[0001] Die Erfindung betrifft eine Sperrfilteranordnung mit einem Signalleiter und mit mindestens
einem mit dem Signalleiter in einer Wechselwirkung stehenden Abstimmelement. Sie bezieht
sich hierbei insbesondere auf eine spezielle Ausbildungsform des zuletzt genannten
Abstimmelementes.
[0002] Für die funkbasierte Datenübertragung, nämlich für die Übertragung von Sprachdaten
und sonstigen Daten, insbesondere von Messdaten, Prozessdaten und Steuerdaten, per
Funk hat sich eine größere Zahl von Funkübertragungstechniken etabliert. Zu denken
ist hier beispielsweise an den Mobilfunk, die WLAN-Technik, den TETRA-Funk oder Bluetooths,
um nur einige zu nennen. Das Entstehen dieser unterschiedlichen Funkübertragungstechniken
ist einerseits durch deren jeweiligen unterschiedlichen Einsatzzweck, andererseits
aber auch entwicklungsgeschichtlich, das heißt durch das allgemeine Voranschreiten
der technischen Entwicklung bedingt. Letzteres gilt insbesondere auch für eine sich
manchmal innerhalb einer unter demselben Begriff zusammengefassten Funkübertragungstechnik
vollziehende Diversifizierung in unterschiedliche Ausprägungsformen. Als Beispiel
hierfür ist insbesondere die Mobilfunktechnik anzusehen, die sich in den Jahrzehnten
ihres Einsatzes über unterschiedliche, jeweils durch entsprechende Standards beschriebene
Mobilfunkgenerationen hinweg fortentwickelt hat.
[0003] Gerade auch die sich durch den technischen Fortschritt innerhalb einer Funkübertragungstechnik
vollziehenden Veränderungen führen im Allgemeinen dazu, dass entsprechende Funkübertragungstechniken
über längere Zeiträume hinweg unter Verwendung unterschiedlicher Entwicklungsstände
gleichzeitig zum Einsatz gelangen. So werden - um bei dem schon genannten Beispiel
des Mobilfunks zu bleiben - gegenwärtig Mobilfunkstandards dreier Generationen, nämlich
GSM, UMTS und LTE gleichzeitig eingesetzt. Nicht selten werden also in dazu mit unterschiedlichen
Einrichtungen der Hochfrequenztechnik ausgestatteten technischen Systemen sowohl durch
den Verwendungszweck bedingt, als auch aufgrund hinsichtlich des Entwicklungsstandes
unterschiedlicher Geräteausstattungen mehrere unterschiedliche Funkübertragungstechniken
und, bezogen auf eine oder mehrere dieser Funkübertragungstechniken, mehrere Generationen
solcher Übertragungstechniken gleichzeitig genutzt. In jedem Falle ist, unabhängig
von der jeweils verwendeten Funkübertragungstechnik, eine Antenne für den Empfang
entsprechender Funksignale sowie zu deren Aussendung ein sehr wesentliches Element
einer Funkübertragungsstrecke.
[0004] Um im Falle einer gleichzeitigen Nutzung unterschiedlicher Funkübertragungstechniken
und Generationen solcher Übertragungstechniken mit einem technischen System oder für
eine technische Einrichtung nicht eine größere Zahl von Antennen an dem betreffenden
System oder der Einrichtung anordnen zu müssen, sind sogenannte Multifeed-Antennen
entwickelt worden. Derartige Antennen unterstützen den Empfang und das Senden von
Signalen in einer Mehrzahl von Frequenzbändern sowie unter Nutzung in unterschiedlicher
Weise modulierter Funkträgersignale. Demgemäß werden in den System Hochfrequenzsignale
unterschiedlicher Funkübertragungstechniken abschnittsweise, wie beispielsweise in
Antennenzuleitungen für entsprechende Multifeed-Antennen, gemeinsam geführt. Allerdings
können sich hierbei Probleme ergeben, wenn aus verschiedenen Gründen an einem technischen
System oder für einzelne Bereiche eines solchen Systems einzelne mittels einer Multifeed-Antenne
empfangene Frequenzbereiche nicht umgesetzt, das heißt unabhängig von der an die Antenne
angeschlossenen Hochfrequenz-Gerätetechnik nicht nutzbar sein sollen.
[0005] Ein praktisches Beispiel für derartige Erfordernisse stellt unter anderem die Verwendung
unterschiedlicher funkgestützter Kommunikationswege in der Bahntechnik dar. In modernen
Reisezügen sollen die Passagiere mittels von ihnen mitgeführter mobiler Endgeräte
unterschiedliche Mobilfunkstandards für die Kommunikation sowie das Internet für den
Datenaustausch über Funk nutzen können. Darüber hinaus kommen die WLAN-Technik und
für betriebliche Abläufe der TETRA-Funk zum Einsatz, wobei WLAN sowohl im Inneren
der Waggons als auch zur Übertragung von Daten von außen in das Zuginnere hinein und
umgekehrt verwendet wird. So werden beispielsweise an entsprechend ausgestatteten
Haltepunkten, jedoch vorzugsweise in speziellen Wartungs- und Serviceeinrichtungen
der Bahn funkgestützt Zustands- und Diagnosedaten technischer Einrichtungen eines
Zuges ausgelesen und/oder Updates für dessen Betriebssysteme unter Nutzung der WLAN-Funktechnik
eingespielt. Ferner wird in der Bahntechnik für innerbetriebliche Abläufe die GSM-Mobilfunktechnik
in einem eigens hierfür bereitgestellten Frequenzband, dem Frequenzband GSM-R (auch
GSM-Rail), genutzt.
