HUT62118A - Temperature compensated helix resonator - Google Patents

Description

FLINK, Pekka Tapani, Kempele Fj

A bejelentés napja: 1991. 05. 03.

A bejelentés elsőbbsége: 1990. 05. 04. (902263 F1‘

A bejelentés tárgya hőmérsékletkompenzált helix rezonátor fémfelületű bórában elrendezett legalább egy, helikális tekercsként kialakított belső vezetővel, amely tekercs egyik, nagy impedanciájú, nyitott vége a búra köpenyétől adott távolságra van elrendezve.

A helix rezonátorok belső vezetője helikális tekercsként van kialakítva, külső vezetője pedig egy fémfelületű búra, amely körülveszi a belső vezetőt. Rezonáns frekvencián TEM módusú rezgés alakul ki a rezonátor hossztengelye mentén. A jel a belső vezető kivezetésén át jut be a rezonátorba, A tekercs alakú belső vezető másik vége lehet nyitott, vagy a búra fémfelületével rövidrezárt kivitelű. A nyitott végű belső vezetőjű rezonátorok negyedhullámú, a rövidrezárt belső vezetőjű rezonátorok félhullámú koaxiális rezonátorok. A helix rezonátorok búrája és tekercse közötti kapacitás, amely soros rezgőkör egyik tagja, hangolócsavarral hangolható. A gyakorlati alkalmazás során számos helix rezonátort adott célnak, például rádió vevőnek megfelelő karakterisztikájú szűrővé kapcsolnak össze. A helix rezonátorok viszonylag kis méretüknek és hangolhatóságuknak köszönhetően kiválóan alkalmasak duplex szűrők kialakítására, különösen a 100-1000 MHz frekvenciatartományban.

Az ismert helix rezonátorok alapvető problémája a gyenge hőstabilitás. Egy duplex szűrőnek sem az áteresztő sávja, sem a levágási tartománya nem változhat káros hatások nélkül a hőmérséklet függvényében. Emiatt a duplex szűrők helix rezonátorait hőkompenzálni szükséges.

Olyan alkalmazásokban, amelyekben a környezeti hőmérséklet széles határok között változik - ilyennek tekinthetők a mobil telefonok duplex szűrői - a helix rezonátorok rezonancia-frekvenciájának jelentős elmászásával kell számolni. A helix rezonátorok hőkompenzálásának számos ismert módja van. Megépíthetek a helix rezonátorok például olyan precíziós al katelemekből, amelyeket a hőfüggés csak kevéssé befolyásol. Ilyen alkatelemek felhasználása azonban a rezonátorok előállítását nagyon költségessé teszi. Egy másik megoldás szerint a helix rezonátorokat olyan széles tartományban hangolhatóan alakítják ki, amely tartományba belefér a hőfüggés okozta elmászás is. Ez a megoldás azért hátrányos, mert az elmászás korrigálása a szelektivitás csökkenésével jár. Bizonyos alkalmazásokban a hőfüggés javítása a hangolási érzékenység rovására megy.

Az US-4,205,286 sz. szabadalmi bejelentésben olyan hőkompenzált helix rezonátor van ismertetve, amelynek belső vezetője egy két koaxiális részből álló kerettel van körülvéve, ahol az alsó rész nagyobb átmérőjű, mint a fölső rész és a két rész egymáshoz képest hőfokváltozás esetén elmozdulni képes. A kisebb átmérőjű fölső rész belsejébe hangolócsavar nyúlik be. A hangolócsavar a fölső résszel menetesen, a búra köpenyében pedig elfordulást lehetővé tevő módon, arretáló horonnyal kapcsolódik. A hőmérséklet változásakor a keret két része elmozdulhat egymáshoz képest, a hangolócsavar és a belső vezető tekercs közti távolság azonban nem változik, így a kapacitív csatolás sem változik. Ennek a rezonátornak meglehetősen költséges az előállítása, a konstrukciója pedig nehézkes és nagy méretű, emiatt az elérhető Q érték viszonylag kicsi és a rezonátor csak viszonylag alacsony frekvencia-tartományban, 100-200 MHz között alkalmazható.

