ITSO20010002A1 - Filtro di ordine minimo a cavita' accoppiate per canali televisivi uhf. - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

“FILTRO DI ORDINE MINIMO A CAVITA’ ACCOPPIATE PER CANALI

TELEVISIVI UHF”

RIASSUNTO

Filtro passa banda di trasmissione per canali televisivi UHF, caratterizzato da quattro risonatori cilindrici in cavità quadrata, ad accoppiamenti generalizzati e schema a quadrupletta in cascata con inversione di segno tra i risonatori intermedi, le sezioni terminali del filtro essendo accoppiate ai connettori di ingresso ed uscita tramite sonde regolabili con la rotazione meccanica dei connettori stessi.

DESCRIZIONE

La presente invenzione descrive un filtro passivo per radio frequenza a cavità accoppiate espressamente concepito per le trasmissioni televisive in banda UHF.

Com’è noto, sono richiesti filtri ad alta frequenza a basse perdite da impiegarsi nei sistemi trasmittenti di canali televisivi allo scopo di sopprimere tutti i segnali indesiderati dalla trasmissione.

I recenti trasmettitori televisivi, con amplificatori allo stato solido in classe di funzionamento AB, richiedono un accurato filtraggio del segnale trasmesso ad alta frequenza. In particolare, è noto che nel caso di amplificazione comune delle portanti audio e video (Pa e Pv), si generano per battimento dei forti prodotti d'intermodulazione, e principalmente i prodotti del terzo ordine che analiticamente valgono 2<*>f(Pv)-f(Pa) e 2<*>f(Pa)-f(Pv), particolarmente difficili da eliminare poiché sono molto vicini alla banda utile del segnale trasmesso. La natura dei disturbi richiede un filtro di uscita avente particolari gradi di selettività concentrati alle frequenze delle intermodulazioni. Non a caso, in passato sono stati largamente impiegati filtri aventi vari risonatori elimina-banda, tarati opportunamente sulle frequenze dei disturbi. Più recentemente, la tecnologia dei trasmettitori si è orientata verso gli amplificatori allo stato solido in classe AB, ed i requisiti del filtro di uscita sono diventati più stringenti.

I filtri attualmente utilizzati sono passa-banda aventi almeno sei cavità risonanti, e richiedono risonatori ad alto fattore di merito per limitare le perdite d'inserzione.

In alternativa sono adottati schemi a quattro risonatori passa-banda con due risonatori aggiuntivi elimina-banda. Queste ultime realizzazioni sono generalmente ingombranti e critiche in termini di taratura e risposta in frequenza, poiché non sono basate su progetti elettrici canonici.

Recentemente, la teoria dei circuiti ha dimostrato la possibilità di migliorare le risposte analitiche classiche (Chebyshev) mediante schemi generalizzati che permettono l'aggiunta di poli di attenuazione a frequenze prefissate della risposta (R. Levy, “Filters with Single Transmission Zeros at Reai or Imaginary Frequencies,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, voi. MTT-24, pp. 172-181, Apr. 1976). Tali conoscenze sono oggi largamente impiegate per la realizzazione di filtri molto selettivi, come per esempio quelli impiegati nelle stazioni adibite alla telefonia mobile. Un esempio di questa tecnica di progetto si trova in: (G. Macchiarella, “An Originai Approach to thè Design of Bandpass Cavità Filters with Multiple Couplings," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, voi. MTT-45, pp. 179-187, Apr. 1976).

II brevetto n. EP 1 045 470 A2 descrive un filtro generalizzato secondo schema classico e noto, dove l’oggetto specifico dell’invenzione è il particolare accoppiamento capacitivo regolabile tra i risonatori 2 e 5.

In ogni caso, si rileva dallo stato della tecnica che per filtrare convenientemente un canale televisivo sono attualmente richiesti sei risonatori accoppiati in modo più o meno complesso.

La presente invenzione realizza un filtro con soli quattro risonatori avente tutte le caratteristiche richieste per un perfetto filtraggio del canale televisivo, con grandi vantaggi in termini di riduzione delle perdite a parità di fattore di merito, maggiore stabilità meccanica e termica, riduzione di ingombri peso e costo del dispositivo.

Per fare ciò occorre realizzare un filtro ad accoppiamenti generalizzati il quale abbia una risposta in frequenza perfettamente simmetrica e che consenta il piazzamento esatto dei poli di attenuazione alle frequenze desiderate. In questo modo è possibile sfruttare la risposta caratteristica di un tale filtro non solo in termini di aumento della pendenza della transizione, ma soprattutto sfruttando l’altissima reiezione dei due poli di attenuazione in coincidenza delle frequenze dei principali disturbi corrispondenti alla già citata intermodulazione del terzo ordine.

Il filtro dell’invenzione richiede una grande precisione e simmetria nella risposta in frequenza, e non può essere realizzato con le attuali tecniche.

La soluzione del problema è stata trovata in una configurazione innovativa degli accoppiamenti multipli, la quale elimina virtualmente gli accoppiamenti parassiti che causano distorsione nella risposta in frequenza.

Il funzionamento del filtro secondo questa nuova tecnica risulterà evidente dalla seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, illustrata negli allegati disegni in cui:

La figura 1 è una vista trasparente in pianta

La figura 2 è una vista trasparente di fianco

La figura 3 è una vista trasparente lato posteriore

La figura 4 è il rilievo di una tipica risposta in frequenza.

Naturalmente, la sintesi di un tale dispositivo è basata sulle teorie più recenti dei filtri a microonde cui non è fatto riferimento. Inoltre, il dimensionamento dei componenti è stato effettuato con largo impiego dei migliori programmi di simulazione lineare ed elettromagnetica disponibili.

