ITMI991445A1 - Filtri di segnali ad alta frequenza multi-cavita' con dielettrico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale

dal Titolo: "Filtri di segnali al alta frequenza, multi-cavità con dielettrico" .

La presente invenzione concerne filtri, semplici o del tipo duplexer, di segnali ad altissima frequenza, comprendenti un corpo metallico nel quale sono scavate più cavità risonanti aventi, ciascuna, preferibilmente, un cilindretto dielettrico centrale, ed un'iride di accoppiamento tra cavità adiacenti ricavata su una delle quattro pareti che definiscono detta cavità, segnatamente sulla parete comune alle due cavità accoppiande.

In genere le iridi di accoppiamento sono del tipo a finestra ricavata nella detta parete comune e delimitata da due facce verticali sostanzialmente lineari, l'area esposta da ciascuna faccia essendo definita dal prodotto dell 'altezza lineare (HL) della parete, per lo spessore della stessa parete.

Tanto per fissare le idee, in fig. 1 si sono rappresentati, in vista dall'alto, una porzione di corpo di filtro convenzionale CF, le cavità C1, C2. . .C4, in esso scavate, un 'iride 112 o 134 in una parete comune PC. Come schematicamente rappresentato in vista frontale in fig. 2 l'irida ha la forma regolare di una finestra FA definita da un 'altezza H (generalmente inferiore all'altezza totale Ho della parete P formatrice di cavità) , e una larghezza L. Ovviamente per regolare l’accoppiamento AC fra cavità contigue ad es. AC12, AC34 tra le cavità CI e C2 e .C3 e C4 contigue si può influire sulle dimensioni della finestra FA, in particolare sull'altezza H e larghezza L.

Ma l'altezza H di FA è sostanzialmente condizionata dalle dimensioni delle pareti, che devono avere determinati valori di resistenza meccanica ecc. ecc. Si deve allora giocare sulla larghezza L da sola o in combinazione con l 'inserimento di elementi circuitali passivi (sostanzialmente capacitivi) disposti nel senso di detta larghezza.

In detta figura 2 è indicato un elemento capacitivo essenzialmente filiforme ECF disposto più o meno centralmente, a ponte tra le spalle SI e S2 che delimitano l'area vuota cioè la luce AV della finestra FA le cui parti superiore 1 e inferiore 2 sono ovviamente piene.

La soluzione consistente nell'adozione di un elemento passivo ECF si è dimostrata abbastanza complessa e inadeguta: in effetti un elemento capacitivo saldato a ponte è facilmente suscettibile di leggeri spostamenti, angolazioni, incurvamenti (disposizioni a catenaria) ecc. ecc. che modificano notevolmente il grado di accoppiamento prodotto da un ECF, a parità di dimensioni, in particolare di larghezza L, della finestra FA.

In più gli elementi circuitali passivi tipo ECF modificano i loro valori capacitivi nel tempo (invecchiamento) e al variare delle condizioni termiche ambientali. L'esperienza ha dimostrato che una volta tarato inizialmente un filtro, le sue caratteristiche si modificano anche in funzione degli urti che può subire il filtro stesso, ed è difficile se non impossibile riportarlo ai valori della taratura iniziale. In tutti i casi occorerebbe ricorrere a operazioni delicate o complesse già di difficile realizzazione in laboratorio ed addirittura ineseguibili sul campo.

Queste difficoltà degli ECF obbligano a vedere se ci sono possibilità derivabili da scelte critiche delle dimensioni e geometrie delle finestre. Così da uno studio accurato sono emerse esigenze contrastanti: da una parte, la larghezza L andrebbe fatta la più grande possibile in modo da lasciarvi passare l'utensile di formatura ad esempio le frese (almeno il loro gambo cilindrico) che scavano e regolano la configurazione e le dimensioni delle cavità; dall'altra parte si è però trovato che un aumento qualsiasi della larghezza non comporta un corrispondente aumento dell’accoppiamento. Si è tentati perciò di restringere le finestre ma a danno della lavorazione meccanica e della relativa precisione.

