FI96457C - Kiinteästi viritetty yksipalainen keraaminen suodatin - Google Patents

Description

9645?

Kiinteästi viritetty yksipalainen keraaminen suodatin

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti suurtaa-juussignaalisuodattixniin (RF-signaalisuodattimiin) ja eri-5 tyisesti keraamisten RF-signaalisuodattimien virittämis- käytäntöön.

Perinteiset keraamiset moniresonaattorisuodattimet käsittävät useita resonaattoreita, jotka ovat tyypillisiä esilyhennettyjä koaksiaalisia tai kierteisiä oikosuljet-10 tuja neljännesaaltosiirto johto ja. Resonaattorit on järjes tetty johtavaan koteloon ja ne voidaan kytkeä toisiinsa niiden yhteisissä seinissä olevien aukkojen kautta. Kukin resonaattori viritetään yleensä haluttuihin ominaiskäyriin yhdellä kahdesta mahdollisesta tavasta.

15 Toinen tapa virittää tällaiset resonaattorit on käyttää viritysruuvia, joka pistetään resonaattorin keskikohdan läpi ulottuvaan reikään. Valitettavasti viritys-ruuvi on tilaa vievä ja se vaatii mekaanisia lukitusele-menttejä, jotka voivat irrottaa halutun, resonaattorien 20 välisen kytkennän, ja koska ruuvia voi säätää ennen sen lukitsemista, se voi tehdä nämä suodattimet alttiiksi sivuun virittymiselle.

Toinen tapa virittää resonaattorit on se, että jokaisen resonaattorin keraamisen suodattimen yksi pinta 25 pinnoitetaan johtavalla pinnoitusaineella. Pinta pinnoite taan luonnollisesti resonaattorin keskellä olevan reiän ja johtavaan koteloon kytketyn sivuseinän väliltä. Tätä pinnoitusta syövytetään (kulutetaan) sitten pois jokaisesta suodattimen resonaattorista, kunnes saavutetaan halutut 30 ominaiskäyrät. Tämä lähestymistapa on huono, koska se on äärimmäisen työläs. Jokaisen resonaattorin pinnoitusta täytyy toistuvasti syövyttää ja testata haluttuja ominais-käyriä varten. Jos poistetaan liian paljon pinnoitusta, suodatin täytyy pinnoittaa uudelleen tai poistaa käytöstä. 35 Lisäksi pinnoituksen syövyttäminen johtaa usein resonaat- 2 96457 torin keraamisen materiaalin syöpymiseen, mikä alentaa resonaattorien välisen kytkennän konsistenssia.

Näistä syistä tarvitaan keraamisen suodattimen vi-ritystekniikka, joka poistaa edellä mainitut puutteet.

5 Esillä olevan keksinnön yleinen tarkoitus on toi mittaa sellainen keraamisen suodattimen viritystekniikka, joka poistaa edellä mainitut puutteet.

Esillä oleva keksintö kohdistuu erityisesti sellaisen esiviritetyn keraamisen suodattimen toimittamiseen, 10 jossa käytetään ennalta muotoiltua kuviota pinnoitettaessa suodattimen yläpintaa tällaista viritystä varten.

Esillä olevan keksinnön toinen tarkoitus on varustaa lähetys-vastaanottohaaroitin tällaisella keraamisella suodattimena.

15 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle mene telmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle suodattimelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 7 20 tunnusmerkkiosassa.

Keskinnön mukaiselle RF-lähetin-vastaanottimelle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

Keksintöä ja sen lisätarkoituksia ja -etuja voi 25 parhaiten ymmärtää katsomalla seuraavaa selitystä sekä oheisia piirustuksia, joissa viitenumerot viittaavat pe rusosiin ja joissa: kuvio 1 on kaavio RF-radiolähetin-vastaanottimesta, joka käyttää kahta suodatinta esillä olevan keksinnön mu-30 kaisesti; : kuvio 2 on suurennettu kaavio toisesta, kuviossa l olevista esillä olevan keksinnön mukaisista suodattimista 114 tai 118; ja kuvio 3 on kaavio esillä olevan keksinnön mukaises- 4 ' 35 ta kuviomaskista.