[0006] Gerade auch in der Bahntechnik werden dabei im Zusammenhang mit der Nutzung der vorgenannten
Funkübertragungstechniken nur einige wenige breitbandige Antennen oder Multifeed-Antennen
eingesetzt, über welche Funksignale über nahezu das gesamte funktechnisch genutzte
Frequenzspektrum hinweg empfangen und gesendet werden können. Hierbei können das schon
erwähnte betriebsinterne GSM-R (Rail) bei der Umsetzung von durch die externe Antenne(n)
empfangenen Signalen zur Nutzung durch Passagiere im Zuginnern und - umgekehrt - der
Mobilfunk, bei der Umsetzung durch Funkendgeräte von Passagieren ausgesendeter Signale
zur Abstrahlung über die externen Antenne(n) auf dem Zugdach, durch die bahneigenen
Systeme gestört werden, da die Bänder für GSM-P (Public), also GSM/UMTS/LTE, unterhalb
und oberhalb des GSM-R-Bandes direkt angrenzen. Wenn zum Beispiel das bahneigene LTE-System
zur Versorgung der Passiere mit WLAN von dem LTE-Unterband auf das LTE-Oberband oder
auf UMTS umschaltet, dann wir das GSM-R-Band "überfahren". Bei diesem Umschaltvorgang
kann oder wird durch das Modem teilweise trotzdem Leistung im GSM-R-Bereich abgegeben
und über die Antenne(n) kurzzeitig abgestrahlt. Dadurch wird das GSM-R kurzzeitig
durch das GSM-P/UMTS/LTE gestört, was nicht zulässig ist, da GSM-R zu jedem Zeitpunkt
mit 60dB zu alle anderen Funkübertragungssystemen entkoppelt sein muss. Daher bedarf
es entsprechender Filtertechnik, um diesen Frequenzbereich in bestimmten Übertragungswegen
zu sperren. Die zu diesem Zweck bislang genutzten Hochfrequenz- oder Sperrfilter stellen
dies zwar sicher, arbeiten aber teilweise insoweit nicht völlig zufriedenstellend,
als sie häufig auch für nicht gesperrte Frequenzbereiche eine unerwünscht hohe Dämpfung
bewirken.
[0007] Durch die
US 4,760,361 A wird eine Zweimoden-Filteranordnung beschrieben. Die in der Druckschrift beschriebene
Filteranordnung besteht im Wesentlichen aus einem beidseitig verschlossenem Hohlleiterabschnitt,
in welchen zwei dielektrische Resonatorelemente, also zwei mit einem dielektrischen
Material gefüllte Elemente angeordnet sind. Mittels in die dielektrischen Resonatorelemente
einzudrehender Schrauben ist eine Frequenzfeinabstimmung der Filteranordnung durch
eine Beeinflussung jeweils der elektrischen und der magnetischen Feldkomponente ermöglicht.
Die in einem Koaxialkabel geführten Signale werden über einen kabelendseitig ausgebildeten
Dipol in die Filteranordnung eingekoppelt.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Sperrfilteranordnung bereitzustellen,
welche durch das Grundprinzip ihrer Ausbildung dazu geeignet ist, einzelne Frequenzbereiche
selektiv, bei komfortabler Einstellbarkeit eines definierten Dämpfungsmaßes so zu
sperren, dass einerseits der zu sperrende Frequenzbereich hinreichend stark gedämpft
wird, aber andererseits daran angrenzende Frequenzbereiche eine nur sehr geringe bis
keine Dämpfung erfahren. Die Anordnung soll es demnach ermöglichen, bei entsprechender
Konfiguration, zwischen nicht gesperrten und gesperrten Frequenzbereichen eines Hochfrequenzsignals
sehr scharfe Flanken zu erzeugen. Zudem soll die Anordnung aufgrund ihrer Bauform
unter Beanspruchung von nur wenig Bauraum und vorzugsweise sehr dicht an einer Antenne
in bestehenden Systemen verbaubar sein.
[0009] Die Aufgabe wird durch eine Sperrfilteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Aus-und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche
gegeben.
[0010] Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Sperrfilteranordnung umfasst mindestens
ein Abstimmelement zur Sperrung eines Frequenzbereiches eines in einem Signalleiter
geführten Hochfrequenzsignals, welches durch einen Resonator und in diesen Resonator
eingebrachte Abstimmglieder ausgebildet ist. Dabei ist der vorgenannte, mit dem mindestens
einem Abstimmelement in einer Wechselwirkung stehende Signalleiter im Hinblick auf
die noch näher zu erläuternde Anordnung und Ausbildung der Abstimmglieder des Abstimmelementes,
selbst ebenfalls als Bestandteil der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung anzusehen.
