DE102012020979A1

DE102012020979A1 - Abstimmbares Hochfrequenzfilter

Info

Publication number: DE102012020979A1
Application number: DE102012020979.7A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Weitzenberger; Armin Holzbauer; Ralf Buchauer; Bernd Schöninger
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-30
Also published as: KR101720261B1; EP2912714B1; EP2912714A1; CA2886911A1; CN104838537B; US9748622B2; US20150288043A1; CN104838537A; KR20150079832A; WO2014063829A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein abstimmbares Hochfrequenzfilter, das darüber hinaus eine Temperaturkompensation aufweist. Das Hochfrequenzfilter umfasst zumindest einen Resonator (1) mit einem Innenleiter (10) und einem Außenleitergehäuse, das einen Gehäuseboden (20), einen von diesem beabstandeten Gehäusedeckel (22) und eine zwischen diesen beiden umlaufende Gehäusewand (24) umfasst. Der Innenleiter (10) ist mit dem Gehäuseboden (20) galvanisch verbunden und erstreckt sich in axialer Richtung vom Gehäuseboden in Richtung des Gehäusedeckels, und der Innenleiter endet im Abstand vor dem Gehäusedeckel. Ferner umfasst das Hochfrequenzfilter eine dem Innenleiter (10) gegenüberliegend angeordnetes Abstimmelement (30), das in dem Gehäusedeckel (22) in seiner Axialstellung lageveränderlich ist und zumindest mittelbar in dem Gehäusedeckel (22) lageveränderlich gehalten ist. Das Abstimmelement (30) ragt in den Resonatorinnenraum. Ferner umfasst das Abstimmelement ein dielektrisches Material und/oder ist aus einem dielektrischen Material gebildet, so dass an der Kontaktstelle des Abstimmelements mit dem Gehäusedeckel (22) bzw. mit einer Buchse (40) keine Intermodulationsproblematik auftritt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In funktechnischen Anlagen, insbesondere im Mobilfunkbereich, wird häufig für Sende- und Empfangssignale eine gemeinsame Antenne benutzt. Dabei verwenden die Sende- und 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 Frequenzfilterung 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 oder zur Zusammenführung oder Trennung von Mobilfunkbändern werden heutzutage unter anderem Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise eingesetzt.
Zwei zusammengeschaltete Hochfrequenzfilter bilden dabei eine sogenannte Duplexweiche, die eine weitgehend entkoppelte Zusammenschaltung von Sendern und Empfängern auf eine gemeinsame Antenne ermöglicht. Beispielsweise kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern eingesetzt werden, die beide ein bestimmtes Frequenzband zulassen (Bandpassfilter). Alternativ kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern verwendet werden, die beide ein bestimmtes Frequenzband sperren (Bandsperrfilter). Ferner kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern verwendet werden, von denen ein Filter Frequenzen unterhalb einer Frequenz zwischen Sende- und Empfangsband hindurch lässt und Frequenzen oberhalb dieser Frequenz sperrt (Tiefpassfilter), und das andere Filter Frequenzen unterhalb einer Frequenz zwischen Sende- und Empfangsband sperrt und darüber liegende Frequenzen durchlässt (Hochpassfilter). Auch weitere Kombinationen aus den soeben genannten Filtertypen sind denkbar.
Hochfrequenzfilter werden häufig aus koaxialen Resonatoren aufgebaut, da sie aus Fräs- bzw. Gussteilen bestehen, wodurch sie einfach herstellbar sind. Darüber hinaus gewährleisten diese Resonatoren eine hohe elektrische Güte sowie eine relativ große Temperaturstabilität.
Die EP 2 044 648 B1 beschreibt ein Beispiel eines koaxialen Hochfrequenzfilters. Dieses Filter umfasst einen Resonator mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, wobei in einem Gehäusedeckel des Resonators ein Abstimmelement vorgesehen ist, das ein Außengewinde aufweist. In dem entsprechenden Gehäusedeckel ist eine Gewindeaufnahme mit einem Gewinde vorgesehen. Die Gewindesteigung des Außengewindes des Abstimmelements unterscheidet sich von der Gewindesteigung des Innengewindes der Gewindeaufnahme in zumindest einem Teilabschnitt des Innengewindes und des Außengewindes, wodurch eine automatische Selbsthemmung des Abstimmelements realisiert wird. Durch den Gewindefehler zwischen dem Außengewinde und dem Innengewinde stellt sich eine maximale Verspannung zwischen dem Außengewinde des Gewindeglieds und dem Innengewinde der Gewindebohrung im Resonanzfiltergehäuse an den axial entfernt liegenden Gewindeabschnitten ein, wodurch genau an diesen Stellen aufgrund der hohen Kontaktkräfte eindeutig reproduzierbare elektrische Bedingungen erzeugt werden, wodurch unerwünschte Intermodulationseffekte vermieden werden können. Nachteilig ist bei dieser Art von Hochfrequenzfilter vor allem der kritische Kontaktübergang vom Außengewinde des Abstimmelements zum Innengewindes des Gehäusedeckels. Bedingt durch Metallabrieb zwischen dem Abstimmelement und dem Gehäusedeckel können sich sogenannte Intermodulationsprodukte, d. h. Störfrequenzen bilden.
