CN102738542A - Hf滤波器装置以及用于改变两个同轴空腔谐振器之间的电磁耦合强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种HF滤波器装置，其具有至少两个通过一个共同的、导电的腔壁或通过一些分别彼此电连接的腔壁耦合的同轴空腔谐振器，其中在共同的腔壁中或在彼此电连接的腔壁中开设有耦合窗，其完全由导电材料包围并且在耦合窗中设置有具有能够可变地调节的电容的耦合装置。所述HF滤波器装置的特征在于，耦合装置具有导电的棒元件，其具有棒轴线以及两个棒元件端部，所述棒元件在两侧通过棒元件端部与包围耦合窗的导电材料导电地连接，至少两个彼此电连接的、由导电材料制成的指元件相对于棒元件电绝缘地如此固定在棒元件上，使得指元件可围绕与棒轴线重合的转动轴线转动地支承。

Description

HF滤波器装置以及用于改变两个同轴空腔谐振器之间的电磁耦合强度的方法

技术领域

本发明涉及一种HF滤波器装置，其具有至少两个电容式耦合的同轴空腔谐振器(Topfkreis-Resonator)，它们通过一个共同的、导电的腔壁或者通过一些分别彼此电连接的腔壁耦合，其中，在所述共同的腔壁中或者在所述彼此电连接的腔壁中开设有耦合窗，所述耦合窗完全由导电材料包围，并且在所述耦合窗中设置有耦合装置，所述耦合装置具有能够可变地调节的电容。此外描述了一种HF滤波器，其包括多个彼此耦合的同轴空腔谐振器，这些同轴空腔谐振器沿至少两个行和至少两个列阵列状地设置，其中，两个在行方向上设置的同轴空腔谐振器之间的耦合电感式地构造，并且至少两个在列方向上邻接的同轴空腔谐振器之间的耦合电容式地实现。最后，阐述了一种用于改变两个同轴空腔谐振器之间的电磁耦合强度的方法。 

背景技术

在用于发射例如电信信号、电视信号或无线电信号形式的HF信号的发射设备或者天线设备中，通常在发射放大器单元和天线之间设置带通滤波器，以便抑制在放大器输出信号中可能存在的干扰信号(具有与有用频率区域直接邻接的干扰性的旁线或侧线的形式)。这是一个特别的技术挑战，尤其是由于与通过相应的发射信道及其中心频率和信道带宽预给定的有用频率区域的较小频率间隔而应尽可能不严重影响有用频率区域地消除或抑制相邻信道中的这种干扰线或者干扰信号分量。此外，一些约束标准也适用于确定的频带或者频率范围内的HF信号的传输，例如数字内容(例如电视、无线电，多声道音频信号)的传输，遵守DVB、ATSC等标准。 

为了能够实现具有较大HF功率的有用信号的所要求的频谱特性，使用具有在HF方面彼此耦合的同轴空腔谐振器滤波器的带通滤波器，其如 此设置，使得在两个在HF方面不是依次排列的同轴空腔谐振器之间设有横向耦合或者反耦合(Gegenkopplung)。在DE 199 16 605 C1中描述了这种由同轴空腔谐振器组成的带通滤波器。通过在HF方面没有依次排列的同轴空腔谐振器的反耦合，通带曲线的边沿变陡并且带通滤波器的选择性因此提高。在此容忍在截止区域内滤波器的通带曲线在较低频率和较高频率时具有阻尼最小值(所谓的CAUER特性)，而没有反耦合的带通滤波器的通带曲线朝着低截止区域和高截止区域具有单调增大的阻尼变化曲线(TSCHEBYSCHEFF特性)。在根据DE 199 16 605 C1的多回路、反耦合的带通滤波器中，反耦合的同轴空腔谐振器如此设置，使得所述同轴空腔谐振器在机械上相邻并且反耦合被构造为侵入一个同轴空腔谐振器中的回线(Schleife)，所述回线穿过构造在两个相邻的同轴空腔谐振器之间的隔板中的缝隙与另一个同轴空腔谐振器中的支柱连接。回线和支柱按照目的形成统一的导线段，其在同轴空腔谐振器中的侵入深度以及反耦合度是可变的。回线引起电感式耦合，而支柱引起电容式耦合。同时，从电感式耦合过渡到电容式耦合引起必要的180°的相移。例如，如果滤波器以本身已知方式调谐到较低的中心频率上并且在此所涉及的同轴空腔谐振器的反耦合应保持恒定，则必须为此增大侵入同轴空腔谐振器中的回线的面积。这通过增大导线段的侵入深度实现。引起电容式耦合的支柱也随之在另一同轴空腔谐振器内移动。 

