EP1169747A1 - Hochfrequenzfilter - Google Patents

Hochfrequenzfilter

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EP1169747A1
EP1169747A1 EP00925207A EP00925207A EP1169747A1 EP 1169747 A1 EP1169747 A1 EP 1169747A1 EP 00925207 A EP00925207 A EP 00925207A EP 00925207 A EP00925207 A EP 00925207A EP 1169747 A1 EP1169747 A1 EP 1169747A1
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EP
European Patent Office
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frequency filter
immersion
tuning element
filter according
dielectric
Prior art date
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EP00925207A
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EP1169747B1 (de
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Wilhelm Weitzenberger
Heinz Schwarz
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Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/04—Coaxial resonators

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency filter in a coaxial design according to the preamble of claim 1.
  • a generic high-frequency filter can consist of one or more individual resonators in coaxial technology.
  • Such coaxially constructed high-frequency filters are generally used in radio engineering systems, for example in the mobile radio field. You can e.g. are used in base stations for mobile radio, specifically for the selection of defined transmission and reception bands.
  • a known coaxial resonator be ⁇ which comprises a cylindrical sealed housing with a bottom and an inner conductor tube, which is seated coaxially to the outer conductor.
  • the cylindrically shaped inner conductor tube takes a cylindrical inner conductor section that slides in the inner conductor tube. By displacing the end section of this inner conductor section relative to the inner conductor tube, resonance tuning is carried out with respect to the respective frequency.
  • the inner conductor is designed in the form of a sleeve which is closed at the end and which is held and anchored at the upper open end of the outer conductor tube in the region of a cover to be attached.
  • a further high-frequency filter which uses a screw element to tune the frequency band in question, which is arranged on the cover of the individual resonator with a cylindrical structure, and penetrates to different depths into the inner conductor of the coaxial individual resonator by screwing in and out .
  • This also results in a change in capacitance of the resonator, as in DE 21 36 728, and a change in frequency as a result of the change in capacitance.
  • a high-frequency resonator is also known in principle from EP 0 068 919 A1, which has a setting device which runs transversely to the longitudinal axis of the resonator and can be radially screwed in and out differently from the outside through the wall of the resonator.
  • this adjusting device has a pin made of dielectric material running transversely to the axial direction of the resonator, so that by adjusting the adjusting device and radial displacement of the pin made of dielectric material, a capacitance and Frequency change is feasible.
  • a disadvantage of the tuning configuration explained is that components for tuning the resonance frequency impair the homogeneity of the electrically conductive surface in the interior of the filter (for example sliding contacts, solder joints, transition areas of different materials, etc.) and that there is a disadvantageous change in the frequency response due to undefined contacts at the relevant contact points is (intermodulation).
  • the tuning device requires a not insignificant space requirement.
  • Another disadvantage is that a change in temperature affects the frequency response.
  • the object of the present invention is to provide an improved high-frequency filter in a coaxial design.
  • the present invention provides simple means a significant improvement over conventional high-frequency filters or coaxial filters.
  • a problem-free frequency tuning can be carried out without indefinite contacts resulting in undesired passive intermodulation.
  • the tuning element consisting of a dielectric material and immersed in the coaxial inner conductor is not anchored to the cover of the high-frequency filter device as in the prior art.
  • the anchoring is preferably carried out in such a way that the resulting capacitance between the open end of the inner conductor and the housing cover decreases when the temperature rises and thus results in frequency-related temperature compensation of the filter.
  • the electrical tuning elements in the inner conductor preferably in the region of the bottom of the coaxial filter element, are supported so as to be adjustable at different heights in order to enable the temperature compensation explained above.
  • a dielectric material which has a thermal expansion coefficient that is as low as possible.
  • FIG. 1 shows a schematic axial cross section through a high-frequency filter according to the invention in the form of a single resonator
  • FIG. 2 a schematic horizontal cross section along the line II-III in FIG. 1.
  • an individual resonator in coaxial technology is shown in axial longitudinal section or in cross section thereto, which is also referred to below as a coaxial resonator or coaxial filter.
  • This consists of an outer conductor 1, an inner conductor 3 arranged concentrically or coaxially thereto in the exemplary embodiment shown, and a base 5, via which the electrically conductive outer conductor 1 and the electrically conductive inner conductor 3 are electrically connected to one another.