Die US 4,380,747 beschreibt ein weiteres Beispiel eines koaxialen Hochfrequenzfilters. Das in diesem Dokument offenbarte Hochfrequenzfilter umfasst einen Koaxialresonator, der aus einem elektrisch leitfähigen Außenleiter und einem elektrisch leitfähigen Innenleiter besteht. Der Außenleiter und der Innenleiter sind über eine elektrisch leitfähige Bodenplatte miteinander verbunden. Der Koaxialresonator ist durch einen elektrisch leitfähigen Deckel abgeschlossen. Die Frequenzabstimmung erfolgt durch einen Gewindestift, dessen Eintauchtiefe in den Innenleiter frequenzbestimmend ist. Bei exakt eingestellter Frequenz wird der Abgleichgewindestift mit einer Kontermutter fixiert. Nachteilig bei dieser Art von Koaxialresonator ist der kritische Kontaktübergang vom Gewindestift zum Deckel. Bedingt durch Metallabrieb und undefinierte Kontaktstellen zwischen Gewindestift und Gewindebohrung können sich Intermodulationsprodukte bilden. Ein weiterer Nachteil ist die Änderung der abgestimmten Frequenz während des Kontervorgangs. Ursache hierfür ist eine minimale axiale Bewegung des Abgleichstifts während der Betätigung der Kontermutter. Dieser Effekt hat negativen Einfluss auf die Gesamtabgleichzeit, da mehrere Korrekturabgleichvorgänge erforderlich sind.
Die oben beschriebenen Hochfrequenzfilter haben die Gemeinsamkeit, dass die Abstimmelemente, die in dem Gehäusedeckel lageveränderlich gehalten sind, aus Metall bestehen. Die Lageveränderung der Abstimmelemente wird dadurch erreicht, dass die Abstimmelemente ein Außengewinde aufweisen, das in ein Innengewinde der Gehäusedeckel eingeschraubt ist. Folglich befinden sich die Gewinde in dem hochfrequenzkritischen Resonatorinnenraum, wodurch zwangsläufig Intermodulationsprobleme auftreten. Weiterhin benötigen aus Aluminium gefertigte Resonatorengehäuse für die Aufnahme der entsprechenden Abstimmelement Einpressgewinde, da Aluminium für Feingewinde zu weich ist, so dass sich das Gewinde des Einstellelements festfressen kann. Wie bereits oben erwähnt sind die Abstimmelemente in den oben beschriebenen koaxialen Hochfrequenzfiltern an hochfrequenzkritischen Stellen angeordnet, so dass auch Ströme über den Kontaktbereich des Außengewindes des Abstimmelements und dem Innengewinde des Resonatorgehäuses fließen. In der Druckschrift EP 2 044 648 B1 wird dieses Problem durch verspannte Gewinde angegangen. Ein entsprechendes koaxiales Hochfrequenzfilter ist jedoch in seiner Herstellung aufwendig und daher kostspielig.
Weiterhin weisen aus dem Stand der Technik bekannte Hochfrequenzfilter eine unzureichende Frequenzstabilisierung bei einer Temperaturveränderung auf. Bei einem Auftreten von Temperaturschwankungen kommt es zu einer Veränderung der mechanischen Länge des Innenleiterrohres. Da die mechanische Länge umgekehrt proportional zur Frequenz ist, sinkt die Resonanzfrequenz des Filters, wenn sich die mechanische Länge mit zunehmender Temperatur vergrößert. Dieser Effekt kann beispielsweise bei einem Filter mit einer Resonanzfrequenz von 2,4 GHz bei einem Temperaturunterschied von 120°C zu einer Veränderung der Resonanzfrequenz von 5,7 MHz führen.
Bei Temperaturveränderungen tritt ein weiterer zweiter Effekt auf. Am freien Ende des Innenleiters ist eine Kapazität zwischen dem Deckel und dem Innenleiterrohr ausgebildet (sogenannte 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, also eine größere axiale Länge aufweisen 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 Temperaturerhöhrungen entgegen. Jedoch ist dieser Effekt kleiner als die oben beschriebenen Resonanzfrequenzverminderung aufgrund der Ausdehnung des Resonators, so dass keine ausreichende Temperaturkompensation vorliegt.
Um den Effekt der Abnahme der Kopf-Kapazität bei Temperaturerhöhungen zu verstärken, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Teile des Innenleiterrohrs oder aus dem 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 aufweisen. Jedoch hat diese Art der Kompensation einige Nachteile. Dadurch, dass der Innenleiter oder Teile des Innenleiters aus einem anderen Material als das Gehäuse bestehen, tritt immer eine Störstelle zwischen den 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 zusammengeführt werden, wobei mechanische Toleranzen in diesem Raum gravierende Einflüsse auf das Filter haben können. Wird ein Innenleiter z. B. nicht auf wenige hunderdstel Millimeter genau im Filter platziert, verändert sich die Koppelbandbreite zu allen benachbarten Resonatoren, was wiederum Probleme bei der Abstimmung mit sich bringen kann.