[0011] Die Sperrung eines Frequenzbereiches des in dem Signalleiter geführten Hochfrequenzsignals
erfolgt mittels des mindestens einen Abstimmelementes durch eine in dem betreffenden
Frequenzbereich mit einem festgelegten Dämpfungsmaß bewirkte Dämpfung des in dem Signalleiter
geführten Hochfrequenzsignals. Der Resonator des mindestens einen Abstimmelementes
besteht aus einem von einem elektrisch leitenden und elektrisch auf Masse liegenden
Resonatorgehäuse umschlossenen Resonatorraum sowie aus einem in dem Resonatorraum
angeordneten Resonanzkörper. Hierbei wird insbesondere durch die Form und das Volumen
des Resonanzkörpers dessen Körpereigenfrequenz bestimmt, welche zugleich eine Resonanzgrundfrequenz
des Resonators festlegt. Das Insoweit jeweils festzulegende Dämpfungsmaß ist abhängig
vom jeweiligen Einsatzfall, nämlich davon, wie stark eine entsprechende Dämpfung/Unterdrückung
eines Frequenzbereiches sein muss, damit sie für den betreffenden Einsatzfall als
Sperrung dieses Frequenzbereiches betrachtet werden kann. Nähere Erörterungen dazu
sollen hier nicht erfolgen.
[0012] Erfindungsgemäß ist der Resonanzkörper des Resonators des mindestens einen Abstimmelementes
so ausgebildet und in Wechselwirkung mit den genannten Abstimmgliedern gebracht, dass
dieser einen sich ausgehend von einem losen Ende des Resonanzkörpers in Richtung seiner
Längsachse in den Resonanzkörper hinein erstreckenden ersten Hohlraum aufweist, in
welchen ein erstes, mit der elektrischen Masse galvanisch verbundenes Abstimmglieder
hineinragt. An seinem vorgenannten losen Ende ist der Resonanzkörper entsprechend
der Charakterisierung dieses Endes als loses Ende nicht mit dem Gehäuse des Resonatorraumes
verbunden und mit diesem auch nicht im Kontakt gebracht. Das betreffende Ende des
Resonanzkörpers kann daher eigentlich frei mit der Körpereigenfrequenz des Resonanzkörpers,
also mit der durch diesen bestimmten Resonanzgrundfrequenz schwingen.
[0013] Allerdings wird die Frequenz, mit welcher der Resonanzkörper tatsächlich zu schwingen
vermag, durch das in den ersten Hohlraum des Resonanzkörpers hineinragende Abstimmglied
gezielt derart beeinflusst, dass diese Frequenz ausgehend von der Resonanzgrundfrequenz
hin zu einer gewünschten geringeren Resonanzfrequenz verstimmt wird. Hierbei bestimmen
die Länge des Eindringens des ersten Abstimmgliedes in den ersten Hohlraum des Resonanzkörpers
sowie die Geometrien dieses Abstimmgliedes und des ersten Hohlraums selbst im Wesentlichen
das Maß der Verstimmung der Frequenz gegenüber der Resonanzgrundfrequenz.
[0014] Der Resonanzkörper weist erfindungsgemäß ferner einen zweiten Hohlraum auf, der sich
getrennt von dem ersten Hohlraum und zu diesem orthogonal verlaufend in den Resonanzkörper
hineinerstreckt. In diesen zweiten Hohlraum ragt ein galvanisch mit dem Signalleiter
verbundenes zweites Abstimmglied hinein. Durch die Länge des Hineinragens dieses zweiten
Abstimmungsgliedes in den zweiten Hohlraum und deren Geometrie (Geometrie des zweiten
Hohlraums einerseits und Geometrie des zweiten Abstimmungsgliedes andererseits) wird
dabei im Wesentlichen das Dämpfungsmaß bestimmt, mit dem das in dem Signalleiter geführte
hochfrequente Signal in einem Frequenzbereich um die mittels des ersten Abstimmgliedes
bestimmte Resonanzfrequenz des Resonators herum gedämpft wird. Hierbei ist anzumerken,
dass die durch die Wechselwirkung des ersten Hohlraumes des Resonanzkörpers mit dem
ersten in diesen Hohlraum hineinragenden Abstimmglied bestimmte Resonanzfrequenz letztlich
gewissermaßen eine Mittenfrequenz eines nicht infinitesimal kleinen, insoweit der
Dämpfung mit dem durch das zweite Abstimmglied bestimmten Dämpfungsmaß unterworfenen
Frequenzbereichs darstellt.
[0015] Die in die Hohlräume des Resonanzkörpers des mindestens einen Abstimmelementes hineinragenden
Abstimmglieder, also das erste und das zweite Abstimmglied, sind zylinderförmig ausgebildet
oder stabförmig, mit einer nicht kreisrunden Querschnittsfläche. Hierbei können beide
Abstimmglieder dieselbe oder eine voneinander verschiedene Form aufweisen. Im erstgenannten
Fall können die Abstimmglieder gegebenenfalls sogar eine nahezu gleiche Geometrie
aufweisen, wobei sich beide Abstimmglieder regelmäßig bezüglich ihrer Länge und damit
der Länge ihres Hineinragens in den jeweils mit ihnen in Wechselwirkung gebrachten
Hohlraum des Resonanzkörpers unterscheiden werden. Jedes der Abstimmglieder kann darüber
hinaus, auch unabhängig von der jeweiligen Beschaffenheit des jeweils anderen Abstimmgliedes
entweder massiv oder als Hohlkörper ausgebildet sein.