  • an adjusting element 7 is provided, which in the embodiment shown consists of a threaded plate or pot 7 '.
  • This thread The plate or threaded pot 7 'has an external thread 9 in its outer circumference, which is in engagement with a corresponding internal thread 11, which has at least a sufficient axial length on the inside of the inner conductor 3 and / or on the inside of one axially in the bottom 5 provided recess 13 is provided.
  • the threaded plate or pot 7 ' has a twisting or driving attachment 15, in the exemplary embodiment shown in the form of a slot, for example in order to twist the adjusting element 7 and thus axially shift the same with respect to the inner conductor by means of a screwdriver.
  • a pin-shaped immersion or tuning element 17 is fixedly arranged on this adjusting element 7, which is designed in the form of a pin or a cylinder in the exemplary embodiment shown.
  • the length, the diameter, the dielectric constant and the attachment point of the dielectric tuning element or cylinder 17 are selected so that the desired resonance frequency can be set in the desired frequency range.
  • the frequency is now set and tuned by rotating the setting element 7, as a result of which the setting element 7 with the dielectric tuning element 17 can be set in the interior of the inner conductor 3 at different axial heights relative to the inner conductor 3 in accordance with the double arrow position 21.
  • the upper end of the inner conductor 3, based on the height of the outer conductor 1, comes to lie about 10 to 20% of the axial length of the outer conductor below the upper edge 23 of the outer conductor 1 and thus below the electrically conductive cover 25.
  • the dielectric tuning element 17 projects, for example, slightly beyond the upper edge 27 of the inner conductor 3.
  • the capacitance between the open end of the inner conductor and the housing cover and thus the resonance frequency can be changed and optimally adjusted and adjusted.
  • the dielectric tuning element 17 does not touch the inner conductor 3 itself. If the tuning element is only attached via the adjusting element 7 via the thread engagement provided there, which in the exemplary embodiment shown takes place in the lower region of the inner conductor 3, preferably even only in the bottom region or in the region of the inner conductor 3 adjoining it, no capacities become undefined - And thus the frequency behavior adversely affecting undefined contacts created at the points of contact.
  • the structure shown comprises yet another materiality ⁇ handy advantage since temperature compensation is possible.
  • a dielectric tuning element is selected with an expansion temperature coefficient that is smaller than the temperature coefficient of the outer and / or inner conductor 1, 3 of the coaxial filter.
  • the inner and outer conductors become longer, to a greater extent than the length of the dielectric tuning element changes.
  • the resulting capacitance between the open end of the inner conductor on the housing cover decreases when the temperature rises, since the dielectric tuning element 17 does not expand to the same extent in terms of an increase in length as the inner and / or outer conductor that the frequency reduction resulting from the greater length increase of the inner and / or outer conductor can be compensated for by the simultaneous reduction in capacity.
  • This behavior can be optimized by selecting a suitable dielectric material for the tuning element 17.
  • Dielectric materials consisting of ceramic are particularly suitable for this. Materials that have a very low coefficient of thermal expansion and a low temperature coefficient of the relative dielectric constant are suitable.

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Description

Hochfrequenzfilter
Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein gattungsbildendes Hochfrequenzfilter kann aus einem oder mehreren Einzelresonatoren in Koaxialtechnik bestehen.
Derartige koaxial aufgebaute Hochfrequenzfilter werden in der Regel in funktechnischen Anlagen, beispielsweise im mobilen Funkbereich eingesetzt. Sie können dort z.B. in Basisstationen für den Mobilfunk verwendet werden, und zwar zur Selektion definierter Sende- und Empfangsbänder.
Aus der DE 21 36 728 AI ist ein koaxialer Resonator be¬ kannt, der ein zylinderförmiges mit einem Boden verschlossenes Gehäuse und ein Innenleiterrohr umfasst, welches koaxial zum Außenleiter sitzt. Das zylindrisch geformte Innenleiterrohr nimmt einen zylindrischen Innenleiter- abschnitt auf, der in dem Innenleiterrohr gleitet. Durch Verschiebungen des Endabschnitts dieses Innenleiterab- schnittes gegenüber dem Innenleiterrohr wird eine Resonanzabstimmung bezüglich der jeweiligen Frequenz vorgenom- men. Der Innenleiter ist dabei in Gestalt einer am Ende geschlossenen Hülse ausgebildet, die am oberen offenen Ende des Außenleiterrohres im Bereich eines anzubringenden Deckels gehalten und verankert ist.
