DK174005B1 - Duplexfilter af bølgeledertype - Google Patents

Description

DK 174005 B1

Duplexfilter af bølgeledertype

Opfindelsen angår et duplexfilter af bølgeledertype med i 5 det mindste en første og en anden bølgeleder, som hver omfatter filtreringsmidler afstemt til en given frekvens, hvor duplexfilteret har to mekaniske halvparter med ledende overflade, hvor der i mod hinanden vendende flader er udformet kanaler, som, når halvparterne er samlede, 10 udgør nævnte bølgeledere.

Duplexfiltre af den i opfindelsen omhandlede type anvendes f.eks. i forbindelse med radiokædeterminaler, hvor de sørger for, at en radiokædeterminal samtidigt kan sende 15 på én frekvens og modtage på en anden. Inden for et givet frekvensbånd sender den ene af de to terminaler, som udgør en radiokæde, på en høj frekvens og modtager på en lav. Tilsvarende modtager radiokædens anden terminal på den høje frekvens og sender på den lave for at de to ter-20 minaler kan kommunikere.

De tilsvarende duplexfiltre skal afspejle det samme forhold og skal derfor findes som par, hvor den ene duplexer har et filter på sendersiden til en høj frekvens og et 25 filter på modtagersiden til en lav frekvens. Den anden duplexer har et modtager fil ter til den høje frekvens og et senderfilter til den lave. Modtagerfilteret forhindrer det kraftige signal fra senderen i at overstyre modtageren, og senderfilteret skal primært begrænse overførsel 30 af støj til modtageren og forvrængningsprodukter til antennen .

Et duplexfilter kan f.eks. realiseres med to separate filtre, der forbindes med antennen gennem en såkaldt cir-35 kulator. De enkelte delfiltre eller filtergrene kan fremstilles på forskellige måder. Ved høje frekvenser, hvil- 2 DK 174005 B1 ket i praksis vil sige frekvenser større end 7 GHz, kan de udføres i bølgelederstrukturer ved hjælp af forskellige teknikker. Et filter kan f.eks. være en bølgeleder, hvori et antal resonatorer i form af mindre afsnit af 5 bølgelederen er direkte koblede til hinanden ved hjælp af koblingselementer i form af induktive iriser, som er loddede til bølgelederens vægge med en indbyrdes afstand på f.eks. en halv bølgelængde.

10 Et bølgelederfilter kan også være opbygget som et såkaldt E-planfilter, hvor et mønster, der definerer det pågældende filters karakteristik, er frembragt i en metalfolie, som er anbragt mellem f.eks. to metalliske halvpar ter. Selve bølgelederen er frembragt ved hjælp af kanaler 15 i de to halvparter. Metalfolien definerer således nogle skillevægge i bølgelederen, som på samme måde som induktive iriser udgør koblingselementer mellem et antal reso-natorer i form af mindre afsnit af bølgelederen. Et sådant E-planfilter kendes f.eks. fra US 4 800 349.

20

En anden mulighed for opbygning af et bølgelederfilter er at benytte dielektriske resonatorer, som monteres i bølgelederen .

25 De nationale myndigheders tildeling af frekvensbånd og specifikke frekvenser for radiokæder medfører normalt, at filtrene må designes til kun at dække en del af det tildelte frekvensbånd. Ved nogle af de ovennævnte filtertyper er fremgangsmåden, at de kan trimmes med skruer til 30 et bestemt delbånd, som indeholder den tildelte frekvens. Trimningen er nødvendig dels for at mindske antallet af mekaniske varianter og dels for at kompensere for mekaniske tolerancer.

35 Et duplexfilter i bølgelederteknik kan også realiseres som en integreret enhed bestående af et modtagerfilter og 3 DK 174005 B1 et senderfilter, som via et tilpasset T-stykke er koblet sammen til en fælles antenneport. Tilpasningen i T-stykket sørger for, at filtrene frembringer den ønskede karakteristik, når de kobles sammen.

