ES2285684T3 - Filtro de alta frecuencia. - Google Patents
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Abstract
Filtro de alta frecuencia de construcción coaxial, que comprende uno o varios resonadores (R), que presentan las características siguientes: - un conductor interno eléctricamente conductor configurado como tubo (1) conductor interno; - un conductor (2) externo eléctricamente conductor; - un fondo (3) eléctricamente conductor, que une el conductor interno y el conductor (2) externo eléctricamente entre sí; - una tapa (5) que cubre el filtro de alta frecuencia con respecto al fondo (3) con un lado (5a) interno y un lado (5b) externo, señalando el lado (5a) interno hacia un extremo (1a) libre del tubo (1) conductor interno; - entre el lado (5b) externo de la tapa (5) y el extremo (1a) libre del tubo (1) conductor interno está dispuesta una capa (6) dieléctrica con una constante dieléctrica relativa superior a 2; - la extensión radial de la capa (6) dieléctrica cubre fundamentalmente la sección transversal del tubo (1) conductor interno en su extremo (1a) libre; - la capa (6) dieléctrica está dispuesta en la tapa (5); caracterizado porque - la capa (6) dieléctrica está insertada en un alojamiento en el lado (5a) interno de la tapa (5).
Description
Filtro de alta frecuencia.
La invención se refiere a un filtro de alta
frecuencia de construcción coaxial, especialmente según el tipo de
un diplexor de alta frecuencia (como por ejemplo un filtro dúplex) o
de un filtro de paso banda o un filtro supresor de banda.
En instalaciones radioeléctricas, especialmente
en el ámbito de la radiotelefonía móvil, se utiliza con frecuencia
una antena común para señales de emisión y recepción. A este
respecto las señales de emisión y recepción utilizan
respectivamente diferentes gamas de frecuencia, y la antena debe ser
adecuada para la emisión y recepción en ambas gamas de frecuencia.
Por ello, para separar las señales de emisión y recepción se
requiere un filtrado de frecuencias adecuado, con el que por un
lado puedan transmitirse las señales de emisión desde el emisor a
la antena y por el otro, puedan transmitirse las señales de
recepción desde la antena al receptor. Para la división de las
señales de emisión y recepción se utilizan hoy en día entre otros
filtros de alta frecuencia de construcción coaxial.
Por ejemplo, puede utilizarse un par de filtros
de alta frecuencia, que permitan ambos el paso de una banda de
frecuencia determinada (filtros paso banda). Alternativamente puede
utilizarse un par de filtros de alta frecuencia, que supriman ambos
una banda de frecuencia determinada (filtros supresores de banda).
Además puede utilizarse un par de filtros de alta frecuencia, de
los que un filtro deja pasar frecuencias por debajo de una
frecuencia entre la banda de emisión y la banda de recepción y
suprime frecuencias por encima de esta frecuencia (filtro paso
bajo), y el otro filtro suprime frecuencias por debajo de una
frecuencia entre la banda de emisión y la banda de recepción y
permite el paso de frecuencias que se encuentran por encima (filtro
paso alto). También pueden considerarse combinaciones adicionales a
partir de los tipos de filtro recién mencionados.
Los filtros de alta frecuencia se construyen
frecuentemente de resonadores coaxiales, dado que se componen de
partes fresadas o fundidas, con lo que son sencillos de fabricar.
Además estos resonadores garantizan una calidad eléctrica elevada
así como una estabilidad a la temperatura relativamente grande.
Un ejemplo de un filtro de alta frecuencia
coaxial conocido previamente se describe en el documento EP 1 169
747 B1. Este filtro comprende un resonador con un conductor interno
cilíndrico y un conductor externo cilíndrico, estando formada entre
un extremo libre del conductor interno y una tapa fijada sobre el
conductor externo una capacidad, que influye en la frecuencia de
resonancia. El resonador comprende además un elemento de
sintonización de material dieléctrico, con el que puede ajustarse
la frecuencia de resonancia del filtro. El elemento de
sintonización es móvil en el conductor interno del resonador, con lo
que se modifica la capacidad entre el extremo libre del conductor
interno y la tapa del resonador y con ello se varía la frecuencia de
resonancia.
