DE1938347A1 - Raumsparendes Doppelkammfilter - Google Patents

Description

Dipl. -Phys. Leo Thul
Patentanwalt
Stuttgart - Feuerbach
Kurze Straße 8

H.G. King - 0. Pye 6-2

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, 320 Park Avenue, NEW YORK 22, N.Y., USA.

Raumsparendes Doppelkammfilter

Die Erfindung bezieht sich auf ein raumsparendes Doppelkammfilter für Frequenzen über 200 MHz.

Bei Frequenzen oberhalb 200 MHz bereitet der Bau von Filtern mit konzentrierten Bauelementen konstruktive Schwierigkeiten, weil die Abmessungen der erforderlichen Induktivitäten und Kapazitäten sehr klein, die Fertigungstoleranzen sehr eng und demnach teuer einzuhalten sind.. Wenn andererseits weniger genaue Bauelemente verwendet werden, ist viel Zeit für die Prüfung und den Abgleich notwendig. Deshalb wurden Filter er dacht, die einfache mechanische Konstruktionen verwenden, welche bei.diesen Frequenzen in elektrische Resonanz geraten.

Diese Konstruktionen bilden verteilte, anstatt konzentrierte elektrische Größen und die Kopplung erfolgt induktiv und/oder kapazitiv durch ein Dielektrikum, welches die Elemente der Konstruktion isoliert, um direkten elektrischen Kontakt zu vermeiden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder andere Ende eines jeden Stabelementes mit der Massefläche verbunden ist und daß sich die Eingangs- und Ausgangsverbindun-

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gen jeweils an Punkten der"Massefläche befinden, die bei den äußersten Stäben liegen und in deren Bereich die Impedanz nah» bei dem Wellenwiderstand des Kabels liegt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig.l zeigt ein typisches Doppelkammfilter bekannter Bauweise· Flg.2 zeigt ein Filter gemäß der Erfindung. FigO zeigt einen vergrößerten Abschnitt von Fig.2, zum Teil im Schnitt.

Die Doppelkammanordnung ist eine der mechanischen Konstruktionsweisen, die verwendet werden um elektrische Netzwerke für den UHF-Bereich herzustellen und ist eine Aneinanderreihung paralleler Leitungen zwischen leitenden Flächen, von denen in Flg.l die obere entfernt ist. ·

Diese Anordnung enthält mehrere Stäbe 6l, 62, 66, 6j und 68 aus leitendem Material, die in einem starren Hohlraum mit leitender Innenfläche gehalten werden. Der Hohlraum ist gewöhnlich im Vergleich zur Länge und Breite flach. Die Stäbe sind nebeneinander parallel zur kürzeren Seite (Breite) des Hohlraumes angeordnet und die äußersten vom Hohlraum isoliert angebracht. Die verbleibenden Stäbe sind wechselweise mit einem Ende an den längeren Seitenwänden 65 und 69 befestigt.

Die äußeren Stäbe 6l und 62 sind die Eingangs- und Ausgangskoppe Ie lernen te und sind von der Wand 63, an der sie befestigt ' sind, isoliert. Für jeden dieser Stäbe sind die Koaxialanschlüsse 64 und 65 vorgesehen. Der innere Kontakt des Anschlusses ist mit dem Stab und der äußere Kontakt oder das Geflecht ist mit der Innenfläche des Hohlraumes verbunden. Die Deckel- und Bodenplatten des Hohlraumes sind die Masseflächen und das elektrische Feld eines Signales, welches an das Eingangs-Anschlußelement angelegt ist, breitet sich zwischen diesen Masseflä- , chen und innerhalb der Wände des Hohlraumes aus. Alle.Stäbe

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sind auf eine Länge von etwa λ/4 geschnitten und der Hohlraum wird gerade breit genug gemacht, diese unterzubringen, wobei' der Abstand der Masseflächen kritisch ist. Die Abstimmung einzelner Stäbe erfolgt, falls erforderlich, durch Einstellung einer Schraube von oder zu dem freien Ende des Stabes.

Anhand der Figur 2, die ein Doppelkammfilter gemäß der Erfindung zeigt, wird zuerst der Aufbau eines solchen Filters beschrieben. Die Endklötze 2 und 3 sind jeweils mit zwei hohlen Stabelementen 21, 22 und 31* 32 versehen. Die Klötze sind vorzugsweise aus Messing und die Stäbe aus Kupfer. Die Stababmessungen hängen von der Frequenz, für die das Filter vorgesehen ist, ab, aber in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Stäbe etwa 10 - 15% kürzer als ein Viertel der der Bemessung zugrundegelegten Wellenlänge, unu der Durchmesser ist so bemessen, daß sich ein Wellenwiderstand bei 70 Ohm ergibt. Bei dieser Impedanz ist die von einem solchen Stab erreichbare Güte ein Maximum. Die Stäbe sind mit den Endklötzen hart verlötet und gehen, wie Fig.3 zeigt, durch die Bohrungen der Klötze hindurch. Die Stäbe 22 und 32 ragen ein kleines Stück aus dem Klotz heraus, während die Stäbe 21 und 3I mit der Außenfläche des Klotzes abschneiden. In die Stäbe 32 und 22 sind jeweils Schlitze 321 (nicht dargestellt) und 221 eingeschnitten, um den Zugriff zum hohlen Kern der Stäbe zu ermöglichen.

