ITAN20130111A1 - Filtro a cavita' risonante a frequenza di risonanza variabile - Google Patents

Description

FILTRO A CAVITÀ RISONANTE A FREQUENZA DI RISONANZA VARIABILE.

Descrizione

Si descrive qui di seguito un filtro a cavità risonante a frequenza di risonanza regolabile.

In particolare si descrive un filtro a cavità risonante regolabile sulla banda VHF e UHF, ad esempio tra 100 e 180 MHz e tra 225 e 450 MHz.

I filtri a cavità risonante, o risonatori coassiali, sono utilizzati come filtri passa banda nel campo delle frequenze radio, in particolare quando le potenze di lavoro e le caratteristiche elettriche necessarie sono così severe da non permettere l’impiego di filtri a costanti concentrate o semi-concentrate (vale a dire con componenti discreti quali condensatori, induttanze, ecc.).

In estrema sintesi un filtro a cavità risonate comprende un contenitore metallico chiuso (cavità risonante) in cui à ̈ inserito, coassialmente, un perno centrale (risonatore).

Il perno centrale assolve alla funzione di induttanza e, insieme al contenitore metallico, entro cui à ̈ inserito, assolve anche alla funzione di condensatore.

All’interno del contenitore metallico à ̈ poi presente anche una coppia di loop di accoppiamento regolabili, che collegano elettricamente il filtro a cavità a due connettori, rispettivamente di ingresso ed uscita, del segnale a radio frequenza.

Nel caso di filtri a cavità di frequenza di risonanza sintonizzabile all’interno di una banda vi à ̈ poi una parte meccanica regolabile che permette di variare il valore dell’induttanza e/o della capacità, quindi della sintonia del filtro.

US 8,072,295 descrive una cavità risonante a frequenza variabile che comprende un risonatore cilindrico ed una coppia di loop di accoppiamento, che collegano elettricamente il circuito risonante a due connettori.

I loop di accoppiamento sono ruotanti rispetto ad un asse parallelo all’asse di simmetria della cavità, permettendo quindi di regolare la frequenza di risonanza e accoppiamento.

US 7,193,489 descrive un filtro avente un risonatore centrale stazionario e una vite di regolazione della frequenza di risonanza contrapposta al risonatore centrale.

US 7,012,488 descrive una cavità risonante cilindrica con frequenza di risonanza regolabile; a tale scopo la cavità cilindrica à ̈ costituita da due corpi cavi accoppiati mediante filettatura.

US 6,466,110 descrive un filtro avente una cavità risonante cilindrica ed un risonatore centrale, di sezione rastremata decrescente verso l’estremità libera, con una estremità di lunghezza regolabile.

US 5,285,178 divulga un filtro avente una cavità risonante a forma di parallelepipedo, all’interno della cavità vi à ̈ una barretta metallica, con sezione trasversale a “I†, che può essere ruotata per regolare la frequenza di risonanza.

I dispositivi della tecnica nota presentano alcuni inconvenienti.

Un inconveniente della tecnica nota sono le dimensioni ingombranti, soprattutto quando si opera con frequenze inferiori ai 100 MHz.

Un altro inconveniente della tecnica nota à ̈ il ristretto intervallo di frequenze entro cui il filtro può essere sintonizzato.

Di conseguenza volendo operare su un’ampia banda di frequenze à ̈ necessario utilizzare più filtri, con un aggravio dei costi e dello spazio necessario per alloggiare i filtri (problema particolarmente sentito quando le apparecchiature di telecomunicazioni sono alloggiate su natanti o autoveicoli).

Ancora un inconveniente della tecnica nota à ̈ il valore, relativamente basso, del cosiddetto “fattore di merito†un parametro adimensionale che fornisce una indicazione della capacità selettiva del filtro.

Obiettivo degli inventori à ̈ quello di risolvere, almeno in parte, i problemi della tecnica nota e, in particolare, i problemi sopra indicati.

