DE102004060695B3

DE102004060695B3 - Hochfrequenzfilter sowie Verfahren zum Abstimmen eines Hochfrequenzfilters

Info

Publication number: DE102004060695B3
Application number: DE102004060695A
Authority: DE
Inventors: Ingo Mayr
Original assignee: Kathrein Austria GmbH
Current assignee: Kathrein Mobilcom Austria GmbH
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: ATE478450T1; DE502005010116D1; EP1825559B1; EP1825559A1; WO2006063640A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, umfassend einen oder mehrere Resonatoren, wobei wenigstens einer der Resonatoren folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - einen als Innenleiterrohr (2) ausgestalteten Innenleiter aus wenigstens einem ersten Material; DOLLAR A - ein Außenleitergehäuse (1) mit einem Gehäuseboden (1a), einer Gehäusewand (1b) und einem sich aus der Gehäusewand (1b) erstreckenden oder auf der Gehäuseoberseite positionierbaren Deckel (3), wobei das Innenleiterrohr (1) mit dem Gehäuseboden (1a) elektrisch verkoppelt ist und ein freies Ende (2a) des Innenleiterrohrs (2) benachbart zu der Gehäuseoberseite und/oder dem Deckel (3) liegt; DOLLAR A - ein Kompensationselement (6) aus wenigstens einem zweiten Material, das mit dem Innenleiterrohr (2) verbunden ist; DOLLAR A - wobei das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes (6) auf das wenigstens eine erste Material zumindest eines Teilabschnitts des Innenleiterrohrs (2) durch mechanische Kraftausübung derart einwirkt, dass die Temperaturausdehnung des wenigstens einen ersten Materials und/oder die Länge des Innenleiterrohrs (2) beeinflusst wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise sowie ein entsprechendes Verfahren zum Abstimmen eines solchen Hochfrequenzfilters.
In funktechnische Anlagen, insbesondere im Mobilfunkbereich, wird häufig für Sende- und Empfangssignale eine gemeinsame Antenne benutzt. Dabei verwenden die Sende- oder Empfangssignale jeweils unterschiedliche Frequenzbereiche, und die Antenne muss zum Senden und Empfangen in beiden Frequenzbereichen geeignet sein. Zur Trennung der Sende- und Empfangssignale ist deshalb eine geeignete Frequenz-Filterung erforderlich, mit der einerseits die Sendesignale vom Sender zur Antenne und andererseits die Empfangssignale von der Antenne zum Empfänger weitergeleitet werden. Zur Aufteilung der Sende- und Empfangssignale werden heutzutage unter anderem Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise eingesetzt.
Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise umfassen koaxiale Resonatoren, bei denen in einem Außenleitergehäuse Resona torhohlräume ausgebildet sind, in denen Innenleiter in der Form von Innenleiterrohren angeordnet sind. Die Innenleiterrohre weisen jeweils ein freies Ende auf, welches benachbart zu einem Deckel liegt, der auf der Oberseite des Gehäuses angeordnet ist. Beim Auftreten von Temperaturschwankungen kommt es zu einer Veränderung der mechanischen Länge des Innenleiterrohrs. Da die mechanische Länge umgekehrt proportional zur Frequenz ist, sinkt die Resonanzfrequenz des Filters, wenn die mechanische Länge mit zunehmender Temperatur steigt. Dieser dominierende Effekt führt beispielsweise bei einem Filter mit einer Resonanzfrequenz von einem 1 GHz bei einem Temperaturunterschied von 40°C zu einer Veränderung der Resonanzfrequenz um 1 MHz. Bei Temperaturveränderungen tritt ein weiterer zweiter Effekt auf. Am freien Ende des Innenleiters ist eine Kapazität zwischen dem Deckel und dem Innenleiterrohr ausgebildet (sog. Kopf-Kapazität). Diese Kapazität ist auch frequenzbestimmend. Kommt es zu einer Temperaturerhöhung, dehnen sich das Innenleiterrohr und die Wände des Außenleitergehäuses um den gleichen Faktor aus. Da die Wände des Außenleitergehäuses höher sind als das Innenleiterrohr, kommt es zu einer Vergrößerung des Abstandes zwischen Innenleiterrohr und Deckel, was eine Abnahme der Kopf-Kapazität zur Folge hat und zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz führt. Dieser Effekt wirkt somit der Verminderung der Resonanzfrequenz aufgrund der größeren mechanischen Länge des Innenleiterrohrs bei Temperaturerhöhungen entgegen. Der Effekt ist aber sehr gering und fällt nicht ins Gewicht.