Scopo del presente trovato è ora quello di provvedere filtri o duplexer multi - cavità di segnali ad altissima frequenza, che non abbiano i suddetti inconvenienti e che presentino contemporaneamente condizioni ottimali di accoppiamento elettrico e di lavorabilità. Le caratteristiche più salienti dell'invenzione sono recitate nelle rivendicazioni in calce che si ritengono qui incorporate.

I diversi aspetti e vantaggi del trovato appariranno più chiaramente dalla descrizione seguente delle forme di realizzazione rappresentate a titolo illustrativo e non limitativo nei disegni di accompagnamento nei quali :

la fig. 1 è una vista schematica dall' alto di una forma di realizzazione dell'arte nota;

la fig. 2 è una rappresentazione schematica in elevazione frontale di un'iride convenzionale;

la fig. 3 è una vista dall'alto di un filtro complesso scoperchiato a n cavità e n/2 iridi secondo l'invenzione;

la fig. 4 è una vista in sezione con un piano avente per traccia la linea Q-Q sulla fig. 3, che fà vedere la configurazione più elementare di finestra a gradienti di apertura secondo il trovata;

la fig. 4A è una vista frontale su scala ingrandita di detta finestra a gradiente di apertura; e

le figure 5, 6 e 7 rappresentano vari allargamenti, rispettivamente: delle sole porzioni terminali, superiore 3 ed inferiore 4 (fig. 5, curva A, L 34) ; - della sola porzione centrale 5 a parità di larghezza di dette porzioni terminali 3 e 4 (fig. 6, curva B, L5) ; e - dell 'intera apertura cioè contemporaneamente e solidalmente di tutte dette porzioni 3, 4 e 5 (fig. 7, curva C,L 345) ;

la figura 8 è un diagramma che riporta le curve larghezza-frequenza corrispondenti alle realizzazioni delle figure 5 (curva A, L34) , 6 (curva B, L5) e 7 (curva C, L345) .

In fig. 3 è rappresentato un filtro complesso consistente di due sezioni, ciascuna a sei cavità, quella SI con cavità A, B, C, D, E, F, e finestre la, 2a, 3a, 4a, e 5a e quella S2 con cavità G, H, L, M, N, P e finestre 1, 2, 3, 4 e 5. E' bene premettere che il filtro di fig. 3 può avere le configurazioni e le strutture più svariate, quali quelle descritte in una serie di brevetti della Richiedente, fra i quali ci si limita a citare i brevetti italiani N° 1246747, N° 1246748, N° 1246749 , N° 1252537, N° 1271812, N° 1285991, US N° 5,684,438, le domande di brevetto italiano N° 97A 001696, N° 98A 000182, N° 98A 001714, N° 98A 002750 eco. .

Il corpo di filtro CF è sempre in materiale meccanicamente lavorabile in particolare asportabile con fresa. Per limitare la descrizione agli aspetti più tipici del presente trovato, si possono dare qui per scontate le diverse caratteristiche strutturali e funzionali del filtro a cavità risonanti in aria (con o senza dielettrico) ; conviene perciò concentrarsi sulle particolarità specifiche delle iridi secondo la presente invenzione.

Nella sezione di fig. 4 si è rappresentato il caso più semplice e vantaggioso delle finestre FA1, FA3 e FA5 (sostanzialmente a forma di T) , una delle quali ad es. FA3 è rappresentata su scala ingrandita in fig. 4A.

E', bene ricordare che la configurazione schematica della fig. 4A è volutamente quella più semplice e che essa viene qui adottata perchè si presta meglio alla illustrazione del trovato.