Una possibile forma di realizzazione di un filtro a cavità a frequenza di risonanza regolabile à ̈ descritto qui di seguito con riferimento alle tavole di disegno allegate in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista prospettica di una cavità risonante;

- la figura 2 à ̈ una vista dall’alto della cavità risonante di figura 1;

- la figura 3 à ̈ una prima vista in sezione longitudinale della cavità risonante di figura 1;

- la figura 4 à ̈ una seconda vista in sezione longitudinale della cavità risonante di figura 1; - la figura 5 à ̈ una vista prospettica di un filtro a cavità risonante a frequenza di risonanza regolabile che comprende la cavità risonante di figura 1;

- la figura 6 à ̈ una vista in sezione longitudinale del filtro a cavità a frequenza di risonanza variabile di figura 5 in una prima posizione operativa;

- la figura 7 Ã ̈ la stessa vista di figura 6, in una seconda posizione operativa;

- la figura 8 à ̈ una seconda vista in sezione longitudinale del filtro a cavità a frequenza di risonanza variabile di figura 5;

- la figura 9 mostra lo stesso disegno di figura 1, ma quotato;

- la figura 10 mostra lo stesso disegno di figura 2, ma quotato;

- la figura 11 mostra lo stesso disegno di figura 3, ma quotato;

- la figura 12 mostra lo stesso disegno di figura 4, ma quotato;

- la figura 13 mostra lo stesso disegno di figura 5, ma quotato;

- la figura 14 mostra lo stesso disegno di figura 6, ma quotato;

- la figura 15 mostra lo disegno di figura 7, ma quotato;

- la figura 16 mostra lo stesso disegno di figura 8, ma quotato.

Si precisa che tutte le quote riportate nelle tavole nelle figure 9-16 sono espresse in millimetri.

Con riferimento alle tavole di disegno il numero 1 indica, nel suo complesso, un filtro a cavità a frequenza di risonanza regolabile regolabile su bande di frequenza VHF e UHF, ad esempio nelle frequenze comprese tra 100 e 180 MHz e tra 225 e 450 MHz.

Il filtro 1 comprende una cavità risonante 2 avente: un asse di sviluppo X, un primo asse di simmetria trasversale Y ed un secondo asse di simmetria trasversale Z.

Il primo e il secondo asse di simmetria trasversale Y, Z sono ortogonali fra loro ed ortogonali rispetto all’asse di sviluppo X.

Il filtro 1 comprende inoltre un risonatore 3, mobile assialmente lungo l’asse di sviluppo X.

Il filtro 1 comprende altresì una coppia di loop di accoppiamento 41, 42, inseriti dentro la cavità risonante 2, che si sviluppano lungo assi x1, x2 paralleli rispetto all’asse di sviluppo X della cavità risonante 2.

I loop 41, 42 possono comprendere due conduttori sviluppantesi ortogonalmente rispetto agli assi di sviluppo x1 e x2.

Gli assi x1 e x2 sono posizionati alla medesima distanza dall’asse di sviluppo X.

Nella forma di realizzazione illustrata la cavità risonante 2 comprende una prima camera 21, che si sviluppa lungo l’asse X, ed una seconda camera 22, anch’essa sviluppantesi lungo l’asse X, la quale à ̈ in comunicazione la prima camera 21.

La prima camera 21 à ̈ delimitata da una parete di testa 210 in metallo, che definisce una superficie sostanzialmente piana ed ortogonale all’asse di sviluppo X.

È poi presente un corpo tubolare 4 in metallo, fissato alla parete di testa 210, il quale à ̈ posizionato coassialmente all’asse di sviluppo X così da penetrare parzialmente nella prima camera 21.

La prima camera 21 à ̈ definita anche da quattro pareti laterali 211, 212, 213, 214 in metallo e da una parete di fondo 215, anch’essa in metallo, che definisce una superficie sostanzialmente piana ed ortogonale all’asse di sviluppo X.

La parete di fondo 215 ha forma di corona quadrangolare e definisce un’apertura quadrangolare 23 che mette in comunicazione la prima camera 21 con la seconda camera 22.

Le quattro pareti laterali 211, 212, 213, 214 della prima camera 21 definiscono uno spazio con simmetria rotazionale di ordine 2 rispetto all’asse di sviluppo X.

Due prime pareti laterali opposte 211, 213 della prima camera 21 sono simmetriche rispetto al primo asse di simmetria trasversale Y e presentano superfici, con perimetro quadrangolare, sostanzialmente piane e parallele all’asse di sviluppo X.

