Przedmiotem wynalazku jest filtr elektryczny skladajacy sie z rezonatorów spiralnych strojonych dielektrycznie o róznych rodzajach i skupionych elementów LC, celowo dla pasma fal metrowych (UKF) i decymetrowych, którego charakterystyka tlumiennosci jest bardziej stroma niz charaktery¬ styki dotychczas znanych filtrów, jego impedancja przejscia jest wyrównana i mozna go wykonac ze stabilnych czesci skladowych o malych wymiarach, nieprzestrajalnych w szerokim pasmie. Liczba urzadzen pracujacych w pasmie UKF i w pasmie mikrofal stale wzrasta, przy czym pasmo czestotli¬ wosci bedace do dyspozycji jest dane.Celem mozliwie najlepszego wykorzystania da¬ nego pasma czestotliwosci, czestotliwosci robocze urzadzen musza przyblizac sie coraz bardziej jedna do drugiej. W tym celu konieczne jest zastosowa¬ nie filtrów, których stromosc charakterystyki tlu¬ miennosci jest duza. Oprócz zapewnienia duzej stro- mosci charakterystki tlumiennosci, nalezy równiez zapewnic bardzo mala 'tlumiennosc w pasanie przepustowym, duza szerokosc pasma i wyrówna¬ nie impedancji. Poza tym filtry powiny byc wyko¬ nane tak, aby umozliwic ich przestrajanie w da¬ nym pasmie UKF lub pasmie mikrofalowym w kazdym dowolnym punkcie. Wymaganamozliwosc przestrajania musi byc jednakze zapewniona bez pogarszania parametrów elektrycznych. Jednakze wymagania stawiane filtrom nie odnosza sie tylko do parametrów elektrycznych. Urzadzenia UKF 2 i mikrofalowe sa przewaznie ruchome i dlatego filtry, tak jak inne czesci tych urzadzen, musza byc tak wykonane aby ich wymiary i ciezar byly najmniejsze. Urzadzenia przenosne pracuja w skrajnych zakresach temperatury, poza tym na¬ razone sa na duze obciazenia mechaniczne (wstrza¬ sy, uderzenia). Mimo zmian temperatury i wstrza¬ sów okreslone parametry elektryczne filtru musza byc stabilne. Wytwarzanie urzadzen pracujacych w pasmie UKF i mikrofalowym na tendencje wzrostowe. Istotne jest, aby budowa filtru byla przystosowana do warunków produkcji seryjnej i aby koszty wytwarzania nie byly duze co mozna osiagnac dzieki zmniejszeniu liczby czesci sklado¬ wych i nakladu pracy. W pasmach UKF i mikro¬ falowych, stanowiacych pod wzgledem techniki produkcji filtrów przejscie miedzy wielka czesto¬ tliwoscia i mikrofalami, buduje sie filtry o malych wymiarach {spiralnych linii zasilajacych i/lub sku¬ pionych elementów LC obciazonych na koncu ek¬ stremalnie duzymi lub ekstremalnie malymi obcia¬ zeniami. Rozwiazania filtrów znanych i stosowa¬ nych w pasmach UKF i mikrofalowych mozna roz¬ patrywac na przykladzie trzech charakterystycz¬ nych typów filtrów. Te trzy rozwiazania zostaly tak wybrane, by reprezentowaly obecny stan te¬ chniki w tej dziedzinie. 1. Jedno z rozwiazan filtru, zbudowanego ze sku¬ pionych elementów LC jest opisane w Telefunken Zeitung w numerze marcowym 1952 r. Filtr ten 84 59184 591 stanowi zwrotnice czestotliwosciowa zbudowana z filtrów dolno i górno przepustowych, stosowa¬ nych w urzadzeniach radiotelefonicznych. W filtrze tym musza byc zalaczone dodatkowe elementy do¬ strajajace równolegle do szeregowych obwodów 5 rezonansowych wytwarzajacych bieguny tlumienia, aby pasmo zaporowe i przepustowe byly wybrane jak najblizej siebie. Do dostrajania filtru sluza trymery. 