Aus der US 6,407,651 B1 ist ein Hochfrequenzfilter mit einer Temperatur-Kompensationseinrichtung bekannt. Dieser Hochfrequenz-Koaxialresonator umfasst ein Außenleitergehäuse mit einem daran axial angeordneten Innenleiterrohr. Das Innenleiterrohr endet mit einem Abstand unterhalb eines das Außenleitergehäuse verschließenden Deckels. Das Innenleiterrohr ist mit einer das Innenleiterrohr durchsetzenden Längsbohrung versehen, in welche von unten her eine Schraube eindrehbar ist. Die Schraube ist in ein Gegenstück eindrehbar, welches im Abstand zum freien Ende des Innenleiterrohres einen umlaufenden Rand aufweist, so dass zwischen diesem umlaufenden Rand des Gegenstücks und dem freien Stirnrand des Innenleiterrohres ein balgförmiges Element eingesetzt werden kann. Die Schraube weist dabei einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der geringer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizienten des beispielsweise aus Aluminium bestehenden Innenleiterrohres. Das balgförmige Ausgleichselement besteht ferner aus einem anderen Material verglichen mit dem Material der Schraube sowie des Innenleiterrohres.
Im Falle einer Temperaturzunahme mit einer entsprechenden Vergrößerung der Axiallänge des Innenleiterrohres wird durch diese Kompensationseinrichtung sichergestellt, dass das balgförmige Kompensationselement entsprechend weiter zusammengepresst wird, da sich die Gesamtkonstruktion aus Schraube und Gegenstück in der Gesamtlänge demgegenüber nur geringfügig in der Länge ändert. Diese Ausführungsform weist aber auch diverse Nachteile auf, da zusätzliche Elemente notwendig sind, da das balgförmige Element an der umlaufenden Stirnwand des Innenleiterrohres angeschweißt werden muss, etc.. Auch Intermodulationsprobleme können dadurch bedingt sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, ausgehend von dem gattungsbildenden Stand der Technik eine verbesserte und einfache Möglichkeit zum Abstimmen von Resonatoren, d. h. Einzelresonatoren, Hochfrequenzfiltern, Frequenzweichen, Bandpass filtern, Bandsperrfiltern und dgl. zu schaffen, die kostengünstiger zu realisieren ist und die oben beschriebenen Intermodulationsprobleme nicht aufweist und darüber hinaus eine verbesserte Temperaturkompensation aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochfrequenzfilter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter umfasst das Abstimmelement ein dielektrisches Material und/oder ist aus einem dielektrischen Material gebildet. Dadurch entstehen an den Kontaktpunkten des Abstimmelements mit dem Gehäusedeckel bzw. mit einer zwischen dem Gehäusedeckel und dem Abstimmelement angeordneten Buchse keine Intermodulationsprobleme, da die Verwendung von dielektrischen Material (Kunststoffe, Keramik etc.) für das Abstimmelement das Auftreten von Stromübergängen in metallischen Gewindebereichen vermeidet. Somit ist es auch möglich, dass das Abstimmelement von der Gehäusedeckelseite aus bedient wird, d. h. von der gleichen Seite wie üblicherweise auch Zusatzabgleichelemente (z. B. zur Verkopplungseinstellung zwischen Resonatoren). Eine Abstimmung über zwei Seiten des Hochfrequenzfilters, d. h. über die Gehäusedeckelseite und über die Gehäusebodenseite wird dadurch vermieden, ohne dass eine Intermodulationproblematik auftritt. Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Gehäuseboden bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter keine Abgleichöffnung aufweist, wodurch zusätzliche Abdichtmaßnahmen wie beispielsweise Dichtfolien, Dichtklebungen oder Umweltdeckel bei Außenanwendungen entfallen. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die thermische Längenausdehnung des aus einem dielektrischen Material bestehenden oder ein solches umfassenden Abstimmelements in dem Hochfrequenzfilter eine temperaturkompensatorische Wirkung aufweist, d. h. temperaturbedingte Frequenzänderungen können deutlich minimiert werden. Weiterhin ist anzumerken, dass ein entsprechend ausgebildetes Abstimmelement besonders kostengünstig herzustellen ist, da aufgrund der Materialwahl das Abstimmelement beispielsweise im Spritzgussverfahren sehr kostengünstig hergestellt werden kann.
Vorzugsweise kann das Abstimmelement ein Außengewinde aufweisen, und in dem Gehäusedeckel kann ein Innengewinde angeordnet sein, so dass eine Lageveränderung bzw. eine Positionsveränderung des Abstimmelements einfach durch Drehen des Abstimmelements bewirkt werden kann. Auch bei einer entsprechenden Ausführung treten keine Intermodulationsprobleme auf.
