DE69828395T2

DE69828395T2 - Mikrowellenresonator mit dielektrischem abstimmkörper, der mit federteilen elastisch an einer bewegbaren stange befestigt ist

Info

Publication number: DE69828395T2
Application number: DE69828395T
Authority: DE
Inventors: Jan MALMSTRÖM; Jan SJÖHOLM; Joakim ÖSTIN
Original assignee: Allgon AB
Current assignee: Allgon AB
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2018-05-19
Also published as: BR9809960B1; EP0986833A1; AU8043398A; WO1998056062A1; AU742330B2; CN1259231A; CN1133231C; EP0986833B1; SE9702178D0; US6255922B1; BR9809960A; DE69828395D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellenresonator mit einem im wesentlichen geschlossenen Gehäuse, das einen Hohlraum definiert, und mit einer im Hohlraum angeordneten dielektrischen Resonanzeinheit, die einen beweglichen dielektrischen Abstimmkörper aufweist, der mechanisch mittels eines zum Verschieben innerhalb des Hohlraums dienenden Stabes an einen externen Stellantrieb gekoppelt ist, um dadurch die Resonanzfrequenz des Resonators zu regeln.
Solche Resonatoren werden heutzutage häufig in Mikrowellenfiltern, Kombinierern und dergleichen, verwendet. Wenn eine dielektrische Resonanzeinheit in einem Hohlraum verwendet wird, ist der Hauptteil des elektromagnetischen Feldes im Bereich der dielektrischen Resonanzeinheit konzentriert. Daher wird das dielektrische Material und jedes andere ihm benachbarte Material infolge Energiestreuung erhitzt.
Das Dokument U.S. 4 661 790 beschreibt ein Filter mit einer keramischen Einheit in einem Resonatorhohlraum, bei dem ein keramischer Abstimmkörper verschiebbar ist, um die Resonanzfrequenz des Filters einzustellen und auch verschiedene Wärmeausdehnung der verschiedenen Komponenten zu kompensieren. Der Stab, welcher den Abstimmkörper trägt, ist aus einem Metallmaterial, besonders kupferbeschichtetem Nickelstahl ("INVAR") hergestellt und steht über eine kleine Strecke in den Hohlraum vor.
Ein solcher Metallstab, der in den Hohlraum vorspringt, führt unvermeidbar zu Energieverlusten wegen einer starken Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld im Resonanzzustand und dem Metallmaterial.
Es ist daher Hauptziel der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu lösen und einen Mikrowellenresonator zu schaffen, der geringe Energieverluste sicherstellt und dabei eine sichere permanente und gut definierte Verbindung zwischen dem bewegbaren Stab und dem Abstimmkörper ermöglicht, selbst nach langem Betrieb bei stark wechselnden Temperaturen.
Ein komplizierender Faktor ist, daß Metallarmaturen zur Sicherung des Abstimmkörpers am Stab nicht verwendet werden können, da sie das elektromagnetische Feld beeinflussen und übermäßig erhitzt würden. Außerdem ist es schwierig, einen Klebstoff oder irgendein anderes dauerhaft haftendes Material zu finden, welches den Abstimmkörper auf dem Stab ohne Alterung oder Verlust seiner Hafteigenschaften beim Erwärmen erhalten würde.
Das angegebene Hauptziel wird erreicht, indem der Stab aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt und mit einem elastischen, durch eine Feder vorgespannten Klemmelement versehen ist, wobei die Feder sich außerhalb des Hohlraums befindet und das Klemmelement dazu geeignet ist, den dielektrischen Abstimmkörper gegen eine Anschlagvorrichtung an den Stab zu klemmen. Der Abstimmkörper wird dann genau an der Anschlagvorrichtung positioniert, solange das Klemmelement eine Vorspannkraft auf den Abstimmkörper ausübt.
Das elastisch vorgespannte Klemmelement hält den Abstimmkörper in einer wohldefinierten Stellung, selbst wenn sich das Klemmelement und/oder der Stab infolge von Wärmeveränderungen ausdehnen oder zusammenziehen würden. Außerdem kann die Klemmwirkung selbst nach langem Betrieb aufrechterhalten werden, da keine Befestigungsmittel oder Klebstoffe erforderlich sind, welche altern oder bei wechselnden Temperaturen unwirksam würden.