Por el documento "Theory and Design of
Microwave Filters", Ian Hunter, IEE Electromagnetic Waves Series
48, sección 5.8 se conocen filtros de resonador coaxiales con una
pluralidad de resonadores individuales acoplados entre sí.
En los filtros de alta frecuencia conocidos por
el estado de la técnica ha demostrado ser desventajoso, que los
filtros con frecuencias de resonancia bajas conduzcan a un volumen
de construcción grande, lo que a su vez aumenta los costes de
material y de mecanizado. El volumen de construcción grande resulta
porque una frecuencia de resonancia baja se consigue mediante un
conductor interno largo. Si bien la frecuencia de resonancia también
puede reducirse mediante la reducción de la distancia de la tapa de
filtro con respecto al extremo libre del conductor interno, sin
embargo esto tiene el efecto no deseado, de que se reduce la
resistencia disruptiva del resonador. En el caso de distancias
demasiado reducidas entre el extremo libre del conductor interno y
la tapa se producen rápidamente debido a la tensión allí aplicada
descargas disruptivas a través de la capa de aire entre la tapa y
el extremo libre del conductor interno, lo que influye en la
transmisión de la señal y puede romper el filtro.
Un filtro que forma el concepto genérico se ha
dado a conocer por ejemplo por "Patent Abstracts of Japan Vol.
011, Nº. 343 (E-555), 10 de noviembre de 1987
(1987-11-10) & JP 62 123801 A
(MATSUSHITA ELECTRIC Ind. Co. Ltd.), 5 de junio de 1987
(1987-06-05)". A este respecto se
trata de un filtro según el preámbulo de la reivindicación 1, que
para el ajuste del filtro de alta frecuencia presenta un tornillo,
que atraviesa una tapa del filtro de alta frecuencia y que puede
desplazarse en su posición axial mediante giro. Un dieléctrico
situado orientado hacia el conductor interno está previsto en el
lado frontal del tornillo. Mediante el giro hacia dentro y hacia
fuera del tornillo se desplaza el dieléctrico en su posición
relativa con respecto al conductor interno que se encuentra por
debajo, de modo que puede modificarse la distancia formada por aire
entre el lado inferior del dieléctrico y el lado superior en el
lado frontal del tubo conductor interno y con ello, la frecuencia
de resonancia.
Por tanto, es objetivo de la presente invención
proporcionar un filtro de alta frecuencia de construcción coaxial,
que presenta una resistencia disruptiva elevada con simultáneamente
un volumen de construcción reducido.
Este objetivo se soluciona mediante las
reivindicaciones independientes de patente. En las reivindicaciones
dependientes se definen perfeccionamientos de la invención.
\newpage
El filtro de alta frecuencia según la invención
comprende un conductor interno eléctricamente conductor configurado
como tubo conductor interno, un conductor externo eléctricamente
conductor y un fondo eléctricamente conductor, que une el conductor
interno y el conductor externo eléctricamente entre sí. Además está
prevista una tapa que cubre el filtro de alta frecuencia con
respecto al fondo. La tapa presenta un lado interno y uno externo,
señalando el lado interno hacia un extremo libre del tubo conductor
interno. En el filtro de alta frecuencia está dispuesta entre en
lado externo de la tapa y el extremo libre del tubo conductor
interno una capa dieléctrica con una constante dieléctrica relativa
superior a 2. La extensión radial de la capa dieléctrica cubre a
este respecto fundamentalmente la sección transversal del tubo
conductor interno en su extremo libre. Mediante una capa
dieléctrica de este tipo se consigue debido a la elevada constante
dieléctrica un aumento de la capacidad y así una reducción de la
frecuencia de resonancia, sin aumentar el volumen de construcción.