2. Jesli chodzi o istote ukladu zasadniczego to 10 filtr opisany w wegierskim opisie patentowym nr 158 695 identyczny jest z filtrem opisanym po¬ wyzej, z ta jednakze róznica, ze w celu wytworze¬ nia biegunów tlumienia, zamiast skupionych ele¬ mentów LC zastosowano dostrajane pojemnosciowo 15 rezonatory spiralne. W tym filtrze w celu podnie¬ sienia stromosci filtru ponad pewna wartosc, podo¬ bnie jak w filtrze wedlug punktu (1), sa zalaczone, równolegle do obwodów biegunów tlumienia do¬ datkowe reafotanicje. Wymieniony patent dotyczy 20 równiez sposobu dostrajaniatych dodatkowych obwo¬ dów. Do dostrajania rezonatorów spiralnych nie sa konieczne specjalne trymery, gdyz w tym przy¬ padku jeden element kondensatora tworzy scianka zewnetrzna rezonatora spiralnego, natomiast drugi 25 element tworzy wkret przemieszczajacy sie wzdluz osi spirali. Wynalazek wedlug wymienionego pa¬ tentu zrealizowany zostal w urzadzeniach radio¬ telefonicznych pracujacych w pasmie 160 MHz.Filtry wedlug (1) i (2) sa filtrami dolno i górno- 30 przepustowymi, które w calym zakresie czestotli¬ wosci, w czesci nie majacej znaczenia dla zastoso¬ wania, moga uzyskiwac dowolna charakterystyke, na skutek czego zapewniaja one w zakresie wy¬ znaczonych pasm czestotliwosci bardzo korzystne 35 wlasciwosci. Dlatego tez zastosowanie tych fil¬ trów dla okreslonych celów na (przyklad jako zwrotnicy dolno-górno-przepustowej, jest o wiele korzystniejsze .niz filtrów zbudowanych ze, sprzezo¬ nych rezonatorów spiralnych. 4o 3. Trzecia grupe filtrów o malych wymiarach stanowia wytwarzane przez firme Motorola w USA, filtry „Micor", stosowane w * nowoczesnych urza¬ dzeniach radiotelefonicznych pracujacych w pasmie 160 MHz. Sa one przeznaczone dla selekcji wstep- 45 nej i sa zbudowane z rezonatorów spiralnych o pieciu sprzezeniach przez szczeline.Wspólna wada filtrów wedlug punktu (1) i (2) polega na tym, ze niemozliwe jest zapewnienie impendacji falowej obwodów biegunów tlumienia, odpowiadajacej wartosci duzej stromosci charakte¬ rystyki filtru. Dlatego tez w celu zapewnienia wy¬ maganej impedancji filtru w pasmie przepustowym konieczne jest równolegle przylaczenie do obwo¬ dów dodatkowych reaktancji. Te dodatkowe reak- 55 tancje nie oznaczaja jedynie koniecznosci zastoso¬ wania dodatkowych czesci skladowych i dodatko¬ wego nakladu pracy, lecz oprócz tego oddzialywuja ujemnie w ten sposób, ze zawezaja szerokosc pa¬ smo przepustowe filtru i zwiekszaja straty. 6( Dalsza wada filtru wedlug punktu (1) jest to, ze przy przestrajaniu za pomoca elementów prze- strajajacych .trzeba ingerowac w pole tworzone spiralami co z kolei moze spowodowac rozstroje¬ nie, tak, ze zadane dostrojenie mozna osiagnac me- 65 50 toda kolejnych przyblizen do stanu zadanego. Jeze¬ li przy tym wziac pod uwage koniecznosc zacho¬ wania okreslonej tolerancji to w urzadzeniu radio¬ telefonicznym potrzebna bedzie wieksza liczba fil¬ trów, co jest sprzeczne z zasada racjonalnego wy¬ twarzania i skladowania. W dotychczasowych po¬ staciach wykonania filtru wedlug punktu (2) prze¬ wód wewnetrzny rezonatora spiralnego jest umiesz¬ czony na korpusie z materialu termoplastycznego.Wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej tych ma¬ terialów jest zalezny od temperatury stad materia¬ ly termoplastyczne sa bardziej wrazliwe na cie¬ plo. A wiec za pomoca termoplastycznych tworzyw sztucznych nie mozna zrealizowac filtrów stabil¬ nych o duzej obciazalnosci wlasciwej.Filtr pasmowy wedlug punktu (3) jest sprzezo¬ nym przez szczeline rezonatorem spiralnym, któ¬ rego wada jest duze tlumienie w pasmie przepu¬ stowym. Mimo' tej wady filtr ten jest najlepszym mozliwym rozwiazaniem filtru o charakterze fil¬ tru pasmowego o malych wymiarach. Filtr ten po¬ zostaje w zwiazku z niniejszym wynalazkiemo tyle, ze w polaczeniu z filtrem wedlug wynalazku mo¬ zna utworzyc zwrotnice czestotliwosciowa.Celem wynalazku jest zapewnienie przy zacho¬ waniu wszystkich zalet