5

Et sådan integreret duplexfilter kendes f.eks. fra EP 274 859. Dette skrift beskriver en duplexer, som består af to mekaniske halvparter af aluminium, hvori der er udformet kanaler. Når de to halvparter samles, danner kanalerne, 10 som er anbragt over for hinanden i de to halvparter, bølgeledere, som forbinder henholdsvis en modtagerport og en senderport med en antenneport. Filtervirkningen opnås her ved, at de to bølgeledere hver er forsynede med et antal stubbe, som ved frekvenser inden for filterets gennem-15 gangsområde udgør seriekortslutninger, og som ved andre frekvenser udgør endelige reaktanser og derved medfører refleksion. Stubbenes antal og dimensioner definerer filterets karakteristik, såsom centerfrekvens og båndbredde, og da centerfrekvenserne for henholdsvis senderfilter og 20 modtagerfilter er forskellige, er stubbene således også dimensioneret forskelligt i de to delfiltre.

Selv om man med denne duplexer kan undgå trimningen, er det en væsentlig ulempe, at da de stubbe, der definerer 25 det enkelte filters karakteristik, er fræsede i aluminiumshalvparterne, skal disse fremstilles individuelt til hver frekvens. De to duplexf iltre, som skal anvendes i hver sin ende af en radiokæde er også forskellige, idet det ene som ovenfor nævnt skal have et sendefilter med en 30 høj frekvens og et modtagefilter med en lav frekvens, medens det skal være omvendt for filteret i den modsatte ende. Med denne duplexfiltertype må der således fremstilles et stort antal forskellige aluminiumshalvparter for at kunne opbygge et system, der udnytter de til rådighed 35 værende kanaler inden for et givet frekvensbånd. Selv de 4 DK 174005 B1 to duplexfiltre i hver sin ende af en forbindelse må som nævnt bestå af forskellige dele.

Det er således et formål med opfindelsen at angiver et 5 duplexfilter af den i indledningen angivne art, hvor det nødvendige antal duplexfiltre til et system, der udnytter de til rådighed værende kanaler inden for et givet frekvensbånd kan fremstilles ved hjælp af væsentligt færre dele end ved den kendte teknik, og hvor i det mindste de 10 to duplexfiltre i hver sin ende af en forbindelse kan fremstilles ved hjælp af identiske dele.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at de nævnte filtreringsmidler er frembragt ved hjælp af en folie med en le-15 dende overflade, som er anbragt mellem de to halvparter, og hvor den ledende overflade er forsynet med åbninger, der definerer og afgrænser resonatorer i de to bølgeledere; at folien i det mindste kan anbringes i en første og en anden position; at i foliens første position er reso-20 natorerne i den første bølgeleder afstemt til en første frekvens, medens resonatorerne i den anden bølgeleder afstemt til en anden frekvens; og at i foliens anden position er resonatorerne i den første bølgeleder afstemt til den anden frekvens, medens resonatorerne i den anden bøl-25 geleder afstemt til den første frekvens.

Ved at benytte en sådan folie kan de to duplexfiltre i hver sin ende af en forbindelse fremstilles ud fra blot tre dele, nemlig de to mekaniske halvparter og en folie.

30 Folien skal blot anbringes i den første position i det ene filter og i den anden position i det andet filter. Endvidere kan de samme to mekaniske halvparter benyttes til duplexfiltre for samtlige frekvenspar i et helt frekvensbånd, idet kun folierne er frekvens spec if ikke. Man 35 behøver således blot at lagerføre de to halvparter samt et antal folier for at kunne fremstille alle de nødvendi- DK 174005 B1 ge duplexfiltre. Og da folierne kun udgør en meget lille del af de samlede omkostninger for et duplexfilter, kan der opnås betydelige besparelser på denne måde.

5 Det er hensigtsmæssigt, at de to mekaniske halvparter som angivet i krav 2 består af et elektrisk ledende materiale, idet halvparterne så kan fremstilles udelukkende i dette materiale. Som angivet i krav 3 kan det nævnte elektrisk ledende materiale i en særlig hensigtsmæssig 10 udførelsesform være aluminium, idet dette er billigt, let at bearbejde og leder godt. I en alternativ udførelsesform kan det elektrisk ledende materiale som angivet i krav 4 være stål, som ligeledes er billigt, og som desu-den udmærker sig ved at have en lav temperaturudvidelses-15 koefficient.