Dado que la capa dieléctrica cubre fundamentalmente toda la sección
transversal del tubo conductor interno, se mejora además la
resistencia disruptiva entre el tubo conductor interno y la
tapa.
A este respecto la capa dieléctrica está
insertada según la invención en un alojamiento en el lado interno
de la tapa. La capa dieléctrica puede estar sujeta en el alojamiento
en una forma de realización preferida mediante arrastre de forma,
especialmente mediante un borde que sobresale por el borde de la
capa dieléctrica en el lado interno de la tapa. Alternativa o
adicionalmente al arrastre de forma la capa dieléctrica puede estar
sujeta al lado interno de la tapa mediante un medio adhesivo,
especialmente un pegamento. En una variante adicional de la
invención la capa dieléctrica termina con el lado interno de la
tapa.
En una forma de realización especialmente
preferida se utiliza como capa dieléctrica un material altamente
dieléctrico con una constante dieléctrica relativa superior o igual
a 5, preferiblemente superior o igual a 8, de manera especialmente
preferible superior o igual a 9. También pueden utilizarse
materiales con una constante dieléctrica muy superior, por ejemplo
materiales con una constante dieléctrica relativa superior o igual
a 40. La constante puede estar por ejemplo entre 40 y 80 o entre 60
y 80. Como materiales con una constante dieléctrica elevada se
utilizan para la capa dieléctrica por ejemplo materiales cerámicos,
especialmente cerámica de óxido de aluminio.
La superficie de la extensión radial de la capa
dieléctrica es preferiblemente al menos 2 veces la superficie de la
sección transversal del tubo conductor interno en su extremo libre.
Con ello se consigue una cobertura elevada del tubo conductor
interno con material dieléctrico, de modo que se garantiza una
resistencia disruptiva muy elevada.
En una forma de realización adicional la sección
transversal del tubo conductor interno es en su extremo libre
fundamentalmente circular. La extensión radial de la capa
dieléctrica también puede ser fundamentalmente circular. Si tanto
la sección transversal del tubo conductor interno en su extremo
libre como la extensión radial de la capa dieléctrica son
circulares, en una variante preferida de la invención el diámetro de
la extensión radial es al menos igual de grande que el diámetro de
la sección transversal. El diámetro de la extensión radial asciende
preferiblemente a al menos 1,5 veces el diámetro de la sección
transversal. Además el conductor externo también puede presentar
una sección transversal fundamentalmente circular, cuyo diámetro
asciende preferiblemente a al menos 2 veces el diámetro de la
extensión radial de la capa dieléctrica.
En una forma de realización adicional el filtro
de alta frecuencia presenta varios resonadores, estando prevista
una única capa dieléctrica continua, configurada al menos
parcialmente en forma de banda para todos los resonadores.
El filtro de alta frecuencia según la invención
está configurado preferiblemente de tal manera, que mediante la
configuración y el acoplamiento de los resonadores se forma un
filtro dúplex. Sin embargo también puede considerarse una
configuración como filtro paso banda o filtro supresor de banda.
A continuación se describen ejemplos de
realización de la invención mediante las figuras adjuntas.
Muestran:
la figura 1: la vista lateral de una forma de
realización de un resonador utilizado en el filtro de alta
frecuencia según la invención;
la figura 2: una vista desde arriba del
resonador de la figura 1;
la figura 3: una vista desde arriba de una
modificación del resonador de la figura 2;
la figura 4: una vista desde arriba del lado
interno de la tapa de resonador según una forma de realización de
la invención;
la figura 5: una vista desde arriba de un filtro
paso banda, en el que se utilizan varios resonadores según la
figura 3; y
la figura 6: una vista en corte a lo largo de la
línea I-I del filtro paso banda de la figura 5.
