FI89991C - Hoegfrekvensbandpassfilter - Google Patents

Description

i 89991

Suurtaajuuskaistanpäästösuodatin

Keksinnön kohteena on suurtaajuuskaistanpäästösuo-datin, joka käsittää ainakin kaksi induktiivisesta kompo-5 nentista ja sen rinnalle kytketystä kapasitiivisesta komponentista muodostuvaa rinnakkaisresonaattoriastetta, joissa induktiiviset komponentit muodostuvat yleisesti U-muo-toisista mikroliuskakuvioista ja että kapasitiiviset komponentit käsittävät ainakin yhden kapasitanssidiodin 10 Radiolaitteiden lähetin- ja vastaanotinosissa käy tetään suurtaajuuskaistanpäästösuodattimia, joiden päästö-kaista on viritetty radiolaitteen käyttämälle taajuusalueelle. Tyypillisesti tällainen kaistanpäästösuodatin muodostetaan käyttämällä rinnakkaisresonanssityyppistä 15 suodatinta, jossa induktiivisina komponentteina käytetään keloja tai helix-suodattimia, joiden rinnalle on kytketty sopivan suuruinen kondensaattori. Suodatin viritetään mekaanisesti muuttamalla kelan tai helix-resonaattorin induktanssia. Kelojen ja helix-resonaattorin induktanssin suuren 20 toleranssin sekä niiden piirilevylle asentamiseen liittyvän rajallisen tarkkuuden vuoksi tämä viritys joudutaan käytännössä aina suorittamaan kullekin suodatinpiirille erikseen jälkikäteen.

Toinen tunnettuihin kaistanpäästösuodattimiin liit-25 tyvä ongelma on, että yhdellä suodattimena pystytään kattamaan vain suhteellisen kapea taajuusalue. Kuitenkin esimerkiksi matka- ja radiopuhelinverkoissa käytetään eri maissa ja eri järjestelmissä hyvinkin paljon toisistaan poikkeavia taajuuksia ja taajuusalueita, minkä vuoksi eri 30 käyttökohteisiin joudutaan suunnittelemaan ja valmistamaan eri suodattimet. Tämä lisää valmistuskustannuksia ja tekee käytännössä mahdottomaksi käyttää jotakin järjestelmää varten suunniteltua matkapuhelinta toisessa järjestelmässä.

Keksinnön päämääränä on aikaansaada suurtaajuus-35 kaistanpäästösuodatin, jolla vältetään tunnettuihin suo- 2 39991 dattimiin liittyvät ongelmat.

Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä suurtaajuuskaistanpäästösuodattimella, jolle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että peräkkäisten rinnakkaisreso-5 naattoriasteiden induktiiviset komponentit muodostavat yleisesti U-muotoiset mikroliuskakuviot ovat rinnakkain suodattimen piirilevyllä, ja että kummankin rinnakkaisen yleisesti U-muotoisen mikroliuskakuvion haarasta, joka on lähinnä toista yleisesti U-muotoista mikroliuskakuviota, 10 suuntautuu kohti toista U-muotoista mikroliuskakuviota mik-roliuskajohdin siten, että mikroliuskajohtimet kulkevat rinnakkain samansuuntaisina muodostaen rinnakkaisresonaat-toriasteet toisiinsa kytkevän erotuskondensaattorin.

Keksinnön perusajatuksena on, että toteuttamalla 15 induktiivinen komponentti piirilevylle muodostetulla mik- roliuskakuviolla saadaan arvoltaan hyvin tarkka induktiivinen komponentti, joka on myös massatuotannossa toistettavissa hyvin suurella tarkkuudella ja joka ei vaadi jälkikäteen suoritettavaa mekaanista virittämistä. Mikrolius-20 kakuvio on myös valmistusteknisesti erittäin edullinen induktiivinen komponentti, koska erilliset komponentit ja niiden asennusvaiheet jäävät pois. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa kaistanpäästösuodattimen taajuuskaistaa säädetään sähköisesti kapasitanssidiodeilla, jotka on kyt-25 ketty mikroliuskakomponentin rinnalle. Näin on aikaansaatu erittäin laajalla taajuuskaistalla säätyvä kaistanpäästö-suodatin, jonka taajuuskaista voi säätyä automaattisesti matka- tai radiopuhelimen muiden taajuusasetusten mukaan. Keksinnön mukaisella kaistanpäästösuodattimella on saavu-30 tettu jopa 130 MHz säätöalue, jolle tunnetuissa ratkai suissa tarvittaisiin 3-4 erilaista helix-suodatinta. Täten esimerkiksi matkapuhelinjärjestelmissä tarvittaisiin 450 MHzsn ja 900 MHzsn taajuusalueille kummallekin vain yksi kaistanpäästösuodatintyyppi.

