EP1776733B1 - Hochfrequenzfilter - Google Patents

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EP1776733B1
EP1776733B1 EP05786313A EP05786313A EP1776733B1 EP 1776733 B1 EP1776733 B1 EP 1776733B1 EP 05786313 A EP05786313 A EP 05786313A EP 05786313 A EP05786313 A EP 05786313A EP 1776733 B1 EP1776733 B1 EP 1776733B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency filter
filter according
inner conductor
resonator
substrate
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP05786313A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1776733A1 (de
Inventor
Gerhard Schreibvogel
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Kathrein Mobilcom Austria GmbH
Original Assignee
Kathrein Austria GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Kathrein Austria GmbH filed Critical Kathrein Austria GmbH
Publication of EP1776733A1 publication Critical patent/EP1776733A1/de
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Publication of EP1776733B1 publication Critical patent/EP1776733B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other
    • 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 according to claim 1.
  • a common antenna is often used for transmit and receive signals.
  • the transmit and receive signals each use different frequency ranges, and the antenna must be suitable for transmitting and receiving in both frequency ranges.
  • a suitable frequency filtering is required, with the one hand, the transmission signals from the transmitter to the antenna and on the other hand, the received signals are forwarded from the antenna to the receiver.
  • high-frequency filters are used today.
  • Stripline filters are also known from the prior art, which are significantly broadband than filters of coaxial design.
  • a conventional strip line filter is shown, for example, in the prior publication "Microstrip Filters for RF / Microwave Applications", Jia-Sheng Hong and M. J. Lancaster, publication year 2001, in particular in Figure 6.5 on page 170.
  • the straight resonators or the legs of the U-shaped resonators formed at right angles to the strip line line.
  • the lateral spacing of the individual resonators in the direction of the stripline is in each case ⁇ / 4.
  • Filters in stripline technology are much easier to manufacture than filters of coaxial design, but stripline filters are much broader.
  • a generic high-frequency filter is from the EP-A-0 955 688 known.
  • This filter is constructed so that the filter cup and the inner conductor basically can be arranged on a printed circuit board.
  • the ground plane is preferably provided on the opposite side to the resonator. Instead of the printed circuit board but also a total of a metal strip can be used, which serves as a ground plane.
  • the peculiarity of this high-frequency filter is that the inner conductor, which is galvanically or capacitively connected at its opposite end of the ground surface with the pot bottom, is electrically connected to the side facing the printed circuit board with ground surface, as the resonator itself.
  • a high frequency filter is also from the US-A-4,996,506 known.
  • This is a conventional RF filter, which comprises one or more dielectric resonators with a ceramic housing, which is coated with an electrically conductive film.
  • the inner conductor is disposed dielectrically within the cavity of the resonator, ie within the ceramic housing.
  • the dielectric pillars are connected by means of ⁇ / 4 transmission lines.
  • the inner dielectric pillars are interconnected via strip lines that extend outside of the housing.
  • the object of the invention is to provide a narrow-band high-frequency filter, which is easier to manufacture compared to conventional coaxial high-frequency filters and has a more compact design.
  • the high-frequency filter according to the invention comprises a substrate of dielectric material having a first side and an opposite second side, wherein on the first side of the substrate at least one electrically conductive strip conductor is applied.
  • This strip conductor is electrically coupled to at least one resonator, wherein the resonator is not formed as a strip conductor, but a coaxial resonator with an outer conductor pot and a coaxially arranged in the outer conductor pot, substantially rod-shaped inner conductor.
  • the outer conductor pot is galvanically connected to a ground plane.
  • the inner conductor is galvanically and / or capacitively connected to the bottom of the outer conductor pot at a first end, wherein a galvanic connection is used in particular in the embodiment of the resonator as ⁇ / 4 resonator and in the embodiment of the resonator as ⁇ / 2 resonator preferably a capacitive coupling is used.
  • the resonator is electrically coupled to the at least one strip conductor via an opposite second end of the inner conductor. In this way, a high-frequency filter is created, which essentially corresponds in its frequency response to a coaxial filter according to the conventional design, ie the filter has a narrow frequency band.
  • the resonator cavities are not formed in metallic cast or milled parts, but separate resonators consisting of outer conductor pot and inner conductor are used, which couple in a simple manner to an electrical line by means of stripline technology.
  • This high frequency filter is compared to conventional coaxial filters much cheaper to produce, since the individual resonators can be made separately with inexpensive methods and then coupled with a separately manufactured strip conductor on a substrate.
  • the high-frequency filter according to the invention thus combines the stripline technique with resonators according to coaxial design and thereby creates a filter that can be made easier compared to conventional coaxial filters and also has a more compact design.
  • air is arranged as a dielectric between the inner conductor and the side wall of the outer conductor pot.
