IT9022559A1

IT9022559A1 - Sistema per la combinazione di segnali ad alta frequenza e relativo dispositivo conbinatore.

Info

Publication number: IT9022559A1
Application number: IT022559A
Authority: IT
Inventors: D Oro Enzo Cavalieri; Era Giuseppe Dell
Original assignee: For E M S P A
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1992-06-29
Also published as: EP0492303A1; IT1246749B; CA2058267C; US5206612A; IT9022559A0; EP0492303B1; CA2058267A1; DE69118496D1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale dal titolo: "SISTEMA PER LA COMBINAZIONE DI SEGNALI AD ALTA FREQUENZA E RELATIVO DISPOSITIVO COMBINATORE"

Riassunto

Sistema per l'accoppiamento di più segnali, ciascuno consistente di una banda di frequenze alte e comprese ad es. tra qualche centinaio di MHz e qualche decina di GHz, almeno comprendente per ogni segnale: un filtro passa-banda a cavità, un circuito ausiliario di controllo dello stato del segnale di detto filtro, mezzi di accoppiamento tra filtri e connettori di uscita e ingresso, caratterizzato dal fatto che a ciascuna cavità si asportano le zone prossime agli angoli superiori che non contribuiscono significativamente alla qualità del filtro, ogni cavità comprendendo un corpo maggioritario di base a sezione ad es. rettangolare o quadrangolare, ed un corpo minoritario rastremato sostanzialmente trapezioidale; e alla scatola contenente i circuiti ausiliari si dà una larghezza sostanzialmente uguale a quella del mino lato del trapezio di sommità.

DESCRIZIONE

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per la combinazione di almeno due segnali con bande di frequenze diverse tra loro e comprese ad esempio tra le centinaia di MHz e le decine di Giganhertz, detto sistema comprendendo un filtro passa-banda ed un relativo circuito ausiliario per ogni banda da combinare, come pure un ponte o circuito di collegamento tra coppie di filtri.

Il trovato comprende i dispositivi combinatori risultanti dall'implementazione del sistema in questione.

Nel campo delle telecomunicazioni si presenta comunemente il problema di unire su un unico mezzo portante ad es. un cavo due o più segnali contenuti in bande di frequenze diverse. L'unione dei segnali deve essere effettuata nel minor ingombro possibile con un dispositivo che comprenda.oltre ai filtri di canale, anche i circuiti ausiliari che hanno la funzione di rilevare le caratteristiche dei segnali da combinare e segnalare lo stato dei filtri ai circuiti di controllo per adattarli, ad esempio con motori che li comandano, nel caso in cui la sintonia dei filtri stessi debba essere effettuata automaticamente. Tanta per fissare subita le idee, nello schema semplificato di fig.lA sono rappresentate le bande di frequenza Bl,B2...Bn dei segnali da combinare, e nello schema di fig.lB è rappresentato lo schema a blocchi del circuito da realizzare.

Fl,F2...,Fn sono i filtri attraverso i quali transitano le bande di frequenza Bl,B2...,Bn che devono essere combinate; Cl,C2...,Cn indicano i circuiti ausiliari associati a ciascun filtro.

Nella Fig.2 è rappresentata la vista frontale schematica di un circuito combinatore realizzato utilizzando le tecniche note per la combinazione di due o più segnali aventi ciascuno una banda Bi. Ciascun filtro Fi è rappresentato da una scatola (generalmente una cavità risonante) parallelopipeda sormontata dalla scatola Ci' contenente i circuiti ausiliari. All’uscita di ciascun filtro è posta una linea di accoppiamento, che è collegata all'esterno con due connettori Sa e Sb. L'uscita Sb di ciascun filtro è collegata all'ingresso Sa del filtro seguente. Il connettore Sa del primo filtro è chiuso su un carico reattivo (CR) che, senza dissipare potenza, fa si che il segnale proveniente dall'ingresso di ciascun filro venga convogliato verso il connettore di ingressa del filtro successivo. Sul connettore Sb del.primo filtro FI . si trovano così riuniti i segnali B1,B2...,Bi..Bn provenienti dall'ingresso di tutti i filtri Fl,F2...Fn. CO' indica il cavetto di collegamento fra CI ed Fl(Fig.2b) Il circuito descritto risolve il problema posto, ma presenta una serie di inconvenienti tra i quali ci si limita a segnalare quelli relativi ad un ingombro eccessivo, a difficoltà nei collegamenti circuitali tra coppie di filtri ecc.ecc.

