DE1541944A1

DE1541944A1 - Filter fuer Mikrowellen

Info

Publication number: DE1541944A1
Application number: DE19671541944
Authority: DE
Inventors: Mckee Frederick Brian
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1966-06-08
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1972-04-06
Also published as: GB1131114A; SE313882B; US3505618A; NL6707899A

Description

DR. MÜLLER-BORE DlPL.-lNG. GRALFS DR. MAlfrjfWQ^n^rtwerden |

PATENTANWÄLTE , _ . . „. , ,

Braunschweig, 'len 4.6«

Unser Zeichen:Ki/kl - U 734

The Marconi Company Limited iingliab Electric iiouse / Strand London ä,C,2 / iun&iand

Filter fur Mikrowellen Priorität: Großbritannien vom d.ü.tOüG {^3

Die Erfindung betrifft Filter far Mikrowellen,insbesondere dor Art^boi denen die elektrische brsat«schaltung de« erfuriiorliehen Filterkrciaca aus den punktförmig; verteilten Biiadwiderständen «it dea erforderlichen Werten durch eine Anordnung erzielt wird,die aua iüitenüen Gliedern vorgegebener Form und 4bmeasung besteht,welcbo in vorgegebenen Poeitionen in einem leitöndea behause,du» ebenfalls vorgegebene i'orni und Abmessung hat,in elektrischer Verbindung damit montiert sind,wobei die notwendigen geforderten Blindwideratande an den erforderlichen Stellen des Kilterkreiaes durch die genannten Glieder und das Gehäuse gebildet und in ihre« Wert durch die tb«ea«ungen der Glieder und dee Gehäuse* und durch die phyalkalischen üeaiohungen der Glieder untereinander und zu de* Gehäuse beationt werden.Nachfolgend eollen Filter der genannten Art kurs al» Filteranordnungen mit

leitenden Gehäuse bezeichnet werden* - ———*

BAD ORIGINAL

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Die Erfindung ist nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben.Dabei zeigt Figur 1 eine bekannte Filteranordnung mit leitendem Gehäuse,

bei der der Deckel entfernt ist. Figur 2 zeigt eine Filterschaltung,die näherungsweise und für den Zweck hinreichend die Ersatzschaltung mit punktförmig verteilten Blindwiderständen des Filters

nach Figur 1 darstellt. Figur 3 zeigt eine weitere bekannte Form eines Filters mit

leitendem Gehäuse,bei dem der Deckel entfernt ist. Figur 4 zeigt in gebrochener Darstellung eine Filteranordnung

mit leitendem Gehäuse gemäß der Erfindung,und Figur 5 ist eine Teilansicht zur Erläuterung einer Modifikation«

Die Figuren 1,2 und 3 dienen lediglich der Erläuterung und zeigen kein Teil der Erfindung.

Bei der bekannten Filteranordnung gemäß Figur t ist ein genau gefertigtes und Maßhaltiges Gehäuse 1 vorgesehen.In dem Gehäuse befindet sich eine Mehrzahl sorgfältig und maßhaltig spanabhebend bearbeiteter Metallglieder in genau festgelegten Positionen.Bei der in Fig.l dargestellten Filteranordnung sind sechs parallele zylindrische Glieder 2,3,4,5, 6 und 7 vorgesehen,von denen die Zylinder 2 und 7 einen geringeren Durchmesser haben als die anderen und abweichend von diesen von rechts quer durch das Gehäuse verlaufen,d.h. in elektrischer Verbindung mit der im Bild dem Betrachter zugekehrten Seite des Gehäuses verbunden sind.Die Zylinder

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3 bis 6 sind in leitender Verbindung mit einer Seitenwand des Gehäuses und ragen gegen die gegenüberliegende Gehäusewand, d.h.in der Figur die dem Betrachter zugekehrte Wand,ohne jedoch diese zu berühren.Die Zylinder 2 und 7 mit dem kleineren Durchmesser sind von Isolatoren (nicht dargestellt) in Bohrungen des Gehäuses aufgenommen und derart aufgebaut und Angeordnet,daß es möglich ist,Koaxialkabel,die fur die Zu- und Ableitung vorgesehen sind,von außerhalb des Gehäuses in die Bohrungen einzuführen,so daß deren Innenleiter mit den Zylindern 2 und 7 in Kontakt kommen.