3 9645? Tässä selityksessä näytetyllä järjestelyllä on käyttöä erityisesti suodatettaessa signaaleja suurtaajuus-viestintäjärjestelmässä (RF-viestintäjärjestelmässä) . Tässä esitetty järjestely on erityisesti suunnattu keraamis-5 ten suodattimien valmistamiseen, niiden käyttämiseen lä- hetin-vastaanottohaaroittimina radiolähetin-vastaanotti-messa.

Kuvio 1 kuvaa tällaista lähetin-vastaanotinta. Lähetin-vastaanotin käsittää perinteisen RF-lähettimen 110 10 sekä perinteisen RF-vastaanottimen 112. Esillä olevan keksinnön mukaista uudenlaista keraamista suodatinta 114 käytetään kytkemään RF-lähettimestä 110 tuleva lähetyssig-naali antenniin 116. Samanlaista uudenlaista keraamista suodatinta 118 käytetään antennin 116 ja RF-vastaanottimen 15 112 välillä kytkemään vastaanotettu RF-signaali antennista 116 RF-vastaanottimeen 112. Suodattimet 114 ja 118 toimivat yhdessä lähetys-vastaanottohaaroittimena, joka kytkee antennin 116 lähetin-vastaanottimeen. Siirtojohdot 120 ja 122 on asetettu vastaavasti keraamisten suodattimien 114 20 ja 118 sekä antennin 116 väliin sopivaa sähkökytkentää varten.

Suodattimen 114 päästökaista keskitetään suunnilleen RF-lähettimestä 110 tulevan lähetyssignaalin taajuuteen, kun samalla vaimennetaan voimakkaasti vastaanotetun 25 RF-signaalin taajuutta. Lisäksi siirtojohdon 120 pituus valitaan niin, että sen impedanssi vastaanotetun signaalin taajuudella olisi mahdollisimman suuri.

Suodattimen 118 päästökaista keskitetään suunnilleen vastaanotetun RF-signaalin taajuuteen, kun samalla 30 vaimennetaan voimakkaasti lähetyssignaalia. Siirtojohdon • 122 pituus valitaan siten, että sen impedanssi lähetyssig naalin taajuudella olisi mahdollisimman suuri.

Vaihtoehtoisesti voidaan suodattimet 114 ja 118 ja osat 120 ja 122 yhdistää yhdeksi eristäväksi palaksi.

35 Kuviossa 2 esitetään suodatin 114 tai 118 yksityis- 4 96457 kohtaisesti esillä olevan keksinnön mukaan. Suodatin 114 tai 118 käsittää palan 210, joka muodostuu eristävästä materiaalista, joka on pinnoitettu valikoiden johtavalla materiaalilla. Pala 210 käsittää tulo- ja lähtöelektrodit 5 214 ja 216, jotka on pinnoitettu niin, että ne vastaavasti vastaanottavat RF-ottosignaalin ja päästävät suodatetun RF-signaalin. RF-signaalit voidaan kytkeä suodattimien 114 tai 118 elektrodeihin 214 ja 216 perinteisten virtapiirien avulla, esim. sellaisten, joita on käsitelty US-patentissa 10 nro 4 431 977, Sokola ja muut, joka patentti on siirretty samalle siirron saajalle ja josta tähän on liitetty viittauksia. Palan 210 pinnoitus on sähköä johtavaa ainetta, mieluummin kuparia, hopeaa tai niiden seosta. On parasta, että tällainen pinnoitus peittää palan 210 kaikki pinnat, 15 lukuun ottamatta yläpintaa 212, jonka pinnoitusta käsitel lään tuonnempana. Muita johtavia pinnoitusjärjestelyjä voidaan tietenkin myös käyttää. Katso esim. pinnoitusjärjestelmiä, joita on käsitelty US-patentissa nro 4 431 977, "Keraaminen päästökaistasuodatin", Sokola ja muut, nykyi-20 sen siirron saajan siirron saaja, tästä patentista on oheen liitetty viittauksia.