此外，还已知了一种具有反耦合的同轴空腔谐振器T1、T2的带通滤波器，在所述带通滤波器中两个在机械上相邻的同轴空腔谐振器T1、T2的共同的壁W具有窗F(参见图4b)。在窗区域中设置了桥式的、相对于窗平面对称地构造的电容耦合元件K，其由绝缘体I支撑，参见图4a。耦合元件K在对称平面/窗平面内具有与同轴空腔谐振器的内导体平行的孔，在所述孔中耦合销KS借助于绝缘体I电绝缘地、可轴向移动地支承。如果耦合销KS位于没有插入的位置中，则同轴空腔谐振器T1、T2之间的电容式耦合最大。如果耦合销KS被插入到绝缘体I的孔中，则所述耦合销充当对地的可变电容，即同轴空腔谐振器之间的有效电容式耦合减小。 

这种设置的缺点是，总是耦合输出通过桥式耦合元件的几何形状确定的功率最大值，但在调谐滤波器时耦合输出的功率的一部分通过对地的可 变电容短接。 

由DE 12 22 600 B公开了一个由至少两个耦合的谐振导线区段组成的可调谐的滤波器装置，其中，通过两个可直线移动的销部件与谐振器纵轴线横向地径向延伸到谐振导线区段中的变化来改变耦合。 

发明内容

本发明的任务在于改进两个同轴空腔谐振器之间的电容式横向耦合，尤其是在耦合因数的变化可能性和存在的损耗的最小化方面。 

本发明的任务通过根据权利要求1所述的HF滤波器装置、根据权利要求10和11所述的HF滤波器以及根据权利要求12所述的用于改变电磁耦合强度的方法来解决。 

由从属权利要求的主题和其他说明得出根据解决方案的装置和根据解决方案的方法的有利扩展的特征。 

权利要求1涉及一种HF滤波器装置，其具有通过一个共同的、导电的腔壁或者通过一些分别彼此电连接的腔壁耦合的至少两个同轴空腔谐振器，其中，在所述共同的腔壁或者在所述彼此电连接的腔壁中开设有耦合窗，所述耦合窗完全由导电材料包围并且在所述耦合窗中设置有具有能够可变地调节的电容的耦合装置。 

根据解决方案的HF滤波器装置的特征在于：耦合装置具有导电的棒元件，所述棒元件具有棒轴线以及两个棒元件端部，所述棒元件在两侧通过棒元件端部与包围耦合窗的导电材料导电地连接；相对于棒元件电绝缘地，至少两个彼此电连接的、由导电材料制成的指元件固定在所述棒元件上并且可围绕与棒轴线重合的转动轴线转动地支承。 

本发明的重要方面是，通过导电的并且与包围材料导电地连接的棒元件将耦合窗分成两个较小的子窗，其中，通过所述子窗可以在很大程度上抑制或者补偿穿过窗面起作用的寄生电感式耦合。因此，用于耦合的较小电容贡献足以补偿已有的寄生电感式耦合。因此，与已知的设置相比可以实现同轴空腔谐振器之间的更强的电容式耦合。 

