DE19842040B4

DE19842040B4 - Dielektrisches Filter

Info

Publication number: DE19842040B4
Application number: DE1998142040
Authority: DE
Inventors: Moriaki Soma Ueno
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: DE19842040A1

Abstract

Dielektrisches Filter, umfassend: mindestens einen in einem leitenden Gehäuse (1) aufgenommenen dielektrischen Resonator (6; 56), wobei an mindestens einen Anschluß von einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) ein Wendelresonator (5; 55, 65; 65; 95) mit einem Spulenteil aus einem Leiter etwas kürzer als ein ungeradzahliges Vielfaches (λ/4, 3λ/4 ...) eines Viertels der Wellenlänge des Soll-Resonanzsignals und mit einer Kapazität zwischen einem Ende des Spulenteils und dem leitenden Gehäuse angeschlossen ist, um den Weldelresonator und den dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein dielektrisches Filter. Ein solches Filter dient z.B. zur Verwendung in einem Teil einer elektronischen Vorrichtung oder einem elektronischen Gerät, beispielsweise einer von einem Sendesignal und einem Empfangssignal gemeinsam benutzten Vorrichtung (Duplexer), wie sie in einer zellularen Basisstation verwendet wird.
In den 13 und 14 ist ein herkömmliches dielektrisches Filter 231 gezeigt, bei dem ein aus Keramikmaterial gefertigter und die Form eines Zylinders aufweisender dielektrischer Resonator 233 an der Bodenwand in einem Metallgehäuse 232 befestigt ist, wobei das Innere des Metallgehäuses von einem Gehäusedeckel 232a verschlossen ist, um elektromagnetische Energie innerhalb des Metallgehäuses 232 zu halten.
Außerdem ist beispielsweise an der linken Seitenwand des Metallgehäuses 232 durch Befestigen einer Lagerplatte 232b mit Schrauben ein Eingangsverbinder 234a angebracht. Ein Ausgangsverbinder 234b ist auf der rechten Seitenwand des Metallgehäuses durch Befestigen einer Lagerplatte 232c mit Schrauben gelagert. Die führenden Enden der Mittelleiter 235a und 235b des Eingangsverbinders und des Ausgangsverbinders 234a bzw. 234b sind derart ausgebildet, daß sie sich durch die linke bzw. die rechte Seitenwand hindurch erstrecken und in das Metallgehäuse 232 hineinstehen.
Die Enden von Koppelschleifen 240a und 240b auf der Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite sind als Spulen ausgebildet und stehen elektrisch mit den Führungsenden der jeweiligen Mittelleiter 235a und 235b durch Löten in Verbindung. Die anderen Enden der Koppelschleifen 240a und 240b sind durch Löten mit der inneren Umfangswand des Metallgehäuses 232 elektrisch verbunden. Damit hat das dielektrische Filter 231 einen Aufbau, mit dem es in der Lage ist, die Koppelschleifen 240a und 240b magnetisch mit dem dielektrischen Resonator 233 zu koppeln.
Bei diesem bereits konzipierten dielektrischen Filter sind mit den führenden Enden der Mittelleiter 235a und 235b die jeweils einen Enden von im wesentlichen linearen Sonden verbunden, die in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt sind, während die anderen Enden der Sonden entlang der inneren Umfangswand des Metallgehäuses 232 verlaufen, um auf diese Weise die Sonden magnetisch mit dem dielektrischen Resonator 233 zu koppeln.
Bei diesem bereits konzipierten dielektrischen Filter 231 wird ein über den Eingangsverbinder 234a auf der Eingangsseite eingegebenes Signal auf die Koppelschleife 240a oder (nicht gezeigte) Sonde auf der Eingangsseite gegeben, allerdings ist das Signal schwach. Deshalb ist die in der Koppelschleife 240a oder der Sonde entstehende magnetische Energie nicht groß. Es ergibt sich folglich das Problem, daß nicht ausreichende magnetische Kopplung zwischen der Koppelschleife 240a oder der Sonde einerseits und dem dielektrischen Resonator 233 andererseits erreicht wird und folglich ein Signal nicht mit der erwünschten Wirkungsweise transportiert werden kann. Ein weiteres Problem ergibt sich dadurch, daß ein gewünschtes Signal ebensowenig wie eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator 233 und der Koppelschleife 240b oder Sonde auf der Ausgangsseite erzielbar ist, wenn ein Signal auf den Ausgangsverbinder 234b gegeben wird.
Bei dem bereits konzipierten dielektrischen Filter 231 wird der Nutenschritt zwischen der Koppelschleife 240a auf der Eingangsseite und der Koppelschleife 240b auf der Ausgangsseite eingestellt, wenn die elektrische Kennlinie gesteuert werden soll. Allerdings ergibt sich dabei das Problem, daß der einstellbare Bereich des Nutenschritts nurmehr ziemlich schmal ist, und daß feinere Einstellungen des Nutenschritts, falls überhaupt, nur mit erheblichem Zeit- und Arbeitsaufwand möglich sind.
Wird ein derartiges dielektrisches Filter 231 in eine elektronische Vorrichtung oder ein elektronisches Gerät eingebaut, so ergibt sich das Problem, daß man vorbestimmte stabile elektrische Kennwerte allenfalls nur schwierig erzielen kann und bei der Fertigung zahlreiche defekte Bauteile entstehen.

Aus der US 2,890,422 ist ein dielektrisches Filter ähnlich dem oben beschriebenen herkömmlichen Filter bekannt. Bei diesem bekannten Filter ist ein dieletrischer Resonator von einem geschlossenen magnetischen Ring durchsetzt, dessen Permeabilität durch einen eingespeisten Gleich- oder Wechselstrom modifizierbar ist. Zum Einspeisen des Stroms wird eine Spule verwendet. Das in Bezug auf den dielektrischen Resonator wirkende Magnetfeld wird eingestellt durch Ändern der Steigung einer Kopplungsschleife, wie dies oben in Verbindung mit 13 und 14 erläutert wurde, oder durch Ändern der Stärke eines Stromflusses in dem magnetischen Ring. Erhöht man die Anzahl der Windungen bei der erwähnten Spule, läßt sich eine ausreichende magnetische Kopplung erreichen, allerdings funktioniert dies nicht bei sehr hohen Betriebsfrequenzen, das heißt bei Frequenzen von mehreren hundert MHz.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein dielektrisches Filter zu schaffen, bei dem die Koppel-Kennwerte verbessert werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein dielektrisches Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird ein mehrstufiges dielektrisches Filter geschaffen, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Da bei dem erfindungsgemäßen dielektrischen Filter ein gewünschtes Signal von dem wendelförmigen Resonator zum Schwingen gebracht wird und der Eingangsanschluß oder der Ausgangsanschluß einerseits und der dielektrische Resonator andererseits magnetisch miteinander über ein durch diese Resonanz entstandenes Magnetfeld gekoppelt sind, läßt sich zwischen dem dielektrischen Resonator und entweder dem Eingangs- oder dem Ausgangsanschluß eine ausreichende Kopplung erreichen. Damit kann ein dielektrisches Filter realisiert werden, welches vergleichsweise geringe Verluste aufweist, und welches außerdem in einer mehrstufigen Anordnung ausgebildet ist sowie hervorragende Selektivität besitzt.

Bei diesem dielektrischen Filter besitzen die in den Submoden erhaltenen und einander entgegengesetzte magnetische Richtungen aufweisenden Resonanzmagnetfelder, die in dem dielektrischen Resonator in der Nachbarschaft des ausgangsseitigen Erregers erzeugt werden, jeweils gleiche Stärke in dem ausgangsseitigen Erreger, und diese Resonanzmagnetfelder werden in dem ausgangsseitigen Erreger ausgelöscht. Damit wird das entsprechende Signal in dem Submode durch den ausgangsseitigen Erreger abgeschnitten, und es läßt sich eine hervorragende Selektivitäts-Kennlinie realisieren.

Wünschenswert ist es, wenn die Schnittrichtung der Erregungsrichtung des ausgangsseitigen Erregers und der Erregungsrichtung des eingangsseitigen Erregers eine Schnittrichtung annehmen.

