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Die
vorliegende Erfindung, wie im unabhängigen Anspruch 1 definiert,
betrifft den Bereich der passiven elektrischen Komponenten oder
Schaltkreise, insbesondere Filter, die aus der Verbindung von Kapazitäten und
Induktivitäten
gebildet sind, und hat ein aus solchen Komponenten gebildetes Filtermodul und
einen Wendelleiterfilter, insbesondere einen Bandpass, mit wenigstens
zwei solchen Modulen zum Gegenstand.
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Bei
bestimmten Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit der nuklearen
magnetischen Resonanz (NMR), ist es nötig, über für hohe Frequenzen geeignete
Komponenten, die starke Leistungen aushalten können, zu verfügen. Es
ist selbstverständlich
vorteilhaft, dass solche Komponenten gegebenenfalls leicht anzupassen
und einfach herzustellen sind, geringe Herstellungskosten haben
und einer Alterung gut standhalten.
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Daher
wurde auf dem Gebiet der Kapazitäten
eine Struktur von variabler oder steuerbarer Kapazität offenbart,
die im Wesentlichen einerseits ein erstes Element aus einem leitfähigen Material
in Form einer wenigstens teilweise hohlen Stange oder Stabs, das
ein Loch oder eine Perforation aufweist, die sich axial in dem Körper des
ersten Elements erstreckt, um einen Röhrenabschnitt zu bilden, und
andererseits ein zweites Element aufweist, das auch aus leitfähigem Material
in Form einer Stange gebildet ist, die auf einer variablen Tiefe
in das axiale Loch eingeführt
werden kann, wobei die Eintrittstiefe des zweiten Elements in das
erste Element den Grad der kapazitiven Kopplung untereinander und
somit den Wert der resultierenden Kapazität bestimmt. Das Dokument
FR-A-1 439 858 gibt
ein Beispiel eines solchen Filters.
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Diese
Kapazitäten
werden insbesondere für die
Herstellung von Hochfrequenzfiltern verwendet.
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Obwohl
eine solche Konstruktion von Kapazitäten große dynamische Ströme ertragen
kann, ist ihr Verhalten gegenüber
Spannung bei einigen Anwendungen nicht ausreichend, oder ermöglicht keine Garantie
einer ausreichenden Sicherheit gegenüber Risiken der Bogenbildung
im Falle einer Überspannung.
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Außerdem ist
es in zahlreichen Fällen
vorteilhaft, mehrere kapazitive Komponenten mit einer oder mehreren
induktiven Komponenten, die alle beide Hochleistungselemente darstellen,
in einer Gruppe in kompakten Filtermodulen zusammen zu fassen, die leicht
herzustellen und untereinander in einer variablen Zahl verbunden
werden können,
mit geringen Herstellungskosten, und die sehr gute Filterqualitäten aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung hat insbesondere zum Gegenstand, wenigstens
einigen der oben erwähnten
Bedürfnisse
gerecht zu werden und wenigstens einige der oben genannten Nachteile
auszuräumen.
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Hierzu
hat die vorliegende Erfindung ein LC-Filtermodul mit wenigstens
zwei Kapazitäten
und wenigstens einer Induktivität
zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kapazitäten gebildet
ist durch ein erstes längliches
Element aus einem leitfähigen
Material, das auf einer bestimmten Tiefe in ein Loch oder eine Perforation
teilweise eingelassen ist, das/die in einem zweiten Element aus einem
leitfähigen
Material angebracht ist, das elektrisch mit den zweiten Elementen
der einen oder anderer Kapazität(en)
oder gegebenenfalls den verschiedenen Kapazitäten gemeinsam ist, wobei wenigstens
die seitlichen, inneren Flächen,
die die Löcher
oder Perforationen definieren, sowie die Ränder der Öffnungen der Löcher oder
der Perforationen und wenigstens Teile und vorzugsweise die Gesamtheit der äußeren Flächen des
oder der zweiten Elemente, die an die Ränder angrenzen, von einem dielektrischen
Material bedeckt sind, und dass die Wicklung jeder Induktivität von einem
Trägerkörper aus
einem dielektrischen Material getragen ist, der gegebenenfalls an
das/die zweite(n) Element(e) oder die dielektrische Verkleidung,
die wenigstens teilweise die äußere Seite
jedes zweiten Elements bedeckt, angrenzt.