  • the filter is constructed such that the resonator on the second side of the substrate, i. H. on the side opposite to the side with the applied stripline.
  • the ground surface is in particular a substantially continuous conductive layer on the second side of the substrate, wherein the edge of the opening opposite the pot bottom opening of the outer conductor pot is electrically connected to the conductive layer, in particular soldered to this, preferably a Schwalllötung is used.
  • the conductive layer in a preferred embodiment, has annular recesses which expose the dielectric material of the substrate, the edge of the opening of the outer conductor pot opposite the bottom of the pot being disposed around the annular recess.
  • the second end of the inner conductor, with which the coupling to the stripline is reached, is preferably mounted on the substrate.
  • the substrate on the second side preferably has a recess and / or a hole into which the second end of the inner conductor is inserted and in particular soldered there.
  • the first end of the inner conductor is preferably inserted into a recess and / or in a hole in the bottom of the outer conductor pot of the resonator, and in particular there soldered and / or pressed.
  • the outer conductor pot and the inner conductor can thus be manufactured separately and only then galvanically connected to each other.
  • the axial direction of the resonator is essentially perpendicular to the first and / or second side of the substrate.
  • the outer conductor pot and / or the inner conductor can be manufactured in a simple manner.
  • these components can be turned metal parts, or the components are plastic parts that are metallized on the outer and / or inner surface.
  • the resonator is capacitively and / or inductively coupled to the at least one strip conductor, wherein the strip conductor may have, for example, a meandering structure.
  • the strip conductor can comprise branches, which form a circle and / or semicircle and / or a circle section, wherein the second end of the inner conductor is arranged in each case in the middle.
  • a cover is provided on the first side of the substrate, wherein the cover preferably at least one substantially axially aligned with a coaxial resonator tuning element for changing the electrical properties of the high frequency filter.
  • the tuning element can be, for example, a metallic pin displaceable in the cover and / or a metallic screw which can be rotated in the cover.
  • a plurality of resonators are arranged in the longitudinal direction next to the strip conductor, wherein the resonators may have different sizes.
  • the substrate is preferably a dielectric plate.
  • the resonators are in particular coupled to the strip conductor in such a way that a bandpass filter and / or a bandstop filter is formed.
  • the high-frequency filter preferably operates in the range of the 1800 MHz mobile radio frequency and / or the 2000 MHz mobile radio frequency.
  • FIG. 1 shown high-frequency filter comprises a dielectric substrate plate 1, on top of which three identical coaxial resonators 2 are arranged. If appropriate, fewer or more resonators may also be arranged on the upper side, wherein in the case of more than three resonators FIG. 1 shows only a partial section of the filter and the substrate plate continues with further resonators in the longitudinal direction.
  • the foremost coaxial resonator is shown in sectional view.
  • Each coaxial resonator comprises a cylindrical, cup-shaped outer conductor 3, which is, for example, a turned metal part. Alternatively, the outer conductor may be an injection molded part whose outer and / or inner surface is metallized closed.
  • the outer conductor pot 3 is placed with its pot opening down on the upper side 1a of the substrate, so that the pot bottom 3a is spaced from the upper side 1a.
  • a cylindrical inner conductor bar 4 is concentrically arranged in its middle, which is inserted at its upper end 4a in a corresponding hole in the pot bottom 3a and soldered or pressed there. Between inner conductor bar and the cylindrical side wall of the outer conductor pot, air is provided as a dielectric. The opposite lower end 4 b of the cylindrical inner conductor bar 4 is inserted into a corresponding opening 1 c in the substrate 1.
  • the upper side 1a of the dielectric substrate 1 is metallized substantially continuously and forms a ground surface 1a 'of the filter, wherein annular recesses 1b, which expose the dielectric material of the substrate 1, are provided in the region of the circular pot openings of the outer conductor pots.
  • the outer edge of each recess 1b terminates in each case with an edge of the pot opening of an outer conductor pot, wherein the edge the pot opening on the outside of the outer conductor pot is galvanically connected to the metallized layer on the substrate, for example by means of wave soldering. In this way, the Massekontäkt the outer conductor pot is made.
  • the underside 1e is partially hereinafter also referred to as the first side 1e and the top 1a partially as the second side 1a.
  • FIG. 2 shows a perspective, partially sectioned view of the filter of FIG. 1 from underneath.
  • the housing 5 is shown in section, so that the structure of the underside 1e of the substrate 1 becomes apparent.
  • a strip conductor 6 which extends substantially in the longitudinal direction of the substrate plate.
  • the strip conductor comprises straight sections 6a and circular branches 6b, in the center of which is in each case the opening 1c in which one end 4b of the inner conductor bar 4 is inserted.
  • the opening 1c is metallized here on the side 1e, but the metal has no connection to the circular branches 6b.
