DE19842218B4

DE19842218B4 - Dielektrisches Filter

Info

Publication number: DE19842218B4
Application number: DE1998142218
Authority: DE
Inventors: Moriaki Soma Ueno; Hideyuki Sendai Takahashi; Satohsi Furukawa Waga; Kenji Shimizu
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: DE19842218A1

Abstract

Dielektrisches Filter, umfassend:
ein elektrisch leitendes Gehäuse (1, 4, 10; 51, 54, 60);
einen dielektrischen Block (6; 50), der in dem Gehäuse (1, 4, 10; 51, 54, 60) aufgenommen ist; und
ein Einstellplättchen (14, 1819, 67), welches in Richtung auf den dielektrischen Block (6; 56) bewegbar und von diesem abrückbar ist, um – teilweise – ein magnetisches Feld zu spenen, welches in einem zwischen dem dielektrischen Block (6; 56) und dem Gehäuse gebildeten Raum erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein dielektrisches Filter, welches sich zur Verwendung in einem elektronischen Gerät wie z.B. einem Duplexer für eine zellulare Basisstation eignet.
17 und 18 zeigen den Aufbau eines herkömmlichen dielektrischen Filters 231. Das Filter besitzt einen zylindrischen dielektrischen Block 233 aus Keramikmaterial mit einem Durchmesser d, fest angebracht auf dem Boden in einem metallischen Gehäuse 232 mit einem Innendurchmesser D. Ein Gehäusedeckel 232a dient zum Eingrenzen elektromechanischer Energie, indem der Deckel eine Öffnung des metallischen Gehäuses 232 bedeckt.
An der linken und der rechten Seitenwand des metallischen Gehäuses 232 ist durch Fixieren von Lagerplatten 232b mit Maschinenschrauben ein Eingangsverbinder 234 bzw. ein Ausgangsverbinder 234 angebracht. Die vorderen Endabschnitte von Mittelleitern 235 der Eingangs- und Ausgangsverbinder 234 durchsetzen die linke bzw. die rechte Seitenwand des Metallgehäuses 232 und stehen in das Innere des Metallgehäuses vor.
Die einen Enden von Koppelschleifen 240, die jeweils die Form einer Spule aufweisen, sind an die vorderen Endabschnitte der Mittelleiter 235 angelötet, während die anderen Enden der Koppelschleifen 240 an die Innenwände des Metallgehäuses 242 angelötet sind. Auf diese Weise wird durch die Koppelschleifen 240 eine magnetische Kopplung mit dem dielektrischen Block 233 erreicht.
Die Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters 231 bestimmt sich durch den Innendurchmesser D der Bodenwand, den Durchmesser d des dielektrischen Resonators 233 und die Dielektrizitätskonstante.
Da allerdings bei dem bereits konzipierten dielektxischen Filter 231 der dielektrische Block 233 aus Keramik besteht, kommt es bei seiner Herstellung zu Schwankungen im Durchmesser d und der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Blocks 233 nach dem Brennen. Auf Grund dieser Schwankungen entstehen wiederum Schwankungen in der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters 231, wodurch das Problem entsteht, daß man keine gewünschten Filterkennwerte erzielen kann. Dieses Problem führt häufig zu defekten Produkten.
Selbst dann, wenn das dielektrische Filter 231 bei einem elektronischen Gerät eingesetzt wird, lassen sich vorbestimmte stabile elektrische Kennwerte nicht erreichen, so daß das gesamte Produkt möglicherweise defekt ist.

Aus der DE 27 26 797 C2 ist ein dielektrisches Filter mit einem elektrisch leitenden Gehäuse, einem darin aufgenommenen dielektrischen Block und einer Einstellschraube bekannt, die eine Seitenwand des Gehäuses durchsetzt, und deren Spitze dem elektrischen Block mit Abstand gegenüberliegt. Die Beeinflussung des magnetischen Feldes im Bereich des dielektrischen Blocks ist mithin nur begrenzt möglich, da die Schraubenspitze nur einen begrenzten Durchmesser hat (bedingt durch die Gehäusehöhe). Wünschenswert wäre ein größerer Gestaltungsspielraum zum Verändern des magnetischen Felds im Bereich des dielektrischen Blocks.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die obigen Probleme ist die Schaffung eines dielekrischen Filters, dessen Resonanzfrequenz breitbanding und einfach einstellbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Selbst wenn bei diesem dielektrischen Filter eine Abweichung des Resonanzfrequenzfilters durch Schwankungen des Durchmessers und der Dielektrizitätskonstanten des aus Keramik bestehenden dielektrischen Blocks vorkommt, läßt sich die Resonanzfrequenz in einfacher Weise dadurch justieren, daß man Annäherungs- und Entfernungsbewegungen oder Abrückbewegungen des Einstellplättchens ausführt, um dadurch die gewünschte Filtercharakteristik zu erzielen.

Bei diesem dielektrischen Filter dient ein flaches Plättchen oder Blatt als Einstellelement, das durch einen Schlitz in einer Seitenwand des Gehäuses eingeführt wird. Ein Teil der Platte ragt in das Gehäuse hinein und wird bezüglich des dielektrischen Blocks angenähert oder von ihm abgerückt.

Derjenige Teil der flachen Platte, die durch den in einer Seitenwand des , Gehäuses gebildeteten Schlitz in das Gehäuse hineinragt, wird durch die erwähnte Bewegung justiert, und dadurch erfolgt die Justierung der Resonanzfrequenz in einfacher Weise.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei diesem dielektrischen Filter ein Endabschnitt eines Elastizität aufweisenden flachen Plättchens an einer Seitenwand des Gehäuses fixiert, während das andere Ende des Plättchens mit Hilfe einer Treibereinrichtung in Richtung des dielektrischen Blocks und von diesem weg bewegt wird.

Da in diesem Fall das flache elastische Plättchen in Richtung des dielektrischen Blocks gedrängt wird bzw. ihm erlaubt wird, sich weg von dem dielektrischen Block zu bewegen, was mit Hilfe der Treibereinrichtung geschieht, läßt sich die Resonanzfrequenz in einfacher Weise durch entsprechende Stärken- oder Krafteinstellung der Treibereinrichtung justieren.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind bei diesem dielektrischen Filter die beiden Endabschnitte eines elastischen Plättchens an dem Gehäuse fixiert, während ein Mittelbereich des elastischen Plättchens auf den dielektrischen Block zu und von ihm abgerückt wird, und zwar mit Hilfe einer Treibereinrichtung.

Da die beiden Endabschnitte des elastischen Plättchens am Gehäuse fixiert sind und sein Mittelbereich von der Treibereinrichtung beaufschlagt wird, erhält man eine symetrische Spannungsverteilung in dem Einstellplättchen,und dadurch ist es möglich, in einfacher und genauer Weise die Resonanzfrequenz zu justieren.

In den abhängigen Ansprüchen sind Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Speziell wird in dem Wendelresonator ein gewünschtes Signal zum Schwingen gebracht, wobei der Eingangsanschluß oder der Ausgangsanschluß und der Resonator magnetisch miteinander über das durch die Resonanz entstandene Magnetfeld gekoppelt sind. Es läßt sich also eine zufriedenstellende Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Eingangsanschluß oder dem Ausgangsanschluß sicherstellen, und selbst wenn es zu einer Abweichung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters auf Grund von Schwankungen im Durchmesser und in der Dielektrizitätskonstanten des aus Keramik bestehenden dielektrischen Blocks kommt, läßt sich die Resonanzfrequenz in einfacher Weise dadurch einstellen, daß die Einstellplatte in Richtung auf den dielektrischen Block bewegt oder von dem Block abgerückt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines dielektrischen Filters gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf das dielektrische Filter nach 1, bei dem ein Deckel, ein Distanzstück und eine Blattfeder entfernt wurden;
3 eine perspektivische Schnittansicht eines Hauptteils zum Erläutern des dielektrischen Filters nach 1;
4 eine Draufsicht auf einen Hauptteil zum Erläutern der Justierung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters nach 1;
5 eine Draufsicht auf einen Hauptteil zum Erläutern eines dielektrischen Filters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Hauptteils zum Erläutern eines dielektrischen Filters gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Schnitt-Draufsicht eines Hauptteils des dielektrischen Filters nach 6;
8 ein Ersatzschaltbild der dielektrischen Filter gemäß der Erfindung;
9 ein Strukturdiagramm zum Erläutern eines elektronischen Geräts unter Verwendung eines erfindungsgemäßen dielektrischen Filters, wobei das Gerät speziell ein Duplexer für eine zellulare Basisstation ist;
10 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein dielektrisches Filter gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 eine Draufsicht auf das dielektrische Filter gemäß 10, bei dem ein Deckel, ein Distanzstück und eine Blattfeder entfernt wurden;
12 eine perspektivische Schnittansicht eines Hauptteils zum Erläutern des dielektrischen Filters nach 10;
13 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht zum Erläutern eines in 10 gezeigten beweglichen Glieds;
14 eine Draufsicht auf einen Hauptteil zum Erläutern der Justierung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters nach 10;
15 ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters nach 10;
16 ein Strukturdiagramm zum Erläutern eines elektronischen Geräts mit einem erfindungsgemäßen dielektrischen Filter, wobei das Gerät speziell ein Duplexer für eine zellulare Basisstation ist;
17 eine Draufsicht zum Erläutern eines bereits konzipierten dielektrischen Filters; und
18 eine Schnittansicht des Filters nach 17.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, enthält das im folgenden zu beschreibende dielektrische Filter einen Rahmen 1 aus elektrisch leitendem Material, z.B. Aluminium (Al) mit vier Seitenwänden 1a und 1b. Der Rahmen 1 hat einen rechteckigen Querschnitt. Im Inneren des Rahmens 1 sind zwei Sätze von einander gegenüberstehenden Trennwänden 1c ausgebildet, die sich von den Seitenwänden 1a ausgehend nach innen erstrecken. Die Trennwände 1c im Inneren des Rahmens 1 bilden ein erstes, ein zweites und ein drittes Abteil 1j, 1k bzw. 1m. Zwischen jedem Satz einander gegenüberstehender Trennwände 1c befindet sich ein Fenster 1i. ^`
In einer Seitenwand 1a (unten in 2) sind mehrere (hier z.B. sechs) Schlitze 1d ausgebildet, die von der unteren Stirnseite nach oben verlaufen, außerdem mehrere (hier z.B. zwei) Gewindelöcher 1e. Zwei Schlitze 1d befinden sich jeweils in den Seitenwandbereichen, die das erste, das zweite und das dritte Abteil 1j, 1k und lm bilden. Die Gewindelöcher 1e sind in den Seitenwänden 1a in der Höhe des ersten und des dritten Abteils 1j und lm links und rechts in dem Rahmen 1 ausgebildet.