Due seconde pareti laterali opposte 212, 214 della prima camera 21 sono simmetriche rispetto al secondo asse di simmetria trasversale Z ed avendo superfici che presentano prime porzioni 212a, 214a, con perimetro quadrangolare, sostanzialmente piane e parallele all’asse di sviluppo X e seconde porzioni 212b, 214b, con perimetro quadrangolare, rastremate.

Pertanto, muovendosi dalla parete di testa 205 alla parete di fondo 215 la sezione trasversale della prima camera 21 presenta un primo tratto di sezione trasversale costante ed un secondo tratto la cui sezione trasversale diminuisce progressivamente.

La seconda camera 22 del filtro 1 à ̈ delimitata da quattro pareti laterali 221, 222, 223, 224 in metallo, e una parete di fondo 225, anch’essa in metallo, che definisce una superficie sostanzialmente e/o generalmente ortogonale all’asse di sviluppo X.

Le quattro pareti laterali 221, 222, 223, 224 della seconda camera 22 definiscono uno spazio con simmetria rotazionale di ordine 2 rispetto all’asse di sviluppo X.

Due prime pareti laterali opposte 222, 224 della seconda camera 22 sono simmetriche rispetto al secondo asse di simmetria trasversale Z ed hanno superfici sostanzialmente e/o generalmente piane e parallele rispetto all’asse di sviluppo X.

Due seconde pareti laterali opposte 222, 224 sono simmetriche rispetto al primo asse di simmetria trasversale Y ed avendo superfici che presentano prime porzioni 221a, 223a, con perimetro quadrangolare, sostanzialmente e/o generalmente piane e parallele a detto asse di sviluppo X e seconde porzioni 221b, 223b, con perimetro quadrangolare, rastremate.

Pertanto, muovendosi dall’apertura 23 alla parete di fondo 225 la sezione trasversale della seconda camera 22 presenta un primo tratto di sezione trasversale costante ed un secondo tratto la cui sezione trasversale diminuisce progressivamente.

Le porzioni di pareti rastremate 221b, 223b della seconda camera 22 sono disposte ortogonalmente rispetto alle porzioni di pareti rastremate 211b, 213b della prima camera 21 (vedi figura 2).

Sulla parete di fondo 225 della seconda camera 22 à ̈ fissato un perno centrale cilindrico 51, in materiale dielettrico, coassiale rispetto all’asse di sviluppo X, ed una coppia di elementi tubolari 52, 53 in metallo, concentrici e coassiali rispetto all’asse sviluppo X.

Nella forma di realizzazione illustrata gli elementi tubolari 52 e 53 presentano bordi arrotondati. Il risonatore 3 comprende un elemento tubolare in metallo 31 (o maschio) il quale à ̈ scorrevole lungo l’asse X attraverso il corpo tubolare 4, sostanzialmente e/o generalmente cilindrico.

Il corpo tubolare 4 ha un diametro esterno maggiore del diametro esterno dell’elemento tubolare scorrevole 31.

Il risonatore 3 comprende altresì una testa 32 in metallo la quale à ̈ fissata ad un’estremità dell’elemento tubolare scorrevole 31.

La testa 32 comprende ed un elemento sostanzialmente e/o generalmente piastriforme 323 , nell’esempio illustrato un elemento discoidale 323, disposto coassialmente all’asse di sviluppo X ed in modo sostanzialmente e/o generalmente ortogonale rispetto all’asse di sviluppo X ed una coppia di elementi tubolari 321, 322, fissati all’elemento sostanzialmente e/o generalmente discoidale 332.

La testa 32, ed il corpo tubolare scorrevole 31, si possono muovere assialmente in un intervallo di spazio sostanzialmente delimitato dall’estremità del corpo tubolare 4 (che si trova nella prima camera 21) e dalla parete di fondo 225 della seconda camera 22.

Quando la testa 32 à ̈ in posizione completamente arretrata (vale a dire con l’elemento discoidale 323 appoggiato o comunque prossimo all’estremità del corpo tubolare 4) l’impedenza del dispositivo à ̈ minima.