Um den Effekt der Abnahme der Kopf-Kapazität bei Temperaturerhöhungen zu verstärken, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Teile des Innenleiterrohrs oder auch den gesamten Innenleiter aus einem anderen Material mit einem geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Außenleitergehäuse zu fertigen. Dadurch wird bei einer Temperaturerhöhung die Kopf-Kapazität noch kleiner und kompensiert den Effekt der Frequenzzunahme durch die temperaturbedingte Längenausdehnung. Mit solchen Filtern kann eine Temperaturkompensation dahingehend erreicht werden, dass die Resonatoren im Filter in einem bestimmten Temperaturbereich eine konstante Resonanzfrequenz aufweist. Diese Art der Kompensation hat jedoch einige Nachteile. Dadurch, dass der Innenleiter oder Teile des Innenleiters aus einem anderen Material als das Gehäuse bestehen, tritt immer eine Störstelle zwischen zwei Materialien auf, selbst wenn beide miteinander verlötet werden. Dies kann abgesehen von Fertigungsproblemen auch Intermodulationsprobleme hervorrufen. Ferner müssen mehrere unterschiedliche Materialien im hochfrequenzkritischen Resonatorraum zusammengefügt werden, wobei mechanische Toleranzen in diesem Raum gravierende Einflüsse auf das Filter haben können. Wird ein Innenleiter z. B. nicht auf wenige hundertstel Millimeter genau im Filter platziert, verändert sich die Koppelbandbreite zu allen benachbarten Resonatoren, was wiederum Probleme bei der Abstimmung mit sich bringen kann. Auch in der Entwicklungsphase des Filters muss viel Zeit für die Optimierung aufgewendet werden, da für fast jeden Innenleiter ein eigenes Kompensationselement entwickelt werden muss. Bei der Serienfertigung hat man darüber hinaus eine Vielzahl von verschiedenen unterschiedlichen Teilen, die zusammengefügt werden müssen, was die Montage erschwert. Insbesondere kann es zu Verwechslungen bei der Montage kommen und es müssen Sonderwerkzeuge während der Montage verwendet werden. Hierdurch steigt auch der Preis für das Filter.

Aus der Druckschrift US 6,407,651 B1 ist ein gattungsbildendes Hochfrequenzfilter bekannt, bei dem ein auf dem Innenleiterrohr aufgesetztes Kompensationselement verwendet wird, das über einen Balg mit der Oberseite des Innenleiterrohrs verbunden ist. Die Position des Kompensationselementes kann über eine Einstellschraube verändert werden. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Materialien für das Kompensationselement und die Schraube kann eine Temperaturkompensation des Filters durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise zu schaffen, das einfacher zu fertigen ist als aus dem Stand der Technik bekannte Filter und dessen Hochfrequenzeigenschaften auf einfache Weise verändert werden können, sowie ein entsprechendes Abstimmverfahren.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

In dem erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter besteht das Innenleiterrohr aus wenigstens einem ersten Material und das Kompensationselement aus wenigstens einem zweiten Material. Der Begriff Innenleiterrohr ist hierbei allgemein zu verstehen und umfasst jede Art von pfahlförmigen Elementen mit innerem Hohlraum. Insbesondere kann das Innenleiterrohr im Querschnitt beliebige Formen annehmen, z.B. eine Vierkant-, Sechskant- oder eine zylindrische Form und dergleichen. Die Materialien sind derart verbunden, dass das wenigstens eine zweite Material auf das wenigstens eine erste Material zumindest eines Teilab schnitts des Innenleiterrohrs mechanisch derart einwirkt, dass die Temperaturausdehnung des ersten Materials und/oder die Länge des Innenleiterrohrs beeinflusst wird. Es wird somit erreicht, dass durch eine mechanische Verbindung zwischen erstem und zweitem Material Eigenschaften des zweiten Materials das erste Material beeinflussen. Insbesondere kann der Temperaturausdehnungskoeffizient des zweiten Materials dem ersten Material "aufgezwungen" werden. Wird der Temperaturausdehnungskoeffizient des zweiten Materials geringer als der des ersten gewählt, kann auf diese Weise eine Temperaturkompensation stattfinden. Darüber hinaus kann die Länge des Innenleiterrohrs durch mechanische Kraftausübung des Kompensationselementes auf das Innenleiterrohr beeinflusst werden. In dem erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter kann vorzugweise darauf verzichtet werden, das Innenleiterrohr separat aus einem anderen Material als das Gehäuse zu fertigen. Somit wird die Herstellung des Filters erleichtert, da keine mechanischen Toleranzen beim Zusammenfügen unterschiedlicher Materialien auftreten und keine Sonderwerkzeuge zur Montage benötigt werden. Ferner werden Intermodulationsprobleme vermieden, da keine Störstellen an Verbindungspunkten zwischen unterschiedlichen Materialen vorliegen. Darüber hinaus kann die mechanische Krafteinwirkung des zweiten Materials auf das erste Material leicht beeinflusst werden, so dass das Filter wesentlich schneller und einfacher zu optimieren ist.

