EP1689019A1 - Balanced coaxial filter - Google Patents
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- EP1689019A1 EP1689019A1 EP06001134A EP06001134A EP1689019A1 EP 1689019 A1 EP1689019 A1 EP 1689019A1 EP 06001134 A EP06001134 A EP 06001134A EP 06001134 A EP06001134 A EP 06001134A EP 1689019 A1 EP1689019 A1 EP 1689019A1
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- conductor
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
- H01P1/202—Coaxial filters
Definitions
- the invention relates to a coaxial tunable filter, comprising at least one stage which comprises an outer conductor, a first inner conductor and a second inner conductor, which is capacitively coupled to the latter and has the same axis.
- first and second inner conductors are dimensioned to form a longitudinal capacitance of a predetermined value, optionally in conjunction with a dielectric other than air. If this value is to be adjustable, one of the inner conductors may be formed telescopically.
- the displaceable part of this inner conductor is electroplated with its fixed part, e.g. via spring blades, contacted.
- intermodulation products arise, which, given high intermodulation distance requirements, e.g. in mobile communications are not tolerable.
- the invention has for its object to provide a contrast manufacturing simpler, coaxial filter that can be adjusted, but does not give rise to intermodulation products.
- This object is achieved by a third inner conductor, which is capacitively coupled to both the first and the second inner conductor and axially displaceable.
- the filter thus has tunable longitudinal capacitances in coaxial technology, but does not require galvanic contacts and is therefore intermodulation-free.
- the first inner conductor and the second inner conductor are surrounded by an insulating sleeve in the region of their capacitive coupling, and the third inner conductor is designed as a metal sleeve which is axially displaceable on the insulating sleeve.
- the first and the second inner conductor can telescopically mesh in the region of their capacitive coupling, but remain galvanically separated from one another.
- the telescopically engaging portions of the first and second inner conductors may be separated by an insulating sleeve. This has the advantage that it is possible to influence the overall length by choosing an insulating material with a suitable relative dielectric constant.
- first inner conductor and the second inner conductor are at least tubular in area of their capacitive coupling and enclose a common insulating sleeve in which the third inner conductor is axially displaceable, e.g. via a longitudinal slot in the first and / or the second inner conductor and the insulating sleeve.
- first and the second inner conductor may be axially displaceable relative to each other.
- the outer conductor (with a circular or polyonal inner cross-section) can be divided longitudinally or, for example, in the longitudinal direction. be equipped with a removable lid. Instead, the outer conductor can also be provided at the adjustment points with a closable opening.
- the third inner conductor can be fixed with any suitable HF-compatible means, for example by gluing or by PTFE rings.
- a first inner conductor 1 and a second inner conductor 2 are arranged in an outer conductor 5.
- the end face of the inner conductor 1 faces that of the inner conductor 2 at a given distance.
- the inner conductors On a calculated length, the inner conductors have 1 and 2 sections 1.1 and 2.1 with a reduced diameter. Sections 1.1 and 2.1 are seated in a common insulating sleeve 4.
- the insulating sleeve 4 is surrounded by a third, tubular inner conductor 3, which is axially displaceable by a distance a in the direction of the inner conductor 1 or the inner conductor 2.
- the inner conductors 1 and 2 including their sections 1.1 and 2.1 and the inner conductor 3 act in conjunction with the outer conductor. 5 as inductances whose values can be calculated, for example, by means of the commercial software APLAC from the corresponding diameters and lengths.
- Fig. 5 shows a modification of the embodiment according to Figures 3 and 4.
- the sections 1.1 and 2.1 of the inner conductors 1 and 2 are no longer with their end faces in a predetermined distance opposite but engage telescopically in one another.
- a Isolierstoffbüchse 6 is arranged between the section 1.1 of the inner conductor 1 and the section 2.1 of the inner conductor 2.
- Both the immersion depth of the inner conductor section 1.1 as well as the thickness and the material of the insulating material 6, the value of C0 can be influenced.
- the fine adjustment takes place as in the case of FIG. 3 by displacing the third inner conductor Third
- Fig. 6 shows another embodiment based on the same principle.
- the inner conductors 1 and 2 each end in tubular or hollow cylindrical sections 1.2 and 2.2. These sections enclose a common insulating sleeve 4.1.
- a third inner conductor 3.1 is disposed axially displaceable by a distance a.
- the sections 1.2 and 2.2 of the inner conductors 1 and 2 and the insulating sleeve 4.1 have a common longitudinal slot S, via a transverse bore 3.1.1 of the third inner conductor 3 is accessible to the latter by means of a suitable tool for the purpose of balancing to move axially.
