FI88979B - Hoegfrekvensbandpassfilter - Google Patents

Description

i 88979

Suurtaajuuskaistanpäästösuodatin

Keksintö liittyy suurtaajuuskaistanpäästösuodatti-meen, joka käsittää kaikilta sivuiltaan suljetun, sähköä 5 johtavasta materiaalista valmistetun pitkänomaisen kotelon sisäänsä rajoittamaan yhtenäiseen tilaan jonoon ennalta määrätyin välimatkoin sijoitettuina useita sylinterimäisiä johdintankoja, joista kukin on ensimmäisestä päästään kiinnitetty ja oikosuljettu koteloon ja toisesta päästään 10 erillään kotelosta siten, että kukin johdintanko muodostaa kotelon kanssa koaksiaaliresonaattorin.

Tyypillisessä edellä esitetyn tyyppisessä suurtaa-juuskaistanpäästösuodattimessa metallikotelossa johdintan-got on väliseinillä erotettu toisistaan erillisiin osas-15 töihin, joista kukin muodostaa koaksiaaliresonaattorin. Kytkentä vierekkäisten resonaattorien välille on muodostettu joko erillisten kelarakenteiden avulla induktiivisesta resonaattorien oikosuljetussa päässä tai erillisten kondensaattorirakenteiden avulla resonaattorien avoimessa 20 päässä. Toinen yleinen ratkaisu on toteuttaa jokainen ko-aksiaaliresonaattori täysin erilliseen metallipurkkiin sijoitetulla johdintangolla. Resonaattorien välinen kytkentä toteutetaan jälleen esimerkiksi erillisillä kelara-kenteilla, kuten resonaattoripurkista toiseen kytkentäauk-25 kojen kautta viedyllä johdinlangalla. Tämän tyyppiset tunnetut suodatinrakenteet ovat suurikokoisia, monimutkaisia, paljon käsityötä vaativia ja hankalasti viritettäviä, minkä seurauksena myös haluttujen suodatinominaisuuksien riittävän tarkkaa toistettavuutta on vaikea saavuttaa sar-30 jatuotannossa. Esimerkiksi edellä mainittua johdinlankake- laa käytettäessä joudutaan resonaattorien välistä kytkentää säätämään johdinlankakelaa taivuttamalla.

Toinen tunnettu suodatintyyppi on ns. Comb-Line -suodatin, jossa kaikki johdintangot on erillisten metal-35 lipurkkien väliseinillä eroie^^ujen Icdimnioi-dori sijssid 2 88979 sijoitettu samaan kotelon rajoittamaan yhtenäiseen tilaan, niin että muodostuu avoin suodatinrakenne, jossa resonaattorien väliset kytkennät muodostuvat suoraan resonaattorien johdintankojen välisistä kytkennöistä. Täten suodatin 5 voidaan toteuttaa pienikokoisempana ja yksinkertaisempana kuin edellä esitetyt suodattimet. Tällaisessa suodattimes-sa johdintankojen välisiä kytkentöjä säädetään kotelon kannessa olevilla säätöruuveilla ja johdintankojen välisillä etäisyyksillä, mutta näillä säädöillä ei voida ai-10 kaansaada samalla suodatinyksiköllä toisistaan poikkeavia suodatinvasteita eri sovellutuksia varten.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada suurtaajuuskaistanpäästösuodatin, joka on aikaisempaa pienikokoisempi, rakenteeltaan yksinkertaisempi ja helpommin 15 viritettävä.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä suurtaajuuskaistanpäästösuodattimella, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että kunkin johdintangon mainitussa toisessa päässä on johdintangon muuhun osaan verrat-20 tuna halkaisijaltaan suurempi osa, ja että kahden vierekkäisen koaksiaaliresonaattorin välisen kytkennän tyyppi on asetettavissa pääasiallisesti kapasitiiviseksi tai pääasiallisesti induktiiviseksi säätämällä kyseisten koaksi-aaliresonaattorien johdintankojen ensimmäisten päiden vä-25 lisen etäisyyden ja mainittujen halkaisijaltaan suurem pien osien välisen etäisyyden suhdetta.