Facendo avanzare il risonatore 3 la porzione scoperta del tubolare scorrevole 31 (per porzione scoperta si intende quella compresa fra l’elemento discoidale 323 e l’estremità del corpo tubolare 4) aumenta l’impedenza del filtro 1.

La movimentazione assiale del risonatore 3 Ã ̈ comandata da un primo motore 131, ad esempio un motore passo-passo.

La coppia di loop 41, 42 si muove in sincronia assialmente, rispettivamente lungo gli assi x1 e x2. La movimentazione lineare dei loop 41, 42 avviene in un intervallo di spazio sostanzialmente delimitato dalla parete di testa 210 e dalla parete di fondo 215 della prima camera 21.

La movimentazione della coppia di loop 41, 42 Ã ̈ ottenuta per mezzo di secondi mezzi motori, 141, 142, ad esempio motori passo-passo.

Quando il filtro 1 lavora alle frequenze più basse (ad esempio nell’intervallo 100-180 MHz) la testa 32 del risonatore 3 si trova nella seconda camera 22, mentre quando il filtro 1 lavora alle frequenze più elevate (ad esempio nell’intervallo 225-450 MHz) la testa 32 del risonatore 3 si trova nella prima camera 21.

Il risonatore 3 e la coppia di loop 41, 42 hanno quindi corse diverse e velocità diverse.

Nella forma di realizzazione illustrata la testa 32 ha una forma sostanzialmente e/o generalmente coniugata a quella costituita dal gruppo perno cilindrico 51, e degli elementi tubolari 52 e 53.

In particolare l’elemento tubolare interno 321 à ̈ atto ad accoppiarsi al perno cilindrico 51 e l’elemento tubolare esterno 322 à ̈ atto ad inserirsi nello spazio circolare definito dagli elementi tubolari 52 e 53.

In una possibile forma di realizzazione le parti in metallo della camera 2 e del risonatore 3 possono essere in alluminio argentato.

Il perno centrale cilindrico 51 à ̈ destinato ad assolvere alla funzione di guida meccanica ed à ̈ realizzato in materiale dielettrico.

Il perno centrale cilindrico 5, oltre ad essere realizzato in un materiale dielettrico, à ̈ preferibilmente realizzato in un materiale a basso coefficiente d’attrito e a basso coefficiente di dilatazione termica.

In una possibile forma di realizzazione il perno centrale cilindrico 51 Ã ̈ realizzato in un materiale a base di polistirene quale il Rexolite ®, attualmente offerto in vendita sul sito internet www.rexolite.com.

Nella forma di realizzazione illustrata il corpo tubolare 4 ed il tubolare 31, che scorre dentro al corpo tubolare 4, hanno sezione rotonda; questa soluzione non à ̈ vincolante ed à ̈ possibile prevedere anche sezioni diverse, ad esempio sezioni prismatiche.

Analogamente gli elementi tubolari 321 e 322 della testa 32 e gli elementi tubolari 52 e 53 fissati sul fondo 225 della seconda camera 22 (che sono raffigurati con sezioni rotonde) possono avere sezioni diverse, ad esempio prismatiche.

Claims (2)

