DE60100819T2 - Vorrichtung zur thermischen Kompensation für Mikrowellenfilter - Google Patents

Description

• Technisches Feld
• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellenfilter gemäß der Präambel von Anspruch 1. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Mikrowellen-Hohlraum-Filter, das eine Vorrichtung zur thermischen Kompensation aufweist.
• Hintergrund der Erfindung
• Mit steigenden Anforderungen an das Funkfrequenz-Spektrum müssen Mikrowellen-Hohlraum-Filter eine hohe Selektivität aufweisen. Um eine hohe Selektivität sicherzustellen, müssen die elektrischen Eigenschaften des Filters bei Temperaturänderungen aufrechterhalten werden.
• Wenn ein Mikrowellen-Hohlraum-Filter mit einem oder mehreren Hohlräumen aus einem Material hergestellt wird, das einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie z. B. Aluminium, bewirkt eine Temperaturänderung eine Änderung der Abmessungen des Filters. Um die elektrischen Eigenschaften des Filters aufrecht zu erhalten, wenn seine Abmessungen sich ändern, ist es bekannt, dass man eine Vorrichtung zur thermischen Kompensation bereitstellen muss, um die sich ergebende Verschiebung der Resonanzfrequenz zu kompensieren. Ein solches Mikrowellenfilter ist aus US 5,867,077 bekannt.
• Es ist ebenfalls bekannt, ein Mikrowellen-Hohlraum-Filter aus einem Material zu konstruieren, das einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, wie z. B. Invar, eine Legierung aus Nickel und Eisen. Aus diesem Material hergestellte Filter bieten sehr stabile Eigenschaften über einen breiten Temperaturbereich. Es ist jedoch nicht immer praktisch, aus Invar hergestellte Filter zu verwenden, da sie ein relativ hohes Gewicht haben. Darüber hinaus ist die thermische Leitfähigkeit von Invar relativ schlecht, was ein Nachteil bei Anwendungen mit hohen Leistungen ist.
• Um einige der Nachteile von Filtern, die komplett aus Invar hergestellt sind, zu vermeiden, ist es bekannt, eine Filteranordnung bereitzustellen, in der die Filter-Hohlräume Seitenwände aus Invar und Endwände aus Aluminium aufweisen. Wegen des Unterschiedes der thermischen Ausdehnung der Seitenwände und der Endwände in dieser bekannten Art von Anordnung muss eine Temperaturkompensation bereitgestellt werden. Ein bekanntes Verfahren der Bereitstellung einer Temperaturkompensation für diese Filteranordnungen ist es, die Endwände mit Vorsprüngen zu versehen, die sich in die Hohlräume des Filters erstrecken, um die Volumenänderung eines Hohlraums zu verringern, die andernfalls wegen der Ausdehnung und Zusammenziehung der Seitenwände bei Temperaturänderungen auftreten würde.
• Offenlegung der Erfindung
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine relativ einfache Temperaturkompensations-Struktur für ein Mikrowellen-Hohlraum-Filter bereitzustellen, das aus mindestens einem Hohlraum besteht, der eine Seitenwand aus einem Material mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und zwei Endwände aus einem Material mit relativ hohem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
• Gemäß der Erfindung wird ein Mikrowellenfilter bereitgestellt, das mindestens einen Hohlraum umfasst, der durch eine zylindrische Seitenwand und zwei planare Endwände definiert ist, die zwei gegenüberliegende Haupt-Oberflächen haben, deren Ränder an jedem Ende jeder Seitenwand mit Befestigungsmitteln an sich nach außen erstreckenden Flansch-Mitteln befestigt sind, wobei die Seitenwand aus einem metallischen Material hergestellt ist, das einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, und die beiden Endwände aus einem metallischen Material hergestellt sind, das einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, wobei eine erste kontinuierliche ringförmige Nut einer vordefinierten Tiefe und einer vordefinierten Mindestbreite in einer Haupt-Oberfläche jeder Endwand in der Nähe ihres Randes bereitgestellt wird und eine zweite ringförmige Nut einer vordefinierten Tiefe und einer vordefinierten Mindestbreite in der anderen Haupt-Oberfläche jeder Endwand in der Nähe ihres Randes bereitgestellt wird, wobei der Durchmesser der ersten ringförmigen Nut größer ist als der Durchmesser der zweiten ringförmigen Nut, so dass eine vordefinierte Breite zwischen der ersten und der zweiten ringförmigen Nut liegt, und wobei eine Vielzahl von Schlitzen mit offenem Ende einer vordefinierten Mindestbreite in jeder planaren Endwand auf diesem Rand bereitgestellt wird, wobei die Schlitze sich unmittelbar von der ersten ringförmigen Nut bis zur Außengrenze der planaren Endwand erstrecken.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Damit die Erfindung leicht angewendet werden kann, wird nun in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen eine Ausführung beschrieben, wobei:
• 1 einen Querschnitt einer Seitenansicht eines Filters mit drei Hohlräumen zeigt. 2 eine Draufsicht einer Seite einer Endwand zeigt.
