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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schnittstelle für eine PIM-sensitive
Vorrichtung, wobei die Schnittstelle einen inneren und einen äußeren Leiter
aufweist.
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Eine
solche Schnittstelle ist aus der
EP 913 878 A1 bekannt. Dieses Dokument offenbart
eine elektrische Schaltung zum Verbinden von koaxialen Leitungen,
wobei die elektrische Schaltung mehrere Ports als Eingang und Ausgänge zu koaxialen
Leitungen mit λ/4-Leitungen
aufweist, und zwar derart, dass die Schaltung als Blitzsperrkreis
und als Kombinierer oder Separator von Frequenzkanälen verdrahtet
werden kann. Blitzströme
und Überspannungsspitzen, die
an einem der Ports eindringen, werden über eine λ/4-Kurzschlussleitung in Richtung
Erde eliminiert. Eine Repräsentation
einer mechanischen Realisierung zeigt einen inneren Leiter, der
mit den Ports und mit einer offenen λ/2-Leitung und mit der λ/4-Kurzschlussleitung mittels
metallischer Berührungen
verbunden ist.
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Der
Artikel „Eliminierung
einer Feinabstimmung bei Hochleistungsdiplexern mit niedriger PIM für kombinierte Übertragungs-/Empfangsantennen", IEE Kolloquium
für Mikrowellenfilter
und Multiplexer, (Auswahl Nr. 158), London, UK, 19. November 1990, beschreibt
die Konstruktion und Leistung eines Diplexers mit niedriger PIM.
Der beschriebene Diplexer basiert auf der Verwendung von rechtwinkligen
Wellenleitern. Ein rechtwinkliger Wellenleiter weist im Allgemeinen
eine leitende Röhre
eines rechtwinkligen Querschnitts auf. Elektromagnetische Wellen
pflanzen sich innerhalb der Röhre
in Wechselwirkung mit einer variierenden Verteilung einer elektrischen
Ladung an den äußeren leitenden
Wänden
fort. Ein solcher Wellenleiter weist im Allgemeinen keinen inneren
Leiter auf.
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Der
Artikel „Grundsätze der
Hardwarekonstruktion mit niedriger PIM", 13. National Radio Science Conference,
NRSC 96 (CAT. Nr. 96 8-28), Kairo, Ägypten, 19.-21. März 1996
wendet sich dem Problem einer passiven Intermodulations(PIM-)Interferenz
auf Grund passiver Nichtlinearitäten
in einem Hochleistungsübertragungsweg
bei einer Weltraum-RF-Kommunikationsnutzlast zu, die Hochleistungssender
mit mehreren Kanälen
und Breitbandempfänger
aufweist, die eine gemeinsame RF-Einspeisung aufweisen. Nicht-lineare
metallische Übergänge werden
als eine solche PIM-Interferenz verursachend beschrieben. Aus diesem
Artikel kann eine PIM-Interferenz unter Verwendung einer berührungslosen
Technik beim Konstruieren von Komponenten mit niedriger PIM minimiert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein PIM-sensitives Diplex- oder Multiplexfilter
und insbesondere eine Schnittstelle für den koaxialen gemeinsamen
Port eines Diplexfilters oder Multiplexfilters.
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Eine
gemeinsame koaxiale Übertragungsleitung
muss derart mit den Resonanzelementen eines Filterabschnitts verbunden
sein, dass die Erzeugung einer passiven Intermodulation (PIM) zuverlässig vermieden
wird. Die höchste
Zuverlässigkeit
bei der Vermeidung von PIM wird durch Koppeln der Übertragungsleitung
und des Filters in einer nicht berührenden, oder „isolierten" Konfiguration erzielt,
d.h. mit einer kapazitiven Verbindung und/oder einer induktiven
Verbindung. Während
jedoch diese elektrische Isolierung eine PIM vermeidet, bedingt
sie andere Probleme. Z.B. gibt es keinen Ableitweg („bleed path") für einen
elektrostatischen Ladungsaufbau. Ein weiteres Problem stellt ein
Aufbau von Wärme von
schlechter Wärmeableitung
des inneren Leiters dar, da es keine Leitungswege gibt, die „direkt" leitenden Leitern
eigen sind.
