FI94575B - Mikroaaltoalueen kampalinjakaistanpäästösuodin - Google Patents

Description

94575

Mikroaaltoalueen kampalinj akaistanpäästösuodin

Esillä oleva keksintö liittyy mikroaaltosuotimiin ja erityisesti kampalinjakaistanpäästösuotimeen.

5 Pääasiallinen ellei yksinomainen kampalinjakais- tanpäästösuotimien käyttösovellutus on mikroaaltohaaroi-tusjärjestelmien aikaansaanto, joissa mainittujen suotimien koon ja kustannusten laskun vaatimus kasvaa erityisesti toimittaessa L (1 - 2 GHz) taajuusalueella ja S (2 -10 4 GHz) taajuusalueella, joissa suodinrakenteet on pääosin kehitetty pituussuuntaisina.

On tunnettua, että kampalinjakaistanpäästösuodin varustetaan aalto-ohjaimella, jolla on suorakulmainen tai pyöreä poikkileikkaus, joka on kooltaan sellainen, että 15 käyttötaajuudet ovat aina pienempiä kuin rajataajuus. Ohjaimeen on sovitettu sarja yhdensuuntaisia tankoja, jotka on sovitettu poikittaisiin tasoihin ja joiden pituus vastaa kahdeksasosa-aallonpituutta ja jotka vuorottelevat tankojen kanssa yhdensuuntaisten kytkentäruuvien kanssa.

20 Tangot muodostavat suotimen resonaattorit ja niiden lukumäärä riippuu suotimen taajuusvasteominaiskäyrästä.

Kukin tanko on kiinnitetty ohjaimeen toisesta päästä, kun taas vastakkaiseen päähän on kierretty viritysruu-vi lähelle sitä keskitetyn kapasitiivisen kuorman muodos-25- tamiseksi. Viritysruuvit säätävät viritystaajuutta samalla kun resonaattoreiden väliin sijoitetut ruuvit säätävät kytkentää ja siten kaistanleveyttä, toisin sanoen syvemmälle kiertämistä vastaa laajempi kaista.

Tangon lähelle kehitetyn kentän magneettinen kompo-30 nentti aikaansaa kytkennän seuraavan tangon kanssa. Kytkentä riippuu tankojen välisestä etäisyydestä ja se kasvaa etäisyyden pienentyessä.

Kapeat päästökaistat suotimen läpi saavutetaan voimakkailla irtikytkennöillä tankojen välillä, rakenteen 35 pituuden kasvun muodostuessa väistämättömäksi ongelmaksi.

2 94575

Kapeat päästökaistat suotimen läpi saavutetaan voimakkailla irtikytkennöillä tankojen välillä, rakenteen pituuden kasvun muodostuessa väistämättömäksi ongelmaksi.

Suureen suotimen pituuteen tunnetaan tekninen rat-5 kaisu, jollaista on kuvattu esimerkiksi E. G. Cristalin artikkelissa "Data for partially decoupled round rods between parallel ground planes", MTT Microwave Technique and Technology, toukokuu 1968.

Tämän tunnetun ratkaisun mukaisesti tankojen väli-10 sen etäisyyden ja siten suotimen pituuden pienentämiseksi tankojen väliin on sijoitettu erottavat ohjauslevyt, jotka aikaansaavat irtikytkennän, joka kasvaa niiden koon myötä. Ohjauslevyt on sovitettu hahloihin, jotka on tehty leikkaamalla suodinta leveyssuunnassa yleisesti kytkentäruuvi-15 en kohdalta. Voidaan aikaansaada kaksi mahdollista päära-kennetta: (a) ohjauslevyt ovat täydelliset koostuen lin jaan asetetuista ohjauslevypareista, jotka jättävät peittämättömäksi enemmän tai vähemmän kapeita kaistoja ohjaimen keskeltä tai (b) ohjauslevyt ovat puolikkaita koostuen 20 yksittäisistä ohjauslevyistä parien sijasta ja ne jättävät peittämättä keskikaistojen lisäksi peilimäiset segmentit, joita toinen ohjauslevy ei peitä.