  • the inner conductor bar is soldered to the bottom 1e at the opening 1c.
  • the cover 5 surrounds the edge of the bottom 1e of the substrate 1, so that the entire bottom of the cover is enclosed.
  • a hole 5a is further provided, which is aligned with an underlying resonator 2 in the axial direction.
  • a tuning element can be used, which may for example be a displaceable perpendicular to the substrate plate 1 metallic bolt. The distance of this bolt to the bottom 1e of the substrate plate 1 can be changed with the tuning element, whereby the frequency response of the filter can be influenced. It can be provided more tuning elements, each tuning element is aligned with an underlying resonator in the axial direction.
  • the filter 1 and 2 is used, for example, as a band rejection filter for separating the 1800 MHz mobile radio frequency from the UMTS mobile radio frequency in the 2000 MHz range.
  • the filter is narrowband compared to conventional strip line filters and has steeper flanks. In terms of its frequency response, the filter thus corresponds to conventional coaxial filters in the form of metallic milling or casting parts.
  • resonators 3 are ⁇ / 4 resonators, in which the length of the inner conductor bar 4 corresponds to a quarter of the wavelength ⁇ .
  • the inner conductor bar 4 is electrically connected at its end 4 a to the pot bottom 3 a.
  • the resonators 3 it is also possible to use the resonators 3 as ⁇ / 2 resonators, in which the length of the inner conductor bar 4 is half the wavelength ⁇ .
  • the end 4a of the inner conductor bar is capacitively coupled to the bottom of the pot, for example, by the end 4a is connected to a metallic disc whose size is substantially equal to the size of the pot bottom 3a and the is spaced from the bottom of the pot.
  • the capacitive coupling acts as a short circuit at the resonant frequency.
  • FIG. 2 shows a plan view of the strip conductor.
  • the branches do not have to form a closed circle, but they may also comprise only circular sections.
  • FIG. 3 shows a plan view of the bottom 1e of a substrate plate with such an alternative embodiment of the strip conductor. It can be seen that branches in the form of closed circles 6b and branches in the form of circular sections 6c are provided, wherein the branches are respectively connected via webs 6d to straight sections 6a of a meander-shaped strip conductor 6. Concentric with the branches 6b and 6c, respectively, the opening 1c is arranged, in which the end 4b of the inner conductor bar 4 is inserted.
  • the electrically conductive outer conductor pot 3 is electrically connected at its region remote from the pot bottom 3a, in particular at its open upper edge region opposite the pot bottom 3a with the ground surface 1a, preferably at the entire peripheral edge.
  • Coaxially with the inner conductor 4 is arranged, which is electrically or capacitively connected to the pot bottom 3a at the bottom of the pot.
  • the electrical connection to the strip conductor 6 takes place via the inner conductor 4, ie in the embodiment shown only and exclusively via the inner conductor 4.
  • the inner conductor 4 is removed to one end, where it is electrically or capacitively connected to the pot bottom 3a electrically connected to the strip conductor.
  • this second connection is likewise galvanic or capacitive at the end of the inner conductor 4 opposite the pot bottom with the strip conductor 6.

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter nach dem Anspruch 1.
  • 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 werden. Zur Aufteilung der Sende- und Empfangssignale werden heutzutage Hochfrequenzfilter eingesetzt.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hochfrequenzfilter in koaxialer Bauweise bekannt. Ein Beispiel eines solchen Koaxialresonators ist in der Vorveröffentlichung "Theory and Design of Microwave Filters", Ian Hunter, Electromagnetic Waves Series 48, Veröffentlichungsjahr 2001, Seite 197 gezeigt. Bei solchen Koaxialresonatoren handelt es sich um schmalbandige Filter mit steilen Flanken. Diese Filter sind üblicherweise metallische Guss- oder Frästeile mit Resonatorhohlräumen, die elektrisch an Metalldrähte ankoppeln. Diese herkömmlichen Koaxialresonatoren weisen den Nachteil auf, dass sie in der Herstellung relativ teuer sind und große Abmessungen aufweisen.
  • Aus dem Stand der Technik sind ferner Streifenleitungsfilter bekannt, die deutlich breitbandiger als Filter nach koaxialer Bauweise sind. Ein herkömmlicher Streifenleitungsfilter ist beispielsweise in der Vorveröffentlichung "Microstrip Filters for RF/Microwave Applications", Jia-Sheng Hong und M. J. Lancaster, Veröffentlichungsjahr 2001, insbesondere in Figur 6.5 auf Seite 170 gezeigt. Dort ist eine elektrische Leitung in Streifenleitungstechnik wiedergegeben, wobei in geringem Abstand benachbart zu dieser Leitung mehrere U-förmige Resonatoren oder gerade, d.h. streifenförmig verlaufende Resonatoren vorgesehen sind. Die gerade verlaufenden Resonatoren bzw. die Schenkel der U-förmig gebildeten Resonatoren verlaufen dabei rechtwinkelig zu der streifenleitungsförmigen Leitung. Der Seitenabstand der einzelnen Resonatoren in Richtung der Streifenleitung beträgt jeweils λ/4. Filter in Streifenleitungstechnik sind wesentlich einfacher herstellbar als Filter nach koaxialer Bauweise, jedoch sind Streifenleitungsfilter wesentlich breitbandiger.
