FI94299B - Koaksiaaliresonaattori - Google Patents

Description

94299

Koaksiaaliresonaattori

Keksinnön kohteena on oheisen patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osan mukainen koaksiaaliresonaattori.

Sähköteknisten laitteiden, kuten oskillaattorien ja suodattimien komponentteina käytetään laajasti erilaisia keloja ja kondensaattoreita. Taajuuden kasvaessa tulevat kondensaattorien ja kelojen häviöt kuitenkin niin suurik-10 si, että erilaiset ontelo- ja koaksiaaliresonaattorit sekä dielektriset resonaattorit ovat häviöiden puolesta ainoa vaihtoehto.

Erityisesti taajuusalueella 1 GHz - 10 GHz, jossa keksinnön mukaista resonaattoria on tarkoitus käyttää, 15 ovat onteloresonaattorit useinkin suurikokoisia ja tarvitsevat kalliisti paketoituja erikoiskomponentteja. Dielekt-risten resonaattorien käyttö johtaa puolestaan rakenteeseen, jonka epäkohtina ovat mm. työläs kokoonpano ja hankala sähköinen virittäminen. Koaksiaaliresonaattorit ovat 20 pienihäviöisinä eniten käytettyjä varsinkin suurilla tehoilla. Koaksiaaliresonaattorin häviöt pienenevät resonaattorin koon kasvaessa ja samalla niiden tehonkesto paranee. Tavallisesta koaksiaalijohdosta rakennetun resonaattorin epäkohtana on hankala taajuudensäätö, mutta 25 mikäli resonaattori varustetaan keskeltä avoimella keski- :X. johtimella, on taajuutta helppo säätää säätöruuvilla tai vastaavalla säätöelimellä, joka ulottuu resonaattorin keskijohtimen sisään. Esillä olevan keksinnön lähtökohtana onkin edellä kuvatut edut omaava koaksiaaliresonaattori, 30 joka mahdollistaa taajuuden säädön edellä kuvatulla tavalla.

Edellä kuvatut ominaisuudet omaavassa tunnetussa resonaattorirakenteessa on keskijohdin toteutettu paksuseinäisenä metalliputkena, jonka sisään taajuudensää-35 töelin työntyy. Tähän perusrakenteeseen nojautuvat lait- 94299 2 teet (esim. oskillaattorit) on toteutettu aikaisemmin siten, että resonaattoria ympäröivät aktiiviset komponentit, kuten transistorit, varaktorit ja Gunn-diodit, on tuotu galvaanisesti kiinni keskijohtimen kylkeen. Tämä on 5 vaatinut kalliitten (erikois)komponenttien käyttöä. Mikäli resonaattoria on käytetty suodattimessa, on keskijohdin jouduttu yhdistämään ulostuloliittimeen erillisellä joh-dinlangalla. Resonaattorin keskijohtimeen tapahtuva kytkentä on siis johtanut monimutkaiseen ja hankalasti to-10 teutettavaan rakenteeseen, joka on lisäksi saattanut vaatia tavanomaista kalliimpien komponenttien käyttöä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on päästä eroon edellä kuvatuista epäkohdista parantamalla alussa kuvattua koaksiaalioskillaattorin perusrakennetta siten, 15 että liitäntä keskijohtimeen voidaan toteuttaa hyvin yksinkertaisesti. Tämä päämäärä saavutetaan keksinnön mukaisella koaksiaaliresonaattorilla, jolle on tunnusomaista se, että keskijohdin on tehty levymäisestä materiaalista, johon on tehty keskijohtimen suunnassa ulottuvat avaukset, 20 jotka muodostavat väliinsä kielimäisen kytkentäosan, joka on vapaasta päästään kytketty piirilevylle.

Keksinnön ajatuksena on tehdä keskijohtimen (ohueen) seinämään keskijohtimen (pituus)suunnassa ulottuvat avaukset siten, että niiden väliin muodostuu kytkentä-25 kieleke, joka on vapaasta päästään helposti juotettavissa i piirilevylle.

Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa myös helposti toteutettavan, sarjatuotantoon sopivan ja kustannuksiltaan edullisen tavan valmistaa resonaattori, joka omaa 3 0 suuren Q-arvon.

Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia suoritus-. . muotoja kuvataan tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää poikkileikkausta keksinnön mukaises-35 ta koaksiaaliresonaattorista, 11 94299 3 kuvio 2 esittää perspektiivikuvantona keksinnön mukaisen koaksiaaliresonaattorin keskijohdinta, ja kuvio 3 havainnollistaa resonaattorin keskijohtimen edullista valmistustapaa.