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Bei
einem Versuch, diese Probleme zu bewältigen, wurde der Schnittstelle
ein thermaler Shunt oder ein anderer wärmeleitender Weg hinzugefügt, der
aus einem direkt elektrisch und wärmeleitenden Weg zwischen dem
inneren Leiter und dem äußeren Leiter
gebildet ist. Dies erfordert, dass der innere Leiter der PIM-sensitiven
Hardware sofort an den äußeren Leiter
angebracht werden muss. Normalerweise wird zumindest ein Befestigungsmittel,
wie z.B. eine Schraube, verwendet. Leider ist diese Anordnung im Sinne
einer PIM-Vermeidung nicht sehr zuverlässig.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schnittstelle
für eine
PIM-sensitive Vorrichtung bereitzustellen, die einen inneren und äußeren Leiter
aufweist und die einen Transfer von Hochleistungs-RF-Energie von
einem Resonanzfilter zu einer anderen Komponente ermöglicht,
während
die Gefahr einer passiven Intermodulationserzeugung vermieden und
eine Ableitung von Wärme
und statischen elektrischen Ladungen ermöglicht wird.
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Insbesondere
steht ein Bedürfnis
nach einer PIM-sensitiven,
Diplexfilter-gemeinsamen Schnittstelle, die eine PIM-Zuverlässigkeit
in Verbindung mit einer ESD-Leitung und eine Wärmeableitung ermöglicht,
was sie ideal für
Hochleistungsweltraumanwendungen macht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schnittstelle der eingangs erwähnten Art
gelöst,
die eine einstückig
integrierte Konfiguration für
den inneren Leiter und den äußeren Leiter
aufweist, wobei die einstückige
Konfiguration vorgegebene Wege aufweist, um eine direkte elektrische
und thermale Leitung dazwischen zu ermöglichen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen einstückigen Schnittstellenstecker
für ein
PIM-sensitives Diplexfilter dar. Bei der vorliegenden Erfindung
sind keine Berührungsverbindungen
des Innenleiters vorhanden. Der Innenleiter und der Außenleiter
sind einstückig
ausgebildet, wodurch jegliche direkte metallische Berührung zu
dem Hochstrom-tragenden Innenleiter eliminiert wird. Die einzige
direkte Verbindung besteht zu dem Außenleiter, der durch beliebige Mittel
verbunden werden kann, die sich als eine hohe Zuverlässigkeit
aufweisend bei der Abwesenheit einer PIM-Erzeugung erwiesen haben,
wie z.B. eine Hochdruckverbindung.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
die Übertragung
einer Hochleistungs-RF-Energie von dem Resonanzelement eines Hohlraumfilters
zu einer anderen Komponente, wie z.B. einem Antenneneinspeisungselement.
Die Übertragung
geschieht derart, dass sie die Gefahr einer PIM-Erzeugung vermeidet,
während
ein Wärmeleitweg
und ein elektrostatischer Leitweg vorgesehen werden, um Wärme abzuleiten
und um statische elektrische Ladungen von dem inneren Leiter der Übertragungsleitung
abzuleiten.
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Der
Innenleiter der Schnittstelle ist einstückig mit dem Außenleiter
der Schnittstelle ausgebildet, wodurch jedes Bedürfnis, die Innenleiter der
Schnittstelle mit dem Außenleiter
zu verbinden, eliminiert wird. Der Außenleiter der Schnittstelle
weist einen Flansch oder eine andere Struktur auf, die eine Verbindung
mit dem Außenleiter
einer Übertragungsleitung
oder einem Filtergehäuse
ermöglicht.