Ismert olyan hőkompenzálás is, amelynél fröccsöntött, hőtáguló műanyag rögzítést alkalmaznak, amely a búra köpe nyéhez képest megfogja a tekercs felső, szabad végénél lévő szélső meneteit. A rögzítés egy vagy több, a köpenytől a rezonátor tengelyvonala felé irányuló karból áll, amelyek a tekercs felső meneteit befogják, vagy gyűrűszerű elemként van kialakítva. Amikor a hőmérséklet növekszik, változik a búra és a tekercs szabad vége közötti távolság, következésképpen változik a tekercs hossza és a menetemelkedés. A hőkompenzálás milyensége a rögzítés anyagának megválasztásától függ. A gyakorlatban Ílymódon nem érhető el teljes hőkompenzáció, csak bizonyos mértékű alulkompenzáltság, ami azt jelenti, hogy - bár csökkent mértékben - a rezonanciafrekvencia változik a hőmérséklet függvényében. Ez a hőfüggés tovább csökkenthető a tekercs szabad vége és a búra közti távolság csökkentésével és a tekercs menetemelkedésének csökkentésével, továbbá nagyobb hőtágulású műanyag alkalmazásával. A tekercs vége és a búra közti távolság csökkentése csak egy bizonyos határig jelent javulást, hatása a hőkompenzálásra a távolság nullára csökkenése esetén sem elegendő az alulkompenzáltság megszüntetéséhez. A távolság nullához közelítésének hátránya az átütés veszélyének növekedése és a rezonáns kör jóságának egy optimális távolságtól kezdődő rohamos csökkenése is. Az alulkompenzáltság elmozdítható a túlkompenzáltság irányába a tekercs menetemelkedésének csökkentésével is, ennek is határt szab azonban az, hogy a menetek nem érhetnek össze, és mivel a menetek már anélkül is nagyon közel vannak egymáshoz, a kompenzáció-változtatási tartomány nagyon szűk. A kompenzáció befolyásolásának harmadik lehetősége a műanyag rögzítés anyaga hőfokkoefficiensé5

nek alkalmas megválasztása, de mert az alkalmazott műanyagnak a hőfokkoefficiensen kívül más alkalmas paramétereket is fel kell mutatnia, az alkalmas választék kicsi.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése, olyan hőkompenzált helix rezonátor megalkotásával, amellyel az ismertekhez hasonló, vagy jobb kompenzáció egyszerűen megvalósítható módon és eszközökkel elérhető.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a hőkompenzáció nem csak a belső vezető tekercs nagy impedanciájú szabad végére ható intézkedésekkel valósítható meg, hanem a tekercs alacsony impedanciájú másik végére ható intézkedéssel is.

A feladat találmány szerinti megoldásában a hőmérsékletkompenzált helix rezonátor fémfelületű búréban elrendezett legalább egy, helikális tekercsként kialakított belső vezetővel bír, amely tekercs egyik, nagy impedanciájú, nyitott vége a búra köpenyétől adott távolságra van elrendezve, a tekercsnek legalább egy, a tekercs többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel bíró menete van.

A találmány egy előnyös kiviteli alakjában a tekercs többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel bíró menet a tekercsnek a kivezetésével szomszédos menete.

A találmány egy további előnyös kiviteli alakjában a tekercs nagy impedanciájú, nyitott vége a tekercs szélső meneteit befogó szigetelő rögzítéssel mereven a búra köpenyéhez van rögzítve, és a tekercs többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel bíró menete a tekercs kis impedanciájú végénél van kialakítva.

Az alábbiakban kiviteli példára vonatkozó a rajz alapján részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az ábra hőkompenzált helix rezonátor vázlata - részben metszetben.