In der Nähe der Mitte der jeweiligen Seiten-Querwände 1b befinden sich ein Durchgangsloch if und außerdem mehrere (z. B. zwei) nicht gezeigte Gewindelöcher auf beiden Seiten des jeweiligen Durchgangslochs 1f. Die oberen Stirnseiten der Seitenwände 1a und 1b enthalten mehrere (z. B. zwölf) Gewindelöcher 1g, welche die Seitenwände durchsetzen.
Ein Eingangsverbinder 2 und ein Ausgangsverbinder 3 mit Mittelleitern 2a bzw. 3a enthalten außerdem flanschähnliche Lagerplatten 2b bzw. 3b. Die Mitteilleiter 2a und 3a der Eingangs- und Ausgangsverbinder 2 und 3 sind durch die Löcher 1f in den Seitenwänden 1b geführt, und die Verbinder 2 und 3 sind an den Seitenwänden 1b mit Schrauben 15 oder dergleichen befestigt, so daß die Teile beider Verbinder von den Seitenwänden 1b nach außen abstehen. In diesem fixierten Zustand stehen die Mittelleiter 2a und 3a in das innere des Rahmens 1 hinein.
Eine Bodenplatte 4 ist eine rechteckige flache Stahlplatte oder ein Stahlblech mit einer Dicke von z.B. 1 mm mit versilberter Oberfläche. Im Randbereich der Bodenplatte 4 sind mehrere (z. B. zwölf) nicht dargestellte Löcher an solchen Stellen ausgebildet, die den in den Seitenwänden 1a und 1b befindlichen Gewindelöchern 1g entsprechen.
Die Bodenplatte 4 ist derart angeordnet, daß sie die durch den Rahmen 1 gebildete untere Öffnung verschließt und ist an der Unterseite des Rahmens 1 mittels nicht dargestellter Schrauben befestigt. Die Bodenplatte 4 und der Rahmen 1 bilden ein Kästchen. In diesem Zustand bildet die Bodenplatte 4 die Bodenwand des Kästchens.
Obschon die Bodenplatte 4 als von dem Rahmen 1 getrenntes Teil ausgebildet ist, könnte die Bodenplatte 4 auch einstöckig zusammen mit dem Rahmen 1 ausgebildet sein, um z.B. durch Gießen ein Gehäuse mit Boden zu erhalten.
Innerhalb des ersten und des dritten Abteils 1j und lm des Rahmens 1 befindet sich jeweils ein Wendelresonator 5, ausgestattet mit einem Spulenteil 5a spiralförmiger Gestalt. Die Gesamtlänge der Spirale des Spulenteils 5a ist etwas kürzer als λ/4 der Wellenlänge λ des gewünschten Resonanzsignals. Die Wendelresonatoren 5 sind derart angeordnet, daß die Achsen ihrer Spulenteile 5a im wesentlichen parallel verlaufen zu den Seiten-Querwänden 1b des Rahmens 1. Die Spulenteile 5a sind in ihren Mittelbereichen mit den Mittelleitern 2a bzw. 3a der Eingangs- bzw. Ausgangsverbinder 2 und 3 durch eine sogenannte Anzapfverbindung verbunden, wozu beispielsweise (nicht gezeigtes) Lot verwendet wird. Diese Anzapfverbindung erfolgt zur Impedanzanpassung.
Die einen Enden Sb der Spulenteile 5a sind durch Anschluß an die Innenfläche der einen Seitenwand 1a durch Löten geerdet, während die anderen Enden Sc der Spulenteile freie Enden bilden. Diese freien Enden liegen der anderen Seitenwand 1a gegenüber, wodurch zwischen diesen Teilen ein Kondensatorteil gebildet wird. Außerdem befinden sich die Gewindelöcher 1e in der anderen Seitenwand 1a an solchen Stellen, die den freien Enden 5c der Spulenteile gegenüberstehen, und in die Gewindelöcher 10e sind mit Muttern 13 versehene Stellschrauben 12 zum Verändern der Kapazitätswerte eingeschraubt.
Die Entfernung zwischen der Spitze jeder Kapazitätswert-Einstellschraube 12 und dem gegenüberliegenden, freien Ende Sc des betreffenden Spulenteils 5a wird durch entsprechend weites Hineindrehen der Einstellschraube eingestellt, so daß man den Kapazitätswert des betreffenden Kondensators variieren kann.
Jeder Wendelresonator 5 enthält den zugehörigen Spulenteil 5a und einen Kondensatorteil, wobei der Kondensatorteil gebildet wird durch das freie Ende Sc des Spulenteils und der Kondensator in seinem Kapazitätswert geändert werden kann.
Ein keramischer dielektrischer Block 6 besteht aus einem dielektrischen Material wie z.B. BaO-TiO₂-Nd₂O, (relative Dielektrizitätskonstante: ?r = 90) und ist als zylindrischer Block mit einer Oberseite 6a, einer Unterseite 6b und einem Zylindermantel 6c zwischen den Seiten 6a und 6b ausgestattet. Ein elektrischer Leiter 7 befindet sich sowohl auf der Oberseite 6a als auch auf der Unterseite 6b und ist dort beispielsweise durch Backen einer elektrisch leitenden Paste oder durch stromloses Abscheiden ausgebildet. Die Höhe L1 des dielektrischen Blocks 6 ist höher als die Höhe L2 der Seitenwände 1a und 1b des Rahmens 1 (L1 > L2, siehe 3).
Der dielektrische Block 6 ist an der Bodenplatte 4z.B. durch Anlöten des elektrischen Leiters 7 an der Unterseite 6b des dielektrischen Blocks an die Bodenplatte fixiert. In diesem Zustand steht die Oberseite 6a des Blocks 6 über die oberen Stirnflächen 1h der Seitenwände 1a und 1b des Rahmens 1 vor, wobei die Achse des Blocks 6 senkrecht zu der Bodenplatte 4 verläuft.
Der so an der Bodenplatte 4 fixierte dielektrische Block 6 befindet sich nahezu zentral in dem jeweiligen Abteil 1j, 1k und 1m des Rahmens 1. Die dielektrischen Blöcke 6 in dem ersten bis dritten Abteil 1j, 1k und 1m sind über die Fenster 1i zwischen paarweisen Trennwänden 1c elektromagnetisch gekoppelt.
Die dielektrischen Blöcke 6 sind derart angeordnet, daß ihre Achsen senkrecht verlaufen zu den Achsen der Spulenteile 5a der Wendelresonatoren 5. Bei einer solchen lotrechten Anordnung laufen in dem Spulenteil 5a erzeugte magnetische Felder quer zu der Achse des dielektrischen Blocks 6, so daß das Ausmaß oder der Grad der magnetischen Kopplung zwischen den dielektrischen Blöcken 6 und den Wendelresonatoren 5 zunimmt und der Signalausbreitungsverlust abnimmt.