La figura 1 muestra la vista lateral de un
resonador para su uso en un filtro de alta frecuencia según la
invención. Se trata de un resonador de construcción coaxial, que se
extiende a lo largo del eje A. El resonador comprende un tubo 1
conductor interno cilíndrico eléctricamente conductor, cuyo extremo
1b inferior está insertado en un fondo 3. El fondo 3 también está
configurado de manera cilíndrica y en su borde externo está unido
con un tubo 2 conductor externo cilíndrico. Por medio del fondo 3
se crea una unión eléctricamente conductora entre el tubo 2
conductor externo y el tubo 1 conductor interno. Sobre el tubo
conductor externo se encuentra una tapa 5 con el lado 5a interno y
el lado 5b externo. En un alojamiento en el lado 5a interno está
insertado un dieléctrico 6 representado en negrita. El dieléctrico
se encuentra en frente de un extremo 1a libre del tubo 1 conductor
interno. La distancia 4 entre la tapa 5 y el extremo 1a libre del
tubo 1 conductor interno asciende habitualmente a de 3 a 4 mm y
puede reducirse hasta 0,5 mm. En la figura 1 la capa dieléctrica
termina con el lado interno de la tapa. También es posible, que la
capa dieléctrica sobresalga del lado interno de la tapa o que el
lado interno de la tapa sobresalga por la capa dieléctrica.
En el resonador de la figura 1 se produce en
caso de resonancia en el extremo 1a libre una sobreelevación de la
tensión, siendo el valor de la tensión proporcional a la potencia de
señal, con la que se carga el resonador. El lado superior del
extremo libre del tubo 1 conductor interno y el lado 5a interno de
la tapa forman un condensador de placas, cuya capacidad C_{Techo}
es directamente proporcional a la constante \varepsilon_{r}
dieléctrica relativa del material entre el condensador. En este caso
en el resonador de la figura 1 se utiliza un material 6 altamente
dieléctrico con una constante \varepsilon_{r} dieléctrica
relativa, que se encuentra claramente sobre el aire. La constante
dieléctrica relativa presenta preferiblemente valores superiores a
40. Esto significa, que la capacidad C_{Techo}, al contrario que
los resonadores habituales, es muy elevada. La capacidad
C_{Techo} representa a este respecto una capacidad paralela con
respecto al propio resonador y está relacionada con la frecuencia
de resonancia del resonador tal como sigue:
f =
\frac{1}{2\pi \sqrt{L\cdot(C +
C_{Techo})}}
En este caso, f representa la frecuencia de
resonancia del resonador, L representa la inductividad del
resonador, C representa la capacidad del resonador y C_{Techo} la
capacidad paralela descrita en el lado superior del resonador.
A partir de la fórmula anterior se obtiene, que
la frecuencia de resonancia es tanto menor, cuanto mayor sea la
C_{Techo}. Así mediante el dieléctrico 6 del resonador de la
figura 1 puede crearse un resonador con una frecuencia de
resonancia reducida. Según el estado de la técnica se consiguieron
resonadores con frecuencias de resonancia reducidas no mediante el
uso de un dieléctrico, sino mediante la reducción de la distancia
entre la tapa y el extremo libre del tubo conductor interno. Sin
embargo, la disminución de esta distancia está limitada, ya que con
esto se reduce considerablemente la resistencia disruptiva del
resonador. Para evitar este problema, en los resonadores según el
estado de la técnica se utilizan de manera alternativa tubos
conductores internos más anchos, con lo que también se reduce la
frecuencia de resonancia. Esto conduce sin embargo a un volumen
mayor del resonador y así a costes de material y mecanización
superiores. Por el contrario, con el resonador de la figura 1 puede
conseguirse una frecuencia de resonancia reducida, una resistencia
disruptiva elevada así como un volumen de construcción
reducido.
reducido.