5 Kuviossa 1 on esitetty poikkileikkaus keksinnön mukaisesta koaksiaaliresonaattorista, joka on sovitettu piirilevylle 11.

Resonaattori käsittää ensinnäkin metalloidun tai metallista valmistetun keskijohtimen 12, joka on yläpääs-10 tään avoin ja alapäästään kiinnitetty piirilevylle 11. Keskijohdin on tässä esimerkkitapauksessa poikkileikkaukseltaan oleellisesti neliön muotoinen putkimainen kappale, jonka seinämät rajaavat sisäänsä vapaan (ilma)tilan.

Resonaattorin uikojohtimen muodostaa metalloitu tai 15 metallista valmistettu vaippaosa 13, joka käsittää sivuseinät 13a ja niitä ylhäältä yhdistävän kannen 13b. Vaippaosa on alapäästään kiinnitetty piirilevylle 11 ja yhdistetty piirilevyn maatasoon. Vaippaosa sulkee sisäänsä paitsi keskijohtimen 12, myös muita piirilevyllä mahdolli-20 sesti olevia komponentteja, jotka kuuluvat laitteeseen (esim. suodattimessa ei tällaisia vaippaosan sisällä olevia komponentteja kuitenkaan tarvita). Nämä komponentit on esitetty kaaviomaisesti ja niitä on merkitty viitemerkillä K. Jotta keskijohdin ja vaipan sisällä mahdollisesti ole-25 vat muut komponentit voitaisiin kytkeä resonaattorin ulko-: .· puolisiin piirikomponentteihin, on vaippaosan sivuseinien alareunaan tehty sivusuunnassa kapeahkoja uria 15, joiden muodostamia kanavia pitkin kytkennät voidaan tehdä piirilevyllä.

30 Resonaattorin taajuuden säätämiseksi on sen vaippa- osan kanteen sovitettu lisäksi taajuudensäätöruuvi 14 . . siten, että ruuvin kärkiosa on siirrettävissä keskeltä avoimen keskijohtimen sisään niin, että se pituus, jolla mainittu kärkiosa on keskijohtimen sisällä, on säädettä-35 vissä.

94299 4

Kuviossa 2 on esitetty tarkemmin resonaattorin keskijohdinta 12, joka muodostaa sisäänsä vapaan tilan 24, johon taajuudensäätöruuvi 14 työntyy. Keksinnön mukaisesti on keskijohdin tehty levymäisestä materiaalista, johon on 5 muodostettu keskijohtimen suunnassa ulottuvat avaukset 21, jotka määrittelevät väliinsä kielimäisen kytkentäosan 22, joka on vapaasta päästään juotettu kiinni piirilevyllä 11 olevaan metallitolioon (ei esitetty). Tällä tavoin kytken-täosa 22 muodostaa liitäntäjohtimen, jolla ulkopuoliset 10 piirikomponentit voidaan hyvin yksinkertaisella tavalla kytkeä resonaattorin keskijohtimeen. Keskijohtimen alaosaan on muodostettu jalat 23, joiden varassa keskijohdin seisoo piirilevyllä (ja joista keskijohdin on yhdistetty piirilevyn maatasoon). Kuten kuviosta l ilmenee, ulottuvat 15 jalat 23 piirilevyn 11 läpi ja kytkentäosan 22 vapaa pää oleellisesti piirilevyn tasoon.

Se, kuinka ylös (kuinka pitkälle) avaukset 22 ulottuvat, riippuu kulloisellekin piirille asetettavista sähköisistä vaatimuksista. Mitä pidemmät avaukset ovat, sitä 20 voimakkaampi on kytkentä ulkopuolisiin komponentteihin, kuten varaktoreihin ja transistoreihin, ja päinvastoin, mitä lyhyempiä avaukset ovat, sitä heikompi on kytkentä ulkopuolisiin komponentteihin. Kussakin tapauksessa on siis piirin sähköisille ominaisuuksille asetettavien vaa-25 timusten perusteella löydettävissä optimikohta avausten i pituudelle. Tätä optimikohdassa olevaa kytkentäpistettä on kuviossa 1 merkitty viitemerkillä P.

Keskijohtimet on edullista valmistaa kuviossa 3 havainnollistetulla tavalla suuremmasta levystä, esim. kupa-30 ripellistä 31, johon muodostetaan esim. etsaamalla, meistämällä tai polttoleikkaamalla (esim. laserilla) aukot 32, jotka muodostavat keskijohdinaihiot. Aihiot irrotetaan pellistä taivuttamalla ja ne taitetaan edelleen kuviossa 2 esitettyyn muotoon. Vastakkaiset reunat juotetaan kiinni 35 toisiinsa. Etsaaminen on valmistusmenetelmistä sikäli 94299 5 edullisin, ettei se vaadi kalliita työkaluja.

