DE19917087C2 - Hochfrequenzfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein gattungsbildendes Hochfrequenzfilter kann aus einem oder mehreren Einzelresonatoren in Koaxialtechnik beste­ hen.

Derartige koaxial aufgebaute Hochfrequenzfilter werden in der Regel in funktechnischen Anlagen, beispielsweise im mobilen Funkbereich eingesetzt. Sie können dort z. B. in Basisstationen für den Mobilfunk verwendet werden, und zwar zur Selektion definierter Sende- und Empfangsbänder.

Aus der DE 21 36 728 A1 ist ein koaxialer Resonator be­ kannt, der ein zylinderförmiges mit einem Boden verschlos­ senes Gehäuse und ein Innenleiterrohr umfasst, welches koaxial zum Außenleiter sitzt. Das zylindrisch geformte Innenleiterrohr nimmt einen zylindrischen Innenleiter­ abschnitt auf, der in dem Innenleiterrohr gleitet. Durch Verschiebungen des Endabschnitts dieses Innenleiterab­ schnittes gegenüber dem Innenleiterrohr wird eine Reso­ nanzabstimmung bezüglich der jeweiligen Frequenz vorgenom­ men. Der Innenleiter ist dabei in Gestalt einer am Ende geschlossenen Hülse ausgebildet, die am oberen offenen Ende des Außenleiterrohres im Bereich eines anzubringenden Deckels gehalten und verankert ist.

Darüber hinaus ist auch ein weiteres Hochfrequenzfilter bekannt, welches zur Abstimmung des jeweils betreffenden Frequenzbandes ein Schraubelement verwendet, das am Deckel des von seiner Grundstruktur zylinderförmig aufgebauten Einzelresonators angeordnet ist, und durch Ein- und Aus­ drehen unterschiedlich tief in den Innenleiter des koaxia­ len Einzelresonators eindringt. Auch dadurch erfolgt, wie bei der DE 21 36 728 eine Kapazitätsänderung des Resona­ tors und in Folge der Kapazitätsänderung eine Frequenz­ änderung.

Schließlich ist grundsätzlich auch aus der EP 0 068 919 A1 ein Hochfrequenzresonator bekannt, der eine quer zur Reso­ natorlängsachse verlaufende Einstelleinrichtung aufweist, die von außen her durch die Wandung des Resonators hin­ durch unterschiedlich weit radial ein- und ausdrehbar ist. Im Inneren weist dazu diese Einstelleinrichtung einen quer zur Axialrichtung des Resonators verlaufenden Stift aus dielektrischem Material auf, so dass durch Verstellung der Einstelleinrichtung und Radialverlagerung des erwähnten Stiftes aus dielektrischem Material eine Kapazitäts- und Frequenzänderung durchführbar ist.

Die bisherigen Hochfrequenzfilter in der geschilderten koaxialen Bauweise weisen jedoch Nachteile auf.

Nachteilig an der erläuterten Abstimmausführung ist, dass Komponenten zur Abstimmung der Resonanzfrequenz die Homo­ genität der elektrisch leitenden Oberfläche im Filter­ inneren (beispielsweise Schleifkontakte, Lötstellen, Über­ gangsbereiche verschiedener Materialien etc.) beeinträch­ tigen und durch undefinierte Kontakte an den betreffenden Berührungsstellen eine nachteilige Veränderung des Fre­ quenzverhaltens gegeben ist (Intermodulation).

Zudem erfordert die Abstimmeinrichtung einen nicht zu vernachlässigenden Platzbedarf.

Als weiterer Nachteil ist anzumerken, dass eine Tempera­ turveränderung sich auf das Frequenzverhalten auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein demgegen­ über verbessertes Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die vorliegende Erfindung schafft mit einfachen Mitteln eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Hoch­ frequenzfiltern oder Koaxialfiltern.

Durch Verwendung eines dielektrischen Abstimmelementes, welches in axialer Richtung in den Innenleiter des Koaxi­ alfilters eintauchend in unterschiedlicher Höhenlage ver­ stellbar ist, lässt sich eine problemlose Frequenzabstim­ mung vornehmen, ohne dass dadurch undefinierte Kontakte mit der Folge einer unerwünschten passiven Intermodulation entstehen können.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei das aus einem dielektrischen Material bestehende und in den koaxialen Innenleiter eintauchende Abstimmelement nicht wie im Stand der Technik am Deckel der Hochfrequenz­ filtereinrichtung verankert. Bevorzugt erfolgt die Ver­ ankerung so, dass die resultierende Kapazität zwischen dem offenen Ende des Innenleiters und dem Gehäusedeckel bei einer Temperaturerhöhung abnimmt und damit eine frequenz­ bezogene Temperaturkompensation des Filters zur Folge hat.