Pala 210 käsittää viisi reikää 201 - 205, joista kukin ulottuu yläpinnasta pohjapintaan. Pinnat, jotka määrittävät reiät 201 - 205, on samoin pinnoitettu sähköä 25 johtavalla materiaalilla. Jokainen pinnoitettu reikä 201- 205 on varsinaisesti siirtojohtoresonaattori, joka muodostuu koaksiaalisesta oikosuljetusta siirtojohdosta, jonka pituus on valittu haluttuja suodattimen ominaiskäyriä varten. Vaikka palassa 210 esitetään viisi pinnoitettua rei-30 kää 201 - 207, voidaan käyttää kuinka montaa pinnoitettua . reikää tahansa, riippuen siitä, millaisia suodattimen omi naiskäyriä halutaan. Lisäselvityksiä rei'istä 201 - 205 voi katsoa US-patentista nro 4 431 977, Sokola ja muut, supra.

35 Tällaiset reiät eivät tietenkään ole suodattimen 9645? 5 toiminnan kannalta välttämättömiä keraamisissa suodatti-missa. Keraamiset aaltoputkisuodattimet käsittävät joskus esimerkiksi resonoivan osan tai osia, ilman eristävän palan läpi meneviä reikiä. Katso esimerkiksi US-patentti nro 5 4 691 179, Blum ja muut, joka patentti on siirretty samal le siirron saajalle ja josta on liitetty viitteitä tähän patenttihakemukseen.

Siirtojohtoresonaattorien välinen kytkentä, kun resonaattorit ovat pinnoitettuja reikiä 201 - 205, kuvio 10 2, suoritetaan eristävän materiaalin avulla ja sitä sääde tään asteittain vaihtelemalla eristävän materiaalin tehollista leveyttä sekä vierekkäisten siirtojohtoresonaattori-en välistä etäisyyttä. Vierekkäisten reikien 201 - 205 välisen eristävän materiaalin tehollista leveyttä voi 15 säätää jollain sopivalla säännöllisellä tai epäsäännölli sellä tavalla; käyttämällä esimerkiksi lovia, lieriömäisiä reikiä, nelikulmaisia tai suorakulmaisia reikiä tai epäsäännöllisen muotoisia reikiä.

Hienosäädöt tehdään ennalta muotoillun kuviopinnoi-20 tuksen mukaan, jota käsitellään tuonnempana.

Lisäksi kytkennän säätämiseen voidaan käyttää myös pinnoitettuja tai pinnoittamattomia reikiä, jotka sijaitsevat siirtojohtoresonaattoreiden (reiät 201 - 205) välissä. Esillä olevan keksinnön mukaan palan 210 yläpinta 212 25 on pinnoitettu valikoiden samanlaisella sähköä johtavalla materiaalilla (pinnoitteella) 240, joka esitetään varjostetuin aluein. Yläpinnan 212 pinnoittamattomat alueet, eli pinnoitettujen alueiden välit, esitetään varjostamattomin aluein. Palan 210 yläpinnan pinnoite 240, kuvio 2, pannaan 30 palaan 210 käyttämällä ennalta muotoiltua kuviomaskia 310 (kuvio 3) esillä olevan keksinnön mukaisesti.

Maskin erikoinen rakenne perustuu valikoituun pe-ruseristävän palan taajuusominaiskäyrään. Viittaus termiin "peruseristävä pala", osoittaa esimerkiksi kuviossa 2, 35 että pala 210 on perusmuodossa siten, että sen yläpinnalla 6 96457 212 ei ole pinnoitetta. On parasta, että valikoitu taajuuteen liittyvä käyrä käsittää peruseristävän palan neljän-nesaaltotaajuuden. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää peruseristävän palan korkeutta ja dielektrisyysvakiota.

5 Peruseristävä pala voidaan rakentaa sopivasta eris tävästä materiaalista, jolla on pieni häviö, suuri die-lektrisyysvakio ja pieni dielektrisyysvakion lämpötila-kerroin. Ensisijaisessa suoritusmuodossa palan 210 peruseristävä pala muodostuu keraamisesta yhdisteestä, joka 10 sisältää bariumoksidia, titaanioksidia ja sirkoniumoksi- dia, joiden sähköisiä ominaisuuksia selitetään yksityiskohtaisemmin G.H. Jonkerin ja W. Kwestroon artikkelissa "Kolmen komponentin systeemit Bz0-Ti02-Sn02 ja BaO-Tio2-Zr02", joka on julkaistu lehdessä Journal of the American 15 Ceramic Society, osa 41, numero 10, sivut 390 - 394 loka kuussa 1958. Tässä artikkelissa kuvatuista keraamisista yhdisteistä taulukossa VI esitetty yhdiste, jonka kemiallinen rakenne on 18,5 mooli-% BaO, 77,0 mooli-% TiO, ja 4,5 mooli-% Zr02, ja jonka dielektrisyysvakio on 40, sopii 20 hyvin käytettäväksi esillä olevan keksinnön keraamisessa suodattimessa.

