EP1721359A1 - Hochfrequenzfilter - Google Patents

Hochfrequenzfilter

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Publication number
EP1721359A1
EP1721359A1 EP05715703A EP05715703A EP1721359A1 EP 1721359 A1 EP1721359 A1 EP 1721359A1 EP 05715703 A EP05715703 A EP 05715703A EP 05715703 A EP05715703 A EP 05715703A EP 1721359 A1 EP1721359 A1 EP 1721359A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
dielectric layer
frequency filter
filter according
inner conductor
conductor tube
Prior art date
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Granted
Application number
EP05715703A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1721359B1 (de
Inventor
Wilhelm Weitzenberger
Franz Rottmoser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kathrein SE
Original Assignee
Kathrein Werke KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein Werke KG filed Critical Kathrein Werke KG
Publication of EP1721359A1 publication Critical patent/EP1721359A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1721359B1 publication Critical patent/EP1721359B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other
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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
    • H—ELECTRICITY
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    • 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, in particular in the manner of a high-frequency filter (such as a duplex filter) or a bandpass filter or band-stop filter.
  • a high-frequency filter such as a duplex filter
  • a bandpass filter or band-stop filter such as a duplex filter
  • a common antenna is often used for transmit and receive signals in radio-technical systems, in particular in the mobile radio sector.
  • the transmit and receive signals each use different frequency ranges, and the antenna must be suitable for sending and receiving in both frequency ranges.
  • a suitable frequency filtering is therefore necessary, with which the transmit signals are passed on from the transmitter to the antenna on the one hand and the receive signals from the antenna to the receiver on the other.
  • high-frequency filters in a coaxial construction are used to divide the transmit and receive signals. For example, a pair of high-frequency filters can be used, both of which pass a certain frequency band (band-pass filter). Alternatively, a pair of high-frequency filters can be used, both of which block a certain frequency band (band-stop filter).
  • a pair of high-frequency filters can be used, one of which passes frequencies below a frequency between the transmitting and receiving bands and blocks frequencies above this frequency (low-pass filter), and the: other filters blocks frequencies below a frequency between the transmitting and receiving bands and above Passes frequencies (high pass filter).
  • low-pass filter passes frequencies below a frequency between the transmitting and receiving bands and blocks frequencies above this frequency
  • high pass filter blocks frequencies below a frequency between the transmitting and receiving bands and above Passes frequencies
  • High-frequency filters are often constructed from coaxial resonators because they consist of milled or cast parts, which makes them easy to manufacture. In addition, these resonators ensure high electrical quality and relatively high temperature stability.
  • This filter comprises a resonator with a cylindrical inner conductor and a cylindrical outer conductor, a capacitance being formed between a free end of the inner conductor and a cover fastened to the outer conductor, which has an influence on the resonance frequency.
  • the resonator comprises a tuning element made of dielectric material, with which the resonance frequency of the filter can be adjusted.
  • the tuning element is movable in the inner conductor • of the resonator, which means that the capacitance between the free end of the inner conductor and the. Lid of the resonator is changed and thereby the Resonance frequency varies.
  • Coaxial resonator filters with a large number of coupled individual resonators are known from the publication "Theory and Design of Microveve Filters", Ian Hunter, IEE Electromagnetic Waves Series 48, Section 5.8.
  • the object of the present invention is therefore to provide a high-frequency filter in a coaxial design, which has a high dielectric strength with a small overall volume.
  • the high-frequency filter according to the invention comprises an electrically conductive inner conductor configured as an inner conductor tube, an electrically conductive outer conductor and an electrically conductive bottom which electrically connects the inner conductor and the outer conductor to one another. Furthermore, a cover is provided which covers the high-frequency filter from the floor. The cover has an inside and an outside, the inside pointing to a free end of the inner conductor tube. A dielectric layer with a relative dielectric constant greater than 2 is arranged in the high-frequency filter between the outside of the cover and the free end of the inner conductor tube. The radial expansion of the dielectric layer essentially covers the cross section of the inner conductor tube at its free end.