• 3 einen Querschnitt eines Außenbereichs der in 2 gezeigten Endwand zeigt.
• 4 eine teilweise Draufsicht des Außenbereichs einer Endwand zeigt.
• 4a eine teilweise Seitenansicht des in 5 gezeigten Außenbereichs zeigt. 5 einen Querschnitt einer Endwand zeigt, die in einer Oberfläche eine zusätzliche ringförmige Nut enthält.
• Bestes Verfahren zur Realisierung der Erfindung
• Mit Bezug auf die Zeichnungen enthält in 1 ein Filter 1 drei Wellenleiter-Hohlräume 2, 3 und 4. Jeder Hohlraum ist durch eine kreisförmige zylindrische Wand 5, 6, und 7 und durch kreisförmige Endwände 8, 9, 10 und 11 definiert. Die Zwischen-Endwände 9 und 10 enthalten beide in der Mitte eine Öffnung 12. Jede kreisförmige zylindrische Wand ist aus einem Metall hergestellt, das einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, wie zum Beispiel Invar, und jede Endwand ist aus einem Metall hergestellt, das einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit hat, wie zum Beispiel Aluminium. Vorzugsweise sind die kreisförmigen zylindrischen Wände und die Endwände versilbert. Filter 1 wird zusammengebaut, indem die kreisförmigen zylindrischen Wände und die Endwände mit Schrauben 13 zusammengeschraubt werden.
• In den Figuren 2 und 3 umfasst eine Endwand eine erste Oberfläche 14 und eine gegenüberliegende Oberfläche 15. In jeder dieser Oberflächen wird eine kontinuierliche ringförmige Nut 16 und 17 einer vordefinierten Tiefe bereitgestellt, wobei sich der Durchmesser der einen Nut von dem Durchmesser der anderen Nut unterscheidet, um eine ringförmige Zwischenzone aus Metall 18 bereitzustellen, deren Breite so gewählt ist, dass die Zone einerseits eine ausreichende mechanische Flexibilität und andererseits eine gute thermische Leitfähigkeit hat. Der Rand der Endwand wird mit einer Vielzahl von sich nach außen erstreckenden Schlitzen mit offenen Enden 19 ausgestattet, die sich von der ringförmigen Nut mit dem größeren Durchmesser bis zur Außengrenze der Endwand erstrecken. Zwischen den Schlitzen mit den offenen Enden befinden sich Löcher 20 für die Schrauben 13. Die Schlitze mit den offenen Enden verlaufen am besten radial. Die oben erwähnte Anordnung von Nuten und sich nach außen erstreckenden Schlitzen ist für jede Endwand im Wesentlichen gleich.
• Wenn die ringförmigen Nuten 16 und 17 und die Schlitze 19 bereitgestellt werden, muss die Mindestbreite der Schlitze und Nuten so sein, dass über die erwartete Betriebstemperatur des Filters immer ein Abstand zwischen gegenüberliegenden Oberflächen der jeweiligen Nuten und Schlitze aufrecht erhalten bleibt. Diese Mindestbreite wird durch den Temperaturkoeffizienten des Materials bestimmt, aus dem die Endwände hergestellt sind, sowie durch die erwartete Betriebstemperatur des Filters.
• Im Betrieb trennen die Nuten 16 und 17 und die Schlitze 19 die Aluminium-Endwände mechanisch von den Invar-Seitenwänden und verhindern, dass jede Deformation der Endwände, die durch Temperaturänderungen verursacht wird, auf die Invar-Seitenwände übertragen wird, wodurch die Abmessungen des Hohlraums erhalten bleiben.