Bei einer Vorrichtung mit dem Filter der erfindungsgemäßen lassen sich vergleichsweise geringe Verluste und hervorragende Selektivität erzielen, da das dielektrische Filter mit ausreichender Kopplung zwischen Eingangsanschluß oder Ausgangsanschluß einerseits und einem dielektrischen Resonator andererseits verwendet wird.

Wenn bei der elektronischen Vorrichtung das dielektrische Filter verwendet wird, welches imstande ist, nicht benötigte Resonanzmagnetfelder in Submoden durch einen Erreger auf der Ausgangsseite abzuschneiden, läßt sich eine hervorragende elektronische Vorrichtung realisieren, die extrem rauscharm ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 einen Grundriß des dielektrischen Filters nach 1 in einem Zustand, in dem ein Deckel, ein Distanzstück und eine Blattfeder von der Anordnung entfernt wurden;
3 eine perspektivische Schnittansicht des dielektrischen Filters nach 1;
4 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters nach 1;
5 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Geräts, in dem das dielektrische Filter gemäß der Ausführungsform der Erfindung angewendet ist bei einem Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer, der in einer zellularen Basisstation verwendet wird;
6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
7 einen Grundriß des dielektrischen Filters nach 6, von dem ein Deckel, ein Distanzstück und eine Blattfeder abgenommen sind;
8 eine perspektivische Teil-Schnittansicht des dielektrischen Filters nach 6;
9 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters nach 6 und 7;
11 eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen der Arbeitsweise des dielektrischen Filters nach 6;
12 ein schematisches Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung, in der das dielektrische Filter gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eingebaut ist für einen Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer, wie er in einer zellularen Basisstation eingesetzt wird;
13 einen Grundriß eines bereits konzipierten dielektrischen Filters; und
14 eine Seiten-Schnittansicht des bereits konzipierten dielektrischen Filters.
Zunächst soll eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters erläutert werden.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Rahmen- oder Gehäusekörper 1 des dielektrischen Filters aus leitendem Material hergestellt, beispielsweise aus Aluminium (Al), und besitzt Seitenwände 1a und 1b, welche die vier Ecken verbinden oder umspannen. Zwei Paare einander gegenüberstehender Trennwände 1c erstrecken sich von jeder der Längsseitenwände 1a in das Innere des Rahmenkörpers 1 hinein. Der Innenraum des Rahmenkörpers 1 ist von den Trennwänden 1c aufgeteilt in ein erstes Abteil 1j, ein zweites Abteil 1k und ein drittes Abteil 1m. Zwischen jedem Paar einander gegenüberliegender Trennwände 1c befindet sich ein Fenster 1i.
In einer Seitenwand 1a (auf der unteren Seite in 1) sind mehrere Nuten 1d (z. B. sechs Nuten), die sich von der unteren Stirnfläche der Seitenwand 1a ausgehend nach oben erstrecken. Außerdem sind mehrere (hier: zwei) Gewindelöcher 1e ausgebildet. Die Nuten 1d sind in Zweiergruppen in der Seitenwand 1a ausgebildet, entsprechend dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abteil 1j, 1k bzw. 1m. Die Gewindelöcher 1e in der Seitenwand 1h gehören zu dem ersten Abteil 1j und dem dritten Abteil 1m an den beiden Seiten des Rahmenkörpers 1.
Die Durchgangslöcher 1f und mehrere (nicht gezeigte), beispielsweise zwei Gewindelöcher an den beiden Seiten jedes der Durchgangslöcher 1f sind etwa in der Mitte der beiden Seitenwände 1b ausgebildet. Mehrere Gewindelöcher 1g (im vorliegenden Fall beispielsweise 12 Gewindelöcher) erstrecken sich durch die Seitenwände 1a und 1b in den oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und 1b.
Ein Eingangsverbinder 2 und ein Ausgangsverbinder 3 besitzen Mittelleiter 2a bzw. 3a in ihren Mitten und sind mit bundförmigen Lagerplatten 2b bzw. 3b in deren Mittelbereich ausgestattet. Außerdem sind der Eingangsverbinder 2 und der Ausgangsverbinder 3 an den zugehörigen Seitenwänden 1b mit Schrauben 15 oder dergleichen fixiert, so daß die Mittelleiter 2a und 3a durch die Durchgangslöcher 1f in den Seitenwänden 1b hindurchreichen und Teile der Verbinder 2 und 3 von den Seitenwänden 1b nach außen abstehen. Im fixierten Zustand liegen die Mittelleiter 2a und 3a so, daß sie in das Innere des Rahmenkörpers 1 vorstehen.
Eine durch Versilbern einer Stahlplatte gebildete Bodenplatte 4 in Form einer flachen Rechteckplatte mit einer Dicke von 1 mm besitzt mehrere (nicht gezeigte) Löcher (im vorliegenden Beispiel 12 Löcher) an ihrem Umfang, und zwar an solchen Stellen, die den Gewindelöchern 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen.
Die Bodenplatte 4 ist derart angeordnet, daß sie die Unterseite des Rahmenkörpers 1 verschließt und fest an der unteren Fläche des Rahmenkörpers 1 durch (nicht gezeigte) Schrauben befestigt ist. Von der Bodenplatte 4 wird der Rahmenkörper 1 zu einem Gehäuse ergänzt. Im angebrachten Zustand bildet die Bodenplatte 4 die Bodenwand des Gehäuses.
Obschon die Bodenplatte 4 als ein von dem Rahmenkörper 1 getrenntes Teil ausgebildet ist, könnte die Bodenplatte auch mit dem Rahmenkörper 1 einstückig, also integriert ausgebildet sein, beispielsweise durch Gießen oder dergleichen, so daß man ein an einem Ende integriert verschlossenes Gehäuse hätte.
In dem ersten und dem zweiten Abteil 1j und 1m des Rahmenkörpers 1 befinden sich wendelförmige Resonatoren 5, die jeweils schraubenförmige oder wendelförmige Spulenteile 5a enthalten. Die gesamte Wendel-Länge jedes Spulenteils 5a ist etwas kürzer als eine Viertelwellenlänge λ/4 einer Wellenlänge (λ) eines Soll-Resonanzsignals. Der Spulenteil 5a jedes wendelförmigen Resonators 5 liegt etwa parallel zu der Querwand 1b des Rahmenkörpers 1. Zwischenabschnitte der Spulenteile 5a sind durch sogenannte Anzapfverbindung mit den Mittelleitern 2a und 3a der Eingangs- und Ausgangsverbinder 2 und 3 durch (nicht gezeigte) Verlötung oder dergleichen verbunden. Diese Anzapfverbindung dient zur Impedanzanpassung.
Ein Ende 5b jedes Spulenteils 5a ist durch (nicht gezeigte) Verlötung oder dergleichen über eine Innenwand einer Seitenwand 1a mit Masse verbunden. Das andere Ende 5c des Spulenteils bildet ein offenes Ende. In der anderen Seitenwand 1a gegenüber dem anderen Ende 5c des Spulenteils befindet sich jeweils eines der Gewindelöcher 1e. In die Gewindelöcher 1e sind mit Hilfe von Muttern 13 Kapazitäts-Einstellschrauben 12 eingedreht. Ein vorderes Ende jeder Kapazitätseinstellschraube 12 bildet mit dem zugehörigen freien Ende 5c des Spulenteils 5a einen Kondensator.
Der Abstand zwischen dem vorderen Ende der Kapazitätseinstellschraube 12 und dem freien Ende 5c des Spulenteils wird geändert durch Einstellung des Einschraubhubs der jeweiligen Kapazitätseinstellschraube 12. Der Kapazitätswert des hierdurch gebildeten Kondensators läßt sich entsprechend der Abstandsänderung variieren.
Jeder wendelförmige Resonator 5 enthält den Spulenteil 5a und einen Kondensatorteil, der in der Nähe des freien Endes 5c am offenen Ende des Spulenteils 5a gebildet wird, und dessen Kapazitätswert sich ändern läßt.