Darüber hinaus ist auch ein weiteres Hochfrequenzfilter bekannt, welches zur Abstimmung des jeweils betreffenden Frequenzbandes ein Schraubelement verwendet, das am Deckel des von seiner Grundstruktur zylinderförmig aufgebauten Einzelresonators angeordnet ist, und durch Ein- und Aus- drehen unterschiedlich tief in den Innenleiter des koaxialen Einzelresonators eindringt. Auch dadurch erfolgt, wie bei der DE 21 36 728 eine Kapazitätsänderung des Resonators und in Folge der Kapazitätsänderung eine Frequenzänderung .
Schließlich ist grundsätzlich auch aus der EP 0 068 919 AI ein Hochfrequenzresonator bekannt, der eine quer zur Resonatorlängsachse verlaufende Einsteileinrichtung aufweist, die von außen her durch die Wandung des Resonators hin- durch unterschiedlich weit radial ein- und ausdrehbar ist. Im Inneren weist dazu diese Einsteileinrichtung einen quer zur Axialrichtung des Resonators verlaufenden Stift aus dielektrischem Material auf, so dass durch Verstellung der EinStelleinrichtung und Radialverlagerung des erwähnten Stiftes aus dielektrischem Material eine Kapazitäts- und Frequenzänderung durchführbar ist.
Die bisherigen Hochfrequenzfilter in der geschilderten koaxialen Bauweise weisen jedoch Nachteile auf.
Nachteilig an der erläuterten AbStimmausführung ist, dass Komponenten zur Abstimmung der Resonanzfrequenz die Homogenität der elektrisch leitenden Oberfläche im Filterinneren (beispielsweise Schleifkontakte, Lötstellen, Über- gangsbereiche verschiedener Materialien etc.) beeinträchtigen und durch Undefinierte Kontakte an den betreffenden Berührungsstellen eine nachteilige Veränderung des Frequenzverhaltens gegeben ist (Intermodulation) .
Zudem erfordert die Abstimmeinrichtung einen nicht zu vernachlässigenden Platzbedarf.
Als weiterer Nachteil ist anzumerken, dass eine Tempera- turveränderung sich auf das Frequenzverhalten auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein demgegenüber verbessertes Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im An¬ spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung schafft mit einfachen Mitteln eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Hochfrequenzfiltern oder Koaxialfiltern.
Durch Verwendung eines dielektrischen Abstimmelementes, welches in axialer Richtung in den Innenleiter des Koaxialfilters eintauchend in unterschiedlicher Höhenlage verstellbar ist, läßt sich eine problemlose Frequenzabstimmung vornehmen, ohne dass dadurch Undefinierte Kontakte mit der Folge einer unerwünschten passiven Intermodulation entstehen können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei das aus einem dielektrischen Material bestehende und in den koaxialen Innenleiter eintauchende Abstimmelement nicht wie im Stand der Technik am Deckel der Hochfrequenz- filtereinrichtung verankert. Bevorzugt erfolgt die Verankerung so, dass die resultierende Kapazität zwischen dem offenen Ende des Innenleiters und dem Gehäusedeckel bei einer Temperaturerhöhung abnimmt und damit eine frequenz- bezogene Temperaturkompensation des Filters zur Folge hat.
Bevorzugt ist dabei, dass die elektrischen Abstimmelemente im Innenleiter, vorzugsweise im Bereich des Bodens des Koaxialfilterelements, in unterschiedlicher Höhenlage verstellbar abgestützt sind, um die vorstehend erläuterte Temperaturkompensation zu ermöglichen.
Als besonders günstig hat sich dabei erwiesen, ein dielektrisches Material zu verwenden, was einen möglichst gerin- gen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweist. Bevorzugt wird ein Material verwendet, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten der Dielektrizitätskonstanten aufweist .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert . Dabei zeigen im einzelnen
Figur 1: einen schematischen axialen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hochfrequenz- filter in Form eines Einzelresonators; und
Figur 2: einen schematischen Horizontalquerschnitt längs der Linie II-III in Figur 1.