[0016] Bei einer besonders bevorzugten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung
bildet diese gewissermaßen einen integralen Bestandteil einer breitbandigen Antenne
oder einer Multifeed-Antenne aus. Hierbei ist der Signalleiter durch einen Ring einer
Ringantenne ausgebildet. Außerdem ist der Resonator des mindestens einen Abstimmelementes
bei dieser Ausbildungsform vorzugsweise in einem Antennenfuß der vorgenannten Ringantenne
angeordnet. Bei einer demgegenüber alternativen Ausbildungsform handelt es sich bei
dem Signalleiter, ausgehend von welchem das erste Abstimmglied in den Resonanzkörper
des mindestens einen Abstimmelementes hineinragt, um eine Antennenzuleitung.
[0017] Eine spezielle Ausbildungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass das in den
zweiten Hohlraum des Resonanzkörpers hineinragende zweite Abstimmglied des mindestens
einen Abstimmelementes durch den in dem entsprechenden Abschnitt mehrfach gefalteten
Signalleiter selbst ausgebildet ist. Der Signalleiter wird hierbei so gefaltet, dass
er in einem kurzen Abschnitt definierter Länge seines Verlaufs in den Hohlraum des
Resonanzkörpers hineinragt, wobei der Signalleiter aufgrund der mehrmaligen Faltung
zunächst in den Hohlraum hineingeführt, dann aus diesem wieder heraus und schließlich
in seiner ursprünglichen Erstreckungsrichtung weitergeführt ist. Zu dieser möglichen
Ausbildungsform müssen aber möglicherweise noch weitere Versuche dazu durchgeführt
werden, inwieweit ein den Signalleiter passierendes, also gewünschtermaßen nicht geblocktes
Hochfrequenzsignal eventuell durch eine entsprechende Faltung beeinflusst wir und
ob und wie dem gegebenenfalls entgegengewirkt werden müsste. Jedoch wird davon ausgegangen,
dass auch dies HF-technisch beherrschbar ist.
[0018] Entsprechend einer praxisgerechten Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung weist die
Sperrfilteranordnung mehrere Abstimmelemente auf. Hierbei besteht dann jedes dieser
Abstimmelemente jeweils aus einem Resonator, aus einem in dessen Resonatorraum angeordneten
Resonanzkörper mit je einem ersten und einem zweiten Hohlraum sowie aus jeweils einem
ersten in den ersten Hohlraum des Resonanzkörpers hineinragenden ersten Abstimmglied
und einem in den zweiten Hohlraum hineinragenden zweiten Abstimmglied. Die jeweils
zweiten Abstimmglieder der einzelnen Abstimmelemente ragen dabei ausgehend von demselben
Signalleiter, in Bezug auf dessen Längserstreckung zueinander beabstandet, in den
jeweiligen zweiten Hohlraum eines der einzelnen Resonanzkörper des Abstimmelementes
hinein. Die entlang des Signalleiters insoweit gewissermaßen kaskadierten Abstimmelemente
können dabei derart ausgelegt werden, dass das in dem Signalleiter geführte Hochfrequenzsignal
in Bezug auf den oder die gesamten für eine Funkübertragungstechnik festgelegten Frequenzbereiche
gesperrt wird. Letzteres soll nachfolgend auch nochmals im Zusammenhang mit einem
Ausführungsbeispiel erläutert werden.
[0019] Nachfolgend sollen das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung in
Bezug auf unterschiedliche Umsetzungsvarianten sowie ein spezielles Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
- Fig. 1:
- die schematische Darstellung einer grundsätzlichen Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen
Sperrfilteranordnung,
- Fig. 2:
- eine modifizierte Variante der Ausbildungsformen gemäß Fig. 1
- Fig. 3:
- einen möglichen praxisgerechten Einsatzfall der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung,
- Fig. 4:
- ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- Fig. 5:
- die Durchlasscharakteristik eines mit der Sperrfilteranordnung gemäß Fig. 4 in Wechselwirkung
stehenden Signalleiters.
[0020] Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Grundprinzips
der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung. In der Zeichnung ist das Grundprinzip
der Sperrfilteranordnung in Bezug auf eine beispielsweise als Streifenleiter ausgebildete
Antennenzuleitung (Signalleiter 1) schematisch dargestellt. Grundelemente der Anordnung
sind demnach der vorgenannte Signalleiter 1 selbst und ein mit diesem in Wechselwirkung
gebrachtes Abstimmelement. Das Abstimmelement wird durch einen Resonator 2; 3; 4 sowie
durch die in den Resonatorraum 3 in der erfindungsgemäßen Weise eingebrachten Abstimmglieder
5; 6 gebildet.
[0021] Der Resonator 2; 3; 4 besteht aus einem metallischen, elektrisch auf Masse liegenden
Resonatorgehäuse 2 - vorzugsweise aus Kupfer - und dem in dem von diesem Resonatorgehäuse
2 umgebenen Resonatorraum 3 angeordneten Resonanzkörper 4. Der Resonanzkörper 4 in
Form eines zylinderförmigen Elementes, das Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers
aufweisen kann, ist an einem seiner axialen Enden galvanisch mit dem Resonatorgehäuse
2 verbunden, wobei der Resonanzkörper 4 entweder einstückig mit dem Resonatorgehäuse
2 ausgebildet oder mit dem besagten axialen Ende, zum Beispiel durch Verschrauben,
an diesem befestigt ist. An dem gegenüberliegenden axialen Ende 9, dem losen Ende
9 des Resonanzkörpers 4, erstreckt sich ein von diesem Ende 9 ausgehender Hohlraum
7 in Richtung der Längsachse in den Resonanzkörper 4 hinein. Der Resonanzkörper 4
weist ferner - hier in einem Abschnitt mit einem größeren Durchmesser - einen weiteren,
sich zu dem vorgenannten Hohlraum 7 in orthogonaler Richtung in den Resonanzkörper
hineinerstreckenden Hohlraum 8 auf. In die beiden Hohlräume 7; 8 ragen die Abstimmglieder
5; 6 hinein.