Eine Blattfeder 8 ist ein flaches Plättchen aus Federmaterial, ausgebildet mit Hilfe eines metallischen Werkstoffs wie z.B. Phosphorbronze mit einer Dicke von 0,1 mm. Die Oberfläche der Blattfeder ist versilbert. In dem Umfangsbereich der Blattfeder 8 sind mehrere (z.B. zwölf) Löcher 8a an solchen Stellen ausgebildet, die den Stellen der Gewindelöcher 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen. Die Blattfeder 8 ist an dem Rahmen 1 so angebracht, daß sie die von dem Rahmen gebildete obere Öffnung verschließt. Der Rahmen 1, die Bodenplatte 4 und die Blattfeder 8 bilden ein elektrisch leitendes Gehäuse. In diesem Zustand stehen die Oberseiten 6a der dielektrischen Blöcke 6 gegen die Federkraft oder Elastizität der Blattfeder 8 vor, mit der Folge, daß die auf den Oberseiten 6a der Blöcke 6 gebildeten elektrischen Leiter 7 und die Blattfeder 8 fest aneinander liegen.
Ein Distanzstück 9, welches die Form eines flachen Blechrahmens hat, besteht aus metallischem Werkstoff wie z.B. Phosphorbronze und hat eine Dicke von etwa 0,1 bis 0,5 mm. Im Umfangsbereich des Distanzstücks 9 sind mehrere (z.B. zwölf) Löcher 9a an solchen Stellen ausgebildet, die den Stellen der Gewindelöcher 1g in den Seitenwänden 1a und 1b entsprechen. In der Mitte des Distanzstücks 9 ist eine relativ große, rechteckige Öffnung 9b ausgespart. Das Distanzstück 9 wird auf die Blattfeder 9 gelegt. Die Dicke des Distanzstücks 9 entspricht einem Wert, der größer ist als der Überstand der Höhe der dielektrischen Blöcke 6 oberhalb der Seitenwände 1a und 1b des Rahmens 1.
Ein Deckel 10 in Form einer flachen Platte und eines flachen Blechs besteht aus metallischem Werkstoff wie z.B. Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu). In dem Deckel 10 sind drei Gewindelöcher 10a relativ großen Durchmessers an solchen Stellen ausgebildet, die auf einer Längsmittellinie liegen. Im Umfangsbereich des Deckels 10 sind mehrere, (z.B. zwölf) Löcher lOb an Stellen ausgebildet, die den Stellen der Gewindelöcher 1g in der oberen Stirnfläche 1h der Seitenwände 1a und 1b entsprechen. Der Deckel 10 wird so angebracht, daß er die Öffnung 9b des Distanzstücks 9 abdeckt.
Kopfschrauben 11, die jeweils die Form einer Scheibe besitzen, bestehen aus metallischem Werkstoff, wie z.B. Aluminium (A1) oder Kupfer (Cu), wobei an den Seitenflächen der Kopfschrauben 11 Gewinde 11a gebildet sind. Die Kopfschrauben 11 sind in die Gewindelöcher 10a des Deckels eingeschraubt. Die Unterseiten der so in die Gewindelöcher 10a eingeschraubten Kopfschrauben drücken auf die Oberseite der Blattfeder 8, so daß die Unterseite der Blattfeder 8 in Anlage an den elektrischen Leitern 7 kommt, die auf den Oberseiten 6a der dielektrischen Blöcke 6 gebildet sind.
In diesem Zustand stehen die Kopfschrauben 11 zum Halten der Blattfeder 8 in Anlage an den elektrischen Leitern 7 auf den Oberseiten 6a der Blöcke 6 in Gewindeeingriff mit dem Deckel 10, so daß die Blattfeder 8 ebenso wie der Deckel 10 und die elektrischen Leiter 7 in sichere Berührung miteinander gebracht werden, wodurch eine stabile elektrische Verbindung erhalten wird.
Frequenzeinstellplättchen 14 in Form flacher Blechstücke sind aus elektrisch leitendem Werkstoff, beispielsweise als Stahlbleche mit einer Dicke von 0,8 mm ausgebildet. Ihre Oberflächen sind versilbert. Die Höhe L3 jedes Frequenzeinstellplättchens 14 ist kleiner als L2 (L3 < L2), jedoch sehr nahe der Höhe L2 der Seitenwände 1a. Die Frequenzeinstellplättchen 14 werden in die mehreren (z.B. sechs) Schlitze 1d eingeführt, die in dem Rahmen 1 ausgebildet sind, und sie werden in der gewünschten Stellung jeweils durch Verlöten fixiert, wobei die Plättchen 14 dann in das Innere des Rahmens hineinragen. Die Frequenzeinstellplättchen 14 sind Einstellglieder zum Einstellen der Resonanzfrequenz f1 jedes dielektrischen Blocks 6, wobei die Einstellung in der Weise erfolgt, daß das Ausmaß des Vorstehens in das Innere des Rahmens 1 entsprechend eingestellt wird.
Da die Frequenzeinstellplättchen 14 durch mehrere Schlitze 1d eingeführt sind, besteht die Möglichkeit, das Band ausreichend weit zu verbreitern (z.B. etwa 10 MHz), um die Resonanzfrequenz einstellen zu können.
Diese Einstellung der Resonanzfrequenz f1 für die dielektrischen Blöcke 6 kann für jeden der in dem ersten, dem zweiten und dem dritten Abteil 1j, 1k und 1m befindlichen dielektrischen Blöcke 6 vorgenommen werden.
Diese Resonanzfrequenz-Einstellung für die Blöcke 6 unter Verwendung der Frequenzeinstellplättchen 14 erfolgt in der Weise, daß das Ausmaß des Vorstehens jedes Plättchens 14 justiert wird. Wie in 4 gezeigt, ist der in dem erfindungsgemäßen Resonanzfilter verwendete Resonanzmodus ein TM010-Mode, wie durch gestrichelte Linien A angedeutet ist, gebildet in konzentrischer Weise um den Zylindermantel 6c jedes dielektrischen Blocks 6 herum. Die Resonanzfrequenz f1 wird eingestellt durch Ändern des Ausmaßes, in welchem das magnetische Feld von dem jeweiligen Frequenzeinstellplättchen 14 gesperrt wird. Das Ergebnis ist im wesentlichen gleich einer Änderung des Volumens des Abteils, in welchem sich der betreffende dielektrische Block 6 befindet.
Im allgemeinen erhält man den gleichen Effekt, wie er oben geschildert wurde, auch im Fall des TMnml-Mode (n = 0, 1, 2,.., m = 1, 2, 3, .., l = 0, 1, 2,..).
Um sicherzustellen, daß ein ausreichendes Maß von dem magnetischen Feld abgeschnitten wird, ist es wünschenswert, wenn die Höhe L1 des dielektrischen Blocks 6 und die Höhe L3 jedes Frequenzeinstellplättchens 14 möglichst nahe zusammenliegen.
Das dielektrische Filter läßt sich betrachten als dreistufiges dielektrisches Filter mit drei dielektrischen Blöcken 6, wobei der Rahmen 1, die Bodenplatte 4, die Blattfeder 8, das Distanzstück 9 und der Deckel 10 zusammenlaminiert und mit (nicht gezeigten) Schrauben aneinander befestigt sind.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters.
Wie in 5 gezeigt ist, hat ein Frequenzeinstellplättchen 18 die Form eines Flachstücks aus elektrisch leitendem Material mit Elastizität und versilberter Oberfläche. Ein Ende 18a des Frequenzeinstellplättchens 18 ist an der Innenseite einer Seitenwand 1a des Rahmens 1 beispielsweise durch Punktschweißung verbunden.
Ein abgewandtes Ende 18b des Frequenzeinstellplättchens 18 ist ein freies Ende, welches sich in Richtung der Achse des elektrischen Blocks 6 bewegen kann.
In ein Gewindeloch 1n der Seitenwand 1a ist mit einer einer Mutter 17 tragenden Stellschraube 16 eingedreht. Die Spitze der Stellschraube 16 steht in Anlage mit dem freien Ende 18b des Frequenzeinstellplättchens 18. Das Ausmaß des Nach-innen-Vorstehens des freien Endes 18b gegenüber dem Rahmen 1 wird variiert, indem man das Ausmaß des Eindrehens der Stellschraube 16 ändert.
Die Resonanzfrequenz f1 des dielektrischen Blocks 6 wird dadurch eingestellt, daß das Ausmaß des Vorstehens des Frequenzeinstellplättchens 18 justiert wird. Der bei dem erfindungsgemäßen dielektrischen Filter verwendete Mode ist z.B. der TM010-Mode, bei dem ein durch konzentrische gestrichelte Linien B angedeutetes magnetisches Feld um einen Zylindermantel 6c des Blocks 6 herum erzeugt wird. Durch Ändern des Ausmaßes, in welchem das Magnetfeld durch das Frequenzeinstellplättchen 18 gesperrt wird, läßt sich die Resonanzfrequenz f1 justieren. Dies ist im wesentlichen das gleiche wie eine Volumenänderung des Abteils, in welchem der dielektrische Block 6 untergebracht ist.
