DE3015008A1

DE3015008A1 - Elektrisches filter

Info

Publication number: DE3015008A1
Application number: DE19803015008
Authority: DE
Inventors: Tadashi Hashimoto; Katsuya Jindou
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1980-04-18
Publication date: 1980-10-30
Also published as: JPS6313361B2; JPS55143801A; US4287494A

Description

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DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH PATENTANWALT - "3 - 6 frankfurt/main ι, den1 6. April 1980

■s KÜHHORNSHOFWEG 10

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 -j. _

DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 2300308 TELEFON: 561078 Λ. S J

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T 84

TDK ELECTRONICS CO., LTD. Tokyo (Japan)

Elektrisches Filter

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Filter mit einem leitfähigen geschlossenen Gehäuse, das eine untere Wand, eine obere Wand und Seitenwände zwischen der unteren und oberen Wand aufweist, mit mehreren in einer geraden Linie auf der unteren Wand innerhalb des Gehäuses befestigten Resonatoren, wobei das eine Ende jedes Resonators elektrisch mit der unteren Wand verbunden ist und das andere Ende jedes Resonators frei liegt, wobei jeder Resonator mindestens einen langgestreckten mittleren Leiter und einen dielektrischen Körper aufweist, der den mittleren Leiter zumindest teilweise in der Längsrichtung des mittleren Leiters abdeckt, wobei zwei Anschlüsse an den sich gegenüberliegenden Enden an den Seitenwänden zum Verbinden des Filters mit einer äußeren Schaltung angebracht sind und wobei zwei Schleifen jeweils mit dem inneren Leiter des Anschlusses und das eine Ende jeder Schleife mit der unteren Wand elektrisch verbunden sind.

Es ist bekannt, daß eine leitfähige Leitung mit der Länge λ/4 (wobei λ eine Wellenlänge ist) als Resonator wirkt, wenn das eine Ende der Leitung geerdet ist und das andere frei in die

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Luft ragt. Wenn mehrere derartige Resonatoren nebeneinander angeordnet und die benachbarten Resonatoren elektrisch und/oder magnetisch gekoppelt werden, ergibt sich ein Filter mit kleinen Abmessungen. Diese Art von Filter wird auch Filter mit verteilten Konstanten oder Kammfilter genannt. Es wird speziell im Mikrowellenbereich in mobilen Kommunikations- bzw. Funkübertragungseinrichtungen verwendet.

Ferner ist ein Filter mit mehreren Resonatoren bekannt, die jeweils einen mittleren Leiter aufweisen, der mit einem dielektrischen Körper bedeckt ist. Ein derartiges Filter läßt sich mit kleineren Abmessungen als Filter ohne einen derartigen dielektrischen Körper, der einen mittleren Leiter bedeckt, herstellen. Das Kurzschlußverhältnis cl der Wellenlänge durch den dielektrischen Körper ist

wobei £ die effektive Dielektrizitätskonstante ist, die vom

Aufbau einer Leitung, der Verteilung des elektromagnetischen Feldes,abhängt und in der Regel kleiner als die relative Dielektrizitätskonstante £L des dielektrischen Körpers selbst ist.

Nachteilig bei diesen bekannten Filtern mit verteilten Konstanten ist, daß ihre Kennlinie nach der Herstellung des Filters nicht eingestellt werden kann, weil die Kennlinie durch den Aufbau und/oder die Abmessungen des Filters festgelegt ist. Wenn daher bei der Herstellung des Filters auch nur ein kleiner Fehler hinsichtlich der Abmessungen auftritt, ist die Kennlinie des Filters ungenügend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filter der gattungsgemäßen Art anzugeben, das bei kleinen Abmessungen genauer auf die gewünschte Kennlinie einstellbar ist.

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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem freien Ende jedes mittleren Leiters eines Resonators und der oberen Wand zwei einander zugekehrte leitfähige Scheiben vorgesehen sind, die einen Kondensator zwischen dem freien Ende und der oberen Wand bilden, und daß die Länge L des dielektrischen Körpers, der den mittleren Leiter bedeckt, den Betrag

aufweist, wobei λ die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Filters im leeren Raum und ^ die effektive Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Körpers ist.

Besonders günstig ist es, wenn sich die Lage jedes Resonators längs der geraden Linie innerhalb eines Langlochs, das in der unteren Wand ausgebildet ist, verschieben läßt.