因此，借助根据本发明的设置可以在较大的范围内改变耦合因数的大小，从而带通滤波器的滤波器特征可调节用于很多不同的广播标准，例如 ATSC、DVB-T、ISDB-T。在此，可以通过原则上指元件围绕转动轴线转动1/4转在最小耦合(即耦合因数是零)和最大耦合之间改变耦合因数。最小耦合时指元件近似位于可对应于窗的平面内。在此指发挥额外的电感屏蔽作用，其方式是，其在与棒元件的共同作用下将原始的窗分成四个更小的窗。 

通过根据解决方案的电容式耦合方式可实现耦合装置(即指元件和棒元件)到谐振器的较大距离，由此实现更高的耐压强度。因此，HF滤波器装置的结构也可以设计用于比已知的、相当的滤波器装置情况下更大的功率。 

在一个优选的实施方式中，棒元件将耦合窗分成两个基本上对称的窗区域，即棒元件封闭原始耦合窗的中心，由此可实现特别小的耦合因数。 

在一个优选的实施方式中，HF滤波器装置的特征在于，棒元件可围绕转动轴线转动地设置在耦合窗内，并且至少两个指元件抗扭地施加在棒元件上。尤其是由导电材料制成的指容纳部适于此，所述指元件设置在所述指容纳部上。指容纳部有一个孔，导电的棒元件穿过所述孔。为了使棒元件相对于指容纳部或者指元件电绝缘，设置有绝缘体，所述绝缘体至少部分地在指容纳部区域中优选关于转动轴线同心地包围棒元件。 

指元件与耦合窗之间的缝隙不一定是平行的，即指元件例如可以关于转动轴线在径向上倾斜地设置。 

然而，棒状构造的指元件是特别优选的，其与转动轴线平行地并且等间距地设置。优选地，指元件相对于棒元件完全相对置地设置。但也可以考虑与完全相对的设置相比略微错开的设置，即通过各一个指元件与一个棒元件之间的假象的径向连接线形成的角度不是180°，而是与180°稍微不同，优选在180°位置的a≤±15°角度范围中，即由一个指元件和棒元件展开的第一平面与由棒元件和另一个指元件展开的第二平面以角度a相交，其中，a≤15°。 

通常，指元件与耦合窗之间的缝隙不一定是平行地构造的，即指元件例如可以关于转动轴线在径向上倾斜。 

同样，棒元件、指元件和指容纳部的外形可以具有任意形状。关于棒元件和指元件，横截面形状方面的变型基本上例如可以是圆形的、角形的、 椭圆形的、对称的、非对称的、空心的或由实心材料制成的，如同轴向上的横截面变化，例如球形的或锥形、连续的或不连续的横截面变化。耦合装置的全部元件——即指元件、棒元件和指容纳部优选是经表面处理的，即例如设有导电能力特别好的表面，例如银、铜、金等等，以便优化作用方式。 

在一个特别的实施方式中，棒元件与至少两个谐振腔谐振腔中的至少一个的内导体的纵向延伸平行地定向。 

此外，优选地，至少两个同轴空腔谐振器由一个壳体导电地、至少部分地、优选完全地包围，并且间接地或直接地从壳体的外部借助于操作装置可转动地构造棒元件。在此特别优选地，指元件可在至少80°、优选至少90°、特别优选180°的转动角度范围内围绕转动轴线转动地支承。特别优选地，为了确定转动角度调节，设有一个固定装置，由此可以防止不经意地调节用于调节指元件的转动角度的操作装置。 

根据解决方案的滤波器装置的特征有利地在于结构紧凑性，尤其是完整的耦合装置包括操作和安装可集成在滤波器装置的最小结构空间内。尤其是不需要如在已知的、相当的滤波器装置中那样根据耦合度不同程度地伸到滤波器壳体的周围环境中的调节元件。此外，如果操作装置在两侧向外引出，则可以从滤波器壳体的相对立的两侧实现耦合装置的操作，而现有技术中已知的横向耦合通常仅仅可从滤波器壳体的一侧进行操作。 

