DE3232383A1

DE3232383A1 - Koaxiales filter fuer hohe hf-leistungen

Info

Publication number: DE3232383A1
Application number: DE19823232383
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 8152 Feldkirchen-Westerham Spinner; Leo 8000 München Treczka
Original assignee: Spinner GmbH
Current assignee: Spinner GmbH
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1984-03-01
Also published as: FR2532480B1; FR2532480A1; DE3232383C2

Description

ÖIÖ16 ö ö

"Koaxiales Filter für hohe HF-Leistungen"

Die Erfindung betrifft ein koaxiales Filter für hohe HF-Leistungen, bestehend aus einem Filtertopf, dessen Kurzschlußplatte eine Bohrung aufweist, in der ein zylindrischer V¹I-Abstimmschieber kontaktgebend geführt und mittels einer Klemmschelle blockierbar ist.

Derartige Filter werden für zahlreiche Zwecke im Zusammenhang mit VHF- sowie insbesondere UHF-Sendern benötigt, für die bislang häufig Filter in Hohlleiterbauweise eingesetzt wurden, die jedoch sehr aufwendig und insbesondere in der Abstimmung kompliziert sind.

Ein typisches Anwendungsgebiet sind Bild-Ton-Weichen für im Band IV/V (^50 ... 860 MHz) arbeitende Fernsehsender mit einer Leistung von wenigstens einigen Kilowatt. Solche Bild-Ton-Weichen dienen bekanntlich dazu, den Bild-Sender und den Ton-Sender unter Wahrung ihrer gegenseitigen Entkopplung mit der koaxialen Speiseleitung der gemeinsamen Antenne zu verbinden. Die hierfür verwendeten Filter (normalerweise zwei 2-kreisige Bandfilter) müssen geringe Bandbreite und sehr hohe Flankensteilheit aufweisen. Während diesen Forderungen mit koaxialen Filtern der eingangs genannten Bauart genügt werden kann, hat es sich gezeigt, daß es erhebliche Schwierigkeiten bereitet, die Abstimmoder Mittenfrequenz mit der erforderlichen Genauigkeit einzuhalten, da die von der Senderleistung abhängige unterschiedliche Erwärmung der Filterbauteile zu temperaturabhängigen Änderungen der für die Resonanzfrequenz maßgebenden Abmessungen dieser Bauteile führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales Filter der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das seine im kalten Zustand eingestellte Abstimmfrequenz über einen weiten

Temperaturbereich dementsprechend über einen großen Senderleistungsbereich nahezu unverändert beibehält.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein erstes, im HF-Raum liegendes Temperaturkompensationsglied die unmittelbar nach dem Einschalten auftretende Durchbiegung der Kurzschlußplatte des Topfes kompensiert und daß ein zweites,, in dem als Hohlzylinder ausgebildeten Schieber liegendes Temperaturkompensationsglied mit einer an die Zeitkonstante der gleichmäßigen Erwärmung der Kurzschlußplatte des Topfes angepaßten Zeitkonstante die Wirkung des ersten Temperaturkompensationsgliedes zumindest teilweise aufhebt.

Durch diese Maßnahmen wird das auf unterschiedlich schnelle Erwärmung und dementsprechend unterschiedlich starke Dehnung der Pilterbauelemente bei Beaufschlagung mit einer hohen HP-Leistung eintretende Weglaufen der Abstimmfrequenz verhindert.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Temperaturkompensationsglied ein Bimetallelement sein. Dieses kann entweder als am Boden des Schiebers befestigte Scheibe ausgebildet sein oder aus mindestens einem in dem HF-Raum angeordneten und an der Topfinnenwand festgelegten Element bestehen, das die Feldverteilung im Sinne einer Kompensation der Verstimmung der Resonanzfrequenz ändert. Wie sich gezeigt hat, lassen sich der Anbringungsort und die Größe des Bimetallelementes, die zur Erzielung einer Kompensation der durch die anfängliche Durchbiegung der Kurzschlußplatte des Topfes bewirkten Verstimmung erforderlich sind, relativ leicht empi-risch ermitteln.