Ein bevorzugtest Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filters ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den Querschnitt des erfindungsgemäßen Filters,

Fig. 2 die Draufsicht auf das erfindungsgemäße Filter bei abgenommenem Deckel,

Fig. 3 den Verlauf der Dämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz, wenn die Mittenfrequenz auf verschiedene Werte eingestellt wird, und

Fig. 4 die Draufsicht auf eine Anwendung des erfindungsgemäßen Filters bei abgenommenem Deckel.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein rechtwinkliges leitfähiges Gehäuse bezeichnet. In dem Gehäuse 1 sind mehrere Resonatoren

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4A, 4B, 4C und 4D auf einer geraden Linie an der unteren Wand oder Bodenwand des Gehäuses 1 befestigt. Jeder Resonator hat einen langgestreckten mittleren Leiter mit einem kreisförmigen Querschnitt 2, der von einem hohlen kreisförmigen dielektrischen Körper 3 abgedeckt ist, und eine kreisförmige Scheibe (2A bis 2D), die am freien Ende des mittleren Leiters 2 angebracht ist. Die Länge des mittleren Leiters (2A bis 2D) ist wegen der Anwesenheit des dielektrischen Körpers effektiv kürzer als λ/4. Wie man sieht,ist das eine Ende jedes Resonators elektrisch mit der unteren Wand des leitfähigen Gehäuses verbunden bzw. zu dieser hin geerdet, während das freie oder offene Ende, das mit einer Scheibe (2A bis 2D) versehen ist, frei in die Luft ragt.

In der unteren Wand des Gehäuses 1 ist für jeden Resonator ein langgestrecktes oder elliptisches Loch 5 ausgebildet, durch das eine Schraube 6 von der Außenseite des Gehäuses 1 hindurchgeführt ist, so daß der mittlere Leiter 2 fest mit der unteren Wand verbunden wird. Auf Grund des elliptischen Loches 5 läßt sich jeder Resonator etwas in der Linie der Resonatoren verstellen. Der dielektrische Körper 3 wird entweder vor dem Befestigen des mittleren Leiters 2 an der unteren Wand des Gehäuses 1 durch ein Klebemittel am mittleren Leiter 2 befestigt oder direkt an der unteren Wand angeklebt. Durch Einstellung der Lage jedes Resonators in dem entsprechenden Langloch läßt sich ein Herstellungsfehler des Filters ausgleichen.

Das Gehäuse 1 hat eine leitfähige obere Wand 1Q bzw. einen Deckel mit vier in gerader Linie angeordneten Löchern. In jedem Loch ist eine Schraube 7A bis 7D mit einer leitfähigen Scheibe oder PLatte 11A bis 11D eingeschraubt. Diese Scheiben liegen jeweils einer der Scheiben 2A bis 2D gegenüber. Der Abstand zwischen den Scheiben 11A und 2A des ersten Resonators 4A, zwischen den Scheiben 11B und 2B des zweiten Resonators 4B, zwischen den Scheiben 11C und 2C des dritten Resonators 4C und zwischen den Scheiben 11D und 2D des vierten Resonators 4D ist

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durch Verdrehen der jeweiligen Schraube 7A bis 7D einstellbar. Die Schrauben 7A bis 7D werden nach Einstellung der Abstände mittels Kontermuttern 8A bis 8D verkontert. Die sich gegenüberstehenden Scheiben 2A, 11A bis 2D, 11D bilden jeweils einen Kondensator. Die Mittenfrequenz und/oder die Kennlinie des Filters kann durch Ändern des Abstands dieser Platten und damit durch Änderung der Kapazität dieser Kondensatoren eingestellt werden. Zwei Seitenwände des Gehäuses 10 sind mit Anschlüssen und 14 für ein Koaxialkabel versehen. An die innerei Leiter der Anschlüsse 13 und 14 ist jeweils eine L-förmige Schleife 15 bzw. 16 angeschlossen, so daß das eine Ende jeder dieser L-förmigen Schleifen elektrisch mit der unteren Wand des Gehäuses 10 verbunden bzw. geerdet ist. Ferner sind diese L-förmigen Schleifen elektromagnetisch mit den jeweils an einem der äußersten Enden liegenden Resonatoren 4A und 4D gekoppelt. Die benachbarten Resonatoren 4A und 4B, 4B und 4C, 4C und 4D sind ebenfalls elektromagnetisch gekoppelte

Bei diesem Aufbau läßt sich die Mittenfrequenz des Filters durch Einstellung der Kapazität zwischen den Scheiben 2A, 11A bis 2D, 11D einstellen, indem jeweils die Schrauben 7A bis 7D entsprechend verdreht werden. Fig« 3 zeigt den Verlauf der Dämpfung dieses Filters in Abhängigkeit von der Frequenz für verschiedene Mittenfrequenzen nach entsprechender Einstellung der Kondensatoren.

