DE69115320T2

DE69115320T2 - Elektrischer Kettenfilter

Info

Publication number: DE69115320T2
Application number: DE69115320T
Authority: DE
Inventors: Takesumi Naga; Shoji Shimizu
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JP2717591B2; EP0449300A3; EP0449300B1; DE69115320D1; US5130680A; EP0449300A2; CA2039323C; JPH03285415A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Kettenfilter bzw. auf einen elektrischen Filter vom Ketten-Typ zur Verwendung in einer Funkausrüstung oder dergleichen, in der eine Vielzahl Piezo-Resonatoren in Reihen parallel zueinander kombiniert werden.

Beschreibung des in Bezug stehenden Standes der Technik

Der elektrische Kettenfilter der Art, wie er vorstehend beschrieben ist, besitzt eine Konfiguration von Serien-Resonatoren dick und mit großer Kapazität, Parallel-Resonatoren dünn und mit kleiner Kapazität und einer Vielzahl von Anschlußplatten für ein elektrisches, mechanisches Halten der Serie und Parallel-Resonatoren dazwischen in einem Gehäuse, wie dies in den Figuren 5 und 6 dargestellt ist. Solche Filter werden in Filterschaltkreisen verschiedener Funkkommunikationsausrüstungen verwendet, und insbesondere wenn ein solcher Filter in einer mobilen Funkausrüstung des Typs eines Phasenmodulationssystems verwendet wird, wie beispielsweise ein mobiles Landfunktelefon, eine Taschenrufeinrichtung, oder dergleichen. Dieser Filter ist erforderlich, da er ausgezeichnet in den Gruppenverzögerungscharakteristika ist, und zwar zusätzlich zu den herkömmlichen Amplitudencharakteristika.
Herkömmlich sind, um auf die vorstehenden Erfordernisse einzugehen, die Gruppenverzögerungscharakteristika des verbesserten Kettenfilters unter Verwendung von Resonatoren verbessert worden, die aus Piezo-Keramiken gebildet sind, die einen kleinen, mechanische Qualitätskoeffizienten Qm (nachfolgend einfach als ein "Qm" bezeichnet) besitzen. Allerdings war ein Nachteil dahingehend vorhanden, daß sich der Einsetzverlust des elektrischen Kettenfilters beim Vergleich zu einem elektrischen Kettenfilter mit großen Qm-Resonatoren erhöht.
Kleine Qm-Piezo-Keramik-Resonatoren x und große Qm-Piezo-Keramiken y sind miteinander kombiniert worden, um einen vorbestimmten Schaltkreis von Kettentyp zu bilden.
Fig. 7 stellt die Charakteristika verschiedener elektrischer Kettenfilter dar, bei denen Resonatoren x mit kleinem Qm und Resonatoren y mit großem Qm serien-parallel miteinander kombiniert sind.
Hierbei war Beispiel 1 so, daß Resonatoren x mit kleinein Qm serien-parallel zueinander an der Eingangsseite angeordnet wurden und Resonatoren y mit großem Qm serien-parallel zueinander an der Ausgangsseite angeordnet wurden, wie später anhand einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt werden wird; Beispiel 2 war derart, daß nur die Resonatoren x mit kleinem Qm serien-parallel zueinander angeordnet wurden; Beispiel 3 war derart, daß nur Resonatoren y mit großem Qm serien-parallel zueinander angeordnet wurden; und Beispiel 4 war derart, daß die Resonatoren y mit großem Qm serien-parallel zueinander an der Eingangsseite angeordnet wurden und die Resonatoren x mit kleinein Qm serien-parallel zueinander an der Ausgangsseite angeordnet wurden. Amplitudencharakteristika wurden auf der Basis der Frequenzdbandbreite an der Position, wo die Frequenz von der Mittenfrequenz um 3dB erniedrigt wurde, ausgewählt. In Anbetracht der Tatsache, daß die Frequenz so erforderlich ist, daß sie einen vorbestimmten Wert bei den Amplitudencharakteristika besitzt, können alle Beispiele ohne Probleme verwendet werden, obwohl Beispiel 4 gering gegenüber den anderen geringwertig ist. Der Einfügungsverlust ist im Beispiel 2 groß. Weiterhin ist, wenn ein System mit einer großen Kapazität in einem Landmobilfunktelefon verwendet wird, die Frequenzbandbreite von 12,5 kHz für jeden Funkkanal gegeben, und deshalb wurden die Dämpfungscharakteristika in einem Bereich von ± 6,25 kHz von der Mittenfrequenz geprüft. Als Ergebnis wurde herausgefunden, daß Beispiel 2 geringwertig war. Weiterhin wurden die Gruppenverzögerungscharakteristika geprüft, und es wurde herausgefunden, daß Beispiel 3 geringwertig war.
Wenn die Ergebnisse umfassend abgewägt wurden, wurde herausgefunden, daß alle Werte gut im Beispiel 1 waren, und deshalb war Beispiel 1 am geeignetsten für den Filterschaltkreis eines Landmobilfunktelefons. Weiterhin wurde herausgefunden, daß Beispiel 4 verwendet werden könnte.