Primo scopo dell'invenzione è quello di provvedere un sistema che non presenti gli inconvenienti dell'arte nota, ed abbia piccolo ingombro complessivo, basse perdite ma anche grande efficienza ad es. nella realizazione dei collegamenti tra filtri, e nell'accostamento tra i filtri stessi.

Questi ed altri scopi sono ottenuti col sistema secondo il trovato che si caratterizza per il fatto che a ciascuna cavità si asportano le zone prossime agli spigoli superiori che non contribuiscono significativamente alla qualità del filtro, ogni cavità comprendendo un corpo maggioritario di base a sezione ad es. rettangolare o quadrangolare, ed un corpo minoritario rastremato sostanzialmente trapezoidale; e alla scatola contenente i circuiti ausiliari si dà una larghezza sostanzialmente uguale a quella del minor lato del trapezio di sommità.

Le ulteriori caratteristiche del sistema e dei relativi dispositivi di implementazione sono richiamate nelle altre rivendicazioni.

Il circuito utilizzato nell'invenzione è basato sull'osservazione che una parte dei filtri passa-banda, essendo prossima agli spigoli, non dà un contributo significativo alla qualità dei filtri stessi e può pertanto essere eliminata.

Un'altra osservazione su cui è basato il sistema secondo l'invenzione riguarda il rapporto fra le dimensioni dei filtri passa-banda e quelle dei circuiti ausiliari ad essi associati. Poiché la larghezza dei circuiti ausiliari è dell'ordine ad es. di un terzo di quella dei filtri, tutto lo spazio compreso fra i circuiti ausiliari stessi è sprecato e può essere completamente utilizzato ruotando ad es. di 180° gradi i filtri adiacenti.

Per la massima utilizzazione degli spazi e per la minimizzazione della lunghezza del circuito di collegamento, dai filtri passa-banda sono stati asportati gli spigoli adiancenti ai connettori Sa ed Sb. Per quanto detto questi spigoli sono infatti sostanzialmente inutilizzati. I diversi aspetti e vantaggi dell’invenzione appariranno meglio dalla descrizione dettagliata delle forme di realizzazione rappresentate nei disegni allegati nei quali:

-le figure 3a,3b e 3c rappresentano viste schematiche e parziali, della conformazione strutturale di un filtro, secondo l'invenzione dette viste essendo rispettivamente dal didietro cioè posteriore (fig.3a) laterale (fig.3b) e frontale o anteriore (fig.3c);

-la fig. 4A è una vista in sezione della fig.3b o meglio una vista in sezione con un piano avente per traccia la linea A-A in fig.3c;

-la fig.4B è una vista in sezione secondo la linea B-B in fig.4A;

-la fig.5 è una vista schematica dall'alto di un combinatore secondo l'invenzione, consistente di cinque filtri da 1 a 5 singoli delle figure 3a-c, e 4A-4B, l'uno ruotato di 180° rispetto al precedente e al successivo, ogni coppia di filtri avendo il suo ponticello di collegamento 1-2, 2-3,3-4 e 4-5, e

-la fig.6 è una vista schematica e parziale in sezione di un detto ponticello, lungo la linea Y-Y di fig.5.

