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(11) | EP 1 689 019 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Koaxiales abgleichbares Filter |
| (57) Ein koaxiales abgleichbares Filter mit mindestens einer Stufe, die einen Außenleiter
(5), einen ersten Innenleiter (1) und einen mit letzterem kapazitiv gekoppelten, achsgleichen
zweiten Innenleiter (2) umfasst, kann in durchgehend koaxialer Technik und ohne das
Risiko der späteren Entstehung von Intermodulationsprodukten hergestellt werden, wenn
ein dritter Innenleiter (3) vorgesehen ist, der sowohl mit dem ersten als auch mit
dem zweiten Innenleiter kapazitiv gekoppelt und axial verschiebbar ist.
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[0001] Die Erfindung betrifft ein koaxiales abgleichbares Filter, mit mindestens einer Stufe, die einen Außenleiter, einen ersten Innenleiter und einen mit letzterem kapazitiv gekoppelten, achsgleichen, zweiten Innenleiter umfasst.
[0002] Die Spulen und Kondensatoren für Filter für Frequenzen oberhalb einigen hundert Mhz können zwar durch Leitungsstücke geeigneter Länge und mit entsprechenden Wellenwiderständen nachgebildet werden. Während sich Induktivitäten mit dem jeweils benötigten Wert durch kurze Leitungsstücke mit hohen Wellenwiderständen verhältnismäßig einfach realisieren lassen, ist es fertigungstechnisch nahezu unmöglich, die Kapazitätswerte von wenigen pF hinreichend genau durch kapazitiv gekoppelte Innenleiter einzuhalten. Fertigungsbedingte Toleranzen der Kapazitätswerte verschlechtern jedoch den Frequenzgang erheblich. Für den in Fig. 1 dargestellten Hochpass verdeutlich dies das Diagramm in Fig. 2. Die Kurve 1 zeigt den frequenzabhängigen Verlauf des Reflexionsfaktors für die Sollwerte der Induktivitäten und der Kapazitäten. Die Kurve 2 zeigt den Verlauf des Reflexionsfaktors bei Abweichung der Kapazitätswerte um 10 % vom Sollwert. Wegen dieser Schwierigkeit werden mehrkreisige Filter in der Regel in Streifenleitungstechnik und mit abgleichbaren Trimmerkondensatoren hergestellt. Zur Einfügung z.B. in ein koaxiales Antennenspeisekabel sind deshalb am Eingang und am Ausgang entsprechende Übergänge erforderlich.
[0003] Zwar ist auch ein einstufiges Filter in koaxialer Ausführung gemäß der einleitend genannten Gattung bekannt. Die sich gegenüberstehenden Flächen des ersten und des zweiten Innenleiters sind so dimensioniert, dass sie, gegebenenfalls in Verbindung mit einem anderen Dielektrikum als Luft, eine Längskapazität mit einem vorgegebenen Wert bilden. Wenn dieser Wert einstellbar sein soll, kann einer der Innenleiter teleskopisch ausgebildet sein. Der verschiebbare Teil dieses Innenleiters ist mit dessen feststehendem Teil galvanisch, z.B. über Federlamellen, kontaktiert. An solchen Kontaktstellen entstehen jedoch Intermodulationsprodukte, die bei hohen Anforderungen an den Intermodulationsabstand, wie sie z.B. im Mobilfunkbereich gestellt werden, nicht tolerierbar sind.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber fertigungstechnisch einfacheres, koaxiales Filter zu schaffen, das abgleichbar ist, jedoch keine Intermodulationsprodukte entstehen lässt.
[0005] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen dritten Innenleiter gelöst, der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Innenleiter kapazitiv gekoppelt und axial verschiebbar ist.
[0006] Das Filter hat somit abgleichbare Längskapazitäten in Koaxialtechnik, kommt jedoch ohne galvanische Kontaktierungen aus und ist somit intermodulationsfrei.
[0007] Bei einer ersten Ausführungsform sind der erste Innenleiter und der zweite Innenleiter im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung von einer Isolierstoffhülse umgeben und der dritte Innenleiter ist als auf der Isolierstoffhülse axial verschiebbare Metallhülse ausgebildet.