Jeder der aus Keramik hergestellten dielektrischen Resonatoren 6 besteht aus einem dielektrischen Material, beispielsweise entsprechend dem BaO-TiO₂-Nd₂O₃-System (mit einer Dielektrizitätskonstanten: ϵ r = 90) oder dergleichen in Form eines Zylinders, wobei jeder Resonator eine Oberseite 6a, eine Unterseite 6b und einen Zylindermantel 6c aufweist, der sich zwischen der Oberseite 6a und der Unterseite 6b erstreckt. Auf den Oberseiten 6a und den Unterseiten 6b befinden sich Leiter 7, die durch Aufbringen und Anbacken einer leitenden Paste oder durch ein Verfahren wie z. B. das stromlose Abscheiden ausgebildet sind. Die vertikale Abmessung L1 jedes dielektrischen Resonators 6 ist entsprechend der Beziehung L1 > L2 gemäß 3 größer als die vertikale Abmessung L2 der Seitenwände 1a und 1b des Rahmenkörpers 1.
In dem dielektrischen Resonator 6 ist der auf der Unterseite 6b des Resonators gebildete Leiter 7 durch Löten oder dergleichen an der Bodenplatte 4 befestigt. Die Oberseite 6a jedes dielektrischen Resonators 6 ist dabei so gelegen, daß sie von den oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und 1b des Rahmenkörpers nach außen überstehen.
Die fest an der Bodenplatte 4 angebrachten dielektrischen Resonatoren 6 befinden sich jeweils etwa in der Mitte des ersten, des zweiten und des dritten Abteils 1j, 1k bzw. 1m des Rahmenkörpers 1. Außerdem sind die dielektrischen Resonatoren 6 in dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abteil 1j, 1k und 1m elektrisch untereinander durch die durch die Trennwände 1c gebildeten Fenster 1i gekoppelt.
Eine Mittelachse jedes dielektrischen Resonators 6 ist derart orientiert, daß sie eine Mittelachse des Spulenteils 5a jedes wendelförmigen Resonators 5 schneidet. Aufgrund dieser orthogonalen Anordnung kreuzt ein in jedem Spulenteil 5a erzeugtes Magnetfeld die Mittelachse des dielektrischen Resonators 6, mit der Folge, daß das Ausmaß der magnetischen Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator 6 und dem wendelförmigen Resonator 5 zunimmt, und damit der Ausbreitungsverlust eines Signals abnimmt.
Eine Blatt- oder Plattenfeder 8 besteht aus einem metallischen Material wie z. B. Phosphorbronze. Die Blattfeder 8 besitzt eine Dicke von etwa 0,1 mm und hat die Form einer flachen Platte oder eines Flachstücks. Die Oberfläche der Blattfeder 8 ist versilbert. Mehrere Löcher 8a (hier: 12 Löcher) sind am Umfangsrand der Blattfeder 8 an solchen Stellen ausgebildet, die den Gewindelöchern 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen. Die Blattfeder 8 dient zum Verschließen der Oberseite des Rahmenkörpers 1. Im montierten Zustand steht die Oberseite 6a jedes dielektrischen Resonators gegenüber dem Umfangsrand der Blattfeder 8 gegen deren Federelastizität vor, so daß jeder Leiter 7 auf der Oberseite 6a des dielektrischen Resonators 6 zuverlässig in Anlage an der Unterseite der Blattfeder 8 gebracht wird.
Ein rahmenförmiges Distanzstück 9 besteht aus metallischem Material, beispielsweise Phosphorbronze. Das rahmenförmige Distanzstück 9 besitzt eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm und hat die Form eines Flachstücks. Mehrere Löcher 9a (hier: 12 Löcher) sind im Umfangsrand des Distanzstücks 9 an solchen Stellen ausgebildet, die den Gewindelöchern 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen. Außerdem befindet sich in der Mitte des Distanzstücks 9 eine relativ große rechteckige Öffnung 9b. Das Distanzstück 9 wird auf der Blattfeder 8 angeordnet. Die Dicke des Distanzstücks 9 ist so gewählt, daß sie größer ist als der Überstand jedes dielektrischen Resonators 6 über den Seitenwänden 1a und 1b des Rahmenkörpers 1.
Der Deckelkörper 10 besteht aus metallischem Material, beispielsweise Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen und hat die Form eines Flachstücks oder einer Platte. Der Deckelkörper 10 besitzt drei Gewindelöcher 10a mit jeweils großem Durchmesser, die sich auf einer Längs-Mittellinie befinden. In dem Umfangsrand des Deckelkörpers 10 befinden sich mehrere (hier 12) Löcher 10b entsprechend den Stellen der Gewindelöcher 1g in den oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und 1b. Der Deckelkörper 10 wird angebracht, um die Öffnung 9b des Distanzstücks 9 zu verschließen.
Mehrere Kopfschrauben 11 bestehen jeweils aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder dergleichen und haben jeweils die Form einer Scheibe. Am Umfang besitzen die Kopfschrauben jeweils ein Schraubengewinde 11a. Es wird jeweils eine Kopfschraube 11 in ein zugehöriges Gewindeloch 11a eingeschraubt. Die Unterseite jeder eingeschraubten Kopfschraube 11 drückt gegen die Oberseite der Blattfeder 8 nach unten, so daß die Unterseite der Blattfeder 8 in Berührung mit dem entsprechenden Leiter 7 auf der Oberseite 6a des jeweiligen dielektrischen Resonators 6 gelangt.
In diesem Zustand werden die Kopfschrauben 11 in Eingriff mit dem Deckelkörper 10 gehalten, um die Blattfeder 8 in Kontakt zu bringen mit den Leitern 7 auf den Oberflächen 6a der dielektrischen Resonatoren 6. Da die Blattfeder 8 und der jeweilige Leiter 7 zuverlässig in Kontakt miteinander stehen, lassen sich stabile elektrische Verbindungen erhalten.
Es gibt eine Reihe von Frequenzsteuerplättchen 14. Jedes Plättchen 14 besteht aus metallischem Material, hat z. B. die Form eines Stahlplättchens oder dergleichen. Das Frequenzsteuerplättchen 14 besitzt jeweils eine Dicke von etwa 0,8 mm mit einer Silberbeschichtung auf der Oberfläche. Die vertikale Abmessung L3 jedes Frequenzsteuerplättchens 14 ist geringer als die vertikale Abmessung L2 der Seitenwand 1a (L3 < L2), ist aber derart bemessen, daß die vertikale Abmessung L3 etwa der vertikalen Abmessung L2 der Seitenwand 1a entspricht. Die Frequenzsteuerplättchen 14 werden durch die zugehörigen Nuten 1d des Rahmenkörpers 1 so eingeführt, daß sie in das Innere des Rahmenkörpers 1 vorstehen, woran sich ihre Fixierung in der gewünschten Position durch Verlöten oder dergleichen (nicht dargestellt) anschließt.
Außerdem ist das Frequenzsteuerplättchen 14 in der Lage, eine Resonanzfrequenz f1 des betreffenden dielektrischen Resonators 6 einzustellen oder zu steuern entsprechend dem Ausmaß des Vorstehens oder des Überstands in Richtung des Inneren des Rahmenkörpers 1. Diese Steuerung erfolgt durch Variieren der Grenze eines magnetischen Feldes, welches um den Zylindermantel 6c des dielektrischen Resonators 6 gebildet wird, wobei das Variieren durch das jeweilige Frequenzsteuerplättchen 14 vorgenommen wird. Dies ist im wesentlichen äquivalent zu einer Volumenänderung jedes Abteils, in welchem sich der betreffende dielektrische Resonator 6 befindet.
Die Steuerung oder Einstellung der Resonanzfrequenzen der dielektrischen Resonatoren 6 kann für jeden einzelnen dielektrischen Resonator 6 erfolgen, der in dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abteil 1j, 1k bzw. 1m angeordnet ist.
Das den oben beschriebenen Aufbau aufweisende dielektrische Filter gemäß der Erfindung ist ein dreistufiges dielektrisches Filter mit drei dielektrischen Resonatoren 6. Der Rahmenkörper 1, die Bodenplatte 4, die Blattfeder 8, das Distanzstück 9 und der Deckelkörper 10 sind schichtweise angeordnet und durch nicht dargestellte Schrauben zu einer Baueinheit zusammengefügt.
4 ist ein Ersatzschaltbild des oben beschriebenen erfindungsgemäßen dielektrischen Filters.
Wie aus 4 hervorgeht, ist das vorliegende dielektrische Filter ein Filter mit dreistufigem Aufbau. Das dielektrische Filter enthält einen Eingangsanschluß 21, eine Eingangsstufe 22, eine Zwischenstufe 23, eine Ausgangsstufe 24 und einen Ausgangsanschluß 25.