On parasta, että tällaista eristävää ainetta käytetään raaka-aineseoksena, joka on käyttökelpoinen kehitettäessä suurta määrää peruseristäviä paloja. Yksi seos 25 tällaista eristävää ainetta asianmukaisesti käytettynä jakaa tasaisesti ne perusaineet, joista yhdiste koostuu. Tasainen jakauma takaa melkein tarkat taajuusominaiskäyrät kaikille siitä valmistettaville peruseristäville paloille. Neljännesaallon resonanssitaajuuden vaihtelu on esimerkik-30 si merkityksetön (mitattu yhdessä sovelluksessa pienemmäk- . si, kuin 0,4 %) niiden palojen välillä, jotka on valmis tettu samasta raaka-aineseoksesta. Tällainen käyrä voidaan kuitenkin mitata seoksen eri näytteistä yhdenmukaisuuden varmistamiseksi.

35 Kun peruseristävä pala on valmistettu raaka-aine- 9645? 7 seoksesta, mitataan valittu taajuusominaiskäyrä seoksen tai sen huomattavan osan mallitaajuuskäyrän määrittämiseksi .

Osittain mallitaajuuskäyrään ja osittain ulkopuo-5 lella kehitettyihin suodattimen rakennemäärittelyihin pe rustuen suunnitellaan pinnoituskuvio, jota voi käyttää pinnoitettaessa valikoiden palojen yläpintoja johtavalla materiaalilla ja jota sitten käytetään peruseristävässä palassa, jotta saadaan täydellinen suodatin, jossa on mi-10 tan mukaan tehdyt suodatinkäyrät. On parasta, että kuvio kehitetään käyttämällä perinteistä tietokoneen muotoiluohjelmaa ja muuttajia, jotka muuttavat mallista virtapiiriksi, esim. "Super-Compact"-nimistä ohjelmaa, jota saa yhtiöstä Compact Software, Inc.

15 Tapa, jolla pinnoituskuviota käytetään pantaessa pinnoitusta peruseristävään palaan, voidaan suorittaa perinteisin keinoin. Sopiva tekniikka on esimerkiksi kuiva kalvokuvansiirtojärjestelmä, esim. yhtiön E.I. Du Pont De Nemours & Co. (Inc.) tytäryhtiön Du Pont Electronics, Inc. 2 0 valmistama RistonR-järjestelmä.

Raaka-aineseosten välisten taajuusominaiskäyrien vaihtelua voidaan kompensoida suunnittelemalla useita ku-viomaskeja edustamaan tarvittavia muutoksia suodattimen halutusta keskitaajuudesta. Tarkastellaan esimerkiksi pe-' 25 ruseristävän palan neljännesaallon 1 GHz:n taajuutta ja haluttua suodattimen 836,5 MHz:n keskitaajuutta. Kuvio suunnitellaan siten, että se alentaa neljännesaallon taajuuden 836,5 MHz:iin. Eri raaka-aineseokset voivat antaa kuitenkin tulokseksi peruseristävän palan neljännesaalto-30 taajuuksia, jotka vaihtelevat 0,990 GHzrstä 1,010 GHz:iin (vaihtelu 20 MHz). Suunnittelemalla seitsemän kuviomaskia voi kukin niistä muuttaa peruseristävän palan neljännes-aaltotaajuutta seuraavasti: 9645? δ

Kuvio Muutos Ghzistä Muutos Mhz:iin 1 1,010 Ghz 836,5 MHz 2 1,007 GhZ 836,5 MHz 3 1,004 GHZ 836,5 MHz 5 4 1,001 GHz 836,5 MHz 5 0,998 GHz 836,5 Mhz 6 0,995 GH2 836,5 MHz 7 0,992 GHZ 836,5 MHz 10 Tällä tavalla voidaan raaka-aineseosten välinen MHz:n vaihtelu tasata 3 MHz:n tarkkuudelle mittaamalla neljännesaallon taajuusominaiskäyrä ja valitsemalla sitten sopiva kuviomaski, jolla palan pinnoitus levitetään.