[0022] Eines der Abstimmglieder 5 ragt ausgehend von dem elektrisch auf Masse liegenden
Resonatorgehäuse 2 in den sich in Richtung der Längsachse 14 des Resonanzkörpers 4
erstreckenden Hohlraum 7 hinein. Durch die Geometrie dieses Abstimmelementes 5, nämlich
insbesondere auch durch die Länge seines Hineinragens in den Hohlraum 7, sowie durch
die Geometrie des Hohlraums 7 selbst wird der Frequenzbereich festgelegt, in welchem
das in dem Signalleiter 1 geführte hochfrequente Signal mittels dieses Abstimmelementes
der Sperrfilteranordnung durch eine definierte Dämpfung des hochfrequenten Signals
in dem betreffenden Frequenzbereich gesperrt wird. Die Dämpfung des entsprechenden
Frequenzbereichs resultiert daraus, dass die Resonanzgrundfrequenz des Resonators
2; 3; 4, welche durch die Körpereigenfrequenz seines Resonanzkörpers 4 festgelegt
ist, durch das sich in den axial erstreckenden Hohlraum 7 hineinragende Abstimmglied
5 zu tieferen Frequenzen hin verstimmt wird.
[0023] Bezüglich eines Frequenzbereiches um diese Frequenz herum wird ein durch den mit
dem Resonator 2; 3; 4 in Wechselwirkung stehenden Signalleiter 1 geführtes Hochfrequenzsignal
gedämpft. Das Dämpfungsmaß, mit dem diese Dämpfung des Hochfrequenzsignals erfolgt,
wird hingegen im Wesentlichen durch das in den zweiten Hohlraum 8 des Resonanzkörpers
4 hineinragende zweite Dämpfungsglied 6, nämlich durch dessen Geometrie, insbesondere
durch die Länge seines Hineinragens in den zweiten Hohlraum 8, sowie durch die Geometrie
des zweiten Hohlraums 8 selbst bestimmt.
[0024] Allerdings ist an dieser Stelle anzumerken, dass sie vorstehenden Ausführungen die
tatsächlich bestehenden Verhältnisse etwas vereinfachen. In der Realität sind diese
Verhältnisse und die sich vollziehenden Vorgänge nicht ganz so trivial. Vielmehr bilden
der Signalleiter 1 und das mit ihm in Wechselwirkung stehende Abstimmelement bezüglich
auf das Abstimmelement wirkender hochfrequenter Schwingungen ein vergleichsweise komplexes
System aus. So wird nämlich der Frequenzbereich, in Bezug auf welchen das in dem Signalleiter
1 geführte Hochfrequenz Signal durch dessen Wechselwirkung mit dem Abstimmelement
gedämpft wird, nicht ausschließlich durch die Wechselwirkung des Resonanzkörpers 4
mit dem in seinen ersten Hohlraum 7 hineinragenden Abstimmglied 5 bestimmt. Vielmehr
ist es so, dass dieser Frequenzbereich - wenn auch im geringeren Maße - auch durch
das in den zweiten Hohlraum 8 hineinragende zweite Abstimmglied 6 beeinflusst wird.
Auch bestehen zwischen den Hohlräumen 7; 8 und den in sie hineinragenden Abstimmgliedern
5; 6 insgesamt Wechselwirkungen, welche diesen Frequenzbereich ebenfalls beeinflussen.
Dabei hat sich in Versuchen insbesondere auch gezeigt, dass das Dämpfungsmaß der bezüglich
des insoweit betrachteten Frequenzbereichs wirkenden Dämpfung nicht konstant, sondern
insbesondere an der unteren und an der oberen Grenze dieses Frequenzbereiches geringer
ist. Hierzu sollen später im Zusammenhang mit der Darstellung eines konkreten Ausführungsbeispiels
noch einige Erläuterungen gegeben werden. Auch das - wie gesagt - zwar im Wesentlichen
durch das Dämpfungsglied 6 und die Länge seines Hineinragens in den Hohlraum 8 bestimmte
Dämpfungsmaß (dem Grunde nach steigt die Dämpfung mit zunehmender Länge) wird durch
die Wechselwirkung beider Dämpfungsglieder 5; 6 und Hohlräume 7; 8 bestimmt, so dass
nicht einfach davon ausgegangen werden kann, dass das Dämpfungsmaß umso höher ist,
je weiter das Dämpfungsglied 6 im den Hohlraum 8 hineinragt.
[0025] Die Fig. 2 zeigt eine geringfügige Modifikation der in der Fig. 1 zur Erläuterung
des Grundprinzips der Erfindung dargestellten Sperrfilteranordnung. Der gegenüber
der Anordnung gemäß der Fig. 1 bestehende Unterschied ist durch die etwas andere Ausbildung
des Signalleiters 1 und des zweiten Abstimmgliedes 6 gegeben. Bei der in der Fig.