Vorzugsweise ist das Kompensationselement innerhalb des Innenleiterrohrs angeordnet, so dass das Material des Kompensationselementes selbst die Kopf-Kapazität im wesentlichen nicht direkt beeinflusst. Ferner kann das Kompensationselement lösbar mit dem Innenleiterrohr verbunden sein, so dass je nach Einsatzzweck das Kompensationselement gegen ein anderes ausgetauscht werden kann.

In einer besonders bevorzugten Variante übt das Kompensationselement eine im wesentlichen auf den Gehäuseboden gerichtete Kraft auf den zumindest einen Teilabschnitt des Innenleiterrohrs aus, wodurch auf einfache Weise eine Beeinflussung der Temperaturausdehnung des ersten Materials sowie eine Verminderung des Länge des Innenleiterrohrs durch die nach unten gerichtete Kraft erreicht werden kann. In einer weiteren Variante ist der wenigstens eine Teilabschnitt des Innenleiterrohrs ein Abschnitt mit geringerer Dicke des Innenleiterrohrs. Das erste Material des Innenleiterrohrs setzt somit dem zweiten Material des Kompensationselementes weniger Kraft entgegen, so dass eine mit dem Kompensationselement bewirkte Temperaturkompensation verstärkt wird.

In einer besonders bevorzugten Variante ist das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes ein Material mit einer höheren Zugfestigkeit als das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs. Vorzugsweise ist die Zugfestigkeit des wenigstens einen zweiten Materials um wenigstens 100%, vorzugsweise wenigstens 150%, besonders bevorzugt um wenigstens 200 größer als die Zugfestigkeit des wenigstens einen ersten Materials. Darüber hinaus kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials größer sein als der des zweiten Materials, und zwar insbesondere um wenigstens 50 %, vorzugsweise um wenigstens 100%, besonders bevorzugt um wenigstens 130 %. Das Innenleiterrohr kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein und das Kompensationselement kann aus Stahl und/oder Keramik bestehen.

In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist das Kompensationselement im wesentlichen im Inneren des Innenleiterrohrs aufgenommen und mechanisch mit einem Innenflächenabschnitt des Innenleiterrohrs verbunden. Der Innenflächenabschnitt kann hierbei am unteren Ende, im mittleren Bereich oder am oberen Ende des Innenleiterrohrs liegen. Auf diese Weise kann die Größe des Teilabschnitts verändert werden, auf die das zweite Material des Kompensationselementes einwirkt. Je höher der Innenflächenabschnitt im Innenleiterrohr positioniert ist, um so größer wird die Kompensation der Längenausdehnung des Materials, sofern das Kompensationselement eine auf dem Gehäuseboden gerichtete Kraft ausübt. Vorzugsweise ist der Gehäuseboden des Außenleitergehäuses an seiner Unterseite mit einer Öffnung zum Inneren des Innenleiterrohrs versehen, über welche das Kompensationselement auf einfache Weise zugänglich ist.

In einer weiteren bevorzugten Variante ist die Kraft, mit der das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes auf das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs einwirkt, veränderbar. Dies erfolgt in einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung mit einem Kompensationselement, das durch eine im Inneren des Innenleiterrohrs positionierte Schraube gebildet wird, die in wenigstens einem im Inneren des Innenleiterrohrs ausgebildeten Gewindeabschnitt eingeschraubt ist. Der wenigstens eine Gewindeabschnitt kann beliebig im Inneren des Innenleiterrohrs positioniert werden, insbesondere kann er im unteren Teil, im mittleren Teil oder im oberen Teil des Innenleiterrohrs liegen, wodurch die Stärke der Kompensation beeinflusst wird. In einer bevorzugten Variante ist an einem Ende der Schraube ein Schraubwerkzeug zum Ver drehen der Schraube positionierbar ist, wobei dieses Ende an der Öffnung an der Unterseite des Gehäusebodens angeordnet ist. Somit kann von außen in einfacher Weise die Zugkraft der Schraube auf das Innenleiterrohr beeinflusst werden und das Filter abgestimmt werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schraube einen inneren Hohlraum auf. Vorzugsweise ist ferner wenigstens ein an oder benachbart zum freien Ende des Innenleiterrohrs angeordnetes Abstimmelement umfassend metallisches und/oder dielektrisches Material vorgesehen. Das Abstimmelement kann beispielsweise in einem auf der Gehäuseoberseite des Außenleitergehäuses positionierten Deckel angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, dass das Abstimmelement wenigstens teilweise im Innenleiterrohr positioniert ist. Im letzteren Fall ist das Abstimmelement vorzugsweise wenigstens teilweise im inneren Hohlraum der Schraube aufgenommen, wobei der innere Hohlraum hierzu insbesondere einen Innengewindeabschnitt an seinem benachbart zum freien Ende des Innenleiterrohrs liegenden Ende zum Einschrauben des Abstimmelementes aufweist.