  • such a dielectric layer achieves an increase in the capacitance and thus a reduction in the resonance frequency without increasing the construction volume. Since the dielectric layer essentially covers the entire cross section of the inner conductor tube, the dielectric strength between the inner conductor tube and the cover is also improved.
  • high dielectric material with a relative dielectric constant of greater than or equal to 5, preferably greater than or equal to 8, particularly preferably greater than or equal to 9 is used as the dielectric layer.
  • Materials with a much higher dielectric constant can also be used, for example materials with a relative dielectric constant greater than or equal to 40.
  • the constant can be between 40 and 80 or between 60 and 80.
  • materials with high di- electricity constants are used for the dielectric layer e.g. B. ceramic materials used, especially alumina ceramic.
  • the area of the radial extension of the dielectric layer is preferably at least twice the area of the cross section of the inner conductor tube at its free end. In this way, a large covering of the inner conductor tube with dielectric material is achieved, so that a very high dielectric strength is ensured.
  • the cross section of the inner conductor tube is essentially circular at its free end.
  • the radial extent of the dielectric layer can be essentially circular. If both the cross section of the inner conductor tube at its free end and the radial extension of the dielectric layer are circular, in a preferred variant of the invention the diameter of the radial extension is at least as large as the diameter of the cross section. The diameter of the radial extension is preferably at least 1.5 times the diameter of the cross section.
  • the outer conductor can also have a substantially circular cross section, the diameter of which is preferably at least twice the diameter of the radial extension of the dielectric layer.
  • the dielectric layer is arranged on the cover of the high-frequency filter, in particular attached to the cover.
  • the dielectric layer can be inserted in a receptacle in the inside of the cover.
  • the dielectric layer can be held in the receptacle by a positive fit, in particular by an edge protruding beyond the edge of the dielectric layer on the inside of the cover.
  • the dielectric layer can be held on the inside of the cover by adhesive means, in particular adhesive.
  • the dielectric layer closes with the inside of the cover.
  • the Hocfr frequency filter has a plurality of resonators, a single continuous, at least partially strip-shaped dielectric layer being provided for all resonators.
  • the high-frequency filter according to the invention is preferably designed such that a duplex filter is formed by the design and coupling of the resonators.
  • a duplex filter is formed by the design and coupling of the resonators.
  • an embodiment as a bandpass filter or bandstop filter is also conceivable.
  • FIG. 1 the side view of an embodiment of a resonator used in the high-frequency filter according to the invention
  • Figure 2 is a plan view of the resonator of Figure 1;
  • Figure 3 is a plan view of a modification of the resonator of Figure 2;
  • Figure 4 is a plan view of the inside of the resonator cover according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a plan view of a bandpass filter in which several resonators according to FIG. 3 are used.
  • FIG. 6 shows a sectional view along the line I-I of the bandpass filter of FIG.
  • FIG. 1 shows the side view of a resonator for use in a high-frequency filter according to the invention. It is a resonator in a coaxial design, which extends along the axis A.
  • the resonator comprises an electrically conductive cylindrical inner conductor tube 1, the lower end 1b of which is inserted in a base 3.
  • the bottom 3 is also cylindrical and is connected at its outer edge to a cylindrical outer conductor tube 2.
  • An electrically conductive connection between the outer conductor tube 2 and the inner conductor tube 1 is established via the base 3.
  • a cover 5 with the inside 5a and the outside 5b is located on the outer conductor tube.
  • a dielectric 6 shown in black is inserted in a receptacle on the inside 5a.
  • the dielectric lies opposite a free end 1 a of the inner conductor tube 1.
  • the distance 4 between the cover 5 and the free end 1 a of the inner conductor tube 1 is usually 3 to 4 mm and can be reduced to up to 0.5 mm.
  • the dielectric layer closes with the inside of the Cover. It is also possible for the dielectric layer to protrude from the inside of the cover or for the inside of the cover to protrude beyond the dielectric layer.
  • the top of the free end of the inner conductor tube 1 and the inside 5a of the cover form a plate capacitor, whose capacitance C D a c is directly proportional to the relative dielectric constant ⁇ r of the material between the capacitor.