Mit Vorteil besteht weiter das zweite Temperaturkompensationsglied aus einem mit seinem einen Ende am Boden des Schiebers befestigten und im Bereich seines anderen Endes durch die Klemmschelle gehaltenen Abstimmstab aus einem Werkstoff, der die

Wirkung des ersten Temperaturkompensationsgliedes zumindest teilweise aufhebt. Der Abstimmstab kompensiert also diejenige Lageverschiebung des Bodens des Schiebers, die sich anderen" falls ergeben würde, nach dem die Kurzschlußplatte des Topfes gleichmäßig durchwärmt ist und folglich ihre plane Gestalt wieder angenommen hat.

Wegen der unterschiedlichen Werkstoffe und Abmessungen der verschiedenen Filterbauteile kann eine Kompensation der Dehnungen mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen nur innerhalb eines gewissen festen Temperaturbereiches erzielt werden. Sofern dieser Temperaturbereich infolge besonders hoher Senderleistungen überschritten wird, ist es zweckmäßig, als weitere Kompensationsmaßnahme vorzusehen, daß die Klemmschelle sich gegen die Kurzschlußplatte des Topfes über Stäbe abstützt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient so bemessen ist, daß die im eingelaufenen Zustand verbleibenden Wärmedehnungen ausgeglichen werden.

Mit Vorteil besteht im Interesse größt-möglicher thermischer Stabilität der Topf einschließlich seiner Kurzschlußplatte aus einem einstückigen Gußteil. Sofern aus mehreren derartigen Filtern beispielsweise eine Weiche aufgebaut wird, ist es aus dem gleichen Grund unbedingt empfehlenswert, die Filtertöpfe aller Filter als einstückiges Gußteil auszubilden.

Für die temperaturunabhängige Einhaltung der Resonanzfrequenz ist weiterhin auch eine gute Kontaktierung des den λ-Μ-Ιηπβη-leiter bildenden Abstimmschiebers mit der Kurzsehlußplatte erforderlich, um einenmöglichst gleichmäßigen und über eine große Fläche verteilten Temperaturanstieg zu erreichen. Hierzu soll der Schieber an der längstmöglichen Stelle für die kürzeste vorgeschriebene Wellenlänge kontaktiert werden, was gleichzeitig für eine möglichst niedrige Endtemperatur im eingelaufenen Zustand sorgt. Erreicht wird dies dadurch, daß der Schie-

ber mit der Bohrung des Topfes über eine Hülse kontaktiert ist, die an ihrem unteren Ende als mehrfach geschlitzte , auf dem Schieber aufliegende Federkontakthülse mit einer außenliegenden Ringschulter ausgebildet ist, mit welch letzterer sie sich gegen einen in der Topfbohrung ausgebildeten Ringbund der Kurzschlußplatte abstützt, und daß die Hülse an ihrem oberen Ende einen Ringflansch hat, über den sie mit der Kurzschlußplatte des Topfes verspannt ist.

Eine zusätzliche Verbesserung dieser Weiterbildung besteht darin, daß die Hülse in Höhe der Kurzschlußplatte des Topfes zusätzliche Kontaktlamellen zum Schieber hat.

Voraussetzung für die Wirksamkeit der genannten Maßnahmen zur Erzielung einer hohen, temperaturunabhängigen Frequenzkonstanz ist selbstverständlich eine entsprechend hohe mechanische Stabilität des Filters. Dies soll jedoch nicht zulasten einer einfachen und raschen Durchführung der Grob- und der Feinabstimmung gehen. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die

Klemmschelle ein Tnnonr.eviin^o hat, In dar- -.--i :ν-· rofVrijH:·-¹,*-· 0? - ' *

windehülse eingeschraubt ist, die eine Bohrung hat, in welcher der Abstimmstab klemmbar geführt und zusammen mit der Gewindehülse beim Spannen der Klemmschelle blockiert ist.

Hierbei kann die Grobabstimmung durch Verschiebung des Abstimmstabes und die Feinabstimmung durch Drehen der Gewindehülse in der Klemmschelle vorgenommen werden.

Die GrobabStimmung läßt sich dadurch fixieren, daß mit der Gewindehülse eine Klem-manschette drehbar verbunden ist, die eine Bohrung hat, in welcher der Abstimmstab klemmbar geführt ist.

Besonders einfach ist die Grobabstimmung dann, wenn der Abstimmstab mit Querbohrungen zur Aufnahme eines Anschlagstiftes für die Grobabstimmung versehen ist. .

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des koaxialen Filters nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1

Ein Teillängsschnitt durch das Filter

Fig. 2

eine Aufsicht auf die Gewindehülse gem. den Pfeil II in Fig. 1

Fig. 3

eine Aufsicht auf die zur Führung und Klemmung des Abstimmstabes dienenden Teile des Filters und

Fig. i\

eine Aufsicht auf die Klemmbacken bei weggelassener Klem-jnanschette.

