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Die vorliegende Erfindung betrifft
Funkfrequenzfilter und eine Anordnung zum Einstellen der Frequenzabhängigkeit
des Filters, genauer Filter, die einen Resonatoraufbau haben.
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Keramikfilter sind in Funktechniken
sehr populär.
Einer ihrer Vorteile ist ihr einfacher Aufbau. Auf Grund ihres kompakten
Aufbaus sind sie stabil; die Frequenzcharakteristika der Keramikfilter
werden nicht signifikant von der Schwingung und den Temparaturschwankungen
der Vorrichtung beeinflußt.
Auf Grund ihres einfachen Aufbaus sind sie zusätzlich für Serienproduktion geeignet.
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Der bekannte Basisaufbau eines Keramikfilters
besteht, wie in der 1 gezeigt
ist, aus einem dielektrischen Element mit zwei Löchern, von welchen die Innenoberflächen metallkontaktiert
sind. Die Außenoberflächen des
Elements sind mit Ausnahme der sogenannten offenen oberen Oberfläche vollständig metallkontaktiert,
und die Metallkontaktierung der unteren Oberfläche ist mit der Metallkontaktierung
der Löcher
verbunden. Die metallkontaktierten Löcher, die an ihren unteren
Enden kurzgeschlossen sind, bilden einen Resonatoraufbau, der kapazitätsmäßig durch
die metallkontaktierten Bereiche versorgt wird, die an der oberen
Oberfläche
des Teiles ausgebildet sind. Die Frequenzcharakteristika des Aufbaus
sind primär
eine Funktion der Lochgröße, des
Abstandes zwischen den Löchern
und der Kapazitätskopplung,
die durch die Musterung der oberen Oberfläche bestimmt ist. Wenn die
Resonatorlöcher
an ihren einen Enden kurzgeschlossen sind, wie oben beschrieben
ist, bildet der Aufbau einen Viertelwellenresonator. Auch Halbwellenresonatoren
können
mit derselben Art eines Aufbaus implementiert werden, wobei die
beiden Enden der Resonatorlöcher
kurzgeschlossen sind. Am offenen Ende des Resonatoraufbaus ist die
elektrische Feldstärke auf
ihrem Maximum, wenn das Magnetfeld auf seinem Minimum ist, während an
dem kurzgeschlossenen Ende des Lochs die elektrische Feldstärke auf
ihrem Minimum (fast null) ist und das Magnetfeld auf seinem Maximum
ist. Somit sind auch die Oberflächenströme, die
in der Kontaktierung auftreten, am kurzgeschlossenen Ende des Aufbaus
auf ihrem Maximum.
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Eine Anzahl von Variationen von diesem
Basisaufbau wurden entwickelt, wobei unter anderem nur ein Resonator
oder mehr als zwei Resonatoren vorhanden sein können, wie in der US-Patentpublikation
Nr. 4,431,977 (Sokola et al.) offenbart ist. Es gibt auch verschiedene
andere patentierte Lösungen
von Keramikresonatorfilteraufbauten (z. B. US-5,239,279 Turunen,
Näppä). Diese
haben alle einen vollständig metallkontaktierten
Boden, der die kurzgeschlossenen Enden der Resonatoren bildet. Die 2 zeigt eine Äquivalenzschaltung
dieser Art eines Basisaufbaus, worin C1 und C2 Kopplungskapazitäten sind und
K die elektromagnetische Kopplung zwischen den Resonatoren TL1 und
TL2 beschreibt.