  • high-dielectric material 6 with a relative dielectric constant ⁇ r is used, which is well above air.
  • the relative dielectric constant preferably has values above 40. This means that the capacity C roof - in contrast to conventional resonators - is very high.
  • the capacitance C roof represents a parallel capacitance to the actual resonator and is related to the resonance frequency of the resonator as follows:
  • f represents the resonance frequency of the resonator
  • L the inductance of the resonator
  • C the capacitance of the resonator
  • C roof the described parallel capacitance at the top of the resonator.
  • FIG. 2 shows a plan view of the resonator of FIG. 1. It can be seen here in particular that the inner conductor tube 1 and the outer conductor tube 2 are cylindrical. In addition, there is the radial expansion of the dielectric layer 6, the circular edge of which is denoted by 6 'in FIG. 2. So that there is a high dielectric strength even with small distances between the free end la of the inner conductor tube and the cover 5, the diameter d x of the dielectric layer is larger than the diameter d 2 of the cross section of the inner conductor tube. The diameter ⁇ t is preferably 1.5 times the diameter d 2 . The diameter d 3 of the outer conductor tube is significantly larger than the diameters d x and d 2 .
  • the diameter d 3 is twice as large as the diameter
  • FIG. 3 shows a plan view of a modification of the resonator of FIG. 2.
  • the outer conductor 2 is not cylindrical, but essentially square with rounded corners.
  • the shape of the inner conductor 1 and the dielectric layer 6 is also cylindrical or circular. However, it is also conceivable for the inner conductor tube or the dielectric layer to have other shapes, in particular they can also be square. It is only necessary to ensure that the radial expansion of the dielectric layer has at least a size which corresponds to the cross-sectional area of the inner conductor tube.
  • FIG. 4 shows a plan view of a possible configuration of the inside 5a of the cover 5 from FIG. 1.
  • the inside of the cover is shown hatched. It can be seen that an inner edge 5 ′ of the cover protrudes over the dielectric layer 6. This ensures that the dielectric layer is held in the receptacle of the cover 5 by means of a positive connection.
  • a variety of other holding mechanisms for holding the dielectric layer 6 in the cover 5 are also possible.
  • the dielectric layer 6 can be glued into the receptacle.
  • FIG. 5 shows the top view of a bandpass filter in which four of the resonators of FIG. 3 are used, the cover of the resonators not being shown.
  • the outer conductors of the individual resonators are connected to one another via diaphragms 7, so that an entire circumferential housing 2 'is formed.
  • the degree of coupling is determined by the distance between the resonators and by the size of the aperture.
  • the center frequency of the bandpass filter is proportional to the length of the inner conductor tube 1.
  • FIG. 6 shows a sectional view of the bandpass filter according to FIG. 5 along the line I-I, the lid of the bandpass filter being attached to the top. It can be seen that a continuous cover 5 "rests on the top of the housing 2 '.
  • a dielectric layer 6 is again provided opposite the free end 1 a of the respective inner conductor 1, through which the dielectric strength and the size of the bandpass filter Alternatively, a single continuous dielectric layer in the form of a strip can be provided, the strip extending in the longitudinal direction of the housing 2 'and having a width such that each inner conductor tube is covered by the strip.

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Description

Hochfrequenzfilter
Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, insbesondere nach Art einer Hochfrequenzweiche (wie z.B. Duplexweiche) oder eines Bandpassfilters bzw. Bandsperrfilters .