  • Ein gattungsbildendes Hochfrequenz-Filter ist aus der EP-A-0 955 688 bekannt geworden. Dieses Filter ist so aufgebaut, dass der Filtertopf und der Innenleiter grundsätzlich auf einer Leiterplatine angeordnet sein können. Die Massefläche ist bevorzugt auf der gegenüberliegenden Seite zum Resonator vorgesehen. Anstelle der Leiterplatine kann aber auch insgesamt ein Metallstreifen verwendet werden, der als Massefläche dient. Die Besonderheit dieses Hochfrequenzfilters ist, dass der Innenleiter, der an seinem der Massefläche gegenüberliegenden Ende mit dem Topfboden galvanisch oder kapazitiv verbunden ist, an der der Leiterplatine zugewandt liegenden Seite mit Massefläche galvanisch verbunden ist, wie der Resonatortopf selbst.
  • Ein Hochfrequenzfilter ist zudem auch aus der US-A-4 996 506 bekannt geworden. Es handelt sich hierbei um ein übliches HF-Filter, welches eine oder mehrere dielektrische Resonatoren mit einem keramischen Gehäuse umfasst, welches mit einem elektrisch leitfähigen Film überzogen ist. Der Innenleiter ist dielektrisch innerhalb des Hohlraums des Resonators angeordnet, d.h. innerhalb des keramischen Gehäuses.
  • Außerhalb des Gehäuses sind die dieelektrischen Säulen mittels λ/4 Transmissionsleitungen verbunden.
  • In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die dielektrischen Innen-Säulen über Streifen-Leitungen miteinander verbunden, die außerhalb des Gehäuses verlaufen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein schmalbandiges Hochfrequenzfilter zu schaffen, welches gegenüber herkömmlichen koaxialen Hochfrequenzfiltern einfacher herstellbar ist und eine kompaktere Bauweise aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch das Hochfrequenzfilter gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter umfasst ein Substrat aus dielektrischem Material mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite, wobei auf der ersten Seite des Substrats wenigstens ein elektrisch leitender Streifenleiter aufgebracht ist. Dieser Streifenleiter ist mit wenigstens einem Resonator elektrisch gekoppelt, wobei der Resonator nicht als Streifenleiter ausgebildet ist, sondern ein Koaxialresonator mit einem Außenleitertopf und einem koaxial im Außenleitertopf angeordneten, im Wesentlichen stabförmigen Innenleiter ist. Der Außenleitertopf ist dabei galvanisch mit einer Massefläche verbunden. Der Innenleiter ist an einem ersten Ende galvanisch und/oder kapazitiv mit dem Topfboden des Außenleitertopfs verbunden, wobei eine galvanische Verbindung insbesondere bei der Ausgestaltung des Resonators als λ/4-Resonator verwendet wird und bei der Ausgestaltung des Resonators als λ/2-Resonator vorzugsweise eine kapazitive Kopplung verwendet wird. Über ein entgegengesetztes zweites Ende des Innenleiters ist der Resonator an dem wenigstens einen Streifenleiter elektrisch angekoppelt. Auf diese Weise wird ein Hochfrequenzfilter geschaffen, der in seinem Frequenzverhalten im Wesentlichen einem Koaxialfilter nach herkömmlicher Bauweise entspricht, d.h. das Filter weist ein schmales Frequenzband auf. Im Unterschied zu herkömmlichen Koaxialfiltern sind die Resonatorhohlräume jedoch nicht in metallischen Guss- oder Frästeilen ausgebildet, sondern es werden separate Resonatoren bestehend aus Außenleitertopf und Innenleiter verwendet, welche auf einfache Weise mittels der Streifenleitungstechnik an eine elektrische Leitung ankoppeln. Dieser Hochfrequenzfilter ist gegenüber herkömmlichen Koaxialfiltern wesentlich preisgünstiger herstellbar, da die einzelnen Resonatoren separat mit preiswerten Verfahren gefertigt werden können und anschließend mit einem ebenfalls separat gefertigten Streifenleiter auf einem Substrat verkoppelt werden können. Das erfindungsgemäße Hochfrequenzfilter kombiniert somit die Streifenleitungstechnik mit Resonatoren nach koaxialer Bauweise und schafft hierdurch einen Filter, der gegenüber herkömmlichen Koaxialfiltern einfacher hergestellt werden kann und darüber hinaus kompakter aufgebaut ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters ist Luft als Dielektrikum zwischen dem Innenleiter und der Seitenwand des Außenleitertopfs angeordnet. Vorzugsweise ist das Filter derart aufgebaut, dass der Resonator auf der zweiten Seite des Substrats, d. h. auf der Seite, die der Seite mit dem aufgebrachten Streifenleiter gegenüberliegt, angeordnet ist. Die Massefläche ist insbesondere eine im Wesentlichen durchgehende leitende Schicht auf der zweiten Seite des Substrats, wobei der Rand der dem Topfboden gegenüberliegenden Öffnung des Außenleitertopfs mit der leitenden Schicht galvanisch verbunden ist, insbesondere an dieser angelötet ist, wobei vorzugsweise eine Schwalllötung verwendet wird. Die leitende Schicht weist in einer bevorzugten Ausführungsform ringförmige Ausnehmungen auf, welche das dielektrische Material des Substrats freilegen, wobei der Rand der dem Topfboden gegenüberliegenden Öffnung des Außenleitertopfs um die ringförmige Ausnehmung herum angeordnet ist.