Vorzugsweise umfasst der Gehäusedeckel eine mit diesem galvanisch verbundene Buchse, die sich in Richtung des Gehäusebodens erstreckt. Das Abstimmelement ist dabei in der Buchse in seiner Axialstellung lageveränderlich gehalten.
Die Buchse kann mit dem Gehäusedeckel stoffschlüssig verbunden sein. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Gehäusedeckel aus einem Gussteil hergestellt wird, wobei die Buchse ein integrales Bestandteil des Gussdeckels ist. Alternativ kann die Buchse aber auch ein separates Bauteil sein, das mit dem Gehäusedeckel verbunden ist. Eine entsprechende Verbindung kann beispielsweise durch ein Einpressen der Buchse in den Gehäusedeckel oder durch ein Verlöten bzw. ein Verschweißen der Buchse mit dem Gehäusedeckel realisiert sein.
Vorzugsweise ist die Buchse als eine Gewindebuchse mit einem Innengewinde ausgebildet, und das Abstimmelement weist ein Außengewinde auf, das mit dem Innengewinde der Gewindebuchse in Eingriff steht. Durch eine entsprechende Ausgestaltung ist die axiale Lageveränderung des Abstimmelements besonders einfach und sehr genau möglich.
Vorzugsweise weist der Innenleiter eine Längsausnehmung auf, die sich von dem den Gehäusedeckel gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Innenleiters in Richtung des Gehäusebodens erstreckt, wobei das Abstimmelement in die Längsausnehmung des Innenleiters einführbar ist. Durch eine entsprechende Ausgestaltung des Hochfrequenzfilters lässt sich dessen Resonanzfrequenz besonders effektiv einstellen.
Vorzugsweise endet dabei die Buchse in Höhe des stirnseitigen Endes des Innenleiters oder taucht in die Längsausnehmung des Innenleiters ein, wobei das Abstimmelement aus dem dem Gehäuseboden gegenüberliegenden stirnseitigen Ende der Buchse herausragt. Auch eine entsprechende Ausgestaltung des Hochfrequenzfilters ermöglicht eine besonders effektive Einstellung der Resonanzfrequenz des Hochfrequenzfilters.
Vorzugsweise weist das Abstimmelement einen Zentralabschnitt auf, mittels dem das Abstimmelement lageveränderlich gehalten ist. Auf diesem Zentralabschnitt ist dann vorzugsweise ein Außengewinde aufgebracht. Weiterhin weist das Abstimmelement vorzugsweise eine Umlaufwandung auf, die durch eine um den Zentralabschnitt umlaufende Ausnehmung von dem Zentralabschnitt getrennt ist, so dass zwischen dem Zentralabschnitt und der Umlaufwandung ein Abstandsraum gebildet ist. Der Zentralabschnitt ist mit der Umlaufwandung über einen Abstimmelementboden verbunden. Das dem Gehäuseboden gegenüberliegende stirnseitige Ende der Buchse ist im Abstandsraum zwischen Zentralabschnitt und Umlaufwandung des Abstimmelements aufnehmbar, so dass die Umlaufwandung zwischen der Buchse und dem Innenleiter im Bereich dessen Längsausnehmung angeordnet ist. Das Abstimmelement ist folglich glockenförmig ausgebildet und ist im Querschnitt umgekehrt T-förmig.
Durch ein entsprechend ausgebildetes Hochfrequenzfilter ist die Resonanzfrequenz des Resonators besonders effektiv einstellbar. Darüber hinaus weist das entsprechend ausgebildete Hochfrequenzfilter besonders gute Temperaturkompensationseigenschaften auf. Weiterhin gewährleistet ein entsprechend ausgebildetes Hochfrequenzfilter einen wirksamen Überspannungsschutz. Denn der Abstand zwischen dem Innenleiterrohr im Bereich dessen stirnseitigen Endes und dem dem Gehäuseboden zugewandten stirnseitigen Ende der Buchse ist besonders klein, so dass in diesem Bereich die maximale elektrische Feldstärke am sogenannten offenen Ende des Innenleiters auftritt. An dieser Stelle besteht bei höheren Sendeleistungen aufgrund von Resonanzeffekten eine erhöhte Überschlaggefahr. Die Umlaufwandung des Abstimmelements ist zwischen dem Innenleiterrohr und der Gewindebuchse angeordnet, so dass das Abgleichelement bzw. das Abstimmelement aufgrund dessen Isolationswirkung zuverlässig vor Überschlägen schützt.
Vorzugsweise umfasst das Abstimmelement ferner einen um das Abstimmelement umlaufenden Kragen, der mit dem dem Gehäusedeckel gegenüberstehenden stirnseitigen Ende der Umlaufwandung verbunden ist und sich radial vom Zentralabschnitt weg gerichtet erstreckt. Ein entsprechend ausgebildetes Hochfrequenzfilter weist einen nochmals erhöhten Überschlagschutz am offenen Ende des Innenleiters auf, da der Kragen das stirnseitige Ende des Innenleiters überspannt, so dass ein Überschlag zwischen Innenleiter und Gehäusedeckelinnenseite zuverlässig unterbunden wird.