Sen mukaisesti käytettäessä palan resonanssineljän-15 nesaaltotaajuutta valittuna taajuusominaiskäyränä, pinnoi- tuskuvio kehitetään siten, että se alentaa palan resonans-sitaajuuden määriteltyyn suodattimen rakenteen keskireso-nanssitaajuuteen. Tämä valmistustapa antaa tärkeitä, parempia etuja, kuin aikaisemmin käsitelty tekniikan taso. 20 Esimerkiksi kahdentoista palan filmipainettujen ja viri tettyjen suodattimien tutkimus käsitti taajuuden, välin ja kytkentäkertoimen mittaukset. Nämä kaksitoista suodatinta vastasivat haluttuja väliinkytkentävaimennusvaatimuksia yhtä hyvin tai paremmin, kuin perinteiset, kuluttavat 25 viritysmenetelmät.

Tekniikan ammattilaiset ymmärtävät, että esillä olevaan keksintöön voidaan tehdä erilaisia sovituksia ja muutoksia ilman, että poiketaan sen suoja-alasta ja ideasta.

Il

Claims (6)

1. 9 9645?
2. 1. Suodattimen valmistusmenetelmä, joka käsittää seuraavat vaiheet: 5 eristevarusteiden valmistaminen, jotka varusteet käsittävät eristävän aineen, jossa on ylä- (212), sivu- ja alapinnat, jotka muodostavat seulotuissa eristevarusteissä ainakin kaksi reikää (201 - 205), jotka ulottuvat yläpinnasta (212) kohti alapintaa ja jotka on asetettu tilaan 10 ennalta määrätylle etäisyydelle toisistaan, mainittujen eristävien varusteiden sivu- ja pohjapinnat ja mainitut ainakin kaksi reikää peitetään valikoiden johtavalla aineella (240) toimittamaem siirtojohtoresonaattori kullekin mainituista ainakin kahdesta reiästä (210 - 2105), 15 mainittu menetelmä on tunnettu vaiheistaan: ennalta valikoidun mainittujen eristävien varusteiden taajuusominaiskäyrän mittaaminen; useiden kuviomaskien (310) muodostaminen, jolloin kukin kuviomaski muodostetaan eri kuvioista, jotka vas-20 taavat sarjaa ennalta valikoidun taajuusominaiskäyrän arvoj a; yhden kuviomaskin valitseminen useista kuviomas-keista (310), joka maski vastaa sarjaa arvoja, joka sarja käsittää ennalta valikoidun taajuusominaiskäyrän mitatun 25 arvon; sekä .. johtavan aineen (240) paneminen mainittujen eris tävien varusteiden yläpinnalle käyttämällä mainituista useista kuviomaskeista valitun kuviomaskin kuviota, jolloin lisävirittäminen, joka tapahtuu poistamalla johtavaa 30 materiaalia yläpinnalta, on tarpeetonta. *: 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että ennalta valitun taajuusominaiskäyrän arvon mittausvaihe käsittää mainitun 35 eristävän varusteen neljännesaaltotaajuuden arvon mittausvaiheen .
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetel- 10 9645? mä, tunnettu siitä, että mainitun eristävän varusteen valmistusvaihe käsittää vaiheen, jossa mainittujen ainakin kahden reiän pinnat pinnoitetaan johtavalla materiaalilla. 5
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että ennalta valitun taa-juusominaiskäyrän arvon mittausvaihe käsittää mainitun eristävän varusteen ylä- ja alapintojen välisen etäisyyden 10 arvon mittausvaiheen.
5. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että ennalta valitun taa-juusominaiskäyrän arvon mittausvaihe käsittää mainitun 15 eristävän varusteen dielektrisyysvakion arvon mittaus- vaiheen .
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että ennalta valitun taa- 20 juusominaiskäyrän arvon mittausvaihe käsittää vaiheen, jossa mitataan dielektrisyysvakion arvo ja mainitun eristävän varusteen ylä- ja alapintojen välisen etäisyyden arvo. 9645? 11