FI88830B - Comb-line-hoegfrekvensfilter - Google Patents

Description

1 0 O <* 7 ' o t ‘ o

Comb-Line-suurtaajuussuodatin

Keksinnön kohteena on Comb-Line-suurtaajuussuodatin tai vastaava, joka käsittää sähköä johtavasta materiaalis-5 ta valmistetun pitkänomaiseen kotelon, jonka sisään on oleellisesti yhtenäiseen ilmatilaan sijoitettu ennalta määrätyin välimatkoin jonoon sähköä johtavasta materiaalista valmistettuja johdintankoja, joista kukin on toisesta päästään oikosuljettu koteloon ja toisesta päästä siitä 10 erillään, niin että kukin johdintanko muodostaa kotelon kanssa ilmaeristeisen koaksiaaliresonaattorin.

Comb-Line-suodattimille on tyypillistä, että resonaattorit on sijoitettu jonoon peräkkäin siten, että resonaattorien väliset kytkennät muodostuvat suoraan resonaat-15 torien välisistä induktiivisista ja kapasitiivista kytkennöistä ilman erillisiä kytkentäelementtejä. Tämän ansiosta Comb-Line-suodatinrakenteilla päästään yleensä yksinkertaisempiin ja kooltaan pienempiin rakenteisiin kuin tavanomaisilla, toisistaan erotetuilla resonaattoreilla toteu-20 tetuilla suodatinrakenteilla, joissa resonaattorien väli set kytkennät on toteutettu esimerkiksi erillisillä keloilla. Comb-Line-suodattimia voidaan toteuttaa koaksiaa-liresonaattoreilla toteutettuina suodattimina, joissa re-. - sonaattorien ja niitä ympäröivän sähköä johtavan vaipan :25 välissä on väliaineena ilma.

FI-patenttihakemuksessa 906215 on esitetty eräs Comb-Line -suodatin, jossa väliaineena on ilma, ts. ilma-eristeinen suodatin. Tässä suodattimessa resonaattorit muodostuvat sähköä johtavista johdintangoista, jotka on 30 samaan sähköä johtavan kotelon rajoittamaan yhtenäiseen tilaan. Kotelo muodostaa resonaattoreille yhteisen vaipan ja muodostaa kunkin resonaattorin kanssa koaksiaaliresonaattorin.

Nykyisin suurtaajuussuodattimien sähköisiä ominai-35 suuksille asetetaan hyvin tiukkoja vaatimuksia samalla

2 o C G 3 O

kuitenkin edellyttäen yhä pienempää kokoa ja alhaisempia valmistuskustannuksia. Koaksiaaliresonaattoreilla toteutetuissa suodattimissa pyritään esimerkiksi saamaan paras mahdollinen Q-arvo ja pienimmät häviöt käyttämällä koak-5 siaaliresonaattorin vaipan ja resonaattorin halkaisijoiden suhteena laskettua teoreettista optimiarvoa 3,6 sekä vaipan ja resonaattorin materiaaleina mahdollisimman pienihä-viöisiä (hyvin sähköä johtavia) materiaaleja, kuten kupa-rivaippaa ja hopealla pinnoitettuja resonaattoreita (vrt. 10 ’’Microwave filters, impedance matching networks, and coupling structures", G. Matthaei, L. Young, E.M.T. Jones, Artech House Books, Dedham, MA, USA, s. 165-168) . Tällaiset materiaalit ovat kuitenkin suhteellisen kalliita, mikä nostaa suodattimien valmistuskustannuksia. Näin joudutaan 15 jatkuvasti tekemään kompromisseja suodattimen koon, ominaisuuksien ja valmistuskustannusten välillä.

Keksinnön päämääränä on pienentää koaksiaaliresonaattoreilla toteutetun ilmaeristeisen Comb-Line-suodatti-men kokoa ja/tai kustannuksia ilman että huononnetaan säh-20 köisiä ominaisuuksia.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä Comb-Line-suurtaajuussuodattimella, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että kussakin koaksiaalireso-naattorissa vaipan ja johdintangon halkaisijoiden suhde on 25 alueella noin 2,8 - 3,3.

Keksintö perustuu keksijän yllättävään havaintoon, että Comb-Line-suodattimissa yleisesti parhaana pidetty laskennallinen teoreettinen koaksiaaliresonaattorin vaipan ja resonaattorin halkaisijoiden suhde 3,6 ei annakaan suo-30 dattimelle parasta Q-arvoa, vaan huomattavasti parempia Q- arvoja saavutetaan tätä teoreettista suhdetta pienemmillä arvoilla, jotka ovat suurinpiirtein alueella 2,8-3,3. Tämä johtuu ilmeisesti resonaattorien keskinäisvaikutuksesta Comb-Line-tyyppisessä suodattimessa. Käyttämällä keksinnön 35 mukaisella alueella olevaa suhdetta saavutetaan ainakin 3 β δ C 3 Ο seuraavia etuja: -aikaisemmin suhteella 3,6 toteutettujen ilmaeris-teisten suodattimien sähköisiä ominaisuuksia voidaan parantaa kasvattamatta suodattimen kokoa tai käyttämättä 5 parempia materiaaleja.

