FI114253B - Lämpötilakompensoitu resonaattori - Google Patents

Description

114253 Lämpötilakompensoitu resonaattori

Keksintö koskee koaksiaalista resonaattorirakennetta, jossa on järjestetty lämpötila-kompensointi.

Koaksiaaliresonaattorit ovat yleisiä erilaisissa radiolaitteissa, koska niillä voidaan 5 rakentaa pienihäviöisiä ja suhteellisen suuria tehoja kestäviä suodattimia. Kun suo-dattimelta vaaditaan sähköisten ominaisuuksien pysymistä suurella tarkkuudella vakiona, kuten esimerkiksi matkaviestinverkkojen tukiasemien kanavasuodattimilta, peruskoaksiaaliresonaattorien lämpötilastabiilius ei ole riittävä. Jos ympäristön lämpötila nimittäin esimerkiksi kasvaa, koaksiaaliresonaattorin perusosat, eli sisä-10 johdin ja kotelomainen ulkojohdin pitenevät hiukan, minkä vuoksi sen resonanssi-taajuus pienenee. Virhettä aiheuttaa lisäksi häviöistä johtuva resonaattorin lämpeneminen: Mitä suurempi energia resonaattorissa on, sitä enemmän varsinkin sisä-johdin lämpenee suuremman resistanssinsa vuoksi. Tällöin neljännesaaltoresonaat-torissa ilmaväli resonaattorin avoimessa päässä pienenee, minkä vuoksi sisäjohti-15 men pään ja resonaattorikotelon kannen välinen kapasitanssi kasvaa, resonaattorin sähköinen pituus suurenee ja resonanssitaajuus pienenee.

Ennestään tunnetaan useita keinoja lämpötilan vaikutusten kompensoimiseksi resonaattorissa. Yksinkertaisin keino on järjestää sisäjohtimen pituus sellaiseksi, että koko resonaattorin piteneminen ja sisäjohtimen ja resonaattorikannen välisen ka-. . 20 pasitanssin pieneneminen aiheuttavat vastakkaiset muutokset resonanssitaajuuteen.

* Tämän menettelyn haittana on, että se käy vain pientehosovelluksiin, joissa sisäjoh- ; ” din ei lämpene enempää kuin koko rakenne. Lisäksi hyvä kompensointi edellyttää • · · '·' · käytännössä pientä ilmarakoa resonaattorin avoimessa päässä, mikä merkitsee hävi- • · öiden kasvua ja läpilyönnin vaaraa. Edellä kuvattua kompensointitapaa voidaan te-v · 25 hostaa tekemällä sisäjohdin materiaalista, jonka lämpölaajenemiskerroin on pie- nempi kuin resonaattorikotelon materiaalin. Tässäkin järjestelyssä on olemassa läpilyönnin vaara resonaattorin avoimessa päässä varsinkin suhteellisen suurilla te-hoilla. Lisäksi sisäjohtimen ja resonaattorikotelon rajapinta resonaattorin oikosul-jetussa päässä voi aiheuttaa haitallista keskeismodulaatiota, kun resonaattorissa * · 30 esiintyy useita taajuuksia.

• · · • ·

Eräs tunnettu kompensointikeino on lisätä resonaattoriin komponentti kompensoin-• # tia varten. Tällainen voi olla sisäjohtimen ja resonaattorin kannen välille kytketty kondensaattori, jonka kapasitanssin lämpötilakerroin on negatiivinen. Järjestelyllä on saavutettavissa tehokas lämpötilakompensointi, mutta haittana on nytkin läpi-

* I

114253 2 lyönnin vaara kondensaattorissa. Lisäksi haittana on rakenteen luotettavuuden pieneneminen ja valmistuskustannusten kasvu.

Julkaisusta FI 89644 tunnetaan kuvan 1 mukainen kompensointijärjestely. Kuvassa on neljännesaaltoresonaattori, johon kuuluu sisäjohdin 110, ulkojohdin 120 ja kansi 5 130. Lämpötilakompensointia varten rakenteeseen kuuluu lisäksi johtava kompen- sointilevy 140, joka on kiinnitetty resonaattorin avoimessa päässä kanteen 130. Kompensointilevyyn on ennen sen asennusta työstetty syvennys, niin että sen keskiosa on reunaosia alempana, lähempänä resonaattorin sisäjohtimen yläpäätä. Kom-pensointilevyllä 140 on pienempi lämpölaajenemiskerroin kuin kansilevyllä 130.