Das Außenleitergehäuse ist vorzugsweise einstückig mit dem Innenleiterrohr, beispielsweise als Fräs- oder Gussteil ausgebildet, so dass keine Intermodulationsprobleme durch Stoßstellen im Filter auftreten. Das erfindungsgemäße Filter kann beispielsweise als Duplexweiche, Bandpassfilter oder Bandsperrfilter ausgebildet sein.

Neben dem oben beschriebenen Filter umfasst die Erfindung ferner ein Abstimmverfahren für ein solches Filter, wobei die mechanische Kraft, die das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes auf das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs ausübt, zum Abstimmen der elektrischen Hochfrequenzeigenschaften des Hochfrequenzfilters verwendet wird.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters. In diesem Verfahren wird ein Außenleitergehäuse mit Gehäuseboden und Gehäusewand hergestellt, wobei im Inneren des Außenleitergehäuses wenigstens ein Innenleiterrohr aus wenigstens einem ersten Material ausgebildet oder angeordnet wird. Anschließend wird wenigstens ein Kompensationselement aus wenigstens einem zweiten Material mit dem Innenleiterrohr verbunden und schließlich erfolgt die Abstimmung der elektrischen Hochfrequenzeigenschaften des Filters dadurch, dass die mechanische Kraft, die das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes auf das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs ausübt, entsprechend eingestellt wird. Bei dem Herstellungsverfahren wird das wenigstens eine Innenleiterrohr vorzugsweise einstückig mit dem Außenleitergehäuse ausgebildet, wodurch die Fertigung des Filters stark vereinfacht wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend detailliert anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1: eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters;
1A: eine Detailansicht des Ausschnitts X der 1;
2: eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters;
3: eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters;
3A: eine Detailansicht des Ausschnitts Y der 3;
4: eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters.
1 zeigt in geschnittener Seitenansicht einen Resonator, der in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters verwendet wird. Das Hochfrequenzfilter selbst kann aus einer Vielzahl von solchen Resonatoren bestehen. Der Resonator der 1 umfasst ein Außenleitergehäuse 1 mit einem Gehäuseboden 1a, aus dem sich eine umlaufende Gehäusewand 1b erstreckt. In der Gehäusewand können Koppelöffnungen zur elektrischen Verkopplung zu benachbarten Resonatoren vorgesehen sein, und die Gehäuse aller Resonatoren können integral aus einem Material gebildet sein. In dem Gehäuseboden 1a ist einstückig ein Innenleiter in der Form eines zylindrischen Innenleiterrohrs 2 ausgebildet, wobei das Innenleiterrohr mittig innerhalb des durch die Gehäusewand 1b gebildeten Hohlraums angeordnet ist. Auf der Oberseite des Außenlei tergehäuses 1 ist ein Deckel 3 mittels mehrerer Schrauben 4 angeschraubt. Es ist auch denkbar, dass der Deckel nicht an der Gehäuseoberseite befestigt ist, sondern dass der Deckel an seinem Rand einen oberen Teil der Gehäusewand umfasst, der mit einem unteren Teil der Gehäusewand in einem Bereich zwischen Gehäuseoberseite und Gehäuseboden verbunden ist. Ggf. kann der Deckel auch die gesamte Gehäusewand umfassen und auf dem Gehäuseboden mit dem Außenleitergehäuse verbunden sein. In der Mitte des Deckels befindet sich ein Abstimmelement 5, das eine Einpressbuchse 5a umfasst, die in den Deckel 3 eingepresst ist und einen oberen Abschnitt 501 oberhalb des Deckels sowie einen unteren Abschnitt 502 unterhalb des Deckels aufweist. In der Einpressbuchse ist ein Innengewinde vorgesehen, in das eine Abstimmspitze 5b eingeschraubt ist, die aus dem unteren Ende der Einpressbuchse 5a vorsteht. Die Abstimmspitze weist an ihrem oberen, in der Einpressbuchse befindlichen Ende eine Sechskantaufnahme (nicht gezeigt) auf, so dass mit einem entsprechenden Sechskantschlüssel der Abstand der Abstimmspitze zum oberen, freien Ende 2a des Innenleiterrohrs 2 verändert werden kann. Diese Abstandsänderung hat wiederum Einfluss auf die Kapazität zwischen Innenleiterrohr und Deckel, wodurch sich die Resonanzfrequenz des Resonators beeinflussen lässt und sich somit das Hochfrequenzfilter abstimmen lässt. Die Einpressbuchse und die Abstimmspitze können beide beispielsweise aus Messing bestehen.
