zustand zu ändern und das Relais diesen Zustand selbstständig beibehält. Zusätzliche Varianten mit vertauschten Schließer- und Öffnerkontakten (Reversed-Typ) erlauben zusätzlich eine große Freiheit beim Platinenlayout.
Jenseits der 8 GHz
Braucht ein Entwickler noch höhere Frequenzen jenseits der 8 GHz, sollte er ein Relais mit SMA-Anschlüssen in Betracht ziehen, da SMD- oder THT-Anschlüssen in diesen Bereichen physikalische Grenzen gesetzt sind. Hier bietet sich zum Beispiel das RD-Relais von Panasonic an. Zahlreiche Versionen des RD erlauben hier viele Freiheitsgrade im Schaltungsdesign: SPDT (Single Pole Double Throw, HF-Umschaltrelais), Transfer oder SP6T (Single Pole Six Throw, HF-Trommelschalter),120 W HF-Leistung bei 3 GHz und eine Isolation von mindestens 70 dB sowie eine Einfügedämpfung von 0,3 bis jeweils 8 GHz sind Beispiele.
Neben diesen positiven Eigenschaften bietet das RD-Relais auch eine Vielzahl an Ansteuermöglichkeiten. Neben den aus der Relaistechnik bekannten monostabilen und bistabilen Ansteuerungen, kann es auch per TTL-Signal angesteuert werden. Eine miniaturisierte Variante ist mit der RV-Serie verfügbar. Wahlweise mit SMA- oder PIN-Anschlüssen ausgestattet, spart das HF-Relais im Vergleich zum RD bis 85 % Platz ein (Bild 2)
Hohe Ansprüche erfüllen
HF-Technik ist ein überaus anspruchsvoller Bereich der Elektrotechnik, auch in Bezug auf das Schalten von Signalen. Welches Relais in einer Anwendung zum Einsatz kommen kann, ist – neben den klassischen Werten wie Bauform, Spulenspannung und Schaltleistung – auch immer eine Frage der Frequenz. Auf den Internetseiten oder in den Katalogen der Hersteller können sich Entwickler einen Überblick verschaffen, welche Typen angeboten werden. Doch oftmals führt ein persönliches Gespräch mit den technischen Ansprechpartnern der Relaisanbieter schneller zum Ziel. Wenn die Anwendung Parameter erfordert, die so nicht im Datenblatt aufgeführt sind, bietet sich die Möglichkeit, dass der Hersteller das Relais auf diese Parameter prüft oder dem Entwickler Muster zur Verfügung stellt, damit dieser selber das Relais auf Herz und Nieren prüfen kann.
Dipl.-Ing. Bernd Jaschinski
(lei)