Per scrupolo di chiarezza illustrativa, si può immaginare l'altezza totale della parete sfinestrata comune a due cavità accoppiande divise in: una zona di testa 1 ed una zona di fondo 2 che, come si può vedere anche dalla fig. 4A corrispondono e definiscono l'apertura totale di una finestra ricavata nella parete comune PC; queste zone non entrano in gioco nella regolazione dell'accoppiamento;

una zana di testa 1 ed una di fondo 2' aventi larghezza L1, rispettivamente L'2 e altezza H, risp. H'2 che rappresentano porzioni della parete comune PC non coinvolte dall'accoppiamento, o coinvoltevi ma in misura trascurabile; queste porzioni 1 e 2' non entrano perciò in gioco nella regolazione dell'accoppiamento;

- una zona 3 avente larghezza L3 e altezza H3, inferiori rispetto a quelle delle porzioni 1, 2' ;

una porzione centrale 5 tipicamente a minima larghezza L5 (massimo restringimento) e altezza H5; e

una porzione 4 a larghezza L4 che può essere diversa da L, L '2, L3 e altezza H4 anch'essa diversa da H1, H'2, H3 e H5.

Secondo un aspetto del trovato, trascurando per un attimo le variazioni di altezza Hi (sulle quali non si può agire per motivi costruttivi) , caratteristicamente almeno nelle zone di transizione da 3 a 5 e da 5 a 4 si hanno gradienti di larghezza ± GL5. Di preferenza anche ± GL5 può variare lungo H5, ad esempio nel senso che il restringimento aumenta dalle due estremità 5s e 5i della parete verso il centro 5c della zona 5.

Con sorpresa si è ora trovato che i gradienti (variazioni) di larghezza hanno ripercussioni differenziate sull'accoppiamento nel senso che, contrariamente alle aspettative, gli allargamenti su certe porzioni di finestra consentono di avere variazioni di accoppiamento (e perciò delle frequenze) decisamente più pronunciate di quelle ottenibili con allargamenti su altre zone (in particolare quelle che, a prima vista, possono sembrare più favorevoli) .

Tanto per riferirci a casi pratici particolarmente semplici, nella figura 7 si sono immaginate diverse (tre) variazioni di larghezza estese su tutta l'altezza H, cioè contemporaneamente sulle tre zone 3-5-4; allorché la larghezza è minima ad esempio di 8mm, l'accoppiamento sarà tale da avere una frequenza all'incirca di 8 MHz (curva C nel diagramma di fig. 8) . Allargando questa larghezza minima di 8mm, a 16 mm si trova una frequenza di circa 5,2 MHz mentre portando detta larghezza a 24mm la frequenza sale a circa 6,5 MHz.

Pertanto nel caso della fig. 7 e della relativa curva 8C (nel diagramma di fig. 8 avente la larghezza in mm sulle ordinate e la frequenza in MHz sulle ascisse) ad una variazione di larghezza da 8 a 24 della larghezza di L3 = L4 = L5 corrisponde una banda di circa 2,5 MHz da circa 4 a ca. 6,5 MHz.

La figura 6 e la relativa curva 88 fanno vedere che alla larghezza di 8mm della sola parte centrale 5 corrisponde una frequenza di circa 9,6 MHz, alla larghezza di 16mm corrisponde la frequenza di circa 7MHz, e alla larghezza di 24mm si ha la frequenza di ca. 6 MHz; pertanto variando di ben sedici millimetri (da 8 a 24) la larghezza L5 si ha una banda larga 3 MHz da circa 9,6 a circa 6.

Non senza sorpresa la fig. 5 e la relativa curva 8A fanno vedere che variando le larghezze L3 e L4 delle sole porzioni superiore 3 e inferiore 4, da 8 a 24mm (a parità di larghezza della porzione centrale 5 tenuta fissa a 8mm) si ha larghezza di banda di frequenza da circa 4 a circa 9,7 MHz, cioè si ha una banda di circa 5,7 MHz.