此外，基于两个同轴空腔谐振器之间的当前描述的电容式耦合方式可以构造具有多个彼此耦合的同轴空腔谐振器的HF滤波器，这些同轴空腔谐振器沿至少两个行和至少两个列阵列状地设置，其中，设置在行方向上的两个同轴空腔谐振器之间的耦合电感式地构造。在此前提条件是，分别设置在行中的同轴空腔谐振器在HF方面耦合。对于两个平行的行在HF方面串行的耦合，仅仅在行末端沿一个列相对置的两个同轴空腔谐振器同样在HF方面耦合。通过所述方式，U形串行设置的同轴空腔谐振器在HF方面彼此耦合。U形设置的所有按列对置的同轴空腔谐振器在HF方面不耦合。 

HF滤波器的特征在于，至少一对设置在列方向上的同轴空腔谐振器被构造为根据权利要求1至9中任一项所述的HF滤波器装置，即在两个在 列方向上通过一个共同的腔壁彼此邻接的同轴空腔谐振器中具有一个窗，在所述窗中设有棒元件以及可转动地设置在棒元件上的指元件，以便无级地改变耦合电容和两个安置在列方向上的同轴空腔谐振器之间的耦合强度。当然也可以在使用所述HF滤波器时根据以上所述的实施变型方案修改根据解决方案的、能够可变地调节的耦合电容。 

由至少六个设置在两个行中的同轴空腔谐振器组成的装置是特别优选的。在此，待滤波的HF信号在行方向上优选电感式地耦合输入到第一同轴空腔谐振器中。主传播路径在行方向上延伸通过位于第一行中的同轴空腔谐振器1至3，随后在列方向上通过同轴空腔谐振器3和4的耦合并且随后又在行方向上(但现在相反地)通过位于第二行中的谐振腔4至6。经滤波的HF信号可以在行方向上从同轴空腔谐振器6中耦合输出。根据按照本发明的HF滤波器装置，在HF方面不相邻的HF滤波器谐振器2和5之间实现横向耦合。 

根据解决方案的第二HF滤波器具有多个彼此耦合的同轴空腔谐振器，这些同轴空腔谐振器沿至少两个行和至少两个列阵列状地设置，其中，至少两个设置在列方向上的同轴空腔谐振器的耦合电感式地构造。其特征在于，各两个设置在行方向上的同轴空腔谐振器之间的耦合电容式地构造，并且两个同轴空腔谐振器被构造为根据权利要求1至9中任一项所述的HF滤波器装置。 

以上所述的HF滤波器的运行和工作方式是根据解决方案的用于改变两个同轴空腔谐振器之间的电磁耦合强度的方法的基础，所述方法利用根据权利要求1至9所述的HF滤波器装置的结构规定。在此，为了连续地改变两个同轴空腔谐振器之间的耦合强度，与棒元件一起共同展开指平面的指元件从第一位置仅仅通过围绕转动轴线的连续转动转变到第二位置中，在所述第一位置中指元件位于可对应于耦合窗的耦合窗平面中或者所述耦合窗平面的一个区域中，在所述第二位置中可对应于指元件的指平面与耦合窗平面成一个角度a。 

值得注意的是，通过将指平面转动到第一位置中(在所述第一位置中所述指平面与耦合窗平面成一个角度a，其中，0°≤a≤10°)可以调节最小的耦合强度，优选零耦合强度，而通过转动到第二位置中(在所述第二位 置中所述指平面与耦合窗平面成一个角度a，其中85°≤a≤95°，优选地a＝90°)可调节最大的电容式耦合强度。 