Die Eingangsstufe 22 wird durch einen wendelförmigen Resonator 22c gebildet, der eingangsseitig vorgesehen ist und eine schraubenförmige oder wendelförmige Spule 22a und einen veränderlichen Kondensator 22b enthält, und die Eingangsstufe 22 enthält außerdem einen ersten dielektrischen Resonator 22f, bestehend aus parallel geschalteten Spulen 22d und einem Kondensator 22e. Die Zwischenstufe 23 enthält einen zweiten dielektrischen Resonator 23c aus parallel geschalteten Spulen 23a und einem Kondensator 23b. Die Ausgangsstufe 24 enthält einen dritten dielektrischen Resonator 24c aus parallel geschalteten Spulen 24a und einem Kondensator 24b, und einen wendelförmigen Resonator 24f auf der Ausgangsseite, bestehend aus einer schrauben- oder wendelförmigen Spule 24d und einem veränderlichen Kondensator 24e.
Bei dem so aufgebauten dielektrischen Filter wird ein über einen Eingangsanschluß 21 eingegebenes Signal zunächst über eine Anzapfung auf den wendelförmigen Resonator 22c gegeben, wobei die Lage der Anzapfung so eingestellt ist, daß eine Impedanzanpassung bezüglich einer externen Schaltung erfolgt. Das an den wendelförmigen Resonator 22c gegebene Signal schwingt bei einer vorab ausgewählten Frequenz.
Aufgrund dieser Resonanz wird die von der wendelförmigen Spule 22a erzeugte Energie groß im Verhältnis zu der Güte Q des Schwingkreises und erzeugt eine ausreichende magnetische Kopplung bezüglich des ersten dielektrischen Resonators 22f. Dabei läßt sich die Resonanzfrequenz f1 in einfacher Weise in einem großen Frequenzband einstellen, indem der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 22b, der Bestandteil des wendelförmigen Resonators 22c ist, eingestellt wird. Außerdem läßt sich eine weitere gewünschte Resonanzfrequenz f2 durch diese Einstellung einrichten.
Der eingangsseitige Wendelresonator 22c, der bei der Resonanzfrequenz f1 schwingt, ist magnetisch mit dem ersten dielektrischen Resonator 22f gekoppelt. In ähnlicher Weise sind der erste dielektrische Resonator 22f und der zweite dielektrische Resonator 23c, der zweite dielektrische Resonator 23c und der dritte dielektrische Resonator 24c, und der dritte dielektrische Resonator 24c und der ausgangsseitige Wendelresonator 24f magnetisch paarweise miteinander gekoppelt. Insgesamt wird hierdurch das dreistufige dielektrische Filter gebildet, welches den alleinigen Durchgang eines gewünschten Signals ermöglicht.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm zum Erläutern eines Teils einer elektronischen Vorrichtung oder eines elektronischen Geräts, in welchem das erfindungsgemäße dielektrische Filter Anwendung findet als Sendesignal/Empfangssignal-Schalteinrichtung (Duplexer), wie sie in einer zellularen Basisstation verwendet wird.
Wie aus 5 hervorgeht, besitzt die Sendesignal/Empfangssignal-Schaltvorrichtung (der Duplexer) mindestens eine Antenne 30, ein Bandpaßfilter 31 für ein Sendesignal, bestehend aus einem dielektrischen Filter, ein Bandpaßfilter 32 für ein Empfangssignal, ebenfalls bestehend aus einem dielektrischen Filter, eine Anpaßschaltung 33 an einer Stelle, wo das Bandpaßfilter 31 für Sendesignale und das Bandpaßfilter 32 für Empfangssignale miteinander verbunden sind, wobei die Anpaßschaltung über ein Tiefpaßfilter 36 mit der Antenne 30 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 34 zum Eingeben des Sendesignals in das Bandpaßfilter 31, und einen Ausgangsanschluß 35 zur Ausgabe des Empfangssignals, welches von dem Bandpaßfilter 32 kommt.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung bilden das Bandpaßfilter 31 für ein Sendesignal und das Bandpaßfilter 32 für ein Empfangssignal jeweils ein dreistufiges Bandpaßfilter.
Der den obigen Aufbau aufweisende Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer empfängt als Eingangsgröße ein von der Antenne 30 aufgenommenes Signal über das Tiefpaßfilter 36 und die Anpaßschaltung 33 zur Eingabe des Empfangssignals aus der Anpaßschaltung 33 in das Bandpaßfilter 32, wobei er nur ein Signal in einem Frequenzbereich von 880 MHz bis 915 MHz durch das Bandpaßfilter 32 durchläßt, so daß ein solches Signal am Ausgangsanschluß 35 ausgegeben wird, um auf eine nicht dargestellte Empfangsschaltung geleitet zu werden.
Wenn von einer nicht dargestellten Sendeschaltung ein Sendesignal an den Eingangsanschluß 34 gelegt wird, gelangt dieses Eingangs-Sendesignal in das Bandpaßfilter 31, welches nur ein Sendesignal durchläßt, welches sich im Frequenzbereich von 925 MHz bis 960 MHz befindet, um hierdurch ein Sendesignal mit der entsprechenden Frequenz an die Anpaßschaltung 33 durchzulassen. Das Sendesignal gelangt dann weiter über das Tiefpaßfilter 36 zu der Antenne 30, um von dieser abgestrahlt zu werden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, sind die dielektrischen Filter Seite an Seite mehrfach in dem Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer angeordnet, welcher hier die elektronische Vorrichtung bildet. Die mit einem solchen dielektrischen Filter ausgestattete elektronische Vorrichtung dient zum Umschalten zwischen oder Trennen von Sendesignalen und Empfangssignalen.
Die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten dielektrischen Resonatoren haben kreiszylindrische Form, jedoch ist dies keine absolute Beschränkung. Die dielektrischen Resonatoren können auch im Querschnitt die Form eines Würfels oder eines Polygons haben, soweit die zylindrische Form gegeben ist.
Das dielektrische Filter gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung wurde beschrieben als dreistufiges dielektrisches Filter, jedoch ist diese Dreistufigkeit nicht beschränkend zu verstehen. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung anwenden auf ein einstufiges dielektrisches Filter oder auf ein vier- oder mehrstufiges dielektrisches Filter, bei dem vier oder noch mehr dielektrische Resonatoren in einem Rahmenkörper aufgenommen sind.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters beschrieben.
Wie in den 6, 7 und 8 zu sehen ist, besteht ein Rahmenkörper 51 des dielektrischen Filters aus einem leitenden Material wie z. B. Aluminium, und er besitzt Seitenwände 51a und 51b, die vier Ecken bilden. Zwei Paare einander gegenüberstehender Trennwände 51c verlaufen jeweils ausgehend von einer Längsseitenwand 51a in das Innere des Rahmenkörpers 51. Das Innere des Rahmenkörpers 51 wird durch die Trennwände 51c aufgeteilt in ein erstes, ein zweites und ein drittes Abteil 51j, 51k bzw. 51m. Zwischen jedem Paar einander gegenüberstehender Trennwände 51c ist ein Fenster 51i gebildet.
Ein Gewindeloch 51d und ein Gewindeloch 51n sowie benachbart zu letzterem angeordnete, nicht dargestellte Gewindelöcher sind in der einen Seitenwand 51a des Rahmenkörpers 51 ausgebildet. Das Gewindeloch 51d in der Seitenwand 51a gehört zu dem ersten Abteil 51j. Das Gewindeloch 51n ist in der Seitenwand 51a für das dritte Abteil 51m ausgebildet.
Auf zwei Seiten eines Durchgangslochs 51f in der Querwand 51b des ersten Abteils 51j befinden sich nicht dargestellte Gewindelöcher, in der Querwand 51b des dritten Abteils 51m befindet sich ein Gewindeloch 51e. Durch die Seitenwände 51a und 51b verlaufen 12 Gewindelöcher 51g, die in den Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b münden.