2 gezeigten Anordnung wird nämlich das zweite, orthogonal zu der Längsachse 14 des
Resonanzkörpers 4 in dessen zweiten Hohlraum 8 hineinragende Abstimmglied 6 durch
einen Abschnitt des Signalleiters 1 selbst ausgebildet. Der Signalleiter 1 ist dazu
an entsprechender Stelle mehrfach gefaltet. Im Bereich dieser mehrfachen Faltung bildet
er das in diesem Falle hohle zweite Abstimmglied 6 aus.
[0026] Die Fig. 3 zeigt, allerdings ebenfalls nur in einer stark schematisierten Darstellung,
einen möglichen praxisgerechten Einsatzfall der erfindungsgemäßen Sperrfilteranordnung.
In dieser Darstellung sind die Details des Abstimmelementes nicht gezeigt. Andeutungsweise
gezeigt sind vielmehr lediglich das Resonatorgehäuse 2 als Teil des Resonators 2;
3; 4 (siehe Fig. 1 und 2), welcher zusammen mit den hier nicht (Abstimmglied 5) oder
ebenfalls nur andeutungsweise gezeigten Abstimmgliedern (Abstimmglied 6) das Abstimmelement
ausbildet. Das Resonatorgehäuse 2 ist hierbei unterhalb eines einen Antennenanschluss
10 aufweisenden Rings einer Ringantenne angeordnet, wobei dieser Ring der Ringantenne
bei dieser Ausbildungsform der Sperrfilteranordnung den Signalleiter 1 ausbildet,
von dem ausgehend das zweite Abstimmglied 6 durch das Resonatorgehäuse 2 hindurch
in den Resonator 2; 3; 4, genauer gesagt in den zweiten (nicht gezeigten) Hohlraum
8 seines (hier ebenfalls nicht gezeigten) nicht gezeigten Resonanzkörpers 4, hineinragt.
Das ebenfalls nicht dargestellte erste Abstimmglied 5 ragt ausgehend von einer den
Resonator 2; 3; 4 verschließenden Wand des Resonatorgehäuses 2 in den Resonatorraum
3 respektive in den ersten Hohlraum 7 des Resonanzkörpers 4 hinein.
[0027] Im Rahmen einer solchen hier, wie gesagt, nur schematisch dargestellten Anordnung
können der Resonator 2; 3; 4 mit seinem Resonatorgehäuse 2 und gegebenenfalls weitere,
über jeweils zweite Abstimmglieder 6 mit dem Ring der Ringantenne in Wechselwirkung
gebrachte Resonatoren 2; 3; 4 in einem Antennenfuß angeordnet sein, auf welchem die
über einen Antennenanschluss mit einer Antennenzuleitung verbindbare Ringantenne montiert
ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte und platzsparende Ausbildungsform
des Systems aus Antenne und Sperrfilteranordnung. Gerade bei dieser Ausbildungsform
der Anordnung ist es denkbar, das vom Signalleiter 1 ausgehende zweite Abstimmelement
6 durch den Signalleiter 1 selbst, nämlich durch die mehrfache Faltung eines entsprechenden
Abschnitts des Signalleiters 1, auszubilden, zumal Antennenelemente moderner Antennen
manchmal ohnehin gefaltet sind.
[0028] In der Fig. 4 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Sperrfilteranordnung,
hier bestehend aus einem zumindest abschnittsweise in Form einer Streifenleitung ausgebildeten
Signalleiter 1 und mehreren Abstimmelementen, nämlich mehreren mit dem Signalleiter
1 über Abstimmglieder 6
1 - 6
n in Wechselwirkung gebrachten Resonatoren 2
1; 3
1; 4
1 - 2
n; 3
n; 4
n (hier nur hinsichtlich des Resonatorgehäuses 2
1 - 2
n erkennbar), ist hierbei als eine kompakte, in einer Antennenzuleitung einzufügende
Einheit ausgebildet. Die betreffende Einheit, mithin die Sperrfilteranordnung verfügt
dazu über einen Anschlussport mit einem antennenseitigen Koaxialanschluss 12 und mit
einem endgeräteseitigen Koaxialanschluss 13.
[0029] Bei der im Beispiel gezeigten Sperrfilteranordnung handelt es sich um eine Anordnung,
welche zur Sperrung des für den GSM-R-Zugfunk definierten Frequenzbereichs für ein
die Antennenzuleitung und damit die darin eingefügte Einheit mit der erfindungsgemäßen
Anordnung passierendes Hochfrequenzsignal dient. Dabei werden durch je neun, an einer
Längsseite der Einheit innerhalb eines Gehäuses angeordnete Abstimmelemente der Abstimmelemente
6
1 - 6
n der Frequenzbereich für den Uplink und durch weitere an der gegenüberliegenden Längsseite,
ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnete neun Abstimmelemente der Abstimmelemente
6
1 - 6n der Frequenzbereich für den Downlink gesperrt. Die einzelnen Abstimmelemente
zur Sperrung eines der beiden Frequenzbereiche des GSM-R sind dabei bezüglich ihrer
Resonatoren 2
1; 3
1; 4
1 - 2
n; 3
n; 4
n und der in diese beziehungsweise in deren (nicht gezeigte) Resonanzkörper 4
1- 4
n hineinragenden Abstimmglieder 5
1 - 5n (nicht gezeigt) und 6
1 - 6n so ausgelegt, dass sie aufgrund ihrer kaskadierten Anordnung den betreffenden
Frequenzbereich unter Ausbildung verhältnismäßig scharfer Flanken zu den unterhalb
und oberhalb angrenzenden Frequenzbereichen sperren.