Im Inneren des Innenleiterrohrs ist ein Kompensationseinrichtung 6 vorgesehen, die nachfolgend teilweise auch als Kompensationselement 6 bezeichnet wird. Sie umfasst eine Kompensationsschraube 6', die nachfolgende teilweise auch als Schraube 6' bezeichnet wird, welche ein durch einen verdickten Rand angedeutetes Außengewinde 6a und einen Schraubenkopf 6b umfasst. Die Schraube 6' wurde durch eine Öffnung 1c im Boden des Gehäuses 1 über die Unterseite des Bodens in das Innenleiterrohr 2 eingesetzt und am freien Ende 2a mit dem Innenleiterrohr 2 verschraubt. Das Innenleiterrohr weist hierzu am Ende 2a einen verdickten Abschnitt auf, an dem ein Innengewinde 2b vorgesehen ist, das durch dick gezeichnete Linien angedeutet ist. Das Innengewinde 2b und das Außengewinde 6a passen ineinander, so dass die Schraube 6' im Innenleiterrohr 2 eingeschraubt werden kann. Hierzu sind am Schraubenkopf 6b ein oder mehrere Schlitze oder ein Innensechskant vorgesehen, um ein Schraubwerkzeug zum Verdrehen der Kompensationsschraube einzuführen. In 1 ist die Länge der Schraube 6' derart gewählt, dass nur ein kleiner vorderer Abschnitt 6c des Außengewindes 6a in das untere Ende des Innengewindes 2b eingreift. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schraube länger ausgestaltet ist und weiter in das Innengewinde 2b eingeschraubt ist.
Die Schraube 6' ist innen hohl ausgestaltet und umfasst einen unteren, sich vom Schraubenkopf 6b nach oben erstreckenden zylindrischen Hohlraum 6d mit kleinem Durchmesser, an den sich ein Hohlraum 6e mit größerem Durchmesser anschließt, der sich bis zur oberen Spitze 6c der Schraube 6' erstreckt. In dem oberen Hohlraum 6e ist ein Innengewinde 6f (mit einer dickeren schwarzen Linie angedeutet) vorgesehen, in das ein weiteres Abstimmelement eingeschraubt werden kann, wie weiter unten noch näher beschrieben wird.
Die Schraube 6' besteht vorzugsweise aus einem anderen Material, beispielsweise aus einem anderen Metall oder einer Keramik, als das Außenleitergehäuse 1 und das integral in diesem Gehäuse ausgebildete Innenleiterrohr. Es wird für die Schraube 6' vorzugsweise ein Material verwendet, das eine höhere Zugfestigkeit und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Innenleiterrohr aufweist. Insbesondere ist die Zugfestigkeit des Materials der Schraube um wenigstens 100 %, vorzugsweise um wenigstens 150 % und besonders bevorzugt um wenigstens 200 % größer als die Zugfestigkeit des Materials des Innenleiterrohrs. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Innenleiterrohrs ist vorzugsweise um wenigstens 50 %, insbesondere um wenigstens 100 % und besonders bevorzugt um wenigstens 130 % größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schraube. Beispielsweise kann die Schraube 6' aus Stahl bestehen, wohingegen das Innenleiterrohr 2 aus Aluminium besteht. Als Werkstoff für das Innenleiterrohr kommt z.B. Aluminium vom Typ EN AW-5083 in Frage, welches eine Dehngrenze R_p0,2 von mindestens 105 N/mm² und eine Zugfestigkeit R_m von wenigstens 255 N/mm² aufweist. Der Temperaturausdehnungskoeffizient dieses Materials beträgt 24,2 × 10^–6/K. Als Material für die Schraube kann z.B. Edelstahl vom Typ X17CrNi 16-2 verwendet werden. Dieser Edelstahl hat eine Dehngrenze R_p0,2 von wenigstens 600 N/mm² und eine Zugfestigkeit R_m von wenigstens 800 N/mm². Der Temperaturausdehnungsbeiwert dieses Materials liegt bei 10,0 × 10^–6/K. Bei den soeben genannten Materialien ergibt sich bei einer Einspannlänge von 48 mm und einer Temperaturdifferenz von 40°C ein Unterschied in der Längenausdehnung von 0,027 mm.