  • Das zweite Ende des Innenleiters, mit dem die Kopplung an den Streifenleiter erreicht wird, ist vorzugsweise auf dem Substrat befestigt. Ferner weist das Substrat auf der zweiten Seite vorzugsweise eine Aussparung und/oder ein Loch auf, in welches das zweite Ende des Innenleiters eingesetzt ist und insbesondere dort angelötet ist. Demgegenüber wird das erste Ende des Innenleiters vorzugsweise in eine Aussparung und/oder in ein Loch im Boden des Außenleitertopfes des Resonators eingesetzt und insbesondere dort verlötet und/oder verpresst. Der Außenleitertopf und der Innenleiter können somit separat gefertigt und erst anschließend galvanisch miteinander verbunden werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform steht ferner die Axialrichtung des Resonators im Wesentlichen senkrecht auf der ersten und/oder zweiten Seite des Substrats..
  • Der Außenleitertopf und/oder der Innenleiter können auf einfache Weise gefertigt werden. Beispielsweise kann es sich bei diesen Bauteilen um gedrehte Metallteile handeln, oder die Bauteile sind Kunststoffteile, die auf der Außen- und/oder Innenfläche metallisiert sind. Vorzugsweise ist der Resonator kapazitiv und/oder induktiv an dem wenigstens einen Streifenleiter angekoppelt, wobei der Streifenleiter beispielsweise eine mäanderförmige Struktur aufweisen kann. Insbesondere kann der Streifenleiter Verzweigungen umfassen, die einen Kreis und/oder Halbkreis und/oder einen Kreisabschnitt bilden, wobei jeweils in der Mitte das zweite Ende des Innenleiters angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der ersten Seite des Substrats eine Abdeckung vorgesehen, wobei die Abdeckung vorzugsweise wenigstens ein im Wesentlichen axial mit einem Koaxialresonator ausgerichtetes Abstimmelement zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Hochfrequenzfilters aufweist. Das Abstimmelement kann beispielsweise ein in der Abdeckung verschiebbarer metallischer Stift und/oder eine in der Abdeckung verdrehbare metallische Schraube sein.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Resonatoren in Längsrichtung neben dem Streifenleiter angeordnet, wobei die Resonatoren unterschiedliche Größen aufweisen können. Das Substrat ist vorzugsweise eine dielektrische Platte. Die Resonatoren sind insbesondere derart an dem Streifenleiter gekoppelt, dass ein Bandpassfilter und/oder ein Bandsperrfilter gebildet ist. Vorzugsweise arbeitet das Hochfrequenzfilter im Bereich der 1800 MHz-Mobilfunkfrequenz und/oder der 2000 MHz-Mobilfunkfrequenz.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 :
    eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht von oben auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochfrequenzfilters;
    Figur 2 :
    eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht von unten auf das Hochfrequenzfilter der Figur 1; und
    Figur 3 :
    eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines im erfindungsgemäßen Filter verwendeten Streifenleiters.