Facendo specifico riferimento alle suddette figure, il filtro comprende quattro risonatori in ottone cilindrici (1) in altrettante cavità quadrate (2), costituiti ognuno da una parte fissa (3) ed una parte mobile (4). La parte mobile (4) è comandata dall’astina d’acciaio (5) mediante una speciale meccanica di regolazione comprendente un morsetto di controllo (6) montato sui distanziali in acciaio (7).

I risonatori sono accoppiati in cascata mediante circuiti magnetici regolabili (8) posti tra le varie cavità. La sezione elettrica fondamentale del filtro è realizzata in un’esclusiva forma caratterizzata da un’inversione di segno nel mutuo accoppiamento dei due risonatori centrali.

L’accoppiamento di segno invertito presente tra il secondo e il terzo risonatore, è infatti realizzato con una tecnica innovativa tramite un ponte capacitivo (9) montato su isolatori in TEFLON (10). Tale accoppiatore è stato accuratamente dimensionato con l’ausilio della simulazione elettromagnetica tridimensionale, allo scopo di fornire coefficienti di accoppiamento pressoché costanti al variare della frequenza. La regolazione fine è resa possibile da un accoppiamento magnetico concomitante (11), il quale agisce notoriamente con segno opposto e quindi sottrae effetto all’accoppiamento elettrico principale, fino ad avere l’effetto netto desiderato.

L’accoppiamento generalizzato tra il primo ed il quarto risonatore della quadrupletta è realizzato quindi in maniera duale rispetto agli schemi canonici, mediante il circuito magnetico regolabile (12).

I risonatori estremi sono accoppiati elettricamente ai connettori (13) con una tecnica molto efficiente appositamente studiata, che utilizza sonde regolabili (14) mediante la rotazione ed il bloccaggio dei connettori stessi.

Tutte le geometrie dei componenti adibiti alle regolazioni sono state ottimizzate mediante accurati calcoli e simulazioni elettromagnetiche per rendere le regolazioni stesse più agevoli possibile, con variazioni minime entro la banda del progetto.

La stabilità termica del filtro è garantita dall'impiego di materiali speciali quale l’acciaio INVAR, nonché da accurati calcoli e simulazioni per le migliori geometrie delle strutture risonanti.

Tutto il dispositivo è alloggiato in un robusto contenitore elettricamente stagno realizzato in lamiera d’ottone.

Naturalmente tutti i componenti interni al filtro sono argentati per migliorare le caratteristiche ad alta frequenza.

II filtro dell'invenzione è particolarmente innovativo per la semplicità della regolazione e per la qualità della risposta, grazie all’esclusiva configurazione degli accoppiamenti. Il progetto elettrico secondo l’invenzione consente infatti un'esatta taratura con i poli di attenuazione della risposta generalizzata collocati alle frequenze dei principali disturbi, corrispondenti nel caso delle trasmissioni analogiche alle intermodulazioni del terzo ordine, ed una selettività globale che garantisce il contenimento delle emissioni indesiderate secondo tutte le norme vigenti in materia. Le suddette caratteristiche di risposta sono evidenti dal grafico di fig. 4, di una tipica taratura di canale.

Benché il filtro sia stato specificatamente descritto con riferimento ad una forma di realizzazione preferita, risulterà chiaro che esso è suscettibile di numerose varianti e modifiche, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo.

In una seconda forma di realizzazione preferita, il filtro sarà realizzato con sei cavità risonanti, aggiungendo una cavità davanti ad ogni accoppiamento di ingresso, in cascata alla struttura fondamentale della descrizione.

In una terza forma di realizzazione preferita, il filtro sarà realizzato con otto cavità risonanti, aggiungendo due cavità davanti ad ogni accoppiamento di ingresso, in cascata alla struttura fondamentale della descrizione.

Queste ulteriori realizzazioni conservano i fondamentali vantaggi della prima realizzazione, quali la perfetta simmetria della risposta e la facilità della taratura, ed aggiungono una maggiore selettività generale che le rende particolarmente adatte per le future trasmissioni televisive DVB in via di sperimentazione e sviluppo, le quali impiegano codifiche digitali e richiedono filtri di trasmissione estremamente selettivi (Rif. ETSI EN 300744 V1.4.1 ).

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Filtro passa banda di trasmissione per canali televisivi UHF, costituito da quattro risonatori cilindrici in cavità quadrata con accoppiamenti generalizzati, caratterizzati da un’inversione di segno tra i risonatori intermedi, le sezioni terminali del filtro essendo accoppiate ai connettori di ingresso ed uscita tramite sonde regolabili con la rotazione meccanica dei connettori stessi.
2. 2. Filtro passa banda secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’inversione di segno nell’accoppiamento tra i risonatori intermedi è realizzato con un accoppiamento capacitivo tra il secondo ed il terzo risonatore, la regolazione del quale è ottenuta mediante un accoppiamento magnetico concomitante regolabile.
3. 3. Filtro secondo le rivendicazione 1 e 2, caratterizzato da un accoppiamento generalizzato tra il primo e quarto risonatore, realizzato con un accoppiamento magnetico regolabile
4. 4. Filtro secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la precisione di risposta ottenibile consente un taratura perfettamente idonea alle esigenze di filtraggio delle trasmissioni televisive analogiche, piazzando gli poli di attenuazione alle frequenze dei principali disturbi di intermodulazione del terzo ordine.
5. 5. Filtro secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i requisiti del filtraggio sono raggiunti con un ordine minimo di quattro risonatori.