Im allgemeinen erhält man den gleichen Effekt, wie er oben beschrieben wurde, auch in dem TMnml-Mode (n = 0, 1, 2,.., m = 1, 2, 3 ,.., l = 0, 1, 2,..).
Im folgenden wird die Struktur der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen dielektrischen Filters anhand der 6 und 7 erläutert.
In den 6 und 7 sind die gleichen Teile wie bei der ersten Ausführungsform mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Eine Wiederholung der Beschreibung erfolgt nicht.
Wie in 6 und 7 gezeigt ist, ist in einer der Seitenwände 1a des Rahmens 1 (auf der vorderen Seite in 6) ein rechteckiges Durchgangsloch 1p in Verbindung mit zwei Sack-Gewindelöchern 1q auf beiden Seiten des Durchgangslochs 1p ausgebildet.
Ein Frequenzeinstellplättchen 19 ist ein band- oder blattähnliches flaches Plättchen aus elektrisch leitendem Material mit Elastizität, z.B. ein Stahlplättchen. Das Frequenzeinstellplättchen 19 wird durch Stanzen und Biegen hergestellt, seine Oberfläche ist versilbert. Das Frequenzeinstellplättchen 19 hat L-förmige Halteabschnitte 19a an den beiden Enden und einen gekrümmten Abschnitt 19b etwa in der Mitte zwischen den Halteabschnitten 19, wobei in den Halteabschnitten jeweils ein Loch 19a ausgebildet ist, passend zu einem zugehörigen Sack-Gewindeloch 1q.
Das Frequenzeinstellplättchen 19 ist derart angeordnet, daß sein gekrümmter Abschnitt 19b aus dem Durchgangsloch 1b des Rahmens in das innere des Rahmens 1 vorsteht.
Eine Lagerplatte 20, ausgebildet als Kunststoff-Formteil, ist mit einem mittigen, rechteckigen konvexen Abschnitt 20a ausgestattet, ferner mit einem Paar von Flanschabschnitten 20b auf den beiden Seiten des konvexen Abschnitts 19a.
In der Mitte des konvexen Abschnitts 20a befindet sich ein Gewindeloch 20c mit relativ großem Durchmesser, und Löcher 20d mit kleinem Durchmesser befinden sich in den Flanschabschnitten 20b an Stellen, die den Sack-Gewindelöchern 1q entsprechen.
Die Lagerplatte 20 wird in dem Durchgangsloch 1p des Rahmens 1 so angeordnet, daß sie dieses Loch über das Frequenzeinstellplättchen 19 verschließt. In diesem Zustand stehen sich der konvexe Abschnitt 20a und der Rücken des gekrümmten Abschnitts 19b gegenüber.
Eine in das einen großen Durchmesser aufweisende Gewindeloch 20c der Lagerplatte 20a eingeschraubte Stellschraube 30 stößt mit einer Spitze 30a an die Rückseite des gekrümmten Abschnitts 19b, der einen Kreisbogen bildet, wobei die Spitze an der Mitte des Frequenzeinstellplättchens 19 angreift.
Durch die Löcher 20d der Lagerplatte 20 sind Schrauben 31 eingeschraubt, die auch die Löcher 19c des Frequenzeinstellplättchens 19 durchsetzen, wobei die Schrauben in den Gewindelöchern 1q des Rahmens 1 sitzen, wodurch das Frequenzeinstellplättchen 19 und die Lagerplatte 20 einteilig mit dem Rahmen 1 gemacht werden.
Durch Einstellen des Ausmaßes des Dreheingriffs der Stellschraube 30 wird der gekrümmte Abschnitt 19b vorgeschoben und in Richtung auf die Achse des dielektrischen Blocks 6 im Inneren des Rahmens 1 bewegt. Durch dieses Vorrücken und Abrücken durch Bewegen des gekrümmten Abschnitts 19b des Frequenzeinstellplättchens 19 ist es möglich, die Resonanzfrequenz des dielektrischen Blocks 6 einzustellen.
Wie in 7 gezeigt ist, erfolgt diese Einstellung durch Ändern des gesperrten Anteils eines Magnetfelds, welches um den Zylindermantel 6c des dielektrischen Blocks 6 erzeugt wird, was in der Figur durch gestrichelte Linien C angedeutet ist, wobei das Magnetfeld durch das Frequenzeinstellplättchen 19 (teilweise) gesperrt wird. Dies entspricht im wesentlichen einer Volumenänderung des Abteils, in welchem sich der dielektrische Block 6 befindet.
Die Stellschrauben 16 und 30 zum Bewegen der Frequenzeinstellplättchen 16 und 19 können durch andere Treibereinrichtungen als die Schrauben ersetzt werden.
Die Frequenzeinstellplättchen 18 und 19 bilden Justier- oder Einstellglieder, die nach innen in das Kästchen vorstehen, um den Sperranteil des magnetischen Felds einzustellen, welches in dem Raum zwischen dem Kästchen und dem dielektrischen Block 6 erzeugt wird.
Obschon bei der oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsform die Frequenzeinstellplättchen 16, 18 und 19 aus elektrisch leitendem Material gebildet sind, stellt dies keine Beschränkung dar. Beispielsweise könnten die Plättchen auch aus magnetischem oder aus dielektrischem Material bestehen. Bestehen die Plättchen 14, 18 und 19 aus elektrisch leitendem Material, so ändert sich das um den dielektrischen Block 6 herum erzeugte magnetische Feld in der Weise, daß das Feld die Frequenzeinstellplättchen 14, 18 bzw. 19 meidet. Dort, wo sich die Frequenzeinstellplättchen befinden wird im Fall eines magnetischen Materials der Plättchen erreicht, daß das magnetische Material die effektive Permeabilität der Abteile (1j, 1k, 1m) erhöht, da die magnetische Permeabilität größer als 1 ist. Im Ergebnis ändert sich die Größe des jeweiligen Abteils auf Grund der Verkürzung der Wellenlänge in dem magnetischen Material. Dort, wo die Frequenzeinstellplättchen aus dielektrischem Material gebildet sind, wirkt dieses Material durch Erhöhung der effektiven Dielektrizitätskonstanten der Abteile (1j, 1k, 1m), weil die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums größer als 1 ist. Als Ergebnis ändert sich die Größe jedes Abteils durch die Verkürzung der Wellenlänge in dem Dielektrikum. Genauer gesagt: wenn die effektive relative Dielektrizitätskonstante in einem Medium ϵe beträgt, die effektive relative Permeabilität μe beträgt und die Wellenlänge im freien Raum λo ist, erfüllt die Wellenlänge λg in dem Medium die folgende Beziehung: λg = λo/(ϵe ⨯ μe)^1/2. Folglich ändern sich die effektive Permeabilität und die effektive Dielektrizitätkonstante der die dielektrischen Blöcke enthaltenden Abteile, und somit ändert sich die Resonanzwellenlänge in jedem Abteil, was zu einer entsprechenden Resonanzfrequenz-Änderung führt.
Im folgenden wird ein Ersatzschaltbild jedes der oben dielektrischen Filter gemäß der Erfindung erläutert.
In 8 ist das dielektrische Filter als dreistufiger Aufbau dargestellt und enthält einen Eingangsanschluß 21, eine Eingangsstufe 22, eine Zwischenstufe 23, eine Ausgangsstufe 24 und einen Ausgangsanschluß 25.
Die Eingangsstufe 22 setzt sich zusammen aus einem eingangsseitigen Wendelresonator 22c, umfassend eine wendelförmige Spule 22a und einen veränderlichen Kondensator 22b, und einem ersten dielektrischen Resonator 22f, umfassend parallelgeschaltete Spulen 22d und einen Kondensator 22e. Die Zwischenstufe 23 wird gebildet durch einen zweiten dielektrischen Resonator 23c mit parallelgeschalteten Spulen 23a und einem Kondensator 23b. Die Ausgangsstufe 24 besteht aus einem dritten dielektrischen Resonator 24c mit parallelgeschalteten Spulen 24a und einem Kondensator 24b und einem ausgangsseitigen Wendelresonator 24f mit einer wendelförmigen Spule 24d und einem veränderlichen Kondensator 24e.
Erfindungsgemäß lassen sich die Resonanzfrequenzen des ersten, des zweiten und des dritten dielektrischen Resonators 22f, 23c und 24c durch die Frequenzeinstellplättchen 14, 18 und 19 auf die Sollwerte einstellen.
In dem dielektrischen Filter mit dem oben geschilderten Aufbau wird ein von dem Eingangsanschluß 21 eingegebenes Signal an den Wendelresonator 22c gegeben, wo das Signal bei einer vorbestimmten Frequenz in Resonanz schwingt. Zu dieser Zeit läßt sich die Resonanzfrequenz f1 in einem breiten Bereich dadurch einstellen, daß man den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 22b einstellt, der Bestandteil des Wendelresonators 22c ist. Durch diese Einstellung ist es ebenfalls möglich, eine weitere gewünschte oder Soll-Resonanzfrequenz f2 zu erhalten, falls notwendig.