-aikaisemmin suhteella 3,6 toteutettujen ilmaeris-teisten suodattimien sähköiset ominaisuudet voidaan saavuttaa huonommilla ja halvemmilla materiaaleilla.

-aikaisemmin suhteella 3,6 toteutettujen ilmaeris-10 teisten suodattimien sähköiset ominaisuudet voidaan saa vuttaa pienempikokoisella suodattimena käyttämättä parempia materiaaleja.

Toisin sanoen keksinnön avulla voidaan hyvin yksinkertaisella tavalla vaikuttaa vaikuttaa ilmareisteisen 15 suodattimen ominaisuuksiin, hintaan ja kokoon.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin suo-ritusesimerkin avulla viitaten piirrokseen, jossa kuvio 1 esittää kaavamaisena poikkileikkauskuvana erään keksinnön mukaisen kaistanpäästösuodattimen mekaa- 20 nista rakennetta, ja kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen kaistanpäästösuodattimen ylhäältä nähdyn poikkileikkauskuvan, joka on otettu pitkin kuvion 1 linjaa A - A,

Nyt viitataan kuvioihin 1 ja 2, joissa suurtaajuus-25 kaistanpäästösuodatin käsittää kaikilta sivuiltaan sulje tun, suorakulmaisen, pitkänomaisen kotelon, joka muodostuu päätylevyistä 2A ja 2B, kansilevystä 2C, pohjalevystä 2D sekä sivulevyistä 2E ja 2F. Kotelo voi olla valmistettu sähköä johtavasta materiaalista ja/tai pinnoitettu johta-: 30 valla materiaalilla, kuten kuparilla tai keltakromatoinil-la. Kotelon muodostavat levyt 2A - 2F rajoittavat sisäänsä oleellisesti koko kotelon pituisen yhtenäisen tilan 9. Tähän tilaan 9 on sijoitettu jonoon ennalta määrätyin välimatkoin kuusi sylinterimäistä johdintankoa 3, joista kukin . 35 on alapäästään kiinnitetty ja oikosuljettu kotelon pohja- . p Of 7n 4 (’Ου Ju levyyn 2D ja yläpäästään välimatkan päässä erillään kotelon kansilevystä 2C, niin että johdintanko 3 muodostaa kotelon kanssa koaksiaaliresonaattorin, jossa tanko 3 on sisäjohdin tai resonaattori ja kotelo ulkojohdin tai vaip-5 pa ja jossa väliaineena on ilma. Resonaattoritangot 3 on valmistettu sähköä johtavasta materiaalista tai pinnoitettu sähköä johtavalla materiaalilla, kuten kupari tai hopea .

Näin muodostuu avoin Comb-Line -tyyppinen ilmaeris-10 teinen suodatinrakenne, jossa resonaattorien väliset kytkennät muodostuvat suoraan resonaattoritankojen 3 välisistä induktiivisista ja/tai kapasitiivisista kytkennöistä, kuten on havainnollistettu katkoviivoilla piirretyillä kondensaattorilla CMI ja kelalla LM,.

15 Kuvioissa 1 ja 2 esitetyssä keksinnön ensisijaises sa suoritusmuodossa kukin resonaattoritanko 3 on alapääs-tään kiinnitetty kotelon pohjalevyyn 2D ja käsittää lisäksi yläpäähänsä kiinnitettynä halkaisijaltaan suuremman sylinterimäisen nuppiosan 4, joka on edullisesti valmis-20 tettu kuparista. Tälläisen nuppiosalla 4 varustetun reso-naattoritangon rakennetta on kuvattu FI-patenttihakemuk-sessa 906251. Tälläisessä rakenteessa on kahden vierekkäisen koaksiaaliresonaattorin välisessä kytkennässä on asetettavissa vallitsevaksi kytkentätyypiksi kapasitiivinen 25 tai induktiivinen kytkentä säätämällä kyseisten koaksiaa-liresonaattorien resonaattoritankojen välisen etäisyyden dl ja nuppien 4 välisen etäisyyden d2 suhdetta. Kytkentä-tyyppiä varioimalla voidaan aikaansaada erilaisia suoda-tinvasteita.