Nævnte folie kan som angivet i krav 5 hensigtsmæssigt være en metalfolie, idet dette dels muliggør en lav fremstillingspris for folien, og dels betyder, at de nævnte 20 åbninger i den ledende overflade kan frembringes ved hjælp af et udvalg af forskellige teknikker, såsom ætsning, laserskæring og lignende. Alternativt kan nævnte folie som angivet i krav 6 være en ikke ledende folie med et påført elektrisk ledende lag. Dette betyder en mere 25 fleksibel folie, ligesom det giver mulighed for, at åbningerne efter behov enten kan være gennemgående i folien eller kun forekomme i det påførte elektrisk ledende lag.

Når nævnte folie som angivet i krav 7 har et areal, som 30 svarer til arealet af de to halvparter, hvor de er i kontakt med folien, opnås en enklere samling af duplexfilte-ret, idet de organer, som sammenholder de to mekaniske halvparter, samtidigt kan holde folien på plads i sin korrekte placering i forhold til halvparterne. Herved 35 undgås særlige styreanordninger til sikring af foliens korrekte placering.

6 DK 174005 B1 Bølgelederne kan som angivet i krav 8 hensigtsmæssigt være forsynet med porte for tilslutning af ydre komponenter, såsom en modtager, en sender og en antenne, således 5 at disse kan tilsluttes direkte til duplexfilteret uden yderligere mellemled. Ved som angivet i krav 9 yderligere at lade en eller flere af nævnte bølgeledere have en bøjning, således at den tilhørende port er placeret alene i én af nævnte halvparter, opnås, at de pågældende portes 10 flanger fjernes fra det snit, der findes mellem de to halvparter. Det bliver dermed væsentligt lettere at gøre flangerne plane og tætte, hvilket er afgørende for at opnå tilstrækkelig isolation mellem sender og modtager.

15 Opfindelsen vil nu blive beskrevet nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et duplexfilter ifølge opfindelsen, 20 fig. 2 viser to halvparter til duplexfilteret fra fig. 1, fig. 3 viser en folie til indsættelse mellem de to halv parter fra fig. 2, 25 fig. 4 viser et snit gennem en ende af duplexfilteret fra fig. 1, og fig. 5 viser et snit gennem en alternativ udførelsesform for et duplexfilter ifølge opfindelsen.

30

Fig. 1 viser et eksempel på, hvorledes et duplexfilter 1 ifølge opfindelsen kan være opbygget. Duplexfilteret 1 er opbygget af to dele eller halvparter 2, 3, som er vist på fig. 2 og som spændes sammen omkring en folie 4, der vist 35 på fig. 3. På den synlige endeflade ses to bølgeleder-flanger 5, 6 med tilslutning for henholdsvis en sender og DK 174005 B1 en modtager. Skjult i den modsatte ende findes tilsvarende en flange til en antenne.

De to halvparter 2, 3, som kan være en overdel 2 og en 5 underdel 3, er enten helt igennem fremstillet af et materiale med god elektrisk ledeevne, eksempelvis aluminium, eller de er blot overfladebehandlet med et godt ledende materiale. Det ses, at der i undersiden af overdelen 2 er frembragt et U-formet spor med rektangulært tværsnit be-10 stående af de to delspor 7, 8, som udgør hver sin identiske halvdel af en bølgeleder, idet der findes helt tilsvarende spor 9, 10 i oversiden af underdelen 3. Fra midtpunktet mellem sporene 7 og 8 fører et spor 11 med samme tværsnit ud til den anden ende af overdelen 2, og 15 et tilsvarende spor 12 findes i underdelen 3. Enden af dette spor udgør antennetilslutningen. Sporene 7, 8 henholdsvis 9, 10 er udformet spejlsymmetrisk omkring en akse gennem den fælles gren 11 henholdsvis 12. Dimensionerne på sporene er afpasset således, at de bølgeledere, der 20 fremkommer, når delene er samlede, har de korrekte dimensioner for det frekvensbånd, hvortil duplexfilteret skal anvendes. Eksempelvis er bølgeledersporet i et duplexfilter til et af de to meget benyttede frekvensbånd omkring 18 eller 23 GHz ca. 5 mm dybt og 4 mm bredt i hver halv-25 part, hvilket svarer til en standardbølgeleder med betegnelsen R220.