Der Stab kann durch eine Verschiebungs- oder Drehbewegung verschiebbar sein. Ebenso kann die Vorspannkraft axial, das heißt parallel zur Achse des Stabs oder in einer Drehrichtung wirken.
Die Anschlagvorrichtung ist vorzugsweise eine Schulterfläche zwischen ersten und zweiten Abschnitten des Stabes, die verschiedene Durchmesser haben. Der Abstimmkörper kann dann als ein Ringelement ausgebildet sein, welches außen auf dem den kleinsten Durchmesser aufweisenden Stababschnitt angeordnet ist. Statt dessen kann der Stab in seinem breiteren Abschnitt rohrförmig sein und in diesem Fall ist der Abstimmkörper im rohrförmigen Abschnitt nächst der Schulter angeordnet, die einen Übergang zu einem schmaleren Abschnitt des Stabes bildet. Dieser schmalere Abschnitt kann rohrförmig oder massiv sein.
Das Klemmelement ist vorgespannt durch eine Feder, die auf einem außerhalb des Hohlraums liegenden Abschnitt des Stabes angeordnet ist. Die Feder kann aus Stahl bestehen, während das Klemmelement, das normalerweise länglich ist und in den Hohlraum reicht, aus einem elektrisch nicht leitenden wärmefesten Material, z. B. Aluminiumoxid hergestellt sein kann, das den zusätzlichen Vorteil bietet, daß es etwas wärmeleitend ist, so daß es einen Teil der im Abstimmkörper erzeugten Wärme abführt.
Vorzugsweise erstreckt sich der bewegbare Stab, der den Abstimmkörper trägt, durch den gesamten Hohlraum und durch Löcher in entgegengesetzten Wandabschnitten desselben. Ein Endabschnitt kann dann mit einem externen Stellantrieb gekoppelt sein, z. B. durch einen Gewindeeingriff mit einer rotierenden Motorwelle, während der andere Endabschnitt außerhalb des Hohlraums mit einer Feder versehen ist. Besonders bevorzugt wirkt die Feder auf ein Klemmelement in Form einer Hülse, die ihrerseits eine axiale Vorspannkraft auf den Abstimmkörper ausübt, der wiederum als ein Ringelement z. B. aus keramischem Material, gebildet ist.
Diese und andere Merkmale sind in den Ansprüchen angegeben und ergeben sich auch aus der folgenden ins einzelne gehenden Beschreibung.
Die Erfindung wird also im folgenden weiter erläutert mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausführungsform zeigt.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht teilweise weggeschnitten, um das Innere zu zeigen, eines Resonatorhohlraums, der mit einer erfindungsgemäßen Abstimmvorrichtung versehen ist.
In der Zeichnung sind zahlreiche Einzelheiten weggelassen, die keine Beziehung zum Erfindungsgedanken haben, wie Dichtungen, Dichtungselemente, Eingangs- und Ausgangsanschlußvorrichtungen für die Mikrowellenträgerwelle usw.
Ein kastenartiges Gehäuse 1 weist vier Seitenwände auf, von denen drei, nämlich die mit 2, 3 und 4 bezeichneten in der Zeichnung sichtbar sind, und eine untere Wand 5 und obere Wand 6, um einen quaderförmigen Kasten zu bilden, der einen inneren Hohlraum 7 definiert, der als ein Resonator für eine Mikrowellenträgerwelle dient, die zwischen einem Sender/Empfänger und einer Antenne übertragen werden soll, besonders als ein Teil eines Kombinierers mit einer Anzahl von ähnlichen Resonatorhohlräumen.
