[0001] Die Erfindung betrifft ein Bandpaßfilter der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten
Art.
[0002] Ein derartiges Bandpaßfilter aus übereinander angeordneten Hohlraumresonatoren ist
aus der DE 198 32 804 A1 bekannt. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift wird hiermit
durch Bezugnahme zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht. Die Übertragung
von HF-Leistungen im Bereich von einigen Kilowatt und mehr führt zu einer beträchtlichen
Erwärmung der Resonatoren. Wegen der thermischen Dilatation des Resonatorwerkstoffes
(gebräuchlich sind u.a. Kupfer, Aluminium, Stahl und Invar) vergrößern sich die Abmessungen
der Resonatoren, was gleichbedeutend mit einer entsprechenden Verschiebung der Resonanzfrequenz
und damit einer Verstimmung des Bandpaßfilters ist. Zudem erwärmen sich die Resonatoren
ungleichmäßig. Dadurch entstehen in den Resonatoren mechanische Spannungen und unerwünschte
Formänderungen, z.B. Ausbeulungen.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Frequenzstabilität eines Bandpaßfilters
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu verbessern.
[0004] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die benachbarten Resonatoren
jeweils eine eigene Trennwand mit Koppelöffnung haben und voneinander um einen Zwischenraum
zwischen den Trennwänden beabstandet sind, der durch einen die Koppelöffnungen verbindenden
Rohrstutzen überbrückt ist und daß der Zwischenraum zum Abtransport von Wärme ausgebildet
ist.
[0005] Während bei dem aus der DE 198 32 804 A1 bekannten Bandpaßfilter und bei gleichartigen
zum Stand der Technik gehörenden Bandpaßfiltern aufeinanderfolgende Resonatoren eine
gemeinsame Trennwand haben, hat nach dem Vorschlag nach der Erfindung also jeder Resonator
eine eigene Trennwand und der Zwischenraum zwischen den Trennwänden ist so gestaltet,
daß an dieser Stelle wirksam gekühlt und damit die Erwärmung des Bandpaßfilters an
der thermisch am höchsten belasteten Stelle geringgehalten werden kann. Dies erübrigt
aufwendige Maßnahmen zur Kompensation der thermischen Dilatation, die anderenfalls
zur Konstanthaltung der Resonanzfrequenz unverzichtbar sind. Im einfachsten Fall könnten
die benachbarten Trennwände eine hohle Doppelwand bilden, in deren Hohlraum ein Kühlmedium
einleitbar ist.
[0006] Bei konstruktiv getrennten Trennwänden kann in dem Zwischenraum kann mindestens eine
Kühlrohrschlange in wärmeleitender Verbindung mit mindestens einer der Trennwände
angeordnet sein (Anspruch 2). Zweckmäßig wird man jede der beiden den Zwischenraum
begrenzenden Trennwände mit einer solchen Kühlrohrschlange versehen. Die Kühlrohrschlangen
können gemeinsame Ein- und Auslässe zum Anschluß z.B. an einen Wasserkühlkreislauf
haben.
[0007] Eine andere Möglichkeit besteht darin, in dem Zwischenraum segmentierte Plattenwärmetauscher
in wärmeleitender Verbindung mit mindestens einer der Trennwände anzuordnen und mit
einem Kühlmedium zu umspülen (Anspruch 3). Die Segmentierung ist aus Gründen der Montierbarkeit
zweckmäßig. Am besten ist ein zur Mittelebene des Zwischenraums symmetrischer Aufbau
des Plattenwärmetauschers, so daß beide Trennwände gekühlt werden. Als Kühlmedium
kann in den Zwischenraum eingeblasene Luft dienen. Erforderlichenfalls kann eine Zwangsführung
für das Kühlmedium vorgesehen sein, z.B. in Form eines des Zwischenraum umgebenden
Mantels oder Kühlkanals mit einem Ein- und einem Auslaß für das Kühlmedium.
[0008] Der Abtransport von Wärme aus dem Zwischenraum zwischen den Trennwänden der Resonatoren
kann insbesondere unter Verwendung von mindestens zwei halbscheibenartig ausgebildeten
Kühlkörpern in wärmeleitendem Kontakt mit mindestens einer der Trennwände verwirklicht
werden (Anspruch 4). Die Kühlkörper sind deshalb halbscheibenartig ausgebildet, weil
sie sich wegen des die Koppelöffnungen verbindenden Rohrstutzens andernfalls nicht
nachträglich montieren und erforderlichenfalls austauschen lassen.