rodzajów filtrów wedlug punktów (1) i (2) nastepujacych korzysci: wyelimi¬ nowanie przylaczanych równolegle do obwodów biegunów tlumienia elementów dodatkowych, jako szkodliwych i zbytecznych elementów konstrukcyj¬ nych. Mimo wyeliminowania tych elementów po¬ winno byc zapewnione dowolne ksztaltowanie pasm przepustowych i zaporowych. Nastepnie powinno byc zapewnione wyrównanie impedancji w pasmie przepustowym i mozliwosc realizacji pólogniw i calych ogniw filtrów i zbudowanych z nich fil¬ trów, wieksza przestirajalnosc tych filtrów przy za¬ chowaniu szczególnych parametrów elektrycznych filtru, a ponadto wieksza stabilnosc i obciazalnosc filtru.Zadaniem wynalazku bylo osiagniecie wskaza¬ nego celu poprzez zaprojektowanie filtru z rezona¬ torami spiralnymi i skupionymi elementami LC.Istota rozwiazania wedlug wynalazku polega na tym, ze filtr zawiera kilka rezonatorów spiral¬ nych o róznych rodzajach, przy czym spirale o pa¬ rzystej liczbie rodzaju sa obciazone ekstremalnie malymi obciazeniami a spirale o nieparzystej licz¬ bie rodzaju sa obciazone ekstremalnie duzymi obciazeniami.Korzystnym jest poza tym, gdy w polu sil rezona¬ tora slpiralnego lub kilku rezonatorów spiralnych, umieszczony jest dielektryczny element dostrajajacy lub kilka elementów dostrajajacych.Korzystnym jest równiez, gdy uzwojenie spiralne rezonatora spiralnego lub kilku rezonatorów spi¬ ralnych jest umieszczone na korpusie ceramicznym.Korzystnym jest poza tym, gdy rezonatory spi¬ ralne stanowiace czesci skladowe filtru sa umiesz¬ czone w jednej wielokomorowej obudowie zam¬ knietej jedna pokrywa korzystnie wyposazonej w zebra chlodzace, korzystnie wykonanej metoda, odlewania.Korzystnym jest przy tym, gdy elementy skupio¬ ne L i/lub C filtru sa umieszczone na plytce dru¬ kowanej. Po linii zasilajacej spirale rozchodza sie5 fale typu TEM. Jezeli linia zasilajaca spirale zosta¬ je wzbudzona na jednym koncu, podczas gdy na drugliim Ikonou jeslt oma otóazona ekstremalnie ma¬ lym lufo dkisitiremalnie duzym obciazeniem, to moz¬ na na Uiniii zasalajacej zaobserwowac fale stojace.Liczba powlsitalych w ten sposób maksimów i mi- niimów ipradu zalezy od dlugosci spiral zmierzonej w odniesieniu ido dlugosioi fali. Rodzaj idrigan rezo¬ natora Sjpiiralnego jest okreslany liczba midimów pradu wystepujacych w spirali .i oznaczony jest przez M.Znane rezonatory spiralne i filtry zawierajace skupione elementy LC sa porównywalne co do ich istoty z klasycznymi filtrami o parametrach sku¬ pionych, których szeregowe Obwody LC biegunów tlumienia zostaly zastapione przez rezonatory spi¬ ralne o identycznej dlugosci to znaczy o takim sa¬ mym rodzaju. Wskazówki odnosnie realizacji tego rodzaju filtrów poddaje Richards w rozprawie publikowanej w numerze z lutego 1948 roku cza¬ sopisma Proc. IRE. Scislej mówiac rozprawa ta pozostaje w zwiazku tylko z obwodami mikrofa¬ lowymi, jednakze wnioski dotycza równiez pasm UKF i decymetrowego. Richards dowiódl, ze sie¬ ci mikrofalowe zbudowane z odcinków linii zasi¬ lajacej o jednakowej dlugosci lecz o róznej opor¬ nosci falowej traktowac nalezy jako posiadajace skupione parametry LC. Dotychczasowe filtry za¬ wierajace rezonatory spiralne produkowano zgod¬ nie ze wskazówkami Richairdis^. Jednakze wska¬ zówki te nie odpowiadaja dzisiaj stawianym wymaganiom. Przy filtrach zbudowanych ze spi¬ ralnych linii zasilajacych o jednakowej dlugosci lecz o róznej opornosci falowej i ekstremalnym obciazeniu, sama opornosc falowa spiralnej linii zasilajacej oraz parametry projektowe sa nie wy¬ starczajace do realizacji filtru optymalnego o stro¬ mej