Der Hohlraum 7 weist einen zentral angeordneten Resonatorkörper 8 auf, der aus keramischem Material hergestellt ist und eine Ringform mit einer zentralen axialen Bohrung 9 hat und durch zwei koaxial angeordnete Trägerhülsen 10a, 10b in einer festen Stellung gehalten ist. Letztere sind an den oberen bzw. unteren Wänden 5, 6 befestigt. Der feststehende Keramikkörper 8 und die inneren Flächen der Wände 2, 3, 4, 5 und 6 bilden einen Resonatorhohlraum mit einer bestimmten Resonanzfrequenz. Letztere kann auf einen gewünschten Wert abgestimmt werden mittels eines verhältnismäßig kleinen Abstimmkörpers 11, ebenfalls aus keramischem Material, der längs einer linearen Wegstrecke bewegbar ist, welche durch die Mittelbohrung 9 des ringförmigen keramischen Körpers 8 geht. Die Resonanzfrequenz hängt so von der axialen Stellung des Abstimmkörpers 11 ab.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun die mechanische Abstützung und steuerbare Positionierung des Abstimmkörpers 11. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Abstimmkörper 11 als ein Ringelement gebildet, das auf einen verhältnismäßig schmalen Teil 12 eines Quarzglasstabes geschoben ist. Der Stab ist rohrförmig und hat einen breiteren unteren Teil 13, der eine Schulter 14 definiert, die als eine Anschlagfläche für den Abstimmkörper 11 dient. Der Abstimmkörper 11 wird mittels einer länglichen verhältnismäßig schmalen Hülse 15, die als ein Klemmelement dient, dauernd gegen die Schulter 14 gedrückt. Die Hülse 15 ist aus einem Material mit geringen Verlusten aus einem elektromagnetischen Hochfrequenzfeld hergestellt, das dennoch die Fähigkeit zur Ableitung eines Teils der in den keramischen Elementen 8 und 11 erzeugten Wärme hat, z. B. Aluminiumoxid.
Der breite Teil 13 des Stabes erstreckt sich frei durch ein Loch 16 in der unteren Wand 5, während die Hülse 15 frei durch ein gegenüber angeordnetes Loch 17 in der oberen Wand hindurchtritt, das mit einer Führungshülse 18 versehen ist. So erstrecken sich sowohl der schmale Stabteil 12 und die umgebende Hülse 15 zur Außenseite der Kopfwand 6. In diesem Außenbereich wirkt eine Schraubenfeder 19 zwischen dem axialen Ende der Hülse 15 und einer Unterlegscheibe 20, die durch ein Sicherungselement 21 zurückgehalten ist, das in Eingriff ist mit einer Umfangsnut 22 am oberen Endteil des Stabes.
Auf diese Weise wird die Klemmhülse 15 durch die Druckfeder 19 axial vorgespannt, so daß sie eine im wesentlichen konstante Kraft auf den Abstimmkörper 11 ausübt, der infolgedessen gegen die Schulter 14 am Stab 12, 13 geklemmt wird.
Am unteren Ende des Gehäuses 1 (wie in der Zeichnung zu sehen), ist der breitere Teil 13 des rohrförmigen Stabes mit einem Element mit Innengewinde, wie einer Nuß 23 versehen, das in Eingriff ist mit der drehbaren Ausgangswelle 24 mit Außengewinde eines elektrischen Schrittmotors 28. Die Nuß 23 ist am Stabteil 13 axial befestigt und mittels eines radial vorspringenden Stifts 25 drehfest gehalten, der in einem linearen Schlitz 26 geführt ist, der sich axial in einer externen Haltehülse 27 erstreckt, die den Elektromotor in einer festen Position bezüglich des Gehäuses 1 hält.
Bei Betätigung des elektrischen Schrittmotors 28 dreht sich die Welle 24, und der Stab 12, 13 wird infolgedessen linear in einer axialen Richtung, das heißt aufwärts oder abwärts, wie in der Zeichnung zu sehen, bewegt, wodurch der Abstimmkörper 11 so verschoben wird, daß er den Mikrowellenresonator in eine gewünschte Resonanzfrequenz abstimmt.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann vom Fachmann in dem durch Anspruch 1 definierten Rahmen abgewandelt werden. Beispielsweise müssen das feste und das bewegliche Keramikelement 8 bzw. 11 nicht konzentrisch sein sondern sie können nebeneinander angeordnet sein; der Abstimmkörper kann längs einer linearen Strecke parallel zur axialen Erstreckung des feststehenden Keramikkörpers bewegbar sein. Als Alternative kann der Abstimmkörper mit Bezug auf den feststehenden Keramikkörper drehbar sein.
Die Anschlagvorrichtung muß nicht eine Schulter zwischen zwei Stabteilen mit verschiedenen Durchmessern sein. Statt dessen kann sie als ein Ringflansch extern an einem massiven Stab oder intern in einem rohrförmigen Stab ausgebildet sein. Im letzteren Fall wäre das Klemmelement ein im rohrförmigen Stab angeordnetes zentrales Stabelement.
Der Stab kann zwei oder mehr Teile aufweisen, die miteinander verbunden sind, besonders in Form von Längssegmenten, von denen jedes massiv oder rohrförmig sein kann.
Der externe Stellantrieb kann eine mechanische Vorrichtung sein, z. B. von Hand betätigbar sein.