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Ein
anderes von der Erfindung verfolgtes Ziel besteht darin, einen Bandpass-Wendelleiterfilter
zu liefern, der insbesondere eine bessere Filterung der Oberschwingungen
aufweist.
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Hierzu
hat die vorliegende Erfindung auch einen Wendelleiterfilter wenigstens
zweiter Ordnung mit modularer Struktur zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet,
dass er gebildet ist durch Serienschaltung von wenigstens zwei Filtermodulen
der oben genannten Art, die jeweils spezifische Filtereigenschaften
aufweisen, die durch Steuerung der Merkmale von wenigstens einer
Kapazität
angepasst werden können,
wobei die verschiedenen Module jeweils in einem entsprechenden elektromagnetisch isolierten
Abteil eines einen Faraday'schen-Käfig bildenden
Gehäuses
liegen.
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Die
Erfindung wird besser verstanden durch die nachfolgende Beschreibung,
die sich auf bevorzugte Ausführungsformen
bezieht, die als nicht einschränkende
Beispiele gegeben sind und unter Bezug auf die beiliegenden schematischen
Zeichnungen erläutert
werden, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Teilschnitts eines Filtermoduls nach
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
perspektivische Explosionsansicht eines Wendelleiterfilters ist,
der, nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, aus vier in Serie angeordneten Filtern besteht;
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3 eine
perspektivische Draufsicht des Filters der 2 im zusammengesetzten
Zustand ist (wobei die Verschlussabdeckung des Gehäuses hochgehoben
ist) und;
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4 ein
elektrisches Ersatzschaltbild des in den 2 und 3 gezeigten
Filters ist.
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Wie
insbesondere die 1 und 4 der beiliegenden
Zeichnungen zeigen, umfasst das Filtermodul 1 wenigstens
zwei Kapazitäten 2, 2' und wenigstens
eine Induktivität 3.
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Gemäß der Erfindung
ist jede der Kapazitäten 2, 2' gebildet durch
ein erstes längliches
Element 4; 4' aus
einem leitfähigen
Material, das auf einer bestimmten Tiefe in ein Loch oder eine Perforation 5 teilweise
eingelassen ist, das/die in einem zweiten Element 6 aus
einem leitfähigen
Material angebracht ist, das elektrisch mit den zweiten Elementen
der einen oder anderer Kapazität(en) oder
gegebenenfalls den unterschiedlichen Kapazitäten 2, 2' gemeinsam ist,
wobei wenigstens die seitlichen, inneren Flächen, die die Löcher oder
Perforationen 5 definieren, sowie die Ränder 5' der Öffnungen der Löcher oder
der Perforationen 5 und wenigstens Teile und vorzugsweise die
Gesamtheit der äußeren Flächen des
oder der zweiten Elemente 6, die an die Ränder 5' angrenzen, von
einem dielektrischen Material 7 bedeckt sind, und dass
die Wicklung 3' jeder
Induktivität 3 von
einem Trägerkörper 8 aus
einem dielektrischen Material getragen ist, der gegebenenfalls an
das/die zweite(n) Element(e) 6 oder die dielektrische Verkleidung 7,
die wenigstens teilweise die äußere Seite
jedes zweiten Elements 6 bedeckt, angrenzt (1 bis 3).
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Die
oben genannten Anordnungen ermöglichen
insbesondere den Erhalt eines verbesserten Leistungsverhaltens,
eines sehr guten Schutzes der Kapazitäten gegenüber den Risiken der Bogenbildung
(zwischen dem ersten und dem/den zweiten Element(en)) und gegebenenfalls
einer sehr kompakten Struktur.