30 Resonaattorit 3 voivat kuitenkin toteuttaa myös perinteiseen tapaan ilman nuppia 4.

Kotelon kanteen 2C resonaattoritangon 3 yläpuolelle on sijoitettu kotelon 1 sisätilaan 9 ulottuva metallinen viritysruuvi 5. Viritysruuvin 5 alapään etäisyys resonaat-35 toritangon 3 yläpäästä määrää kotelon ja resonaattoritan- c p o ' 7 n 5 'Όι·Ου gon 3 välisen maakapasitanssin Cl suuruuden, jota on havainnollistettu katkoviivalla piirretyllä kondensaattorilla Cl. Viritysruuvin 5 avulla voidaan säätää tätä maakapa-sitanssia ja sitä kautta yksittäisen resonaattorin reso-5 nanssitaajuutta. Kotelon 1 kansilevyssä 2C on lisäksi kahden vierekkäisen johdintangon välisellä alueella kotelon sisään ulottuva metallinen viritysruuvi 6. Tällä viritys-ruuvilla voidaan hienosäätää kahden vierekkäisen johdintangon nuppien 4 välistä kapasitanssia ja sitä kautta vie-10 rekkäisten resonaattoreiden välistä kytkentää. Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa suodattimen sisääntulo on muodostettu pohjalevyssä 2D olevan sisääntulon 10 kautta kotelon 1 sisään tuodulla johdinsilmukalla 7, jonka johdin-silmukan kotelon sisäpuolella oleva pää on kytketty pohja-15 levyyn 2D. Johdinsilmukka 7 sijaitsee kotelon toisen päätylevyn 2A ja sitä lähinnä olevan resonaattoritangon 3 välisessä tilassa. Suodattimen ulostulo on muodostettu vastaavalla tavalla vastakkaisen päätylevylevyn 2B ja sitä lähinnä olevan resonaattoritangon väliseen tilaan sisään-20 tulon 11 kautta tuodulla johdinsilmukalla 8, joka on toisesta päästään kytketty pohjalevyyn 2D. Johdinsilmukat 7 ja 8 muodostavat kelat, jotka kytkeytyvät induktiivisesti lähimpänä olevaan resonaattoritankoon 3.

Keksinnön mukaisesti suodattimen kussakin koak-25 siaaliresonaattorissa vaipan tai ulkojohtimen halkaisijan X ja resonaattorin halkaisijan Y suhde on suurinpiirtein alueella 2,8-3,3. Comb-line-suodattimen tai vastaavan suorakulmaisessa kotelossa halkaisijalla X tarkoitetaan kotelon leveyssuuntaista läpimittaa resonaattorin 3 kohdalla, 30 kuten kuviossa 2 on havainnollistettu (mittasuhteita ei ole kuviossa piirretty oikeiksi).

Keksinnöllä saavutettavia etuja havainnollistaa seuraava esimerkki. Kuvioissa 1 ja 2 esitetyn tyyppinen suodatin toteutettiin ensin perinteisellä X/Y-suhteella • : 35 3,6 (X=36mm ja Y=10mm), jolloin vaadittujen sähköisten c <"> Γι ' 7 6 1υυόι ominaisuuksien saavuttamiseksi jouduttiin käyttämään kuparilla pinnoitettua alumiinikoteloa sekä hopealla pinnoitettuja kuparitankoresonaattoreita. Sitten sama suodatin toteutettiin keksinnön mukaisella X/Y-suhteella 3,0 5 (X=36mm, Y=12mm), jolloin samat sähköiset ominaisuudet saavutettiin käyttämällä keltakromatoinnilla pinnoitettua koteloa ja kuparipintaisia resonaattoreita. Näin voitiin välttää täysin hopean käyttö sekä kotelon pinnoittaminen kuparilla. Sen sijaan kotelo voitiin pinnoittaa halvemmal-10 la keltakromatoinnilla, joka on myös helpompi suorittaa.

Kuviota ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen suodatin voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (2)

7. r ' Ύη ' o u O U Patentt ivaat imukset

1. Comb-Line-suurtaajuussuodatin tai vastaava, joka käsittää sähköä johtavasta materiaalista valmistetun pit-5 känomaiseen kotelon (1), jonka sisään on oleellisesti yhtenäiseen ilmatilaan sijoitettu ennalta määrätyin välimatkoin jonoon sähköä johtavasta materiaalista valmistettuja johdintankoja, joista kukin on toisesta päästään oikosul-jettu koteloon ja toisesta päästä siitä erillään, niin 10 että kukin johdintanko muodostaa kotelon (1) kanssa ilma-eristeisen koaksiaaliresonaattorin, tunnettu siitä, että kussakin koaksiaaliresonaattorissa kotelon (1) ja resonaattorin (3) halkaisijoiden (X,Y) suhde on alueella noin 2,8 - 3,3.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen Comb-Line-suur- taajuussuodatin, tunnettu siitä, että mainittu kotelo (l) on pinnoitettu keltakromatoinnilla ja johdin-tangot (3) on valmistettu kuparista tai pinnoitettu kuparilla, ja että kunkin koaksiaaliresonaattorin vaipan ja 20 resonaattorin halkaisijoiden suhde resonaattorin kohdalla on noin 3,0. 8 "CC:3G