Bevorzugt ist dabei, dass die elektrischen Abstimmelemente im Innenleiter, vorzugsweise im Bereich des Bodens des Koaxialfilterelements, in unterschiedlicher Höhenlage verstellbar abgestützt sind, um die vorstehend erläuterte Temperaturkompensation zu ermöglichen.

Als besonders günstig hat sich dabei erwiesen, ein dielek­ trisches Material zu verwenden, was einen möglichst geringen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist. Bevorzugt wird ein Material verwendet, welches einen negativen Tem­ peraturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten auf­ weist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen

Fig. 1: einen schematischen axialen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz­ filter in Form eines Einzelresonators; und

Fig. 2: einen schematischen Horizontalquerschnitt längs der Linie II-III in Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 ist im axialen Längsschnitt bzw. im Quer­ schnitt dazu in schematischer Wiedergabe ein Einzelresona­ tor in Koaxialtechnik gezeigt, der nachfolgend auch kurz als Koaxialresonator oder Koaxialfilter bezeichnet wird.

Dieser besteht aus einem Außenleiter 1, einem im gezeigten Ausführungsbeispiel konzentrisch oder koaxial dazu an­ geordneten Innenleiter 3 und einem Boden 5, über den der elektrisch leitende Außenleiter 1 und der elektrisch lei­ tende Innenleiter 3 elektrisch miteinander in Verbindung stehen.

Im Inneren des Innenleiters 3 ist im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel im Bodenbereich ein Einstellelement 7 vor­ gesehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Gewindeteller oder -topf 7' besteht. Dieser Gewinde­ teller oder Gewindetopf 7' weist in seinem Außenumfang ein Außengewinde 9 auf, welches mit einem entsprechenden In­ nengewinde 11 in Eingriff steht, welches zumindest in einer ausreichenden Axiallänge an der Innenseite des In­ nenleiters 3 und/oder an der Innenseite einer axial dazu im Boden 5 vorgesehenen Ausnehmung 13 vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Gewindeteller- oder -topf 7' einen Verdreh- oder Mitnahmeansatz 15, im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel in der Form eines Schlitzes, um hier beispielsweise mittels eines Schraubenziehers eine Verdrehung des Einstellelementes 7 und damit eine axiale Verlagerung desselben bezüglich des Innenleiters vorzuneh­ men.

Auf diesem Einstellelement 7 ist ein stiftförmiges Eintauch- und Abstimmelement 17 festsitzend angeordnet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel stift- oder zy­ linderförmig ausgestaltet ist. Die Länge, der Durchmesser, die Dielektrizitätskonstante und der Befestigungspunkt des dielektrischen Abstimmelementes oder Zylinders 17 sind dabei so gewählt, dass darüber die gewünschte Resonanz­ frequenz im gewünschten Frequenzbereich eingestellt werden kann.

Einstellung und Abstimmung der Frequenz erfolgt nun durch Verdrehung des Einstellelementes 7, wodurch das Einstell­ element 7 mit dem dielektrischen Abstimmelement 17 im Inneren des Innenleiters 3 in unterschiedlicher Axialhöhe relativ zum Innenleiter 3 entsprechend der Doppelpfeildarstellung 21 eingestellt werden kann.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, dass das obere Ende des Innenleiters 3 bezogen auf die Höhe des Außenleiters 1 etwa 10 bis 20% der axialen Länge des Au­ ßenleiters unterhalb des oberen Randes 23 des Außenleiters 1 und damit unterhalb des elektrisch leitenden Deckels 25 zum Liegen kommt. Das dielektrische Abstimmelement 17 steht dabei beispielsweise in geringem Maße über den obe­ ren Rand 27 des Innenleiters 3 über.

Durch Verdrehung des Einstellelementes 7 und damit der Lageveränderung des Einstellelementes 17 kann die Kapazi­ tät zwischen dem offenen Ende des Innenleiters und dem Gehäusedeckel und damit die Resonanzfrequenz verändert und optimal eingestellt und abgestimmt werden.