Vorzugsweise weist die Umlaufwandung des Abstimmelements eine Randkante auf, so dass die Umlaufwandung oberhalb der Randkante, d. h. zum Gehäusedeckel hin gerichtet eine kleinere Wandstärke aufweist als unterhalb der Randkante, d. h. zum Gehäuseboden hin gerichtet. Ein entsprechend ausgebildetes Hochfrequenzfilter weist nochmals verbesserte Temperaturkompensationseigenschaften auf.
Vorzugsweise bestehen die Gehäusewand und der Innenleiter aus einem ersten Material, das einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, oder die Gehäusewand besteht aus einem einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden ersten Material und der Innenleiter besteht aus einem einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisenden zweiten Material. Das Abstimmelement besteht aus einem dritten Material, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient des dritten Materials ist dabei größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials und/oder größer als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials.
Bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich in der Axialrichtung des Abstimmelements das Abstimmelement stärker aus als der Innenleiter und die Gehäusewand, so dass ein größerer Anteil der Umlaufwandung oberhalb der Randkante zwischen dem Innenleiter und der Buchse angeordnet ist, wodurch sich weniger dielektrisches Material zwischen dem Innenleiter und der Buchse befindet, wodurch sich die Kopf-Kapazität des Resonators verkleinert. Umgekehrt zieht sich bei einer Temperaturverminderung das Abstimmelement in der Axialrichtung stärker zusammen als der Innenleiter und die Gehäusewand, so dass ein kleinerer Anteil der Umlaufwandung oberhalb der Randkante zwischen dem Innenleiter und der Buchse angeordnet ist, wodurch sich mehr dielektrisches Material zwischen dem Innenleiter und der Buchse befindet, wodurch die Kopf-Kapazität des Resonators vergrößert wird.
Folglich wird die Verminderung der Kopf-Kapazität bei einer Temperaturerhöhung bei dem entsprechend ausgebildeten Hochfrequenzfilter verstärkt, so dass aufgrund der Verminderung der Kopf-Kapazität die damit einhergehende Erhöhung der Resonanzfrequenz stärker ausfällt, was eine stärkere Temperaturkompensation zur Folge hat, denn bei einer Temperaturerhöhung sinkt parallel die Resonanzfrequenz aufgrund mechanischen Verlängerung des Innenleiterrohrs. Selbiges gilt umgekehrt für die Temperaturkompensation bei einer Temperaturverminderung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: einen schematischen axialen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochfrequenzfilter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2: einen schematischen axialen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, so dass eine einmal in Bezug auf eine Zeichnung durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die übrigen Zeichnungen bzw. Figuren gilt, so dass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Hochfrequenzfilter dargestellt, das einen Resonator 1 umfasst. Das Hochfrequenzfilter kann aber auch mehrere miteinander gekoppelte Resonatoren 1 umfassen. Jeder Resonator 1 umfasst einen Innenleiter 10 und ein Außenleitergehäuse, das wiederum einen Gehäuseboden 20, einen vom Gehäuseboden 20 beabstandeten Gehäusedeckel 22 und eine zwischen dem Gehäuseboden 20 und dem Gehäusedeckel 22 umlaufende Gehäusewand 24 umfasst. Aus 1 ist ersichtlich, dass der Innenleiter 10 mit dem Gehäuseboden 20 und der Gehäusewand 24 einstückig ausgebildet ist. Der Gehäusedeckel 22 liegt auf den freien Enden der Gehäusewand 24 auf und kann beispielsweise mittels nicht dargestellten Schrauben mit den Stirnseiten der Gehäusewand mechanisch verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Gehäusedeckel 22 einstückig mit der Gehäusewand ausgebildet ist. Ein freies Ende 11 des Innenleiters 10, der die Stirnseite des Innenleiters 10 darstellt, weist zu der Innenseite des Gehäusedeckels 22 einen vorbestimmten Abstand auf.
Aus 1 ist ersichtlich, dass der Innenleiter 10 eine Längsausnehmung 12 aufweist, die sich von dem dem Gehäusedeckel 22 gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Innenleiters 10 in Richtung des Gehäusebodens 20 erstreckt. Bei den in den 1 und 2 dargestellten Resonatoren 1 sind die Innenleiter 10 als Innenleiterrohre 10 bzw. als Innenleiterzylinder 10 ausgebildet.