Es wurde auch herausgefunden, daß dann, wenn der elektrische Kettenfilter, in dem Resonatoren x mit kleinem Qm und Resonatoren y mit großem Qm miteinander kombiniert werden, wie dies vorstehend beschrieben ist, ausgezeichnete Gruppenverzögerungscharakteristika auftreten, was den Filter für einen mobilen Funktelegraphen des Phasenmodulationssystems geeignet macht.
Wenn Qm-Serien oder Parallel-Resonatoren mit großem Qm und Serien- oder Parallel-Resonatoren mit kleinem Qm miteinander kombiniert werden, wie dies vorstehend beschrieben ist, ist ein Vorteil dahingehend vorhanden, daß ein Erhöhen des Einfügungsverlusts durch die Resonatoren y mit großem Qm unterdrückt wird und die Gruppenverzögerungscharakteristika durch die Resonatoren x mit kleinem Qm verbessert wird, so daß ein niedriger Einfügungsverlust und gute Gruppenverzögerungscharakteristika als Ganzes realisiert werden. Allerdings ist die Frequenzkonstante des Resonators y mit großem Qm groß, und, um die Beziehung "Frequenzkonstante = Frequenz X Länge" zu erfüllen, ist es deshalb notwendig, die externe Größe b der Resonatoren y mit großem Qm so auszuwählen, daß sie größer als die externe Größe a der Resonatoren x mit kleinem Qm ist, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Zum Beispiel beträgt, wenn der Qm eines Resonators, in dem eine Konturoszillation bei der Resonanzfrequenz von 455 kHz erzeugt wird, 200 ist, die Frequenzkonstante des Resonators 1950, und die externe Größe, die durch den vorstehenden Ausdruck erhalten wird, ist deshalb 4,5 mm². In dem Fall eines Resonators, der einen Qm von 600 besitzt, ist andererseits die Frequenzkonstante 2150 und die externe Größe ist deshalb 4,8 mm². Demzufolge entsteht nun ein Problem dahingehend, daß es notwendig ist, die interne Größe eines Gehäuses zum Aufnehmen der Resonatoren, die die vorstehenden, äußeren Größen besitzen, so aufzubauen, um die externe Größe des Resonators mit großem Qm anzupassen. Deshalb wird die Form des Gehäuses groß und es ist schwierig, das Gehäuse in einer dünnen, mobilen Funkausrüstung zu verwenden. Dies bringt Schwierigkeiten mit sich, wenn eine Reduktion der Größe im Gewicht und in der Dicke der Funkausrüstung erwünscht ist. Taschentelefone usw. mit den vorstehenden, erwünschten Eigenschaften werden in höchstem Maß gefordert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen elektrischen Kettenfilter zu miniaturisieren, in dem Serien- oder parallele Resonatoren mit kleinem Qm und Serien- oder parallele Resonatoren mit großem Qm miteinander kombiniert werden.
Um die Aufgaben zu lösen und gemäß den Zwecken der Erfindung weist, wie hier ausgeführt und umfassend beschrieben wird, der elektrische Kettenfilter ein Gehäuse, eine Vielzahl von Resonatoren mit einem kleinen mechanischen Qualtitätskoeffizienten und eine Frequenzkonstante haben, und eine Vielzahl von Resonatoren mit einem großen mechanischen Qualitätskoeffizienten auf. Die Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten und die Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten werden serien-parallel miteinander kombiniert. Die externe Größe der Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten ist im wesentlichen gleich zu der externen Größe der Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten. Eine Vielzahl von Anschlußplatten hält die Vielzahl der Resonatoren mit kleinem und großem mechanischen Qualitätskoeffizienten in dem Gehäuse. Schlitzeinrichtungen werden selektiv in den Seitenkanten jedes der Vielzahl Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten zur Einstellung der Resonanzfrequenz der Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten auf eine vorbestimmte Resonanzfrequenz gebildet, so daß die Größe des Gehäuses gemäß der Frequenzkonstanten der Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten gebildet werden kann.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der Beschreibung ausgefuhrt, die folgt, und werden teilweise aus der Beschreibung ersichtlich oder können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels dem Instrumentarium und den Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen angegeben sind, realisiert und erreicht werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil davon bilden, stellen die Ausführungsformen dar und dienen, zusammen mit der Beschreibung, dazu, die Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Resonator x mit kleinem Qm und den Resonator y mit großem Qm der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht, die den elektrischen Filter f der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht des Filters der vorliegenden Erfindung;