Secondo un primo aspetto del trovato, il filtro qualsiasi Fi ha ora (figure 3a-3c e 4B) una conformazione svasata nella parte superiore che, innestata sulle due pareti laterali dritte e parallele 50-51 è delimitata da una porzione preferibilmente trapezioidale consistente dei due lati inclinati (rispetto ad A-A) 52 e 53 e della sommità 54, parallela ma molto più piccola del fondo o base 55. Di preferenza l'inclinazione di 52-53 è di 45°; sul tratto più alto di 52-53 si innesta ora la scatola 60 contenente un circuito ausiliario Ci ed avente una larghezza 62 sostanzialmente uguale a quella della detta sommità 54, ed un'altezza H.

Secondo un altro notevole aspetto dell'invenzione la conformazione ora rastremata (trapezioidale, o equivalentemente triangolare) della somità 52-53-54 di ciascun filtro Fi come pure la larghezza 62 dei circuiti ausiliari Ci sostanzialmente uguale a quelle della detta sommità 54, consentono una giustapposizione vantaggiosamente critica dei filtri ( e dei relativi circuiti ausiliari).

Come si vede meglio dalla fig.5 nella quale per scrupolo di chiarezza illustrativa si è rappresentato un combinatore tipico (ma non limitativo) di cinque filtri F1,F2,F3,F4 e F5 (ciascuno col relativo circuito ausiliario da CI a C5) il filtro F2 è ruotato di 180° rispetto al filtro precedente FI nel senso che FI (rimasto ad es. nella posizione di fig.3c) ha il lato 51 avvicinato al lato 61 di C2 mentre il fianco 50 del filtro F2 è vicino al lato 60 di Cl.

Secondo un ulteriore aspetto del trovato con questi ribaltamenti successivi, i lati inclinati 52 di un filtro ad es. FI verranno direttamente ad essere vicini al lato 53 del filtro successiva. E’ ora estremamente vantaggioso e semplice, effettuare l'accoppiamento tra filtri successivi ad es. tra FI ed F2, disponendo un ponticello 1-2 inserito in una scatola 12' ad es. rettangolare il cui lato maggioritario "1" è preferibilmente ortogonale ai lati inclinati affiancati 52 di FI e 53 di F2.

In questo modo si ottiene non solo una notevole riduzione dell'ingombro complessivo per gli effetti combinati: della conformazione ad es. trapezioidale di ogni filtro; del ribaltamento a 180° in successione degli stessi; della creazione di una linea di confine 52 di FI a stretta vicinanza di 53 di F2 e così via; ma anche un collegamento facile, affidabile e non dispersivo tra filtri con i ponticelli o cavallotti 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 che cavalcano i due lati inclinati accostati di ogni coppia di filtro.

Un ponticello di collegamento tipico è rappresentato in fig.6 e consiste di un corpo esterna 71, di un primo conduttore interno (orizzontale) 72, di bussole ad es. in PTFE 73 e 77, di due altri conduttori verticali (non indicati; di grano 75, di pinze 74, di tappi 78 e di spinotti 79.

Anche se la struttura del cavallotto coassiale di fig.6 non può far parte, a rigore, del presente travato, nel senso che per l'attuazione dell'invenzione esso può essere sostituito anche da ponticelli di altro tipo, un cavallotto stesso 1-2 o 4-5 è 'stato descritto per mettere in risalto un altro aspetto vantaggioso dell'invenzione, che è rappresentato nelle figure 4A, 4B e 5. Dalla fig.5 si vede che un cavallotto ad es. 1-2 tra filtri FI a F2, fa da ponte tra il capo 81 della linea di collegamento 101 di FI ed il capo 82 della linea 102 nel filtro F2. Dalla fig. 4B si vede meglio come una linea ad es. 101 colleghi il connettore di antenna ANT con il connettore interno alla cavità CRI. Si è trovato vantaggioso regolare al meglio la lunghezza di dette linee 101...105 formadole a mò di piastrine curve (a settore circolare, ellittico, ecc) e regolando la loro distanza dalla parete PA della cavità CR1 con una vite esterna 85 che avvicinando o allontanando sia pure di poco la laminetta curva ad es. 101 dalla parete PA della cavità CR1, ne ottimizza l'accoppiamento.