Ein Filter gemäß Figur 1 wird üblicherweise als "Kamm"-Filter ("comb-line") bezeichnet.Das in erster Annäherung zutreffende Ersatzschaltbild dafür ist in Figur 2 dargestellt.Die Schaltung zeigt einen abgestimmten Eingangskreis LC2 und einen abgestimmten Ausgangskreis LC7,vier dazwischen liegende abgestimmte Kreise LC3 bis LC6 sowie Koppelkapazitäten K. Die Induktivitäten der abgestimtaten Kreise sind in der Hauptsache durch die Induktivitäten der Zylinder 2 bis 7 gegeben, wahrend die Kapazitäten der abgestimmten Kreise im wesentlichen durch die Kapazitäten zwischen den binden der Zylinder 2 bis 7 und der Gehäusewand,gegen die sie hinragen,sie jedoch nicht berühren,gebildet werden.Die Koppelkapazi täten" werden in der Hauptsache durch die Kapazitäten zwischen benachbarten Zylindern gebildet.

Figur 3 zeigt eine bekannte Filteranordnung mit leitendem Gehäuse vom Interdigitaltyp.Das Ersatzschaltbild dafür ist

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nicht gezeigt,darfte jedoch dem Fachmann bekannt sein. Der prinzipielle Unterschied zwischen Filtern nach Figur 3 und nach Figur 1 besteht darin,daß nach Figur 3 die leitenden Glieder,hier mit 2^f bis 7' bezeichnet,nicht alle gegen die gleiche Gehäusewand hinragen,sonde*n abwechselnd aufeinander folgende Glieder gegen die eine und die übrigen Glieder gegen die andere «Vand ragen. Die Glieder 2¹ und 7' dienen der Ein- und Auskopplung und sind in Bohrungen des Gehäuses isoliert gehaltert und so angeordnet,daß sie wie nach Fig.l in Verbindung mit den Innenleitern von Koaxialkabeln (nicht dargestellt) die von außerhalb des Gehäuses in die Bohrungen eingeführt werden,gebracht werden können.Die Glieder 2*,4* und 6* stehen in galvanischer Verbindung mit der einen ..and des Gehäuses (die dein Betrachter zugekehrt ist) und die Glieder 3',5' und 7* sind mit der anderen Gehäusewand galvanisch verbunden. In Figur 3 sind die leitenden Glieder als Stäbe oder Streifen dargestellt,statt als Zylinder wie in Fig.I₁ jedoch können die leitenden Glieder jede beliebige Querschnitt und Formen haben, sowohl bei Kammfiltern als auch bei Interdigitalfiltern. Ebenfalls kann natürlich jede gewünschte Anzahl von leitenden Gliedern in beiden Fällen verwendet werden.Tatsächlich dienen die Figuren 1 und 3 lediglich zur Erläuterung der FiIterart, auf die sich die Erfindung bezieht.

Bei Filtern dieser ^üauart ist eine sehr hohe Maßhaltigkeit bei der Fertigung erforderlich.Bei bekannten Filtern wird diese Maßhaltigkeit oft durch Fräsen des Gehäuses (mit Ausnahme von Deckel und Boden) und manchmal auch der leitenden

