DE102005012375A1 - Koaxialer Resonator - Google Patents

Abstract

Ein koaxialer Resonator umfasst ein Gehäuse (1) mit Wänden, die zumindest innenseitig galvanisch leitend sind, mit einer Einkoppel- und mit einer Auskoppelöffnung und mit einem von einer Wand (1b) des Gehäuses in dessen Innenraum (10) ragenden, galvanisch leitenden und leitend mit dieser Wand verbundenen Rohr (2). Letzteres endet beabstandet von der Innenfläche der gegenüberliegenden Wand (1a) und enthält einen metallischen Abstimmkörper (6), der axial verschiebbar ist. Das Risiko, dass Intermodulationsprodukte, verursacht durch beim Verschieben des Abstimmkörpers (6) entstehenden Abrieb, erzeugt werden, wird dadurch vermieden, dass der Abstimmkörper (6) über eine Stange (5) aus dielektrischem Material koaxial in dem Rohr (2) gehalten ist, ohne das Rohr (2) galvanisch zu kontaktieren und dass das von dem Abstimmkörper (6) abgewandte Ende der Stange zur Verschiebung des Abstimmkörpers (6) ausgebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen koaxialen Resonator mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
• Resonatoren dieser Gattung sind bekannt. Mehrere solcher Resonatoren können ein gemeinsames Gehäuse und zu einem mehrkreisigen Hochfrequenzfilter gekoppelte Innenräume haben. Das Gehäuse eines einzelnen Resonators oder einer Mehrzahl von Resonatoren kann einstückig aus Metall bestehen, in welchem Fall der bzw. die herausgearbeiteten Innenräume mit einem Metalldeckel verschlossen sind. Alternativ können das Gehäuse und/oder der Deckel aus Kunststoff bestehen, der zumindest innenseitig metallisiert, z. B. galvanisch beschichtet ist. Das Gleiche gilt für das in den Innenraum ragende, leitende Rohr, das die Rolle eines Innenleiters spielt. Zur Abstimmung eines derartigen Resonators sind im Stand der Technik folgende drei Möglichkeiten bekannt:
• – In mindestens eine Wand ist mindestens eine Abstimmschraube eingedreht. Die Abstimmschraube kann insbesondere gleichachsig zu dem Innenleiter die dessen freiem Stirnende gegenüberliegende Wand, gewöhnlich den Deckel, durchsetzen. Durch Verändern der Eintauchlänge der Abstimmschraube in den Innenraum lässt sich die Resonanzfrequenz ändern. Der Innenleiter kann in diesem Fall statt als Rohr auch massiv ausgebildet sein.
• – Anstelle einer metallischen Abstimmschraube kann ein Dielektrikum verwendet werden, z. B. auch in Form eines Stiftes in dem Innenleiterrohr, der so weit über das offene Rohrende hinaus in den Innenraum geschoben wird, bis die gewünschte Resonanzfrequenz erreicht ist.
• – In dem Innenleiterrohr ist ein mit diesem über Metallbüchsen kontaktierend verbundener Abstimmstift aus Metall angeordnet, der über das offene Rohrende hinaus soweit verschoben wird, bis die gewünschte Resonanzfrequenz erreicht ist.
• Die Abstimmung mittels eines Dielektrikums hat den Nachteil eines sehr schmalen Abstimmbereiches. Eine Abstimmschraube oder ein Abstimmstift haben den Nachteil, dass beim Abstimmen Metallabrieb entstehen kann, der Intermodulationsprodukte verursachen kann.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen koaxialen Resonator der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung zu schaffen, der ohne das Risiko des Entstehens von Intermodulationsprodukten über einen möglichst großen Bereich abstimmbar ist.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Abstimmkörper über eine Stange aus dielektrischem Material koaxial in dem Rohr gehalten ist ohne das Rohr galvanisch zu kontaktieren und dass das von dem Abstimmkörper abgewandte Ende der Stange zur Verschiebung des Abstimmkörpers ausgebildet ist.