Claims

Mikrowellenresonator, bestehend aus einem einen Hohlraum (7) definierenden, im Wesentlichen geschlossenen Gehäuse (1) und einer im Hohlraum angeordneten dielektrischen Resonanzeinheit (8, 11), wobei die dielektrische Resonanzeinheit einen beweglichen dielektrischen Abstimmkörper (11) beinhaltet, der mechanisch mittels eines zum Verschieben innerhalb des Hohlraums dienenden Stabes an einen externen Stellantrieb (28) gekoppelt ist, um dadurch die Resonanzfrequenz des Resonators zu regeln, wobei der Stab (12,13) eine Anschlagvorrichtung (14) enthält und aus einem elektrisch nicht leitendem Material besteht, dadurch gekennzeichnet dass der Stab (12, 13) mit einem elastischen, durch eine Feder (19) vorgespannten Klemmelement (15) versehen ist, wobei die Feder sich außerhalb des Hohlraums (6) befindet und das Klemmelement (15) dazu geeignet ist, den dielektrischen Abstimmkörper gegen die Anschlagvorrichtung (14) an dem Stab zu klemmen.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Stab (12, 13) linear verschiebbar ist.
Mikrowellenresonator wie in Ansprüchen 1 oder 2 definiert, wobei das Klemmelement (15) axial vorgespannt ist.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 3 definiert, wobei die Anschlagvorrichtung eine Schulterfläche (14) ist, die sich zwischen den ersten und zweiten unterschiedlichen Durchmesser besitzenden Stabteilen (12, 13) erstreckt.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der Ansprüche 1–4 definiert, wobei der Stab (12, 13) zusammen mit dem Abstimmkörper (11) relativ zum dielektrischen Resonanzkörper (8) verschiebbar ist, welcher im Hohlraum mittels elektrisch nicht leitender Befestigungen (10a, 10b) in einer festen Position gehalten wird.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 5 definiert, wobei der Stab (12) innerhalb der zentralen Öffnung (9) im dielektrischen Resonanzkörper (8) beweglich ist.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der Ansprüche 1–6 definiert, wobei die Feder (19) an einem Teil des Stabes angebracht ist, der sich außerhalb des Hohlraums (6) befindet.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 7 definiert, wobei der Stab (12, 13) sich durch die Öffnungen (16, 17) in zwei gegenüberliegende Teile (5, 6) der Wand des Gehäuses (1) erstreckt.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 8 definiert, wobei ein erstes Endteil (13) des durchgehenden Stabes mit einem externen Stellantrieb (28) verbunden ist, und ein zweites, gegenüberliegendes Endteil (12) des durchgehenden Stabes mit der Feder (19) versehen ist.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 9 definiert, wobei der Abstimmkörper ein Ringelement (11) ist und das Klemmelement eine den Stab (12) einschließende Hülse (15) ist, und die Hülse sich auch durch eine (17) der Öffnungen erstreckt, und die Feder (19) zwischen dem zweiten Endteil des Stabes und einem entsprechenden Endteil der Hülse (15) agiert.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 10 definiert, wobei die Feder (19) zwischen einer Arretierung (21), die in einer um den Stab (12) umlaufenden Nut (22) gehalten wird, und einer Endfläche der Hülse (15) agiert.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der Ansprüche 7–11 definiert, wobei die Feder (19) aus Stahl besteht.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche definiert, wobei der Stab (12, 13) aus Quarzglas besteht.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche definiert, wobei das Klemmelement (15) aus einem elektrisch nicht leitenden, verlustarmen Material besteht.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 14 definiert, wobei das verlustarme Material ein wärmeleitendes Material ist.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 15 definiert, wobei das verlustarme Material Aluminiumoxid ist.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche definiert, wobei die dielektrische Resonanzeinheit zumindest ein aus keramischem Material bestehendes Bauteil (8, 11) aufweist.
Mikrowellenresonator wie in einem beliebigen der vorangegangenen Ansprüche definiert, wobei der externe Stellantrieb einen elektrischen Motor (28) beinhaltet.
Mikrowellenresonator wie in Anspruch 18 definiert, wobei der elektrische Motor (28) eine drehbare Ausgangswelle (24) hat, welcher an den Stab (12, 13) mittels eines Gewindes (23) gekoppelt ist, so dass er den Stab (12, 13) in eine lineare Bewegung versetzt.