In Figur 1 und 2 ist im axialen Längsschnitt bzw. im Querschnitt dazu in schematischer Wiedergabe ein Einzelresonator in Koaxialtechnik gezeigt, der nachfolgend auch kurz als Koaxialresonator oder Koaxialfilter bezeichnet wird.
Dieser besteht aus einem Außenleiter 1, einem im gezeigten Ausführungsbeispiel konzentrisch oder koaxial dazu angeordneten Innenleiter 3 und einem Boden 5, über den der elektrisch leitende Außenleiter 1 und der elektrisch leitende Innenleiter 3 elektrisch miteinander in Verbindung stehen.
Im Inneren des Innenleiters 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im Bodenbereich ein Einstellelement 7 vorgesehen, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Gewindeteller oder -topf 7' besteht. Dieser Gewinde- teller oder Gewindetopf 7 ' weist in seinem Außenumfang ein Außengewinde 9 auf, welches mit einem entsprechenden Innengewinde 11 in Eingriff steht, welches zumindest in einer ausreichenden Axiallänge an der Innenseite des In- nenleiters 3 und/oder an der Innenseite einer axial dazu im Boden 5 vorgesehenen Ausnehmung 13 vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Gewindeteller- oder -topf 7' einen Verdreh- oder Mitnahmeansatz 15, im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Form eines Schlitzes, um hier beispielsweise mittels eines Schraubenziehers eine Verdrehung des Einstellelementes 7 und damit eine axiale Verlagerung desselben bezüglich des Innenleiters vorzunehmen.
Auf diesem Einstellelement 7 ist ein stiftförmiges Eintauch- oder Abstimmelement 17 festsitzend angeordnet, welches im gezeigten Ausführungsbeispiel stift- oder zy- linderförmig ausgestaltet ist. Die Länge, der Durchmesser, die Dielektrizitätskonstante und der Befestigungspunkt des dielektrischen Abstimmelementes oder Zylinders 17 sind dabei so gewählt, dass darüber die gewünschte Resonanzfrequenz im gewünschten Frequenzbereich eingestellt werden kann.
Einstellung und Abstimmung der Frequenz erfolgt nun durch Verdrehung des Einstellelementes 7, wodurch das Einstell - element 7 mit dem dielektrischen Abstimmelement 17 im Inneren des Innenleiters 3 in unterschiedlicher Axialhöhe relativ zum Innenleiter 3 entsprechend der Doppelpfeildar- Stellung 21 eingestellt werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, dass das obere Ende des Innenleiters 3 bezogen auf die Höhe des Außenleiters 1 etwa 10 bis 20% der axialen Länge des Außenleiters unterhalb des oberen Randes 23 des Außenleiters 1 und damit unterhalb des elektrisch leitenden Deckels 25 zum Liegen kommt. Das dielektrische Abstimmelement 17 steht dabei beispielsweise in geringem Maße über den oberen Rand 27 des Innenleiters 3 über.
Durch Verdrehung des Einstellelementes 7 und damit der Lageveränderung des Einstellelementes 17 kann die Kapazität zwischen dem offenen Ende des Innenleiters und dem Gehäusedeckel und damit die Resonanzfrequenz verändert und optimal eingestellt und abgestimmt werden.
Wie aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch ersichtlich ist, berührt das dielektrische Abstimmelement 17 den Innenleiter 3 selbst nicht. Sofern die Befestigung des Abstimmelementes nur über das Einstellelement 7 über den dort vorgesehenen Gewindeeingriff erfolgt, der im gezeigten Ausführungsbeispiel im unteren Bereich des Innenleiters 3 , bevorzugt sogar nur im Bodenbereich oder in dem daran angrenzenden Bereich des Innenleiters 3 erfolgt, werden keine Undefinierten, das Kapazitäts- und damit das Frequenzverhalten nachteilig beeinträchtigende Undefinierte Kontakte an den Berührungsstellen geschaffen.