  • Das in Figur 1 gezeigte Hochfrequenzfilter umfasst eine dielektrische Substratplatte 1, auf deren Oberseite drei identische Koaxialresonatoren 2 angeordnet sind. Es können ggf. auch weniger oder mehr Resonatoren auf der Oberseite angeordnet sein, wobei im Falle von mehr als drei Resonatoren die Figur 1 nur einen Teilausschnitt des Filters zeigt und sich die Substratplatte mit weiteren Resonatoren in Längsrichtung fortsetzt. Der vorderste Koaxialresonator ist in Schnittansicht dargestellt. Jeder Koaxialresonator umfasst einen zylindrischen, topfförmigen Außenleiter 3, bei dem es sich beispielsweise um ein gedrehtes Metallteil handelt. Alternativ kann der Außenleiter ein Spritzgussteil sein, dessen Außen- und/oder Innenfläche geschlossen metallisiert ist. Der Außenleitertopf 3 ist mit seiner Topföffnung nach unten auf die Oberseite 1a des Substrats aufgesetzt, so dass der Topfboden 3a von der Oberseite 1a beabstandet ist. In Axialrichtung des Außenleitertopfes ist konzentrisch in seiner Mitte ein zylindrischer Innenleiterstab 4 angeordnet, welcher an seinem oberen Ende 4a in ein entsprechendes Loch im Topfboden 3a eingesetzt und dort angelötet oder verpresst ist. Zwischen Innenleiterstab und der zylindrischen Seitenwand des Außenleitertopfs ist Luft als Dielektrikum vorgesehen. Das entgegengesetzte untere Ende 4b des zylindrischen Innenleiterstabs 4 ist in eine entsprechende Öffnung 1c im Substrat 1 eingesetzt. Die Oberseite 1a des dielektrischen Substrats 1 ist im Wesentlichen durchgehend metallisiert und bildet eine Massefläche 1a' des Filters, wobei jedoch im Bereich der kreisförmigen Topföffnungen der Außenleitertöpfe 3 ringförmige Ausnehmungen 1b vorgesehen sind, welche das dielektrische Material des Substrats 1 freilegen. Der äußere Rand jeder Ausnehmung 1b schließt jeweils mit einem Rand der Topföffnung eines Außenleitertopfes ab, wobei der Rand der Topföffnung an der Außenseite der Außenleitertopfes galvanisch mit der metallisierten schicht auf dem Substrat, beispielsweise mittels Schwalllötung, verbunde ist. Auf diese Weise wird der Massekontäkt des Außenleitertopfes hergestellt. An die Innenseite der ringförmigen Ausnehmnung 1b schließt sich ein kreisförmiger metallisierter Abschnitt 1d an, in dessen Mitte sich die Öffnung 1c befindet. Auf der Unterseite 1e des Substrats 1 beindet sich eine Schutzabdeckung 5. Die Unterseite 1e wird dabei teilweise nachfolgend auch als erste Seite 1e und die Oberseite 1a teilweise auch als zweite Seite 1a bezeichnet.
  • Figur 2 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht des Filters der Figur 1 von unten. Das Gehäuse 5 ist hierbei im Schnitt gezeigt, so dass die Struktur der Unterseite 1e des Substrats 1 ersichtlich wird. Auf der Unterseite befindet sich ein Streifenleiter 6, der sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Substratplatte erstreckt. Der Streifenleiter umfasst gerade Abschnitte 6a sowie kreisförmige Verzweigungen 6b, in deren Mitte sich jeweils die Öffnung 1c befindet, in der ein Ende 4b des Innenleiterstabs 4 eingesetzt ist. Die Öffnung 1c ist hierbei auf der Seite 1e metallisiert, wobei das Metall jedoch keine Verbindung zu den kreisförmigen Verzweigungen 6b aufweist. Der Innenleiterstab wird auf der Unterseite 1e an der Öffnung 1c angelötet. Durch den in die Öffnung 1c eingesetzten Innenleiter wird somit eine kapazitive Kopplung des Koaxialresonators 2 zu dem Streifenleiter 6 hergestellt.
  • Die Abdeckung 5 umläuft den Rand der Unterseite 1e des Substrats 1, so dass die gesamte Unterseite von der Abdeckung umschlossen wird. In der Abdeckung ist ferner ein Loch 5a vorgesehen, welches mit einem darunter liegenden Resonator 2 in Axialrichtung ausgerichtet ist. In dieses Loch kann ein Abstimmelement eingesetzt werden, welches beispielsweise ein senkrecht zur Substratplatte 1 verschiebbarer metallischer Bolzen sein kann. Der Abstand dieses Bolzens zur Unterseite 1e der Substratplatte 1 kann mit dem Abstimmelement verändert werden, wodurch das Frequenzverhalten des Filters beeinflusst werden kann. Es können dabei mehr Abstimmelemente vorgesehen sein, wobei jedes Abstimmelement mit einem darunter liegenden Resonator in Axialrichtung ausgerichtet ist. Das Filter gemäß Figuren 1 und 2 wird beispielsweise als Bandsperrfilter zur Trennung der 1800 MHz-Mobilfunkfrequenz von der UMTS-Mobilfunkfrequenz im 2000 MHz-Bereich eingesetzt. Das Filter ist hierbei gegenüber herkömmlichen Streifenleitungsfiltern schmalbandiger und weist steilere Flanken auf. In seinem Frequenzverhalten entspricht das Filter somit herkömmlichen Koaxialfiltern in der Form von metallischen Fräs- bzw. Gussteilen.