fig. 4 zeigt eine Längsseitenschnittansicht des Filters der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm des Filterschaltkreises, bei dein der elektrisch Filter F angewandt wird;
Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Resonators x mit kleinem Qm und eines Resonators y mit großem Qm; und
Fig. 7 zeigt eine Tabelle, die die Charakteristika elektrischer Filter verschiedener Kombinationen darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die vorliegende Erfindung wird bei einem Filter F angewandt, der vier Resonatoren besitzt, die in einem Gehäuse untergebracht sind, um so einen Haupt-Einheitsschaltkreis zu bilden, wobei der Schaltkreis unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 der beigefügten Zeichnungen beschrieben wird.
Die vorliegende Erfindung besitzt ein Merkmal dahingehend, daß die externe Größe b der Resonatoren y mit großem Qm so ausgewählt wird, daß sie kleiner als die Größe ist, die auf der Basis der Frequenzkonstanten bestimmt wird, so daß sie im wesentlichen gleich zu der externen Größe a von Resonatoren x mit kleinem Qm wird. Schlitze s zum Einstellen der Resonanzfrequenz auf eine Vorbestimmte werden teilweise in den Seitenkanten der Resonatoren y mit großem Qm gebildet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Wenn die externe Größe b der Resonatoren y mit großem Qm so ausgewählt ist, daß sie kleiner als die Größe ist, die auf der Basis der Frequenzkonstanten bestimmt ist, wird die Resonanzfrequenz höher als die ursprüngliche um einige zehn kHz. Wenn Schlitze teilweise in den Seitenkanten der Resonatoren y mit großem Qm gebildet werden, wird andererseits die Resonanzfrequenz erniedrigt. Dann kann, wenn die externe Größe b der Resonatoren y mit großem Qm erniedrigt wird, so daß sie im wesentlichen gleich der externen Größe a der Resonatoren x mit kleinem Qm wird und ein Erhöhen der Frequenz durch Einstellen der Zahl und der Tiefe der Schlitze, die teilweise in den Seitenkanten gebildet sind, herabgesetzt wird, die Resonanzfrequenz auf die Ursprüngliche eingestellt werden. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein dünnes, rechtwinkliges Kunstharzgehäuse aus einem Isolationsmaterial, bei dem eine Erdungsanschlußplatte 9, die ein Verbindungsteil 9t besitzt, so gebildet ist, um von einer Endkante der Erdungsanschlußplatte 9 vorzustehen, die integral in das Gehäuse über ein Einsetzspritzgießen oder dergleichen eingeschlossen ist.
Verschiedene Teile zur Bildung eines erwünschten Schaltkreises werden über und unter der Erdungsanschlußplatte 9 von der sich öffnenden Oberfläche 2 in den Gehäuseraum 3 des Kunstharzgehäuses 1 eingesetzt. Die Konfiguration der untergebrachten Teile wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1-3 beschrieben.
Zuerst werden eine Pufferplatte 11, eine Eingangsanschlußplatte 6, die ein Verbindungsbein 6t besitzt, das an einer Seitenkante vorgesehen ist, ein dicker Serien-Resonator 4x, der ein kleines Qm besitzt, eine Relaisanschlußplatte 10a, eine Hilfsanschlußplatte 12 und ein dünner, Parallel-Resonator 5x, der einen kleinen Qm besitzt, aufeinanderfolgend oberhalb der Erdungsanschlußplatte 9 eingesetzt.
Weiterhin werden eine Relaisanschlußplatte 13a, eine Isolierplatte 14, eine Relaisanschlußplatte 10b, ein dicker Serien-Resonator 4y, der einen großen Qm besitzt, eine Ausgangsanschlußplattte 8, die ein Verbindungsbein 8t besitzt, das an einer Seitenkante eingesetzt ist, eine Hilfsanschlußplatte 15, ein dünner, parallerer Resonator 5y, der einen großen Qm besitzt, eine Relaisanschlußplatte 13b und eine Pufferplatte 16 aufeinanderfolgend unterhalb der Erdungsanschlußplatte 9 eingesetzt.
Die Relaisanschlußplatten 10a und 10b sind integral miteinander an deren Seitenfrontabschnitten durch einen Verbindungsabschnitt 10c verbunden.
Ahnlich sind die Relaisanschlußplatten 13a und 13b integral miteinander an deren hinteren Seitenbereichen über einen Verbindungsbereich 13c verbunden. Kerbenbereiche 3a und 3b sind an den gegenüberliegenden Seiten des Einlaßbereiches gebildet, so daß die Verbindungsbereiche 10c und 13c in den Kerbenbereichen 3a und 3b in dein Gehäuseraum 3 des Kunstharzgehäuses angeordnet sind, so daß die Verbindungsbereiche 10c und 13c nicht in Kontakt mit anderen Teilen gelangen.
In einer solchen Gehäuseanordnung sind die Verbindungsbeine 6t und 8t die Eingangs- und Ausgangsanschlußplatte 6 und 8 von der anderen Seitenoberfläche des Kunstharzgehäuses 1 vorstehend.