Das koaxiale Filter nach Fig. 1 besteht aus einem hier nur teilweise wiedergegebenen Filtertopf, der mit der Kurzschlußplatte ein einstückiges Gussteil bildet. Die Kurzschlußplatte 1 hat eine zentrische Bohrung, über deren Umfang um jeweils 120° versetzt drei Stäbe 2 angeordnet sind, die eine geschlitzte Klemmschelle 3 mit Klemmschraube 3a (vergl. auch Fig. 3 }tragen. In der Klemmschelle 3 ist in später noch zu erläuternder Art und Weise ein hohlzylindrischer AV^-Abstimmschieber 4 über einen Abstimmstab 5 geführt und nach Anziehen der Klemmschraube 3a festgelegt. Hierzu weist die Klemmschelle 3 ein Innengewinde auf, in das eine geschlitzte Gewindehülse 6 eingeschraubt ist, die eine Bohrung hat, in welcher der Abstinmstab 5 klemmbar geführt ist. Die Gewindehülse 6 ist mittels eines Abstimmhebels 6a verdrehbar. Oberseitig sind auf die Gewindehülse 6 zwei Klemmbacken (vergl. auch Fig. 3 und *l) aufgeschraubt, die mit einer nach innen weisenden Ringschulter in eine Ringnut einer darüber angeordneten geschlitzten Klem-manschette 8 mit Klemmschraube 8a (siehe Fig. 3) eingreifen. Die Klem-manschette 8 hat ebenfalls eine Bohrung in der der Abstimmstab 5 klemmbar geführt ist. -9-

Zur Grob- und nachfolgenden Feinabstimmung wirken die Klemmmanschette 8, die Gewindehülse 6 und die Klemmschelle wie folgt zusammen: bei gelösten Klemmschrauben 3a und 8a wird der Abstimmschieber H mittels des Abstimmstabes 5, der hierzu einen Rändelknopf 5a hat, annähernd auf die richtige Eintauchtiefe in den Filtertopf eingestellt. Erleichtert wird dies durch Querbohrungen 5b in dem Abstimmstab 5, in die ein Anschlagstift einsetzbar ist. In der Grobabstimmposition wird der Abstimmstab 5 durch Anziehen der Klemmschraube 8a in der Klera-nanschette 8 blockiert. Bei der nun folgenden Feinabstimmung mittels eines Messenders wird die Gewindehülse 6 mittels des Abstimmhebels 6a solange gegenüber der Klemmschelle 3 verdreht, bis die Soll-Resonanzfrequenz erreicht ist. Die Klemmbacken 7 nehmen hierbei die Klem-manschette in axialer Richtung mit, ohne sie gegenüber der Klemmschelle 3 in Umfangsrichtung zu verdrehen. Nach dem Anziehen der Spannschraube 3a ist der Abstimmstab 5 auch in der geschlitzten Gewindehülse 6 unverrückbar festgelegt. Der gefundene Abstimmwert kann an einer Kreisringskala 9 und einer Zylinderskala 10 abgelesen werden.

Besonders wesentlich ist bei einem derartigen Filter eine gute Kontaktierung des Abstimmschiebers ¹J mit der aus Leichtmetallguß bestehenden und daher schwierig zu kontaktierenden Kurzschlußplatte 1. Zur Erzielung eines möglichst niedrigen Übergangswiderstandes ist gleichzeitig eine Kontaktierung über den unter Berücksichtigung der kürzesten Betriebswellenlänge längstmöglichen Abschnitt des Abstimmschiebers H anzustreben. Hierdurch wird die Erwärmung niedrig gehalten und verteilt sich gleichmäßig über eine größere Fläche. Zu diesem Zweck ist die Kurzschlußplatte 1 im Bereich ihrer Bohrung rohrförmig nach innen gezogen. Weiterhin ist zwischen dem Abstimmschieber ^ und der Wandung der Bohrung der Kurzschlußplatte 1 eine zylindrische Hülse 11 aus elastischem Material, vorzugsweise versilberter Bronze angeordnet, die