Keksinnössä on johdintangon kytkemättömässä eli avoimessa päässä nuppi, joka on halkaisijaltaan suurempi kuin johdintangon varsiosa, mikä vahvistaa vierekkäisten 30 johdintankojen välistä kapasitiivista kytkentää. Kun vierekkäisten resonaattorien välisessä kytkennässä kapasitirvinen osuus riippuu nuppien välisestä etäisyydestä ja induktiivinen osuus varsiosien välisestä etäisyydestä, voidaan näiden kahden etäisyyden suhdetta muuttamalla säätää 35 vallitsevaksi joko kapasitiivinen tai induktiivinen kyt- 3 88979 kentä. Koska resonaattoreiden välisten kytkentöjen tyypillä (induktiivinen tai kapasitiivinen) on vaikutus suodattimen estokaistojen sijaintiin, voidaan kapasitiivisten ja induktiivisten kytkentöjen erilaisilla yhdistelmillä ai-5 kaansaada erilaisia suodattimen vasteita, joissa päästö-kaistan ylä- ja alapuolella voi olla keskenään symmetriset tai epäsymmetriset estokaistat. Epäsymmetrisillä estokais-toilla tarkoitetaan, että toinen estokaista on jyrkempi kuin toinen. Tapauksissa, joissa vain toiselta estokais-10 taita vaaditaan suurta jyrkkyyttä, keksinnön mukainen suodatin voidaan toteuttaa tilavuudeltaan pienempänä kuin vastaavan Q-arvon omaava symmetrinen suodatin.

Keksinnön mukaisessa suodattimessa tilavuushyöty-suhdetta (suodattimen sähköisten ominaisuuksien suhdetta 15 sen tilavuuteen) parantaa edelleen signaalin hallittu loikkaaminen resonaattorista yhden resonaattorien yli kolmanteen resonaattoriin, mikä ominaisuus saadaan käyttämällä keksinnön mukaista sylinterimäistä nuppia.

Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa johdin-20 tanko muodostuu sylinterimäisestä varsiosasta, jonka ensimmäinen pää on kiinnitetty koteloon siten, että kiinni-tyspiste on siirrettävissä suodattimen pituussuunnassa johdintankojen välisen välimatkan säätämiseksi, sekä halkaisijaltaan suuremmasta sylinterimäisestä nuppiosasta, 25 joka on kiinnitettävissä varsiosan toiseen päähän saman-keskisesti tai säädettävällä tavalla epäkeskisesti. Suodattimen vaste on helposti asetettavissa halutuksi varsi-osan kiinnityspaikkaa ja varsiosan ja nupin välistä epä-keskisyyttä säätämällä. Mainitut säädöt voidaan toteuttaa 30 erityisessä asennus- tai säätöjigissä, mikä mahdollistaa hyvin suuren tarkkuuden ja toistettavuuden sarjatuotannossa.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin viitaten piirroksiin, joissa : 35 kuvio 1 esittää kaavamaisena poikkileikkauskuvana 4 88979 erään keksinnön mukaisen kaistanpäästösuodattimen mekaanista rakennetta, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen kaistanpäästösuodattimen ylhäältä nähdyn poikkileikkauskuvan, joka on 5 otettu pitkin kuvion 1 linjaa A - A, kuvio 3 esittää poikkileikkauskuvan erään keksinnön mukaisessa suodattimessa käytettäväksi soveltuvan johdin-tangonrakenteesta ja kiinnityksestä koteloon, kuvio 4 havainnollistaa kaavamaisesti erään toisen 10 keksinnön mukaisen kaistanpäästösuodattimen rakennetta, ja kuviot 5 ja 6 esittävät eräitä keksinnön mukaisella kaistanpäästösuodattimella saavutettavia suodatinvasteita.