1. Rivendicazioni 1. Filtro a cavità (1) a frequenza di risonanza regolabile comprendente a) una cavità risonante (2) avente un asse di sviluppo (X) ed un primo ed un secondo asse di simmetria trasversale (Y, Z), detti primo e secondo asse di simmetria trasversale (Y, Z) essendo ortogonali fra loro ed ortogonali rispetto a detto asse di sviluppo (X); b) un risonatore (3) mobile assialmente lungo detto asse di sviluppo (X); c) una coppia di loop di accoppiamento (41, 42), inseriti dentro detta cavità risonante (2) e sviluppantesi lungo assi (x1, x2) paralleli a detto asse di sviluppo (X) di detta cavità risonante (2); caratterizzato per il fatto che detta cavità risonante (2) comprende a1) una prima camera (21) sviluppantesi lungo detto asse (X); a2) una seconda camera (22), sviluppantesi lungo detto asse (X) e comunicante con detta prima camera (21); in cui a11) detta prima camera (21) à ̈ delimitata da una parete di testa (210) in metallo, che definisce una superficie sostanzialmente piana ed ortogonale a detto asse di sviluppo (X), un corpo tubolare (4), fissato a detta parete di testa (210), inserito in detta prima camera e coassiale a detto asse di sviluppo (X), quattro pareti laterali (211, 212, 213, 214) in metallo, ed una parete di fondo (215) in metallo che definisce una superficie sostanzialmente piana ed ortogonale a detto asse di sviluppo (X) avente forma di corona quadrangolare e definente una apertura quadrangolare (23) che mette in comunicazione detta prima camera (21) con detta seconda camera (22); ed in cui a12) dette quattro pareti laterali (211, 212, 213, 214) di detta prima camera (21) definiscono uno spazio con simmetria rotazionale di ordine 2 rispetto a detto asse di sviluppo (X), due prime pareti laterali opposte (211, 213) di detta prima camera (21) essendo simmetriche rispetto a detto primo asse di simmetria trasversale (Y) ed avendo superfici sostanzialmente piane e parallele a detto asse di sviluppo (X) e due seconde pareti laterali opposte (212, 214) di detta prima camera (21) essendo simmetriche rispetto a detto secondo asse di simmetria trasversale (Z) ed avendo superfici che presentano prime porzioni (212a, 214a) sostanzialmente piane e parallele a detto asse di sviluppo (X) e seconde porzioni (212b, 214b) rastremate per cui la sezione trasversale di detta prima camera (21) diminuisce avvicinandosi verso detta parete di fondo (215); ed in cui a21) detta seconda camera (22) à ̈ delimitata da quattro pareti laterali (221, 222, 223, 224) in metallo, ed una parete di fondo (225) in metallo che definisce una superficie sostanzialmente e/o generalmente ortogonale a detto asse di sviluppo (X); ed in cui a22) dette quattro pareti laterali (221, 222, 223, 224) di detta seconda camera (22) definiscono uno spazio con simmetria rotazionale di ordine 2 rispetto a detto asse di sviluppo (X), due prime pareti laterali opposte (222, 224) di detta seconda camera (22) essendo simmetriche rispetto a detto secondo asse di simmetria trasversale (Z) ed avendo superfici sostanzialmente piane e parallele a detto asse di sviluppo (X) e due seconde pareti laterali opposte (222, 224) essendo simmetriche rispetto a detto primo asse di simmetria trasversale (Y) ed avendo superfici che presentano prime porzioni (221a, 223a) sostanzialmente piane e parallele a detto asse di sviluppo (X) e seconde porzioni (221b, 223b) rastremate per cui la sezione trasversale di detta seconda camera (22) diminuisce avvicinandosi verso detta parete di fondo (225); le porzioni di pareti rastremate (221b, 223b) di detta seconda camera (22) essendo disposte ortogonalmente rispetto alle porzioni di pareti rastremate (211b, 213b) di detta prima camera (21); su detta parete di fondo (225) essendo fissata una coppia di elementi tubolari (52, 53) in metallo, concentrici e coassiali rispetto a detto asse di sviluppo (X); e caratterizzato per il fatto che detto risonatore (3) comprende b1) un elemento tubolare in metallo (31) scorrevole attraverso detto corpo tubolare (4) sostanzialmente e/o generalmente cilindrico, ed b2) una testa (32) in metallo fissata ad un’estremità di detto elemento tubolare (31) scorrevole in detto corpo tubolare (4), detta testa (32) comprendendo ed un elemento sostanzialmente e/o generalmente piastriforme (323), disposto in modo sostanzialmente e/o generalmente ortogonale a detto asse (X) ed una coppia di elementi tubolari (321, 322), fissati a detto elemento sostanzialmente e/o generalmente piastriforme (332), detta testa (32) essendo posizionabile entro detta prima e seconda camera (21, 22); e caratterizzato per il fatto che detta coppia di loop (41, 42) à ̈ mobile in sincronia lungo detti assi di sviluppo (x1, x2) entro detta prima camera (21).
2. 2. Filtro a cavità, secondo la rivendicazione 1, in cui detta parete di fondo (225) à ̈ fissato un perno centrale cilindrico (51), in materiale dielettrico, coassiale a detto asse di sviluppo (X).