HF-Technik

Koaxialrelais Tohtsu CX-120P

Zwei Koaxialrelais vom Typ Tohtsu CX-120P, gemessen am Netzwerkanalysator. Im geschlossenen Zustand liegt die Durchgangsdämpfung bei 145 MHz bei 0,043 dB, im geöffneten Zustand beträgt die Isolation dort 45,73 dB.

2. Dezember 2011

Zwei blaue Koaxialrelais Tohtsu CX-120P nebeneinander auf einer Kupferplatine montiert, mit SMA-Buchsen an den Rändern

Eckdaten

Typ	Tohtsu CX-120P · Toyotsusho co., Ltd., made in Japan
Spulenspannung	12 V DC · Aufdruck auf dem Relais
Spulenstrom	80 mA · Aufdruck auf dem Relais
Spuleninduktivität	rund 400 mH
Aufbau	HF-Schalter und Spule als zwei Baugruppen · die Spule legt den Schalter über einen Hebelmechanismus um
Durchgangsdämpfung bei 145 MHz	0,043 dB
Isolation bei 145 MHz	45,73 dB
Messbereich	50 MHz bis 500 MHz

Ziel

Das verlustlose Schalten von HF-Signalen ist besonders bei höheren Leistungen nicht ganz trivial. Es gibt zwar mittlerweile von diversen Herstellern Schalt-ICs für hochfrequente Signale, aber ab ein paar Watt kommen diese an die Leistungsgrenze.

Für den eventuellen Bau einer PA habe ich mir deshalb zwei Koaxialrelais von Tohtsu besorgt, Typ CX-120P.

Aufbau

Das Relais besteht aus zwei Baugruppen: dem eigentlichen HF-Schalter und einer Spule, die über einen Hebelmechanismus den Schalter umlegt. Die Spule hat eine Induktivität von circa 400 mH und wird mit 12 V betrieben, auf dem Gehäuse steht dazu ein Spulenstrom von 80 mA.

Zwei blaue Koaxialrelais Tohtsu CX-120P nebeneinander auf einer Kupferplatine montiert, mit SMA-Buchsen an den Rändern

Der geöffnete Schalter zeigt den Kontaktsatz und darunter den Hebel, der von der Spule bewegt wird.

Geöffneter HF-Schalter von oben: im Metallgehäuse liegt die Kontaktfeder mit weißem Isolierstück, darunter der Hebelmechanismus und das blaue Spulengehäuse

Messung

Die HF-Eigenschaften bis in den 500-MHz-Bereich sind ziemlich überzeugend. Beim Umschalten verhalten sich beide Signalpfade identisch, deshalb steht hier nur einer.

Gemessen wurde die Durchgangsdämpfung S21 einmal im geschlossenen und einmal im geöffneten Zustand, jeweils über 50 MHz bis 500 MHz. Die Marker sitzen auf drei Amateurfunkbändern.

Messkurve S21 im geschlossenen Zustand: nahezu waagerechte Linie dicht unter der 0-dB-Referenz über den gesamten Bereich, mit drei Markern bei 13,759 MHz, 145,009 MHz und 435,009 MHz

Messkurve S21 im geöffneten Zustand: die Kurve steigt von etwa minus 65 dB bei niedrigen Frequenzen auf etwa minus 37 dB bei 435 MHz an

Ergebnis

Im geschlossenen Zustand kostet das Relais praktisch nichts: 0,027 dB auf 20 m und 0,043 dB auf 2 m sind für die Praxis vernachlässigbar. Selbst auf 70 cm bleibt es mit 0,166 dB unauffällig.

Die Isolation im geöffneten Zustand fällt dagegen mit steigender Frequenz deutlich ab, von 65,5 dB auf 20 m über 45,7 dB auf 2 m bis auf 37,4 dB auf 70 cm. Das ist der übliche Verlauf, weil die Kapazität über den geöffneten Kontakt mit der Frequenz immer besser leitet. Für 2 m ist das reichlich, auf 70 cm sollte man den Wert im Hinterkopf behalten, wenn ein empfindlicher Empfänger direkt neben einer starken Endstufe hängt.

Zum Schalten der Spule gehört übrigens eine Freilaufdiode. Ohne sie erzeugt die Selbstinduktion der 400-mH-Spule beim Abschalten Spannungsspitzen, die den schaltenden Transistor zerstören können. Wie hoch die ausfallen, habe ich mir in einer Simulation angesehen.

Messwerte

Durchgangsdämpfung und Isolation, S21 · Bedingungen: Mittenfrequenz 250 MHz, Span 500 MHz, Referenz 0 dB, 10 dB pro Teilung, ZF-Bandbreite 10 kHz, ein Signalpfad · Messgeräte: Netzwerkanalysator

Frequenz	Band	geschlossen (Durchgang)	geöffnet (Isolation)
13,759 MHz	20 m	−0,027 dB	−65,52 dB
145,009 MHz	2 m	−0,043 dB	−45,73 dB
435,009 MHz	70 cm	−0,166 dB	−37,37 dB

Beide Signalpfade verhalten sich beim Umschalten identisch, deshalb ist nur einer dargestellt. Die Werte stammen von den Markern der beiden Diagramme weiter unten.