DE69307382T2

DE69307382T2 - Spiralresonator

Info

Publication number: DE69307382T2
Application number: DE69307382T
Authority: DE
Inventors: Erkki Olavi Niiranen
Original assignee: LK Products Oy
Current assignee: Powerwave Comtek Oy
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: AU3700893A; FI921762A0; FI921762L; EP0567266A1; DK0567266T3; US5351023A; FI91116C; EP0567266B1; FI91116B; AU660784B2; JPH06104604A; CA2094314A1; DE69307382D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Wendeiresonator, genauer gesagt einen Wendelresonator, der einen wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter mit einem niederohmigen und einem hochohmigen Ende enthält, sowie ein reaktives Element.
Ein Wendelresonator bzw. eine Helix ist ein Übertragungsleitungs-Resonator, der eine elektrische Länge von etwa einer Viertel Wellenlänge aufweist. Es ist bekannt, daß Wendelresonatoren als Abstimmelemente benutzt werden und sehr häufig in Filtern im Hochfrequenzbereich, speziell im Bereich von 100 bis 2000 MHz eingesetzt werden. Resonatoren dieser Art enthalten induktive Elemente, wie etwa einen elektrischen Leiter, der zylindrisch oder helisch gewickelt ist, und einen metallischen Mantel, der die Zylinderspule umgibt und in einem bestimmten Abstand von dieser angeordnet ist. Das niederohmige Ende der Spule ist geerdet und könnte direkt mit dem Metallmantel, der selbst geerdet ist, verbunden sein.
Eine mögliche Anordnung zur Verbindung der wendelförmigen Spule mit dem Metallmantel ist ein gerader Leiter an einem Ende der wendelförmigen Spule, wobei dieser ungefähr senkrecht zu einer Stirnfläche des Resonatormantels angeordnet ist. Die erste Wicklung der wendelförmigen Spule erfolgt in einem durch die gerade Länge des Leiters bestimmten Abstand vom Mantel. Das andere, hochohmige Ende der wendelförmigen Spule ist vom Mantel entfernt angeordnet und mit diesem kapazitiv gekoppelt.
Der Resonator ist mit dem Rest eines Filterkreises, einem anderen elektrischen Schaltkreis oder über einen Verbindungsleiter mit der wendelförmigen Spule elektrisch verbunden. Der Verbindungsleiter verläuft vom Mantel isoliert durch die wendelförmige Spule und wird dann mit einem Schaltkreis verbunden. Die Verbindung zwischen Resonator und Verbindungsleiter könnte über eine Lötverbindung oder etwas ähnlichem erfolgen, wobei der Punkt, an dem die Verbindung erfolgt. als Abgriffpunkt bekannt ist. Die Eingangsimpedanz zur Spule, vom Verbindungsleiter am Abgriffpunkt aus gesehen. hängt von dessen Position entlang der wendelförmigen Spule ab. Bei entsprechender Wahl des Abgriffpunktes kann der Resonator mit dem Schaltkreis abgestimmt werden. Der Abgriffpunkt kann mittels Experiment oder durch theoretische Berechnungen bestimmt werden. Jedoch liegt er im allgemeinen nahe bei der ersten Wicklung der wendelförmigen Spule.
Die charakteristische Impedanz des Wendelresonators wird durch das Verhältnis von Spulendurchmesser und innerer Abmessung des umgebenden Mantels bestimmt, sowie durch den wechselseitigen Abstand zwischen den Spulenwindungen oder dem sogenannten Schritt, und durch das dielektrische Material, das den Resonator trägt. Die Resonanzfrequenz des Wendelresonators ist eine Funktion der physikalischen Abmessungen der Spule, des kapazitiven Aufbaus und des Abstands zwischen dem hochohmigen Ende und dem Mantel. Folglich erfordert die Herstellung eines Resonators für einen bestimmten Frequenzbereich eine exakte und genaue Konstruktion.
Das Finnische Patent FI-78198 beschreibt einen Wendelresonator, dessen Resonatorspule von einer dielektrischen Platine getragen wird. Ein Teil der dielektrischen Platine enthält einen mittels Streifenleitungen gebildeten elektrischen Schaltkreis, mit dem der Resonator elektrisch verbunden ist. Mittel, um einen Wendelresonator mit exaktem und reproduzierbarem Abgriffpunkt herzustellen, werden in dem Finnischen Patent FI-80542 offenbart. Dort wird eine Konstruktion beschrieben, die teilweise identisch ist mit dem Resonator des Patents FI- 78198, mit dem Unterschied, daß an einer bestimmten Stelle an der Oberfläche der dielektrischen Platine ein Mikrostreifenleiter vorhanden ist, wodurch die Spule bei einer Verbindung immer an derselben Stelle mit dem Mikrostreifen verbunden ist. Der Mikrostreifenleiter kann ebenso direkt aus dem Resonator herausgeführt werden oder mit dem elektrischen Schaltkreis der dielektrischen Platine verbunden werden, die somit, wie in dem Finischen Patent FI-78198 beschrieben, als Träger fungiert.
Wendelresonatoren werden aufgrund ihrer guten Hochfrequenzeigenschaften und ihrer kleinen Größe in Hochfrequenz-Funkapparaten verwendet. Wenn verschiedene dieser Resonatoren dicht nebeneinander untergebracht und auf geeignete Weise zu einer Arbeitseinheit verbunden werden, ist es möglich, einen Hochfrequenzfilter mit kleiner Abmessung und guten Hochfrequenzeigenschaften herzustellen. Diese Filter sind in Funkapparaten, insbesondere in mobilen Funktelefonen und Funktelefoneinheiten für Autos weit verbreitet. So wie die Größe der Funkapparate abnimmt, so hat sich auch die Größe der Filter wesentlich reduziert. Dies erfordert, mehr noch als früher, eine größere Genauigkeit bei der Herstellung und im Zusammenbau von Hochfrequenzkomponenten, nicht zuletzt aufgrund korrespondierender Toleranzredüzierungen.