Ein Eingangsverbinder 52 und ein Ausgangsverbinder 53 besitzen jeweils einen Mittelleiter 52a bzw. 53a in ihren Achsmitten, und sie sind mit bundförmigen Lagerplatten 52b bzw. 53b ausgestattet, welche sich an ihren äußeren Umfangsbereichen befinden. Der Eingangsverbinder 52 ist mit der zugehörigen Seitenwand 51b durch Schrauben 64 oder dergleichen verbunden, so daß der Mittelleiter 52a das Durchgangsloch Slf der Seitenwand 51b durchsetzt, und ein Teil des Eingangsverbinders 52 von der Seitenwand 51b nach außen vorsteht. In ähnlicher Weise ist der Ausgangsverbinder 53 an der zugehörigen Seitenwand 51a mittels Schrauben 64 befestigt, so daß der Mittelleiter 53a das Durchgangsloch 51n der Seitenwand 51a durchsetzt und ein Teil des Ausgangsverbinders 53 von der Seitenwand 51a nach außen vorsteht.
In diesem fixierten Zustand befinden sich die Mittelleiter 52a und 53a in einer solchen Lage, daß sie in das Innere des Rahmenkörpers 51 hineinragen.
Eine durch Versilbern eines Stahlplättchens gebildete, 1 mm starke rechteckige Bodenplatte 54 enthält am Umfangsrand 12 nicht dargestellte Löcher an Stellen, die den Gewindelöchern 51g in den Seitenwänden 51a und 51b entsprechen. Die Bodenplatte 54 ist an der Unterseite des Rahmenkörpers 51 mit nicht dargestellten Schrauben befestigt, um die Unterseite des Rahmenkörpers 51 zu verschließen, wodurch ein Gehäuse gebildet wird.
Die Bodenplatte 54 besteht aus einem von dem Rahmenkörper 51 in 6 dargestellten getrennten Element. Allerdings kann die Bodenplatte selbstverständlich einstückig mit dem Rahmenkörper 51 ausgebildet sein, beispielsweise als Gußteil oder dergleichen, um ein zusammenhängendes einstückiges Gehäuse mit verschlossenem Ende zu erhalten.
Ein Wendelresonator 55 befindet sich an der Eingangsseite, ein Wendelresonator 65 befindet sich an der Ausgangsseite, und diese Wendelresonatoren dienen als Steuersender oder Erreger (Exciter) in dem ersten bzw. dem dritten Abteil 51j und 51m des Rahmenkörpers 51. Die Wendelresonatoren besitzen schraubenförmige Spulenteile 55a bzw. 65a. Die gesamte Wendel- oder Schraubenlänge der Spulenteile 55a und 65a ist derart ausgebildet, daß sie etwas kürzer ist als die Länge λ/4 einer Wellenlänge (λ) eines Soll-Signals, wodurch ein λ/4-Resonator gebildet wird. Der Spulenteil 55a des Wendelresonators 55 verläuft etwa parallel zu der Querwand 51b des Rahmenkörpers 51. Ein Mittelbereich des Spulenteils 55a ist mit einer sogenannten Anzapfverbindung an den Mittelleiter 52a des Verbinders 52 durch Löten oder dergleichen verbunden. Der Spulenteil 65a des Wendelresonators 65 verläuft etwa parallel zur Querwand 51a des Rahmenkörpers 51. Ein Mittelteil des Spulenteils 65a ist durch Löten als sogenannte Anzapfverbindung mit dem Mittelleiter 53a des Verbinders 53 verbunden. Diese Anzapfverbindungen dienen zur Impedanzanpassung.
Der Spulenteil 55a des Wendelresonators 55 und der Spulenteil 65a des Wendelresonators 65 sind parallel zu der Seitenwand 51b bzw. parallel zu der Längswand 51a angeordnet. Die Anordnung ist derart gewählt, daß die Mittelachse des Spulenteils 55a die Mittelachse des Spulenteils 65a schneidet.
Das eine Ende 55b des Spulenteils 55a des Wendelresonators 55 ist auf Masse geschaltet, und zwar durch Anlöten an der Innenseite der Seitenwand 51a. Das andere Ende 55c des Wendelresonators bildet ein offenes oder freies Ende. Das Gewindeloch 51d ist in der Längswand 51a gegenüber dem freien Ende 55c in dessen Nachbarschaft angeordnet. In das Gewindeloch 51d ist mit Hilfe einer Mutter 53 eine Kapazitätseinstellschraube 62 eingeschraubt. Ein vorderes Ende der Kapazitätseinstellschraube 62 und das freie Ende 55c des Spulenteils 55a bilden einen Kondensator.
Das eine Ende 65b des Spulenteils 65a ist durch Löten oder dergleichen an der Trennwand 51c mit Masse verbunden, das andere Ende 65a des Spulenteils des Wendelresonators 65 bildet ein offenes oder freies Ende. In der Seitenwand 51b ist an einer Stelle gegenüber dem freien Ende 65c in dessen Nähe ein Gewindeloch 51e ausgebildet. Eine Kapazitätseinstellschraube 62 ist mit Hilfe einer Mutter 63 in dieses Gewindeloch 51e eingedreht. Das vordere Ende der Kapazitätseinstellschraube 62 und das freie Ende 65c des Spulenteils 65a bilden einen Kondensator.
Die Entfernung zwischen dem vorderen Ende der Kapazitätseinstellschraube 62 und dem freien Ende 55c des Spulenteils 55a sowie die Entfernung zwischen dem freien Ende der Kapazitätseinstellschraube 62 und dem freien Ende 65c des Spulenteils 65a werden variiert durch Einstellen des Eindrehhubs oder der Eindrehweite jeder Kapazitätseinstellschraube 62, so daß die Kapazitätswerte der Kondensatoren geändert werden können.
Die Wendelresonatoren 55 und 65 auf der Eingangsseite bzw. der Ausgangsseite enthalten die Spulenteile 55a und 65a, die Kondensatorteile, deren Kapazitätswerte verändert werden können, und die gebildet werden in der Nähe der freien Enden 55c und 65c an den Spulenteilen 55a und 65a.
Jeder der aus Keramik gefertigten dielektrischen Resonatoren 56 besteht aus einem Dielektrikum, beispielsweise aus Material des BaO-TiO₂-Nd₂O₃-Systems (mit einer Dielektrizitätskonstanten ϵ r = 90) oder dergleichen, und sie enthalten jeweils einen Leiter 57, der durch Aufbringen und Backen einer leitenden Paste auf die Oberseite 56a und die Unterseite 56b eines säulenförmigen Abschnitts 56c in Form eines Zylinders oder durch stromloses Abscheiden gebildet ist. Die vertikale Abmessung L1 jedes dielektrischen Resonators 56 ist größer als die vertikale Abmessung L2 der Seitenwände 51a und 51b des Rahmenkörpers 51, wie in 8 gezeigt ist (L1 > L2).
Jeder dielektrische Resonator 56 ist durch Löten des Leiters 57 auf der Unterseite 56b des Resonators 56 mit der Bodenplatte 54 verbunden. Die Oberseite 56a jedes dielektrischen Resonators 56 liegt dann in einer Höhe, daß die Oberseite gegenüber den oberen Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b des Rahmenkörpers 51 übersteht.
Die dielektrischen Resonatoren 56, die auf der Bodenplatte 54 fixiert sind, befinden sich jeweils in dem ersten, zweiten und dem dritten Abteil 51j, 51k bzw. 51m des Rahmenkörpers 51. Die einzelnen dielektrischen Resonatoren 56 in den Abteilen 51j, 51k und 51m sind elektromagnetisch mit dem jeweils anderen Resonator durch die Fenster 51i gekoppelt, die durch die Trennwände 51c gebildet werden.
Die Mittelachsen dieser dielektrischen Resonatoren 56 einerseits und die Mittelachsen der Spulenteile 55a und 65a der Wendelresonatoren 55 und 65 andererseits sind so angeordnet, daß sie einander schneiden. Aufgrund ihrer orthogonalen Lage kreuzen die in den Spulenteilen 55a und 65a erzeugten magnetischen Felder die Mittelachsen der dielektrischen Resonatoren 56. Im Ergebnis erhöht sich der Grad der magnetischen Kopplung zwischen dem jeweiligen dielektrischen Resonator 56 und den Wendelresonatoren 55 und 65, und dementsprechend verringert sich der Signal-Ausbreitungsverlust.