Das Ergebnis ist eine „einstückige" Konstruktion einer
gediplexten, (oder gemultiplexten), einer koaxialen (oder einer
Squareax-) Übertragungsleitung,
um so einen direkten Weg für
eine Wärmeableitung
und eine ESD-Erdung
zu ermöglichen
und um eine kontaktlose, einstückige
Innenleiter-Schnittstelle zu haben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlich werden,
wenn man sie im Lichte der detaillierten Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen und angehängten
Ansprüchen
betrachtet.
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Damit
die Erfindung gut verstanden wird, werden nun einige Ausführungsformen
davon im Wege eines Beispiels beschrieben werden, wobei auf die
beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer koaxialen Diplexer-Schnittstelle der
vorliegenden Erfindung darstellt; und
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2 eine
Querschnittsansicht der koaxialen Diplexer-Schnittstelle der vorliegenden Erfindung in
Verbindung mit einem Filtergehäuse
darstellt.
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1 stellt
eine perspektivische Ansicht der koaxialen Diplexer-Schnittstelle 10 mit
niedriger passiver Intermodulation (PIM) der vorliegenden Erfindung
dar. Man beachte, dass während
die Erfindung hier in Verbindung mit einer gediplexten koaxialen Übertragungsleitung
beschrieben wird, es möglich ist,
die vorliegende Erfindung genau so gut mit einer gemultiplexten
koaxialen Übertragungsleitung
oder einer Squareax-Übertragungsleitung
zu vereinigen. Ein Fachmann wird in Verbindung mit der Information der
vorliegenden Offenbarung ausreichendes Wissen haben, um die vorliegende
Erfindung auf Anwendungen mit gemultiplexten koaxialen oder Squareax-Übertragungsleitungen
anzuwenden. Ein äußerer Leiter 12 der
Schnittstelle 10 weist einen allgemeinen Port 14 und
ein Flanschglied 16 mit einer Struktur 18 zum
Aufnehmen einer Hochdruck-Schnittstelle (nicht dargestellt) auf.
Der äußere Leiter 12 ist
einstückig mit
einem inneren Leiter 20 ausgebildet.
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Der
innere Leiter 20 weist mehrere Zweige 21, 23, 25 und 27 auf,
die zu Enden des inneren Leiters 20 führen. Der erste Zweig 21 führt zu einer
berührungslosen
Kopplung mit einem Resonanzelement eines Abschnitts einer PIM-sensitiven
Vorrichtung (nicht gezeigt) im Wege einer Viertelwellenlängen-Kopplungssonde 22.
Der Zweig 23 führt
zu einer berührungslosen
Kopplung mit einem Resonanzelement eines weiteren Abschnitts der
PIM-sensitiven Vorrichtung (nicht gezeigt) im Wege einer Sonde 24.
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Die
Zweige 25 und 27 führen zu Enden 26 und 28 bei
dem Flansch 16, was den inneren Leiter 20 und
den äußeren Leiter 12 zu
einem integralen Stück
macht. Die Enden 26 und 28 ermöglichen die notwendige Isolierung
und ermöglichen
zur gleichen Zeit die elektrische und thermische Leitung, die für eine PIM-Zuverlässigkeit
erforderlich ist.
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Da
die Enden 26 und 28 einstückig zu dem Flanschglied 16 sind,
ist es möglich,
den inneren Leiter und den äußeren Leiter
als einstückiges
Teil herzustellen, wie z.B. durch einen zerspanenden Verarbeitungsvorgang.
Die Enden 26 und 28 ermöglichen einen direkten thermischen
dissipativen Weg und eine ESD-Erdung.
Die Zweige 21 und 23 ermöglichen eine berührungslose
Schnittstelle mit einer PIM-sensitiven Vorrichtung (nicht gezeigt).
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2 stellt
eine Querschnittsansicht der Schnittstelle 10 der vorliegenden
Erfindung dar, die in Verbindung mit einem PIM-sensitiven Filter 30 steht. Bei
den inneren Leiterzweigen 21 und 23 liegen lediglich
berührungslose
Verbindungen im Wege von Sonden 22, 24 vor.