In funktechnischen Anlagen, insbesondere im Mobilfunkbereich, wird häufig für Sende- und Empfangssignale eine gemeinsame Antenne benutzt. Dabei verwenden die Sende- und Empfangssignale jeweils unterschiedliche Frequenzbereiche, und die Antenne muss zum Senden und Empfangen in beiden Frequenzbereichen geeignet sein. Zur Trennung der Sende- und Empfangssignale ist deshalb eine geeignete Frequenz- Filterung erforderlich, mit der einerseits die Sendesignale vom Sender zur Antenne und andererseits die Empfangssignale von der Antenne zum Empfänger weitergeleitet wer- den. Zur Aufteilung der Sende- und Empfangssignale werden heutzutage unter anderem Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise eingesetzt. Beispielsweise kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern eingesetzt werden, die beide ein bestimmtes Frequenzband durchlassen (Bandpassfilter) . Alternativ kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern verwendet werden, die beide ein be— stimmtes Frequenzband sperren (Bandsperrfilter) . Fernerkann ein Paar von Hochfrequenzfiltern verwendet werden, von denen ein Filter Frequenzen unterhalb einer Frequenz zwischen Sende- und Empfangsbänd durchlässt und Frequenzen oberhalb dieser Frequenz sperrt (Tiefpassfilter) , und der: andere Filter Frequenzen unterhalb einer Frequenz zwischen Sende- und Empfangsband sperrt und darüber liegende Frequenzen durchlässt (Hochpassfilter) . Auch weitere Kombinationen aus den soeben genannten Filtertypen sind denkbar.
Hochfrequenzfilter werden häufig aus koaxialen Resonatoren aufgebaut, da sie aus Fräs- bzw. Gussteilen bestehen, wodurch sie einfach herstellbar sind. Darüber hinaus gewährleisten diese Resonatoren eine hohe elektrische Güte sowie eine relativ große Temperaturstabilität.
Ein Beispiel eines gattungsbiidenden koaxialen Hochfrequenzfilters ist in der Druckschrift EP 1 169 747 Bl beschrieben. Dieser Filter umfasst einen Resonator mit einem zylindrischen Innenleiter und einem zylindrischen Außen- leiter, wobei zwischen einem freien Ende des Innenleiters und einem auf dem Außenleiter befestigten Deckel eine Kapazität gebildet ist, die Einfluss auf die Resonanzfrequenz hat. Ferner umfasst der Resonator ein Abstimmelement aus dielektrischem Material, mit dem die Resonanz- freqüenz des ' Filters einstellbar ist. Das AbStimmelement ist im Innenleiter • des Resonators beweglich, wodurch die Kapazität zwischen freiem Ende des Innenleiters und dem. Deckel des Resonators verändert wird und hierdurch die Resonanzfrequenz variiert.
Aus der Druckschrift "Theory and Design of Micro ave Filters", Ian Hunter, IEE Electromagnetic Waves Series 48, Abschnitt 5.8 sind koaxiale Resonatorfilter mit einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Einzelresonatoren bekannt.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Hochfrequenz- filtern erweist es sich als nachteilhaft, dass Filter mit niedrigen Resonanzfrequenzen zu einem großen Bauvolumen führen, was wiederum die Material- und Bearbeitungskosten erhöht. Das große Bauvolumen resultiert daher, dass eine niedrige Resonanzfrequenz durch einen langen Innenleiter erreicht wird. Zwar kann die Resonanzfrequenz auch durch Verminderung des Abstandes des Filterdeckels zum freien Ende des Innenleiters vermindert werden, jedoch hat dies den unerwünschten Effekt, dass die Durchschlagfestigkeit des Resonators vermindert wird. Bei zu geringen Abständen zwischen dem freien Ende des Innenleiters und dem Deckel kommt es aufgrund der dort anliegenden Spannung schnell zu Durchschlägen über die Luftschicht zwischen Deckel und freiem Ende des Innenleiters, was die Signalübertragung beeinflusst und das Filter zerstören kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise zu schaffen, welcher eine hohe Durchschlagfestigkeit bei gleichzeitig geringem Bauvolumen aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter umfasst einen als Innenleiterohr ausgestalten elektrisch leitenden Innenleiter, einen elektrisch leitenden Außenleiter sowie einen elektrisch leitenden Boden, der den Innenleiter und den Außenleiter elektrisch miteinander verbindet. Ferner ist ein Deckel vorgesehen, der das Hochfrequenzfilter gegenüber dem Boden abdeckt. Der Deckel weist eine Innen- und Außenseite auf, wobei die Innenseite auf ein freies Ende des Innenleiterrohrs zuweist. In dem Hochfrequenzfilter ist zwischen Außenseite des Deckels und dem freien Ende des Innenleiterrohrs eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer als 2 angeordnet. Die radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht deckt dabei im Wesentlichen den Querschnitt des Innenlei- terrohrs an seinem freien Ende ab. Durch eine derartige dielektrische Schicht wird aufgrund der hohen Dielektrizitätskonstanten eine Erhöhung der Kapazität und damit eine Verminderung der Resonanzfrequenz erreicht, ohne das Bauvolumen zu vergrößern. Da die dielektrische Schicht im Wesentlichen den gesamten Querschnitt des Innenleiterrohrs abdeckt, ist darüber hinaus die Durchschlagsfestigkeit zwischen Inneήleiterrohr und Deckel verbessert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als dielektrische Schicht hochdielektrisches Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von größer bzw. gleich 5, vorzugsweise größer bzw. gleich 8, besonders bevorzugt größer bzw. gleich 9 verwendet. Es können auch Materialien mit weitaus höherer Dielektrizitätskonstante verwendet werden, beispielsweise Materialien mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer bzw. gleich 40. Zum Beispiel kann die Konstante zwischen 40 und 80 oder zwischen 60 und 80 liegen. Als Materialien mit hohen Di- elektrizitätskonstanten werden für die dielektrische Schicht z. B. Keramikmaterialien verwendet, insbesondere Aluminiumoxid-Keramik.
Vorzugsweise ist die Fläche der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht wenigstens das 2-fache der Fläche des Querschnitts des Innenleiterohrs an seinem freien Ende. Hierdurch wird eine große Abdeckung des Innenleiterrohrs mit dielektrischem Material erreicht, so dass eine sehr hohe Durchschlagfestigkeit gewährleistet ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Querschnitt des Innenleiterrohrs an seinem freien Ende im Wesentlichen kreisförmig. Ebenso kann die radiale Ausdehnung der di- elektrischen Schicht im Wesentlichen kreisförmig sein. Sind sowohl der Querschnitt des Innenleiterrohrs an seinem freien Ende als auch die radiale Ausdehnung der dielektrischen .Schicht kreisförmig, ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung der Durchmesser der radialen Aus- dehnung mindestens genauso groß wie der Durchmesser des Querschnitts. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der radialen Ausdehnung zumindest, das 1,5-fache des Durchmessers des Querschnitts. Darüber hinaus kann auch der Außenleiter einen im Wesentlichen kreisförmigen Quer- schnitt aufweisen, dessen Durchmesser vorzugsweise mindestens das 2-fache des Durchmessers der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht beträgt.
In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist die dielektrische Schicht an dem Deckel des Hochfrequenzfilters angeordnet, insbesondere an dem Deckel befestigt. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht in einer Aufnahme in der Innenseite des Deckels eingesetzt sein. Die dielektrische Schicht kann in der Aufnahme dαrch Form- schluss, insbesondere durch einen über den Rand der dielektrischen Schicht vorstehenden Rand an der Innenseite des Deckels gehalten sein. Alternativ bzw. zusätzlich zum Formschluss kann die dielektrische Schicht an der Innenseite des Deckels durch Adhäsionsmittel, insbesondere Klebstoff, gehalten sein. In einer weiteren Variante der Erfindung schließt die dielektrische Schicht mi-t der Innenseite des Deckels ab.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Hocfr-frequenz- filter mehrere Resonatoren auf, wobei eine einzi_ge durchgehende, wenigstens teilweise streifenförmig ausgebildete dielektrische Schicht für alle Resonatoren vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass durch die Ausgestaltung und Kopplung der Resonatoren eine Duplexweiche gebil_det wird. Jedoch ist auch eine Ausgestaltung als Bandpassf-Liter oder Bandsperrfilter denkbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1: die Seitenansicht auf eine Ausfütirungsform eines im erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter verwendeten Resonators;
Figur 2: eine Draufsicht auf den Resonator der Figur 1 ; Figur 3: eine Draufsicht auf eine Abwandlung des Resonators der Figur 2;
Figur 4: eine Draufsicht auf die Innenseite des Resonatordeckels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5: eine Draufsicht auf einen Bandpassfilter, in dem mehrere Resonatoren gemäß Figur 3 verwendet werden; und
Figur 6: eine Schnittansicht entlang der Linie I-I des Bandpassfilters der Figur 5.
