DE3200117C2

DE3200117C2 - Einbau-Bandpaßfilteranordnung für ein Koaxialkabel

Info

Publication number: DE3200117C2
Application number: DE3200117A
Authority: DE
Inventors: Robert H. Perkasie Pa. Schafer
Original assignee: UTI CORP COLLEGEVILLE PA US
Current assignee: UTI CORP COLLEGEVILLE PA US
Priority date: 1981-01-05
Filing date: 1982-01-05
Publication date: 1985-01-17
Also published as: GB2091977A; CH654960A5; SE8200021L; US4329667A; CA1174304A; JPS57150202A; GB2091977B; FR2497597A1; DE3200117A1; SE453029B; JPH0116042B2

Abstract

Ein Bandpaßfilterteil des Koaxialkabels enthält Filterelemente in Form eines Laminats (34; 44) aus dielektrischem Material mit einer leitenden Schicht (36, 38; 46, 48) auf entgegengesetzten Flächen. An jeder leitenden Schicht ist eine Masse (40, 42, 50, 52) befestigt, die das elektrische Äquivalent eines Parallelkondensators ist. Jede Masse ist mit einem Innenleiter (12, 18, 22) verbunden. Eine Hülse (14) aus dielektrischem Material umgibt jeden Innenleiter, ausgenommen in dem Bereich des Filters. Ein nahtloses Rohr (30) aus dielektrischem Material umgibt die Filterelemente und die dielektrischen Hülsen. Ein monolithischer Mantel (32) aus elektrisch leitendem Material umgibt das nahtlose Rohr (30).

Description

Die Erfindung betriff: eine Einbau-Bandpaßfilteranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange-V gebenen Art. ' ,

Die Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber den in der US-PS 41 61 704 beschriebenen Koaxialkabeln. Die Erfindung befaßt sich mit der Lösung des Problems, wie der Frequenzbereich des Bandpaßfilters gesenkt werden kann, so daß er bei im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzsperrung unter 8 GHz liegt und trotzdem das Filter Miniaturgröße aufweist. Die bekannten Filter haben den Nachteil, daß bei niedriger Frequenz die " Einheiten unpraktisch lang sind, wodurch sie für die fortschrittliche Technologie der Gehäuseminiaturisierung ungeeignet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Aufbau und das Zusammenbauverfahren eines Bandpaßfilters für die Verwendung in Koaxialkabeln zu verbessern.
?* Das Bandpaßfilter soll bei im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzsperrung vom Ende des Durchlaßbereichs bis zu etwa 8 GH/ einen sehr kleinen, kompakten Aufbau haben.

,ΐ.^: Außerdem soll eine bestimmte Bandpaßfiltercharakteristik in einem Miniaturgehäuse bei Frequenzen erreicht

werden, bei denen die Technik des Halbwellenresonators aufgrund von desseu extremer Länge nicht anwendbar .^;, 5o ist. Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnendem Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen

"i gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

j Die Erfindung schafft ein Koaxialkabel, welches wenigstens ein Bandpaßfilterkopplungsclement in Form eines

|-_: Laminats aus dielektrischem Material mit einer leitenden Schicht auf entgegengesetzten Seiten hat. An diesen

f.i leitenden Schichten ist jeweils eine Masse befestigt, die das elektrische Äquivalent eines Parallclkondensators ist

^: 55 und als ein konzentriertes Schaltungselement wirkt. Es sind wenigstens zwei lnncnleiter vorgesehen. Jeder

-^: innenleiter hat ein Ende, das mit einer der Massen metallurgisch verbunden ist. Eine Hülse aus dielektrischem

Material umgibt jeden Innenleiter, ausgenommen in dem Bereich zwischen den Enden des Filters.

Ein nahtloses Rohr aus dielektrischem Material umgibt und berührt den äußeren Umfang der Hülse und des - Laminats. Ein monolithischer Mantel aus elektrisch leitendem Material umgibt das nahtlose Rohr und übt eine

radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den gesamten Umfang des nahtlosen Rohres aus. um jedweden Luftspalt zwischen denselben zu eliminieren.