Der eingangsseitige Wendelresonator 22c, der mit der Resonanzfrequenz f einschwingt, ist magnetisch gekoppelt mit dem ersten dielektrischen Resonator 22f. In ähnlicher Weise ist der erste dielektrische Resonator 22f mit dem zweiten dielektrischen Resonator 22c magnetisch gekoppelt, und der zweite dielektrische Reonator 22c ist magnetisch mit dem dritten dielektrischen Resonator 24c gekoppelt, und schließlich gibt es außerdem eine magnetische Kopplung zwischen dem dritten dielektrischen Resonator 24c und dem ausgangsseitigen Wendelresonator 24f. Insgesamt wird ein dreistufiges dielektrisches Filter gebildet, durch das nur ein gewünschtes oder Soll-Signal hindurchgelangen kann.
Im folgenden wird ein elektronisches Gerät beschrieben, welches das oben beschriebene erfindungsgemäße dielektrische Filter beinhaltet, wobei es sich bei dem Gerät um einen Duplexer für eine zellulare Basisstation handelt. Wie in 9 gezeigt ist, enthält der Duplexer mindestens eine Antenne 40, ein Bandpaßfilter 41 für ein Sendesignal, wobei dieses Filter 41 das erfindungsgemäße dielektrische Filter ist, ferner ein Bandpaßfilter 42 für ein Empfangssignal, wobei auch dieses Filter durch das erfindungsgemäße dielektrische Filter gebildet wird, eine Anpaßschaltung 43 an eine Verbindungsstelle zwischen den beiden Bandpaßfiltern 41 und 42 und angeschlossen an die Antenne 40, wobei zwischen der Antenne 40 und der Anpaßschaltung 43 ein Tiefpaßfilter 46 liegt. Ferner gibt es einen Eingangsanschluß 44 zur Eingabe eines Sendesignals in das Tiefpaßfilter 41 und einen Ausgangsanschluß 45 zur Ausgabe eines Empfangssignals aus dem Bandpaßfilter 42.
Bei der hier betrachteten Ausführungsform ist das Bandpaßfilter 41 für ein Sendesignal und ist das Bandpaßfilter 42 für ein Empfangssignal vorgesehen, wobei jedes Filter als dreistufiges Bandpaßfilter ausgebildet ist.
In dem den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Duplexer wird ein von der Antenne 40 empfangenes Signal über das Tiefpaßfilter 46 in die Anpaßschaltung 43 eingegeben, anschließend gelangt das so empfangene Signal aus der Anpaßschaltung 43 in das für das Empfangssignal vorgesehene Bandpaßfilter 42, welches nur einem Signal, beispielsweise einem Signal im Bereich von 880 – 915 MHz, ermöglicht, das Filter zu durchlaufen, um das durchgelassene Signal über den Ausgangsanschluß 45 zu einer (nicht gezeigten) Empfangsschaltung weiterzuleiten.
Wenn ein von einer (nicht gezeigten) Sendeschaltung kommendes Sendesignal an den Eingangsanschluß 44 gegeben wird, wird dieses eingegebene Sendesignal an das für das Sendesignal vorgesehene Bandpaßfilter 41 gegeben, welches nur einem Sendesignal in beispielsweise dem Bereich von 925 bis 960 MHz gestattet, die Filterschaltung zu durchlaufen, wobei dieses Signal dann an die Anpaßschaltung 43 gelangt. Von der Anpaßschaltung 43 gelangt das Sendesignal dann über das Tiefpaßfilter 46 in die Antenne 40 und wird von dieser abgestrahlt.
Die oben beschriebenen mehreren dielektrischen Filter befinden sich also nebeneinanderliegend in dem Duplexer, welches das hier betrachtete elektronische Gerät darstellt, wobei jeweils umgeschaltet wird zwischen dem Empfangssignal und dem Sendesignal.
Obschon die in den beiden oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendeten dielektrischen Blöcke im Querschnitt kreisförmig sind, stellt dies keine Beschränkung dar. Die Blöcke könnten auch quadratisch oder allgemein polygonal im Querschnitt sein, sofern sie eine zylindrische Struktur besitzen.
Auch die obige Bezugnahme auf ein speziell dreistufiges dielektrisches Filter ist nicht als Beschränkung zu verstehen. Angewendet kann die Erfindung auch bei einem einstufigen dielektrischen Filter oder bei einem vier- oder höherstufigen dielektrischen Filter, bei dem vier oder entsprechend mehr dielektrische Blöcke im Inneren des Rahmens angeordnet sind.
Im folgenden wird ein dielektrisches Filter nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in den 10, 11 und 12 zu sehen ist, besitzt ein Rahmen 51 des dielektrischen Filters, bestehend aus elektrisch leitendem Material wie z.B. Aluminium (A1), vier Seitenwände 151a, 51b. Der Rahmen 51 hat rechteckigen Querschnitt. Im Inneren des Rahmens 51 befinden sich zwei Sätze von einander gegenüberstehenden Trennwänden 51c, die von den Längsseitenwänden 51a ausgehend nach Innen verlaufen. Die Trennwände 51c im Inneren des Rahmens 51 bilden ein erstes, ein zweites und ein drittes Abteil 51j, 51k und 51m. Zwischen jeweils einem Paar von Trennwänden 51c ist ein Fenster 51i gebildet.
In einer Seitenwand 51a (unten in 11) sind mehrere (z.B. drei) erste Gewindelöcher 51d und mehrere (z.B. zwei) zweite Gewindelöcher 51e ausgebildet. Die ersten Gewindelöcher 51d sind in den Bereichen der Seitenwand 51a ausgebildet, die dem ersten, dem zweiten bzw. dem dritten Abteil 51j, 51k bzw. 51m entsprechen. Die zweiten Gewindelöcher 51e sind in den Bereichen der Seitenwand 51a ausgebildet, die dem ersten bzw. dem dritten Abteil 51j, 51m entsprechen. In der Nähe der Mitte jeder Seitenquerwand 51b ist ein Durchgangsloch 51f in Verbindung mit mehreren (z.8. zwei) nicht gezeigten Gewindelöchern auf beiden Seiten des Lochs 51f ausgebildet. Die oberen Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b enthalten mehrere (z.B. zwölf) Gewindelöcher 51g, die sich durch die Seitenwände hindurch erstrecken. Ein Eingangsverbinder 52 und ein Ausgangsverbinder 53 befinden sich in der Mitte im Verein mit Mittelleitern 52a und 53a, und außerdem enthalten die Verbinder flanschähnliche Lagerplatten 52b und 53b. Die Mittelleiter 52a und 53a der Eingangs- und Ausgangsverbinder 52, 53 sind in die Löcher 52f in den Seitenwänden 51b eingeführt, und sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsverbinder sind mit den Seitenwänden 51b durch Schrauben 65 verbunden, so daß Teile beider Verbinder von den Seitenwänden Slb nach außen abstehen. In diesem fixierten Zustand stehen die Mittelleiter 52a und 53a von dem Rahmen 51 nach innen.
Eine Bodenplatte 54 ist als flaches Stahlblech ausgebildet, welches versilbert ist und eine Dicke von z.B. 1mm besitzt. Im Umfangsbereich der Bodenplatte 54 sind mehrere (z.B. zwölf) nicht gezeigte Löcher an solchen Stellen ausgebildet, die den Stellen der Gewindelöcher 51g in den Seitenwänden 51a und 51b des Rahmens entsprechen.
Die Bodenplatte 54 dient zum Verschließen der unteren Öffnung des Rahmens 51 und ist an der Unterseite des Rahmens 51 mit nicht dargestellten Schrauben befestigt. Die Bodenplatte 54 und der Rahmen 51 bilden ein Kästchen, wobei die Bodenplatte als Bodenwand fungiert.
Obschon bei dieser Ausführungsform die Bodenplatte 54 durch ein separates Teil bezüglich des Rahmens 51 gebildet wird, kann die Bodenplatte mit dem Rahmen 51 auch einstöckig ausgebildet sein, beispielsweise durch Gießen eines integralen Kästchens.
In dem ersten und dem dritten Abteil 51j und 51 m des Rahmens 51 befinden sich Wendelresonatoren 55. Die Wendelresonatoren 55 besitzen jeweils einen Spulenteil 55a spiralförmiger Form. Die Gesamtlänge der Spirale des Spulenteils 55a ist etwas kürzer als die Länge λ/4 der Wellenlänge λ des Soll-Resonanzsignals. Die Wendelresonatoren 55 sind derart angeordnet, daß die Achsen ihrer Spulenteile 55a im wesentlichen parallel zu den Querseitenwänden 51b des Rahmens 51 verlaufen. Die Spulenteile 55a sind in ihren Mittelbereichen mit den Mittelleitern 52a und 53a des Eingangs- und Ausgangsverbinders 52 und 53 durch eine Anzapfverbindung verbunden, wozu die Verbindung gelötet wird. Diese Anzapfverbindung dient zur Impedanzanpassung.