附图说明

图1：具有根据解决方案构造的耦合装置的耦合窗， 

图2a-c：在耦合窗内的不同转动位置上的耦合装置的顺序图， 

图3：具有六个在HF方面耦合的同轴空腔谐振器的HF滤波器，和 

图4：通过两个相邻设置的同轴空腔谐振器之间的耦合窗的已知耦合装置。 

具体实施方式

图1示出两个电容式耦合的谐振器(未示出)之间的共同的腔壁4的一部分，其具有耦合窗5，在所述耦合窗中设置有耦合装置7。耦合窗5由导电材料包围，其中，例如三个窗侧由共同的腔壁4的导电材料限界并且耦合窗的第四导电界限例如通过HF滤波器装置的可拆取的盖元件4’形成，借助所述盖元件在垂直于内导体的平面内封闭同轴空腔谐振器。因此盖元件是壳体的一部分。 

耦合装置7具有导电的棒元件8，所述棒元件具有棒轴线9以及两个棒元件端部10、11，所述棒元件在两侧通过棒元件端部10、11与包围耦合窗7的导电材料导电地连接。与棒元件8电绝缘地，至少两个彼此电连接的、由导电材料制成的指元件12、13固定在棒元件8上。为此，设有指容纳部14，其将指元件12、13导电地连接。在指容纳部14和棒元件8之间设有绝缘体，其最终负责指元件12、13与棒元件8的电绝缘。 

指元件12、13通过指容纳部14和绝缘体与棒元件8抗扭地连接并且因此可围绕与棒轴线9重合的转动轴线19转动地支承。 

图2a-c分别示出壳体G内的两个同轴空腔谐振器T1、T2的横截面视图，具有位于中间的腔壁4。同轴空腔谐振器T1、T2分别具有一个内导体21、22，具有垂直于图平面的轴向延伸。在共同的腔壁4中可以看到耦合窗5，在所述耦合窗中设置有耦合装置7。在所述视图中可以看到棒元件8与内导体21、22平行的定向，同样可以看到在指容纳部14的区域中同心 地包围棒元件8的绝缘体15。指元件12、13在这里与棒元件8平行地并且相对于棒元件8对称地定向。 

在图2a-c中分别示出了耦合装置7相对于通过腔壁4限定的窗平面16的不同位置。 

在此，如在图2a中示出的那样，耦合装置7的位置导致同轴空腔谐振器T1、T2之间的最小电容式耦合(零耦合)。在所述情形中围绕转动轴线如此调节耦合装置7，使得指平面16与窗平面成较小的角度a，典型地a≤10°，优选地接近0°。在此，通过自身具有通过略微从窗平面旋转出的耦合元件引起的微弱的电容式耦合的耦合窗5实现寄生电感式耦合的补偿。 

图2b示出耦合装置7的一个转动位置，在所述转动位置中指平面17与窗平面16成90°和0°之间的任意角度a。 

在图2c中示出的转动位置中达到两个同轴空腔谐振器T1、T2之间的最大电容式耦合，在所述转动位置中指平面17与窗平面16成90°的角度a并且指元件到同轴空腔谐振器T1、T2的相应内导体21、22的距离最小。 

图3示出由六个设置在两行Z1、Z2中的同轴空腔谐振器T1-T6组成的HF滤波器。HF方面的主路径H通过同轴空腔谐振器的按照编号增大的顺序形成，参见箭头表示。电感式地进行主路径H中耦合。附加地，在同轴空腔谐振器T2和T5之间设有根据本发明的电容式横向耦合QK，即沿着两个设置在一列SP中的同轴空腔谐振器，所述横向耦合通过根据解决方案构造的、可转动地支承的耦合装置、优选在图1和图2中示出的具有棒元件和指元件的耦合装置实现。 

Claims (13)

1.HF滤波器装置(1)，其具有至少两个同轴空腔谐振器(2，3)，所述至少两个同轴空腔谐振器通过一个共同的、导电的腔壁(4)或者通过一些分别彼此电连接的腔壁耦合，其中，在所述共同的腔壁(4)中或者在所述彼此电连接的腔壁中开设有耦合窗(5)，所述耦合窗完全由导电材料(6)包围并且在所述耦合窗中设置有耦合装置(7)，所述耦合装置具有能够可变地调节的电容，

