FI84674C - Helix-resonator. - Google Patents

Description

1 84674

Helix-resonaattori - Helix-resonator

Esillä oleva keksintö koskee helix-resonaattorin säätöä.

5

Helix-resonaattorin käyttö virityselementtinä on hyvin tunnettua ja sitä käytetään laajasti suurtaajuusalueen, etenkin 100-1000 Mhz, suodattamissa. Tällaiset resonaattorit käsittävät induktiiviset elementit, jotka ovat lieriökelaksi 10 kierretty johdin ja sitä etäisyyden päässä ympäröivä metallinen kotelo. Kelan matalaimpedanssinen (maadoitettu) pää voi olla yhdistetty suoraan metalliseen koteloon. Tämä tapahtuu käytännössä niin, että lieriökelaksi kierrettävä johdin on tässä päässä jonkin matkaa suora ja suunnilleen 15 kohtisuorassa resonaattorin kotelon päätypintaa vastaan, jolloin ensimmäinen lieriökelan kierros on siis tämän suoran jalan määräämällä etäisyydellä kotelon päätypinnasta. Kelan vastakkainen, korkeaimpedanssinen pää on erillään kotelosta kytkeytyen siihen kapasitiivisesti. Resonaattori voidaan 20 liittää sähköisesti muuhun suodatinpiiriin joko siten, että matalaimpedanssista päätä ei yhdistetä koteloon, vaan siihen liittyy kotelosta eristetty liitäntäjohdin tai että tiettyyn kohtaan helix-resonaattoria juotetaan liitäntäjohdin, joka viedään kotelosta eristettynä kotelon ulkopuolelle. Tämä 25 kytkentäkohta määrää resonaattorin impedanssitason, joten tämän kohdan valinnalla voidaan resonaattori sovittaa muuhun piiriin. Tätä sovitustapaa, jossa kytkentäkohta muodostaa väliulosoton resonaattorin kelasta, nimitetään tapitukseksi ja tätä kohtaa nimitetään tapituskohdaksi. Tapituskohta 30 voidaan määrittää kokeellisesti tai laskennallisesti ja se on tavallisesti kelan ensimmäisellä kierroksella. Helix-resonaattorin resonanssitaajuus on funktio kelan fysikaalisista dimensioista, kapasitiivisesta rakenteesta ja korkea-impedanssisen pään ja kotelon välisestä etäisyydestä. Tämän 35 takia määrätyn taajuusalueen resonaattorin aikaansaamiseksi sen valmistuksessa vaaditaan tarkka ja täsmällinen rakenne.

2 84674

Patentista FI-78198 on tunnettu helix-resonaattori, jossa resonaattorikela on tuettu eristelevyllä, jolloin osaan eristelevyä on sijoitettu liuskajohdoista muodostettu sähköinen piiri, johon resonaattori on kytketty sähköisesti.

5 Tapa valmistaa tapituskohdaltaan tarkka ja toistettavissa oleva helix-resonaattori on esitetty patenttihakemuksessa FI-884953. Siinä rakenne on osin sama kuin patentin FI-78198 mukaisessa resonaattorissa, mutta eristelevyn pinnalla on mikroliuskajohdin tietyllä kohdalla, jolloin liitettäessä 10 kela eristelevyyn se kytkeytyy aina samalla kohdalla mikro-liuskaan. Mikroliuskajohdin voidaan viedä ulos resonaattorista suoraan tai se voi liittyä patentin FI-78198 mukaiseen tukena toimivan eristelevyn sähköiseen piiriin.

15 Helix-resonaattoreita käyttävässä suodattimessa, jollainen on esim. dupleksisuodatin, tarvitaan viritystä, jotta suodatin saadaan täyttämään vaadittavat spesifikaatiot. Pääasiassa viritys on tapahtunut tähän asti muuttamalla resonaatto-reiden taajuutta. Resonanssitaajuuden säätämiseksi on ole-20 massa useita eri tapoja ja resonaattori voidaankin varustaa säätöelimellä taajuuden säätämiseksi tuotteen virityksen yhteydessä. Tällaisia säätöelimiä ovat esimerkiksi kapasi-tiiviset säätöelimet, joissa korkeaimpedanssisessa päässä kelalle kierretty johdin päättyy pieneen metallilevyyn tai 25 vastaavaan, joka on yhdensuuntainen kotelon päätypinnan kanssa, mutta etäisyyden päässä siitä. Kotelon päädyssä on ruuvi, jota ulkoapäin kiertämällä voidaan vaikuttaa metalli-levyn ja ruuvin väliseen etäisyyteen ja siten resonaattorin hajakapasitanssiin ja siis resonanssitaajuuteen. Vastaavasti 30 induktiivisessa säädössä liikutetaan kelan sisällä metalli-palaa vaikuttaen siten kelan induktanssiin ja sitä kautta resonanssitaajuuteen.