35 Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa, jossa on 3 89991 kaksi rinnakkaisresonaattoriastetta, suodatin käsittää kaksi rinnakkain piirilevyllä olevaa yleisesti U-muotoista mikroliuskakuviota, joiden lähinnä toisiaan olevista haaroista suuntautuu kohtisuorasti sivulle kohti toista mik-5 roliuskakuviota mikroliuskajohdin siten, että mikroliuska-johtimet kulkevat lähekkäin samansuuntaisina muodostaen kapasitiivisen kytkennän kahden mikroliuskakuvion välille. Tällä tavoin on hyvin yksinkertaisella tavalla toteutettu rinnakkaisresonaattoriasteiden välissä tarvittava hyvin 10 pieni kapasitanssi, jota on hyvin vaikea saavuttaa diskreetillä komponentilla. Lisäksi tällainen mikroliuskakonden-saattori on toistettavissa massatuotannossa hyvin tarkasti. Tällaisella mikroliuskakondensaattorilla saavutetaan muutoinkin samat valmistustekniset-edut kuin edellä mainitulla 15 mikroliuskainduktorillakin.

Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin esimerkinomaisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheiseen piirrokseen, jossa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen kaistanpäästö-20 suodattimen kytkentäkaavion, jossa on kaksi rinnakkaisresonaattoriastetta, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen kaistanpäästö-suodattimen kytkentäkaavion, jossa on kolme rinnakkaisresonaattoriastetta, ja 25 kuvio 3 esittää mikroliuskakuviot, jotka toteut tavat kuvion 1 induktiiviset komponentit 1 ja 2 sekä reso-naattoriasteiden välisen kytkentäkondensaattorin C6.

Kuvion 1 mukainen kaistanpäästösuodatin käsittää kaksi rinnakkaisresonaattoriastetta, joista ensimmäinen 30 muodostuu induktorista L3 ja sen rinnalle kytketystä kahden kapasitanssidiodin VDl ja VD2 sarjaankytkennästä. Kapasi-tanssidiodien VDl ja VD2 katodit on kytketty yhteen, jolloin kapasitanssidiodin VDl anodi on kytketty induktorin L3 toiseen päähän ja kapasitanssidiodin VD2 anodi on kytketty 35 induktorin L3 vastakkaisen pään kanssa samaan potentiaa- 89991 4 liin, joka on edullisesti piirin maapotentiaali. Kapasi-tanssidiodien VDl ja VD2 katodeille syötetään vastuksen Rl kautta säätöjännite VI, joka määrää kapasitanssidiodien kapasitanssin. Induktorilta L3 on otettu väliulosotto, joka 5 muodostaa suodattimen sisääntulonavan IN. Suodattimen si-sääntulonavan ja kapasitanssidiodin VDl anodielektrodin väliin on kytketty kondensaattori, jonka ansiosta suodattimen sisääntuloimpedanssi pysyy oleellisesti vakiona, esimerkiksi 50 ohmia, laajalla taajuusalueella. Vastaavasti 10 suodattimen toisen rinnakkaisresonanssiasteen muodostaa induktori L4 ja sen rinnalle kytketty kapasitanssidiodien VD3 ja VD4 sarjaankytkentä. Kapasitanssidiodien VD3 ja VD4 katodit on tässäkin tapauksessa kytketty yhteen ja sarja-vastuksen R2 kautta säätöjännitteeseen VI, joka määrää 15 kapasitanssidiodien VD3 ja VD4 kapasitanssin. Induktorilta L4 on otettu väliulosotto, joka muodostaa suodattimen ulos-tulonavan OUT. Ulostulonavan OUT ja kapasitanssidiodin VD3 anodin väliin on kytketty kondensaattori C5, jonka avulla kaistanpäästösuodattimen ulostuloimpedanssi pidetään oleel-20 lisesti vakiona, edullisesti 50 ohmia, laajalla taajuusalueella. Ensimmäisen rinnakkaisresonanssipiirin induktorin L3 ja kapasitanssidiodin VDl anodin välinen liitospiste on kytketty erotuskondensaattorilla C6 toisen rinnakkaisresonanssipiirin induktorin L4 ja kapasitanssidiodin VD3 väli-25 seen liitospisteeseen. Kondensaattorin C6 kapasitanssi on hyvin pieni, esimerkiksi suuruusluokkaa 0,2 pF.