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Zur
Ermöglichung
einer Steuerung der Eigenschaften des Filtermoduls 1 ist
wenigstens eine 2 der Kapazitäten 2, 2' in Form einer
variablen Kapazität
realisiert, wobei ihr erstes längliches
Element 4 in einer Schraube oder ähnlichem besteht mit einem Endabschnitt 4'', der seinem Kopf gegenüberliegt, kein
Gewinde aufweist und vorteilhafterweise mit einem Gleitkontakt in
dem Loch oder der Perforation 5 des entsprechenden zweiten
Elements 3 gleiten kann, wobei ein anderes 4' der ersten
Elemente 2 der Einheit der Kapazitäten 2, 2' vorzugsweise
nicht gleitet, und das oder eines der zweiten Element(e) 6,
ob einzeln oder verbunden, jeweils eine der beiden Abzweigklemmen 9, 9' des Filtermoduls 1 bilden.
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Eine
mögliche
Struktur einer variablen Kapazität
2 ist
insbesondere in der
französischen
Patenanmeldung Nr. 02 007 70 im Namen der Anmelderin beschrieben,
deren Inhalt in die vorliegende Erfindung durch Bezugnahme aufgenommen
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, die in den 2 und 3 der beiliegenden
Zeichnungen dargestellt ist, und die zu einer kompakten Konstruktion
führt,
leicht zu montieren und optimal widerstandsfähig ist gegenüber Stößen und
elektrischen Bögen,
ist das oder jedes der zweite(n) Element(e) vollkommen im massiven
Trägerkörper 8 aus
dielektrischem Material, der die Wicklung 3' der Induktivität 3 trägt, befestigt,
wobei dieser massive Körper 8 auf
diese Weise seine oder ihre äußere Fläche bedeckt.
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Hohle
Röhren 10 aus
dielektrischem Material, die mit einem Flansch 10' an einem ihrer
Enden versehen sind, sind durch Einlassen in die Löcher oder
Perforationen 5 des oder der zweiten Elemente 6 befestigt,
indem so die inneren Flächen
der Löcher oder
Perforationen 5 sowie die Ränder 5' ihrer Öffnungen und gegebenenfalls
die Teile der an diese angrenzenden äußeren Flächen bedeckt sind.
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Wie
die Figuren der beiliegenden Zeichnungen zeigen, können die
verschiedenen Kapazitäten 2, 2' entweder ein
zweites gemeinsames Element 6 aus einem Stück enthalten
(1) oder jeweils ein eigenes zweites Element 6,
das sich von den zweiten Elementen der einen oder anderer Kapazität(en) unterscheidet
(2 bis 4).
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Außerdem kann
das dielektrische Material 7 nur einen Teil oder die gesamte äußere Fläche des oder
der zweiten Elements/Elemente 6 bedecken und entweder aus
einem Stück
hergestellt sein, mit einer fortlaufenden Bedeckung der Seitenwände der Löcher 5,
ihrer Ränder 5' auf Höhe der Einführungsöffnungen
der entsprechenden ersten Elemente 4 und der äußeren Flächen alternativ
zu den Rändern, oder
aus mehreren nebeneinander liegenden Teilen, die auch eine quasikontinuierliche
Abdeckung 7 bilden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsvariante
der Erfindung, die leicht herzustellen ist, und wie in den 2 und 3 der
beiliegenden Zeichnungen gezeigt, bestehen die zweiten Elemente 6 jeweils in
einem metallischen Röhrenabschnitt,
der passend in ein entsprechendes Blindloch 8', das in dem
massiven Trägerkörper 8 aus
dielektrischem Material eingefügt
ist, wobei die bündigen
Ränder 5' der verschiedenen
Röhrenabschnitte 6,
beispielsweise durch Schweißen
oder Doppeltfalzen, mit einem Verbindungsplättchen 11 aus einem
leitfähigen
Material verbunden sind, die auf der Seite des Trägerkörpers 8,
der mit Blindlöchern 8' zur Aufnahme
der zweiten Elemente 6 versehen ist, in Kontakt kommen,
wobei das Plättchen 11 mit
einer Abzweigklemme 9' in
Form eines vorstehenden seitlichen Ohres versehen ist.