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Von der Publikation
JP 03 293 802 ist ein dielektrischer
Resonatorfilter bekannt, bei welchem der kurzgeschlossene Leiter
nicht die gesamte Bodenoberfläche
des dielektrischen Blockes um die Resonatorlöcher herum bedeckt. Dies dient
dazu, um Kopplungen zwischen Resonatoren einzustellen, so dass eine
Massenproduktion verbessert wird. Leitendes Kurzschlußmaterial
ist zwischen Resonatorlöchern primär nicht
vorhanden.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, in
einer neuen Weise einen Filter. mit einer Anordnung zum Einstellen
seiner Frequenzabhängigkeit
zu realisieren. Ein Filter gemäß der Erfindung
ist durch das gekennzeichnet, was in dem unabhängigen Anspruch 1 spezifiziert
ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung schafft einen Resonatorfilteraufbau, der verglichen
mit dem Stand der Technik von kleiner Größe und vielseitiger ist. Ein
Ausfüh rungsbeispiel
der Erfindung kann auch einen Aufbau schaffen, dessen Charakteristika
selbst bei Serienproduktion leicht geändert werden kann. Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann ferner einen einfachen Resonatoraufbau schaffen,
der nach der Produktion einstellbar ist, wobei für seine Abstimmung keine beweglichen
Teile erforderlich sind.
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Eine Implementierung der Erfindung
kann erzielt werden durch Ändern
des Flusses der Oberflächenströme des kurzgeschlossenen
Endes des Aufbaus, z. B. durch Bilden von Mustern auf dem Bereich
zwischen den kurzgeschlossenen Enden der Resonatoren.
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Die Innenleiter des Filters können an
nur ihrem einen Ende kurzgeschlossen sein, um einen Viertelwellenresonatoraufbau
zu bilden.
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Als eine Alternative können die
Innenleiter an ihren beiden Enden kurzgeschlossen sein, um einen Halbwellenresonatoraufbau
zu bilden. Bei dieser Anordnung können die Steuereinrichtungen
von elektrischen Strömen
für jeden
Resonator jeweils nur zu einer der zwei Einrichtungen ausgebildet
sein, die die Enden des Resonators kurzschließen, oder zu beiden der Einrichtungen
ausgebildet sein, die die Enden des Resonators kurzschließen.
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Das Eingangs- und Ausgangssignal
des Filters kann galvanisch mit einigen der Steuereinrichtungen
der elektrischen Ströme
gekoppelt sein, um einen induktiven Eingang/Ausgang zum Filter einzurichten.
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Der Filter kann einen Basisaufbau
eines Keramikfilters haben. Entsprechend können die Steuereinrichtungen
von elektrischen Strömen
an der Oberfläche
eines Dielektrikelements sein, das den Filter bildet, oder können an
einer separaten Platte sein, die einen galvanischen Kontakt zwischen
den Resonatorlöchern
und einer Seitenoberfläche
des Dielektrikelements bilden.
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Die Resonatoren des Filters können gemäß einem
Streifenleitungresonatoraufbau und/oder einem Spiralresonatoraufbau
und/oder einem Koaxialresonatoraufbau gebildet sein.
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Der Betrieb der Ausführungsbeispiele
der Erfindung basiert auf der Realisierung, dass eine Änderung,
die an dem Oberflächenstrom
verursacht wird, eine Änderung
an den induktiven Charakteristika des Aufbaus bewirken und umgekehrt.
Entsprechend ist es durch die Musterung der Bodenkontaktierung des Filteraufbaus
möglich,
den Strom der Oberflächenstromcharakteristika
von verschiedenen Wellenformen zu beeinflussen, die unter anderem
die effektive serielle Induktanz gegenüber Erdung bestimmen, die an
den Resonator gekoppelt ist. Diese serielle Induktanz stellt die
Resonanzfrequenz des Resonators und die Kopplung zwischen den Resonatoren
ein. Durch die Musterung der Kontaktierung ist es auch möglich, den
Betrag der seriellen Induktanz zwischen den Innenleitern des Resonators,
die primär
die Kopplung zwischen den Resonatoren einstellen, zu beeinflussen.