- Fig. 7 shows the corresponding longitudinal capacitances in connection with the equivalent circuit diagram.
- C ges C 0 + ( C 01 + C 1 ) ⁇ ( C 02 + C 2 ) C 01 + C 02 + C 1 + C 2 ;
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein koaxiales abgleichbares Filter, mit mindestens einer Stufe, die einen Außenleiter, einen ersten Innenleiter und einen mit letzterem kapazitiv gekoppelten, achsgleichen, zweiten Innenleiter umfasst.The invention relates to a coaxial tunable filter, comprising at least one stage which comprises an outer conductor, a first inner conductor and a second inner conductor, which is capacitively coupled to the latter and has the same axis.
Die Spulen und Kondensatoren für Filter für Frequenzen oberhalb einigen hundert Mhz können zwar durch Leitungsstücke geeigneter Länge und mit entsprechenden Wellenwiderständen nachgebildet werden. Während sich Induktivitäten mit dem jeweils benötigten Wert durch kurze Leitungsstücke mit hohen Wellenwiderständen verhältnismäßig einfach realisieren lassen, ist es fertigungstechnisch nahezu unmöglich, die Kapazitätswerte von wenigen pF hinreichend genau durch kapazitiv gekoppelte Innenleiter einzuhalten. Fertigungsbedingte Toleranzen der Kapazitätswerte verschlechtern jedoch den Frequenzgang erheblich. Für den in Fig. 1 dargestellten Hochpass verdeutlich dies das Diagramm in Fig. 2. Die Kurve 1 zeigt den frequenzabhängigen Verlauf des Reflexionsfaktors für die Sollwerte der Induktivitäten und der Kapazitäten. Die Kurve 2 zeigt den Verlauf des Reflexionsfaktors bei Abweichung der Kapazitätswerte um 10 % vom Sollwert. Wegen dieser Schwierigkeit werden mehrkreisige Filter in der Regel in Streifenleitungstechnik und mit abgleichbaren Trimmerkondensatoren hergestellt. Zur Einfügung z.B. in ein koaxiales Antennenspeisekabel sind deshalb am Eingang und am Ausgang entsprechende Übergänge erforderlich.Although the coils and capacitors for filters for frequencies above a few hundred MHz can be simulated by line pieces of suitable length and with corresponding characteristic impedances. While inductances with the respectively required value can be realized relatively easily by means of short line sections with high characteristic impedances, it is virtually impossible in terms of production technology to maintain the capacitance values of a few pF sufficiently accurately by capacitively coupled internal conductors. Production-related tolerances of the capacitance values, however, considerably impair the frequency response. 1 illustrates the diagram in FIG. 2.
Zwar ist auch ein einstufiges Filter in koaxialer Ausführung gemäß der einleitend genannten Gattung bekannt. Die sich gegenüberstehenden Flächen des ersten und des zweiten Innenleiters sind so dimensioniert, dass sie, gegebenenfalls in Verbindung mit einem anderen Dielektrikum als Luft, eine Längskapazität mit einem vorgegebenen Wert bilden. Wenn dieser Wert einstellbar sein soll, kann einer der Innenleiter teleskopisch ausgebildet sein. Der verschiebbare Teil dieses Innenleiters ist mit dessen feststehendem Teil galvanisch, z.B. über Federlamellen, kontaktiert. An solchen Kontaktstellen entstehen jedoch Intermodulationsprodukte, die bei hohen Anforderungen an den Intermodulationsabstand, wie sie z.B. im Mobilfunkbereich gestellt werden, nicht tolerierbar sind.Although a single-stage filter in coaxial design according to the aforementioned type is also known. The facing surfaces of the first and second inner conductors are dimensioned to form a longitudinal capacitance of a predetermined value, optionally in conjunction with a dielectric other than air. If this value is to be adjustable, one of the inner conductors may be formed telescopically. The displaceable part of this inner conductor is electroplated with its fixed part, e.g. via spring blades, contacted. However, at such contact points, intermodulation products arise, which, given high intermodulation distance requirements, e.g. in mobile communications are not tolerable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber fertigungstechnisch einfacheres, koaxiales Filter zu schaffen, das abgleichbar ist, jedoch keine Intermodulationsprodukte entstehen lässt.The invention has for its object to provide a contrast manufacturing simpler, coaxial filter that can be adjusted, but does not give rise to intermodulation products.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen dritten Innenleiter gelöst, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Innenleiter kapazitiv gekoppelt und axial verschiebbar ist.This object is achieved by a third inner conductor, which is capacitively coupled to both the first and the second inner conductor and axially displaceable.