Aus den 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Hochfrequenzfilter ferner eine Buchse 40 aufweist, die in den dargestellten Ausführungsbeispielen als eine Gewindebuchse 40 mit einem Innengewinde 41 ausgebildet ist. Die Gewindebuchse 40 ist mit dem Gehäusedeckel 22 galvanisch verbunden. Die Gewindebuchse 40 kann folglich aus einem Metall bestehen oder kann aus einem dielektrischem Material bestehen, das mit einer Metallschicht überzogen ist. Selbiges gilt für den Gehäusedeckel 22, der entweder aus einem Metall gebildet ist oder aber metallisch beschichtet ist. Die Buchse 40 kann auch einstückig mit dem Gehäusedeckel 22 ausgebildet sein, so dass die Buchse 40 stoffschlüssig mit dem Gehäusedeckel 22 verbunden ist. Des weiteren ist es möglich, dass die Gewindebuchse 40 mit dem Gehäusedeckel 22 beispielsweise durch eine Einpressung verbunden ist. Die Gewindebuchse 40 kann mit dem Gehäusedeckel 22 auch über eine Verlötung oder eine Verschweißung galvanisch verbunden sein.
Die Gewindebuchse 40 taucht in die Längsausnehmung 12 des Innenleiters 10 ein. Jedoch ist es auch möglich, dass die Gewindebuchse 40 in Höhe des stirnseitigen Endes 11 des Innenleiters 10 endet. Auch ist es möglich, dass die Gewindebuchse 40 oberhalb des stirnseitigen Endes 11 des Innenleiters 10 endet. Die in den 1 und 2 dargestellte Gewindebuchse 40 erstreckt sich auch außerhalb des Resonatorinnenraums, so dass die Gehäusewandung der Gewindebuchse 40 sich über den Gehäusedeckel 22 nach außen hin erstreckt.
Das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter umfasst ferner ein Abstimmelement 30, das in seiner Axialstellung lageveränderlich in der Buchse 40 gehalten ist. Das Abstimmelement 30 weist dazu ein Außengewinde 32 auf einem Zentralabschnitt 31 auf. Das Außengewinde 32 steht mit dem Innengewinde 41 der Gewindebuchse 40 in Eingriff, so dass durch eine Drehung des Abstimmelements 30 dessen Axialstellung veränderbar ist. Das Abstimmelement 30 umfasst ferner eine Umlaufwandung 33, die durch eine um den Zentralabschnitt 31 umlaufende Ausnehmung 35 von dem Zentralabschnitt 31 getrennt ist. Somit ist zwischen dem Zentralabschnitt 31 und der Umlaufwandung 33 ein Abstandsraum 35 gebildet. Der Zentralabschnitt 31 ist mit der Umlaufwandung 33 über einen Abstimmelementboden 36 verbunden.
Das dem Gehäuseboden 20 gegenüberliegende stirnseitige Ende der Gewindebuchse 40 ist in dem Abstandsraum 35 zwischen dem Zentralabschnitt 31 und der Umlaufwandung 33 des Abstimmelements 30 aufgenommen. Somit ist die Umlaufwandung 33 zwischen der Buchse 40 und der Wandung des Innenleiterrohres 10 angeordnet. Durch Ein- und Ausdrehen des Abstimmelements 30 in den Resonatorinnenraum kann somit eingestellt werden, wie viel der Umlaufwandung 33 zwischen der Gewindebuchse 40 und dem Innenleiter 10 angeordnet ist, so dass dadurch die Kopf-Kapazität des Resonators 1 eingestellt werden kann. Das Abstimmelement 30 besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff also aus einem Dielektrikum. Umso mehr Material der Umlaufwandung 33 zwischen der Wandung der Gewindebuchse 40 und der Wandung des Innenleiters 10 angeordnet ist, desto größer wird die Kopf-Kapazität des Resonators 1. Folglich kann durch Hineindrehen des Abstimmelements 30 in die Längsausnehmung 12 des Innenleiters 10 die Kopf-Kapazität des Resonators erhöht werden. Durch Herausdrehen des Abstimmelements 30 aus der Längsausnehmung 12 des Innenleiters 10 befindet sich weniger dielektrisches Material zwischen der Gewindebuchse 40 und dem Innenleiter 10, so dass dadurch die Kopf-Kapazität des Resonators abgesenkt wird.
Da das Abstimmelement 30 aus einem dielektrischen Material bzw. aus einem Dielektrikum, so wie beispielsweise einem Kunststoff gebildet ist, treten an der Kontaktstelle des Außengewindes 32 mit dem Innengewinde 41 keine Intermodulationsprobleme auf. Durch Drehen des Abstimmelements 30 in der Gewindebuchse 40 entsteht kein Metallabrieb, die zu einer Intermodulationsproblematik führen könnten.
Die Umlaufwandung 33, die zwischen dem Innenleiter 10 und der Gewindebuchse 40 angeordnet ist, ist ein Überspannungsschutz des Resonators 1. Bei dem Koaxialresonator 1 tritt die maximale Feldstärke am offenen Ende 11 des Innenleiters 10 auf. Bei hohen Sendeleistungen erhöht sich die Überschlagsgefahr von dem Innenleiter 10 hin zur Gewindebuchse 40. Diese Überschlagsgefahr wird durch die Umlaufwandung 33 des Abstimmelements 30 erheblich vermindert.