Mehrere Ausführungsbeispicle der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme aaf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine Lüngsschnitiansichi eines Koaxialkabels nach der Erfindung,
b5 Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. I. aber in größerem Maßstab, die

F i g. 3—6 Diagramme, die die Hochfrequenzsperrung bei verschiedenen Bandbreiten zeigen, und

F i g. 7 in Draufsicht einen Teil eines modifizierten Leiters.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Teile gleiche Bezugszahlen tragen, zeigt F i g. I ein Koaxialkabel mit

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einem vierstufigen Bandpaßfilter nach der Erfindung, das insgesamt mil 10 bezeichnet ist. Das Filter IC· enthält mehrere Mitten- oder Innenleiter. Der Innenleiter 12 ist von einer dielektrischen Hülse 14 umgeben und hat ein Ende, das mit einer Hauptfläche eines Parallelendkondensators 15 verbunden. Die andere Fläche des Kondensators 15 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines mitschwingenden Leiters 17 verbunden. Das andere Ende des Leiters 17 ist auf gleiche Weise mit einem Filterkopplungselenient 16 verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 16 ist metallurgisch mit einem Ende eines Resonanz-Leiters 18 verbunden.

Das andere Ende des Leiters 18 ist mit einer Fläche eines Filterkopplungselements 20 metallurgisch verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 20 ist metallurgisch mit einem Ende eines Resonanz-Leiters 22 verbunden. Das andere Ende des Leiters 22 ist mit einer Fläche eines Filterkopplungselements 24 metallurgisch verbunden. Die entgegengesetzte Fläche des Elements 24 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines Resonanz-Innenleiters 25 verbunden. Das andere Ende des Leiters 25 ist auf gleiche Weise mit einer Hauptfläche eines Parallelendkondensators 27 verbunden. Die andere Hauptfläche des Kondensators 27 ist auf gleiche Weise mit einem Ende eines Innenleiters 26 verbunden. Der Durchmesser der Leiter 12 und 26 ist größer als der Durchmesser der Leiter 17,18,22 und 25. Der Leiter 26 ist von einer dielektrischen Hülse 28 umgeben.

Die Innenleiter 12 und 26 sind zu den mitschwingenden Leitern 17,18,22 und 25 koaxial und vorzugsweise aus einer versilberten Kupferlegierung hergestellt, die eine höhere Zugfestigkeit als Kupfer hat. Die Leiter 17,18,22 und 25 sind vorzugsweise aus einem ähnlichen Material hergestellt, beispielsweise aus einer versilberten Kupferlegierung. Die Hülsen 14 und 28 bestehen aus demselben dielektrischen Material.

Ein nahtloses Rohr 30 aus dielektrischem Material umgibt jeweils die Hülsen 14 und 28, die Kondensatoren 15 und 27 sowie die Filterkopplungselemente 16,20 und 24. Das Rohr 30 besteht vorzugsweise aus dem gleichen dielektrischen Material wie die Hülsen 14 und 28. Ein Mantel 32 umgibt das Rohr 30. D^.r Mantel 32 ist vorzugsweise ein monolithischer Mantel aus elektrisch leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer rnii einer Dicke von etwa 0,254 mm. Wenn eine gröbere Festigkeit erforderlich ist, kann der Mantel 32 aus rostfreiem Stahl bestehen und eine Kupferschicht auf seinem Innenumfang tragen. Der Mantel 32 wird vorzugsweise auf die in der US-PS 41 61 704 beschriebenen Weise aufgebracht, so daß der Mantel eine radial nach innen gerichtete Druckkraft auf den gesamten Umfang des nahtloser Rohres 30 ausübt, um jedweden Luftspalt zwü>chen ihnen zu beseitigen. Ein Luftspalt ist zwischen dem Rohr 30 und den Leitern 17, 18, 22 und 25 vorhanden.

Die Kondensatoren 15 und 27 sind gleiche Kupferscheiben, die die Filterelemente mit den Innenleitern 12 und 26 verbinden. Die Filterkopplungselemente 16 und 24 sind gleich, wobei das eine das Spiegelbild dts anderen ist. Es werden deshalb nur die Elemente 16 und 20 ausführlich beschrieben. Gemäß F i g. 2 enthält das Filterkopplungselement 16 ein Laminat mit einer zentralen dielektrischen Schicht 34, die auf einer Fläche mit einer dünnen leitenden Schicht 36 und auf ihrer entgegengesetzten Fläche mit einer dünnen leitenden Schicht 38 überzogen ist. Die Schichten 34,36 und 38 bilden einen Reihenkondensator. Die Schichten 36 und 38 bestehen vorzugsweise aus Kupfer mit einer Dicke von 0,025 bis 0,05 mm. Eine Masse 40 ist metallurgisch mit der Schicht 38 und dem Leiter 17 verbunden. Die Masse 40 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, in das sich ein Ende des Leiters 17 erstreckt. Eine Masse 42 ist metallurgisch mit der Schicht 36 und dem Leiter 18 verbunden. Die Masse 42 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, in das sich ein Ende des Leiters 18 erstreckt.