Das Filter hat somit abgleichbare Längskapazitäten in Koaxialtechnik, kommt jedoch ohne galvanische Kontaktierungen aus und ist somit intermodulationsfrei.The filter thus has tunable longitudinal capacitances in coaxial technology, but does not require galvanic contacts and is therefore intermodulation-free.
Bei einer ersten Ausführungsform sind der erste Innenleiter und der zweite Innenleiter im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung von einer Isolierstoffhülse umgeben und der dritte Innenleiter ist als auf der Isolierstoffhülse axial verschiebbare Metallhülse ausgebildet.In a first embodiment, the first inner conductor and the second inner conductor are surrounded by an insulating sleeve in the region of their capacitive coupling, and the third inner conductor is designed as a metal sleeve which is axially displaceable on the insulating sleeve.
Der erste und der zweite Innenleiter können im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung teleskopisch ineinandergreifen, bleiben dabei aber galvanisch voneinander getrennt.The first and the second inner conductor can telescopically mesh in the region of their capacitive coupling, but remain galvanically separated from one another.
Die teleskopisch ineinandergreifenden Bereiche des ersten und des zweiten Innenleiters können durch eine Isolierstoffbuchse voneinander getrennt sein. Das hat den Vorteil, dass durch Wahl eines Isolierstoffs mit einer passenden relativen Dielektrizitätskonstante Einfluss auf die Baulänge genommen werden kann.The telescopically engaging portions of the first and second inner conductors may be separated by an insulating sleeve. This has the advantage that it is possible to influence the overall length by choosing an insulating material with a suitable relative dielectric constant.
Bei einer anderen Ausführungsform sind der erste Innenleiter und der zweite Innenleiter zumindet im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung rohrförmig ausgebildet und umschließen eine gemeinsame Isolierstoffhülse, in welcher der dritte Innenleiter axial verschiebbar ist, z.B. über einen Längsschlitz in dem ersten und/oder dem zweiten Innenleiter sowie der Isolierstoffhülse.In another embodiment, the first inner conductor and the second inner conductor are at least tubular in area of their capacitive coupling and enclose a common insulating sleeve in which the third inner conductor is axially displaceable, e.g. via a longitudinal slot in the first and / or the second inner conductor and the insulating sleeve.
Zusätzlich können der erste und der zweite Innenleiter relativ zueinander axial verschiebbar sein.In addition, the first and the second inner conductor may be axially displaceable relative to each other.
Zur Durchführung des Abgleichs kann der Außenleiter (mit kreisförmigem oder polyonalem Innenquerschnitt) in Längsrichtung teilbar oder z.B. mit einem abnehmbarel Deckel ausgestattet sein. Stattdessen kann der Außenleiter auch an den Abgleichstellen mit einer verschließbaren Öffnung versehen sein.In order to carry out the adjustment, the outer conductor (with a circular or polyonal inner cross-section) can be divided longitudinally or, for example, in the longitudinal direction. be equipped with a removable lid. Instead, the outer conductor can also be provided at the adjustment points with a closable opening.
In der gefundenen Abgleichposition kann der dritte Innenleiter mit beliebigen, HF-verträglichen Mitteln, also beispielsweise durch Kleben oder durch PTFE-Ringe, fixiert werden.In the matching position found, the third inner conductor can be fixed with any suitable HF-compatible means, for example by gluing or by PTFE rings.
Es hat sich gezeigt, dass es in der Serienfertigung in der Regel genügt, den Abgleich an einem Musterstück des Filters vorzunehmen und die gefundenen Positionen der Innenleiter ohne nochmaligen elektrischen Abgleich auf die anderen Filter der gleichen Serie zu übertragen.It has been shown that it is usually sufficient in series production, the adjustment to a sampling of the filter and transfer the found positions of the inner conductors to the other filters of the same series without renewed electrical adjustment.
Vereinfachte und insbesondere nur einstufige Ausführungsbeispiele des Filters nach der Erfindung sind in den weiteren Figuren in Teillängsschnitten dargestellt. Es zeigt:
- Fig. 3
- ein erstes Ausführungsbeispiel,
- Fig. 4
- das gleiche Ausführungsbeispiel mit eingezeichneten Längskapazitäten und Ersatzschaltbild zu Fig. 3,
- Fig. 5
- einen Ausschnitt aus einer Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 3,
- Fig. 6
- ein zweites Ausführungsbeispiel,
- Fig. 7
- das gleiche Ausführungsbeispiel wie Fig. 6, ergänzt um die Längskapazitäten und das Ersatzschaltbild.