Suodatinta ei aina kuitenkaan saada viritettyä edellä maini-35 tuilla säätötavoilla niin, että se täyttää spesifikaatiot ja tällöin se joudutaan hylkäämään. Tällöin voitaisiin ajatella tapituksen säätämistä virityksen säätöalueen laajentamiseksi, mutta koska tapituskohta on erittäin hankala 3 84674 valmistaa säädettäväksi, ei tällaista säätöä ole käytetty. Resonaattorin kaistanleveyden säätäminen on samoin ollut tähän asti lähes mahdotonta ja tilanteissa, joissa resonaat-toreiden kaistanleveyttä jouduttaisiin säätämään suodatti-5 men saamiseksi vireeseen, on resonaattori jouduttu säätökei-nojen puuttuessa hylkäämään. Tämä hylkäyksien määrä nostaa luonnollisesti valmistuskustannuksia.

Esillä oleva keksintö esittää tavan, jolla helix-resonaatto-10 rin kaistanleveyttä voidaan yksinkertaisella tavalla kasvattaa tai pienentää resonanssitaajuuden muutoksen ollessa vain vähäinen ja kompensoitavissa perinteisin tavoin.

Keksinnölle on tunnusomaista, että maatason etäisyys helix-15 resonaattorin kelan matalaimpedanssisen pään suorasta jalasta tai tapituskohtaan liitetystä mikroliuskajohtimesta on säädettävissä.

Keksintö perustuu siihen oivallukseen, että ei muuteta 20 tapituskohtaa eli siis kohtaa kelassa, josta liitäntä resonaattorin ulkopuolelle tapahtuu, vaan muutetaan resonaattorin impedanssia tapituskohdassa muuttamalla maatason etäisyyttä jalkaan nähden tai muutetaan tapituskohdan impedanssia vaikuttamalla tapituskohdan liuskajohdon suuntaan 25 näkemään impedanssiin muuttamalla maatason etäisyyttä siitä. Lähentämällä maatasoa jalkaan nähden lyhenee tapituskohdan sähköinen etäisyys maatasosta eli tapitus laskee. Tämä pienentää kaistanleveyttä. Kun taas maatason etäisyyttä loitonnetaan kelan jalasta, kasvaa tapituksen etäisyys 30 maatasosta ja samalla resonaattorin kaistanleveys kasvaa. Vastaava ilmiö tapahtuu muutettaessa maatason etäisyyttä tapituskohtaan liitetystä mikroliuskajohtimesta. Maatason etäisyyden säätö tapahtuu yksinkertaisesti siten, että koska resonaattorin kotelo on maatasossa, muutetaan kotelon seinä-35 män ja jalan tai kotelon seinämän ja mikroliuskan välimatkaa esimerkiksi painamalla kotelon seinämää jalan tai mikro-liuskan kohdalla siihen päin tai meistämällä kotelon seinämään laippa, jota voidaan taivuttaa jalan tai mikroliuskan 4 84674 suuntaan tai siitä poispäin. Voidaan myös konstruoida erillinen maatasossa oleva säätöosa, jonka etäisyyttä kelan jalasta tai mikroliuskasta voidaan sopivalla välineellä muuttaa.

5

Keksintöä selostetaan tarkemmin käyttäen esimerkkinä maa-tason ja resonaattorin jalan välistä säätöä ja viittaamalla oheisiin kuviin, jotka esittävät: kuva 1 leikkaus pystytasossa resonaattorista, jossa säätöosa 10 on kotelon seinämään meistetty laippa, kuva 2 leikkaus kuvan 1 resonaattorista vaakatasossa pitkin linjaa I-I, kuva 3 leikkaus pystytasossa resonaattorista, jossa säätöosa on kotelon seinämään tehty lommo, 15 kuva 4 leikkaus pystytasossa resonaattorista, jossa käytetään erillistä säätöosaa, kuva 5 dupleksisuodattimen rx-haaran dupleksiväli ennen säätöä, ja kuva 6 dupleksisuodattimen rx-haaran dupleksiväli keksinnön 20 mukaisen säädön jälkeen.