Eine Dichtplatte 17 ist durch eine sich öffnende Oberfläche 2, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, eingepaßt befestigt. Die Verbindungsbeine 6t und 8t sind über Einsetzöffnungen 18a und 18b der Dichtplatte 17 so eingesetzt, um seitwärts vorzuspringen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Dichtmittel 19, wie beispielsweise Epoxydharz oder dergleichen, ist auf die Dichtplatte 17 gegossen, um dadurch den elektrischen Kettenfilter F zu vervollständigen.
In der vorstehenden Konfiguration wird die externe Größe jedes der Resonatoren 4y und 5y mit großem Qm so ausgewählt, daß sie im wesentlichen gleich zu der externen Größe jedes Resonators 4x und 5x mit kleinem Qm ist. Schlitze s sind in den zentralen Bereichen der Seitenkanten jedes der Resonatoren 4y und 5y gebildet, um so die Resonanzfrequenz auf eine Vorbestimmte einzustellen. Der Qm jedes der Resonatoren 4y und 5y ist größer als derjenige der Resonatoren 4x und 5x, und deshalb ist es notwendig, die externe Größe jedes der Resonatoren 4y und 5y aus der Beziehung "Frequenzkonstante = Frequenz X Länge" auf der Basis der Frequenzkonstanten auszuwählen, die größer als die externe Größe jeder der Resonatoren 4x und 5x ist. Die Resonanzfrequenz wird durch die Schlitze s erniedrigt, und deshalb wird, gerade wenn die externe Größe jedes der Resonatoren 4y und 5y mit großem Qm so ausgewählt wird, daß sie im wesentlichen gleich zu denjenigen der Resonatoren 4x und 5x mit kleinem Qm sind, eine Aufhebung durchgeführt, so daß die Resonanzfrequenz auf einer Erforderlichen gehalten wird. Demzufolge werden, obwohl sich die Resonatoren 4x, 5x, 4y und 5y voneinander in dem Qm unterscheiden, alle in dem Gehäuse 1 aufgenommen. Die Größe des Gehäuses 1 kann auf der Basis der vorbestimmten Größe festgelegt werden, die gemäß der Frequenzkonstanten der Resonatorens 4x und 5x mit kleinem Qm bestimmt wird. Deshalb kann der elektrische Kettenfilter der Art, wie er vorstehend beschrieben ist, in der Größe reduziert werden.
Der elektrische Filter F, der eine Konfiguration besitzt, wie sie vorstehend beschrieben ist, wird auf ein gedrucktes Substrat p aufgelegt und Endbereiche der Verbindungsbeine 6t, 8t und 9t, die an der unteren Oberfläche des Kunstharzgehäuses 1 vorgesehen sind, werden mit erforderlichen Verbindungspfaden auf dem gedruckten Substrat p durch Löten m verbunden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.
Der elektrische Filter F funktioniert als ein fundamentaler bzw. Haupt-Einheitsschaltkreis eines Filterschaltkreises, und wenn ein Mehrfachstufen-Filterschaltkreis, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist, gebildet werden soll, kann die Vielzahl der Filter F kaskadenartig miteinander verbunden werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, werden gemäß der vorliegenden Erfindung Schlitze s in den Seitenkanten der Resonatoren y mit großem Qm gebildet, so daß es möglich ist, eine erforderliche Resonanzfrequenz zu erhalten, gerade wenn die Größe der Resonatoren y so ausgewählt wird, daß sie im wesentlichen gleich zu derjenigen des Resonators x mit kleinem Qm wird. Deshalb wird die Form des Resonators x mit kleinem Qm im wesentlichen gleich zu derjenigen des Resonators y mit großem Qm gemacht. Demzufolge kann, da die innere Größe des Gehäuses zu der externen Größe der Qm-Resonatoren angepaßt ist, die Form klein im Vergleich zu den herkömmlichen Produkten hergestellt werden, bei denen die innere Größe eines Gehäuses an die externe Größe der Resonatoren mit großem Qm angepaßt ist. Deshalb kann die vorliegende Erfindung bei einer mobilen Funkausrüstung angewandt werden, die sowohl in der Größe als auch in der Dicke klein ist. Weiterhin können die Resonatoren mit großem Qm und die Resonatoren mit kleinem Qm dicht in dem Gehäuse ohne Spalte untergebracht werden, da die externe Größe der ersteren im wesentlichen gleich zu derjenigen der letzteren ist. Weiterhin ist es möglich, einen Filter zu schaffen, der verbesserte Vibrationsfestigkeits- und Stoßwiderstandseigenschaften besitzt.
Andere Ausführungsformen der Erfindung werden für den Fachmann auf dem betreffenden Fachgebiet unter Berücksichtigung der Beschreibung und der praktischen Durchführung der Erfindung, wie sie hier offenbart ist, ersichtlich. Es ist beabsichtigt, daß die Beschreibung nur als beispielhaft angesehen wird, wobei der wahre Schutzumfang und Gedanke der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche angegeben wird.