Die genaue Lage der Schlitze hängt von elektrischen Bedingungen ab, die nachstehend erläutert werden. In dem bevorzugten Ausftthrungsbeispiel weisen die Endklötze Bohrungen 24, 33 und y\ {nicht dargestellt) sowie 23 (Fig.3) jeweils dort auf, wo ein Stab an dem gegenüberliegenden Klotz befestigt ist. Jede Bohrung hat eine Klemmschraube (z.B. 231), die ein Drahtstück (z,B. 232) mechanisch in einer bestimmten Lage und elektrisch in Kontakt mit dem Klotz hält. Das äußere Ende jedes Stabes hat einen Einsatz (z.B. 312), der stramm in den hohlen Kern eingesetzt ist, sodaß dieser darin gehalten wird. Dieser Einsatz besteht aus Teflon und hat die Form einer Röhre mit einem Kragen an einem Ende. Die Bohrung in dieser Röhre ist groß ge-

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nug, um den Draht 232, der durch die Bohrung 23 hindurchgeht, frei durchzulassen und hält diesen Draht isoliert innerhalb des Stabes 31 fest. Der Draht 232 kann axial bewegt und, wie nachstehend beschrieben, mit der Schraube 231 festgelegt werden.

Die Stäbe werden seitlich durch Balken 51* 52 und 53 gehalten, in die in den erforderlichen Stababständen Ausnehmungen gebohrt sind, die im Schiebesitz über die Stäbe gehen. Die Stababstände sind durch die Kopplungsimpedanzen, die zwischen den Filterstäben erforderlich sind um die gewünschte Pilterdurchlaßkurve zu erhalten, bestimmt.

Die Balken 51, 52 und 53 bestehen aus Isoliermaterial, wie z.B. Polystyrene. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein Silikon-Pibreglas verwendet. Obwohl dies ein weniger zufriedenstellendes Isoliermaterial als Polystyrene ist, so sind dessen mechanische Eigenschaften besser. Insbesondere ist es wichtig, daß die Bohrungsabstände beibehalten werden und daß das Balkenmaterial im Gebrauch nicht fließt. Einige Plastikmaterialien sind aus diesem Grunde ungeeignet. Ungenügenden elektrischen Eigenschaften kann durch Senkung der Bohrungen entgegengewirkt werden, durch die der Bereich, in dem der Stab mit dem Material in Berührung steht, verkleinert wird. Hiervon muß jedoch genügend belassen werden, um genügende Stabilität der Stäbe sicherzustellen.

Zurückkommend auf Fig.2 ist eine Grundplatte 1 ein L-förmiger Metallabschnitt, vorzugsweise aus Kupfer, obwohl auch Aluminium oder vernickeltes Kupfer geeignet sind, mit nicht dargestellten Schrauben an den Endklötzen befestigt. Die Klötze sind an der Grundplatte montiert, um, wie Fig.2 zeigt, eine Doppelkammanordnung der Stäbe zu bewirken.

Die Anschlüsse an das Filter werden nun anhand der Figur 3 beschrieben. Die Anschlüsse erfolgen durch Koaxialkabel. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind dies 50-Ohm-Kabel,-

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Der hohle Kern des Stabes 22 ist derart bemessen, daß der innere Isolator ²Hl des Koaxialkabels hindurchgeht und auch durch den Schlitz 221. Der Innenleiter kann an die Grundplatte 1 gelötet werden, die durch eine Ausnehmung bei 11 an Masse liegt. Eine rechtwinklige Hülse 42 geht im Gleitsitz über den hervorstehenden Teil 222 des Stabes 22. ·

Die Hülse geht auch im Gleitsitz über das leitende Außengeflecht 412 des Kabels 4l, wenn das Geflecht über die äußere Hülle des Kabels zurückgeschoben ist. Das Geflecht und der Stab werden mit der Hülse/verlötet, indem Lot durch die Bohrungen 421 in die Hülse eingelassen wird. Die Ausrichtung des Kabels 41 erfolgt vor der Verlötung der Hülse 42 mit dem Stab 222, um eine Behinderung des Drahtes 2j32 durch das Kabel 41 zu vermeiden. Ein gleicher Anschluß wird am Stab J52 vorgesehen und jeder Anschluß läßt sich als Ein- oder Ausgang des Filters verwenden.