Kuvan 1 resonaattorirakenne käsittää lieriömäisen metallisen tai metallilla päällystetyn kotelon 1, joka joka puolelta ympäröi spiraalin muotoon kierrettyä johdinta, joka rauodos-25 taa helix-resonaattorin kelan 2. Kela on liitetty ns. mata-laimpedanssisesta päästään kotelon 1 päätyyn kelan suoran osuuden kautta, joka muodostaa resonaattorin jalan 4. Liitäntä muuhun ympäristöön tapahtuu kelaan 2 juotetun johtimen 3 avulla, joka voi olla kelan tukemiseen käytetyn eristele-30 vyn (ei esitetty) sähköiseen piiriin liitetty mikroliuska-johdin. Tätä järjestelyä nimitetään tapitukseksi. Yläpäästä eli korkeaimpedanssisesta päästä kela 2 on avoin ja muodostaa kapasitiivisen kytkennän resonaattorikotelon päähän.

Kela 2 voi olla tuettu, kuten edellä on mainittu, sen sisäl-35 le asetetulla eristelevyllä, joka puolestaan on tuettu koteloon 1 tai tuenta voidaan järjestää muullakin tunnetulla tavalla. Resonaattorin kotelo 1 voi olla luonnollisesti poikkileikkaukseltaan myös nelikulmio tai muu muoto ja 5 84674 samoin yhteisen pitkänomaisen kotelon sisällä voi olla useita resonaattorikeloja, jotka on erotettu toisistaan metallisin väliseinin. Kaikki erilaiset rakenteet ovat mahdollisia tämän keksinnön yhteydessä, eivätkä ne millään 5 tavalla rajoita keksintöä. Liitettäessä resonaattori sähköiseen kytkentään sen kotelo 1 maadoitetaan. Resonaattorikote-loon 1 sen alaosaan jalkaa 4 vastapäätä on meistetty esim. U-muotoinen viilto, jonka yksi reuna voi yhtyä kotelon 1 alareunaan. Tällöin muodostuu laippa 5, jota voidaan re-10 sonaattoria viritettäessä taivuttaa kuvan 2 mukaisesti kohti jalkaa 4 sopivalla työkalulla, esim. ruuvimeisselillä. Koska laippa 5 on muodostettu maadoitetun kotelon 1 seinämästä, merkitsee se siis sitä, että laipan 5 etäisyyttä jalasta 4 säätämällä säädetään maatason etäisyyttä jalasta ja tällöin 15 vaikutetaan impedanssiin tapituksen kohdalla.

Vaihtoehtoinen suoritusmuoto on esitetty kuvassa 3. Siinä maatason etäisyyttä resonaattorin jalasta 4 säädetään aiheuttamalla sopivalla työkalulla lommo 6 resonaattorin kotelon 20 1 seinämään jalan 4 kohdalla. Seinämä voi tällä kohdalla olla ohennettu, niin että lommo 6 syntyy helpommin vain painamalla. Koska resonaattori on täysin umpinainen, voidaan seinämään tehdä väriaineella tms. tavalla merkintä defor-maatiokohdasta, jotta osataan painaa lommo juuri oikeassa 25 kohdassa. On selvää, että tämä tapa ei ole kovin hyvä, sillä lommon syvyys on hyvin vaikea aikaansaada juuri sopivaksi.

Kolmas suoritusmuoto on esitetty kuvassa 4. Siinä käytetään erillistä säätöosaa 7, joka voi olla metallilevy tai jalan 30 4 suuntainen metallilanka. Säätöosa 7 on kiinnitetty väli neeseen 8, joka on esimerkiksi ruuvi, joka kulkee kotelon 1 seinämään jalan 4 kohdalle tehdyn reiän lävitse. Nyt ruuvia kiertämällä voidaan säätää levyn tai langan 7 etäisyyttä jalasta 4, ja koska levy tai lanka 7 on maadoitettu 35 välineen 8 kautta, vaikutetaan näin tapituksen sähköisiin ominaisuuksiin. Tällä säätöosalla saavutetaan hyvin tarkka säätö. Yksinkertaisessa muodossa säätöosa 7 voi käsittää pelkän ruuvin 8, jonka paksuuden tulee olla riittävä. Tämä 6 84674 vaihtoehto on kuvan 1 ohella edullinen, koska se on halpa ja helppo aikaansaada kotelon 1 valmistuksen yhteydessä.