[0030] Jedes der neun Abstimmelemente zum Sperren eines der beiden Frequenzbereiche (Uplink
oder Downlink) sperrt hierbei innerhalb des zu sperrenden Frequenzbereichs einen Teilbereich
von etwa 0,7777 MHz. Dies wird durch die von einer Seitenwand 11 (die Zeichnung zeigt
die Einheit mit einer auf einer Seite geöffneten Seitenwand, wobei diese geöffnete
Seitenwand 11 gegenüber den sonstigen Komponenten der Einheit abgesetzt dargestellt
ist) bei geschlossenem Gehäuse der Einheit in die darin befindlichen Resonatoren 2
1; 3
1; 4
1 - 2
n; 3
n; 4
n hineinragenden, die jeweiligen ersten Abstimmglieder 5
1 - 5
n ausbildenden Stifte und deren jeweilige Geometrie bewirkt. Genauer gesagt ist es
so, dass die einzelnen gesperrten Frequenzteilbereiche geringfügig größer als zuvor
angegeben sind, dabei aber in ihren jeweiligen, nur verhältnismäßig gering gedämpften
Randbereichen einander geringfügig überlappen. Die zweiten, hier nur teilweise in
der Draufsicht zu erkennenden, im Wesentlichen das Dämpfungsmaß für den jeweiligen
Frequenzteilbereich bestimmenden Abstimmglieder 6
1 - 6n sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch Schrauben gebildet, die in
den als Streifenleiter ausgebildeten Abschnitten des Signalleiters 1 in zueinander
äquidistanten Abständen durch den Signalleiter 1 in den jeweils darunter liegenden
Resonator 2
1; 3
1; 4
1 - 2
n; 3
n; 4
n geführt und oberhalb des Signalleiters 1 mittels einer Mutter gekontert sind.
[0031] Durch das Kaskadieren der Abstimmelemente und deren über einen Frequenzteilbereich
hinweg nicht gleichbleibendes Dämpfungsmaß wird letztendlich im Ergebnis für den gesamten
jeweils zu sperrenden GSM-R-Frequenzbereich eine Dämpfung von > 50 dB erreicht, aufgrund
welcher sich bezüglich der Durchlasscharakteristik des Signalleiters an den Randbereichen
dieses gesperrten Frequenzbereichs verhältnismäßig scharf und definierte Flanken einstellen.
Eine Dämpfung von > 50 dB kommt hierbei einer vollständigen Sperrung gleich.
[0032] Letzteres wird durch die in der Fig. 5 gezeigte Durchlasscharakteristik des Signalleiters
verdeutlicht. Wie in der Darstellung zu erkennen ist, werden gemäß dieser Durchlasscharakteristik
die Frequenzbereiche zwischen 873 MHz und 880 MHz für den GSM-R Uplink sowie zwischen
918 MHz und 925 MHz für den GSM-R Downlink sehr definiert und mit steilen Flanken
zu den angrenzenden Frequenzbereichen hin gesperrt. Die Sperrung ist dabei insbesondere
derart, dass der Signalleiter für ein durch ihn geführtes hochfrequentes Signal in
den benachbarten Frequenzbereichen, auch unmittelbar angrenzend an den jeweils gesperrten
Frequenzbereich, nämlich insbesondere für durch andere Funkübertragungstechniken,
wie LTE, GSM-P (öffentliches GSM-Netz), TETRA-Funk oder WLAN genutzte Frequenzbereiche,
nur eine äußerst geringfügige Einfügedämpfung von deutlich weniger als 0,5 dB aufweist.
[0033] Die unter anderem durch die zueinander orthogonale Anordnung der Hohlräume 7; 8 des
Resonanzkörpers 4 eines jeden Abstimmelementes und der in diese hineinragenden Abstimmglieder
5; 6 erreichte sehr kompakte Ausbildungsform der Sperrfilteranordnung ermöglicht es
in vorteilhafter Weise mehrere der in der Fig. 4 gezeigten Einheiten mit ihren großen
Außenflächen gewissermaßen als Stack aneinanderzureihen. Hierdurch wird ein nur verhältnismäßig
wenig Bauraum benötigendes Filtersystem mit mehreren Ports 12; 13 bereitgestellt.