charakterystyce.W wynalazku stosowane sa rezonatory spiralne o róznych rodzajach drgan. Dlatego tez poza opor¬ noscia falowa jako nowy .parametr projektowy jest do dyspozycji równiez rodzaj drgan . rezonatorów spiralnych. Jezeli rodzaj drgan rezonatorów spiral¬ nych zastosowany w filtrze wedlug wynalazku zo¬ stanie odpowiednio wybrany, wówczas mozna osia¬ gnac to, ze reaktancja rezonatorów spiralnych w pasmie przepustowym oraz zalezna od czestotli¬ wosci zmiana reaktancji stanowia jedna z wartosci wymaganych przez filtr optymalny, dzieki czemu stosowane w dotychczasowych filtrach o stromej charakterystyce reaktancje dodatkowe sa zbytecz¬ ne. Przy zastosowaniu rezonatorów spiralnych o róznych rodzajach drgan mozna zrealizowac we¬ wnatrz jednego filtru wyrównawcze pólogniwa i ogniwa.W odróznieniu od znanych dotychczas filtrów, filtr zgodnie z wynalazkiem zrealizowany jest ce¬ lowo ze strojeniem dielektrycznym. Strojenie die¬ lektryczne odbywa sie za pomoca umieszczonego w polu sil rezonatorów spiralnych, przemieszcza¬ nego korzystnie równolegle do osi wzdluznej spi¬ rali uksztaltowanego w postaci krazka materialu z otworem posrodku. Strojenie opiera sie na zasa¬ dzie, ze w polu sil rezonatora spiralnego w kie- 1 591 6 runku osi spirali wystepuje co najmniej jedno mi¬ nimum i maksimum natezenia pola.Praktycznie przyjmuje sie, ze dielektryk umie¬ szczony w punkcie o minimalnym natezeniu pola nie wplywa na czestotliwosc wlasna rezonatora spiralnego, podczas gdy ten dielektryk znacznie zmniejsza maksimum natezenia pola. Poprzez prze¬ suniecie dielektryka mozna w sposób ciagly zmie¬ niac czestotliwosc. Przewody uzwojenia rezonato- rów spiralnych filtru wedlug wynalazku nawiniete sa na korpusie ceramicznym.Elementy filtru umieszczone sa wedlug wyna¬ lazku w obudowie uksztaltowanej z jednego bloku sposobem odlewu cisnieniowego, prasowania na zimno luib meitoda metalur^lii proszków, w póistaci puszki otwartej z jednej strony i majacej kilka przegród. W filtrach przystosowanych do duzych mocy puszka i jej pokrywa sa wyposazone celowo w zebra chlodzace. Skupione elementy LC .wedlug wynalazku umocowane sa na plytkach drukowa¬ nych, element L —jest celowo wykonany w po¬ staci drukowanej. Na rysunku przedstawiony jest . duplexowy zrealizowany w^edlug wynalazku filtr dolno i górnoprzepustowy typu m o charakterysty- ce Cauer'a (wynalazek moze byc oczywiscie zreali¬ zowany równiez w filtrach o innych charaktery¬ stykach na przyklad Czebyszewa, Gaussa lub Be- ssela.Na rysunku pokazane sa filtry dolno i górno- przepustowe, przylaczone kablami o dlugosci cwiartki fali do wyprowadzenia anteny A. Wprowa¬ dzenie filtru przylaczane do odbiornika oznaczone jest przez RX, wyprowadzenie filtru przylaczane do nadajnika przez TX. Rysunek przedstawia poza tym skupione pojemnosci C oraz skupione induk- cyjnosci L. Przewody uzwojen rezonatorów spiral¬ nych sa przewodami nawinietymi z naciagiem na korpusach ceramicznych. Strojenie rezonatorów spiralnych odbywa sie za pomoca materialu diele- 40 ktrycznego E, korzystnie ceramicznego. Korpus ce¬ ramiczny przedstawiony jest na rysunku w prze¬ kroju przecinajacym os rezonatora spiralne¬ go. Ceramiczny element dostarczajacy mo¬ ze (jednak nie jest to konieczne) byc wykonany 45 w postaci krazka z otworem, przez który przecho¬ dzi spirala i w celu dostrajania moze byc prze¬ suwany wzdluz osi spirali przy bocznej sciance rezonatora spiralnego. W filtrach dolno i gómo- przepustowych stosuje sie rezonatory spiralne 50 o liczbie rodzaju M=l i M=2. Zadaniem rezonato¬ rów spiralnych o liczbie rodzaju M=2. jest, poza