Endvidere er begge halvparterne forsynet med et antal huller, eksempelvis hullerne 14 og 15, som tjener til 30 samling af halvparterne ved hjælp af skruer, som det f.eks. er vist ved skruen 16 på fig. 1.

Folien 4, der er vist på fig. 3, har samme ydre dimensioner som snitfladen mellem de to halvparter 1, 2; men da 35 den indspændes mellem dem, er den ikke synlig på fig. 1.

I folien 4 er der udformet spor 17, 18 og 19, som svarer 8 DK 174005 B1 til sporene i de to halvparter 2, 3. På fig. 3 er antenneporten placeret til venstre og de to porte til henholdsvis sender og modtager til højre. Ligesom halvparterne 2, 3 kan folien 4 enten helt igennem være fremstil-5 let af et materiale med god elektrisk ledeevne, eksempelvis metalfolie, eller den kan blot være overfladebehandlet med et godt ledende materiale.

Som det ses af figuren, er sporene 17 og 18 afbrudt af en 10 række tværforbindelser, eksempelvis tværforbindelserne 20, 21, 22 og 23. Når duplexf ilteret samles, optræder disse tværforbindelser som langsgående skillevægge i de pågældende bølgeledere, og de definerer og afgrænser dermed en række resonatorer, som giver den ønskede filter-15 virkning. Bredden af de enkelte tværforbindelser og afstanden mellem dem definerer det pågældende filters gennemgangsfrekvensområde på i øvrigt velkendt vis. Som det fremgår, er tværforbindelserne i de to spor 17 og 18 forskellige, idet de to filtre netop skal være afstemt til 20 to forskellige frekvenser. Mønsteret i foliematerialet kan være fremkommet ved f.eks. ætsning, laserskæring eller stansning.

Denne filtertype benævnes E-planfilter, fordi de nævnte 25 tværforbindelser indsættes centralt i E-planet for TE01-feltet midt i bølgelederen. Mellemrummene mellem de langsgående vægge udgør resonatorer i bølgelederen, og væggene definerer koblingen mellem resonatorerne. Ved at afstemme dimensionerne på såvel vægge som mellemrum kan 30 den ønskede filterkarakteristik opnås.

Bortset fra tværforbindelserne er sporene i folien ligesom sporene i de to halvparter udformet spejlsymmetrisk omkring en akse gennem den fælles gren 19. Dette betyder, 35 at folien 4 kan placeres på to måder mellem de to halvparter 2 og 3. I den ene stilling befinder sporet 17 sig g DK 174005 B1 i den bølgeleder, der dannes af sporene 7 og 10, medens sporet 18 tilsvarende befinder sig i den bølgeleder, der dannes af sporene 8 og 9. Vendes folien til den anden stilling, bytter sporene 17 og 18 plads. Det vil sige, at 5 det filter, som folien definerer i den ene gren af du-plexeren, flyttes til den modsatte gren, når folien vendes .

Få denne måde kan man ved blot at vende én og samme folie 10 forskelligt fremstille de to filtre, der skal benyttes i hver sin ende af en radiokæde, ud fra de samme komponenter, idet et bestemt frekvenspar benyttes til transmission i hver sin retning i en given forbindelse. Til de øvrige frekvenspar i et givet frekvensbånd kan benyttes de 15 samme halvparter. Der kræves blot en folievariant for hvert frekvenspar. Typisk udgør fremstillingsomkostningerne for metalfolien under 5% af de samlede omkostninger for et duplexfilter af den beskrevne art, og det er derfor en særdeles omkostningsbesparende løsning, at det kun 20 er folierne, der skal lagerføres i et antal varianter.

Fig. 4 viser et snit gennem den ene ende af duplexfilteret 1 fra fig. 1. Som det kan ses, befinder bølgeleder-flangen 5, dvs. den flange, hvor den af sporene 8 og 9 25 dannede bølgeleder udmunder i duplexfilterets ene endeflade, sig netop i det snit, hvor de to halvparter 2 og 3 er samlede omkring folien 4. Dette gør det relativt svært at opnå en plan og tæt flange, hvilket er afgørende for at få tilstrækkelig isolation mellem sender og modta-30 ger.