Die einen Enden 55b der Spultenteile 55a sind durch Anlöten an die Innenseite einer Seitenwand 51a auf Masse gelegt, während die anderen Enden 55 der Spulenteile freie Enden bilden. Diese freien Enden liegen der anderen Seitenwand 51a gegenüber, um dazwischen einen Kondensatorteil zu bilden. Die zweiten Gewindelöcher Sle in der anderen Seitenwand 51a befinden sich an Stellen gegenüber den freien Enden 55c, und in die zweiten Gewindelöcher Sle sind mit Hilfe von Muttern 53e Stellschrauben 62 eingeschraubt, die zum Einstellen des Kapazitätswerts dienen.
Die Entfernung zwischen der Spitze jeder Kapazitätswert-Einstellschraube 62 und dem gegenüberliegenden freien Ende 55c des betreffenden Spulenteils 55a wird durch entsprechend weites Eindrehen der Kapazitätswert-Stellschraube eingestellt, so daß der Kapazitätswert des Kondensators variiert werden kann.
Folglich enthält jeder Wendelresonator 55 den zugehörigen Spulenteil 55a und einen Kondensatorteil, wobei der Kondensatorteil gebildet wird durch das jeweilige freie Ende 55c des Spulenteils und zum Ändern des Kapazitätswerts ausgebildet ist.
Ein keramischer dielektrischer Block 56 ist z.B. aus einem dielektrischen Werkstoff wie BaO-TiO₂-Nd₂O, (relative Dielektrizitätskonstante: ?r = 90) hergestellt und hat z.B. die Form eines Zylinders mit einer Oberseite 56a, einer Unterseite 56b und einem Zylindermantel 56c zwischen Ober- und Unterseite 56a, 56b. Ein elektrischer Leiter 57 ist sowohl auf der Oberseite 56a als auch auf der Unterseite 56b ausgebildet, beispielsweise durch Aufbringen und Backen einer elektrisch leitenden Paste oder durch stromloses Abscheiden. Die Höhe L1 des dielektrischen Blocks 56 ist größer als die Höhe L2 der Seitenwände 51a und 51b des Rahmens 51 (L1>L2, vgl. 12).
Der dielektrische Block 56 ist an der Bodenplatte 54 z.B. durch Verlöten des auf der Unterseite 56b des Blocks ausgebildeten elektrischen Leiters an der Bodenplatte befestigt. Die Oberseite 56a des Blocks 56 steht dann gegenüber den oberen Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b des Rahmens 51 vor, wobei die Achse des Blocks 56 senkrecht zur Bodenplatte 54 verläuft.
Der so an der Bodenplatte 54 fixierte dielektrische Block 56 befindet sich in der Nähe der Mitte des betreffenden ersten bis dritten Abteils 51j, 51k und 5lm des Rahmens 51. Die so angeordneten dielektrischen Blöcke 56 in dem ersten bis dritten Abteil 51j bis 5m sind miteinander elektromagnetisch über die Fenster 51i gekoppelt, die durch die jeweils paarweisen Trennwände 51c gebildet sind.
Die dielektrischen Blöcke 56 sind so angeordnet, daß ihre Achsen rechtwinklig verlaufen zu den Achsen der Spulenteile 55a der Wendelresonatoren 55. Bei einer solchen lotrechten Anordnung laufen die in dem Spulenteil 55a erzeugten magnetischen Felder quer zu den Achsen der dielektrischen Blöcke 56, so daß das Ausmaß der magnetischen Kopplung zwischen den dielektrischen Blöcken 56 und den Wendelresonatoren 55 zunimmt und der Signalausbreitungsverlust abnimmt.
Eine Blattfeder 58 ist als Flachstück oder Federplättchen aus metallischem Material, beispielsweise Phosphorbronze ausgebildet und besitzt eine Dicke von etwa 0,1 mm. Die Oberfläche ist versilbert. Im Umfangsbereich der Blattfeder 58 sind mehrere (z.B. zwölf) Löcher 58a an solchen Stellen ausgebildet, die den Gewindelöchern Slg in den Seitenwänden 51 und 5 1b entsprechen. Die Blattfeder 58 ist derart gelagert, daß sie die obere in dem Rahmen 51 gebildete Öffnung bedeckt. Der Rahmen 51, die Bodenplatte 54 und die Blattfeder 58 bilden ein elektrisch leitendes Gehäuse. In diesem Zustand stehen die Oberseiten 56a der dielektrischen Blöcke nach oben entgegen der Elastizität der Blattfeder 58, so daß die elektrischen Leiter 57 auf den Oberseiten 56a der Blöcke 56 und die Unterseite der Blattfeder 58 fest aneinander anliegen.
Ein Distanzstück 59, hier in Form eines Flachblech-Rahmens, besteht aus metallischem Werkstoff, z.B. Phosphorbronze, und besitzt eine Dicke von etwa 0,1 – 0,5 mm. Im Umfangsbereich des Distanzstücks 59 sind mehrere (z.B. zwölf) Löcher 59a an solchen Stellen ausgebildet, die den in den Seitenwänden 51a und 51b ausgebildeten Gewindelöchern 51g entsprechen. In der Mitte des Distanzstücks 59 ist eine relativ große rechteckige Öffnung 59b ausgebildet. Das Distanzstück 59 ist auf der Blattfeder 58 angeordnet, wobei die Dicke des Distanzstücks 59 größer ist als die Dicke des Überstands der dielektrischen Blöcke 56 gegenüber den Seitenwänden 51a und Slb des Rahmens 51.
Ein Deckel 60, hier in Form einer flachen Platte oder eines flachen Blechstücks, besteht aus metallischem Werkstoff wie z.B. Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu). In dem Deckel 60 sind drei Gewindelöcher 60a relativ großen Durchmessers entlang einer Längsmittelachse des Deckels angeordnet. Im Umfangsbereich des Deckels 60 befinden sich mehrere (vier: zwölf) Löcher 60b an Stellen entsprechend den Gewindelöchern 51g in den Stirnflächen 51h der Seitenwände 51a und 51b. Der Deckel 60 wird angebracht, um die Öffnung 59b des Distanzstücks 59 zu verschließen.
Kopfschrauben 61, die die Gestalt einer Scheibe haben, bestehen aus metallischem Werkstoff, beispielsweise Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu), wobei an den Seitenwänden der Kopfschrauben 61 jeweils Gewinde 61a ausgebildet sind. Die Kopfschrauben 61 sind in die Gewindelöcher 60a des Deckels 60 eingeschraubt. Die Unterseiten der so eingeschraubten Kopfschrauben 61 in den Gewindelöchern 60a drücken die Oberseite der Blattfeder 58 nieder, mit der Folge, daß die Unterseite der Blattfeder 58 in Anlage an den auf den Oberseiten 56a der dielektrischen Blöcke 56 ausgebildeten elektrischen Leitern 57 gelangt.
In diesem Zustand halten die Kopfschrauben 51 die Blattfeder 58 in Anlage an den elektrischen Leitern 57 auf den Oberseiten 56a der Blöcke 56, während sie mit dem Deckel 60 in Eingriff stehen, mit der Folge, daß die Blattfeder 58 ebenso wie der Deckel 60 und die elektrischen Leiter 57 in sicherer Berührung miteinander stehen, so daß es zu einer stabilen elektrischen Verbindung kommt.
Wie in den 11 und 13 gezeigt ist, enthält ein bewegliches Teil oder Glied 64 mindestens eine Drehschraube 66 und ein Frequenzeinstellplättchen 67. Die Drehschraube 66 steht in Gewindeeingriff in einem ersten Gewindeloch 51d in einer Seitenwand 51a des Rahmens 51 und trägt eine Mutter 66a, so daß die Spitze der Drehschraube in den Rahmen 51 hineinragt, wobei sie die Achse des zugehörigen dielektrischen Blocks 56 senkrecht schneidet.
Das Frequenzeinstellplättchen 67, hier in Form eines flachen Blechstücks oder Plättchens, besteht aus elektrisch leitendem Material, ist z.B. ein Stahlplättchen, dessen Oberfläche versilbert ist.
Das Frequenzeinstellplättchen 67 besitzt einen Flachstückabschnitt 67a und einen Eingriffsabschnitt 67b für den Eingriff der Spitze der Schraube 66, wobei der Eingriffsabschnitt 67b durch Hochbiegen eines Teils des Flachstückabschnitts 67a zu einer etwa halbkreisförmigen Ausformung gebildet ist.
In jedem der Abteile des Rahmens 51 befindet sich das Frequenzeinstellplättchen 67 in einem Raum zwischen dem betreffenden dielektrischen Block 56 und dem Rahmen 51. Zunächst verläuft die Oberfläche des Flachstückteils des Frequenzeinstellplättchens 67 etwa parallel zu der Oberseite und der Unterseite 56a und 56b des dielektrischen Blocks 56. Wenn die Drehschraube 66, die Bestandteil des beweglichen Glieds 64 ist, beispielsweise in Pfeilrichtung B gedreht wird (vgl. 13), dreht sich auch das Frequenzeinstellplättchen 67 in diese Richtung.