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Glieder aus dem vollen Material heraus erzielt.Dies ist zweifellos sehr aufwendig.In anderen Fällen wird,um das teuere Fräsen zu vermeiden,das Gehäuse aus starken und steifen Metallplatten hoher Güte gefertigt und die leitenden Glieder werden gesondert hergestellt.Dies ist jedoch ebenfalls ein teurer Herstellungsprozeß,wenn auch nicht so teuer wie das Ausfräsen aus dem Vollen.Welches Fertigungsverfahren jedoch auch angewandt wird,besteht immer die Notwendigkeit,daß die Oberflächen der Teile,die einander kontaktieren müssen,so beschaffen sind,daß sich eine wirklich erstklassige niederohmige Verbindung ergibt,weil andernfalls die Güte Q des Filters herabgesetzt wird.Dadurch wird die Genauigkeit bei der Herstellung jedoch heraufgesetzt und somit aucl. die Kosten.Es müssen somit auch bei Filtern,die aus dem Vollen gefräst sind und bei denen lediglich Deckel und Boden gesondert gefertigt sind,diese Teile durch eine Vielzahl von Schrauben,in Fig.3 mit S angedeutet,befestigt werden.Kurz gesagt,die bekannten Anordnungen gemäß Fig.l und 3 sind teuer in der Herstellung - insbesondere wenn eine Anzahl von Filtern einander angepaßt werden muß - und schwer.

Ganz abgesehen von den fertigungstechnischen Schwierigkeiten haben bekannte Anordnungen nach den Figuren 1 und 3 jedoch noch einen schwerwiegenden betriebstechnischen Nachteil,indes sie leicht dazu neigen,Mikrophonieeffekte zu offenbaren.Werden sie einer mechanischen Vibration oder einem Stoß ausgesetst, so können die leitenden Glieder,insbesondere wenn sie einen schmalen Querschnitt haben -beispielsweise dünne zylindrische

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oder dünnen stabförmige Glieder - in Schwingungen geraten, was dazu führt,daß die hochfrequente Energie im Filter unerwünscht moduliert werden kann.Dies ist jedoch ein schwerwiegender Fehler.

Die Erfindung zielt darauf ab,Filteranordnungen mit leitenden Gehäuse zu schaffen,bei denen die vorgenannten fertigungstechnischen Nachteile weitgehend verringert sind und bei denen insbesondere der genannte Fehler der Mikrophonieer^cheinung für praktische Zwecke beseitigt ist.

Gemäß der Erfindung besteht eine Filteranordnung mit einen leitenden Gehäuse aus einem Block aus dielektrischem Material, dessen Außenseite mit einem äußeren Auftrag eines leitenden Films versehen ist,um das Gehäuse zu bilden,und der mit Bohrungen versehen ist,deren Innenwände ganz oder teilweise mit einem leitenden Film belegt sind,um so die leitenden Glieder auszubilden.

Eines oder mehrere der leitenden Glieder können dabei vollständig durch Aufträge leitenden Films auf die Wandungen der Bohrungen gebildet werden.Sie können auch teilweise in dieser Art und teilweise durch Metallglieder,beispielsweise Stäbe oder Streifen,gebildet werden,welche in die Bohrungen eingeführt werden und die leitenden Aufträge der Innenwandungen berühren.Die Bohrungen können jede geeignete Anordnung und Querschnittsform haben,wobei die einfachste jedoch aus einer Mehrzahl paralleler Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt,. die sich durch den Block hindurch erstrecken,besteht.

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Ist eine Einstellung der Filtereigenschaften nach der Fertigung erforderlich,so kann dies leicht bewirkt werden,indem Metallische oder dielektrische Gewindestücke verstellbar in die landen der Bohrungen eingeschraubt werden (falls erforderlich), die in einem einstellbaren Maß gegen die leitenden Glieder in diesen Bohrungen hin ragen,ohne diese jedoch zu berühren.

VorzugsA'eise ist der leitende Film elektrolytisch aufgetragen, jedoch können auch andere geeignete und an sich bekannte Auftriigsverfahren angewandt werden.Silber ist ein sehr geeignetes Auftragsmaterial.Für den Block kann ein beliebiges dielektrisches -Material verwendet werden, jedoch ist Polystyrol besonders geeignet.

Vorzugsweise ist die Oberfläche des aufgetragenen Films durch Überzüge von Hartplastikmaterial geschützt.