Molemmilla rakenteilla on se haitta, että ne lisäävät tuotantoaikaa ja -kustannuksia, koska tarvitaan 25 ylimääräisiä valmistustoimenpiteitä ohjaimen leikkaami seksi, ohjauslevyjen valmistamiseksi, niiden sovittamiseksi suotimeen ja paikoittamiseksi siihen ja niiden hitsaa-miseksi paikoilleen ohjaimeen.

Asennusongelmat myös lisääntyvät merkittävästi.

30 Itse asiassa leikkaustoimenpide merkittävästi heikentää . rakennetta leikkausten kohdalta erityisesti ohjauslevyjen ollessa täydellisiä, jolloin leikkaus on tehty poikkileikkauksen suuren osan läpi. Tämä voi johtaa aksiaaliseen muodon muutokseen ja taipumiseen pääasiallisesti ohjausle-35 vyjen hitsauksen aikana, koska siihen liittyy ohjaimen kuumentaminen.

94575

Edeltävän mukaisesti esillä olevan keksinnön kohteena on välttää yllä mainitut haitat. Tämä päämäärä saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella kampalinjakais-tanpäästösuodattimella. Kytkentäruuvit on sijoitettu vä-5 Iissä olevaan kulmaan viritysruuvien tai tankojen suhteen. Keksinnön mukaisesti voidaan käyttää kahta vaihtoehtoista rakennetta. Ensimmäisessä vaihtoehdossa kiertymiskulma pidetään muuttumattomana itseisarvoltaan, mutta muuttuu kulmaltaan yhden tangon ja sitä seuraavan tangon välillä, 10 jotta aikaansaadaan kaksi vuorottelevaa yhdensuuntaisten tankojen riviä. Toisessa vaihtoehdossa kiertokulma säilyy muuttumattomana itseisarvoltaan ja merkiltään, jotta aikaansaadaan tankokuvio, joka määrittää kierteen ohjaimen pinnalle.

15 Tankojen välinen irtikytkentä ja siten myös suoti men pituus riippuvat kiertokulman itseisarvon arvosta.

Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi esillä olevan keksinnön kohteena on patenttivaatimuksessa 1 kuvattu kam-palinjakaistanpäästösuodin ja erityisesti kaksi sen suo-20 ritusmuotomuunnosta, joita on kuvattu patenttivaatimuksissa 2 ja 3. Keksinnön mukaisen kampalinjakaistanpäästösuo-dattimen muut edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 4-7.

Esillä olevan keksinnön lisätavoitteet ja edut il-25 menevät seuraavasta sen yhden esimerkinomaisen suoritus muodon yksityiskohtaisesta selostuksesta, joka suoritusmuoto on annettu ainoastaan ei-rajoittavana esimerkkinä, viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuviot 1 ja 2 esittävät pituussuuntaisia poikki-30 leikkauksia esillä olevan keksinnön kohteena olevan kam-palinjasuotimen tasoja LI ja L2 pitkin, kuvio 3 esittää poikkileikkaukseen sen tasoa Xl pitkin, kuvio 4 esittää siitä perspektiivikuvan pituussuun-35 nassa aukileikattuna ja 4 94575 kuviot 5 ja 6 esittävät käyriä joistakin suotimen luonteenomaisista parametreistä.

Viitaten kuvioihin 1 ja 2 niissä on esitetty pituussuuntainen poikkileikkaus vastaavasti tasoja LI ja L2 5 pitkin aalto-ohjaimen G keskiosasta, joka aalto-ohjain sallii kampajuovakaistanpäästösuotimen toteuttamisen.

Ohjaimen kaksi päätä, jotka kannattavat suotimen sisääntulo- ja ulostuloliitäntöjä, on jätetty esittämättä, koska ne ovat tunnettua tyyppiä.

10 Ohjaimella G on pyöreä poikkileikkaus Xl, kuten on esitetty kuviossa 3.

Kuvioissa 1, 2 ja 3, joihin alla yhdessä viitataan, samoille elementeille on annettu viitemerkit. Lisäksi kuvioissa 1 ja 2 on ilmaistu leikkauksen Xl taso, joka ai-15 kaansaa kuviossa 3 esitetyn poikkileikkauksen samalla kun kuvio 3 esittää kuvioissa 1 ja 2 esitettyjen pituussuuntaisten poikkileikkausten leikkaustasot LI ja L2.