[0008] Der erste und der zweite Innenleiter können im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung teleskopisch ineinandergreifen, bleiben dabei aber galvanisch voneinander getrennt.
[0009] Die teleskopisch ineinandergreifenden Bereiche des ersten und des zweiten Innenleiters können durch eine Isolierstoffbuchse voneinander getrennt sein. Das hat den Vorteil, dass durch Wahl eines Isolierstoffs mit einer passenden relativen Dielektrizitätskonstante Einfluss auf die Baulänge genommen werden kann.
[0010] Bei einer anderen Ausführungsform sind der erste Innenleiter und der zweite Innenleiter zumindet im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung rohrförmig ausgebildet und umschließen eine gemeinsame Isolierstoffhülse, in welcher der dritte Innenleiter axial verschiebbar ist, z.B. über einen Längsschlitz in dem ersten und/oder dem zweiten Innenleiter sowie der Isolierstoffhülse.
[0011] Zusätzlich können der erste und der zweite Innenleiter relativ zueinander axial verschiebbar sein.
[0012] Zur Durchführung des Abgleichs kann der Außenleiter (mit kreisförmigem oder polyonalem Innenquerschnitt) in Längsrichtung teilbar oder z.B. mit einem abnehmbarel Deckel ausgestattet sein. Stattdessen kann der Außenleiter auch an den Abgleichstellen mit einer verschließbaren Öffnung versehen sein.
[0013] In der gefundenen Abgleichposition kann der dritte Innenleiter mit beliebigen, HF-verträglichen Mitteln, also beispielsweise durch Kleben oder durch PTFE-Ringe, fixiert werden.
[0014] Es hat sich gezeigt, dass es in der Serienfertigung in der Regel genügt, den Abgleich an einem Musterstück des Filters vorzunehmen und die gefundenen Positionen der Innenleiter ohne nochmaligen elektrischen Abgleich auf die anderen Filter der gleichen Serie zu übertragen.
[0015] Vereinfachte und insbesondere nur einstufige Ausführungsbeispiele des Filters nach der Erfindung sind in den weiteren Figuren in Teillängsschnitten dargestellt. Es zeigt:
- Fig. 3
- ein erstes Ausführungsbeispiel,
- Fig. 4
- das gleiche Ausführungsbeispiel mit eingezeichneten Längskapazitäten und Ersatzschaltbild zu Fig. 3,
- Fig. 5
- einen Ausschnitt aus einer Weiterbildung der Ausführungsform gemäß Fig. 3,
- Fig. 6
- ein zweites Ausführungsbeispiel,
- Fig. 7
- das gleiche Ausführungsbeispiel wie Fig. 6, ergänzt um die Längskapazitäten und das Ersatzschaltbild.
[0016] In Fig. 3 sind ein erster Innenleiter 1 und ein zweiter Innenleiter 2 in einem Außenleiter 5 angeordnet. Die Stirnfläche des Innenleiters 1 steht derjenigen des Innenleiters 2 in einem gegebenen Abstand gegenüber. Auf eine rechnerisch ermittelte Länge haben die Innenleiter 1 und 2 Abschnitte 1.1 und 2.1 mit verringertem Durchmesser. Die Abschnitte 1.1 und 2.1 sitzen in einer gemeinsamen Isolierstoffhülse 4. Die Isolierstoffhülse 4 ist von einem dritten, rohrförmigen Innenleiter 3 umgeben, der um eine Strecke a in Richtung des Innenleiters 1 oder des Innenleiters 2 axial verschiebbar ist. Die Innenleiter 1 und 2 einschließlich ihrer Abschnitte 1.1 und 2.1 sowie der Innenleiter 3 wirken in Verbindung mit dem Außenleiter 5 als Induktivitäten, deren Werte sich z.B. mittels der handelsüblichen Software APLAC aus den entsprechenden Durchmessern und Längen errechnen lassen.