Wie Fig» 3 zeigt, wirkt das Filter bei Einstellung der Mittenfrequenz auf eine Frequenz £_CT* + (= 1040 MHz) nicht als Filter, weil dann die Einfügungsdämpfung zu groß ist. Der Verlauf der Einfügungsdämpfung des Filters ist durch die gestrichelte Linie I für den Fall der Einstellung der Mittenfrequenz des Filters in die Nähe dieser Frequenz £_cvi+ dargestellt. Das Zustandekommen dieser kritischen Frequenz f .. ist theoretisch nicht geklärt; es wird jedoch angenommen, daß sich die magnetische und elektrische Kopplung der Resonatoren aufheben und bei dieser Frequenz keine Kopplung der Resonatoren vorliegt. Die Einstel-

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lung der Mittenfrequenz des Filters wird durch Verstellen des Kondensators jedes Resonators mittels der Schrauben 7A bis 7D bewirkt. Wenn die Mittenfrequenz des Filters in die Nähe der Frequenz f_crit eingestellt wird, ist die Einfügungsdämpfung des Filters sehr hoch und die Dämpfungskennlinie des Filters nicht symmetrisch zur Mittenfrequenz, wie die Kurven A und B zeigen, wobei die Kurve A für eine Mittenfrequenz von 1090 MHz und die Kurve B für eine Mittenfrequenz von 980 MHz gilt.

Wenn die Mittenfrequenz des Filters kleiner als ^_cr4+ ^mal 0,8 ist, ist die Einfügungsdämpfung des Filters für einen praktischen Anwendungsfall des Filters hinreichend klein, wie die Kurven C, D und E zeigen, die jeweils für eine Mittenfrequenz von 890 MHz, 800 MHz und 700 MHz gelten. Die Einfügungsdämpfung des Filters wird mit zunehmendem Abstand der Mittenfrequenz von der kritischen Frequenz £_ci.a + immer kleiner.

Wie sich aus dieser Betrachtung ergibt, gilt für die Länge L des dielektrischen Körpers, der den mittleren Leiter 2 bedeckt, bei Einstellung der Mittenfrequenz auf die kritische Frequenz

wobei λ.--* + die Wellenlänge des Signals mit der Frequenz f___{i +} im leeren Raum ist.

Wenn daher die Länge L des dielektrischen Körpers die nachstehende Gleichung (2) unter Berücksichtigung der Gleichung (1) und der Bedingung, daß die Mittenfrequenz kleiner als f ... mal 0,8 ist, so läßt sich ein Filter mit einer gewünschten Kennlinie, z.B. entsprechend den Kurven C, D oder E, gemäß Gleichung (2) ausbilden.

(2)

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wobei A- die Wellenlänge des Mittenfrequenzsignals im leeren Raum ist.

Wenn die Mittenfrequenz auf einen höheren Wert als die kritische Frequenz £_cr* + eingestellt wird, müssen die Abmessungen des Filters zwar groß gewählt werden, doch gibt es auch Fälle, in denen ein Filter mit größeren Abmessungen brauchbar ist.

Zur Herstellung des Filters muß die effektive Dielektrizitätskonstante £ des dielektrischen Körpers bekannt sein. Um diesen Wert zu ermitteln, wird zunächst ein Prototyp eines Filers in Übereinstimmung mit einer groben Berechnung der Resonanzfrequenz und der Länge L des dielektrischen Körpers jedes Resonators hergestellt. Dann wird die (kritische) Frequenz gemessen, bei der die Einfügungsdämpfung des Filters maximal ist. Mit dieser Meßfrequenz wird die effektive Dielektrizitätskonstante S nach Gleichung (1) berechnet.

Nachdem die effektive Dielektrizitätskonstante auf diese Weise ermittelt worden ist, wird die Länge L des dielektrischen Körpers nach Gleichung (2) berechnet. Anhand der so ermittelten Werte wird dann das Filter hergestellt. Herstellungfehler hinsichtlich der Abmessungen des Filters können durch geringfügige Verschiebung der Resonatoren in den Langlöchern in der unteren Wand des Gehäuses ausgeglichen werden. Abschließend wird die Mittenfrequenz und die Kennlinie des Filters durch Verstellen der Schrauben 7A bis 7D in der gewünschten Weise eingestellt. Wenn die Mittenfrequenz und die Kennlinie eingestellt sind,werden die eingestellten Kapazitätswerte bzw. die Schrauben aller Resonatoren mittels der Muttern 8A bis 8D verkontert.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist mithin die Einstellbarkeit der Kapazität zwischen den Scheiben der Resonatoren.