• Dabei bilden die Innenseite des Innenleiterrohrs und der metallische Abstimmkörper eine koaxiale Leitung. Die Länge des Innenleiterrohres ist so bemessen, dass sie bei der gewünschten Resonanzfrequenz gleich λ/4 ist. Das Stirnende des Innenleiterrohres wirkt daher als Kurzschluss, so dass an dieser Stelle ein HF-mäßig idealer, jedoch berührungsloser Kontakt zwischen dem Innenleiterrohr und dem Abstimmkörper besteht. Bei Verschiebung des Abstimmkörpers ändert sich die Kapazität zwischen der Stirnfläche des Abstimmkörpers und der gegenüberliegenden Wand des Gehäuses gegensinnig zu der Kapazität zwischen dem Mantel des Abstimmkörpers, in erster Linie zwischen dessen von dem Rohr umschlossenen Teil seiner Länge, und dem inneren Mantel des Rohres. Entsprechend dieser Verstimmung des Resonators ändert sich die Resonanzfrequenz. Die Stange aus dielektrischem Material, über die der Abstimmkörper verschoben wird sowie die Mittel zur Verschiebung der Stange bleiben hingegen ohne Einfluss auf die Resonanzfrequenz, denn das Rohr wirkt wie ein teilweise mit Dielektrikum gefüllter Rundhohlleiter, dessen kritische Frequenz aufgrund des im Verhältnis zur Wellenlänge der Resonanzfrequenz geringen Durchmessers weit oberhalb der Resonanzfrequenz liegt, so dass der Verstellmechanismus frequenzmäßig von dem Abstimmkörper völlig entkoppelt ist. Die Mittel zur Verschiebung der Stange sind grundsätzlich beliebig. Beispielsweise kann die Stange aus dem Rohr und aus dem Gehäuse herausgeführt und von außen verschiebbar sein. In diesem Fall sind eine Führungsbüchse oder andere Führungsmittel zwischen der Stange und der Innenwand des Rohres notwendig, die sicherstellen, dass der Abstimmkörper genau koaxial mit konstanter Weite des vorzugsweise kleinen Ringspaltes zu der Innenwand des Rohres in diesem verschiebbar ist.
• Bevorzugt steht jedoch das von dem Abstimmkörper abgewandte Ende der Stange im Eingriff mit einem Innengewinde in dem Rohr (Anspruch 2). Das Ende der Stange kann ein entsprechendes Außengewinde haben.
• Stattdessen kann das von dem Abstimmkörper abgewandte Ende der Stange in einer Büchse mit einem Außengewinde sitzen, das im Eingriff mit dem Innengewinde in dem Rohr steht (Anspruch 3).
• Der Abstimmkörper ist mit Vorteil als das Ende der Stange umgebender Topf ausgebildet (Anspruch 4). Der Topf kann über einen Teil seiner Tiefe oder über seine gesamte Tiefe auf das Ende der Stange aufgepresst oder aufgeklebt sein.
• Zwischen dem Abstimmkörper und der Innenwand des Rohres befindet sich ein Dielektrikum (Anspruch 5), das im einfachsten Fall Luft ist (Anspruch 6), jedoch auch aus einem Kunststoff mit höherer relativer Dielektrizitätskonstante sein kann.
• Die Stange kann aus Keramik bestehen (Anspruch 7), was den Vorteil hat, unter Keramiken mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wählen zu können. Da die Stange sich nicht im felderfüllten Raum befindet, kann sie jedoch auch aus Kunststoff sein.
• Zweckmäßig bestehen der Abstimmkörper und die Stange aus Werkstoffen mit Temperaturkoeffizienten, die so gewählt sind, dass die temperaturabhängige Änderung des Abstands der Stirnfläche des Abstimmkörpers von der Innenfläche der Wand des Gehäuses dessen temperaturabhängige Abmessungsänderungen kompensiert (Anspruch 8). Dadurch kann die Forderung nach Stabilität der Abstimm- oder Resonanzfrequenz auch über einen sehr großen Bereich von Umgebungstemperaturen erfüllt werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Resonators vereinfacht dargestellt. Es zeigt:
• 1 den Resonator im Schnitt und
• 2 eine Aufsicht bei abgenommenem Gehäusedeckel.
• Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen Resonator, der eine Mitten- oder Resonanzfrequenz von 1750 MHz und einen Abstimmbereich von 640 MHz hat. Der Resonator ist Teil eines vierkreisigen Bandfilters für den Mobilfunk.