En yderligere optimeret udførelsesform er derfor vist på fig. 5, hvor der er inkluderet en 90° H-bøjning på forbindelsen til porten, således at den tilhørende flange er 35 placeret på oversiden af konstruktionen. Igen består duplexfilteret af to halvparter 32 og 33 og en folie 34.

10 DK 174005 B1 På den af sporene 38 og 39 dannede bølgeleder er der nu indsat en bøjning 40, således at bølgelederen udmunder ved flange 35 på oversiden af overdelen 32. Tilsvarende bøjninger kan naturligvis indføjes i de øvrige bølgelede-5 re. Herved opnås, at flangerne fjernes fra snittet midt i konstruktionen, og flangerne bliver derved plane og tætte både mekanisk og elektrisk.

Som nævnt kan de to halvparter 2 og 3 eksempelvis være 10 fremstillet af aluminium. Et alternativ til aluminium er stål. Dette materiale er ligesom aluminium et relativt billigt materiale, og desuden har det en væsentligt mindre temperaturudvidelseskoefficient end aluminium, hvilket har betydning, idet filterets karakteristika ændrer 15 sig med materialets udvidelse. Til gengæld er ledeevnen for stål ikke så god som for aluminium; men dette kan kompenseres ved at påføre stålemnet et overfladelag af f.eks. sølv, som har en bedre ledeevne.

20 Selv om der er blevet beskrevet og vist en foretrukket udførelsesform for nærværende opfindelse, er opfindelsen ikke begrænset til denne, men kan også antage andre udførelsesformer inden for det, der angives i de efterfølgende krav.

25

Claims (9)

1. Duplexfilter (1) af bølgeledertype med i det mindste 5 en første og en anden bølgeleder, som hver omfatter filtreringsmidler afstemt til en given frekvens, hvor duplexfilteret (1) omfatter to mekaniske halvparter (2, 3. med ledende overflade, hvor der i mod hinanden vendende flader er udformet kanaler (7, 8, 9 og 10), som, når 10 halvparterne er samlede, udgør nævnte bølgeledere, kendetegnet ved, at nævnte filtreringsmidler er frembragt ved hjælp af en folie (4) med en ledende overflade, som er anbragt mellem de to halvparter (2, 3), og hvor den ledende overflade er 15 forsynet med åbninger, der definerer og afgrænser resona-torer i de to bølgeledere, at folien (4) i det mindste kan anbringes i en første og en anden position, at i foliens første position er resonatorerne i den før-20 ste bølgeleder afstemt til en første frekvens, medens resonatorerne i den anden bølgeleder afstemt til en anden frekvens, og at i foliens anden position er resonatorerne i den første bølgeleder afstemt til den anden frekvens, medens 25 resonatorerne i den anden bølgeleder afstemt til den første frekvens.

2. Duplexfilter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de to mekaniske halvparter (2, 3) består af et 30 elektrisk ledende materiale.

3. Duplexfilter ifølge krav 2, kendetegnet ved, at nævnte elektrisk ledende materiale er aluminium.

4. Duplexfilter ifølge krav 2, kendetegnet ved, at nævnte elektrisk ledende materiale er stål. 12 DK 174005 B1

5. Duplexfilter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte folie (4) er en metalfolie.

6. Duplexfilter ifølge krav 1, kendetegnet ved, at nævnte folie (4) er en ikke ledende folie med et påført elektrisk ledende lag.

7. Duplexfilter ifølge krav 1, kendetegnet 10 ved, at nævnte folie (4) har et areal, som svarer til arealet af de to halvparter (2, 3), hvor de er i kontakt med folien.

8. Duplexfilter ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved, at nævnte bølgeledere er forsynet med porte (5, 6) for tilslutning af ydre komponenter, såsom en modtager, en sender og en antenne.

9. Duplexfilter ifølge krav 8, kendetegnet 20 ved, at en eller flere af nævnte bølgeledere har en bøjning (40), således at den tilhørende port (35) er placeret alene i én af nævnte halvparter.