Nyt viitataan kuvioihin 1 ja 2, joissa suurtaajuus-kaistanpäästösuodatin käsittää kaikilta sivuiltaan sulje-15 tun, suorakulmaisen, pitkänomaisen kotelon, joka muodostuu päätylevyistä 2A ja 2B, kansilevystä 2C, pohjalevystä 2D sekä sivulevyistä 2E ja 2F. Kotelo voi olla valmistettu metallilevystä tai sähköä johtavalla materiaalilla pinnoitetusta eristelevystä. Myös metallikotelo voi olla pin-20 noitettu toisella metallilla, esimerkiksi kuparilla, suodattimen ominaisuuksien parantamiseksi. Kotelon muodostavat levyt 2A - 2F rajoittavat sisäänsä oleellisesti koko kotelonpituisen yhtenäisen tilan 9. Tähän tilaan 9 on sijoitettu jonoon ennalta määrätyin välimatkoin kuusi sylin-25 terimäistä johdintankoa, joista kukin on alapäästään kiinnitetty ja oikosuljettu kotelon pohjalevyyn 2D ja yläpääs-tään välimatkan päässä erillään kotelon kansilevystä 2C, niin että johdintanko muodostaa kotelon kanssa koaksiaali-resonaattorin, jossa johdintanko on sisäjohdin ja kotelo 30 ulkojohdin. Kukin johdintanko muodostuu sylinterimäisestä varsiosasta 3, edullisesti kuparitanko tai kupariputki, joka on alapäästään kiinnitetty kotelon pohjalevyyn 2D, sekä varsiosan 3 yläpäähän kiinnitetystä, halkaisijaltaan varsiosaan 3 nähden suuremmasta sylinterimäisestä nuppi-35 osasta 4, joka on edullisesti valmistettu kuparista.

5 88979

Johdintangon rakennetta ja kiinnitystä kotelon poh-jalevyyn 2D on havainnollistettu tarkemmin kuviossa 3, jossa varsiosan 3 alapää on kiinnitetty pohjalevyyn kiinni tysruuvilla 32, joka on kierretty kotelon ulkopuolelta 5 pohjalevyssä 2D olevan kiinnitysreiän 31 kautta varsiosan alapäässä olevaan sisäkierteellä varustettuun reikään. Pohjalevyssä 2D oleva kiinnitysreikä 31 on ainakin pohja-levyn pituussuunnassa läpimitaltaan suurempi kuin kiinni-tysruuvin 32 halkaisija, niin että varsiosan 3 kiinnitys-10 paikkaa pohjalevyssä voidaan kiinnitysaukon 31 sallimissa rajoissa siirtää suodattimen pituussuunnassa johdintanko-jen välisten välimatkojen säätämiseksi. Ruuvin 32 kannan ja pohjalevyn 2D välissä on halkaisijaltaan kiinnitysreiän 31 läpimittaa suurempi aluslevy 33. Sylinterimäisessä nu-15 pissa 4 on sen läpi akselin suunnassa ulottuva kiinnitysreikä 42, jonka kautta varsiosan 3 yläpäässä olevaan sisäkierteellä varustettuun kiinnitysreikään kierretty kiinni-tysruuvi kiinnittää nupin 4 varsiosaan 3. Kiinnitysreiän 42 halkaisija on suurempi kuin kiinnitysruuvin 43 halkai-20 sija, mikä mahdollistaa kiinnitysvaiheessa nuppiosan 4 siirtämisen säteittäissuunnassa varsiosan 3 suhteen varsi-osan kanssa samankeskisen tai halutussa määrin epäkeskisen kiinnityksen aikaansaamiseksi. Varsiosan 3 ja nupin 4 välistä epäkeskisyyttä säätämällä voidaan säätää vierekkäis-25 ten johdintankojen nuppien 4 välistä etäisyyttä. Kuvion 3 suoritusmuodossa on ruuvi 43 kannan ja nupin 4 välissä halkaisijaltaan kiinnitysreikää 42 suurempi aluslevy. Nupin 4 yläpinnalla on lisäksi ruuvin kantaa 43 ja aluslevyä 44 varten syvennys 41, jossa on varattu tilaa edellä kuva-30 tulle säteittäissuuntaiselle säädölle.