Mit der Drehung des Frequenzeinstellplättchens 67, die Bestandteil des beweglichen Glieds 64 ist, besteht die Möglichkeit, die Resonanzfrequenz f1 des dielektrischen Blocks 56 einzustellen. Wie in 14 gezeigt ist, ist der Resonanz-Mode, der in dem erfindungsgemäßen dielektrischen Filter verwendet wird, der TM010-Mode, bei dem ein magnetisches Feld entsprechend den konzentrisch gestrichelten Linien A um den Zylindermantel 56c jedes dielektrischen Blocks 56 herum erzeugt wird, und die Resonanzfrequenz f1 wird dadurch eingestellt, daß der Sperranteil des magnetischen Feldes mit Hilfe des Frequenzeinstellplättchens 67 justiert wird. Dies entspricht im wesentlichen einer Volumenänderung des Abteils, in dem sich der dielektrische Block 56 befindet, wobei die Änderung durch das bewegliche Glied 64 erfolgt, so daß dieses bewegliche Glied 64 ein Magnetfeld-Sperrglied darstellt.
Obschon bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Drehschraube 66 als Bestandteil des beweglichen Glieds 64 in einer Seitenwand 51a angeordnet ist, stellt dies keine Beschränkung dar. Die Drehschraube 66 kann auch in der Bodenplatte 54 (allgemein: in der Bodenwand oder in dem Boden) oder in dem Deckel 60 gelagert sein, so daß die Drehachse des beweglichen Glieds 64 parallel zu der Achse des dielektrischen Blocks 56 verläuft und mithin der Flachstückteil des Frequenzeinstellplättchens 67 der Umfangsfläche des dielektrischen Blocks gegenübersteht.
Wenngleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Frequenzeinstellplättchen 67 als Bestandteil des beweglichen Glieds 64 ein Sperrglied ist und unter Verwendung eines elektrisch leitenden Materials fungiert, ist auch dies keine grundsätzliche Beschränkung. Das Teil kann aus magnetischem oder dielektrischem Material bestehen. Besteht das Frequenzeinstellplättchen 67 aus elektrisch leitendem Material, so ändert sich das um den Block 56 herum erzeugte magnetische Feld in der Weise, daß das Feld das Frequenzeinstellplättchen meidet. Im Fall eines magnetischen Werkstoffs wirkt das magnetische Material in der Weise, daß die effektive Permeabilität der Abteile (51j, 51k, 51m) erhöht wird, da die magnetische Permeabilität des Materials größer als 1 ist. Durch die anschließende Verkürzung der Wellenlänge in dem magnetischen Material ändert sich die Größe jedes Abteils effektiv. Im Fall eines dielektrischen Materials bewirkt das dielektrische Material eine Zunahme der effektiven Dielektrizitätskonstanten der Abteile (51j, 51k, 51m), weil die Dielektrizitätskonstante größer als 1 ist. Durch die sich ergebede Verkürzung der Wellenlänge in dem dielektrischen Material ändert sich die Größe jedes Abteils effektiv. Falls die effektive relative Dielektrizitätskonstante und die effekte relative Permeabilität in einem Medium ϵe bzw. μe betragen und die Wellenlänge im freien Raum λo ist, erfüllt die Wellenlänge λg in dem Medium die Relation λg = λo/(?e ⨯ μe)^1/2. Wenn also die effektive Permeabilität oder die effektive Dielektrizitätskonstante jedes Abteils, welches den betreffenden dielektrischen Block enthält, sich ändert, so ändert sich auch die relative Größe bezüglich der Wellenlänge des Abteils, so daß es zu einer Änderung der Resonanzfrequenz kommt.
Das erfindungsgemäße dielektrische Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau ist ein dreistufiges dielektrisches Filter mit drei dielektrischen Blöcken 56, wobei der Rahmen 51, die Bodenplatte 54, die Blattfeder 58, das Distanzstück 59 und der Deckel 60 schichtförmig aufgebaut und durch nicht gezeigte Schrauben aneinander befestigt sind.
Im folgenden wird ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Filters beschrieben.
Wie in 15 gezeigt ist, ist das dielektrische Filter ein dreistufiges dielektrisches Filter mit einem Eingangsanschluß 71, einer Eingangsstufe 72, einer Zwischenstufe 73, einer Ausgangsstufe 74 und einem Ausgangsanschluß 75.
Die Eingangsstufe 72 setzt sich zusammen aus einem eingangsseitigen Wendelresonator 72c mit einer wendelförmigen Spule 72a und einem veränderlichen Kondensator 72b, und einem ersten dielektrischen Resonator 72f mit parallelen Spulen 72d und einem Kondensator 72e. Die Zwischenstufe 73 besteht aus einem zweiten dielektrischen Resonator 73c mit parallel geschalteten Spulen 73a und einem Kondensator 73b. Die Ausgangsstufe setzt sich zusammen aus einem dritten dielektrischen Resonator 74e mit parallelen Spulen 74a und einem Kondensator 74b, und einem ausgangsseiten Wendelresonator 74f mit einer wendelförmigen Spule 74d und einem veränderlichen Kondensator 74e.
Erfindungsgemäß lassen sich die Resonanzfrequenzen des ersten, des zweiten und des dritten dielektrischen Resonators 72f, 73c und 74c durch die beweglichen Glieder oder Teile 64 auf die gewünschten oder Soll-Werte einstellen.
In dem dielektrischen Filter mit dem oben beschriebenen Aufbau wird ein über den Eingangsanschluß 71 eingegebenes Signal dem Wendelresonator 72c zuführt, wo das Signal mit einer vorbestimmten Frequenz in Resonanz schwingt. Zu diesem Zeitpunkt läßt sich die Resonanzfrequenz fl in einem großen Bereich einstellen, indem man den Kapazitätswert des veränderlichen Kondensators 72b, der Bestandteil des Wendelresonators 72c ist, justiert. Diese Justierung kann auch eine weitere Resonanzfrequenz f2 betreffen, falls notwendig.
Der eingangsseitige Wendelresonator 72c, der bei der Resonanzfrequenz fl schwingt, ist magnetisch mit dem ersten dielektrischen Resonator 72f gekoppelt. In ähnlicher Weise ist der erste dielektrische Resonator 72f mit dem zweiten dielektrischen Resonator 73c magnetisch gekoppelt, und der zweite und der dritte dielektrische Resonator 73c und 74c sind magnetisch gekoppelt. Außerdem sind der dritte dielektrische Resonator 74c und der ausgangsseitige Wendelresonator 74f magnetisch gekoppelt. Insgesamt wird hierdurch ein dreistufiges dielektrisches Filter gebildet, welches es z.B. nur einem bestimmten Signal gestattet, das Filter zu durchlaufen.
Im folgenden wird ein elektronisches Gerät mit einem erfindungsgemäßen weiteren dielektrischen Filter beschrieben, wobei das elektronische Gerät hier ein Duplexer für eine zellulare Basisstation sein soll.
Wie in 16 gezeigt ist, besitzt der Duplexer mindestens eine Antenne 90, ein Bandpaßfilter 91 für ein Sendesignal, gebildet durch das dielektrische Filter, ein Bandpaßfilter 92 für ein Empfangssignal, ebenfalls durch ein dielektrisches Filter gebildet, einer Anpaßschaltung 93 an eine Verbindungsstelle zwischen den beiden Filtern 92 und 92 und über ein Tiefpaßfilter an die Antenne 90 angeschlossen, einen Eingangsanschluß 94 zum Eingeben eines Sendesignals in das Bandpaßfilter 91, und einen Ausgangsanschluß 95 zur Ausgabe eines Empfangssignals, welches von dem Bandpaßfilter 92 kommt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bildet sowohl das Bandpaßfilter 91 für ein Sendesignal als auch das Bandpaßfilter 92 für ein Empfangssignal jeweils ein dreistufiges Bandpaßfilter.
In dem Duplexer mit dem oben beschriebenen Aufbau wird ein von der Antenne 90 empfangenes Signal über das Tiefpaßfilter 96 an die Anpaßschaltung 93 eingegeben, und das von der Anpaßschaltung 93 ausgegebene Empfangssignal wird in das Bandpaßfilter 92 gegeben, welches nur einem Signal, beispielsweise einem Signal im Bereich von 880 – 950 MHz, ermöglicht, das Filter zu durchlaufen, so daß das Signal auf eine nicht dargestellte Empfangsschaltung gegeben werden kann.
Wenn in den Eingangsanschluß 94 ein Sendesignal von einer nicht gezeigten Sendeschaltung eingespeist wird, läuft dieses eingegebene Sendesignal durch das Bandpaßfilter 91, und zwar nur dann, wenn das Signal ein Signal im Bereich von 925 – 960 MHz ist, um dann zu der Anpaßschaltung 93 zu gelangen. Aus der Anpaßschaltung 93 läuft das Signal über das Tiefpaßfilter 96 zu der Antenne und wird von dieser abgestrahlt.