[0009] In Weiterbildung dieser Ausführungsform können die Kühlkörper von einem Kühlmedium
durchströmte Kühlkanäle haben (Anspruch 5).
[0010] Alternativ oder zusätzlich können die Kühlkörper an ihrem Umfang Kühlrippen haben
(Anspruch 6). Die Kühlrippen sind so angeordnet, daß sie außerhalb der Umfangswände
der Resonatoren liegen. Weil die Resonatoren in der Regel übereinander angeordnet
sind, verlaufen die Kühlrippen bei Kühlung durch freie Konvektion und Strahlung vorzugsweise
lotrecht. Bei Kühlung durch Zwangskonvektion sind die Kühlrippen von einem Mantel
oder Kühlkanal umschlossen und verlaufen in Strömungsrichtung.
[0011] Stattdessen oder zusätzlich können die Kühlkörper etwa radial ausgerichtete Heatpipes
umfassen, deren kalte Enden außerhalb des Umfanges des Zwischenraumes liegen und von
einem Kühlmedium umspült sind (Anspruch 7). Auch in diesem Fall kann die Kühlung durch
freie oder Zwangskonvektion erfolgen.
[0012] Da in der Regel beide Trennwände mit den halbscheibenartig ausgebildeten Kühlkörpern
versehen sind und die Einleitung von Zwangskräften in die Trennwände und damit die
Resonatoren unbedingt vermieden werden muß, sind die Kühlkörper vorzugsweise durch
elastische Mittel in wärmeleitendem Kontakt mit der ihnen benachbarten Trennwand gehalten
(Anspruch 8).
[0013] In der Zeichnung ist ein hier zwei Hohlraumresonatoren umfassendes Bandpaßfilter
nach der Erfindung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen schematisch vereinfacht
veranschaulicht. Es zeigt:
- Figur 1
- eine erste Ausführungsform des Bandpaßfilters in der Seitenansicht,
- Figur 2
- einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1
- Figur 3
- eine zweite Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 4 und
teils in der Seitenansicht,
- Figur 4
- einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,
- Figur 5
- eine dritte Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 6 und teils
in der Seitenansicht,
- Figur 6
- einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5,
- Figur 7
- eine vierte Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 8 und
teils in der Seitenansicht,
- Figur 8
- einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7,
- Figur 9
- eine fünfte Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 10 und
teils in der Seitenansicht,
- Figur 10
- einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 9,
- Figur 11
- eine sechste Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig. 12 und
teils in der Seitenansicht,
- Figur 12
- einen Schnitt längs der Linie XII-XII in Fig. 11,
- Figur 13
- eine siebente Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 14
und teils in der Seitenansicht,
- Figur 14
- einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 13,
- Figur 15
- eine achte Ausführungsform teils im Schnitt längs der Linie XV-XV in Fig. 16 und teils
in der Seitenansicht und
- Figur 16
- einen Schnitt längs der Linie XVI-XVI in Fig. 15.
[0014] In allen Figuren ist ein Bandpaßfilter aus zwei übereinander angeordneten Hohlraumresonatoren
A und B dargestellt, die eine gemeinsame, gewöhnlich im wesentlichen vertikal verlaufende
Längsachse haben. Der mechanische und elektrische Aufbau der Hohlraumresonatoren A
und B ist, abgesehen von den nachstehend erläuterten Einzelheiten, nicht Gegenstand
der Erfindung und im übrigen dem Fachmann aus der DE 198 32 804 A1 bekannt. Dies gilt
insbesondere auch für die elektrischen Anschlüsse und die mechanische Verbindung der
Hohlraumresonatoren A und B sowie für die mechanische Befestigung an einem nicht dargestellten
Filterträger, die bei hohen HF-Leistungen auf jeden Fall schwimmend erfolgen muß,
damit bei Erwärmung keine mechanischen Spannungen zwischen den Hohlraumresonatoren
und dem Filterträger entstehen.