• Der Resonator besteht aus einem topfförmigen Metallgehäuse 1, das in diesem Ausführungsbeispiel sowohl in der Seitenansicht als auch in der Aufsicht quadratisch ist. Andere Geometrien sind jedoch ebensogut möglich. Das Gehäuse 1 ist durch einen Deckel 1a HF-dicht verschlossen. Von der Mitte des Gehäusebodens 1b erstreckt sich ein Rohr 2 in Richtung des Deckels 1a. Das Rohr 2 kann, wie dargestellt, einstückig mit dem Boden 1b sein. Von der bodenseitigen Öffnung her ist in das Rohr 2 eine Gewindebüchse 3 z. B. eingepreßt oder eingeklebt. Die Gewindebüchse 3 hat ein Innengewinde, in das eine Abstimmschraube 4 eingedreht ist. Die Abstimmschraube 4 nimmt das untere Ende einer Keramikstange 5 auf. Auf deren oberem Ende sitzt ein hülsen- oder topfartiger Abstimmkörper 6 aus Metall, der in der gezeichneten Stellung über den größeren Teil seiner Länge von dem Rohr 2 koaxial umschlossen ist, mit seinem übrigen Teil jedoch über das Rohr 2 in Richtung des Deckels 1a übersteht. Der Abstimmkörper 6 berührt jedoch an keiner Stelle das Rohr 2 bzw. dessen Innenwand sondern ist über seine gesamte, eintauchende Länge durch einen umlaufenden Luftspalt von in diesem Beispiel 0,75 mm beabstandet. Die Länge des Rohres 2 beträgt λ/4 der Mittenfrequenz des Resonators. Deshalb entsteht am freien Ende des Rohres 2, an der Stelle 5, zwischen dem Abstimmkörper 6 und dem Rohr 2 ein HF-mäßiger Kurzschluß. Somit wirkt sich eine Verschiebung des Abstimmkörpers 6 über die Abstimmschraube 4 wie eine Verlängerung oder Verkürzung der elektrischen Länge des Rohres 2 aus, bei der sich gleichzeitig die Kapazität zwischen der oberen Stirnfläche des Abstimmkörpers 6 und dem Deckel 1a und die Kapazität zwischen dem Mantel des Abstimmkörpers 6 und der Innenwand des Rohres 2 differenziell ändern. In den durch seine Abmessungen den Wert der Mittenfrequenz bestimmenden Innenraums 10 wird die HF-Energie zum Beispiel über die Sonde 8 ein- und über die Sonde 9 ausgekoppelt, wie dies an sich bekannt ist.
• Durch die vorgeschlagene Konstruktion werden einerseits durch Vermeidung jeglichen metallischen Kontaktes im felderfüllten Raum Intermodulationsprodukte sicher vermieden und andererseits große Abstimmbereiche erzielt.

Claims (9)

1. Koaxialer Resonator aus einem Gehäuse (1) mit Wänden, die zumindest innenseitig galvanisch leitend sind und mit auf die gewünschte Resonanzfrequenz abgestimmten Innenabmessungen, einer Einkoppel- und eine Auskoppelöffnung und einem von einer Wand (1b) des Gehäuses in dessen Innenraum (10) ragenden, galvanisch leitenden und leitend mit dieser Wand verbundenen Rohr (2), das in einem gegebenen Abstand von der Innenfläche der gegenüberliegenden Wand (1a) endet und einen metallischen Abstimmkörper (6) enthält, der zur Veränderung des Abstandes seiner Stirnfläche von der Innenfläche der gegenüberliegenden Wand (1a) des Gehäuses (1) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstimmkörper (6) über eine Stange (5) aus dielektrischem Material koaxial in dem Rohr (2) gehalten ist ohne das Rohr (2) galvanisch zu kontaktieren und dass das von dem Abstimmkörper (6) abgewandte Ende der Stange zur Verschiebung des Abstimmkörpers (6) ausgebildet ist.
2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Abstimmkörper (6) abgewandte Ende der Stange (5) mit einem Innengewinde in dem Rohr (2) im Eingriff steht.
3. Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Abstimmkörper (6) abgewandte Ende der Stange (5) in einer Büchse (4) mit einem Außengewinde sitzt, das im Eingriff mit dem Innengewinde in dem Rohr (2) steht.
4. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstimmkörper (6) als das Ende der Stange (5) umgebender Topf ausgebildet ist.
5. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Abstimmkörper (6) und der Innenwand des Rohrs (2) ein Dielektrikum befindet.
6. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum Luft ist.
7. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (5) aus Keramik besteht.
8. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstimmkörper (6) und die Stange (5) aus Werkstoffen mit Temperaturkoeffizienten bestehen, die so gewählt sind, dass die temperaturabhängige Änderung des Abstands der Stirnfläche des Abstimmkörpers (6) von der Innenfläche der Wand (1a) des Gehäuses (1) dessen temperaturabhängige Abmessungsänderungen kompensiert.
9. Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr eine Länge von etwa λ/4 der Mittenfrequenz hat.