AI, A2, A3, A4 ja A5 esittävät identtisiä tankoja, joilla on pyöreä poikkileikkaus. Mainittujen tankojen toi-20 nen pää on suljettu oikosulun muodostamiseksi ja se on nivelöity ohjaimen G pintaan samalla kun toisessa päässä ohjaimen sisällä on ontelo.

SI, S2, S3, S4 ja S5 esittävät viritysruuveja, jotka kiertyvät tunnetulla tavalla ohjaimeen ja jotka on lu-25 kittu vastaavasti muttereilla Bl, B2, B3, B4 ja B5 viisteistä, jotka sijaitsevat diametraalisesti vastapäätä niitä pisteitä, joihin tangot on nivelöity. Viritysruuvit 1 kutakin tankoa varten on sovitettu sillä tavoin, että ne kierretään lähelle vastaavan tangon pään onteloa ja valin-30 naisesti tunkeutuvat niihin koskettamatta niitä.

Ontelo tangoissa tekee viritysruuvien asettelusta vähemmän kriittisen. Itse asiassa, jos haluttaisiin aikaansaada korkeat kapasitanssit ilman ontelolta, ruuvit täytyisi kiertää liian lähelle tankoja, jolloin syntyisi 35 vaara ruuvien koskettamisesta tankoihin. Mutta käytettäes- i, 5 94575 sä ruuveja, jotka kykenevät tunkeutumaan onteloon, aikaansaadaan kasvu kapasitanssissa lisäämällä onteloa vastapäätä olevaa ruuvin pinnan pinta-alaa.

VI, V2, V3 ja V4 esittävät kytkentäruuveja, jotka 5 samalla tavoin kuin viritysruuvit, kiertyvät tunnetulla tavalla ohjaimeen ja ne on lukittu vastaavasti muttereilla B6, B7, B8 ja B9, jotka on kiinnitetty reikiin ohjaimen G pinnassa.

Kuvio 3 esittää kaksi peräkkäistä tankoa, esimer-10 kiksi A3 ja A2 ja niiden viritysruuvit vastaavasti S3 ja S2, jotka on kierretty kulmaan 0° < a < 90° (esim. a = 80°) samalla kun välillä oleva kytkentäruuvi esim. V2 on kierretty kulmaan β = α/2 suhteessa viritysruuviin S3.

Tankoa AI on kierretty suhteessa tankoon A2 kulmal-15 la, joka on -a samoin kuin tankoa A3 suhteessa tankoon A4.

Siten kukin tanko ja siten myös kukin viritysruuvi on kierretty suhteessa edeltävään kulmalla, joka säilyy muuttumattomana itseisarvoltaan ja vuorottelee merkiltään samalla kun kytkentäruuveja on kierretty kulmalla, joka on 20 yhtä kuin puolet kahden vierekkäisen viritysruuvin välisestä kulmasta.

Kuvio 4 esittää toisen perspektiivikuvan kampajuo-vasuotimesta pituussuuntaisesti aukileikattuna, jossa suo-timessa eri komponenttiosia on merkitty samoilla viite-25- merkeillä kuin kuvioissa 1, 2 ja 3.

Yllä mainituista kuvioista voidaan nähdä, että vi-ritysruuvien ulostulot ohjaimen pinnalla muodostavat kaksi yhdensuuntaista pituussuuntaista riviä (SI, S3, S5 ja S2, S4), jotka vuorottelevat välissä olevan kytkentäruuvien 30 (VI - V4) pituussuuntaisen rivin kanssa.

Tankojen välinen irtikytkentä ja siten suotimen "pituus riippuvat kiertokulman a arvon itseisarvosta. Tämä tulos on käynyt ilmi laboratoriokokeista, jotka on suoritettu prototyypeille, joilla on eri arvot kulmalle a ver-35 rattuina tunnetun tyyppisen suotimen prototyyppiin, jossa on yhdensuuntaiset tangot, mutta ei suuntauslevyjä.

94575

Rajoittamattomana esimerkkinä yritettiin aikaansaada suodin, joka toimii taajuusalueen 1,5 GHz ympärillä.

Tätä tarkoitusta varten valittiin ohjain G, jolla on pyöreä poikkileikkaus ja sisähalkaisija D 26 mm ja vastaava 5 rajataajuus 6,8 GHz.