Mehrere dielektrische Filter gemäß obiger Beschreibung sind also benachbart zueinander angeordnet und befinden sich in einem Duplexer, welches ein elektronisches Gerät darstellt, wobei dieser Duplexer eine Umschaltung zwischen einem vorbestimmten Sendesignal und einem vorbestimmten Empfangssignal vornimmt.
Obschon die bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendeten dielektrischen Blöcke kreisförmigen Querschnitt haben, ist dies nicht notwendig. Die Blöcke könnten z.B. im Querschnitt auch quadratisch oder allgemein polygonförmig sein, sofern sie zylindrische Struktur haben. Obschon das dielektrische Filter gemäß obigem Ausführungsbeispiel ein dreistufiges dielektrisches Filter ist, könnte es auch als einstufiges oder als vier- oder mehrstufiges Filter ausgebildet sein, wobei entsprechend vier bzw. mehrere dielektrische Blöcke im Inneren des Rahmens angeordnet wären.
Wie oben ausgeführt, besitzt ein dielektrisches Filter gemäß einem Aspekt der Erfindung ein elektrisch leitendes Gehäuse, und in dem Gehäuse sind dielektrische Blöcke aufgenommen. Außerdem befinden sich Justierplättchen in beweglicher Anordnung in dem Raum zwischen dem jeweiligen dielektrischen Block und dem Gehäuse, so daß das jeweilige Plättchen in Richtung auf den dielektrischen Block bewegt und von dem Block abgerückt werden kann, um ein Magnetfeld (teilweise) zu sperren, welches in dem Raum zwischen dem Block und dem Gehäuse erzeugt wird.
Bei diesem dielektrischen Filter kann auch dann, wenn es eine Abweichung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters auf Grund von Schwankungen im Durchmesser und in der Dielektrizitätskonstanten des keramischen dielektrischen Blocks kommt, die Resonanzfrequenz in einfacher Weise eingestellt werden durch nach Innen oder nach Außen gerichtetes Bewegen der Einstellplättchen in Bezug auf die dielektrischen Blöcke, so daß die gewünschte Filterkennlinie erhalten werden kann.
Ein dielektrisches Filter gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besitzt ein elektrisch leitendes Gehäuse, einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, die beide an dem Gehäuse befestigt sind, einen Wendelresonator, der in dem Gehäuse aufgenommen ist und an mindestens einen Anschluß von dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist, und einen dielektrischen Block, der in dem Gehäuse aufgenommen und magnetisch mit dem Wendelresonator gekoppelt ist, wobei das Filter außerdem ein Einstellplättchen aufweist, welches im Stande ist, in Richtung auf den dielektrischen Block bewegt und von dem Block abgerückt zu werden, um ein in dem Raum zwischen dem dielektrischen Block und dem Gehäuse erzeugtes magnetisches Feld (teilweise) zu sperren.
Bei diesem dielektrischen Filter schwingt ein gewünschtes Signal durch Resonanz mit Hilfe des Wendelresonators, und der Eingansanschluß oder der Ausgangsanschluß einerseits und der dielektrische Resonator andererseits sind magnetisch gekoppelt über ein Magnetfeld, welches durch die Resonanz gebildet wird. Deshalb gibt es eine ausreichende Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Eingangsanschluß oder dem Ausgangsanschluß. Selbst wenn es eine Abweichung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters auf Grund von Schwankungen im Durchmesser oder in der Dielektrizitätskonstanten des aus keramischem Material gebildeten dielektrischen Blocks gibt, läßt sich die Resonanzfrequenz in einfacher Weise dadurch justieren, daß Bewegungen des Einstellplättchens in Bezug auf den dielektrischen Block nach innen und nach außen bewirkt werden.
Ein dielektrisches Filter gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besitzt ein elektrisch leitendes Gehäuse und einen in dem Gehäuse aufgenommenen dielektrischen Block, wobei außerdem ein Sperrglied vorgesehen ist, welches drehbar angeordnet ist, um ein in dem Raum zwischen dem dielektrischen Block und dem Gehäuse gebildetes magnetisches Feld zu sperren.
Bei diesem dielektrischen Filter wird auch dann, wenn eine Abweichung der Resonanzfrequenz des Filters auf Grund von Schwankungen des Durchmessers und der Dielektrizitätskonstanten des keramischen dielektrischen Blocks vorhanden sind, die Frequenz in einfacher Weise dadurch justiert werden, daß man das Sperrglied dreht, um die gewünschte Filterkennlinie zu erhalten.
Ein dielektrisches Filter gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein elektrisch leitendes Gehäuse, einen Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, beide an dem Gehäuse angebracht, einen Wendelresonator, der an den Eingangs- und/oder den Ausgangsanschluß angeschlossen ist, und einen dielektrischen Block, der in dem Gehäuse aufgenommen und magnetisch mit dem Wendelresonator gekoppelt ist. Außerdem ist ein Sperrglied vorhanden, welches drehbar ist, um ein magnetisches Feld zu sperren, welches in dem Raum zwischen dem dielektrischen Block und dem Gehäuse erzeugt wird.
Da bei diesem dielektrischen Filter ein gewünschtes oder Soll-Signal durch Resonanz von dem Wendelresonator gebildet wird und der Eingangs- und/oder Ausgangsanschluß und der dielektrische Resonator magnetisch miteinander über ein durch die Resonanz erzeugtes Magnetfeld gekoppelt sind, gibt es ausreichende Kopplung zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Eingangs- bzw. Ausgangsanschluß. Selbst wenn eine Abweichung der Resonanzfrequenz des dielektrischen Filters durch Schwankungen des Durchmessers und der Dielektrizitätskonstanten des keramischen dielektrischen Blocks vorhanden ist, besteht die Möglichkeit, die Frequenz in einfacher Weise durch Drehen des Sperrglieds zu justieren.

Claims

Dielektrisches Filter, umfassend: ein elektrisch leitendes Gehäuse (1, 4, 10; 51, 54, 60); einen dielektrischen Block (6; 50), der in dem Gehäuse (1, 4, 10; 51, 54, 60) aufgenommen ist; und ein Einstellplättchen (14, 18 19, 67), welches in Richtung auf den dielektrischen Block (6; 56) bewegbar und von diesem abrückbar ist, um – teilweise – ein magnetisches Feld zu spenen, welches in einem zwischen dem dielektrischen Block (6; 56) und dem Gehäuse gebildeten Raum erzeugt wird.
Filter nach Anspruch 1, bei dem das Einstellplättchen (14) durch ein flaches Plättchen gebildet ist und in einen Schlitz (1d) in einer Seitenwand (1a) des Gehäuses (1, 4, 10) eingeführt ist, so daß es teilweise in das Gehäuse (1, 4, 10) hineinragt, wobei der hineinragende Teil sich an den dielektrischen Block (6) annähern und von diesem entfernen kann.
Filter nach Anspruch 1, bei dem das Einstellplättchen (18) durch ein flaches Plättchen gebildet wird, welches Elastizität aufweist, und von dem ein Ende (18a) an einer Seitenwand (1a) des Gehäuses (1, 4, 10) fixiert ist, während das andere Ende (18b) in Bezug auf den dielektrischen Block (6) angenähert oder abgerückt wird mit Hilfe einer Treibereinrichtung (16).
Filter nach Anspruch 1, bei dem das Einstellplättchen (19) durch ein elastisches Plättchen gebildet wird, dessen beide Enden (19a) an dem Gehäuse (1, 4, 10) fixiert sind, und von dem ein Mittelabschnitt (19b) durch eine Treibereinrichtung (30) in Richtung auf den dielektrischen Block (6) und von diesem weg bewegbar ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: einen Eingangsanschluß (2; 52) und einen Ausgangsanschluß (3, 53), beide an dem Gehäuse (1, 4, 10; 51, 54, 60) befestigt; einen Wendelresonator (5; 55), der in dem Gehäuse aufgenommen und mit mindestens einem Anschluß von dem Eingangsanschluß (2; 52) und dem Ausgangsanschluß (3; 53) verbunden ist;
Filter nach Anspruch 1, bei dem das Sperrplättchen (67) mit der Spitze einer Drehschraube (66) in Eingriff steht und die Drehschraube mit dem Gehäuse in Gewindeeingriff steht.
Filter nach Anspruch 6, bei dem das Gehäuse (51, 54, 60) einen Eingangsanschluß (52) und einen Ausgangsanschluß (53) aufweist, mit einem Wendelresonator (55), der in dem Gehäuse aufgenommen und mit mindestens einem Anschluß von dem Eingangsanschluß (52) und dem Ausgangsanschluß (53) verbunden ist; und der magnetisch mit dem dielektrischen Block gekoppelt ist.