Aus den 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Umlaufwandung 33 des Abstimmelements 30 eine sogenannte Randkante 34 aufweist. Die Wandstärke der Umlaufwandung 33 ist oberhalb der Randkante 34 kleiner als die Wandstärke der Umlaufwandung unterhalb der Randkante 34. In den dargestellten Ausführungsformen ist die Kante 34 der Gewindebuchse 40 zugewandt. Jedoch ist es auch möglich, dass diese Kante 34 der Innenwandung des Innenleiters 10 zugewandt ist.
In 2 ist ein Hochfrequenzfilter gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Aufbau des in 2 dargestellten Hochfrequenzfilter ist identisch mit dem in 1 dargestellten Hochfrequenzfilter, mit dem einzigen Unterschied, dass das Abstimmelement 30 ferner einen umlaufenden Kragen 37 umfasst, der mit dem dem Gehäusedeckel 22 gegenüberstehenden stirnseitigen Ende der Umlaufwandung 33 verbunden ist und sich radial vom Zentralabschnitt 31 weg gerichtet erstreckt. Dieser Kragen 37 hat eine weitere Reduzierung der Überschlagsgefahr zur Folge. Denn der Kragen 37 ist oberhalb des freien Endes 11 des Innenleiters 10 positioniert, so dass der Kragen 37 zwischen dem freien Ende 11 und der Innenwand des Gehäusedeckels 22 angeordnet ist. Somit wird ein Überschlag zwischen dem Innenleiter 10 und dem Gehäusedeckel 22 auch zuverlässig unterbunden.
Der Gehäuseboden 20, die Gehäusewand 24 und der Innenleiter 10 bestehen üblicherweise aus einem Metall, d. h. aus einem ersten Material, das einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Es ist auch möglich, dass die Gehäusewand 24 aus einem einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweisenden ersten Material und der Innenleiter 10 aus einem einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweisenden zweiten Material besteht. Wie bereits oben beschrieben kann das Abstimmelement beispielsweise aus einem Kunststoff, d. h. aus einem dritten Material bestehen, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Der dritte Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kunststoffes ist größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Materials und/oder größer als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Materials. Bei einer Temperaturerhöhung hat dies zur Folge, dass sich das Abstimmelement 30 stärker ausdehnt als der Innenleiter 10 und die Gehäusewand 24, so dass sich ein größerer Anteil der Umlaufwandung 33 oberhalb der Randkante 34 zwischen dem Innenleiter 10 und der Buchse 40 befindet. Dadurch befindet sich weniger dielektrisches Material, aus dem das Abstimmelement 30 gebildet ist, zwischen dem Innenleiter 10 und der Buchse 40, wodurch sich die Kopf-Kapazität des Resonators 1 verkleinert.
Bei einer Temperaturverminderung wiederum zieht sich das Abstimmelement in der Axialrichtung stärker zusammen als der Innenleiter 10 und die Gehäusewand 24, wodurch sich ein kleinerer Anteil der Umlaufwandung oberhalb der Randkante zwischen dem Innenleiter 10 und der Buchse 40 befindet, was wiederum zur Folge hat, dass sich mehr dielektrisches Material zwischen dem Innenleiter 10 und der Buchse 40 befindet. Dadurch vergrößert sich die Kopf-Kapazität des Resonators.
Bei den oben beschriebenen Hochfrequenzfilter kann das Außenleitergehäuse beispielsweise aus Aluminium, Messing, Invarstahl, Aluminiumguss oder Arnitekunststoff mit Glasfaser gebildet sein. Aus selbigen Materialien kann auch der Gehäusedeckel 22 gebildet sein. Das Abstimmelement kann beispielsweise aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS-Kunststoff) gebildet sein. Der Innenleiter kann aus den gleichen Materialien wie das Außenleitergehäuse gebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Resonator
10: Innenleiter
11: stirnseitiges/freies Ende
12: Längsausnehmung
20: Gehäuseboden
22: Gehäusedeckel
24: Gehäusewand
30: Abstimmelement
31: Zentralabschnitt
32: Außengewinde
33: Umlaufwandung
34: Randkante
35: Abstandsraum, Ausnehmung
36: Abstimmelementboden
37: Kragen
40: Gewindebuchse
41: Innengewinde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2044648 B1 [0005, 0007]
US 4380747 [0006]
US 6407651 B1 [0012]

Claims

Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, wobei das Hochfrequenzfilter folgende Merkmale aufweist: – das Hochfrequenzfilter umfasst zumindest einen Resonator (1) mit einem Innenleiter (10) und einem Außenleitergehäuse; – das Außenleitergehäuse umfasst einen Gehäuseboden (20), einen vom Gehäuseboden (20) beabstandeten Gehäusedeckel (22) und eine zwischen dem Gehäuseboden (20) und dem Gehäusedeckel (22) umlaufende Gehäusewand (24); – der Innenleiter (10) ist mit dem Gehäuseboden (20) galvanisch verbunden und erstreckt sich in axialer Richtung vom Gehäuseboden (20) in Richtung des Gehäusedeckels (22); – der Innenleiter (10) endet im Abstand vor dem Gehäusedeckel (22) und/oder ist vom Gehäusedeckel (22) galvanisch getrennt; und – das Hochfrequenzfilter () umfasst ein dem Innenleiter (10) gegenüberliegend angeordnetes Abstimmelement (30), das in dem Gehäusedeckel (22) in seiner Axialstellung lageveränderlich zumindest mittelbar gehalten ist und in den Resonatorinnenraum ragt, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (30) ein dielektrisches Material umfasst und/oder aus einem dielektrischen Material gebildet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Gehäusedeckel (22) umfasst eine mit dem Gehäusedeckel (22) galvanisch verbundene Buchse (40), die sich in Richtung des Gehäusebodens (20) erstreckt; – das Abstimmelement (30) ist in der Buchse (40) in seiner Axialstellung lageveränderlich gehalten.