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Es ist für einen Fachmann klar, dass
sich der Boden oder die untere Oberfläche des Filteraufbaus gemäß der üblichen
Praxis auf jene Oberfläche
eines Rahmenelements bezieht, das eine Form eines im wesentlichen
rechtwinkligen Prismas hat, welche (Oberfläche) dem kurzgeschlossenen
Ende eines Viertelwellenresonators entspricht, und die obere Oberfläche bezieht
sich auf die Oberfläche,
die dem offenen Ende eines Viertelwellenresonators entspricht, und
dass die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anwendungsposition oder
Betrachtungsrichtung des Filters beschränkt ist.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 einen
Basisaufbau eines Keramikresonators des Standes der Technik zeigt;
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2 eine
elektrische Äquivalenzschaltung dieser
Art eines Basisaufbaus zeigt;
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3 ein
Beispiel eines Basisaufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 eine
elektrische Äquivalenzschaltung dieser
Art eines Basisaufbaus zeigt;
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5 den
Frequenzgang dieser Art eines Aufbaus und die Änderung des Frequenzgangs zeigt, wenn
ein Teil der Musterung geändert
wird;
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6 den
Frequenzgang dieser Art eines Aufbaus und die Änderung des Frequenzgangs zeigt, wenn
ein anderer Teil des Musters geändert
wird.
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In den Figuren sind die entsprechenden
Elemente durch dieselben Bezugszeichen und Symbole identifiziert.
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Gemäß der Erfindung wird ein Bereich,
der nur teilweise mit elektrisch leitendem Material kontaktiert
ist, an dem kurzgeschlossenen Ende des Filters ausgebildet. Mittels
der Musterung, die durch die Kontaktierung gebildet ist, werden
die Oberflächenströme des Filters
beeinflußt,
und dadurch werden die Kopplungen zwischen den Resonatoren und die charakteristischen
Frequenzen der Resonatoren beeinflusst. Zusätzlich zu der Kontaktierung
selbst kann auch elektrisch leitfähiges Material verwendet werden,
das an dem Aufbau durch andere Mittel als Plattieren oder Kontaktieren
angebracht ist.
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Die 3 zeigt
ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Bilden von Mustern an der unteren Oberfläche des
Filteraufbaus. Die Innenleiter der Resonatoren haben galvanische
Kopplungen durch die Streifenbereiche A1 und A2 zum Erdungspotential
der Endoberflächen
des Filteraufbaus. Zusätzlich
kop pelt der Streifenbereich A12 die Bereiche A1 und A2 miteinander.
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Die Konstruktion kann durch die Äquivalenzschaltung
von 4 dargestellt werden.
Spulen L1 und L2 stellen die effektive Induktanz zwischen dem Zentralleiter
des Resonators und dem Erdungspotential des Aufbaus dar, verursacht
durch die Streifenteile A1 und A2. Eine Spule L12 stellt die Induktanz
des Streifenteils A12 zwischen den Innenleitern dar.
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Gemäß der Erfindung wird die untere
Oberfläche
zuerst entweder vollständig
oder teilweise mit einer elektrisch leitenden Kontaktierung plattiert/kontaktiert.
Um die gewünschten
Charakteristika zu erzielen, wird die Kontaktierung dann gemäß den Anforderungen
entfernt oder hinzugefügt.
Zum Beispiel ist es, um die Kopplung zwischen den Resonatoren zu
beeinflussen, möglich,
Material von dem Streifenbereich A12 des Musters gemäß der 3 zu entfernen, wodurch
die Induktanz zwischen den Resonatoren erhöht wird. Wenn die charakteristischen
Frequenzen des Resonators erhöht
werden sollen, kann leitendes Material zu den Streifenbereichen
A1 und A2 des Musters hinzugefügt
werden, das gemäß der 3 ausgebildet ist, wodurch
die effektive serielle Induktanz gegenüber Erdung, die an den Resonator gekoppelt
ist, abnehmen wird.
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Die 5 zeigt
den Einfluss des Verschmälerns
des Streifenbereichs A12, in anderen Worten des Erhöhens der
Induktanz der Spule L12, die durch die Äquivenzschaltung beschrieben
ist, auf die Frequenzabhängigkeit
(Einsetzverlust) des Filters. Die durchgezogene Kurve beschreibt
die Abhängigkeit der
Startsituation des Filters, der in der 3 dargestellt ist, und die unterbrochene
Linie beschreibt die Situation, nachdem der Bereich A12 verschmälert wurde.