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Um
einen Schutz gegenüber
eventuellen Bogenbildungen zwischen den ersten Elementen 4 und dem
Plättchen 11,
das Teil des entsprechenden zweiten Elements 6 ist, zu
gewährleisten,
bedeckt ein Plättchen 12 aus
dielektrischem Material das leitfähige Verbindungsplättchen 11 und
umfasst Öffnungen 12', die mit radialen
Ausbuchtungen 12'' versehen sind,
die ringförmige
Aufnahmesitze bilden mit zusammenwirkender Form für die Flansche 10' der hohlen
Röhren 10,
die in die Löcher
oder Perforationen 5 der zweiten Elemente 6 der
Kapazitäten 2, 2' eingelassen
sind. Das Plättchen 12 kann
beispielsweise aus einer vom Trägerkörper 8 abgeschnittenen Scheibe
bestehen.
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Das
kooperierende Verbinden der Flansche 10' mit dem Plättchen 12 ermöglicht die
Gewährleistung
einer Kontinuität
der dielektrischen Abdeckung 7 auf dieser Höhe mit Schaffung
einer Schikane, die die Abwesenheit von Lücken garantiert.
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Wie
die Figuren der beiliegenden Zeichnungen weiterhin zeigen, umfasst
das Filtermodul 1 vorteilhafterweise auch eine Induktivität 3 (oder
Li, i) und zwei Kapazitäten 2 (oder
Ci, i) und 2' (oder
Ci-1, i), die mit einem gemeinsamen elektrischen Knoten 1' verbunden sind,
wobei wenigstens eine 2 der Kapazitäten 2, 2' variabel oder
steuerbar ist, aufgrund eines ersten Elements 4, das mit
der Fähigkeit
zur Translation in dem entsprechenden zweiten Element 6 befestigt
ist und wobei das erste Element 4' der anderen, gegebenenfalls nicht
variablen Kapazität 2' mit einer die
Form einer Lamelle aufweisenden Abzweigklemme 9 verbunden
ist, die auf dem Trägerkörper aus
dielektrischem Material 8 befestigt ist und auf der das
Ende einer Verbindungsleitung 14 angebracht ist.
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Die
Lamelle 13 kann daher als Träger für das erste längliche
Element 4' dienen,
wobei letzteres auch die Form einer Schraube oder ähnlichem
annehmen kann.
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Vorzugsweise
weist der massive Trägerkörper 8 eine
zylindrische Struktur auf und umfasst eine spiralförmige Rille 15,
die sich auf einem Teil wenigstens seiner äußeren Oberfläche erstreckt,
zum Aufnehmen der die Induktion bildenden Wicklung 3', wobei der
Trägerkörper 8 vorzugsweise
aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht (2 und 3).
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Um
eine gute Verbindung und ein festes Halten der Wicklung 3' zu erhalten,
kann letztere kraftschlüssig
und passend in wenigstens einem Abschnitt der Rille 15 befestigt
sein.
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Eine
solche Montage ermöglicht
es, die physikalischen, elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften
der Induktivität 3 durch
die Zeit hindurch zu bewahren, indem ihre Verformung verhindert
wird, durch Schaffung einer Dämpfung
der Vibrationen und Stöße, denen
die Induktivität 3 ausgesetzt sein
könnte
und indem sie vor jeder Verformung, die mit Temperaturschwankungen
verbunden ist, bewahrt wird.