Die Schraube 6' wird in das obere Gewinde 2b des Innenleiterrohrs mit einem Drehmoment eingeschraubt, so dass eine Zugkraft auf das Innenleiterrohr in Richtung auf den Gehäuseboden ausgeübt wird, welche derart groß ist, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Schraube dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Innenleiterrohrs "aufgezwungen" wird. Eine Wärmeausdehnung des Materials des Innenleiterrohrs, welche die Wärmeausdehnung der Schraube überschreitet, wird somit durch die Kompensationsschraube 6'* verhindert, da der Innenleiter mit zunehmender Temperatur im elastischen Bereich aufgrund der Zugkraft der Schraube "kurzgehalten" wird.
Bei herkömmlichen Resonatoren wird die Resonanzfrequenz aufgrund der Erhöhung der mechanischen Länge des Innenleiterrohrs bei Temperaturerhöhungen vermindert. Diesem Effekt wird in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch entgegengewirkt, dass die Temperaturausdehnung durch den geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schraube vermindert wird und gleichzeitig der Abstand zwischen Deckel 3 und freiem Ende 2a des Innenleiterrohrs erhöht wird, was zu einer Abnahme der Kapazität zwischen Deckel und Innenleiterrohr führt. Hierdurch wird eine Verminderung der Resonanzfrequenz bewirkt, so dass das in 1 gezeigte Filter temperaturabhängige Schwankungen der Resonanzfrequenz auf einfache Art und Weise kompensiert. Darüber hinaus wird ein einfaches Abstimmen des Filters durch Veränderung der Zugspannung der Schraube, d. h. durch Verdrehen der Schraube 6' im Innengewinde 2b, ermöglicht. Ein Erhöhen der Zugspannung führt nämlich aufgrund der größeren Zugfestigkeit des Materials der Kompensationsschraube 6' zu einer geringfügigen Verkürzung der mechanischen Länge des Innenleiterrohrs 2, was wiederum die Resonanzfrequenz beeinflusst. Somit kann durch einfaches Verdrehen der Kompensationsschraube 6' die Resonanzfrequenz geeignet abgestimmt werden. Die Stärke der Kompensation kann in dem Filter der 1 auch da durch beeinflusst werden, dass die Wandstärke des Innenleiterrohrs verändert wird. Je dünnwandiger das Innenleiterrohr ist, desto kleiner ist die Kraft des Innenleiterrohrs, welche der Zugkraft der Schraube bei Wärmeausdehnungen entgegenwirkt. Folglich ist die Kompensation bei dünnen Innenleiterrohren stärker als bei dicken Innenleiterrohren.
1A zeigt eine Detailansicht des in 1 gezeigten Ausschnitts X am oberen freien Ende 2a des Innenleiterrohrs 2. Man erkennt hier im Detail den verdickten Abschnitt des Innenleiterrohrs 2 am freien Ende 2a, wobei dieser verdickte Abschnitt am oberen Ende eine zylindrisch umlaufende Schulter 2c aufweist, wodurch eine Öffnung 2d gebildet wird, in welche die Abstimmspitze 5b eingreift. Es ist ferner nochmals detailliert ersichtlich, dass lediglich die vorderste Spitze 6c der Schraube 6' in das Innengewinde 2b des Innenleiterrohrs 2 eingreift.
2 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters. Der Resonator der 2 entspricht in seinem Aufbau weitestgehend dem Resonator der 1. Der einzige Unterschied besteht darin, dass anstatt des Abstimmelements 5 im Deckel 3 ein Abstimmelement 5' verwendet wird, das in dem Innengewinde 6f der Kompensationsschraube 6' eingeschraubt ist. Das Abstimmelement 5' umfasst eine Buchse 5b', welche an ihrem unteren Ende zwei Außengewindeabschnitte 5c' aufweist, die durch zwei Einschnitte 5d' (mit verdickten Linien angedeutet) voneinander getrennt sind. Im Bereich der Einschnitte 5d' ist die Buchse 5b' leicht gestaucht. Hierdurch wird eine Klemmwirkung der im Innengewinde 6f eingeschraubten Außen gewindeabschnitte 5c' bewirkt, so dass das Abstimmelement bei Vibrationen nicht seine Position in der Schraube verändert. In der Buchse 5b' befindet sich das eigentliche Abstimmteil 5a', welches in der Ausführungsform der 2 aus dielektrischem und vorzugsweise keramischem Material besteht und in der Buchse 5b' eingepresst ist. Das Abstimmteil erstreckt sich aus der Buchse 5b' nach oben durch die obere Öffnung im freien Ende 2a des Innenleiterrohrs 2 und beeinflusst ebenfalls die Resonanzfrequenz des Resonators. Die Abstimmung kann durch die Veränderung der Position des Abstimmelements 5' im Innengewinde 6f der Schraube 6' bewirkt werden.