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Die
einzige direkte Verbindung ist bei dem äußeren Leiter 12 der
Schnittstelle 10 vorgesehen, wo sie bei dem Flansch 16 mit
einem Hochdruck-Anschlussstück 31 verbunden
ist. Es ist bekannt, dass eine Hochdruck-Schnittstelle von 10 kPSI
eine zuverlässige
PIM-Vermeidungsverbindung, einen guten Wärmeleitungsweg und einen guten
ESD-Leitungsweg ermöglicht.
Es ist jedoch möglich,
die gezeigte Hochdruck-Schnittstelle mit einem anderen geeigneten
Verbindungsverfahren zu substituieren.
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Die
verschiedenen Verbindungen der Schnittstelle 10 sind mit
dem Filter 30 auf die folgende Weise verbunden. Ein erstes
Resonanzelement 32 des Übertragungsfilterabschnitts
ist im Wege einer berührungslosen
Filterkopplung an die Sonde 22 gekoppelt. Bei einer Filterkopplung
ist die Oberfläche der
Verbindung mit einem dielektrischen Material 34 bedeckt,
um die Verbindung zu isolieren, was sie berührungslos macht. Das erste
Resonanzelement 36 des Empfangsfilterabschnitts ist ebenfalls
durch die zweite Sonde 24 an den inneren Leiter 20 gekoppelt, und
zwar ebenfalls im Wege einer Filterkopplung, die durch ein dielektrisches
Material 38 isoliert ist. Die erste Sonde 24 und
die zweite Sonde 22 halten ein Längenverhältnis, oder Phasenverhältnis, derart
aufrecht, dass die Übertragungs-
und Empfangsfilterabschnitte bei einem Ende 40 des inneren
Leiters 20 gemultiplext werden. Das Ende 40 ist
ebenfalls durch eine Filterkopplung an ein Antenennelement (nicht gezeigt)
gekoppelt.
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Die
Enden 26 und 28 des inneren Leiters 20 sind
direkt in den äußeren Leiter 12 in
einer einstückigen
Konstruktion integriert, wie oben beschrieben. Die Enden 26 und 28 halten
ein Längenverhältnis, oder
Phasenverhältnis,
derart aufrecht, dass eine „offene" Schaltung bei einem Übertragungsband
bzw. Empfangsband erscheint, sogar ein Kurzschluss für eine Wärmelei tung
von dem inneren Leiter 20 und eine ESD-Leitung zu dem äußeren Leiter 12 werden aufrechterhalten.
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Der
Flansch 16 stellt ein plattenförmiges Glied dar. Die zwei
Enden 26 und 28 befinden sich auf einer Seite
des Flansches 16. Während
das Ende 28 des Weiteren über dem inneren Leiter 20 angeordnet
ist, der in den Flansch 16 eindringt, befindet sich der
Abschluss 26 auf einer gegenüberliegenden Seite davon.
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Der
Flansch 16 hat ungefähr
eine konstante Dicke, wie es bei 42 angezeigt ist, wo das
Ende 26 einstückig
mit dem Flansch 16 verbunden ist. Andererseits ist der
Flansch 16 auf der Seite, die an den gemeinsamen Port 14 grenzt,
mit einer Vertiefung 44 versehen. Somit ist der Flansch 16 in
dem Bereich dünner,
wo das Ende 28 integral mit dem Flansch 16 verbunden
ist.
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Unter
Verwendung einer Hochdruck-Schnittstelle 31 ist der äußere Leiter
des Filtergehäuses 30 direkt
mit dem äußeren Leiter
der koaxialen Diplexer-Schnittstelle 12 verbunden, sogar
der innere Leiter 20 ist berührungslos, wodurch die Erzeugung
jeglicher PIM durch direkte Verbindungen vermieden wird.