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Fig. 4 zeigt einen Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Filters in Draufsicht bei abgenommenem Deckel. Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung ist ein Filter für einen Antennenmultiplexer eines mobilen Kommunikationssystems (Funkübertragungseinrichtung). Der in Fig. 4 dargestellte Antennenmultiplexer 50 hat ein Sendefilter 52 und ein Empfangsfilter 54. Das Sendefilter hat Resonatoren 52a, 52b, 52c, 52d und 52e, einen Anschluß 56, der mit einer Sendeschaltung verbunden ist, und einen Anschluß 60, der mit einer Antenne verbunden ist. Der Anschluß 60 ist mit dem am äußersten Ende liegenden Resonator 52a über ein Koaxialkabel 62 verbunden. Das Filter 54 hat Resonatoren 54a, 54b, 54c, 54d, 54e, 54f und 54g und einen Anschluß 58, der mit einer Empfangsschaltung verbunden ist. Der am äußersten Ende angeordnete Resonator 54a ist mit dem Anschluß 60 über ein Koaxialkabel 64 verbunden. Beide Filter 52 und 54 sind in einem leitfähigen Gehäuse angeordnet, das eine leitfähige mittlere Wand 70 zur gegenseitigen Abschirmung der beiden Filter aufweist. Die Wirkungsweise der beiden Filter 52 und 54 ist die gleiche wie die des Filters nach Fig. 1, nur daß zwei Filter in einem Gehäuse angeordnet sind. Die Filteranordnung nach Fig. 4 ist besonders als Antennenmultiplexer einer mobilen Funkeinrichtung geeignet.

Das erfindungsgemäße Filter hat mithin Resonatoren, die mit einem dielektrischen Körper von der Länge L gemäß Gleichung (2) bedeckt sind und einen Kondensator am offenen Ende des mittleren Leiters bilden. Auf diese Weise ergibt sich ein Filter mit kleinen Abmessungen und einer genau einstellbaren Kennlinie.

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ΛΛ

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./Elektrisches Filter mit einem leitfähigen geschlossenen Gehäuse, das eine untere Wand, eine obere Wand und Seitenwände zwischen der unteren und der oberen Wand aufweist, mit mehreren in einer geraden Linie auf der Bodenwand innerhalb des Gehäuses befestigten Resonatoren, wobei das eine Ende jedes Resonators elektrisch mit der Bodenwand verbunden ist und das andere Ende jedes Resonators frei liegt, wobei jeder Resonator mindestens einen langgestreckten mittleren Leiter und einen dielektrischen Körper aufweist, der den mittleren Leiter zumindest teilweise in der Längsrichtung des mittleren Leiters abdeckt, wobei zwei Anschlüsse an den sich gegenüberliegenden Enden an den Seitenwänden zum Verbinden des Filters mit einer äußeren Schaltung angebracht sind und wobei zwei Schleifen jeweils mit dem inneren Leiter des Anschlusses und das eine Ende jeder Schleife mit der unteren Wand elektrisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem freien Ende jedes mittleren Leiters (2) eines Resonators (4A bis 4D) und der oberen Wand (10) zwei einander zugekehrte leitfähige Scheiben (2A, 11A bis 2D, 11D) vorgesehen sind, die einen Kondensator zwischen dem freien Ende und der oberen Wand bilden, und daß die Länge L des dielektrischen Körpers (3), der den mittleren Leiter (2) bedeckt, den Betrag

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Qi Π Λ ET A ft Q

au ι ail yo

aufweist, wobei λ-₀ die Wellenlänge der Mittenfrequenz des Filters im leeren Raum und ζ. die effektive Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Körpers (3) ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Scheibe (11A bis 11D) aller Scheibenpaare (2A, 11A bis 2D, 11D) eine in der oberen Wand (10) verschraubbare Schraube (7A bis 7D) zur Einstellung des Abstands der sich gegenüberstehenden Scheiben (2A, 11A bis 2D, 11D) und eine Kontermutter (8A bis 8D) zum Verkontern der Schraube (?A bis 7D) an der oberen Wand (10) nach dem Einstellen des Abstands aufweist.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz des Filters so eingestellt ist, daß sie unterhalb der kritischen Frequenz f_cri^ liegt, bei der die Einfügungsdämpfung des Filters maximal ist.

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