Das Filterkopplungselement 20 hat den gleichen Aufbau wie das Filterkopplungselenient 16, mit Ausnahme der Dicke'--. Das Element 20 hat eine zentrale dielektrische Schicht 44, die auf einer Fläche mit einer leitenden Schicht 46 und auf ihrer entgegengesetzten Fläche mit einer leitenden Schicht 48 überzogen ist. Die Schicht 46 ist mit einer Masse 50 metallurgisch verbunden. Die Schicht 48 ist mit einer Masse 52 metallurgisch verbunden. Die Masse 50 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, das mit dem anderen Ende des Leiters 18 metallurgisch verbunden ist. Die Masse 52 ist vorzugsweise mit einem mittigen Loch versehen, das mit einem Ende des Leiters 22 metallurgisch verbunden ist. Die Massen 40,42,50 und 52 bestehen jeweils vorzugsweise aus Kupfer.

Die Massen 40, 42, 50 und 52 haben jeweils ein mittiges Loch zur Aufnahme eines der Innenleiter zur Erleichterung der Fertigung. Das heißt, auf diese Weise ist das Zusammenbauen und konzentrische Verbinden der Massen mit ihrem Innenleiter einfacher. Die Konzentrizität wird gleichmäßig erzielt, indem ein Kupferrohr in kurze Stücke geschnitten wird, um dadurch die Massen herzustellen. Das Kupferrohr, aus dem die Massen zugeschnitten werden, hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Durchmesser der Innenleiter. Die Masren könnten bei Bedarf auch ein Sackloch haben oder massiv sein und überhaupt kein mittiges Loch aufweisen.

Die folgende Tabelle gibt zwei spezifische Beispiele de. Er.mdung an, wobei der Au3endurchmesser des Mantels 32 3,58 mm ±0,05 mm beträgt. In den Beispielen sind die Längen und Dicken in Millimetern und in Klammern in Zoll angegeben.

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Beispiel I Beispiel 2

Frequenzband Länge Spalt 58,59 Dicke Masse 40 Dicke Schicht 34 Dicke Masse 42 Länge Spalt 60 Dicke Masse 50 Dicke Schicht 44 Dicke Masse 52 Länge Spalt 62 Durchmesser der Leiter 12,26 Durch messer der Resonatoren 17,18,22,25 Durchmesser der Massen 40,42,50,52 Durchmesser Mantel 32 Länge A -A

5.8 bis 6.4 GHz

3.162 (0.01245)

0,8738 (0.0144)

0,7874 (0.031)

0.6325 (0.0249)

4,983 (0.1962)

0.8484 (0.0334)

0,7874 (0.031)

0,8484 (0.0334)

4,983 (0.1962)

0,9144 (0.036)

0,3556 (0.014)

2,337 (0.092)

3,581 (0.141)

29,46 (1.16)

5,73 bis 6.08 GHi 2.708 (0.1066) 1,079 (0.0425) 0,5080 (0.020) 2,934 (0.1155) 2,007 (0.079) 2,756 (0.1085) 0,3810 (0.015) 2,756 (0.1085) 2.007 (0.079) 0,9144 (0.036) 0.3556 (0.014) 2.337 (0.092) 3.581 (0.141) 32,77 (1.29)

F i g. 3 ist ein Diagramm der Signalsperrung oder -unterdrückung in Dezibel, aufgetragen über der Signalfre quenz in GHz, für das Beispiel 2 in obiger Tabelle. Es ist zu erkennen, daß es eine fast vollständige Übertragung in dem Primärdurchlaßbereich ohne einen Sekundärdurchlaßbereich gibt F i g. 4 ist ein ähnliches Diagramm, da; einen Primärdurchlaßbereich bei der halben Wellenlänge und eine Sekundärfilterkurve bei einer vollen Wellen länge zeigt. Das Diagramm von F i g. 4 zeigt die Filterkurvc, die mit der in der vorher erwähnten Patentschrifi beschriebenen Vorrichtung erzielt wird. Wenn eine Sekundärfilterkurve nachteilig ist, löst die Erfindung diese; Problems.

F i g. 5 ist ein ähnliches Diagramm, das einen Primärdurchlaßbereich ohne eine Sekundärfilterkurve zeigt. Da; durch Fig.5 veranschaulichte Filter ist ein Diagramm einer druen Ausführungsform, die mit einem Primär durchlaßbereich von 4.1 bis 4,5 GHz versehen und ansonsten gemäß den Angaben in den obigen Beispielen 1 und 2 aufgebaut ist.