Das Gehäuse des Filters wird durch einen anderen L-förmigen Abschnitt (nicht dargestellt), der dem Teil 1 ähnlich ist und auf die' andere Seite der Klötze 2 und j5 des Teiles 1 geschraubt wird, vervollständigt. Die Kanten der Gehäuseteile sind durch Lötaussparungen gegenüber der Ausnehmung 11 im Bereich 13 und derselben nicht dargestellten Ausnehmung 12 beim Stab 32 verbunden. Ferner haben die Gehäuseteile Schlitze, um die Schrauben 2j51 freizuhalten.

Nachstehend wird das elektrische Verhalten des Filters beschrieben. Wie oben erwähnt, haben die Stäbe eine Impedanz von etwa 70 Ohm, während das Kabel 4l eine Impedanz bei 50 Ohm.aufweist. Es ist notwendig, dem Stab die Eingangsenergie des Filters ohne Fehlanpassung oder Stoßstelle zuzuführen. Dies erfolgt normalerweise durch die oben beschriebenen λ/4 Stäbe. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Anschlüsse abgeändert. Der Schirm des Kabels ist noch bei 222 mit dem Filtergehäuse ver bunden, aber der Innenleiter ist ferner bei 11 an das Gehäuse angeschlossen. Die Lage des Schlitzes 221 stellt sicher, daß die Eingangsenergie transformiert zum Stab 22 übertragen wird.

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Die Lage des Schlitzes kann' ungefähr durch Berechnung ermittelt werden, aber die endgültige Stelle wird am besten durch Versuch bestimmt. Das Kriterium besteht darin, daß der Anschluß möglichst genau die Impedanz der Last oder der Quelle von 50 Ohm aufweist, weil dann die höchstmögliche Güte des Filters erhalten wird.

Dieser Anschluß ermöglicht eine nahezu Stoßstellenfreie Verbindung, da der Durchmesser des Geflechtes sich im Durchmesser des Stabkernes fortsetzt. Der einzigste Zwischenraum befindet sich im Ellenbogen der Hülse 42. Hierdurch entsteht aber keine nennenswerte Unstetigkeit. Wenn die Unstetigkeit bedeutend wird, so kann sie durch Einstellung des Schlitzes 221 oder des nachstehend beschriebenen Kondensators ausgeglichen werden. .

In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein rechtwinkliger Anschluß verwendet, um die Gesamtlänge des Filters zu vermindern. Der Außenleiter des Kabels kann aber direkt oder durch Verwendung einer gerade Hülse befestigt werden.

Es wurde oben dargelegt, daß die Stäbe in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kürzer als \/\ sind. Die Änderung der Kenngröße, die hierdurch eintritt, wird durch den Kondensator, der durch den Draht 232 und das Ende des Stabes 31 (z.B.) gebildet wird, rückgängig gemacht.

Hierdurch wird das erforderliche LC-Produkt beibehalten und gleichzeitig ergibt sich ein einfacher Trimmkondensator anstelle der oben beschriebenen Schraubeinstellung. Die Einstellung erfolgt bei loser Schraube 2Jl durch Bewegen des Drahtes 232, wobei die Schraube 231 wieder angezogen wird, wenn die richtige Abstimmeinstellung gefunden wurde. Die herausstehenden Drahtenden können abgeschnitten werden, sodaß sich eine glatte Fläche des Klotzes 2 ergibt. Dieser Kondensator ist auch durchaus* verwendbar bei Stäben mit der vollen λ/4 Länge. Auch kann das dielektrische Material und die Drahtstärke geändert werden, um einen Bereich für die Kapazitätseinstellung zu erhalten. Der

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Draht besteht aus blankem, verzinnten Kupfer. Die Konstruktion gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stellt ein ' sehr raumsparendes Filter dar, welches wirtschaftlich gefertigt und «bgeglichen werden kann. Wenn verkürzte Stabelemente benutzt Werden, dann sind die Gesamtabmessungen des Filtergehäuse s und der Anschlüsse geringer als die normaler λ/4 Stäbe selbst. Darüberhinaus benötigen die Trimmerkondensatoren keinen Platz außerhalb des Gehäuses und nur einen Schraubensieher zum Festlegen, während bei der Schraubeinstellung eine Spannmutter erforderlich ist. Die kritische Toleranz des FiI-ters liegt in dem Abstand der Ausnehmungen in den Balken 51« 58 und 55. Diese Balken stellen die Parallellage der Stäbe, welche die Durchlaßkurve des Filters bestimmen, sicher.