Figur 4 zeigt lediglich als Beispiel ein erfindungsgemäßes Filter mit leitendem Gehäuse,Wie Figur 1 zeigt Figur 4 ein Kammfilter,jedoch kann die Erfindung gleichermaßen bei Interdigitalfiltern zum Einsatz kommen,wie in Fig.3 dargestellt, wie auch bei jeder anderen Form eines Filters mit leitenden Gehäuse.In Figur 4 ist der Filmauftrag durch Schraffur dargestellt. Die Außenseite des Blocks ist gebrochen dargestellt, um Einblick in das Innere zu gestatten.

In Figur 4 zeigt B einen vollen rechteckförmigen Block aus Polystyrol,der spanabhebend genau maßhaltig gefertigt ist. Dieser Block weist Querlöcher H2 bis H7 mit kreisförmige« Querschnitt auf,die gemäß Fig.4 parallel zueinander durch den *

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Block hindurch verlaufen.Die Innenwände dieser Bohrungen sind wie angedeutet über die erforderliche Länge und die gesamte äußere Oberfläche des Blocks ist mit einem elektrolytisch aufgebrachten Silberfilm belegt.Die oilberbeläge der Lochwandungen ersetzen die Zylinder 2 bis 7 der Figur 1 und erfüllen die gleiche Funktion wie diese.In gleicherweise ersetzt der Belag auf der Außenseie des Blocks das Gehäuse 1 gemäß Figur 1.Diese Beläge sind ihren Funktionen angemessen, auf urung der hohen Frequenzen,für die die Filter ausgelegt sind - Frequenzen im Megahertzbereich bis zu 3000 .41Iz oder höher,falls gefordert.Für die Aufnahme von Eingang3-und Ausgange· Koaxialkabeln (nicht dargestellt) in den ^nden der Bohrungen H2 und H7 sind Vorkehrungen getroffen.Beispielsweise,kann, wie für die Bohrung H2 angedeutet,das geeignete EnJe dieser Bohrung mit Innengewinde versehen werden,um ein Einschrauben des äußeren ^ndes eines Koaxialverbinders (nicht dargestellt) zu gestatten.Es kann auch ein Scheibe-und ätift-Verbinder P in das Ende des Belags in der Bohrung eingepaßt werden,der ■it dem Innenleiter des Kaxxialsteckers verbunden werden kann. Ist eine Einstellung des Filters nach der Fertigung erforderlich, so kann dies erzielt werden,indem in eine oder mehrere der Bohrungen Gewindesticke eingeführt werden,deren Enden geringere durchmesser als die Bohrung haben und in einem einstellbaren üiafi in den mit dem Belag versehenen Teil hineinragen. Ein derartiges Einstellstück ist im Uide der Bohrung 114 in Fig.4 bei A dargestellt,jedoch können solche Einsteilstück·, falls erforderlich,in beliebige oder alle Bohrungen eingesetzt werden.

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Absctiließend wird der Ge samt anordnung ein Schutzüberzug aus Hartplastik gegeben,so daß der andernfalls ungeschützte Silberbelag mechanisch geschützt ist.

In der durch Figur 5 teilweise gebrochen dargestellten Abwandlung,die auf alle oder beliebige der leitenden Glieder des erfindungsgemaiien Filters angewandt werden kann,erstreckt sich der Üetallbelag nicht über die Gesamtläng ; der Bohrung, sondern ist nur an derera einen ttnde vorgesehen,nämlich an dem £nde,an dem der Belag in den der Außenseite des Blocks übergeht. (Es versteht sich,daß bei der Anordnung η ich Figur 4 der erforderliche elektrische Kontakt zwischen den leitenden Gliedern und dem Gehäuse (Außenbelag des Blocks) dadurch erzielt wird,daß der Belag der Innenwände der Bohrung kontinuierlich an den geeigneten ünden in den Ö lag der Blockaui'eiiseite übergeht.) In das linde der Bohrung ohne Belag wird bei der Abwandlung ein ütab R,beispielsweise aus Messing,mit der erforderlichen Länge eingeführt,dessen eines ftnde in den mit dem Belag versehenen Teil der Bohrung einpaßt.