其特征在于，所述耦合装置(7)具有导电的棒元件(8)，所述棒元件具有一个棒轴线(9)以及两个棒元件端部(10，11)，所述棒元件在两侧通过所述棒元件端部(10，11)与包围所述耦合窗(5)的导电材料(6)导电地连接，

至少两个彼此电连接的、由导电材料制成的指元件(12，13)相对于所述棒元件(8)电绝缘地如此固定在所述棒元件(8)上，使得所述指元件(12，13)可围绕与所述棒轴线(9)重合的转动轴线(19)转动地支承。

2.根据权利要求1所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述棒元件(8)可围绕所述转动轴线(19)转动地设置在所述耦合窗(5)内并且所述至少两个指元件(12，13)抗扭地施加在所述棒元件(8)上。

3.根据权利要求1或2所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述指元件(12，13)被构造为棒状的并且与所述转动轴线(19)平行地并且等间距地设置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述指元件(12，13)与所述棒元件(8)完全相对置地设置。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述指元件(12，13)与所述棒元件相对置地设置，一个指元件与所述棒元件展开第一平面并且另一个指元件与所述棒元件展开第二平面，所述第一平面与所述第二平面以角度a相交，其中，a≤15°。

6.根据权利要求1或2所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述指元件(12，13)被构造为棒状的并且与所述棒元件相对置地设置，并且所述指元件(12，13)相对所述转动轴线在径向上倾斜地设置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述棒元件(8)与所述至少两个同轴空腔谐振器(1，2)中的至少一个的内导体(20，21)的纵向延伸平行地定向。

8.根据权利要求2所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述至少两个同轴空腔谐振器(1，2)由壳体(G)至少部分地包围，并且所述棒元件(8)可间接地或直接地从所述壳体(22)的外部转动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的HF滤波器装置，其特征在于，所述指元件(12，13)可围绕所述转动轴线(19)在至少80°、优选至少90°、特别优选至少180°的旋转角度范围a内转动。

10.HF滤波器，其具有多个彼此耦合的同轴空腔谐振器(1，2)，这些同轴空腔谐振器沿至少两个行和至少两个列阵列状地设置，其中，两个设置在行方向上的同轴空腔谐振器之间的耦合电感式地构造，

其特征在于，至少一对设置在列方向上的同轴空腔谐振器被构造为根据权利要求1至9中任一项所述的HF滤波器装置。

11.HF滤波器，其具有多个彼此耦合的同轴空腔谐振器，这些同轴空腔谐振器沿至少两个行和至少两个列阵列状地设置，其中，至少两个设置在列方向上的同轴空腔谐振器之间的耦合电感式地构造，

其特征在于，在各两个设置在行方向上的同轴空腔谐振器之间的耦合电容式地构造，并且所述两个同轴空腔谐振器被构造为根据权利要求1至9中任一项所述的HF滤波器装置。

12.用于改变两个同轴空腔谐振器之间的电磁耦合强度的方法，所述两个同轴空腔谐振器被构造在根据权利要求1至9所述的HF滤波器装置的路径中并且彼此耦合，其中，与所述棒元件一起共同展开指平面的指元件仅仅通过围绕所述转动轴线连续地转动而从第一位置转变到第二位置中，在所述第一位置中，所述指元件位于可对应于所述耦合窗的耦合窗平面中或者所述耦合窗平面的一个区域中，并且在所述第二位置中，可对应于所述指元件的指平面与所述耦合窗平面成一个角度a。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，通过将所述指平面转动到所述第一位置中调节最小的耦合强度，优选没有耦合强度，在所述第一位置中所述指平面与所述耦合窗平面成一个角度a，其中，0°≤a≤10°，通过转动到所述第二位置中调节最大的电容耦合强度，在所述第二位置中所述指平面与所述耦合窗平面成一个角度a，其中，85°≤a≤95°，优选a＝90°。

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