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an ihrem unteren Ende als mehrfach geschlitzte, auf dem Schieber 4 aufliegende Federkontakthülse 11a mit einer außen liegenden Ringschulter ausgebildet ist. Mit dieser Ringschulter stützt sich die Hülse 11 gegen einen Ringbund la am innenliegenden Ende der Bohrung der Kurzschlußplatte 1 ab. Das andere Ende der Hülse 11 hat einen Ringflansch 11b, der durch Schrauben gegen die Kurzschlußplatte 1 derart verspannbar ist, daß sich im Bereich der Pederkontakthülse 11a der gewünschte Anpressdruck an den Außenumfang des Schiebers k ergibt. Zusätzlich ist die Hülse 11 etwa in Höhe der Kurzschlußplatte 1 mit einer flachen Ringnut versehen, in die ein Kontaktlamellenring 12 beispielsweise ebenfalls aus versilberter Bronze eingelegt ist und damit einen zweiten Ringkontakt zu dem Schieber 4 herstellt.

Wenn das vorstehend beschriebene Filter mit entsprechend hoher HF-Leistung beaufschlagt wird, tritt wegen der unvermeidbaren Verluste eine Erwärmung ein, die zu Formänderungen der verschiedenen Filterbauteile führt. Hierbei ist zu unterscheiden zwischen solchen Formänderungen, die auf eine ungleichmäßige Erwärmung während der Inbetriebnahme des Filters zurückzuführen sind und solchen Formänderungen, die auch im eingelaufenen Zustand, also nach Erreichen einer zeitlich konstant bleibenden Temperaturverteilung, festzustellen sind. Beide Arten der Formänderung führen jedoch zu Verstimmungen des Filters, die ohne Kompensationsmaßnahmen über die zulässigen, engen Grenzen deutlich hinausgehen. Bei dem hier vorgeschlagenen Filter sind nun eine Reihe von Kompensationsmaßnahmen verwirklicht, die mit unterschiedlichen Zei.tkonstanten derart wirksam werden, daß sowohl die anfängliche Verstimmung infolge ungleichmäßiger Erwärmung als auch die bleibende Verstimmung nach Erreichen des eingelaufenen Zuständes ausgeschaltet wird.

Unmittelbar nach dem Anliegen von HF-Leistung erwärmt sich als

erstes entsprechend der Stromverteilung die innenliegende Wandung der Kurzschlußplatte 1 am stärksten. Dies führt zu einer membranartigen Durchbiegung der Kurzschlußplatte 1 nach unten, so daß sich der wirksame Teil des Abstimmschiebers 4 etwas in den HF-Innenraum des Topfes hineinbewegt. Als Kompensationsmaßnahme ist an der unteren Stirnfläche des Abstimmschiebers ¹I eine Bimetallscheibe 13 angeordnet, deren Abstand von der Stirnfläche und deren Durchmesser und Dicke empirisch so ermittelt sind, daß ihre infolge Erwärmung einsetzende membranartige Aufwölbung, bei der die freien Ränder sich der Stirnfläche des Schiebers k annähern,den Schieber *J um den gleichen Betrag elektrisch verkürzt, um den er sich infolge der Durchbiegung der Kurzschlußplatte 1 scheinbar verlängert.

Mit fortschreitender Erwärmung des gesamten Topfes und damit auch seiner Kurzschlußplatte 1 verschwindet die anfängliche Durchbiegung. Elektrisch gesehen verkürzt sich also der Schieber H wieder. Die Aufwölbung der Bimetallscheibe 13 bleibt jedoch erhalten. Die elektrische Verkürzungswirkung der Bimetallscheibe 13 muß also wieder rückgängig gemacht werden, dies jedoch nur teilweise, da sich nunmehr auch der Schieber k erwärmt und somit selbst eine gewisse Längendehnung erfahren hat. Diese Kompensation erfolgt mittels des Abstimmstabes 5, der hierzu aus einem passend gewählten Material gefertigt ist, bei dem es sich je nach Längenverhältnissen und HF-Nennleistung um Stahl, Invar, Keramik oder Quarz handeln kann. Da der Abstimmstab 5 sich wegen seiner Lage im HF-freien Innenraum des Schiebers h sehr viel langsamer erwärmt, als der Schieber 4 und die Kurzschlußplatte 1, läuft dieser Kompensationseffekt mit einer wesentlich längeren Zeitkonstante als derjenige der Bimetallscheibe 13 ab.