Nyt viitataan jälleen kuvioon 1, jossa kotelon kanteen 2C nupin 4 yläpuolelle on sijoitettu kotelon 1 sisätilaan 9 ulottuva metallinen viritysruuvi 5. Viritysruuvin 5 alapään etäisyys nupin 4 yläpinnasta määrää kotelon ja 35 nupin 4 välisen maakapasitanssin Cl suuruuden, jota on ha- 6 88979 vainnollistettu katkoviivalla piirretyllä kondensaattorilla Cl. Viritysruuvin 5 avulla voidaan säätää tätä maa-kapasitanssia ja sitä kautta yksittäisen resonaattorin resonanssitaajuutta. Kotelon 1 kansilevyssä 2C on lisäksi 5 kahden vierekkäisen johdintangon välisellä alueella kotelon sisään ulottuva metallinen viritysruuvi 6. Tällä viri-tysruuvilla voidaan hienosäätää kahden vierekkäisen johdintangon nuppien 4 välistä kapasitanssia ja sitä kautta vierekkäisten resonaattoreiden välistä kytkentää. Kuviossa 10 1 esitetyssä suoritusmuodossa suodattimen sisääntulo on muodostettu pohjalevyssä 2D olevan sisääntulon 10 kautta kotelon 1 sisään tuodulla johdinsilmukalla 7, jonka joh-dinsilmukan kotelon sisäpuolella oleva pää on kytketty pohjalevyyn 2D. Johdinsilmukka 7 sijaitsee kotelon toisen 15 päätylevyn 2A ja sitä lähinnä olevan johdintangon välisessä tilassa. Suodattimen ulostulo on muodostettu vastaavalla tavalla vastakkaisen päätylevylevyn 2B ja sitä lähinnä olevan johdintangon väliseen tilaan sisääntulon 11 kautta tuodulla johdinsilmukalla 8, joka on toisesta päästään 20 kytketty pohjalevyyn 2D. Johdinsilmukat 7 ja 8 muodostavat kelat, jotka kytkeytyvät induktiivisesti lähimpänä olevan johdintangon varsiosaan 3. Kuten edellä esitetystä ilmenee, keksinnössä muodostuu avoin Comb-Line -tyyppinen suo-datinrakenne, jossa resonaattorien väliset kytkennät muo-25 dostuvat suoraan resonaattorien johdintankojen 3, 4 väli sistä induktiivisista ja/tai kapasitiivisista kytkennöistä, kuten on havainnollistettu katkoviivoilla piirretyillä kondensaattorilla ja kelalla LM1. Kahden vierekkäisen koaksiaaliresonaattorin välisessä kytkennässä on asetetta-30 vissa vallitsevaksi kytkentätyypiksi kapasitiivinen tai induktiivinen kytkentä säätämällä kyseisten koaksiaali-resonaattorien johdintankojen varsiosien 3 välisen etäisyyden dl ja nuppien 4 välisen etäisyyden d2 suhdetta. Tämä säätö voidaan toteuttaa esimerkiksi kuvion 3 mukai-35 sessa johdintankorakenteessa siten, että varsiosan 3 kiin- ^ 88979 nityspaikkaa pohjalevyyn 2D säätämällä säädetään etäisyyttä dl, kun taas etäisyyttä d2 säädetään säätämällä nupin 4 ja varsiosan 3 välistä epäkeskisyyttä. Yleisesti voidaan sanoa, että etäisyyden d2 pienentyessä tulee vallitsevaksi 5 nuppien 4 välinen kapasitiivinen kytkentä CM1. Tätä kytkentää voidaan hienosäätää viritysruuvilla 6.