In altre parole si è trovato, non senza sorpresa, che: 1) l'allargamento dell'apertura di tutta la finestra, estesa cioè sulle tre zone 3-5-4, contemporaneamente e in una stessa misura, (fig. 7, curva 7C) produce un aumento dell'accoppiamento inaspettatamente minimo e conseguentemente una larghezza minima della banda delle frequenze; 2) - l'allargamento della sola zona centrale 5 (a parità di larghezza e altezza delle zone 3 e 4) produce anch'esso un aumento inaspettatamente minimo dell'accoppiamento e quindi un allargamento della banda di frequenze anch'esso minimo; 3) - per contro l'allargamento delle zone superiore 3 ed inferiore 4 (fig.5, curva A) produce un aumento inaspettatamente notevole dell'accoppiamento ed un ampliamento altrettanto notevole della banda delle frequenze.

Mutatis mutandis, sembra possibile formulare l'invenzione anche nel senso che immaginando di dividere l'altezza della finestra in più tratti ad es. tre porzioni, sul primo terzo dalla sommità al centro e sul terzo terzo dal basso verso il centro l'accoppiamento aumenta all'aumentare della larghezza di queste due porzioni terminali superiore 3 e inferiore 4 mentre sul secondo terzo centrale 5 l'accoppiamento si inverte cioè diminuisce all'aumentare della "luce" (larghezza L5).

Il trovato è stato volutamente descritto con riferimento alle forme di realizzazione (rappresentate nei disegni) particolarmente semplici e significative; è ovvio che queste forme non hanno carattere limitativo anzi sono suscettibili di tutte quelle varianti,modifiche, sostituzioni e simili che, per essere a portata di mano del tecnico medio del ramo, sono da considerare, già in partenza, come naturalmente ricadenti nell'ambito e nello spirito della presente invenzione.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Filtri, semplici o complessi, di segnali ad altissima frequenza, comprendenti: - un corpo o blocco di metallo meccanicamente lavorabile;-una pluralità di cavità risonanti scavate in detto blocco; preferibilmente elementi dielettrici centralmente sistemati in ogni cavità; - iridi (finestre) di accopiamento tra cavità contigue ricavate nelle pareti comuni, dette finestre avendo un'area vuota definita da un'alteza H e da una larghezza L, caratterizzati dal fatto che detta larghezza L è variabile in funzione di detta altezza H e presenta marcati gradienti sopratutto nelle zone non interessate al passaggio degli utensili di lavorazione.
2. 2) Filtri secondo la rivendicazione 1, caratterizzati da gradienti corrispondenti a restringimenti dell'apertura localizzati sostanzialmente alle estremità della porzione centrale della finestra.
3. 3) Filtri secondo la rivendicazione 2, caratterizzati dal fatto che ogni parete laterale di finestra presenta una protuberanza verso l'interno, in modo da dar luogo ad un'apertura con restringimento.
4. 4) Filtri secondo la rivendicazione 3, caratterizzati dal fatto che ogni finestra presenta almeno tre zone, una superiore e una inferiore rispetto alla protuberanza centrale, l'allargamento delle dette zone superiore ed inferiore aumentando l'accoppiamento a parità di larghezza della porzione centrale determinata dalle pretuberanze.
5. 5) Filtri secondo la rivendicazione 4, caratterizzati dal fatto che la zona centrale ad apertura ristretta per via delle pretuberanze ha una larghezza costante su tutta la sua altezza, di preferenza uguale alla larghezza minima che consente il passaggio degli utensili di lavorazione.
6. 6) Filtri secondo una almeno delle rivendicazioni precedenti caratterizzati dal fatto che si massimizza l'accoppiamento e quindi la larghezza della banda di frequenza, massimizzando entrambe le larghezze delle zone superiore ed inferiore e minimizzando la larghezza della zona centrale intermedia.
7. 7) Filtri sostanzialmente secondo quanto descritto e rappresentato.