  • Die in Figur 1 und 2 gezeigten Resonatoren 3 sind λ/4-Resonatoren, bei denen die Länge des Innenleiterstabs 4 einem Viertel der Wellenlänge λ entspricht. Bei diesen Resonatoren wird der Innenleiterstab 4. au seinem Ende 4a galvanisch mit dem Topfboden 3a verbunden. Es ist jedoch auch möglich, die Resonatoren 3 als λ/2-Resonatoren zu verwenden, bei denen die Länge des Innenleiterstabs 4 die Hälfte der Wellenlänge λ beträgt. In diesem Fall wird das Ende 4a des Innenleiterstabs mit dem Topfboden kapazitiv gekoppelt, beispielsweise indem das Ende 4a mit einer metallischen Scheibe verbunden wird, deren Größe im Wesentlichen der Größe des Topfbodens 3a entspricht und die von dem Topfboden beabstandet ist. Die kapazitive Kopplung wirkt bei der Resonanzfrequenz als Kurzschluss.
  • Der in Figur 2 gezeigte Streifenleiter 6 stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform dar. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Streifenleiter mäanderförmig ausgebildet ist und die kreisförmigen Verzweigungen 6b versetzt zu den geraden Abschnitten 6a angeordnet sind. Ferner müssen die Verzweigungen keinen geschlossenen Kreis bilden, sondern sie können auch nur Kreisabschnitte umfassen. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite 1e einer Substratplatte mit einer solchen alternativen Ausgestaltung des Streifenleiters. Man erkennt, dass Verzweigungen in der Form von geschlossenen Kreisen 6b sowie Verzweigungen in der Form von Kreisabschnitten 6c vorgesehen sind, wobei die Verzweigungen jeweils über Stege 6d mit geraden Abschnitten 6a eines mäanderförmigen Streifenleiters 6 verbunden sind. Konzentrisch zu den Verzweigungen 6b bzw. 6c ist jeweils die Öffnung 1c angeordnet, in die das Ende 4b des Innenleiterstabs 4 eingesetzt wird.
  • Aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist also ersichtlich, dass der elektrisch leitfähige Außenleitertopf 3 an seinem zum Topfboden 3a entfernt liegende Bereich, insbesondere an seinem offenen oberen Randbereich gegenüberliegend zum Topfboden 3a mit der Massefläche 1a, vorzugsweise am gesamten umlaufenden Rand elektrisch verbunden ist. Koaxial dazu ist der Innenleiter 4 angeordnet, der am Topfboden 3a galvanisch oder kapazitiv mit dem Topfboden verbunden ist. Die elektrische Verbindung mit dem Streifenleiter 6 erfolgt über den Innenleiter 4, d.h. im gezeigten Ausführungsbeispiel nur und ausschließlich über den Innenleiter 4. Dazu ist der Innenleiter 4 entfernt zu seinem einen Ende, an dem er galvanisch oder kapazitiv mit dem Topfboden 3a elektrisch verbunden ist mit dem Streifenleiter verbunden. Vorzugsweise ist diese zweite Verbindung an dem zum Topfboden gegenüberliegenden Ende des Innenleiters 4 mit dem Streifenleiter 6 ebenfalls galvanisch oder kapazitiv.

Claims (23)

  1. Hochfrequenzfilter, mit den folgenden Merkmalen:
    - es ist ein Substrat (1) aus dielektrischem Material mit einer ersten Seite (1e) und einer gegenüberliegenden zweiten Seite (1a) vorgesehen,
    - auf der ersten Seite (1e) des Substrats (1) ist wenigstens ein Streifenleiter (6) aufgebracht,
    - es ist wenigstens ein Resonator (2) vorgesehen, der an dem wenigstens einen Streifenleiter (6) elektrisch angekoppelt ist,
    - auf der zweiten Seite (1a) ist eine von dem Streifenleiter (6) beabstandete Massefläche (1a') vorgesehen,
    - der wenigstens eine Resonator (2) ist ein Koaxialresonator mit einem Außenleitertopf (3) und einem koaxial im Außenleitertopf (3) angeordneten, im Wesentlichen stabförmigen Innenleiter (4), der ein erstes Ende (4a) und ein zum ersten Ende (4a) entgegengesetztes zweites Ende (4b) umfasst,
    - der Außenleitertopf (3) ist galvanisch mit der Massefläche (1a') verbunden,
    - das zweite Ende (4b) des Innenleiters (4) ist an dem wenigstens einen Streifenleiter (6) elektrisch angekoppelt, und
    - der Innenleiter (4) ist an einem ersten Ende (4a) galvanisch oder kapazitiv mit dem Topfboden (3a) des Außenleitertopfes (3) verbunden,
    gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
    - der wenigstens eine Resonator (2) ist auf der zweiten Seite (1a) des Substrats (1) angeordnet, auf der die Massefläche (1a') vorgesehen ist,
    - der auf der ersten Seite (1e) vorgesehene Streifenleiter (6) ist auf der zu dem zumindest einen Resonator (2) gegenüberliegenden Seite des Substrats (1) vorgesehen, und
    - die leitende Massefläche (1a') weist wenigstens eine Ausnehmung (1b) auf, durch welche das zweite Ende (4b) des Innenleiters (4) von der Massefläche (1b) getrennt ist, wobei der Innenleiter (4) an seinem zweiten Ende (4b) entweder galvanisch oder kapazitiv und/oder induktiv mit dem Streifenleiter (6) gekoppelt ist.