Eine aus metallischem Werkstoff gefertigte Platten- oder Blattfeder 58 aus Phosphorbronze oder dergleichen ist auf ihrer Oberfläche versilbert und hat eine Dicke von etwa 0,1 mm. Zwölf Löcher 58a befinden sich am Umfangsrand der Blattfeder 58 an Stellen, die den Gewindelöchern 51g in den Seitenwänden 51a und 51b entsprechen. Die Blattfeder 58 wird derart angeordnet, daß sie die Oberseite des Rahmenkörpers 51 verschließt. Der Rahmenkörper 51, die Bodenplatte 54 und die Blattfeder 58 bilden ein leitendes Gehäuse. In diesem Zustand stehen die jeweiligen Oberseiten 56a der dielektrischen Resonatoren 56 über den Umfangsrand der Blattfeder 58 vor, und zwar entgegen der Federkraft der Blattfeder 58, so daß jeder Leiter 57 auf der Oberseite 56a des dielektrischen Resonators 56 zuverlässig in Anlage an der Unterseite der Blattfeder 58 gebracht wird.
Ein rahmenförmiges Distanzstück 59 aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Phosphorbronze, hat die Form eines Flachstücks mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm. Im Umfangsrand des Distanzstücks 59 sind zwölf Löcher 59a an solchen Stellen ausgebildet, die den Stellen der Gewindelöcher 51g in den Seitenwänden 51a und 51b entsprechen. Außerdem ist in der Mitte des Distanzstücks 59 eine relativ große Rechtecköffnung 59b ausgespart. Das Distanzstück 59 wird auf die Blattfeder 58 aufgelegt. Die Dicke des Distanzstücks 59 ist derart gewählt, daß die Dicke größer ist als der Überstand jedes dielektrischen Resonators 56 über die jeweiligen Seitenwände 51a und 51b des Rahmenkörpers 51.
Ein Deckelkörper 60 aus metallischem Werkstoff wie z. B. Aluminium, Kupfer oder dergleichen ist als Flachstück oder Platte ausgebildet. In dem Deckelkörper 60 befinden sich drei Gewindelöcher 60a mit jeweils großem Durchmesser, wobei sich die Gewindelöcher entlang der Mittellinie des Deckelkörpers 60 in Längsrichtung erstrecken. Am Umfangsrand des Deckelkörpers 60 befinden sich zwölf Löcher 60b an Stellen, die den Stellen der Gewindelöcher 51g in den oberen Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b entsprechen. Der Deckelkörper 60 wird in der Weise angebracht, daß er die Öffnung 59b des Distanzstücks 59 verschließt.
Mehrere Kopfschrauben 61 haben jeweils die Form einer Scheibe aus metallischem Werkstück, beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Jede Kopfschraube 61a besitzt einen mit Gewinde ausgestatteten Umfang. Die Kopfschraube 61 wird in das zugehörige Gewindeloch 60a des Deckelkörpers 60 eingeschraubt. Die Unterseite jeder eingeschraubten Kopfschraube 61 drückt gegen die Oberseite der Blattfeder 58 und damit die Blattfeder nach unten, so daß deren Unterseite in dem betreffenden Bereich in Berührung kommt mit dem gegenüberliegenden Leiter 57 auf der Oberseite 56a des betreffenden dielektrischen Resonators 56. Die Kopfschrauben 61, die dazu dienen, die Blattfeder 58 in Kontakt mit den Leitern 57 auf den Oberseiten 56a der Resonatoren 56 zu bilden, werden in Eingriff mit dem Deckelkörper 60 gehalten. Damit wird die Blattfeder 58 mit jedem Leiter 57 in zuverlässigen Kontakt gebracht, so daß man stabile elektrische Verbindungen erhält.
Das in der oben beschriebenen Weise ausgebildete dielektrische Filter ist ein dreistufiges dielektrisches Filter mit drei dielektrischen Resonatoren 56. Der Rahmenkörper 51, die Bodenplatte 54, die Blattfeder 58, das Distanzstück 59 und der Deckelkörper 60 bilden eine schichtförmige Anordnung und sind durch nicht dargestellte Schrauben zu einer Einheit zusammengefügt.
Eine magnetische Richtung des Wendelresonators 55 und eine magnetische Richtung des Wendelresonators 65 verlaufen jeweils in einander schneidenden Richtungen in Ebenen, die orthogonal zu den Mittelachsen der dielektrischen Resonatoren 56 verlaufen.
Im folgenden wird anhand der 7 die Arbeitsweise des oben erläuterten dielektrischen Filters beschrieben. Von einer nicht dargestellten Antenne wird ein Empfangssignal in den eingangsseitigen Wendelresonator 55 über den Eingangsverbinder 52 eingegeben. Das Signal gelangt durch den Wendelresonator 55 bei der Soll-Resonanzfrequenz in Resonanz, so daß ein Magnetfeld entsprechend der Resonanzfrequenz in dem Wendelresonator 55 erzeugt wird. Dieses magnetische Feld wird auf einer Oberfläche orthogonal zu einem Stromverlauf durch die Mittelachse des dielektrischen Resonators 56 in der Nachbarschaft des Wendelresonators 55 erzeugt. Aufgrund dieses magnetischen Felds wird konzentrisch um den entsprechenden dielektrischen Resonator 56 herum ein magnetisches Resonanzfeld in einem TM010-Modus erzeugt, angedeutet durch gestrichelte Linien A.
Das in dem dielektrischen Resonator 56 innerhalb des ersten Abteils 51j erzeugte Resonanzmagnetfeld ist magnetisch gekoppelt mit und wird übertragen auf die dielektrischen Resonatoren 56 in dem zweiten und dem dritten Abteil 51k und 51m, so daß es sich parallel zu den dielektrischen Resonatoren 56 durch die Fenster 51i hindurch bewegt, wodurch der Wendelresonator 56 in dem dritten Abteil 51m durch das Magnetfeld im TM010-Modus erregt wird. Das auf den Wendelresonator 65 auf Grund dieser Erregung übertragene Signal wird von dem zugehörigen Ausgangsverbinder 53 ausgegeben.
Allerdings werden in diesem dielektrischen Filter außer dem Magnetfeld im TM010-Modus auch nicht benötigte Resonanzmagnetfelder höherer Ordnung als Rauschen erzeugt. Wie in 11 gezeigt ist, beträgt eine in einem Referenz-Resonanzmodus (TM010-Modus) in diesem dielektrischen Filter verwendete Resonanzfrequenz f1 etwa 789 MHz als aktueller Meßwert. Daneben gibt es zahlreiche Resonanzstellen. Diese werden gebildet durch einen TM110-Modus bei einer Resonanzfrequenz f2 (etwa 1.337 MHz), einen TM210-Modus bei einer Resonanzfrequenz f3 (etwa 1.976 MHz), einen TM020-Modus bei einer Resonanzfrequenz f4 (etwa 2.136 MHz) etc. Alle diese Resonanzfrequenzen höherer Ordnung stellen unnötige oder Störsignale dar.
Von diesen nicht benötigten Signalen lassen sich Resonanzfrequenzen oberhalb des TM210-Modus durch zusätzliche Einfügung eines Tiefpaßfilters abschneiden. Allerdings liegt die Resonanzfrequenz f2 des TM110-Modus sehr nah bei der Resonanzfrequenzn f1 des TM010-Modus, und folglich wird die Herstellung eines Tiefpaßfilter zum Sperren dieser Resonanzfrequenz f2 zu einer mühsamen Entwurfsaufgabe. Das Sperren des TM100-Modus sollte also innerhalb des dielektrischen Filters erfolgen.
Wie in 7 gezeigt ist, hat der TM110-Modus einen Aufbau, der aufgeteilt ist auf die Vorderseite des dielektrischen Resonators 56 gegenüber dem Wendelresonator 55 einerseits und die Letzterem abgewandte Seite, andererseits, wodurch Magnetfelder im Uhrzeigersinn (angedeutet durch eine gestrichelte Linie B) sowie im Gegenuhrzeigersinn (entsprechend der gestrichelten Linie C) entstehen. Die magnetischen Felder bewegen sich parallel zu dem zweiten und dem dritten Abteil 51k und 51m, wodurch der dielektrische Resonator 56 im dritten Abteil 51^m Magnetfelder in der gleichen Richtung erzeugt.