• Mit Bezug auf Figur 5 wird in einer weiteren Ausführung eine zusätzliche kontinuierliche ringförmige Nut 16a in der ersten Oberfläche 14 der Endwand bereitgestellt. Der Durchmesser der Nut 16a ist kleiner als der Durchmesser der ringförmigen Nut 17 in der zweiten Oberfläche 15. Diese Anordnung bildet zwei konzentrische Zwischenzonen aus Metall 18 und 18a. In einer anderen Ausführung (nicht gezeigt) kann eine Vielzahl von Nuten in einer Oberfläche 14 und 15 bereitgestellt werden, um eine Vielzahl von Zwischenzonen zu bilden.
• Die Anordnung der vorliegenden Erfindung erlaubt die Verwendung von relativ dicken Aluminium-Endwänden, die eine gute thermische Leitfähigkeit haben, wodurch das Filter eine hohe Nennleistung bekommt. Ein solches Filter kann zum Beispiel als Wellenleiter-Richtungsfilter für Hochleistungs-UHF-Fernsehanwendungen benötigt werden.

Claims (9)

1. Ein Mikrowellenfilter (1), das mindestens einen Hohlraum (2, 3, 4) umfasst, der durch eine zylindrische Seitenwand (5, 6, 7) und zwei planare Endwände (8, 9, 10, 11) definiert ist, die zwei gegenüberliegende Haupt-Oberflächen (14, 15) haben, deren Ränder mit Befestigungsmitteln (13, 20) an einem sich nach außen erstreckenden Flansch-Mittel an jedem Ende der Seitenwand befestigt sind, wobei die Seitenwand aus einem metallischen Material hergestellt ist, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat und die beiden Endwände aus einem metallischen Material hergestellt sind, das einen relativ hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste ringförmige Nut (16) einer vorbestimmten Tiefe und einer vorbestimmten Mindestbreite in einer Haupt-Oberfläche jeder Endwand in der Nähe ihres Randes bereitgestellt wird und eine zweite ringförmige Nut (17) einer vorbestimmten Tiefe und einer vorbestimmten Mindestbreite in der anderen Haupt-Oberfläche jeder Endwand in der Nähe ihres Randes bereitgestellt wird, wobei der Durchmesser der ersten ringförmigen Nut größer ist als der Durchmesser der zweiten ringförmigen Nut, wobei eine feste Zwischenzone (18) einer vorbestimmten Breite zwischen der ersten und der zweiten ringförmigen Nut liegt und worin eine Vielzahl von Schlitzen mit offenen Enden (19) einer vorbestimmten Mindestbreite in jeder planaren Endwand auf ihrem Rand bereitgestellt werden, wobei die Schlitze sich unmittelbar von der ersten ringförmigen Nut zur Außengrenze der planaren Endwand erstrecken.
2. Ein Mikrowellenfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere ringförmige Nut (16a) einer vorbestimmten Tiefe und einer vorbestimmten Mindestbreite in der Haupt-Oberfläche bereitgestellt wird, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der zweiten kontinuierlichen ringförmigen Nut ist, wobei zwei feste Zwischenzonen (18, 18a) einer vorbestimmten Breite zwischen der ersten und der weiteren Nut liegen.
3. Ein Mikrowellenfilter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von konzentrischen ersten kontinuierlichen ringförmigen Nuten einer vorbestimmten Tiefe und mit vorbestimmten Mindestbreiten in der einen Haupt-Oberfläche bereitgestellt wird, und eine Vielzahl konzentrischer zweiter kontinuierlicher ringförmiger Nuten einer vorbestimmten Tiefe und mit vorbestimmten Mindestbreiten in der anderen Haupt-Oberfläche bereitgestellt wird, so dass eine Vielzahl von festen Zwischenzonen einer vorbestimmten Breite zwischen benachbarten ersten und zweiten ringförmigen Nuten liegen.
4. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwände aus Aluminium hergestellt sind.
5. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand aus Invar hergestellt ist.
6. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand und die Endwände versilbert sind.
7. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Seitenwand und die beiden planaren Endwände des mindestens einen Hohlraums im Wesentlichen kreisförmig sind.
8. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Wellenleiter-Richtungsfilter ist.
9. Ein Mikrowellenfilter gemäß einem beliebigen der vorherigen Ansprüche zur Verwendung in Hochleitungs-UHF-Fernsehanwendungen.