Fig. 6 ist ein ähnliches Diagramm, das den Primärdurchlaßbereich ohne eine Sekundärfilterkurve zeigt unc das oben beschriebene Beispiel 1 veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß in den F i g. 5 und 6 die Sperrung odei Unterdrückung im wesentlichen vollständig ist.

Aus den obigen Tabellen geht hervor, daß die gerade Länge an Kabel, die zur Aufnahme der Filterkopplungs elemente erforderlich ist, weniger als 38 mm beträgt. Die Länge kann weiter verringert werden, indem gewen delte Leiter statt der Leiter 18 und 22 benutzt werden. Ein typischer gewendelter Leiter besteht aus mit Silbei überzogenem, geglühtem Kupfer-Draht 66 mit einem Durchmesser von 0,1 mm, der um einen Kern 68 au: glasfaserverstärktem Material oder gleichwertigem Material mit einem Durchmesser von 0.67 mm gewickelt is (vgl. Fig. 7). Der bevorzugte Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Windungen des Drahtes betrag: 0,44 mm bis 0,48 mm. Der gewendelte Draht 66 ergibt eine wesentliche Induktivität bei einer kurzen Länge wodurch die Frequenz auf etwa 300 MHz reduziert werden kann.

Die Filter nach der Erfindung sind daher für den Gebrauch bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen in-Mikrowellenbereich aufgrund der Schaltung mit konzentrierten Elementen kompakt oder miniaturisiert. Di« Massen 40,42,50,52, usw. bilden jeweils eine Schaltungskomponente, deren Hauptersatzschaltung ein Parallel kondensator zur Hochfrequenzsperrung ohne jedwede Sekundärfilterkurve ist. Die Elemente 16, 20, 24 sine jeweils ein Reihenkondensator, an dessen entgegengesetzten Seiten ein Parallelkondensator mechanisch befe stigt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

32 OO 117 Patentanspruch*.-:

1. Einbau-Bandpaßfilteranordnung für ein Koaxialkabel mit mindestens einer koaxialen Zufuhr- und einer koaxialen Abführlei lung, wobei das Filter aus einer Scheibe aus dielektrischem Material mit je einer elektrisch leitenden Belegung auf den gegenüberliegenden Seiten in einem nahtlosen Rohr aus dielektrischem Material aufgebaut und in ein monolithisches Rohr aus leitendem Material derart gepreßt ist. daß eine luftspaltfreie Berührung der Teile garantiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Bandpasses mit einer Durchlaßfrequenz unter 8 GHz mit vollsiändiger Sperrung von Frequenzen oberhalb des Durchlaßbereiches jede der Belegungen (36,38,46,48) der Scheiben aus dielektrischem Material (34, 44) mit einem elektrisch leitfähigen Massekörper (40, 42; 50, 52) verbunden ist, welcher im wesentlichen als Nebenschlußkondensator wirkt, wobei jedes Leitungsende für sich mit einer der Belegungen und dem zugehörigen Massekörper leitend verbunden ist

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massekorper (40,42; 50,52) metallisch mit der jeweiligen Belegung (36,38; 46,48) der dielektrischen Scheiben (34_; 44) verbunden sind.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massekörper jeweils einen korrekten Zylinder biiden, dessen Außendurchmesser geringer als 3.27 mm beträgt.

4. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Filter mit jeweils dazwischen liegendem Innenleiter (18,22).

5. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Massekörper eine zentrische Innenbohrung zur Aufnahme des zentrischen Innenleiters aufweist.

6. Fihsianordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Innenleiter (66) als Wendel ausgebildet ist.

7. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei in Serie geschaltete Bandpaßfilter mit im wesentlichen vollständiger Hochfrequenzunterdrückung vorgesehen sind, daß das in der Mitte liegende zweite Filter (20) Massen von gleicher Dicke aufweist, während das erste und das dritte Filter Massen unterschiedlicher Dicke besitzt, wobei die dünnere Masse des ersten und dritten Filters dem zweiten Filter zugewandt sind, daß benachbarte Filter durch einen Reson?az-Innenleiier(17, i8.22 oder 25) verbunden sind, daß die von einer dielektrischen Hülse umgebenen Zuführ- bzw. Abführleitungen mit einem Ende metallisch mit der Fläche von Parallelkondensaloren (15,27) verbunden sind, deren gegenüberliegenden Flächen über je einen Resonanz-Leiter mit dem ersten bzw. dritten Filter verbunden sind, und daß jeder der Resonanz-Leiter einen Abstand von der Innenwand der nahtlosen dielektrischen Hülse aufweist.