Der in dem dritten Abteil 51m befindliche Wendelresonator 65 und der in dem ersten Abteil 51j befindliche Wendelresonator 55 liegen auf Ebenen, die orthogonal zu den Mittelachsen der dielektrischen Resonatoren 56 verlaufen. Die Mittelachsen der Spulenteile 55a und 65a kreuzen einander. Folglich nimmt der Wendelresonator 65 eine Lage ein, in der er gleichzeitig durch zwei magnetische Felder des TM110-Modus erregt wird, die einander gegenläufige Richtungen aufweisen. Das heißt: die magnetischen Felder im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn des TM110-Modus heben sich im Spulenteil 65a des Wendelresonators 65 gegenseitig auf, so daß der TM110-Modus gesperrt wird.
Im folgenden wird anhand der 9 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters beschrieben. Bei der dritten Ausführungsform sind die gleichen Strukturelemente des dielektrischen Filters die in der zweiten Ausführungsform mit entsprechenden Bezugszeichen versehen werden nicht noch einmal beschrieben.
Wie aus 9 hervorgeht, unterscheidet sich das dielektrische Filter dieser dritten Ausführungsform von dem Filter nach der zweiten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, daß ein Rahmenkörper 81 eine L-Form aufweist und dementsprechend eine Bodenplatte 84, eine Blattfelder 88, ein Distanzstück 89 und ein Deckelkörper 90 ebenfalls L-förmig ausgebildet sind. Der Rahmenkörper 81 ist allseitig von L- förmigen Seitenwänden 81a sowie geraden Seitenwänden 81b umgeben. Die geraden Seitenwände 81b schneiden sich in ihren Verlängerungen.
Im Inneren des L-förmigen Rahmenkörpers 81 befindet sich eine Unterteilung durch Trennwände 81c in ein erstes, ein zweites und ein drittes Abteil 81j, 81k bzw. 81m, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
Ein Wendelresonator 85 und ein Wendelresonator 95 bilden Erreger (Exciter) oder Steuersender in dem ersten und dem dritten Abteil 81j bzw. 81m des Rahmenkörpers 81. Sie besitzen wendelförmige Spulenteile 85a bzw. 95a. Diese Spulenteile 85a und 95a der Wendelresonatoren 85 und 95 am Eingang bzw. am Ausgang sind etwa parallel zu den jeweiligen Seitenwänden 81b des Rahmenkörpers 81 angeordnet. Die einen Enden der Spulenteile 85a und 95a sind durch Anlöten an die Innenseite der L-förmigen Seitenwand 81a auf Masse gelegt.
Die Seitenwand 81b des Rahmenkörpers 81 des ersten Abteils 81j mit dem daran befindlichen Wendelresonator 85, und die Seitenwand 81b des Rahmenkörpers 81 für das dritte Abteil 81m mit dem darin befindlichen Wendelresonator 95 verlaufen in zueinander senkrechte Richtungen auf Seiten oder Ebenen senkrecht zur Mittelachse der dielektrischen Resonatoren 56.
Wie oben erläutert, sind der Spulenteil 85a und der Spulenteil 95a jeweils parallel zu den betreffenden Seitenwänden 81b angeordnet, so daß sie einander in ihrer Veränderung schneiden. Die Mittelachse des Spulenteils 85a und diejenige des Spulenteils 95a kreuzen sich außerdem.
Im folgenden wird der Betrieb des dielektrischen Filters nach der dritten Ausführungsform erläutert.
Das dieleketrische Filter der dritten Ausführungsform arbeitet ähnlich wie dasjenige der zweiten Ausführungsform. Ein in dem dielektrischen Resonator 56 in dem ersten Abteil 81j durch den Wendelresonator 85 erzeugtes Resonanzmagnetfeld wird zunächst magnetisch gekoppelt mit und übertragen auf das zweite Abteil 81a und das dritte Abteil 81m, wodurch der Wendelresonator 95 in dem dritten Abteil 81m erregt wird. Aufgrund dieser Erregung wird das auf dem Wendelresonator 95 übertragene Signal von einem Ausgangsverbinder 53 abgegeben.
Ähnlich wie bei der Erzeugung von Resonanzmoden in dem dielektrischen Filter der zweiten Ausführungsform können die in dem dielektrischen Filter hier entwickelten Resonanzmoden einen TM010-Modus oder -Schwinungstyp zum Erzeugen eines Magnetfelds entsprechend einer gestrichelten Linie A enthalten, also konzentrisch in einer Seite oder Ebene senkrecht zu der Mittelachse des betreffenden dielektrischen Resonators 56, ferner einen TM110-Modus, angedeutet durch eine gestrichelte Linie B im Uhrzeigersinn und eine gestrichelte Linie C im Gegenuhrzeigersinn bezüglich des dielektrischen Resonators 56, etc.
Diese Resonanzmoden, die in dem dielektrischen Resonator 56 in dem ersten Abteil 81j erzeugt werden, bewegen sich parallel zu dem und werden übertragen auf das zweite und das dritte Abteil 81k und 81m bei gleicher Richtung. Der Wendelresonator 95 in dem dritten Abteil 81m und der Wendelresonator 85 im ersten Abteil 81j verlaufen jeweils in Richtungen, die sich in Ebenen orthgonal zu den Mittelachsen der dielektrischen Resonatoren 56 schneiden. Folglich heben sich die magnetischen Felder im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn des TM110-Modus durch den Spulenteil 95a des Wendelresonators 95 gegenseitig auf, so daß der TM110-Modus gesperrt wird.
Als nächstes werden Ersatzschaltungen der dielektrischen Filter nach dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Gemäß 10 ist das dielektrische Filter ein dielektrisches Filter mit dreistufigem Aufbau, es enthält einen Eingangsanschluß 71, eine Eingangsstufe 72, eine Zwischenstufe 73, eine Ausgangsstufe 74 und einen Ausgangsanschluß 75. Die Eingangsstufe 72 besteht aus einem Wendelresonator 72c auf der Eingangsseite, umfassend eine wendelförmige Spule 72a und einen veränderlichen Kondensator 72b, und einem ersten dielektrischen Resonator 72f aus parallelgeschalteten Spulen 72d und einem Kondensator 72e. Die Zwischenstufe 73 besteht aus einem zweiten dielektrischen Resonator 73c, bestehend aus parallelgeschalteten Spulen 73a und einem Kondensator 73b. Die Ausgangsstufe 74 enthält einen dritten dielektrischen Resonator 74c aus parallelgeschalteten Spulen 74a und einem Kondensator 74b sowie einem wendelförmigen Resonator 74f, bestehend aus einer Wendespule 74d und einem veränderlichen Kondensator 74e.
Bei dem so aufgebauten dielektrischen Filter wird ein über den Eingangsanschluß 71 eingegebenes Signal in den Wendelresonator 72c eingegeben. Das Signal führt zu einer Resonanz bei einer vorab ausgewählten Soll-Frequenz. Die Resonanzfrequenz f1 läßt sich in einfacher Weise in einem breiten Frequenzband dadurch einstellen, daß der Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 72b des Wendelresonators 72c justiert wird. Eine weitere Soll-Resonanzfrequenz f2 läßt sich durch diese Einstellung bei Bedarf erhalten. Obere Signale, die rauschen und nicht-ausgewählte Signale darstellen, werden durch die Resonanz des Wendelresonators 72c eliminiert.
Der Wendelresonator 72c, der bei der Resonanzfrequenz f1 schwingt, ist magnetisch mit dem ersten dielektrischen Resonator 72f gekoppelt. In ähnlicher Weise sind der erste dielektrische Resonator 72f und der zweite dielektrische Resonator 73c magnetisch miteinander gekoppelt, sind der zweite dielektrische Resonator 73c und der dritte dielektrische Resonator 74c magnetisch miteinander gekoppelt, und sind der dritte dielektrische Resonator 74c und der Wendelresonator 74f magnetisch miteinander gekoppelt. Insgesamt bilden diese Teile ein dreistufiges dielektrisches Filter, welches es lediglich dem Soll-Signal ermöglicht, das Filter zu passieren.
Als nächstes wird ein Teil einer elektronischen Vorrichtung beschrieben, in der das dielektrische Filter gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt wird, um ein Wendesignal/Empfangssignal gemeinsam zu benutzen (es wird ein Duplexer beschrieben), wobei eine derartige Vorrichtung in einer zellularen Basisstation eingesetzt wird.