Figur 1 zeigt die Seitenansicht eines Resonators zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilter. Es handelt sich um einen Resonator in koaxialer Bauweise, der sich entlang der Achse A erstreckt. Der Resonator umfasst ein elektrisch leitendes zylindrisches Innenleiterrohr 1, dessen unteres Ende 1b in einem Boden 3 eingesetzt ist. Der Boden 3 ist ebenfalls zylindrisch ausgestaltet und an seinem Außenrand mit einem zylindrischen Außenleiterrohr 2 verbunden. Über den Boden 3 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Außenleiterrohr 2 und Innenleiter- röhr 1 hergestellt. Auf dem Außenleiterohr befindet sich ein Deckel 5 mit der Innenseite 5a und der Außenseite 5b. In einer Aufnahme an der Innenseite 5a ist ein schwarz dargestelltes Dielektrikum 6 eingesetzt. Das Dielektrikum liegt gegenüber einem freien Ende la des Innenleiterrohrs 1. Der Abstand 4 zwischen dem Deckel 5 und dem freien Ende la des Innenleiterrohrs 1 beträgt üblicherweise 3 bis 4 mm und kann auf bis zu 0,5 mm verringert werden. In Figur 1 schließt die dielektrische Schicht mit der Innenseite des Deckels ab. Es ist auch möglich, dass die dielektrische Schicht aus der Innenseite des Deckels herausragt oder die Innenseite des Deckels über die dielektrische Schicht hervorsteht .
In dem Resonator der Figur 1 entsteht bei Resonanz am freien Ende la eine Spannungsüberhöhung, wobei der Betrag der Spannung proportional zur Signalleistung ist, mit der der Resonator beaufschlagt wird. Die Oberseite des freien Endes des Innenleiterrohrs 1 und die Innenseite 5a des Deckels bilden einen Plattenkondensator, dessen Kapazität CDac direkt proportional zur relativen Dielektrizitätskonstanten εr des Materials zwischen dem Kondensator ist. In dem Resonator der Figur 1 wird hierbei hochdielektrisches Material 6 mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten εr verwendet, die deutlich über Luft liegt. Vorzugsweise weist die relative Dielektrizitätskonstante Werte über 40 auf. Dies bedeutet, dass die Kapazität CDach - im Gegensatz zu herkömmlichen Resonatoren - sehr hoch ist. Die Kapazi- tat CDach stellt dabei eine Parallelkapazität zum eigentlichen Resonator dar und hängt mit der Resonanzfrequenz des Resonators wie folgt zusammen:
/ = 2π-χjL - (C+ Coach)
Hierbei stellt f die Resonanzfrequenz des Resonators, L die Induktivität des Resonators, C die Kapazität des Resonators und CDach die beschriebene Parallelkapazität an der Oberseite des Resonators dar.