tlumienia na biegunach, równiez wyrównywanie impedancji w filtrach. W filtrze pólogniwa i ogni¬ wa realizowane sa w nastepujacy sposób: pólogniwo 55 sklada sie ze skupionych elementów LC oraz rezo¬ natorów spiralnych o liczbie rodzaju M=2. Oba pólogniowa — sa to rezonatory spiralne o liczbie rodzaju M=2; równolegle polaczenie pólogniw daje rezonator spiralny o liczbie rodzaju M=l. 60 w przykladzie wykonania wedlug rysunku za¬ stosowane sa tylko rezonatory spiralne o liczbach rodzaju M=l i M=2. Nie wyklucza to jednak mozliwosci zastosowania w innych przykladach wykonania wedlug wynalazku rezonatorów spiral- 65 nych o wyzszych liczbach rodzaju, na przyklad7 M=2 i M=4. W tym przypadku stromosc charakte¬ rystyki filtru ulega podwojeniu. Wedlug wynalaz¬ ku rezonatory spiralne o liczbach rodzaju wiek¬ szych niz M=l, jak równiez róznorodnosc liczb ro¬ dzaju maja jednakowe znaczenie.Korzysci wynikajace z filtru wykonanego zgod¬ nie z wynalazkiem ujac mozna nastepujaco: stro¬ mosc charakterystyki tlumiennosci mozna dowol¬ nie zwiekszyc, a przy tym uzyskuje sie wyrówna¬ nie impedancji w pasmie przepustowym. Wynala¬ zek eliminuje koniecznosc zastosowania zalacza¬ nych równolegle ze spirala dodatkowych reaktancji ca bylo charakterystyczne dla dotychczasowych filtrów. Dzieki wyeliminowaniu tych reaktancji zyskuje sie na elementach skladowych i opera¬ cjach zwiazanych ze strojeniem. Tlumiennosc filtru w pasmie przepustowym ulega zmniejszeniu, a charakterystyka impedancji poprawie.W porównaniu z dotychczasowymi filtrami, filtr moze byc dostrajany w szerszym pasmie, przy czym parametry elektryczne filtru nie ulegaja po¬ gorszeniu. Czestotliwosc filtru moze byc dostraja¬ na w zakresie ±8%. Przy dostrajaniu nie powinno nastepowac odksztalcenie pola sil rezonatorów.Dlatego tez organ dostrajajacy nie wywiera uje¬ mnego wplywu na szybkie i dokladne dostrojenie.Organ dostrajajacy znajduje sie w polu sil rezona¬ tora, tak ze nie wymaga on specjalnej przestrzeni.Obok tych korzystnych wlasciwosci zastosowanie w rozwiazaniu wedlug wynalaziku organu dostraja¬ jacego wykazuje wiele innych zalet i moze byc zrealizowane niewielkim kosztem. Przewody uzwo¬ jenia rezonatorów spiralnych filtru wedlug wyna¬ lazku sa nawiniete z naioiagiem na korpus cerami¬ czny. Sposród materialów izolacyjnych ceramika ma najmniejszy wspólczynnik rozszerzalnosci cie¬ plnej. Dlatego tez czestotliwosc wlasna rezonato¬ rów spiralnych filtru zmienia sie bardzo niezna¬ cznie przy zmianie temperatury. Oznacza to, ze, filtr zachowuje swoje parametry elektryczne w szerokim zakresie temperatury. Zwoje spirali nie ulegaja odksztalceniu równiez przy duzych pradach plynacych przez filtr i przy jego ogrza¬ niu. Ceramika w zakresie temperatury branej pod uwage parzy mechanicznym obciazeniu nie ule¬ ga trwalym odksztalceniom. 591 8 Filtr wedlug wynalazku nie zawiera zadnych ele¬ mentów skladowych majacych tendencje do wibra¬ cji. Brak wibracji ma szczególne znaczenie w przy¬ padku filtrów w urzadzeniach ruchomych, ponie- waz drgania poszczególnych elementów konstruk¬ cyjnych moduluja. sygnal przechodzacy przez filtr.Filtr wedlug wynalazku zawiera nieznaczna liczbe mniej kosztowynch elementów konstrukcyjnych.Moc wlasciwa, okreslona w W/cm3 przekracza moc wszystkich dotychczas znanych filtrów. Skupione elementy LC moga byc umieszczone na plytkach drukowanych, co gwarantuje dokladna i tania re- alizcje. Obudowa filtru i elementy skladowe filtru zachowuja sie dobrze w procesie obróbki technolo¬ gicznej. Wreszcie filtr wedlug wynalazku moze byc wytwarzany w sposób bardzo ekonomiczny. PL