Kuviossa 3 näkyvät myös ne, avauksiin 22 nähden kes-kijohtimen vastakkaisella seinällä olevat avaukset 33, joiden väliin muodostuva kielimäinen kytkentäosa 34 muo-5 dostaa keskijohtimen toisen liitäntäjohtimen samaan tapaan kuin kytkentäosa 22 muodostaa sen ensimmäisen liitäntä-johtimen. Sekä avauksilla 22 että avauksilla 33 on tietty vertikaalisuuntainen toleranssialue optimikohdassa olevan kytkentäpisteen (kytkentäpiste P avauksille 22) ympärillä, 10 jossa kytkentä toimii hyväksyttävällä tavalla.

Paitsi että keksinnön mukainen keski johdin on rakenteeltaan sellainen, että se voidaan yksinkertaisesti juottaa piirilevyyn ja että se sallii yksinkertaisen liitännän, se on perusrakenteeltaan myös sellainen, että se sal-15 lii taajuussäädön suorittamisen ulkopuolelta ruuvin tms. avulla. Keksinnön mukaisen ajatuksen kannalta eivät nämä taajuudensäätöelimet kuitenkaan ole välttämättömiä, joskin ne kuuluvat rakenteen edulliseen suoritusmuotoon.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 20 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Resonaattori voidaan esim. sijoittaa myös kyljelleen piiri-25 levyyn 11 nähden, jolloin avaukset ulottuisivat keskijoh-Γ\ timen suunnassa vaakatasossa. Keskijohtimen toinen pää on tällöin käännettävä piirilevylle, joten tässä mielessä rakenne on edellä esitettyä monimutkaisempi. Kyljellään oleva resonaattori saadaan kuitenkin matalampaan tilaan 30 kuin pystyssä oleva. Keskijohdin on myös mahdollista valmistaa esim. poikkileikkaukseltaan pyöreästä putkesta. Kun „ , siis tässä yhteydessä todetaan, että keskijohdin on tehty levymäisestä materiaalista, on sen ymmärrettävä käsittävän erilaiset poikkileikkaukset omaavat, keskeltä avoimet 3Π keskijohtimet, joiden seinämät ovat (ohutta) levymäistä ♦ 94299 6 materiaalia. Keskijohdin voidaan myös täyttää dielekt-risellä materiaalilla, joko kokonaan tai siten, että vapaa tila jätetään ainoastaan taajuudensäätöelimiä varten, mikäli resonaattorissa on ko. elimet. Kun siis edellä ja 5 oheisissa patenttivaatimuksissa puhutaan vapaasta tilasta tai keskeltä avoimesta keskijohtimesta, on tämä ymmärrettävä siten, että keskijohtimen seinämät muodostavat sisäänsä tilan, joka on tarpeen mukaan joko täytettävissä tai jätettävissä osittain tai kokonaan vapaaksi. Myös 10 vaippaosan ja keskijohtimen väliin jäävä vapaa tila voidaan täyttää dielektrisellä materiaalilla.

« « · 11

Claims (4)

94299

1. Koaksiaaliresonaattori, joka käsittää keskijohtimen (12), jonka seinämät rajaavat 5 sisäänsä vapaan tilan (24), ja - vaippaosan (13), joka ympäröi keskijohdinta (12) ja joka muodostaa resonaattorin ulkojohtimen, tunnet-t u siitä, että keskijohdin (12) on tehty levymäisestä materiaalista, johon on tehty keskijohtimen suunnassa 10 ulottuvat avaukset (21; 33), jotka muodostavat väliinsä kielimäisen kytkentäosan (22; 34), joka on vapaasta päästään kytketty piirilevylle (11).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen resonaattori, tunnettu siitä, että keskijohdin (12) on sovitettu 15 pystyasentoon, jolloin avaukset (21; 33) ulottuvat alhaalta ylöspäin ja sekä kytkentäosa (22; 34) että keskijohtimen (12) alapää (23) on kiinnitetty piirilevylle (11).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen resonaattori, tunnettu siitä, että keskijohdon (12) on poikki- 20 leikkaukseltaan oleellisesti suorakulmainen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen resonaattori, tunnettu siitä, että keskijohdon (12) on varustettu sinänsä tunnetulla taajuudensäätöelimellä, kuten ruuvilla (14) tms. , joka ulottuu vaippaosan (13) ulkopuo- 25 lelta keskijohtimen (12) vapaan pään kautta keskijohtimen ·· * sisään muodostuvaan vapaaseen tilaan. 94299