Aus obiger Formel ergibt sich, dass die Resonanzfrequenz umso niedriger ist, je höher CDachist. Durch das Dielektri- kum 6 des Resonators der Figur 1 kann somit ein Resonator mit niedriger Resonanzfrequenz geschaffen werden. Gemäß dem Stand der Technik wurden Resonatoren mit niedrigen Resonanzfrequenzen nicht durch die Verwendung eines Di- elektrikums, sondern durch die Verringerung des Abstandes zwischen dem Deckel und dem freien Ende des Innenleiterrohrs erreicht. Der Verkleinerung dieses Abstandes sind jedoch Grenzen gesetzt, da hierdurch die Durchschlagfestigkeit des Resonators stark verringert wird. Um dieses Problem zu vermeiden, werden in Resonatoren nach dem Stand der Technik alternativ breitere Innenleiterrohre verwendet, wodurch ebenfalls die Resonanzfrequenz verringert wird. Dies führt jedoch zu einem größeren Resonatorvolumen und somit zu höheren Material- und Bearbeitungskosten. Im Gegensatz dazu kann mit dem Resonator der Figur 1 eine niedrige Resonanzfrequenz, eine hohe Durchschlagfestigkeit sowie ein geringes Bauvolumen erreicht werden.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf den Resonator der Figur 1. Es ist hierbei insbesondere ersichtlich, dass das In- nenleiterrohr 1 sowie das Außenleiterohr 2 zylindrisch ausgestaltet sind. Darüber hinaus ergibt sich die radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht 6, deren kreisförmiger Rand in Figur 2 mit 6' bezeichnet ist. Damit eine hohe Durchschlagfestigkeit selbst bei geringen Abständen zwischen freiem Ende la des Innenleiterrohrs und dem Deckel 5 gegeben ist, ist der Durchmesser dx der dielektrischen Schicht größer als der Durchmesser d2 des Querschnittes des Innenleiterrohrs. Vorzugsweise beträgt der Durch- messer άt das 1,5-fache des Durchmessers d2. Der Durchmesser d3 des Außenleiterrohrs ist wesentlich größer als die Durchmesser dx und d2. In einer bevorzugten Variante ist der Durchmesser d3 doppelt so groß wie der Durchmesser Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Abwandlung des Resonators der Figur 2. In dem Resonator der Figur 3 ist der Außenleiter 2 nicht zylindrisch, sondern im Wesentlichen quadratisch mit abgerundeten Ecken. Die Form des Innenleiters 1 sowie der dielektrischen Schicht 6 ist weiterhin zylindrisch bzw. kreisförmig. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Innenleiterrohr bzw. die dielektrische Schicht andere Formen aufweisen, insbesondere können sie ebenfalls quadratisch ausgestaltet sein. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht wenigstens eine Größe aufweist, welche der Querschnittsfläche des Innenleiterrohrs entspricht.
Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf eine mögliche Ausgestaltung der Innenseite 5a des Deckels 5 aus Figur 1. Zwecks besserer Darstellung ist die Innenseite des Deckels schraffiert gezeigt. Es ist ersichtlich, dass ein innerer Rand 5' des Deckels über die dielektrische Schicht 6 vorsteht. Hierdurch wird mittels Formschluss ein Halten der dielektrischen Schicht in der Aufnahme des Deckels 5 gewährleistet. Es sind jedoch auch eine Vielzahl von anderen Haltemechanismen zum Halten der dielektrischen Schicht 6 in dem Deckel 5 möglich. Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 6 in der Aufnahme eingeklebt sein.
Figur 5 zeigt die Draufsicht auf einen Bandpassfilter, in dem vier der Resonatoren der Figur 3 verwendet werden, wobei der Deckel der Resonatoren nicht dargestellt ist. Die Außenleiter der einzelnen Resonatoren sind über Blenden 7 miteinander verbunden, so dass ein gesamtes umlaufendes Gehäuse 2' gebildet wird. Durch die Blenden' wird eine Verkopplung der Resonatoren erreicht, um die gewünschte Antwort des Bandpassfilters zu erzeugen. Das Maß der Verkopplung wird durch den Abstand zwischen den Resonatoren sowie durch die Größe der Blendenöffnung bestimmt. Die Mittenfrequenz des Bandpassfilters ist dabei proportional zur Länge des Innenleiterrohrs 1.