1. Sperrfilteranordnung mit einem Signalleiter (1) und mit mindestens einem mit dem Signalleiter
(1) in einer Wechselwirkung stehenden, durch einen Resonator (2; 3; 4) und in diesen
Resonator (2; 3; 4) eingebrachte Abstimmglieder (5; 6) gebildeten Abstimmelement zur
Sperrung eines Frequenzbereiches eines in dem Signalleiter (1) geführten Hochfrequenzsignals
durch eine in diesem Frequenzbereich mit einem festgelegten Dämpfungsmaß erfolgende
Dämpfung des in dem Signalleiter (1) geführten Hochfrequenzsignals, wobei der Resonator
(2; 3; 4) des mindestens einen Abstimmelementes besteht aus einem mit seinem elektrisch
leitenden Resonatorgehäuse (2) elektrisch auf Masse liegenden Resonatorraum (3) und
aus einem in dem Resonatorraum (3) angeordneten Resonanzkörper (4), dadurch gekennzeichnet, dass in einen, sich ausgehend von einem freischwingenden Ende (9) des Resonanzkörpers
(4) in den Resonanzkörper (4) in Richtung seiner Längsachse (14) hineinerstreckenden
ersten Hohlraum (7) des Resonanzkörpers (4) ein erstes, mit der elektrischen Masse
galvanisch verbundenes Abstimmglied (5) hineinragt und dass sich in dem Resonanzkörper
(4), orthogonal zu dem ersten Hohlraum (7) und von diesem getrennt, ein zweiter Hohlraum
(8) erstreckt, in den, ausgehend von dem Signalleiter (1) und mit diesem galvanisch
verbunden, ein zweites Abstimmglied (6) hineinragt.
2. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (2; 3; 4) des mindestens einen Abstimmelementes aus einem durch ein
Resonatorgehäuse (2) aus Kupfer umgebenen Resonatorraum (3) besteht, in welchem der
ebenfalls aus Kupfer bestehende zylinderförmige, an seinem einen, dem losen Ende (9)
gegenüberliegenden axialen Ende an dem Resonatorgehäuse (2) befestigte oder mit diesem
einstückig ausgebildete Resonanzkörper (4) angeordnet ist.
3. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in den ersten Hohlraum (7) und in den zweiten Hohlraum (8) des Resonanzkörpers
(4) hineinragenden Abstimmglieder (5. 6) zylinderförmig ausgebildet sind oder stabförmig,
mit einer nicht kreisrunden Querschnittsfläche, wobei beide Abstimmglieder (5; 6)
dieselbe oder eine voneinander verschiedene Form aufweisen können.
4. Sperrfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalleiter (1) durch einen Ring einer Ringantenne ausgebildet ist.
5. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator (2; 3; 4) des mindestens einen Abstimmelementes in einem Antennenfuß
der Ringantenne angeordnet ist.
6. Sperrfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Signalleiter (1) um eine Antennenzuleitung handelt.
7. Sperrfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das in den zweiten Hohlraum des Resonanzkörpers hineinragende zweite Abstimmglied
(6) durch den in diesem Abschnitt doppelt gefalteten Signalleiter (1) selbst gebildet
ist.
8. Sperrfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass diese aufweist mehrere Abstimmelemente mit
- jeweils einem Resonator (21; 31; 41 - 2n; 3n; 4n), einer in dessen Resonatorraum (31 - 3n) angeordneten Resonanzkörper (41 - 4n) und
- je einem in dem jeweiligen Resonanzkörper (41 - 4n) ausgebildeten ersten Hohlraum (71 - 7n) und zweiten Hohlraum (81 - 8n) und
- jeweils einem in den ersten Hohlraum (71 - 7n) des jeweiligen Resonanzkörpers (41 - 4n) hineinragenden ersten Abstimmglied (51 - 5n) und einem in den zweiten Hohlraum (81 - 8n) des jeweils selben Resonanzkörpers (41 - 4n) hineinragenden zweiten Abstimmglied (61 - 6n),
wobei die jeweils zweiten Abstimmglieder (6
1 - 6
n) ausgehend von demselben Signalleiter (1), in Bezug auf dessen Längserstreckung zueinander
beabstandet, in den jeweils zweiten Hohlraum (8
1 - 8
n) des Resonanzkörpers (4
1 - 4
n) des jeweiligen Abstimmelementes hineinragen.
9. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren, entlang des Signalleiters kaskadierten Abstimmelemente derart ausgelegt
sind, dass das in dem Signalleiter (1) geführte Hochfrequenzsignal in Bezug auf den
oder die gesamten für eine Funkübertragungstechnik festgelegten Frequenzbereiche gesperrt
wird.
10. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Signalleiter (1) geführte Hochfrequenzsignal in Bezug auf die in der Bahntechnik
für GSM-R festgelegten Frequenzbereiche, nämlich für den in der Uplink-Richtung festgelegten
Frequenzbereich zwischen 873 MHz und 880 MHz sowie für den in Downlink-Richtung festgelegten
Frequenzbereich zwischen 918 MHz und 925 MHz gesperrt wird.
11. Sperrfilteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese sowohl für die Sperrung des für die Uplink-Richtung im GSM-R definierten Frequenzbereiches
als auch für die Sperrung des für die Downlink-Richtung im GSM-R definierten Frequenzbereiches
jeweils neun Abstimmelemente aufweist, die durch die Auslegung ihrer Resonatoren (21; 31; 41 - 2n; 3n; 4n) und der zugehörigen Abstimmglieder (51 - 5n; 61 - 6n) sowie durch die Festlegung der Länge des jeweiligen Hineinragens der Abstimmglieder
(51 - 5n; 61 - 6n) in die Resonatoren (21; 31; 41 - 2n; 3n; 4n) im Zusammenspiel in dem Signalleiter (1) eine Dämpfung des jeweils zu sperrenden
GSM-R-Frequenzbereiches von > 50 dB bewirken, wobei gleichzeitig die Einfügedämpfung
für andere Frequenzbereiche nutzende Funkübertragungstechniken in demselben Signalleiter
(1) geringer als 0,5 dB ist.