[0015] Abweichend vom Stand der Technik hat jeder Hohlraumresonator A, B eine eigene Trennwand
1, 2, in der sich mindestens eine Koppelöffnung befindet, die in den Figuren nicht
zu sehen ist. Die Koppelöffnungen sind über einen Rohrstutzen 3 miteinander verbunden,
der in den Ausführungsbeispielen elliptischen Querschnitt hat, was jedoch nur beispielhaft
zu verstehen ist. Wie die Koppelöffnungen und dementsprechend der Querschnitt des
Rohrstutzens 3 in Abhängigkeit von der gewünschten Filtercharakteristik zu gestalten
ist, ist dem Fachmann bekannt. Der Rohrstutzen 3 überbrückt einen Zwischenraum Z zwischen
den Trennwänden 1, 2. Die Breite bzw. Höhe des Zwischenraumes Z ist so bemessen, daß
die Resonatoren A, B an dieser Stelle, an der im Betrieb auch die höchste Temperatur
auftritt, wirksam gekühlt werden können. Die Figuren veranschaulichen unterschiedliche
Ausführungsformen der Kühlung, die nachfolgend erläutert werden.
[0016] In der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ist an jeder der Trennwände 1, 2 eine
z.B. wasserdurchflossene Kühlrohrschlange 4, 5 so angeordnet, daß ein guter Wärmeübergang
sichergestellt ist. Die Kühlrohrschlangen können insbesondere mäanderförmig verlaufen
(vgl. Fig. 2), damit sie trotz des Vorhandenseins des Rohrstutzens 3 nachträglich
von der Seite her in den Zwischenraum Z eingeschoben werden können.
[0017] Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform befindet sich in dem Zwischenraum
Z ein Plattenwärmetauscher 6, der aus Gründen der Montierbarkeit um den Rohrstutzen
3 herum angeordnete Segmente 61 umfaßt, von denen wiederum jedes aus einem oberen
Segment 61a und einem unteren Segment 61b besteht. Die einzelnen Platten 611a und
611b sitzen voneinander beabstandet auf je einem zentralen Träger 612a bzw. 612b,
der über nicht dargestellte Andruck- oder Verbindungsmittel in wärmeleitender Verbindung
mit der entsprechenden Trennwand 1 bzw. 2 steht. Im einfachsten Fall können die Plattenwärmetauscher
durch Einblasen von Luft in den Zwischenraum Z gekühlt werden. Zweckmäßiger ist eine
Zwangsführung in Form eines den Zwischenraum umgebenden Kanals K mit mindestens einer
Eintritts- und mindestens einer Austrittöffnung (nicht dargestellt) für das Kühlmedium.
Damit bei Erwärmung keine Zwangskräfte zwischen den Resonatoren entstehen, darf der
Kühlkanal allenfalls mit einem der Resonatoren A oder B fest verbunden sein.
[0018] Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen eine andere Ausführungsform, bei der in dem Zwischenraum
um den Rohrstutzten herum zwei halbscheibenartig ausgebildete Kühlkörper 71, 72 angeordnet
sind, die ober- und unterseitig in wärmeleitendem Kontakt mit den Trennwänden 1, 2
stehen. Die Kühlkörper 71, 72 enthalten Kühlrohre oder Kühlkanäle 51, 52.
[0019] Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen eine Abwandlung dieser Ausführungsform, bei der
in dem Zwischenraum um den Rohrstutzen 3 herum vier halbscheibenartig ausgebildete
Kühlplatten 71a, 71b und 72a, 72b angeordnet sind, von denen die beiden Kühlplatten
71a, 72a mit ihrer oberen Großfläche gegen die Trennwand 1 anliegen und auf ihrer
unteren Großfläche eine Kühlrohrschlange 51a tragen, während die beiden Kühlplatten
71b, 72b mit ihrer unteren Großfläche gegen die Trennwand 2 anliegen und auf ihrer
oberen Großfläche eine Kühlrohrschlange 51b tragen. Um die Kühlplattenpaare 71a, 72a
und 71b, 72b in schwimmender, wärmeleitender Verbindung mit den Trennwänden 1 bzw.
2 zu halten, können zwischen den Kühlplattenpaaren nicht dargestellte elastische Mittel,
z.B. vorgespannte Schraubendruckfedern, angeordnet sein.