Bei besonders hohen HF-Leistungen sowie abhängig von dem Betriebsfrequenzbereich für den das Filter ausgelegt ist und damit abhängig von seinen mechanischen Abmessungen, kann der Fall e-intre-

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ten, daß die angestrebte Kompensation sich mit dem Abstimmstab nicht vollständig verwirklichen läßt, da bei dessen Auslegung sowohl die unterschiedlichen Erwärnungszeitkonstanten der Kurzschlußplatte 1 und des Stabes 5 als auch das Maß der im eingelaufenen Zustand noch verbleioenden, zu kompensierenden Längenänderung berücksichtigt v/erden müssen. Ein etwa verbleibender Restfehler kann dann durch Wahl einer geeigneten Länge und eines geeigneten Materials für die die Klemmschelle 3 tragenden Stäbe 2 ausgeglichen werden.

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Leerseite

Claims

Patentan s ρ r ü c h e :

fly Koaxiales Filter für hohe HF-Leistungen, bestehend aus einem Filtertopf, dessen Kurzschlußplatte eine Bohrung aufweist, in der ein zylindrischer λ- /^J4-Ab stimmschieb er kontaktgebend geführt und mittels einer Klemmschelle blockierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes, im HF-Raum liegendes Temperaturkompensationsglied (13) die unmittelbar nach dem Einschalten auftretende Durchbiegung der Kurzschlußplatte (1) des Topfes kompensiert und daß ein zweites, in dem als Hohlzylinder ausgebildeten Schieber (H) liegendes Temperaturkompensationsglied (5) mit einer an die Zeitkonstante der gleichmäßigen Erwärmung der Kurzschlußplatte (1) des Topfes angepaßten Zeitkonstante die Wirkung des ersten Temperaturkompensationsgliedes (13) zumindest teilweise aufhebt.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Temperaturkompensationsglied (13) ein Bimetallelement ist.
3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement eine am Boden des Schiebers (4) befestigte Scheibe (13) ist.
4. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bimetallelement aus mindestens einem in dem HF-Raum angeordneten und an der Topfinnenwand festgelegten Element besteht, das die Feldverteilung im Sinne einer Kompensation der Ver-

der Resonanzfrequenz ändert. - 2 -
5· Filter nach einem der Ansprüche 1 bis M, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Temperaturkompensationsglied aus einem mit seinem einen Ende am Boden des Schiebers (M) befestigten und im Bereich seines anderen Endes durch die Klemmschelle (3) gehaltenen Abctimmstab (5) aus einem Werkstoff besteht, der die Wirkung des ersten Temperaturkompensationsgliedes (13) zumindest teilweise aufhebt.
6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmschelle (3) sich gegen die Kurzschlußplatte (1) des Topfes über Stäbe (2) abstützt, deren Wärmeausdehnungskoeffizient so bemessen ist, daß die im eingelaufenen Zustand verbleibenden Wärmedehnungen ausgeglichen werden.
7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf einschließlich seiner Kurzschlußplatte (1) aus einem einstückigen Gußteil besteht.
8. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (M) mit der Bohrung des Topfes über eine Hülse (11) kontaktiert ist, die an ihrem unteren Ende als mehrfach geschlitzte, auf dem Schieber aufliegende Federkontakthülse (lla) mit einer außenliegenden Ringschulter ausgebildet ist, mit welch letzterer sie sich gegen einen in der Topfbohrung ausgebildeten Ringbund (la) der Kürzschlußplatte (1) abstützt, und daß die Hülse (11) an ihrem oberen Ende einen Ringflansch (lib) hat, über den sie mit der Kurzschlußplatte (1) des Topfes verspannt ist.
9. Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (11) in Höhe der Kurzschlußplatte (1) des Topfes zusätzliche Kontaktlamellen (12) zum Schieber (M) hat.
10. Filter nach einemder Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Klemmschelle (3) ein Innengewinde hat, in das eine geschlitzte Gewindehülse (6) eingeschraubt ist, die eine Bohrung hat, in welcher der Abstimmstab (5) klemmbar geführt und zusammen mit der Gewindehülse (6) beim Spannen der Klemmschelle (3) blockiert ist.
11. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gewindehülse (6) eine Klem-manschette (8) drehbar verbunden ist, die eine Bohrung hat, in welcher der Abstimmstab (5) klemmbar geführt ist.
12. Filter nach einem der Ansprache 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstimmstab (5) mit Querbohrungen (5b) zur Aufnahme eines Anschlagstiftes für die Grobabstimmung versehen ist.