Induktorit L3 ja L4 on keksinnön mukaisesti toteutettu mikroliuskakuvioilla 1 ja vastaavasti 2, minkä vuoksi niitä on kuviossa 1 merkitty vinoviivoitetuilla alueilla. 30 Vastaavasti on myös erotuskondensaattori C6 toteutettu rinnakkain toisistaan erillään kulkevilla mikroliuskajohtamilla, joita kuviossa 1 on havainnollistettu tummennetuilla alueilla 4 ja 5. Kondensaattorin C6 toteuttaminen tällä tavoin on sekä valmistusteknisesti että suodattimen tark-35 kuuden kannalta edullista, koska piirilevyllä olevat mik- ί'· 9 9 91 5 roliuskakuviot 4 ja 5 ovat massatuotannossa toistettavissa hyvin suurella tarkkuudella, jolloin tarvittava pieni kapasitanssi saadaan moninkertaisella tarkkuudella verrattuna tapaukseen, jossa kondensaattori C6 toteutetaan diskree-5 tiliä komponentilla.

Kuviossa 3 on esitetty mikroliuskakuviot 1, 2, 4 ja 5, joilla keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa on toteutettu kuvion 1 mukainen kaksi rinnakkaisresonaattori-piiriä käsittävä kaistanpäästösuodatin. Kuviossa 3 esitetty 10 piirikuvio on mittakaavassa 2:1 taajuuskaistalle 350-500 MHz tarkoitettua kaistanpäästösuodatinta varten. Induktorin L3 toteuttava yleisesti U-muotoinen mikroliuskakuvio käsittää pidemmän haaran IA, lyhyemmän haaran IB sekä haaroja yhdistävän kaaren 1C. Välimatkan päässä mikroliuskakuviossa 15 1 sen rinnalla sijaitsee induktorin L4 toteuttava yleisesti U-muotoinen mikroliuskakuvio 2, joka vastaavasti käsittää pidemmän haaran 2A, lyhyemmän 2B ja haaroja yhdistävän kaaren 2C. Mikroliuskakuviot 1 ja 2 sijaitsevat piirilevyllä rinnakkain ja peilikuvamaisesti symmetrisesti siten, 20 että lyhyempien haarojen Ib ja 2b sivut ovat toisiaan vastapäätä. Mikroliuskakuvion 1 lyhyemmästä haarasta IB ulko-nee kohtisuorasti sivulle kohti mikroliuskakuviota 2 oleellisesti suora mikroliuskajohdin 4, joka päättyy välimatkan päähän mikroliuskakuviosta 2. Vastaavasti mikroliuskakuvion 25 2 lyhyemmästä haarasta 2B suuntautuu kohtisuorasti sivulle kohti mikroliuskakuviota 1 oleellisesti suora mikroliuskakuvio 5, joka päättyy ennen mikroliuskakuviota 1. Rinnakkain samansuuntaisina mutta toisistaan erillään kulkevat mikroliuskakuviot 4 ja 5 muodostavat kuviossa 2 esitetyn 30 kondensaattorin C6.

Mikroliuskakuvioiden 1 ja 2 pidempien haarojen IA ja vastaavasti 2A päät on kytketty maapotentiaaliin. Suodattimen sisääntulo IN on kytketty mikroliuskakuvion 1 pidempään haaraan IA kohdassa, joka on haaran IA maadoi-35 tetun pään ja kaaren 1C välillä, edullisesti lähempänä H 9 9 91 6 kaarta 1C. Suodattimen ulostulo on kytketty vastaavaan kohtaan mikroliuskakuvion 2 pidempään haaraan 2A. Kondensaattori C4 on edullisesti sijoitettu piirilevyn vastakkaiselle puolelle ja kytketty haarojen IA ja IB väliin 5 oleellisesti mainitun suodattimen sisääntulon kohdalle. Vastaavasti on kondensaattori C5 sijoitettu piirilevyn vastakkaiselle puolelle ja kytketty haarojen 2B ja 2A väliin oleellisesti mainitun ulostulon kohdalle. Kuviossa 1 esitettyjen kapasitanssidiodien VD1 ja VD3 anodit on tar-10 koitettu kytkettäväksi haarojen IB ja 2B päihin.

Kuvioiden 1 ja 2 mekaanisia mittoja muuttamalla voidaan keksinnön mukaista kaistanpäästösuodatinta käyttää periaatteessa 0,05-30 GHz:n taajuusalueella. Käyttötaajuu-den kasvaessa kuvioiden koko pääsääntöisesti pienenee ja 15 esimerkiksi kondensaattorit C4 ja C5 voidaan hyvin suurilla taajuuksilla korvata haarojen IA ja IB ja vastaavasti 2A ja 2B välisillä kapasitansseilla.