Das Verschmälern
verringert die induktive Gesamtkopplung, wobei die Kapazitätskopplung
nahezu konstant bleibt. Wie die Figur zeigt, hat das Verschmälern des
Bereichs A12 einen klaren Einfluss auf die Kopplung zwischen den
Resonatoren.
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Die 6 illustriert
den Einfluss des Verbreiterns der Streifenbereiche A1 und A2, in
anderen Worten des Verringers der Induktanz der Spulen L1 und L2,
die in der Äquivalenzschaltung
gezeigt sind, bei der Frequenzabhängigkeit des Filters. Die durchgezogene
Kurve beschreibt die Abhängigkeit
der Startsituation des Filters, der in der 3 gezeigt ist, und die unterbrochene
Linie beschreibt die Situation nach einem Verbreitern der Bereiche
A1 und A2. Das Verbreitern dieser Bereiche verringert die induktive Gesamtkopplung
zwischen den Resonatoren. Wie anhand der Figur zu sehen ist, verschiebt
das Verbreitern der Teile A1 und A2 die Resonatorfrequenzen aufwärts.
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Gemäß der Erfindung können die
Streifenbereiche, die die gewünschten
elektrischen Charakteristika verursachen, durch Entfernen bestimmter Kontaktierungsbereiche
von der Oberfläche
hergestellt werden, die zuerst vollständig kontaktiert/plattiert
wurde. Eine andere Alternative ist es, eine richtig gemusterte Plattierung/Kontaktierung
herzustellen, die bereits die Charakteristika mit Einfluss auf die Oberflächenströme hat.
Wenn eine zusätzliche
Einstellung erwünscht
ist, kann die Plattierung/Kontaktierung von bestimmten Punkten entfernt
oder zu bestimmten Punkten der Plattierung/Kontaktierung der unteren
Oberfläche
hinzugefügt
werden.
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Bei den Beispielsaufbauten, die oben
beschrieben sind, sind die Eingangs- und Ausgangskopplungen der
Resonatoren als kapazitive Kopplungen implementiert. Ein Vorteil
eines Aufbaus gemäß der Erfindung
ist, dass die Eingangs- und Ausgangskopplungen leicht auch induktiv
implementiert werden können,
indem die Eingangs- und Ausgangssignale direkt mit einem galvanischen
Kontakt an Streifenbereiche des Bodens angeschlossen werden.
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Der dielektrische Filter gemäß der vorliegenden
Erfindung kann aus einem Dielektrikelement bestehen, wodurch die
Musterung gemäß der Erfindung vollständig an
der Oberfläche
des Elements ist. Der dielektrische Filter gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auch eine Kombination eines Dielektrikelements und einer Platte
sein, die mit leitendem Material gemustert ist, wodurch die Musterungen
des Elements und der Platte elektrisch miteinander verbunden sind,
und die Musterung gemäß der Erfindung
kann entweder teilweise oder vollständig auch an der Oberfläche der
Kontaktierung/Plattierung sein.
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Obwohl oben auf einen dielektrischen
Filteraufbau Bezug genommen wurde, ist die Erfindung auch auf Filter
anwendbar, die mit anderen Resonatoraufbauten, wie Streifenleiter-,
Spiral- oder Koaxialresonatoraufbauten,
implementiert sind, in anderen Worten, mit Aufbauten, von welchen
wenigstens ein Ende kurzgeschlossen ist, wodurch Oberflächenströme an dem
kurzgeschlossenen Ende erzeugt werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung
beeinflusst zu werden.
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Mittels der vorliegenden Erfindung
können vielseitigere
Filteraufbauten im Vergleich zum Stand der Technik implementiert
werden. Die Erfindung ist auf Serienproduktion anwendbar und erleichtert
die Serienproduktion der Resonatorfilter, da es möglich ist,
mittels der Erfindung ein Basismodell zu produzieren, das später für verschiedene
Zwecke eingestellt werden kann. Zusätzlich gestattet die Erfindung eine
stabile Einstellung: Keine separaten Einstelleinrichtungen, die
sich aufgrund von Vibration, Stößen etc.
verstellen können,
werden für
das Einstellen verwendet.