3 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators in einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters. Der Aufbau des Filters der 3 ist ähnlich zu dem Filter der 1, insbesondere wird das gleiche, im Deckel 3 befindliche Abstimmelement 5 verwendet. Auch die Kompensationsschraube 6' der 3 entspricht der Kompensationsschraube 6' der 1. Der wesentliche Unterschied des Filters der 3 zu 1 besteht darin, dass der verdickte Abschnitt des Innenleiterrohrs mit dem Innengewinde 2b nicht mehr am oberen, freien Ende 2a des Innenleiterrohrs 2, sondern im mittleren Bereich des Innenleiterrohrs angeordnet ist.
Eine detaillierte Darstellung des Ausschnitts Y, welche den verdickten Abschnitt im mittleren Bereich des Innenleiterrohrs 2 zeigt, ist hierbei aus 3A ersichtlich. Analog zur Ausführungsform der 1 wird die Kompensationseinrichtung 6 in Form einer Schraube 6' mit dem Außengewinde 6a in das Innengewinde 2b derart eingeschraubt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Schraube dem Innenleiterrohr aufgezwungen wird. Im Unterschied zu 1 wirkt sich die hierdurch bewirkte Kompensation der Wärmeausdehnung jedoch nicht auf die gesamte Länge des Innenleiterrohrs aus, sondern nur auf den unteren Abschnitt des Innenleiterrohrs, der sich von dem verdickten Abschnitt des Innengewindes 2b bis zur Oberseite des Gehäusebodens 1a erstreckt. Im Bereich oberhalb des Gewindes 2b dehnt sich das Innenleiterrohr 2 gemäß seinem eigenen Temperaturausdehnungskoeffizienten aus. Da der Temperaturausdehnungskoeffizient des Materials des Innenleiterrohrs vorzugsweise größer als der Koeffizient der Kompensationsschraube ist, erfolgt in der Ausführungsform der 3 bei Temperaturerhöhungen eine größere Ausdehnung der Gesamtlänge des Innenleiterrohrs, so dass sich die Resonanzfrequenz aufgrund der sich stärker vergrößernden mechanischen Länge des Resonators und des sich weniger stark vergrößernden Abstands zwischen Deckel 3 und freiem Ende 2a des Innenleiterrohrs stärker verändert. Man kann somit in einfacher Weise die Stärke der Temperaturkompensation anpassen, indem der Abschnitt des Innenleiterrohrs, auf den die Zugkraft der Kompensationsschraube wirkt, verändert wird. Es ist hierbei auch möglich, dass der Gewindeabschnitt 2b noch weiter nach unten bis zum Fußpunkt des Innenleiterrohrs verschoben wird, wobei bei immer tiefer liegendem Gewindeabschitt 2b die Temperaturkompensation immer geringer wird. Analog zu 1 kann auch durch Erhöhung des Anzugsmoments der Schraube 6' die Länge des Innenleiterrohrs 2 verändert werden, so dass durch die Kompensationsschraube 6' auch eine Abstimmung des Filters erreicht werden kann.
4 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Resonators einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters. Die Ausführungsform der 4 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform der 3. Insbesondere ist das Innenleiterrohr und die Kompensationsschraube sowie das Gehäuse identisch zu 3 ausgestaltet. Im Unterschied zu 3 wird jedoch das Abstimmelement 5' verwendet, das bereits in 2 beschrieben wurde. Dieses Abstimmelement wird in das Innengewinde 6f des oberen Hohlraums 6e der Kompensationsschraube 6' eingeschraubt. Da die Bauteile der Ausführungsform der 4 bereits im Vorangegangenen in Bezug auf 1 bzw. 2 beschrieben wurden, wird auf eine detaillierte Beschreibung der 4 verzichtet.

Claims

Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, umfassend einen oder mehrere Resonatoren, wobei wenigstens einer der Resonatoren folgende Merkmale umfasst: – einen als Innenleiterrohr (2) ausgestalteten Innenleiter aus wenigstens einem ersten Material; – ein Außenleitergehäuse (1) mit einem Gehäuseboden (1a), einer Gehäusewand (1b) und einem sich aus der Gehäusewand (1b) erstreckenden oder auf der Gehäuseoberseite positionierten Deckel (3), wobei das Innenleiterrohr (1) mit dem Gehäuseboden (1a) elektrisch verkoppelt ist und ein freies Ende (2a) des Innenleiterrohrs (2) benachbart zu dem Deckel (3) liegt; – ein Kompensationselement (6) aus wenigstens einem zweiten Material, das mit dem Innenleiterrohr (2) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselementes (6) auf zumindest einem Teilabschnitt des Innenleiterrohrs (2) durch mechanische Kraftausübung derart einwirkt, dass eine an sich stattfindende temperaturbedingte Längenänderung des Innenleiterrohrs (2) verringert wird.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (6) im Bereich des freien Endes (2a) des Innenleiterrohrs (2) und/oder im wesentlichen innerhalb des Innenleiterrohrs (2) angeordnet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (6) lösbar mit dem Innenleiterrohr (2) verbunden ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (6) eine im wesentlichen auf den Gehäuseboden (1a) gerichtete Kraft auf den zumindest einen Teilabschnitt des Innenleiterrohrs (2) ausübt.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Teilabschnitt ein Abschnitt verminderter Dicke des Innenleiterrohrs (2) ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes (6) eine höhere Zugfestigkeit aufweist als das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs (2).