10 Tästä seuraa, että lämpötilan noustessa kansilevy venyttää kompensointilevyä suoremmaksi, jolloin kompensointilevyn etäisyys d sisäjohtimesta 110 kasvaa, sitä vastaava kapasitanssi pienenee ja resonaattorin sähköinen pituus pienenee. Näin tulee lämpötilan kasvun aiheuttama resonaattorin fyysinen piteneminen periaatteessa kompensoiduksi. Rakenteella ei ole vakavia haittoja. Haittana voidaan pitää 15 kompensoinnin epätarkkuutta, kun resonaattorin sisäinen ja ulkoinen lämpötila poikkeavat toisistaan.

Keksinnön tarkoituksena on vähentää mainittuja, tekniikan tasoon liittyviä haittoja. Keksinnön mukaiselle rakenteelle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty 20 muissa patenttivaatimuksissa.

• · * · ·

Keksinnön perusajatus on seuraava: Neljännesaaltoresonaattorin lämpötilakompen- : ’·· sointia varten on resonaattorin avoimessa päässä resonaattorikotelon sivuseinämiin • · _ • t j j tukeutuva kaaren muotoon jännitetty johdeliuska. Tämän lämpölaajenemiskerroin voidaan valita pienemmäksi tai suuremmaksi kuin resonaattorikotelon lämpölaa-25 jenemiskerroin. Jos se on pienempi, kaari järjestetään resonaattorin sisäjohtimeen päin. Jos taas johdeliuskan lämpölaajenemiskerroin on valittu suuremmaksi kuin kotelon, kaari järjestetään resonaattorin sisäjohtimesta poispäin. Molemmissa tapa-... uksissa lämpötilan kasvu pienentää sisäjohtimen pään ja resonaattorikotelon yläosan ;.. välistä kapasitanssia, mihin kompensointi perustuu.

t · I

• · · : 30 Keksinnön etuna on, että sen avulla voidaan lämpötilakompensoida myös suuresti * · · ‘ . j lämpötilariippuvaisia resonaattorirakenteita, koska kaaren muotoon jännitetyn kom- pensointiliuskan muodonmuutos lämpötilan funktiona on suurempi kuin jännittä-mättömän liuskan. Samasta syystä lämpötilakompensointi voidaan keksinnön mu-: kaisesti toteuttaa pienemmällä ja yksinkertaisemmalla lisäkappaleella esimerkiksi 35 julkaisussa FI 89644 esitettyyn ratkaisuun verrattuna. Lisäksi keksinnön etuna on, 3 114253 että kompensoinnin vaikutus resonaattorin Q-arvoon saadaan tekniikan tasoon verrattuna pienemmäksi, koska kompensointi ei edellytä häviöitä aiheuttavaa pientä ilmaväliä. Edelleen keksinnön etuna on, että kompensointi on tarkempi tilanteissa, joissa resonaattorin sisäinen ja ulkoinen lämpötila poikkeavat toisistaan. Edelleen 5 keksinnön etuna on, että resonaattorin sisä- ja ulkojohdin voidaan valmistaa yhtenäiseksi kappaleeksi, mikä eliminoi keskeismodulaation mahdollisuuden oikosulje-tussa päässä ja vähentää valmistuskustannuksia. Edelleen keksinnön etuna on kom-pensointiliuskan suhteellisen yksinkertainen asennus, mikä osaltaan pienentää läm-pötilakompensoinnin aiheuttamia lisäkustannuksia.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkkiä tekniikan tason mukaisesta lämpötilakompensoinnista, kuva 2 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta lämpötilakompensoinnista, kuva 3a esittää kuvan 2 rakennetta ylhäältä päin nähtynä, ja 15 kuvat 3b-e esittävät keksinnön eräitä muita suoritusmuotoja.