Figur 6 zeigt eine Schnittansicht des Bandpassfilters gemäß Figur 5 entlang der Linie I-I, wobei der Deckel des Bandpassfilters auf der Oberseite angebracht ist. Es ist ersichtlich, dass ein durchgehender Deckel 5" auf der Oberseite des Gehäuses 2' aufliegt. In Analogie zu Figur 1 ist wiederum gegenüber dem freien Ende la des jeweiligen Innenleiters 1 eine dielektrische Schicht 6 vorgesehen, durch welche die Durchschlagfestigkeit sowie die Baugröße des Bandpassfilters vermindert wird. Alternativ kann eine einzige durchgehende dielektrische Schicht in der Form eines Streifens vorgesehen sein, wobei der Streifen sich in Längsrichtung des Gehäuses 2' erstreckt und eine Breite derart aufweist, dass jedes Innenleiterrohr durch den Streifen abgedeckt wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise, umfassend einen oder mehrere Resonatoren (R) , die folgende Merkmale aufweisen: - einen als Innenleiterrohr (1) ausgestalteten elektrisch leitenden Innenleiter; einen elektrisch leitenden Außenleiter (2); einen elektrisch leitenden Boden (3), der den In- nenleite und den Außenleiter (2) elektrisch mit- einander verbindet; einen das Hochfrequenzfilter gegenüber dem Boden (3) abdeckenden Deckel (5) mit Innenseite (5a) und Außenseite (5b), wobei die Innenseite (5a) auf ein freies Ende (la) des Innenleiterrohrs (la) zu- weist; dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenseite (5b) des Deckels (5) und dem freien Ende (la) des Innenleiterrohrs (1) eine dielektrische Schicht (6) mit einer relativen Di- elektrizitätskonstanten größer als 2 angeordnet ist; und die radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) im wesentlichen den Querschnitt des Innenleiterrohrs (1) an seinem freien Ende (la) abdeckt.
2. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht (6) > 5, vorzugsweise ≥ 8, besonders bevorzugt ≥ 9 ist.
3. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht ≥ 40 ist, vorzugsweise zwischen 40 und 80, besonders bevorzugt zwischen 60 und 80.
4. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (6) keramisches Material umfasst, insbesondere Aluminiumoxid-Keramik.
5. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) wenigstens das 2-fache der Fläche des Querschnitts des Innenlei- terrohrs (1) an seinem freien Ende (la) beträgt.
6. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Innenleiterrohrs (1) an seinem freien Ende (la) im Wesent- liehen kreisförmig ist.
7. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) im Wesentlichen kreisförmig ist.
8. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 7, wenn abhängig von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (dl) der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) mindestens dem Durchmesser (d2) des Querschnitts des Innenleiterrohrs (1) an seinem freien Ende (la) entspricht.
9. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er Durchmesser (dl) der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) zumindest das 1,5- fache des Durchmessers (d2) des Querschnitts des Innenlei- terrohrs (1) an seinem freien Ende beträgt.
10. Hochfrequenzfilter, nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (2) ein Außenleiterrohr mit im Wesentlichen kreisförmigen Quer- schnitt ist und der Durchmesser (d3) des Außenleiterrohrs mindestens das 2-fache des Durchmessers der radialen Ausdehnung der dielektrischen Schicht (6) beträgt.
11. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische
Schicht (6) an dem Deckel (5) angeordnet ist, insbesondere an dem Deckel befestigt ist.
12. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass die dielektrische Schicht (6) in einer
Aufnahme in der Innenseite (5a) des Deckels (5) eingesetzt ist.
13. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass die dielektrische Schicht (6) in der Aufnahme durch Formschluss, insbesondere durch einen über den Rand der dielektrischen Schicht (6) vorstehenden Rand (5') an der Innenseite (5a) des Deckels (5), gehalten ist.
14. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (6) an der Innenseite (5a) des Deckels (5) durch Adhäsionsmittel, • insbesondere Klebstoff, gehalten ist.
15. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht (6) mit der Innenseite (5a) des Deckels (5) abschließt.
16. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzfilter mehrere Resonatoren (R) umfasst, wobei eine einzige durchgehende, wenigstens teilweise streifenförmig ausgebildete dielektrische Schicht für alle Resonatoren (R) vorgesehen ist.
17. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren (R) derart ausgestaltet und gekoppelt sind, dass eine Duplex- weiche gebildet wird.
18. Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren (R) derart ausgestaltet und gekoppelt sind, dass ein Bandpassfilter oder ein Bandsperrfilter gebildet wird.
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