Der gezeigte Aufbau weist aber noch einen weiteren wesent¬ lichen Vorteil auf, da eine Temperaturkompensation möglich ist. Dazu wird ein dielektrisches Abstimmelement mit einem Ausdehnungs-Temperaturkoeffizient gewählt, der kleiner ist als der Temperaturkoeffizient des Außen- und/oder Innenleiters 1, 3 des Koaxialfilters. Bei einer Temperatur- erhöhung wird dabei der Innen- und Außenleiter länger, und zwar in einem stärkeren Maße, als sich die Länge des dielektrischen Abstimmelementes ändert. Dabei nimmt die resultierende Kapazität zwischen dem offenen Ende des Innenleiters an dem Gehäusedeckel bei einer Temperatur- erhöhung ab, da sich nämlich das dielektrische Abstimmelement 17 nicht im gleichen Maße im Sinne einer Längenvergrößerung ausdehnt, wie der Innen- und/oder Außenleiter, mit der Folge, dass sich die durch die stärkere Längenvergrößerung des Innen- und/oder Außenleiters an sich ergebende Frequenzerniedrigung durch die gleichzeitig bewirkte Kapazitätserniedrigung kompensiert werden kann. Dieses Verhalten kann durchaus durch Auswahl eines geeigneten dielektrischen Materiales für das Abstimmelement 17 optimiert werden. Besonders geeignet sind dazu dielek- trische Materialien bestehend aus Keramik. Dabei eignen sich Materialien, die einen sehr niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen sowie einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der relativen Dielektrizitätskonstanten.

Claims

Patentansprüche:
1. Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, bestehend aus einem oder mehreren Resonatoren, die folgende Merkmale aufweisen
- mit einem elektrisch leitenden Außenleiter (1) - mit einem elektrisch leitenden Innenleiter (3)
- mit einem den Außen- und Innenleiter (1, 3) elektrisch verbindenden Boden (5)
- einen das Hochfrequenzfilter gegenüber vom Boden (5) abdeckenden Gehäusedeckel (25) - und mit einem die Resonanzfrequenz verändernden Eintauch- oder Abstimmelement (17) , welches bezogen auf den Innenleiter (3) in unterschiedlicher Axial- oder Höhenlage in diesem eintauchend oder in diesem befindlich ist, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale
- das Einstellelement (7) umfaßt ein Eintauch- oder Abstimmelement (17) aus dielektrischem Material, und
- das Eintauch- oder Abstimmelement (17) ist an einer Abstützstelle abgestützt, die zum Gehäusedeckel (25) versetzt liegt.
2. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintauch- oder Abstimmelement (17) an einer im Inneren des Innenleiters (3) und/oder im Bereich einer Ausnehmung (13) des Bodens (5) gehalten und abge- stützt ist.
3. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellelement (7) einen Gewindeteller oder -topf (7') aufweist, welcher mit einem Außengewinde (9) versehen ist, worüber das Einstellelement (7) mit einem Innengewinde (11) im Inneren des Innenleiters (3) und/oder der Ausnehmung (13) des Bodens (5) verbunden und gehalten ist .
4. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Einstellelement (7) das elektrische Eintauch- oder Abstimmelement (17) angeordnet und mit dem Einstellelement (7) mit verstellbar befestigt ist.
5. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauchoder Abstimmelement (17) zumindest in geringem Maße über den oberen Rand (27) des Innenleiters (3) übersteht oder unterhalb davon endet.
6. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des dielektrischen Eintauch- oder Abstimm- elementes (17) von dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Innen- oder Außenleiters (3, 1) abweicht.
7. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des dielektrischen Eintauch- oder Abstimmelementes (17) kleiner ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient des Innen- oder Außenleiters (3,1).
8. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturkoeffizient der Dielektrizitätskonstanten des Eintauch- oder Abstimmelementes (17) negativ ist.
9. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauchoder Abstimmelement (17) aus einem keramischen Material besteht .
10. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Eintauchoder Abstimmelement (17) aus einer Aluminiumoxid-Keramik, insbesondere einer Al203-Keramik besteht.
11. Hochfrequenzfilter nach einem der Anspprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeteller oder -topf (7') aus Metall besteht.
EP00925207A 1999-04-15 2000-04-13 Hochfrequenzfilter Expired - Lifetime EP1169747B1 (de)

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