Es ist offenbar,daß ein erfindungsgemäßes Filter sehr viel billiger und leichter ist als ein vergleichbares bekanntes Filter.Ist die Anzahl Filter gleicher Auslegung groß genug, um die Kosten einer entsprechenden Gießform zu rechtfertigen, so kann üer Block mit den Querlöchern im Spritzgußverfahren hergestellt werden,ein Verfahren,für das Polystyrol sehr geeignet ist.dadurch werden spanabhebenden Arbeiten weiter verringert.Falls bevorzugt,kann der Block auch aus zwei zusai«

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nengesetzten Körpern,wobei zwei oder gar mehrere Teile gesondert gegossen oder in anderer Weise gefertigt werden» zusammengebaut werden.Filter gleicher Auslegung haben dabei in hohem Grade gleiche Eigenschaften,d.h. die Fertigung führt su einer guten Reproduzierbarkeit der Filter.Die Anzahl der zusammenzubauenden Teile ist minimal,so daß Schwierigkeiten durch Übergangswiderstünde stark herabgesetzt sind und hohe Güten leicht erzielt werden können.Darüberhinaus sind erfindungsgemäße Filter auf (irund der hohen L»ielektrizitätakonstante des festen Isoliermaterial* verglichen mit Luft sehr viel kleiner als herkömmliche vergleichbare Filter. Dazu kommt eine hohe Temperaturstabilität und die Eigenschaft, von Schwankungen der Luftfeuchtigkeit nicht beeinflußt zu werden.Die wichtigste Eigenschaft ist aber schließlich die, daß f-ir alle praktischen Zwecke keine Störung durch Mikrofon!· auftritt.

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Claims

iegexempi- ■■

stiehl geändert vvcröf-

Patentansprüche

1. Filter für Mikrowellen mit einem leitenden Gehäuse, gekennzeichnet durch einen Block aus dielektrischem Matwrial, dessen Außenseite mit einem Außenbelag eines leitenden Films versehen ist,um so das "Gehäuse" zu bilden,und der Bohrungen aufweist,deren Innenwände ganz oder teilweise mit einem leitenden Film belegt sind,um so die leitenden Glieder oder Teile davon auszubilden.

2* Filter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet,daß eines oder mehrere der leitenden Glieder vollständig durch den Belag der Innenwand oder Innenwände der Bohrungen mit einem leitenden Film gebildet wird.

3. Filter nach Anspruch 1,dadurch gekennzeicnnet,daß eines oder mehrere der leitenden Glieder teilweise durch Belag der •Innenwand der Bohrung mit einem leitenden Film und teilweise durch metallische Glieder,die in die Bohrungen eingeTüfirt werden und den Innenwandbelag berühren,gebildet wird bzw. werden.

4. Filter nach Anspruch 1-3,dadurch gekennzeichnet,daß die Bohrungen durch eine Mehrzahl paralleler Löcher mit kreisförmigem Querschnitt,die sich quer durch den Block hindurch erstrecken,gebildet werden.

5. Filter nach einen der vorhergehenden Ansprüche,dadurch ^ekenuzeichnet,dau eine Einstellung tier Filtereigenschaften nach der Fertigung durch metallische oder dielektrische Gewindestücke, die verstellbar in die linden der Bohrungen (wo es

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erforderlich ist) eingeschraubt werden und in einem einstellbaren Maß gegen die leitenden Teile in diesen bohrungen=hin ragen,diese jedoch nicht berühren,erzielt werden kann.

(J. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß der leitende Film elektrolytisch aufgetragen wird·

7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch £,ekennzöiehnet,daß der aufgetragene Belag aus oilber besteht, und das dielektrische Material des Blocks Polystyrol ist.

8. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß der aufgetragene leitende ^elag durch einen 'berzug aus Hartplastikmaterial geschützt ist.

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