Kuviossa 2 on esitetty toinen keksinnön mukainen kaistanpäästösuodatin, jossa on kolme rinnakkaisresonanssi-20 astetta. Kaksi ensimmäistä astetta vastaavat oleellisesti kuvion 1 rinnakkaisresonanssiasteita, paitsi että toisen asteen ulostulo otetaan suoraan induktorin L4 ja kapasi-tanssidiodin VD3 välisestä liitospisteestä väliulosoton sijaan, koska asteen ulostuloimpedanssia ei nyt tarvitse 25 sovittaa 50 ohmiin. Toisen asteen ulostulo on kytketty mikroliuskajohtimien 6 ja 7 muodostaman kondensaattorin C7 kautta kolmannelle rinnakkaisresonanssipiirille, jonka muodostavat induktori L5 ja sen rinnalle kytketyt kapasi-tanssidiodit VD5 ja VD6 oleellisesti Selmalla tavoin kuin 30 induktori L4 ja kapasitanssidiodit VD3 ja VD4 kuviossa 1. Kapasitanssidiodien VD5 ja VD6 yhteen kytketyille katodeille johdetaan vastuksen R3 kautta säätöjännite VI. Suodattimen ulostulo otetaan väliulosottona induktorilta L5 ja ulostulon ja kapasitanssidiodin VD5 anodin väliin on kyt-35 ketty kondensaattori C9. Induktori L5 on toteutettu mikro- 7 O 9 991 liuskakuviolla kuten edellä induktoreiden L3 ja L4 yhteydessä selostettiin. Kolmannella resonanssiasteella voidaan tarpeen mukaan lisätä tai kaventaa kaistanleveyttä, mutta samalla myös suodattimen vaimennus kasvaa.

5 Kuviot ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön mukainen suurtaajuuskaistan-päästösuodatin voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

39991

1. Suurtaajuuskaistanpäästösuodatin, joka käsittää ainakin kaksi induktiivisesta komponentista (L1-L5) ja sen 5 rinnalle kytketystä kapasitiivisesta komponentista (VDl-VD6) muodostuvaa rinnakkaisresonaattoriastetta, joissa induktiiviset komponentit muodostuvat yleisesti U-muotoi-sista mikroliuskakuvioista (1,2) ja että kapasitiiviset komponentit käsittävät ainakin yhden kapasitanssidiodin 10 (VD1-VD6), tunnettu siitä, että peräkkäisten rin- nakkaisresonaattoriasteiden induktiiviset komponentit muodostavat yleisesti U-muotoiset mikroliuskakuviot (1,2) ovat rinnakkain suodattimen piirilevyllä, ja että kummankin rinnakkaisen yleisesti U-muotoisen mikroliuskakuvion (1,2) 15 haarasta (1B,2B), joka on lähinnä toista yleisesti U-muo-toista mikroliuskakuviota, suuntautuu kohti toista U-muo-toista mikroliuskakuviota mikroliuskajohdin (4,5) siten, että mikroliuskajohtimet (4,5) kulkevat rinnakkain samansuuntaisina muodostaen rinnakkaisresonaattoriasteet toi-20 siinsa kytkevän erotuskondensaattorin (C6).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suurtaajuuskais-tanpäästösuodatin, tunnettu siitä, että U-muotoisen mikroliuskakuvion (1, 2, 3) yhden haaran (IA) pää on kytketty maapotentiaaliin, ja että mainittu kapasitiivinen 25 komponentti (VD1-VD6) on kytketty toisen haaran (IB) ja maapotentiaalin väliin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen suurtaa-juuskaistanpäästösuodatin, tunnettu siitä, että kapasitiivisen komponentin muodostaa kaksi sar jaankytkettyä 30 kapasitanssidiodia (VD1-VD2, VD3-VD4 tai VD5-VD6), joiden katodit on kytketty yhteen, jolloin kapasitanssidiodien kapasitanssit on asetettavissa niiden katodeille syötetyllä tasajännitteellä.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen suurtaajuuskais-35 tanpäästösuodatin, tunnettu siitä, että suodattimen 89991 sisääntulo on kytketty ensimmäisen rinnakkaisresonaattori-asteen U-mikroliuskakuvion (1) maapotentiaaliin kytkettyyn haaraan (IA) kohtaan, joka on ennalta määrätyillä etäisyyk-. sillä kyseisen haaran päästä ja haaroja (IA, IB) yhdistä- 5 västä kaaresta (1C).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen suurtaajuuskais-tanpäästösuodatin, tunnettu siitä, että ensimmäisen resonaattoriasteen sisääntulon ja ulostulon väliin on kytketty kondensaattori (C4). '9991