La figura 2 muestra una vista desde arriba del
resonador de la figura 1. A este respecto puede observarse
especialmente, que el tubo 1 conductor interno así como el tubo 2
conductor externo están configurados de manera cilíndrica. Además
se obtiene la extensión radial de la capa 6 dieléctrica, cuyo borde
circular está designado en la figura 2 con 6'. Para que se de una
resistencia disruptiva elevada incluso con distancias reducidas
entre el extremo 1a libre del tubo conductor interno y la tapa 5, el
diámetro d_{1} de la capa dieléctrica es mayor que el diámetro
d_{2} de la sección transversal del tubo conductor interno. El
diámetro d_{1} asciende preferiblemente a 1,5 veces el diámetro
d_{2}. El diámetro d_{3} del tubo conductor externo es
fundamentalmente mayor que los diámetros d_{1} y d_{2}. En una
variante preferida el diámetro d_{3} es el doble de grande que el
diámetro d_{1}.
La figura 3 muestra una vista desde arriba de
una modificación del resonador de la figura 2. En el resonador de
la figura 3 el conductor 2 externo no es cilíndrico, sino
fundamentalmente cuadrado con esquinas redondeadas. La forma del
conductor 1 interno así como de la capa 6 dieléctrica sigue siendo
cilíndrica o circular. Sin embargo también puede considerarse, que
el tubo conductor interno o la capa dieléctrica presenten otras
formas, en especial también pueden estar configurados de forma
cuadrada. Sólo ha de tenerse en cuenta, que la extensión radial de
la capa dieléctrica presente al menos un tamaño, que corresponda al
área de sección transversal del tubo conductor interno.
La figura 4 muestra una vista desde arriba de
una configuración posible del lado 5a interno de la tapa 5 de la
figura 1. Para una mejor representación el lado interno de la tapa
está mostrado a rayas. Puede observarse, que un borde 5' interno de
la tapa sobresale de la capa 6 dieléctrica. Con ello se garantiza
una sujeción de la capa dieléctrica en el alojamiento de la tapa 5
por medio de arrastre de forma. Sin embargo también es posible una
pluralidad de otros mecanismos de sujeción para la sujeción de la
capa 6 dieléctrica en la tapa 5. La capa 6 dieléctrica puede estar
pegada por ejemplo en el alojamiento.
La figura 5 muestra una vista desde arriba de un
filtro paso banda, en el que se utilizan cuatro de los resonadores
de la figura 3, no estando representada la tapa de los resonadores.
Los conductores externos de los resonadores individuales están
unidos entre sí mediante diafragmas 7, de modo que se forma una
carcasa 2' circunferencial completa. Mediante las diafragmas se
consigue un acoplamiento de los resonadores, para generar la
respuesta deseada del filtro paso banda. La medida del acoplamiento
se determina por la distancia entre los resonadores así como por el
tamaño de la abertura de diafragma. La frecuencia central del filtro
paso banda es a este respecto proporcional a la longitud del tubo 1
conductor interno.
\newpage
La figura 6 muestra una vista en corte del
filtro paso banda según la figura 5 a lo largo de la línea
I-I, estando colocada la tapa del filtro paso banda
en el lado superior. Puede observarse, que una tapa 5'' continua se
apoya sobre el lado superior de la carcasa 2'. De manera análoga a
la figura 1 está prevista a su vez una capa 6 dieléctrica enfrente
del extremo 1a libre del conductor 1 interno respectivo, mediante la
que se reduce la resistencia disruptiva así como el tamaño de
construcción del filtro paso banda. De manera alternativa, puede
estar prevista una única capa dieléctrica continua en forma de una
tira, extendiéndose la tira en la dirección longitudinal de la
carcasa 2' y presentando una anchura tal, que cada uno de los tubos
conductores internos se cubre mediante la tira.