Wie aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch ersichtlich ist, berührt das dielektrische Abstimmelement 17 den Innenleiter 3 selbst nicht. Sofern die Befestigung des Abstimmelementes nur über das Einstellelement 7 über den dort vorgesehenen Gewindeeingriff erfolgt, der im gezeig­ ten Ausführungsbeispiel im unteren Bereich des Innenlei­ ters 3, bevorzugt sogar nur im Bodenbereich oder in dem daran angrenzenden Bereich des Innenleiters 3 erfolgt, werden keine undefinierten, das Kapazitäts- und damit das Frequenzverhalten nachteilig beeinträchtigende undefinier­ te Kontakte an den Berührungsstellen geschaffen.

Der gezeigte Aufbau weist aber noch einen weiteren wesentlichen Vorteil auf, da eine Temperaturkompensation möglich ist.

Dazu wird ein dielektrisches Abstimmelement mit einem Ausdehnungs-Temperaturkoeffizient gewählt, der kleiner ist als der Temperaturkoeffizient des Außen- und/oder Innen­ leiters 1, 3 des Koaxialfilters. Bei einer Temperatur­ erhöhung wird dabei der Innen- und Außenleiter länger, und zwar in einem stärkeren Maße, als sich die Länge des di­ elektrischen Abstimmelementes ändert. Dabei nimmt die resultierende Kapazität zwischen dem offenen Ende des Innenleiters an dem Gehäusedeckel bei einer Temperatur­ erhöhung ab, da sich nämlich das dielektrische Abstimm­ element 17 nicht im gleichen Maße im Sinne einer Längen­ vergrößerung ausdehnt, wie der Innen- und/oder Außenlei­ ter, mit der Folge, dass sich die durch die stärkere Län­ genvergrößerung des Innen- und/oder Außenleiters an sich ergebende Frequenzerniedrigung durch die gleichzeitig bewirkte Kapazitätserniedrigung kompensiert werden kann. Dieses Verhalten kann durchaus durch Auswahl eines ge­ eigneten dielektrischen Materiales für das Abstimmelement 17 optimiert werden. Besonders geeignet sind dazu dielek­ trische Materialien bestehend aus Keramik. Dabei eignen sich Materialien, die einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sowie einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der relativen Dielektrizitätskon­ stanten.

Claims (11)

1. Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, bestehend aus einem oder mehreren Resonatoren, die folgende Merkmale aufweisen

• - einen elektrisch leitenden Außenleiter (1),
• - einen elektrisch leitenden Innenleiter (3),
• - einen den Außen- und Innenleiter (1, 3) elektrisch ver­ bindenden Boden (5),
• - einen das Hochfrequenzfilter gegenüber vom Boden (5) abdeckenden Gehäusedeckel (25)
• - und ein die Resonanzfrequenz veränderndes Eintauch- und Abstimmelement (17), welches bezogen auf den Innenleiter (3) in unterschiedlicher Axiallage in diesem eintauchend ist,

gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale

• - das Einstellelement (7) umfasst ein Eintauch- und Ab­ stimmelement (17) aus dielektrischem Material, und
• - das Eintauch- und Abstimmelement (17) ist nicht am Ge­ häusedeckel (25) abgestützt.

2. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Eintauch- und Abstimmelement (17) an einer im Inneren des Innenleiters (3) und/oder im Bereich einer Ausnehmung (13) des Bodens (5) gehalten ist.

3. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (7) einen Ge­ windeteller oder -topf (7') aufweist, welcher mit einem Außengewinde (9) versehen ist, worüber das Einstellelement (7) mit einem Innengewinde (11) im Inneren des Innenlei­ ters (3) und/oder der Ausnehmung (13) des Bodens (5) elek­ trisch verbunden und gehalten ist.

4. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Einstellelement (7) das elektrische Eintauch- und Abstimmelement (17) angeord­ net und mit dem Einstellelement (7) mit verstellbar be­ festigt ist.

5. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauch- und Abstimmelement (17) zumindest in geringem Maße über den oberen Rand (27) des Innenleiters (3) übersteht oder unterhalb davon endet.

6. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungs­ koeffizient des dielektrischen Eintauch- und Abstimmele­ mentes (17) von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Innen- oder Außenleiters (3, 1) abweicht.

7. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des dielektrischen Eintauch- und Abstimmelementes (17) kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Innen- oder Außenleiters (3, 1).

8. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient der Dielek­ trizitätskonstanten des Eintauch- und Abstimmelementes (17) negativ ist.

9. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauch- und Abstimmelement (17) aus einem keramischen Material besteht.

10. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauch- und Abstimmelement (17) aus einer Aluminiumoxid-Keramik, insbesondere einer Al₂O₃-Keramik besteht.

11. Hochfrequenzfilter nach einem der Anspprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeteller oder -topf (7') aus Metall besteht.