Nelle figure 4A e 4B è rappresentata la forma di realizzazione più vantaggiosa del trovato, nella quale come cavità risonante CRI si impiega un risonatore la cui sintonia è regolata con due dielettrici uno a femmina Df ed uno a maschio Dm che si muove entra Df e all'uopo è portato da due guide GU concentriche e da una vite o albero centrale AL mosso preferibilmente da un motore MOT. In questa maniera, variando l'accoppiamento cioè la penetrazione di Dm in Df si riesce a sintonizzare perfettamente la cavità CRI e quindi il filtro relativo FI su un'ampia gamma di frequenza.

La forma di realizzazione del risonatore a doppio dielettrico con penetrazione comandata da vite manuale o da motore è descritta in una prima contemporanea domanda di brevetto la cui descrizione si ritiene qui incorporata. Analogamente in una seconda contemporanea domanda di brevetto della Richiedente è descritta la realizzazione di filtri Fl-Fn a cavità risonanti (preferibilmente con doppio dielettrico), ciascuno consistente di due sezioni di filtraggio, una F1A passa-banda per il segnale ad alta frequenza, (ad es. da 700 MHz a 12 GHz) , ed una F2B passa-banda per il segnale di controllo (ad es. sintonizzazione) a bassa frequenza (da 0 a 300 MHz) . Vantaggiosamente F1A è accoppiata con un'induttanza alla cavità per il segnale ad alta frequenza ed F2B è fatta con un circuito stampato CST alloggiato in una nicchia NI ricavata nella parete PA della cavità CR1. Come si comprende facilmente, il segnale a bassa frequenza uscente dalla sezione F2B di filtro passa-basso comanda il motore MOT che muovendo il dielettrico maschio Dm e la sua penetrazione "p” nel dielettrico femmina Df, regola la sintonia del filtro Fi. Il sistema telecomandato a motore trova oggi larga ed utilissima applicazione nelle telecomunicazioni per radio-mobili. Si ritiene qui incorporata anche la descrizione della seconda contemporanea domanda di brevetto della Richiedente relativa alla realizzazione del filtro a sezione passa-basso a circuito stampato CST ip.serito nella nicchia NI, e a sezione passa-banda accoppiata con induttanza e privo di capacità . Il funzionamento del sistema automatico preferito secando l' invenzione può essere così riassunto.

Il filtro FI ( quindi qualsiasi altro filtro Fi di fig.5) ha la sua cavità CR1 dotata di un primo supporto SU per il motore MOT, da una parte e di una piastra di supporto 75 per la scatola 60 dei circuiti ausiliari C1, che agisce anche da coperchio per CRI. (Fig.4A) .

La piastra 75 ha perciò le due funzioni di coperchio del filtro FI e di supporto della scatola 60. Con riferimento alle figure 3 il segnale che, attraverso il filtro FI, deve essere inviato all'antenna ANT unitamente ai segnali provenienti dagli altri filtri F2-Fn viene inviato al connettore 6 (fig.3b) che costituisce l'ingresso della scatola 60. Dopo che una piccola parte del segnale è stata prelevata per dare ai circuiti ausiliari Ci le informazioni sullo stato del segnale stesso, questo, attraverso il connettore di uscita 7 ed il cavo 8 (fig. 3a) viene inviato al connettore d'ingresso 9 del filtro Fi (vedasi anche fig.3b).