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Um
jede Interferenz des Moduls 1 mit dem Umgebungsmilieu zu
vermeiden, liegen die Teile, die die Kapazitäten 2, 2' und die wenigstens
eine Induktivität 3 bilden,
in einem vorzugsweise parallelepipedförmigen, geschlossenen, metallischen
Gehäuse, das
einen Faraday'schen
Käfig bildet
und sind in letzterem durch Befestigung mittels zweier Schrauben 4, 17,
Stiftschrauben o. ä.,
an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden von
diesem befestigt, wobei eine erste der Schrauben das erste längliche,
gleitende Element 4 einer variablen Kapazität 2 bildet
und die zweite Schraube 17 das gegenüberliegende Ende des dielektrischen
Trägerkörpers 8 mit
einer entsprechenden Wand des Gehäuses 16 verbindet
und das An-Masse-Legen der wenigstens einen Induktivität 3 gewährleistet,
wobei die beiden Verbindungsleitungen 14 des Moduls 1 sich
durch durchgehende Öffnungen 18 von
geringer Größe erstrecken,
die bevorzugt im Wesentlichen in den Abmessungen an diejenigen der
sie durchquerenden Verbindungsleitungen 14 angepasst sind,
wobei diese Öffnungen
in den Wänden
des Gehäuses 16 angebracht
sind.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung weist die Wicklung 3' der Induktivität 3,
die auf dem Trägerkörper 8 befestigt
ist, eine variable Schrittweite auf, die in Richtung des oder der
zweiten Elements(e) 6 der Kapazitäten 2, 2' oder der Ränder 5' der Öffnungen
der Löcher
oder Perforation 5 des oder der zweiten Elements(e) 6 zunimmt.
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Diese
Maßnahme
ermöglicht
es, die Wicklung 3' gegenüber den
Phänomenen
der Bogenbildung und des Durchschlags von Seiten der Induktivität 3,
die der höchsten
Spannung ausgesetzt ist, zu schützen.
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Die
vorliegende Erfindung hat auch einen Wendelleiterfilter wenigstens
zweiter Ordnung mit modularer Struktur zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet,
dass er gebildet ist durch Serienschaltung von wenigstens zwei Filtermodulen 1 wie
oben beschrieben, die jeweils spezifische Filtereigenschaften aufweisen,
die durch Steuerung der Merkmale von wenigstens einer Kapazität 2 angepasst
werden können,
wobei die verschiedenen Module 1 jeweils in einem entsprechenden
geschlossenen Abteil 16' eines
einen Faraday'schen-Käfig bildenden
Gehäuses 16 liegen,
in dem sie elektromagnetisch vom Äußeren und vom/von den anderen,
den Filter bildenden Modul(en) 1 isoliert sind.
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Eine
solche Ausführung
ermöglicht
eine wesentliche Verbesserung der Filterung der Oberschwingungen,
aufgrund der Abwesenheit einer magnetischen Kopplung zwischen Modulen 1 oder
den Modulen 1 mit dem Äußeren.
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Vorteilhafterweise
erfolgt die elektrische Verbindung zwischen zwei nebeneinander liegenden Modulen
mittels einer entsprechenden Leitung 14, die sich durch
die Wand 16'' erstreckt,
die die beiden betreffenden nebeneinander liegenden Module 1 trennt,
durch eine Öffnung 18,
deren Größe im Wesentlichen
an diejenige des Querschnitts der Leitung 14 angepasst
ist.
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Durch
Begrenzung der störenden
Induktivität (Ci,
i + 1) der Verbindung zwischen Modulen 1 (vor allem aufgrund
der Verbindungsleitung 14), erhält man folglich eine rein kapazitive
Kopplung zwischen den Modulen 1 (durch die Kapazitäten Ci,
i + 1), die die Eliminierung der höheren Oberschwingungen in dem Filter
ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung, die auch in den 2, 3 und 4 dargestellt
ist, ist der Wendelleiterfilter gebildet durch Serienschaltung von
vier Filtermodulen 1 nach einem der Ansprüche 1 bis
7, wobei die Leiter der Verbindungsstücke 20, 20' des Filters,
die auf dem Gehäuse 16 befestigt
sind, mit der Verbindung in Serie der Filtermodule 1 auf
Höhe der
Induktivitäten 3 der
beiden äußeren Module 1 der
den Filter bildenden Kette von Modulen 1 verbunden sind.
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Die
Kapazität 2' des ersten
Moduls 1 der den Filter bildenden Kette wird dann unnütz und kann weggelassen
werden.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsformen
beschränkt. Änderungen sind
möglich,
insbesondere was die Ausbildung der verschiedenen Elemente anbelangt
oder durch Ersetzung mit äquivalenten
Techniken, ohne jedoch den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.