Ensin tehtiin suotimen prototyyppi, jossa on yhdensuuntaiset tangot, mutta ei ohjauslevyjä, sitten tehtiin asetukset eri kaistanleveyksille B ja löydettiin kullekin B:n arvolle kytkentäruuvien keskimääräinen tunkeutumis-10 syvyys ohjaimessa ilmoitettuina prosentteina ohjaimen si- sähalkaisijasta D:Ip = 100 I/D. I ilmaisee tässä kytkentäruuvien ohjaimen sisällä olevien osuuksien keskimääräisen pituuden.

Sitten tehtiin kolme suodinten prototyyppiä lähtien 15 suotimesta, jossa on yhdensuuntaiset tangot kiertäen tankoja kulmissa a = 50°, 80° ja 85° ja samat mittaukset toistettiin määrittäen siten uudet kaistanleveydet b < B.

Tällä tavoin piirrettiin kuviossa 5 esitetty käyrä riippuvuuden määrittämiseksi kaistanleveyden prosentuaali-20 sen muutoksen Bp = 100(B-b)/B suhteessa arvoon lp pitäen a parametrinä.

Kuvio 5 esittää mitatut kokeelliset pisteet ja interpoloinnilla aikaansaadut käyrät prototyypeille, jotka on toteutettu kiertokulmilla a = 50°, 80° ja 85°.

25 Kuvion 5 käyristä saadaan kuviossa 6 esitetty käy rä, joka keskimääräisen tunkeutumissyvyyden prosentteina lp ollessa halutun suuruisen, määrittää suhteen kaistanleveyden prosentuaalisen muutoksen Bp ja kiertokulman a välillä.

30 Ennaltamäärätylle kulman a arvolle kuvio 6 antaa parametrin B/b, joka ilmaisee suhteen yhdensuuntaiset tangot omaavan ja L pituisen suotimen, jossa ei ole suuntaus-levyjä, kaistan B ja samanpituuden L omaavan, mutta kulmaan a kierretyt tangot omaavan suotimen kaistan b välil-35 lä.

7 94575 Tämän johdosta, jos L' < L ilmaisee mitoitettavan suotimen maksimaalisen sallitun pituuden, b ilmaisee vaaditun läpäisykaistan ja B' ilmaisee vastaavan, mutta yhdensuuntaiset tangot omaavan ja L' pituisen suotimen kais-5 tan, pätee seuraava verrannollisuusyhtälö: B : b = B' : b' (1)

Yhtälöstä (1) seuraa, että jos bT on todella vaadittu kaista, kierretyt tangot omaava suodin täytyy suunnitella todelliselle kaistalle: 10 B' = b’ (B/b) (2)

Yhtälössä (2) B/b voidaan pitää korjaavana parametrinä, jota käytetään mitoitettaessa suotimen keskeinen osuus samalla kun sisääntulo- ja ulostulokytkentöjen suunnittelukriteerit säilyvät muuttumattomina.

15 Kuviosta 6 nähdään, että parametri B/b kasvaa, kun a kasvaa siten, että tankojen välistä kallistusta voidaan lisätä sopivasti kunnes aikaansaadaan aina suurempi todellinen kaista B' ja siten aina lyhyempi suodinrakenne, joka sopii yhteen maksimaalisen pituusdimension kanssa, jonka 20 suunnitteluspesifikaatiot asettavat.

Tuloksia analysoitaessa suotimessa, joka on toteutettu kuten yllä on esitetty ja jonka läpäisykaista on B = 12 MHz ja paluuhäviö = 25 dB, aikaansaadaan pituuden LC prosentuaalinen lyheneminen verrattuna tunnettuun suoti-25. meen, jossa ei ole suuntauslevyjä ja yhdensuuntaiset tangot 10 %, kun a = 50°, 35 %, kun a = 80" ja 45 %, kun a = 85°.

Yllä esitetyt havainnot pätevät myös ohjaimen sisä-halkaisijalle, edellyttäen, että ohjaimen rajataajuus on 30 aina vähintään 2 oktaavia toimintataajuuden yläpuolella.

Jos tämä ei pitäisi paikkaansa, saattaisi esiintyä epä-suotavia kytkentöjä ei vierekkäisten resonaattoreiden välillä johtuen sähkömagneettisen aallon huonosta vaimenemisesta sen edetessä ohjaimen sisällä.