- Fig. 3
- a first embodiment,
- Fig. 4
- the same embodiment with drawn longitudinal capacitances and equivalent circuit diagram to Fig. 3,
- Fig. 5
- a detail of a development of the embodiment of FIG. 3,
- Fig. 6
- a second embodiment,
- Fig. 7
- the same embodiment as FIG. 6, supplemented by the longitudinal capacitances and the equivalent circuit diagram.
In Fig. 3 sind ein erster Innenleiter 1 und ein zweiter Innenleiter 2 in einem Außenleiter 5 angeordnet. Die Stirnfläche des Innenleiters 1 steht derjenigen des Innenleiters 2 in einem gegebenen Abstand gegenüber. Auf eine rechnerisch ermittelte Länge haben die Innenleiter 1 und 2 Abschnitte 1.1 und 2.1 mit verringertem Durchmesser. Die Abschnitte 1.1 und 2.1 sitzen in einer gemeinsamen Isolierstoffhülse 4. Die Isolierstoffhülse 4 ist von einem dritten, rohrförmigen Innenleiter 3 umgeben, der um eine Strecke a in Richtung des Innenleiters 1 oder des Innenleiters 2 axial verschiebbar ist. Die Innenleiter 1 und 2 einschließlich ihrer Abschnitte 1.1 und 2.1 sowie der Innenleiter 3 wirken in Verbindung mit dem Außenleiter 5 als Induktivitäten, deren Werte sich z.B. mittels der handelsüblichen Software APLAC aus den entsprechenden Durchmessern und Längen errechnen lassen.In FIG. 3, a first
Fig. 4 veranschaulicht die zwischen den galvanisch getrennten Innenleitern bestehenden Längskapazitäten sowie das entsprechende Satzschaltbild. Unter Vernachlässigung der Randkapazitäten ergeben sich die jeweiligen Kapazitätswerte aus der bekannten Formel
worin C den Kapazitätswert, A die Fläche, d den Abstand, ∈0 die absolute Dielektrizitätskonstante und ∈r die relative Dielektrizitätskonstante bedeuten. Der Wert der Gesamtlängskapazität beträgt dann
where C is the capacitance value, A the area, d the distance, ∈ 0 the absolute dielectric constant and ∈ r the relative dielectric constant. The value of the total longitudinal capacity is then
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4. Die Abschnitte 1.1 und 2.1 der Innenleiter 1 und 2 stehen sich nicht mehr mit ihren Stirnflächen in einem vorgegebenen Abstand gegenüber sondern greifen teleskopisch ineinander. Zwischen dem Abschnitt 1.1 des Innenleiters 1 und dem Abschnitt 2.1 des Innenleiters 2 ist eine Isolierstoffbüchse 6 angeordnet. Sowohl über die Eintauchtiefe des Innenleiterabschnitts 1.1 als auch durch die Dicke und das Material der Isolierstoffbuchse 6 lässt sich der Wert von C0 beeinflussen. Der Feinabgleich erfolgt wie im Fall der Fig. 3 durch Verschieben des dritten Innenleiters 3.Fig. 5 shows a modification of the embodiment according to Figures 3 and 4. The sections 1.1 and 2.1 of the
Fig. 6 zeigt eine andere, jedoch auf dem gleichen Prinzip beruhende Ausführungsform. Die Innenleiter 1 und 2 enden jeweils in rohrförmigen oder hohlzylindrischen Abschnitten 1.2 bzw. 2.2. Diese Abschnitte umschließen eine gemeinsame Isolierstoffhülse 4.1. In dieser ist ein dritter Innenleiter 3.1 axial verschiebbar um eine Strecke a angeordnet. Im Bereich ihrer einander gegenüberliegenden Stirnränder haben die Abschnitte 1.2 und 2.2 der Innenleiter 1 und 2 sowie die Isolierstoffhülse 4.1 einen gemeinsamen Längsschlitz S, über den eine Querbohrung 3.1.1 des dritten Innenleiters 3 zugänglich ist, um letzteren mittels eines geeigneten Werkzeuges zum Zweck des Abgleichs axial verschieben zu können.Fig. 6 shows another embodiment based on the same principle. The
Fig. 7 zeigt die entsprechenden Längskapazitäten in Verbindung mit dem Ersatzschaltbild.Fig. 7 shows the corresponding longitudinal capacitances in connection with the equivalent circuit diagram.
Der Wert der Gesamtlängskapazität zwischen dem Innenleiter 1 und dem Innenleiter 2 ist folglich
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