[0020] In der Ausführungsform nach den Fig. 9 und 10 befinden sich in dem Zwischenraum um
den Rohrstutzen 3 herum zwei massive, halbscheibenartig ausgebildete Kühlkörper 81,
82, die an ihrem Umfang vertikal verlaufende Kühlrippen 81.1 bzw. 82.1 haben. Die
Kühlung erfolgt durch Konvektion und Strahlung.
[0021] In einer in den Fig. 11 und 12 dargestellten Weiterbildung dieser Ausführungsform
sind ähnlich wie in den Fig. 7 und 8 stattdessen vier solcher verrippter halbscheibenartig
ausgebildete Kühlkörper 81a, 81b und 82a, 82b vorgesehen. Zwischen dem oberen Kühlkörperpaar
81a, 82a und dem unteren Kühlkörperpaar 81b, 82b befinden sich vorgespannte Schraubendruckfedern
83, die für eine satte, jedoch schwimmende Anlage der halbscheibenartigen Kühlkörper
gegen die jeweiligen Trennwände 1, 2 sorgen.
[0022] Die Fig. 13 und 14 zeigen eine ähnliche Ausführungsform wie die Figuren 9 und 10,
jedoch weisen die zwei halbscheibenartig ausgebildeten Kühlkörper 81, 82 zusätzlich
zu den Rippen 81.1 und 82.1 radial angeordnete Heatpipes 84, die an sich bekannt sind,
auf. Es handelt sich um geschlossene kurze Rohre, die, vereinfacht gesprochen, teilweise
mit einem Wärmeträgermedium gefüllt sind, das am heißen (innenliegenden) Ende der
Heatpipe verdampft und am außenliegenden, gekühlten Ende kondensiert und zum heißen
Ende zurückströmt.
[0023] In der Ausführungsform nach den Fig. 15 und 16 sind die Kühlkörper analog der Ausführungsform
in den Figuren 11 und 12 längs einer durch den Zwischenraum verlaufenden Mittelebene
in ein oberes Paar 81a, 82a und ein unteres Paar 81b, 82b mit dazwischen angeordneten,
vorgespannten Schraubendruckfedern 83 geteilt. Die Kühlkörper enthalten Heatpipes
84.1.
1. Bandpaßfilter aus einer Anzahl n (n ≥ 2) Hohlleiter-Resonatoren (A, B), von denen
die jeweils benachbarten mechanisch miteinander verbunden und elektrisch über mindestens
eine Öffnung in einer Trennwand gekoppelt und der erste sowie der n-te Resonator durch
je ein Endblech verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Resonatoren (A, B) jeweils eine eigene Trennwand (1, 2) mit
der mindestens einen Koppelöffnung haben und voneinander um einen Zwischenraum (7)
zwischen den Trennwänden (1, 2) beabstandet sind, der durch einen die Koppelöffnungen
verbindenden Rohrstutzen (3) überbrückt ist und daß der Zwischenraum (7) zum Abtransport
von Wärme ausgebildet ist.
2. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum mindestens
eine Kühlrohrschlange (4, 5) in wärmeleitender Verbindung mit mindestens einer der
Trennwände (1, 2) angeordnet ist.
3. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum segmentierte
Plattenwärmetauscher (61) in wärmeleitendem Kontakt mit mindestens einer der Trennwände
(1, 2) angeordnet und mit einem Kühlmedium umspült sind.
4. Bandpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zwischenraum
mindestens zwei halbscheibenartig ausgebildete Kühlkörper (71, 72; 81, 82) in wärmeleitendem
Kontakt mit mindestens einer der Trennwände angeordnet sind.
5. Bandpaßfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlkörpern (71,
72; 81; 82) von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle (51; 51a; 51b) ausgebildet
sind.
6. Bandpaßfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper an
ihrem Umfang Kühlrippen (81.1) haben.
7. Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper
radial ausgerichtete Heatpipes (84, 84.1) umfassen, deren kalte Enden außerhalb des
Umfanges des Zwischenraums liegen und von einem Kühlmedium umspült sind.
8. Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper
(71, 72; 81, 82) durch elastische Mittel (83) in wärmeleitendem Kontakt mit der ihnen
benachbarten Trennwand (1, 2) gehalten sind.