35 Yllä esitetty selitys tekee selväksi edut, jotka aikaansaadaan tehtäessä kampalinjakaistanpäästösuotimet esillä olevan keksinnön mukaisesti.

8 94575

Erityisesti aikaansaadaan lujarakenne, joka on helppo valmistaa eikä ole erityisen kallis. Pituuden lyhentämiseksi on siten tarpeetonta toteuttaa ylimääräisiä tuotantotoimenpiteitä ohjaimen modifioimiseksi, kuten oli 5 asianlaita, kun tehtiin leikkauksia suuntauslevyjen asentamiseksi ja niiden hitsaamiseksi.

Ei esiinny erityisiä asennusongelmia eikä rakenne heikkene.

Suotimen pituus ei ole enää parametri, joka liittyy 10 yksinomaan suotimen sähköisiin ominaisuuksiin, vaan siitä tulee taso, jota voidaan muuttaa myös mekaanisten vaatimusten pohjalta valitsemalla sopivasti tankojen keskinäinen kallistus.

On selvää, että kuvattujen esimerkinomaisten suori-15 tusmuotojen lukuisat muunnokset ovat mahdollisia ylittämättä tällöin keksinnön ideaan sisältyvien keksinnöllisten periaatteiden laajuutta.

Erityisesti kiertokulma a tankojen välillä voidaan pitää vakiona itseisarvoltaan ja merkiltään, jotta aikaan-20 saadaan tankojen ja siten virityksen ja kytkentäruuvien järjestely, jossa ulostulot ohjaimen pinnalla määrittävät kierteen. Kytkentäruuvit yhä edelleen kierretään kulmaan, joka on puolet kahden viereisen viritysruuvin välisestä kulmasta.

Claims (7)

1. Kampalinjakaistanpäästösuodin mikroaaltoja varten muodostuen aalto-ohjaimesta, jolla on pyöreä poikki- 5 leikkaus, johon on sovitettu resonaattoreita, jotka muodostuvat tangoista (Ai.. .A5) ja viritysruuveista (SI.. .S5), ja jotka vuorottelevat kytkentävälineiden kanssa, jotka resonaattorit ja kytkentävälineet on sovitettu poikittaisiin yhdensuuntaisiin ohjaimen tasoihin, tunnettu 10 siitä, että kutakin resonaattoria (Ai, SI - A5, S5) on kierretty suhteessa viereiseen itseisarvoltaan vakiosuu-ruisella kulmalla 0° < < 90°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kampalinjakais- tanpäästösuodin, tunnettu siitä, että mainittu 15 kulma « vaihtuu etumerkiltään peräkkäisten resonaattorei-den välillä.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kampalinjakaistanpäästösuodin, tunnettu siitä, että mainittu kulma « on etumerkiltään vakio peräkkäisten resonaattorei- 20 den välillä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kampalinjakaistanpäästösuodin, tunnettu siitä, että mainitut kytkentävälineet muodostuvat kytkentäruuveista ja että kukin kytkentäruuvi (VI - V4) on sijoitettu viereisiin 25 viritysruuveihin nähden niiden välillä olevaan kulmaan.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kampalinjakaistanpäästösuodin, tunnettu siitä, että mainittu välillä oleva kulma on β = α/2.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen 30 kampalinjakaistanpäästösuodin, jossa resonaattorit käsit- ‘ tävät λ/8-tankoja ja viritysruuveja, kunkin tangon ollessa kiinnitetyn toisesta päästään ohjaimeen toisen pään ollessa sijoitettuna lähelle tangon akselilla olevaa viritys-ruuvia, tunnettu siitä, että mainituissa tangois-35 sa (Ai - A5) on ontelo päässä, joka on vastapäätä asian- 10 94575 omaista viritysruuvia (SI - S5) siten, että jälkimmäinen voi valinnaisesti tunkeutua onteloon sitä koskettamatta.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen kampalinjakaistanpäästösuodin, tunnettu siitä, 5 että tietyille luonteenomaisille suotimen sähköisille parametreille kulman « kasvaessa välimatka resonaattoreiden välillä pienenee parametrin B/b pohjalta, missä b on suotimen läpäisykaista tietylle kulman « arvolle ja B on kaista, joka vallitsisi, kun « = 0. 11 94575