Claims

1. Elektrischer Kettenfilter mit:

einem Gehäuse (1);

einer Vielzahl von Resonatoren (4x, 5x) mit einem kleinen niechanischen Qualitätskoeffizienten, die eine Frequenzkonstante haben;

einer Vielzahl von Resonatoren (4y, 5y) mit einem großen mechanischen Qualitätskoeffizienten, wobei die Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten und die Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoefffizienten miteinander in Serien-Parallel-Schaltung zusammengefaßt sind; wobei

die äußere Größe der Resonatoren mit großem Qualitätskoeffizienten im wesentlichen gleich der äußeren Größe der Kesonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten ist;

einer Vielzahl von Anschlußplatten (6, 8, 9, 10ab, 11, 12, 13ab, 14, 15, 16) zum Halten der Vielzahl von Resonatoren mit kleinem und großem mechanischen Qualitätskoeffizienten in dem Gehäuse, und

Schlitzeinrichtungen (s), die selektiv in Seitenkanten von jeder der Vielzahl von Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten zum Einstellen der Resonanzfrequenz der Größe des Gehäuses nach Maßgabe der Frequenzkonstanten der Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten bestimmbar ist.

2. Elektrischer Kettenfilter nach Anspruch 1, wobei die äußere Größe der Vielzahl der Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten durch die Beziehung bestimmt ist: Frequenzkonstante = Frequenz x Länge.

3. Elektrischer Kettenfilter nach Anspruch 1, der weiterhin aufweist: eine Anschlußerdplatte (g), die in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei mindestens einer der Vielzahl von Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten und mindestens einer der Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten oberhalb der Anschlußerdplatte angeordnet ist, sowie mindestens einer der Vielzahl von Resonatoren mit kleinem mechanischen Qualitätskoeffizienten und mindestens einer der Resonatoren mit großem mechanischen Qualitätskoeffizienten unterhalb der Anschlußerdplatte angeordnet ist.