Keksinnön mukaisessa suodattimessa voidaan halutun suodatinvasteen muodosta riippuvana yhdistelmänä käyttää sekä kytkentöjä, joissa on vallitsevana induktiivinen kyt-10 kentä, että kytkentöjä, joissa on vallitsevana kapasitiivinen kytkentä. Näin voidaan aikaansaada erilaisia suoda-tinvasteita, joissa suodattimen ylempi ja alempi estokais-ta voivat olla keskenään symmetrisiä tai epäsymmetrisiä.

Keksinnön mukaisen suodattimen vasteen muokkausta 15 havainnollistetaan kuvioiden 4, 5 ja 6 avulla. Kuviossa 4 on esitetty kaavamaisesti keksinnön mukaisen suodattimen rakenne, jossa on kuusi resonaattoria, joita on merkitty järjestyksessä suodattimen sisääntulosta suodattimen ulostuloon symboleilla A, B, C, D, E ja F. Kuvion 4 suodatin-20 rakenne on muutoin samanlainen kuin kuvioissa 1-3 esitetty lukuunottamatta kotelon 1 rakennetta vahvistamaan tarkoitettua väliseinää 2G. Väliseinä 2G ulottuu kotelon 1 kansilevystä 2C alaspäin resonaattorien C ja D väliin osalla kotelon 1 korkeutta siten, että väliseinän 2G ja 25 pohjalevyn 2D väliin jää aukko, jonka kautta resonaattorien C ja D välille voi muodostua induktiivinen kytkentä ja joka yhdistää väliseinän eri puolille jäävät tilat yhdeksi yhtenäiseksi tilaksi. Vaikka väliseinä 2G onkin ensisijaisesti tarkoitettu vain jäykistämään kotelon 1 ra-30 kennetta, se väistämättä vaikuttaa myös resonaattorien C ja D väliseen kytkentään estämällä kapasitiivisen kytkennän, niin että induktiivinen kytkentä on vallitsevana. Tässä erikoistapauksessa ei luonnollisestikaan voida säätää resonaattoreiden C ja D välistä kapasitiivista kytken-35 tää nuppien 4 etäisyyden avulla. Tämä tulee luonnollisesti 8 88979 huomioida suodattimen suunnittelussa, mutta väliseinä ei muulla lailla vaikuta keksinnön mukaisen suodattimen rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Väliseinän 2G sijasta voisi olla myös väliseinä, joka ulottuu pohjalevystä 2D ylös-5 päin osalla kotelon 1 korkeutta. Tämän väliseinän seurauksena resonaattorien C ja D välillä olisi vallitsevana ka-pasitiivinen kytkentä, mikä jälleen täytyisi huomioida suodattimen sähköisessä suunnittelussa.

Kuviossa 5 on esitetty kuvion 4 mukaisella suodat-10 timella aikaansaatu suodatinvaste, kun kapasitiivinen kytkentä on vallitsevana resonaattorien D ja E sekä resonaattorien E ja F välillä ja induktiivinen kytkentä on vallitsevana muissa resonaattorien välisissä kytkennöissä. Kuviossa 5 päästökaistan yläpuolella ja alapuolella olevat 15 estokaistat ovat keskenään epäsymmetriset siten, että päästökaistan yläpuolinen estokaista on jyrkempi kuin päästökaistan alapuolinen estokaista.