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des wenigstens einen zweiten Materials um wenigstens 100%, vorzugsweise um wenigstens 150 %, besonders bevorzugt um wenigstens 200% größer ist als die Zugfestigkeit des wenigstens einen ersten Materials.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Material einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das wenigstens eine zweite Material.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des wenigstens einen ersten Materials um wenigstens 50 %, vorzugsweise um wenigstens 100%, besonders bevorzugt um wenigstens 130 % größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient des wenigstens einen zweiten Materials.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Material Aluminium ist und/oder das wenigstens eine zweite Material Stahl und/oder Keramik umfasst.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (6) im wesentlichen im Inneren des Innenleiterrohrs (2) angeordnet ist und mechanisch mit wenigstens einem Abschnitt der Innenfläche des Innenleiterrohrs (2) verbunden ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Abschnitt der Innenfläche im Bereich des Gebäudebodens (1a) und/oder im mittleren Bereich und/oder im Bereich des freien Endes (2a) des Innenleiterrohrs (2) positioniert ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (1a) an seiner Unterseite eine Öffnung (1c) zum Inneren des Innenleiterrohrs (2) aufweist, über welche das Kompensationselement (6) zugänglich ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kraft, die das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes (6) auf das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs (2) ausübt, veränderbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement (6) eine im Inneren des Innenleiterrohrs (1) positionierte Schraube (6') umfasst oder daraus besteht, die in wenigstens einem im Inneren des Innenleiterrohrs (2) ausgebildeten Gewindeabschnitt (2b) eingeschraubt ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gewindeabschnitt (2b) im Innenleiterrohr (2) in dessen unteren Bereich in Höhe oder benachbart zum Gehäuseboden (1a) und/oder im mittleren Bereich und/oder im oberen Teil des Innenleiterrohres (2) benachbart zu dessen freiem Ende (2a) positioniert ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 15 oder 16, wenn abhängig von Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem einen Ende (6b) der Schraube (6') eine von der Unterseite des Bodens (1a) zugängliche Schlüsselfläche ausgebildet ist, worüber die Schraube (6') unterschiedlich einstellbar und entsprechend den unterschiedlichen Einstellungen die hierüber auf das Innenleiterrohr (2) einwirkende Kraftausübung zur Veränderung der tatsächlichen Länge des Innenleiterrohrs (2) einstellbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (6') einen inneren Hohlraum (6d, 6e) aufweist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein an oder benachbart zum freien Ende (2a) des Innenleiterrohrs (2) angeordnetes Abstimmelement (5, 5') umfassend dielektrisches und/oder leitendes Material vorgesehen ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstimmelement (5, 5') an dem auf die Gehäuseoberseite des Außenleitergehäuses (1) positionierten Deckel (3) befestigt ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstimmelement (5, 5') wenigstens teilweise im Innenleiterrohr (2) positioniert ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 21, wenn abhängig von Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (5, 5') zumindest teilweise im inneren Hohlraum (6e) der Schraube (6') angeordnet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Hohlraum (6d, 6e) an seinem benachbart zum freien Ende (2a) des Innenleiterrohrs (2) liegenden Ende einen Innengewindeabschnitt (6f) zum Einschrauben des Abstimmelementes (5, 5') aufweist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenleiter gehäuse (1) einstückig mit dem Innenleiterrohr (2), insbesondere als Fräs- oder Gussteil, ausgebildet ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren derart ausgestaltet und gekoppelt sind, dass eine Duplexweiche gebildet wird.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren derart ausgestaltet und gekoppelt sind, dass ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter gebildet wird.
Verfahren zum Abstimmen eines Hochfrequenzfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kraft, die das wenigstens eine zweite Material des Kompensationselementes (6) auf das wenigstens eine erste Material des Innenleiterrohrs (2) ausübt, zum Abstimmen der elektrischen Hochfrequenzeigenschaften des Hochfrequenzfilters verwendet wird.