Edellä esitetyllä tavalla saadaan helix-resonaattorin viri-5 tysominaisuuksia merkittävästi laajennettua nykyisiin ratkaisuihin verrattuna. Erityisesti ratkaisu, jossa säätöosa on resonaattorin kotelon seinämästä meistetty laippa, on yksinkertainen, halpa ja valmistusteknisesti edullinen. Keksinnön mukaisella tavalla voidaan siis muuttaa tapitus-10 kohtaa molempiin suuntiin, ts. viemällä maadoitettu säätöosa lähemmäs resonaattorin jalkaa, laskee tapitus ja resonaattorin ominaisimpedanssi kasvaa tapituskohdassa. Tämän seurauksena kaistanleveys pienenee. Vastaavasti viemällä säätöosa kauemmas jalasta tapitus nousee ja ominaisimpedanssin laskun 15 myötä kaistanleveys kasvaa. Kokeellisesti on todettu, että keksinnön mukainen säätötapa vaikuttaa resonaattorin kaistanleveyteen useita megahertsejä riippuen taajuusalueesta.

Kuvassa 5 on esitetty mittaustulos erään dupleksisuodattimen 20 rx-haaran dupleksivälistä käytettäessä resonaattoreita, joissa ei ole keksinnön mukaista säätömahdollisuutta. Lähetystaajuudella vaimennuksen tulee olla pieni ja vastaanotto-taajuudella suuri ja näiden päästö- ja vaimennushuippujen välin on oltava asianomaisten spesifikaatioiden mukainen.

25 Tässä esimerkissä dupleksivälin olisi oltava mahdollisimman tarkasti 34 MHz. Kuvasta nähdään, että käytettäessä perinteisiä keinoja on käytetyillä komponenteilla saatu dupleksi-väliksi 36,3 MHz.

30 Käytettäessä keksinnön mukaista maatason ja resonaattorike-lan jalan välisen etäisyyden säätöä on dupleksiväliksi saatu kuvan 6 mukaisesti helposti ja nopeasti 34,1 MHz, joka on riittävä. Tällöin suodatinta ei tarvitse hylätä, kuten jouduttaisiin tekemään käytettäessä perinteisiä helix-35 resonaattoreita.

Keksinnön mukaista tapaa voidaan soveltaa minkä tahansa tyyppisen helix-resonaattorin yhteydessä, jossa on tapitus 7 84674 tai kelassa suora jalkaosa. Samaa periaatetta voidaan soveltaa myös tapauksiin, joissa säädetään maatason etäisyyttä jostain muusta tapituskohdasta ulkoiseen piiriin päin olevasta kohdasta, esim. resonaattorin tuentaan käytettyyn 5 eristelevyyn sijoitetun sähköisen piirin komponentista.

Claims (6)

8 84674

1. Viritettävä helix-resonaattori, joka käsittää maatasona toimivan metallisen tai metalloidun kotelon (1), joka ympäröi ainakin yhtä spiraalinmuotoista kelaa (2), jonka toinen 5 pää muodostaa suoran jalan (4) ja toinen pää on avoin ja etäisyydellä kotelosta, jolloin resonaattori on kytkettävissä sähköiseen piiriin kelaan (2) kytketyn johtimen (3) avulla, tunnettu siitä, että siinä on maatasossa oleva säätöosa (5, 6, 7), jonka etäisyyttä resonaattorin jalasta 10 (4) tai johtimesta (3) voidaan säätää.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen helix-resonaattori, tunnettu siitä, että säätöosa on kotelon (1) seinämästä jalan (4) tai johtimen (3) kohdalla meistämällä muodostettu 15 laippa (5), jota voidaan taivuttaa jalkaa (4) tai johdinta (3) kohti ja siitä poispäin.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen helix-resonaattori, tunnettu siitä, että säätöosa on kotelon (1) seinämään jalan 20 (4) tai johtimen (3) kohdalla aikaansaatu jalkaa (4) tai johdinta (3) kohti oleva painauma (6).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen helix-resonaattori, tunnettu siitä, että kotelon (1) seinämävahvuus säätöosan 25 (6) kohdalla on heikennetty ja/tai tämä kohta on merkitty.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen helix-resonaattori, tunnettu siitä, että säätöosa on maadoitettu metallilevy tai jalan (4) tai johtimen (3) suuntainen lanka (7), jonka 30 etäisyyttä jalasta (4) tai johtimesta (3) voidaan säätää välineellä (8).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen helix-resonaattori, tunnettu siitä, että säätöosa on kotelon (1) seinämän lä- 35 päisevä jalan (4) tai johtimen (3) kohdalla oleva ruuvi tai tanko (8), jonka kärjen etäisyyttä jalasta (4) tai johtimesta (3) voidaan säätää kiertämällä tai työntämällä/-vetämällä mainittua ruuvia tai tankoa (8). 9 84674