Kuviossa 6 on esitetty kuvion 4 mukaisella suodattimena saavutettava suodatinvaste, kun kapasitiivinen 20 kytkentä on vallitsevana resonaattorien B ja C sekä resonaattorien E ja F välillä ja induktiivinen kytkentä on vallitsevana muissa resonaattorien välisissä kytkennöissä. Kuviossa 6 on jälleen epäsymmetrinen suodatinvaste, jossa päästökaistan alapuolinen estokaista on jyrkempi kuin 25 päästökaistan yläpuolinen estokaista. Johdintangon varsi-osan pituuden suhde nupin 4 korkeuteen on edullisesti alueella 6.5-7.5. Johdintangon varsiosan 3 halkaisijan suhde nupin 4 halkaisijaan on edullisesti alueella 0.5- 0.6. Kapasitiivinen kytkentä on vallitsevana kun suhde 30 dl:d2 on alueella 2.8-3.0 ja induktiivinen kytkentä on vallitsevana kun suhde dl:d2 on alueella 2.2-2.4.

Kuviota ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen kaistanpäästösuodatin voi 35 vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (8)

9 88979

1. Suurtaajuuskaistanpäästösuodatin, joka käsittää kaikilta sivuiltaan suljetun, sähköä johtavasta materiaa- 5 lista valmistetun pitkänomaisen kotelon (1) sisäänsä rajoittamaan yhtenäiseen tilaan jonoon ennalta määrätyin välimatkoin sijoitettuina useita sylinterimäisiä johdintan-koja (3,4), joista kukin on ensimmäisestä päästään kiinnitetty ja oikosuljettu koteloon (1) ja toisesta päästään 10 erillään kotelosta siten, että kukin johdintanko muodostaa kotelon kanssa koaksiaaliresonaattorin, tunnettu siitä, että kunkin johdintangon mainitussa toisessa päässä on johdintangon muuhun osaan verrattuna halkaisijaltaan suurempi osa (3,4), ja että kahden vierekkäisen koaksiaa-15 liresonaattorin välisen kytkennän tyyppi on asetettavissa pääasiallisesti kapasitiiviseksi tai pääasiallisesti induktiiviseksi säätämällä kyseisten koaksiaaliresonaatto-rien johdintankojen (3,4) ensimmäisten päiden välisen etäisyyden ja mainittujen halkaisijaltaan suurempien osien 20 (4) välisen etäisyyden suhdetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että suodattimessa on halutusta päästö-kaistan muodosta riippuvana yhdistelmänä sekä pääasiallisesti induktiivisia että pääasiallisesti kapasitiivisia 25 resonaattorien välisiä kytkentöjä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen suodatin, tunnettu siitä, että johdintanko muodostuu sylin-terimäisestä varsiosasta (3), jonka ensimmäinen pää on kiinnitetty koteloon (1), ja halkaisijaltaan suuremmasta 30 sylinterimäisestä nuppiosasta (4), joka on kiinnitettävissä varsiosan (3) toiseen päähän varsiosan (3) kanssa sa-mankeskisesti tai säädettävällä tavalla epäkeskisesti ja joka muodostaa johdintangon mainitun toisen pään.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen suoda- 35 tin, tunnettu siitä, että kunkin johdintangon 10 88979 (3,4) ensimmäisen pään kiinnityspaikka kotelossa (1) on siirrettävissä suodattimen pituussuunnassa johdintankojen välisten välimatkojen säätämiseksi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 5 suodatin, tunnettu siitä, että suodattimessa on kuusi johdintankoa (3,4).

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siitä, että suodattimen ylempi ja alempi estokaista ovat keskenään epäsymmetriset.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siitä, että kotelossa on joh-dintangon toisen pään yläpuolella olevassa seinämässä kotelon sisään ulottuva viritysruuvi (5), jonka avulla säädetään mainitun toisen pään ja kotelon välistä maakapasi-15 tanssia ja sitä kautta resonaattorin resonanssitaajuutta.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siitä, että kotelossa on kahden johdintangon välissä niiden mainittujen toisten päiden yläpuolella olevassa kotelon seinämässä kotelon sisään 20 ulottuva viritysruuvi (6), jonka avulla säädetään resonaattorien välistä kytkentää. 11 88979