  2. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleiter (6) über den Innenleiter (4) mit dem Außenleitertopf (3)elektrisch verbunden ist.
  3. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Dielektrikum zwischen dem Innenleiter (4) und der Seitenwand des Außenleitertopfs (3) vorgesehen ist.
  4. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massefläche (1a') eine im Wesentlichen durchgehende leitende Schicht auf der zweiten Seite des Substrats (1) ist und der Rand der dem Topfboden (3a) gegenüberliegenden Öffnung des Außenleitertopfs (3) mit der Massefläche (1a') galvanisch verbunden ist.
  5. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand der dem Topfboden (3a) gegenüberliegenden Öffnung des Außenleitertopfs (3) au der leitenden Massefläche (1a') angelötet ist, insbesondere mittels Schwalllötung.
  6. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (1b) in der leitenden Massefläche (1a') ringförmig ist, und dass durch die Ausnehmung (1b) das dielektrische Material des Substrats (1) freigelegt ist, wobei der Rand der dem Topfboden (3a) gegenüberliegenden Öffnung des Außenleitertopfs (3) um die ringförmige Ausnehmung (1b) herum angeordnet ist.
  7. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (4b) des Innenleiters (4) auf dem Substrat (1) befestigt ist.
  8. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) auf der zweiten Seite (1a) eine Aussparung und/oder ein sich zu der ersten Seite (1e) erstreckendes Loch (1c) aufweist, in welches das zweite Ende (4b) des Innenleiters (4) eingesetzt ist und vorzugsweise dort angelötet ist.
  9. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ende (4a) des Innenleiters (4) in eine Aussparung und/oder ein Loch im Topfboden (3a) des Außenleitertopfes (3) eingesetzt ist und vorzugsweise an dem Loch mit dem Topfboden verlötet und/oder verpresst ist.
  10. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialrichtung' des Resonators (2) im Wesentlichen senkrecht auf der ersten und/oder zweiten Seite (1e, 1a) des Substrats (1) steht.
  11. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleitertopf (3) und/oder der Innenleiter (4) ein gedrehtes Metallteil ist.
  12. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleitertopf (3) und/oder der Innenleiter (4) ein Kunststoffteil ist, das auf der Außen- und/oder Innenfläche metallisiert ist.
  13. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Resonator (2) kapazitiv und/oder induktiv an dem wenigstens einen Streifenleiter (6) angekoppelt ist.
  14. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleiter (6) zumindest teilweise eine mäanderförmige Struktur aufweist.
  15. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifenleiter (6) eine oder mehrere Verzweigungen aufweist, welche einen Kreis und/oder einen Kreisabschnitt (6c) bilden, wobei in der Mitte des Kreises und/oder des Kreisabschnittes das zweite Ende (4b) des Innenleiters (4) angeordnet ist.
  16. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung (5) auf der ersten Seite (1e) des Substrats (1) vorgesehen ist.
  17. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abdeckung (5) wenigstens ein im Wesentlichen axial mit einem Resonator (2) ausgerichtetes Abstimmelement zur Veränderung der elektrischen Eigenschaft des Hochfrequenzfilters vorgesehen ist.
  18. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstimmelement ein in der Abdeckung (5) verschiebbarer metallischer. Stift und/oder eine in der Abdeckung (5) verdrehbare metallische Schraube ist.
  19. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Resonatoren (2) in Längsrichtung neben dem Streifenleiter (6) angeordnet sind.
  20. Hochfrequenzfilter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren (2) unterschiedliche Größen aufweisen.
  21. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eine dielektrische Platte ist.
  22. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Resonator (2) derart an dem Streifenleiter (6)angekoppelt ist, dass ein Bandpassfilter und/oder ein Bandsperrfilter gebildet wird.
  23. Hochfrequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter im Bereich der 1800 MHz-Mobilfunkfrequenz und/oder der 2000 MHz-Mobilfunkfrequenz arbeitet.
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