Kuva 1 selostettiin jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

» · ’ Kuvassa 2 on esimerkki keksinnön mukaisesta kompensointirakenteesta. Siinä on . neljännesaaltoresonaattori 200 edestä aukileikattuna. Resonaattoriin 200 kuuluu si- ;· ; säjohdin 210 ja kotelomainen ulkojohdin 220. Näiden muodostama siirtojohto on ’· 20 yläpäästään avoin ja alapäästään oikosuljettu pohjalevyllä 205. Sanat “yläpää“ ja ' · ‘ 1 “alapää“ viittaavat tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa resonaattorin kuvan · 2 mukaiseen asentoon, eikä niillä ei ole tekemistä laitteen käyttöasennon kanssa.

Kuvan 2 resonaattorille ei ole piirretty johtavaa kantta, jollainen on käytännössä ·:1: hyödyllinen resonaattorin sähköiseksi lyhentämiseksi ja säteilemällä tapahtuvien 25 häviöiden pienentämiseksi. Lämpötilakompensointia varten resonaattorin 200 avoimen pään puolella on johdeliuska 240. Tämä on kiinnitetty päistään galvaani- * I · ·;;; sesti tässä esimerkissä resonaattorikotelon vastakkaisiin seinämiin 221 ja 222. Joh- • · ·;·1 deliuska eli kompensointiliuska 240 on pituussuunnassaan vaakasuuntainen, ja le- veyssuunnassaan tässä esimerkissä pystysuuntainen eli sisäjohtimen 210 akselin ....: 30 suuntainen. Olennaista on, että johdeliuskan pituus on vähän suurempi kuin seinä- 4 114253 mien 221 ja 222 välimatka, minkä vuoksi se asennuksen jälkeen jännittyy kaarelle. Kaaren suunta on kuvan 2 esimerkissä sisäjohtimesta 210 poispäin. Lämpötilakom-pensointi vaatii tällöin, että johdeliuskalla 240 on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin resonaattorikotelolla 220. Oletetaan, että lämpötila nousee, jolloin resonaattori 5 laajenee kaikissa suunnissaan. Pituus- eli pystysuuntainen laajeneminen aiheuttaa resonanssitaajuuden pienenemisen. Vaakasuuntainen laajeneminen merkitsee seinämien 221 ja 222 välimatkan suurenemista. Kuitenkin johdeliuskan 240 pituus liuskan suuremman lämpölaajenemiskertoimen vuoksi suurenee enemmän kuin seinämien 221 ja 222 välimatka, minkä vuoksi liuska 240 kaartuu lisää sisäjohtimesta 10 210 poispäin. Tämä aiheuttaa sisäjohtimen yläosan ja resonaattorikotelon välisen kapasitanssin pienenemisen, mistä puolestaan seuraa resonaattorin sähköisen pituuden pieneneminen ja resonanssitaajuuden kasvu. Liuskan 240 mittojen ja lämpölaajenemiskertoimen sopivalla valinnalla resonanssitaajuus saadaan lämpötilasta riippumattomaksi. Haluttaessa voidaan järjestää myös ali- tai ylikompensointi.

15 Keksinnön mukaisen, kaarelle jännitetyn kompensointiliuskan muodonmuutos lämpötilan funktiona on suhteellisen suuri. Tästä seuraa, että liuskan ei tarvitse olla kovin leveä, eikä kovin lähellä sisäjohdinta riittävän kompensointivaikutuksen aikaansaamiseksi. Mitä suurempi ilmarako on, ja mitä pienempi on kompensointielement-ti, sitä pienemmiksi jäävät suurtaajuisten virtojen aiheuttamat resistiiviset häviöt 20 kompensointielementissä.

: Kuvassa 2 on näkyvissä myös johdeliuskan 240 toisen pään kiinnitys 250 seinä- .' mään 221. Se voi olla esimerkiksi juotos tai hitsaus. Kiinnityksen varmentamiseksi ; " seinämään 221 voi ensin olla työstettynä kolo. Yksinkertaisimmassa tapauksessa y : kiinnitystä varten on pelkät kolot, joissa johdeliuska pysyy jännitysvoiman avulla.

» · · 25 Kuvassa 3a on kuvaa 2 vastaava rakenne päältä nähtynä. Siinä on sisäjohdin 310, ulkojohdin 320 ja kompensointiliuska 341. Liuskalle 341 on katkoviivoilla piirretty korkeampaa lämpötilaa vastaava laajempi asentoja matalampaa lämpötilaa vastaava ... suppeampi asento.