Die Äaumverminderung bei einer gegebenen Betriebsfrequenz gestattet die Verwendung des Doppelkammfilters in Geräten mit kleineren Abmessungen, bei Beibehaltung der Vorteile von UHF-Flltem mit verteilten Konstanten. Die raumsparende, flache Konstruktion, die etwa ein Viertel des Volumens eines in bisheriger Weise hergestellten Doppelkammfilters hat, ist für die Verwendung in Geräten mit gedruckten Karten besonders gut geeignet. Die verwendeten Anschlüsse vermindern dsn Raum für die Verbindungsstellen und Zuführungen sowie die Zahl der Stoßstellen.

11 Patentansprüche
2 Sl. Zeichnungen mit 3 Figuren

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ORIGINAL INSPECTED

Claims (1)

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   Patentansprüche

   (l·/Raumsparendes Doppelkammfilter für Frequenzen über 200 MHz, dadurch gekennzeichnet, daß das eine oder andere Ende ei» nes jeden Stabelementes mit der Massefläche verbunden ist und daß sich die Eingangs- und Ausgangsverbindungen jeweils an Punkten der Massefläche befinden, die bei den äußersten Stäben liegen und in deren Bereich die Impedanz nahe bei dem Wellenwiderstand des Kabels liegt.

   2. Doppelkammfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußersten Stäbe (22/52) an den an Masse liegenden Enden hohl sind und einen Schlitz (221) aufweisen, durch den der durch das hohle Ende isoliert hindurchgeführte Innenleiter (4ll) eines Kabels (4l) an den Massepunkt (11) angeschlossen wird.

   3. Doppelkammfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußkabel (4l) koaxial und dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser des Stabes (22/32) ist und daß der Außenleiter (412) des Kabels (41) mit einer Kontakthülse (42) mit dem Stab (22/52) an der Stelle verbunden ist, ari der dieser an Masse liegt.

   4. Doppelkammfilter nach Anspruch 1, 2 oder >, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende mindestens eines Stabes * (31) hohl ist und eine Isolierstoffhülse (312) enthält, in der sieh ein elektrisch mit Masse verbundener Leiter (232) befindet, sodaß dieser den einen Belag und der Stab de"n anderen Belag eines Kondensators bildet.

   5. Doppelkammfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (232) einstellbar an Masse geklemmt ist, um einen Trimmkondensator zur Abstimmung des betreffenden Stabes auf die gewünschte Frequenz zu bilden.

   6. Doppelkammfliter nach Anspruch *>, dadurch gekennzeichnet, daß der leiter (232) ein Draht ist, der mit Hilfe einer

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   Festste lischraube (231) in einer Ausnehmung (23) einer an Masse liegenden Halterung (2) geklemmt ist.

   7. Doppelkammfilter nach einem der Ansprüche 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stab kürzer als λ/4 der Wellenlänge der gewünschten Resonanzfrequenz des Stabes ist, und daß dieser durch den Trimmkondensa tor auf die erforderliche Resonanzfrequenz abgestimmt wird.

   8. Doppelkammfilter nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (l) aus Metallteilen besteht, die nur bei den Punkten miteinander verbunden sind, an denen sich elektrische Verbindungen zum Gehäuse befinden.

   9. Doppelkammfilter nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseflächen metallische Wände einer rechteckigen Röhre sind, die an den Enden durch die Halter (2/5) für die ineinandergreifenden Leiterelemente (21, 22,31,32) des Filters abgeschlossen ist, daß die Leiterelemente (21,22,31,32) runde Stäbe und mit einem Ende elektrisch und mechanisch mit dem jeweiligen Halter (i^3) verbunden sind, daß die äußersten Stäbe (22/32) an den Anschlußstellen hohl sind dnd daß die Verbindungen zu dem Filter jeweils durch ein Koaxialkabel (41) erfolgt, dessen " Außenleiterdurchmesser gleich dem Innendurchmesser der äußersten Stäbe (22/32) ist und daß der isolierte Innenleiter (411) des Kabels (41) durch den Hohlraum des Stabes (22/32) zu einem Schlitz (221) in dessen Wand geführt und im Bereich des Schlitzes (221) an einer Stelle (ll) der Massefläche (l) verbunden wird, die eine Impedanz aufweist, die nahe beim Wellenwiderstand des Kabels liegt.

   10.. Doppelkammfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterelemente durch Isolierbalken (51*52,53) mit Bohrungen, die im Gleitsitz auf die Leiterelemente (21,22, 31,32) passen, auf dem richtigen Abstand gehalten werden.

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   11. Doppelkammfilter nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trimmkondensafcor für ein Leiterelement (31) aus einer isolierhülse (312) im hohlen äußeren Encie eines Elementes (31) und eines darin befindlichen Leiters (232) gebildet wird, der bei diesem Element 01) durch eine Ausnehmung (23) des Halters (2) geht, daß/die Länge des Leiters (232) einstellbar ist und daß der Leiter (232) durch eine Peststellschraube (2Jl) in dem Halter (2) in elektrischer Verbindung und in der richtigen Lage gehalten wird.

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