Wie in 12 gezeigt ist, besitzt das für Sendesignale/Empfangssignale gemeinsam benutzte Bauelement (der Duplexer) mindestens einer Antenne 150, ein Bandpaßfilter 151 für ein Sendesignal, bestehend aus einem dielektrischen Filter, einem Bandpaßfilter 152 für ein Empfangssignal, bestehend aus einem dielektrischen Filter in der gleichen Art und Weise wie es oben erläutert wurde, einer Anpaßschaltung 153, die sich an einer Stelle befindet, an der das Bandpaßfilter 151 und das Bandpaßfilter 152 miteinander gekoppelt sind, wobei die Anpaßschaltung über ein Tiefpaßfilter 156 an die Antenne 150 gekoppelt ist, ferner dient ein Eingangsanschluß 154 für die Eingabe des Sendesignals in das Bandpaßfilter 151 und ein Ausgangsanschluß 155 dient zur Ausgabe des Empfangssignals, welches aus dem Bandpaßfilter 152 kommt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß obiger Beschreibung bilden das Bandpaßfilter 151 und das Bandpaßfilter 152 jeweils ein dreistufiges Bandpaßfilter. Der den oben beschriebenen Aufbau aufweisende Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer erhält von der Antenne 150 über das Tiefpaßfilter 156 und die Anpaßschaltung 153 kommende Signale aus der Anpaßschaltung 153 am Bandpaßfilter 152, er ermöglicht nur den Durchgang eines Signals in einem Frequenzbereich von 880 MHz bis 915 MHz, und das in diesem Bereich liegende Signal wird über den Ausgangsanschluß 155 an eine nicht dargestellte Empfangsschaltung gegeben.
Wenn das Sendesignal von einer nicht dargestellten Sendeschaltung auf den Eingangsanschluß 154 gegeben wird, gelangt es in das Bandpaßfilter 151, welches nur ein Sendesignal im Frequenzbereich von 925 MHz bis 960 MHz durchläßt. Das durch das Bandpaßfilter 151 hindurchgelangte Sendesignal geht über die Anpaßschaltung 153 und das Tiefpaßfilter 156 zu der Antenne 150, von der das Signal abgestrahlt wird.
Durch Anwenden des erfindungsgemäßen dielekrischen Filters gemäß obiger Ausführungsform als Sendesignal/Empfangssignal-Duplexer läßt sich ein Teil einer elektronischen Vorrichtung oder eines elektronischen Bauelements bilden, bei dem nicht benötigte Signale in Neben-Schwingungsarten von dem dielektrischen Filter gesperrt werden, und welches ein Schalten zwischen rauschreduzierten Sende- und Empfangssignalen gestattet.
Obschon die Wendelresonatoren 55 und 56 als Anreger (Steuersender) in der zweiten und der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters verwendet werden, läßt sich der Steuersender auf der Eingangsseite und der Erreger auf der Ausgangsseite in der gleichen Ebene und – alternativ, in verschiedenen Ebenen anordnen.
Obschon das dreistufige dielektrische Filter in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel näher erläutert wurde, versteht sich, daß die Erfindung auch anwendbar ist bei einem einstufigen dielektrischen Filter oder bei einen vier- oder mehrstufigen dielektrischen Filter, in dem vier oder mehr dielektrische Resonatoren in einem Gehäuse aufgenommen sind.
Der dielektrische Block gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung hat die Form eines Zylinders. Stattdessen kann er aber auch die Form eines Würfels oder eines Polygons sein.
Das dielektrische Filter gemäß der Erfindung besitzt mindestens einen dielektrischen Resonator und ist äquivalent zu einem Filter, bei dem ein Wendelresonator elektrisch an mindestens einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß angeschlossen ist und der entsprechende Wendelresonator und dielektrische Resonator magnetisch miteinander gekoppelt sind. Da erfindungsgemäß ein gewünschtes Signal durch einen Wendelresonator zum Schwingen gebracht wird und ein Eingangsanschluß oder ein Ausgangsanschluß einerseits und ein dielektrischer Resonator andererseits magnetisch über ein Magnetfeld gekoppelt sind, welches durch diese Resonanz entsteht, wird ausreichende Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Eingangsanschluß bzw. dem Ausgangsanschluß gewährleistet. Minhin läßt sich ein dielektrisches Filter realisieren, welches vergleichsweise geringe Verluste aufweist und hervorragende Selektivität besitzt.

Claims

Dielektrisches Filter, umfassend: mindestens einen in einem leitenden Gehäuse (1) aufgenommenen dielektrischen Resonator (6; 56), wobei an mindestens einen Anschluß von einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) ein Wendelresonator (5; 55, 65; 65; 95) mit einem Spulenteil aus einem Leiter etwas kürzer als ein ungeradzahliges Vielfaches (λ/4, 3λ/4 ...) eines Viertels der Wellenlänge des Soll-Resonanzsignals und mit einer Kapazität zwischen einem Ende des Spulenteils und dem leitenden Gehäuse angeschlossen ist, um den Weldelresonator und den dielektrischen Resonator magnetisch miteinander zu koppeln.
Dielektrisches Filter nach Anspruch 1, bei dem mehrere dielektrische Resonatoren (6, 56) Seite an Seite zwischen einem Eingangsanschluß (2, 52) und einem Ausgangsanschluß (3, 53) angeordnet sind, um ein mehrstufiges Filter zu bilden.
Filter nach Anspruch 1, bei dem die Erregungsrichtung des einen Wendelresonators, der an den Eingangsanschluß oder den Ausgangsanschluß angeschlossen ist, und die Erregungsrichtung eines weiteren Erregers, der an den Ausgangsanschluß bzw. den Eingangsanschluß angeschlossen ist, und der magnetisch mit dem dielektrischen Resonator gekoppelt ist, einander schneiden, demzufolge magnetische Felder in Neben-Moden, die durch den dielektrischen Resonator erzeugt werden, sich in dem Wendelresonator oder in dem weiteren, an die Ausgangsanschlußseite angeschlossenen Erreger auslöschen.
Filter nach Anspruch 1, bei dem ein Wendelresonator je an den Eingangsanschluß und an den Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei die Erregungsrichtungen dieser Wendelresonatoren (55, 65) einander kreuzen, mit der Folge, daß magnetische Felder in Sub-Moden, die durch den dielektrischen Resonator (56) erzeugt werden, von dem an den Ausgangsanschluß angeschlossenen Wendelresonator (65) gelöscht werden.
Filter nach Anspruch 3, bei dem der weitere Erreger magnetisch gekoppelt ist mit dem dielektrischen Resonator neben dem weiteren Erreger und an den Ausgangsanschluß bzw. den Eingangsanschluß gekoppelt ist, wobei die Erregungsrichtung des Wendelresonators oder des weiteren Erregers auf der Eingangsanschlußseite einerseits und die Erregungsrichtung des weiteren Erregers oder des Wendelresonators auf der Ausgangsanschlußseite, andererseits einander in der Weise schneiden, daß magnetische Felder in Sub-Moden, die in dem dielektrischen Resonator in der Nähe des Ausgangsanschlusses erzeugt werden, in dem anderen Erreger oder dem Wendelresonator auf der Ausgangsanschlußseite ausgelöscht werden.
Filter nach Anspruch 2, bei dem die Wendelresonatoren jeweils mit dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß verbunden sind, um die Wendelresonatoren mit den ihnen benachbarten dielektrischen Resonatoren magnetisch zu koppeln, wobei die Erregungsrichtungen der Wendelresonatoren einander schneiden, so daß magnetische Felder in Sub-Moden, die von dem dielektrischen Resonator in der Nähe des Ausgangsanschlusses erzeugt werden, in dem Wendelresonator, der an den Ausgangsanschluß angeschlossen ist, gelöscht werden.
Filter nach Anspruch 1, bei dem die Kapazität des Wendelresonators an einem Ende des Spulenteils ein Kapazitätseinstellelement (12) aufweist, welches an dem leitenden Gehäuse (1) festgelegt ist und dem einen Ende des Spulenteils gegenübersteht.
Filter nach Anspruch 2, bei dem die Kapazität des Wendelresonators an einem Ende des Spulenteils ein Kapazitätseinstellelement (12) aufweist, welches an dem leitenden Gehäuse (1) festgelegt ist und dem einen Ende des Spulenteils gegenübersteht.