* · # · · v ’ Kuvassa 3b on muuten samanlainen rakenne kuin kuvissa 2 ja 3a, mutta kompen- : 30 sointiliuska 342 kaartuu siinä resonaattorin sisäjohdinta kohti. Lämpötilakompen- » · · 1 fj sointi vaatii tällöin, että liuskalla 342 on pienempi lämpölaajenemiskerroin kuin • · . resonaattorikotelolla. Lämpötilan noustessa koko resonaattori ja kompensointiliuska 342 laajenevat, jälkimmäinen kuitenkin vähemmän. Tällöin liuskan 342 ja sisäjoh-: t # \: timen välinen etäisyys d kasvaa, kuten edellä kuvatuissakin tapauksissa.

5 114253

Kuvassa 3c on muuten samanlainen rakenne kuin kuvissa 2 ja 3a, mutta kompen-sointiliuska 343 ulottuu siinä resonaattorikotelon nurkasta vastakkaiseen nurkkaan. Liuskan kaarevuus on järjestetty sellaiseksi, että etäisyys sisäjohtimesta on sopiva.

5 Kuvassa 3d on muuten samanlainen rakenne kuin kuvissa 2 ja 3a, mutta siinä on kaksi kompensointiliuskaa 344 ja 345: Liuska 344 on samanlainen kuin kuvan 3a liuska 341, ja liuska 345 on samanlainen kuin kuvan 3b liuska 342. Liuskat 344 ja 345 ovat eri puolilla sisäjohtimen yläosaa.

Edellä on kuvattu eräitä keksinnön mukaisia resonaattorin lämpötilakompensointi-10 rakenteita. Keksintö ei rajoitu juuri niihin. Kompensointiliuskan sijoituspaikka, asentoja yksityiskohtainen muoto voi vaihdella. Keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin itsenäisen patenttivaatimuksen 1 asettamissa rajoissa.

• · « · • · r · · > · · * » · * * · >111« • · * ·

Claims (7)

114253

1. Lämpötilakompensoitu resonaattori, joka käsittää sisäjohtimen ja ulkojohti-men, joiden muodostama johto on alapäästään oikosuljettu ja yläpäästään avoin, ja joka resonaattori käsittää lisäksi ainakin yhden rakenneosan lämpötilakompensoin- 5 tia varten, tunnettu siitä, että mainittu rakenneosa on yksittäinen kaaren muotoon jännitetty johdeliuska (240; 341; 342; 343; 344; 345), -joka on päistään kiinnitetty mainittuun ulkojohtimeen (220; 320), -jonka leveyssuunta on olennaisesti sama kuin resonaattorin sisä- ja ulkojohtimen pituussuunta ja 10 -jolla on olennaisesti eri lämpölaajenemiskerroin kuin mainitulla ulkojohtimella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että mainitun johde-liuskan (240; 341; 343; 344) lämpölaajenemiskerroin on suurempi kuin mainitun ulkojohtimen lämpölaajenemiskerroin, ja mainittu johdeliuskan kaari on poispäin resonaattorin sisäjohtimesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että mainitun johde- liuskan (342; 345) lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin mainitun ulkojohtimen lämpölaajenemiskerroin, ja mainittu johdeliuskan kaari on resonaattorin sisä-johtimeen päin.

: 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että mainittu johde- , ’ 20 liuskan kiinnitys (250) ulkojohtimeen on järjestetty juottamalla. > 1

· ·,· · 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että mainittujohde- : t'. i liuskan kiinnitys (250) ulkojohtimeen on järjestetty asettamalla johdeliuska ulkojoh- : ’; ’: timeen tehtyihin koloihin. * 1 · * » » • 1

· * 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, jossa mainittu ulkojohdin on poikki- 25 leikkaukseltaan suorakulmio, tunnettu siitä, että mainitun johdeliuskan kiinnitys- » 1 · • 1 · · kohdat ovat ulkojohtimen vastakkaisilla seinämillä.

*. 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rakenne, jossa mainittu ulkojohdin on poikki- ·;;; leikkaukseltaan suorakulmio, tunnettu siitä, että mainitun johdeliuskan (343) kiin- ‘ 1 nityskohdat ovat ulkojohtimen vastakkaisissa nurkissa. » t · • · · • · · · 114253