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – die Buchse (40) ist als Gewindebuchse (40) mit einem Innengewinde (41) ausgebildet; und – das Abstimmelement (30) weist ein Außengewinde (32) auf, das mit dem Innengewinde (41) der Gewindebuchse (40) in Eingriff steht.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Innenleiter (10) weist eine Längsausnehmung (12) auf, die sich von dem dem Gehäusedeckel (22) gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Innenleiters (10) in Richtung des Gehäusebodens (20) erstreckt; und – das Abstimmelement (30) ist in die Längsausnehmung (12) des Innenleiters (10) einführbar.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – die Buchse (40) endet in Höhe des stirnseitigen Endes des Innenleiters (10) oder taucht in die Längsausnehmung (12) des Innenleiters (10) ein; und – das Abstimmelement (30) ragt aus dem dem Gehäuseboden (20) gegenüberliegenden stirnseitigen Ende der Buchse (40) heraus.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 4 oder 5, sofern diese von Anspruch 2 abhängig sind, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – das Abstimmelement (30) weist einen Zentralabschnitt (31), mittels dem das Abstimmelement (30) lageveränderlich gehalten ist, und eine Umlaufwandung (33) auf, die durch eine um den Zentralabschnitt (31) umlaufende Ausnehmung (35) voneinander getrennt sind, so dass zwischen dem Zentralabschnitt (31) und der Umlaufwandung (33) ein Abstandsraum (35) gebildet ist, wobei der Zentralabschnitt (31) mit der Umlaufwandung (33) über einen Abstimmelementsboden (36) miteinander verbunden sind; – das dem Gehäuseboden (20) gegenüberliegende stirnseitige Ende der Buchse (40) ist im Abstandsraum (35) zwischen Zentralabschnitt (31) und Umlaufwandung (33) des Abstimmelements (30) aufnehmbar, so dass die Umlaufwandung (33) zwischen der Buchse (40) und dem Innenleiter (10) im Bereich dessen Längsausnehmung (12) angeordnet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufwandung (33) des Abstimmelements (30) eine Randkante (34) aufweist, so dass die Umlaufwandung (33) oberhalb der Randkante (34) eine kleinere Wandstärke aufweist als unterhalb der Randkante (34).
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstimmelement (30) ferner einen um das Abstimmelement (30) umlaufenden Kragen (37) umfasst, der mit dem dem Gehäusedeckel (22) gegenüberstehenden stirnseitigen Ende der Umlaufwandung (33) verbunden ist und sich radial vom Zentralabschnitt (31) weggerichtet erstreckt.
Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – die Gehäusewand (24) und der Innenleiter (10) bestehen aus einem einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweisenden ersten Material oder die Gehäusewand (24) besteht aus einem einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweisenden ersten Material und der Innenleiter (10) besteht aus einem einen zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten ausweisenden zweiten Material; – das Abstimmelement (30) besteht aus einem dritten Material, das einen dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist; und – der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient des dritten Materials ist größer als der erste Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Materials und/oder größer als der zweite Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Materials.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 9, sofern dieser von Anspruch 7 abhängig ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – bei einer Temperaturerhöhung dehnt sich in der Axialrichtung das Abstimmelement (30) stärker aus als der Innenleiter (10) und die Gehäusewand (24), so dass ein größerer Anteil der Umlaufwandung (33) oberhalb der Randkante (34) zwischen dem Innenleiter (10) und der Buchse (40) angeordnet ist, wodurch sich weniger dielektrisches Material zwischen dem Innenleiter (10) und der Buchse (40) befindet, wodurch sich eine Kopfkapazität des Resonators (1) verkleinert; und – bei einer Temperaturverminderung zieht sich in der Axialrichtung das Abstimmelement (30) stärker zusammen als der Innenleiter (10) und die Gehäusewand (24), so dass ein kleinerer Anteil der Umlaufwandung (33) oberhalb der Randkante (34) zwischen dem Innenleiter (10) und der Buchse (40) angeordnet ist, wodurch sich mehr dielektrisches Material zwischen dem Innenleiter (10) und der Buchse (40) befindet, wodurch sich eine Kopfkapazität des Resonators (1) vergrößert.