Una parte del segnale viene riflesso dal filtro e, attraverso il cavo 8 ed il connettore 7, raggiunge la scatola 60 e dà ad essa informazioni sullo stato della sintonia del filtro. L'insieme delle informazioni raccolte dalla scatola 60 verrà elaborato dai circuiti ausiliari Ci contenuti in 60 e sarà utilizzato per dare i comandi al motore HOT che sintonizza automaticamente il filtro Fi (variando la penetrazione del dielettrico maschio Dm nel dielettrico femmina Df). Il trovato è stato descritto con riferimento ad alcune forme di realizzazione, in particolare a quelle più complete ed automatiche cioè con motore di spostamento dei dielettrici MOT delle figure 3b e 4A e con il filtro a circuito stampato CST della fig.4B nella nicchia NI della parete PA. E' ovvio però che l'invenzione (configurazione e ribaltamento dei filtri a "bottiglia") ha portata più generale e può trovare le più svariate applicazioni, con o senza quelle modifiche sostituzioni, varianti, adattamenti e simili, che per essere a portata di mano del tecnico medio del ramo sono da considerare come naturalmente ricadenti e compresi nello spirito più ampio della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Sistema per l'accoppiamento di più segnali, ciascuno consistente di una banda di frequenze alte e comprese ad es. tra qualche centinaio di MHz e qualche decina di GHz, almeno comprendente per ogni segnale: un filtra passa-banda a cavità, un circuito ausiliario di controllo dello stato del segnale di detto filtro, mezzi di accoppiamento tra filtri e connettori di uscita e ingresso, caratterizzato dal fatto che a ciascuna cavità si asportano le zone prossime agli spigoli superiori che non contribuiscono significativamente alla qualità del filtro, ogni cavità comprendendo un corpo maggioritario di base a sezione ad es. rettangolare o quadrangolare, ed un corpo minoritario rastremato sostanzialmente trapezioidale; e alla scatola contenente i circuiti ausiliari si dà una larghezza sostanzialmente uguale a quella del minor lato del trapezio di sommità.
2) Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere insiemi di cavità e circuiti ausiliari profilati a "bottiglie" ribaltate di 180° l'una rispetto all'altra, il collo di una bottiglia rappresentato dalla scatola dei circuiti ausiliari essendo disposto adiacente e combacente col fianco del corpo maggioritario della cavità successiva.
3) Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui i lati di rastremazione del corpo minoritario trapezoidale di sommità della cavità sono inclinati di 45° circa.
4) Sistema secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che sui lati inclinati vicini tra loro di due cavità prossime ribaltate si dispone il ponticello o cavallotto di collegamento tra segnali di coppie di filtri vicini, detto ponticello essendo preferibilmente a 90° rispetto alla coppia dei detti lati inclinati.
5) Sistema secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che ogni ponticello è a cavallo tra due lamine curve, ciascuna interna ad una cavità, la curvatura della lamina regolandone la lunghezza mentre la distanza tra le superfici affacciate della parete interna della cavità, e quella prospiciente della laminetta è regolata con vite dielettrica attraversante detta parete.
6) Sistema secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che si impiegano cavità a dielettrici compenetranti la cui penetrazione è comandata manualmente o automaticamente.
7) Sistema secondo la rivendicazione 6, in cui in una parete della cavità è ricavata una nicchia che ospita un filtro passa-basso a circuito stampato.
8) Dispositivo accoppiatore per l'implementazione del sistema secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata da: una serie di n filtri a cavità rastremate superiormente e da una serie di n scatole di circuiti sormontanti il lato più stretto della cavità, ogni insieme costituito da una cavità rastremata sormontata da scotola, essendo ribaltato di 180° rispetto al precedente e al seguente; da una serie di n-1 cavallotti di collegamento inter-cavità disposti a cavallo sui lati rastremati adiacenti fra loro di due cavità vicine; e da una serie di n laminette interne alle cavità ai cui capi si impegnano i cavallotti.
9) Dispositivo accoppiatore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che: ciascuna delle n cavità contiene: all'interno due dielettrici compenentranti; all'esterno una vite o preferibilmente un motore per regolare la penetrazione reciproca tra dielettrici; e in una nicchia ricavata su una sua parete un circuito stampato agente da sezione di filtro passa-basso.