[0017] Fig. 4 veranschaulicht die zwischen den galvanisch getrennten Innenleitern bestehenden Längskapazitäten sowie das entsprechende Satzschaltbild. Unter Vernachlässigung der Randkapazitäten ergeben sich die jeweiligen Kapazitätswerte aus der bekannten Formel
worin C den Kapazitätswert, A die Fläche, d den Abstand, ∈0 die absolute Dielektrizitätskonstante und ∈r die relative Dielektrizitätskonstante bedeuten. Der Wert der Gesamtlängskapazität beträgt dann
und ist somit von der Position des Innenleiters 3 relativ zu dem Innenleiter 1 und dem Innenleiter 2 abhängig, weil die Fläche A in (1) proportional zu L1 bzw. L2 ist. Daraus folgt auch, dass die Reihenschaltung von C1 und C2 ihren maximalen Kapazitätswert hat, wenn L1 = L2 ist.
[0018] Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß den Figuren 3 und 4. Die Abschnitte 1.1 und 2.1 der Innenleiter 1 und 2 stehen sich nicht mehr mit ihren Stirnflächen in einem vorgegebenen Abstand gegenüber sondern greifen teleskopisch ineinander. Zwischen dem Abschnitt 1.1 des Innenleiters 1 und dem Abschnitt 2.1 des Innenleiters 2 ist eine Isolierstoffbüchse 6 angeordnet. Sowohl über die Eintauchtiefe des Innenleiterabschnitts 1.1 als auch durch die Dicke und das Material der Isolierstoffbuchse 6 lässt sich der Wert von C0 beeinflussen. Der Feinabgleich erfolgt wie im Fall der Fig. 3 durch Verschieben des dritten Innenleiters 3.
[0019] Fig. 6 zeigt eine andere, jedoch auf dem gleichen Prinzip beruhende Ausführungsform. Die Innenleiter 1 und 2 enden jeweils in rohrförmigen oder hohlzylindrischen Abschnitten 1.2 bzw. 2.2. Diese Abschnitte umschließen eine gemeinsame Isolierstoffhülse 4.1. In dieser ist ein dritter Innenleiter 3.1 axial verschiebbar um eine Strecke a angeordnet. Im Bereich ihrer einander gegenüberliegenden Stirnränder haben die Abschnitte 1.2 und 2.2 der Innenleiter 1 und 2 sowie die Isolierstoffhülse 4.1 einen gemeinsamen Längsschlitz S, über den eine Querbohrung 3.1.1 des dritten Innenleiters 3 zugänglich ist, um letzteren mittels eines geeigneten Werkzeuges zum Zweck des Abgleichs axial verschieben zu können.
1. Koaxiales abgleichbares Filter, mit mindestens einer Stufe, die einen Außenleiter
(5), einen ersten Innenleiter (1) und einen mit letzterem kapazitiv gekoppelten, achsgleichen,
zweiten Innenleiter (2) umfasst, gekennzeichnet durch einen dritten Innenleiter (3, 3.1), der sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten
Innenleiter kapazitiv gekoppelt und axial verschiebbar ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenleiter (1) und der zweite Innenleiter (2) im Bereich ihrer kapazitiven
Kopplung von einer Isolierstoffhülse (4) umgeben sind und dass der dritte Innenleiter
als auf der Isolierstoffhülse (4) axial verschiebbare Metallhülse (3) ausgebildet
ist.
3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Innenleiter (1, 2) im Bereich ihrer kapazitiven Kopplung
teleskopisch ineinander greifen.
4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die teleskopisch ineinandergreifenden Bereiche des ersten und des zweiten Innenleiters
durch eine Isolierstoffbuchse voneinander getrennt sind.
5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenleiter (1) und der zweite Innenleiter (2) zumindest im Bereich ihrer
kapazitiven Kopplung rohrförmig (1.2, 2.2) ausgebildet sind und eine gemeinsame Isolierstoffhülse
(4.1 umschließen, in welcher der dritte Innenleiter (3.1) axial verschiebbar ist.
6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Innenleiter (1, 2) relativ zueinander axial verschiebbar
sind.