A rajzon a találmány szerinti helix rezonátor egy példakénti kiviteli alakja van ábrázolva. A rezonátor belső vezetőjét helikális 4 tekercs alkotja, amelynek 6 kivezetése van. A belső vezető koaxiálisán elrendezett külső vezető belső terében van elrendezve, amely egy 2 köpennyel borított fémfelületű (fémből készült vagy fémmel bevont) 1 búra hengeres, vagy sokszögű keresztmetszettel, zárt, fémes felületű homloklappal. A hegeres 4 tekercs nagy impedanciájú, szabad végének szélső menetei fröccsöntött műanyag 3 rögzítésbe vannak befogva, amely rögzítés elemei a 2 köpenyhez vannak rögzítve. A rezonátor másik homloklapját 5 tartólap képezi, amely például egy nyomtatott áramköri lap része és amelybe a belső vezető 6 kivezetése be van forrasztva

Az ismert rezonátorok tekercsének menetemelkedése állandó, a hőkompenzáció ezekben úgy működik, hogy a hőmérséklet emelkedésének hatására a rögzítés elmozdítja a tekercs felső végét a búrához képest. Mint már említettük, ez mindig alulkompenzáltságot eredményez. Amikor a környezeti hőmérséklet nő, ez a rögzítés kiterjedését okozza, aminek hatására a tekercs menetei összébb nyomódnak, a menetemelkedés csökken.

Ezt a hatást a találmány szerint olymódon csökkentjük, hogy a tekercs meneteinek egy részét nagyobb 7 menetemelkedéssel készítjük, mint a tekercs többi menetének menetemel-

kedése. Ez az intézkedés azt eredményezi, hogy a kompenzáló hatás a túlkompenzálás irányába eltolódik. így lehetségessé válik a tekercs egy nagyobb menetemelkedésű szakaszának kialakításával megfelelő hőkompenzációt elérni. Ezt a szakaszt előnyös a tekercs kivezetéséhez (6) közeli, kis impedanciajú részén, célszerűen az első és második menet között kialakítani. A tekercsnek a hőmérsékletváltozás hatására történő összenyomódása e szakaszon okozza a legnagyobb változást.

A találmány szerinti helix rezonátorban alkalmazott hőkompenzálási mód nagyon egyszerűen és biztonságosan alkalmazható, előnyös minden nyitott végű vezető tekerccsel megépített helix rezonátor esetében, amelyben a tekercs szabad vége a köpenyhez képest szigetelő rögzítéssel meg van fogva.

A találmányt olyan konstrukciókban alkalmazva, amelyben a tekercs szabad vége nincs befogva, a hőkompenzáló hatáson túlmenően további meglepő előnyös hatást észleltünk: azt találtuk, hogy a helikális tekercs fizikai méretei nem befolyásolták érzékenyen a rezonancia-frekvenciát és a rezonátor más jellemzőit, azaz a belső vezető átmérője és a tekercs magassága bizonyos határok között a rezonancia-frekvencia változása nélkül változtatható. Ez megkönnyíti a rezonátorok és szűrők gyártását és a belső vezető tekercs kiformálását.

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims (3)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Hőmérsékletkompenzált helix rezonátor fémfelületű búréban (1) elrendezett legalább egy, helikális tekercsként (4) kialakított belső vezetővel, amely tekercs egyik, nagy impedanciájú, nyitott vége a búra köpenyétől (2) adott távolságra van elrendezve, azzal jellemezve, hogy a tekercsnek (4) legalább egy, a tekercs többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel (7) bíró menete van.

2. Az 1. igénypont szerinti hőmérsékletkompenzált helix rezonátor, azzal jellemezve, hogy a tekercs többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel bíró menet a tekercsnek (4) a kivezetésével (6) szomszédos menete.

3. Az 1. igénypont szerinti hőmérsékletkompenzált helix rezonátor, azzal jellemezve, hogy a tekercs (4) nagy impedanciájú, nyitott vége a tekercs szélső meneteit befogó szigetelő rögzítéssel (3) mereven a búra köpenyéhez (2) van rögzítve, és a tekercs (4) többi menetének menetemelkedésénél nagyobb menetemelkedéssel (7) bíró menete a tekercs kis impedanciájú végénél van kialakítva.