Claims (16)
1. Filtro de alta frecuencia de construcción
coaxial, que comprende uno o varios resonadores (R), que presentan
las características siguientes:
- -
- un conductor interno eléctricamente conductor configurado como tubo (1) conductor interno;
- -
- un conductor (2) externo eléctricamente conductor;
- -
- un fondo (3) eléctricamente conductor, que une el conductor interno y el conductor (2) externo eléctricamente entre sí;
- -
- una tapa (5) que cubre el filtro de alta frecuencia con respecto al fondo (3) con un lado (5a) interno y un lado (5b) externo, señalando el lado (5a) interno hacia un extremo (1a) libre del tubo (1) conductor interno;
- -
- entre el lado (5b) externo de la tapa (5) y el extremo (1a) libre del tubo (1) conductor interno está dispuesta una capa (6) dieléctrica con una constante dieléctrica relativa superior a 2;
- -
- la extensión radial de la capa (6) dieléctrica cubre fundamentalmente la sección transversal del tubo (1) conductor interno en su extremo (1a) libre;
- -
- la capa (6) dieléctrica está dispuesta en la tapa (5);
caracterizado porque
- -
- la capa (6) dieléctrica está insertada en un alojamiento en el lado (5a) interno de la tapa (5).
2. Filtro de alta frecuencia según la
reivindicación 1, caracterizado porque la capa (6)
dieléctrica está sujeta en el alojamiento mediante arrastre de
forma, especialmente mediante un borde (5') que sobresale por el
borde de la capa (6) dieléctrica en el lado (5a) interno de la tapa
(5).
3. Filtro de alta frecuencia según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la capa (6)
dieléctrica termina con el lado (5a) interno de la tapa (5).
4. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa (6)
die-
léctrica está sujeta en el lado (5a) interno de la tapa (5) mediante medios adhesivos, especialmente pega-
mento.
léctrica está sujeta en el lado (5a) interno de la tapa (5) mediante medios adhesivos, especialmente pega-
mento.
5. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
constante dieléctrica relativa de la capa (6) dieléctrica es \geq
5, preferiblemente \geq 8, de manera especialmente preferible
\geq 9.
6. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
constante dieléctrica relativa de la capa (6) dieléctrica es \geq
40, preferiblemente de entre 40 y 80, de manera especialmente
preferible de entre 60 y 80.
7. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa
(6) dieléctrica comprende material cerámico, especialmente cerámica
de óxido de aluminio.
8. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
superficie de la extensión radial de la capa (6) dieléctrica
asciende al menos a 2 veces la superficie de la sección transversal
del tubo (1) conductor interno en su extremo (1a) libre.
9. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección
transversal del tubo (1) conductor interno es en su extremo (1a)
libre fundamentalmente circular.
10. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
extensión radial de la capa (6) dieléctrica es fundamentalmente
circular.
11. Filtro de alta frecuencia según la
reivindicación 9 y 10, caracterizado porque el diámetro (d1)
de la extensión radial de la capa (6) dieléctrica corresponde a al
menos el diámetro (d2) de la sección transversal del tubo (1)
conductor interno en su extremo (1a) libre.
12. Filtro de alta frecuencia según la
reivindicación 11, caracterizado porque el diámetro (d1) de
la extensión radial de la capa (6) dieléctrica asciende a al menos
1,5 veces el diámetro (d2) de la sección transversal del tubo (1)
conductor interno en su extremo libre.
\newpage
13. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque el conductor
(2) externo es un tubo conductor externo con una sección
transversal fundamentalmente circular y el diámetro (d3) del tubo
conductor externo asciende a al menos 2 veces el diámetro de la
extensión radial de la capa (6) dieléctrica.
14. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el filtro
de alta frecuencia comprende varios resonadores (R), estando
prevista una única capa dieléctrica continua, configurada al menos
parcialmente en forma de tira para todos los resonadores (R).
15. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
resonadores (R) están configurados y acoplados de tal manera, que
se forma un filtro dúplex.
16. Filtro de alta frecuencia según una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque los
resonadores (R) están configurados y acoplados de tal manera, que se
forma un filtro paso banda o un filtro supresor de banda.
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