Die physikalischen Längen der Wendelresonatoren, die in hochfrequenten Filtern benutzt werden, variieren erheblich voneinander. In einem einzelnen Filter ist es möglich, daß alle Resonatoren verschiedene Längen haben, wodurch eine größere Anzahl verschiedener Komponenten für den Zusammenbau des Filters erforderlich ist. Die größere Komponentenzahl kann wesentlich dazu beitragen, die Produktionszeit oder zumindest das Verwechslungsrisiko zwischen den Komponenten zu erhöhen. Eine große Anzahl von verschiedenen Komponenten hindert die Automationsentwicklung und kann einen erhöhten Automationsgrad in der Filterproduktion verzögern.
Das Amerikanische Patent Nr. 3 247 475 enthält einen Wendelresonator, bestehend aus einem zylindrischen Spulenkörper und einem Ende, das von einem Kondensator geladen wird. Ein leitfähiger Ring mit einem kreisförmigen Querschnitt wird an dem geladenen Ende des Wendelresonators angebracht und kann zur Feinabstimmung des Wendelresonators axial relativ zum Wendelresonator bewegt werden.
Die Zusammenfassung des Japanischen Patents JP 2 199 904 beschreibt einen Koaxialresonator mit einem offenen Ende, das durch mehrere Einstell-Leitungen mit einer Streifenleitung verbunden ist. Die Einstellung der Resonanzfrequenz des Koaxialresonators erfolgt durch Abtrennen der Einstell-Leitungen.
Die Britische Patentanmeldung 2 224 888 beschreibt einen Wendelresonator mit einer Streifenleitungsspeisung.
Die vorangegangenen Probleme und Nachteile werden durch die folgende Erfindung beseitigt, die einen Wendelresonator zur Verfügung stellt, der einen wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter mit einem niederohmigen und einem hochohmigen Ende enthält; sowie reaktive Mittel, die eine vorbestimmte Länge eines elektrisch leitfähigen Materials enthalten, das mit dem hochohmigen Ende des wendelförmig gewickelten Leiters verbunden ist oder an diesen angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Länge des elektrisch leitfähigen Materials eine Streifenleitung enthält, die auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht ist.
Der Vorteil der Erfindung ist, daß eine Resonatorstruktur zur Verfügung gestellt wird, die es ermöglicht, Resonatorspulen von unterschiedlicher physikalischer Dimension oder Wendelresonatoren mit unterschiedlicher Dimension durch Resonatoren mit Resonatorspulen von gleicher Länge zu ersetzen. Ein besonders vorteilhafter Weg um die Länge des elektrisch leitenden Materials zur Verfügung zu stellen ist das Drucken selbiger in das Substrat. Dies hat den Vorteil, daß eine Massenproduktion verbessert wird, und daß die vorbestimmte Länge des elektrisch leitenden Materials genauer eingestellt werden kann. Der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter könnte durch ein isolierendes Substrat gestützt werden, wodurch die Verwendung anderer unterstützender Strukturen für den wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter überflüssig wird.
Vorzugsweise wird der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter um das elektrisch isolierende Substrat geschlungen. was den Vorteil hat, daß der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter und das Substrat eine feste Einheit bilden.
Ein Teil des wendelförmig gewickelten elektrischen Leiters könnte gegenüber der Wendelform deformiert sein, um mit der Streifenleitung gekoppelt zu werden. So eine Deformation stellt eine einfache und direkte Methode dar, um den wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter mit der Streifenleitung zu verbinden.
Vorteilhafterweise enthält das elektrisch isolierende Substrat einen hervorstehenden Teil der Leiterplatine. Folglich wird kein separates isolierendes Substrat benötigt, um den wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter oder die vorbestimmte Länge des elektrisch leitenden Material zu stützen. Mittels dieser Anordnung kann der Wendelresonator leicht auf einer Leiterplatine gebildet werden.
Die Streifenleitung könnte so strukturiert sein, daß ihre Ausbreitung entweder parallel und/oder quer zur Längsrichtung des hervorstehenden Teils der Leiterplatine erfolgt. Dies hat den Vorteil, daß der Bereich des hervorstehenden Teils effektiv genutzt werden kann.
Die Streifenleitung könnte eine Anschlußplatte enthalten, die ein Verbinden mit dem wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter vereinfacht.
Vorteilhafterweise könnten an der Streifenleitung Meß linien angeordnet sein, die sich quer zu ihr ausbreiten, wodurch die Feineinstellung des einmal zusammengesetzten Wendelresonators unterstützt wird.
Speziell könnten ein oder mehrere Wendelresonatoren in einem Funkfrequenzfilter benutzt werden, wobei im Falle von mehr als einem Wendelresonator diese voneinander unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben können sowie wendelförmig gewickelte elektrische Leiter, die im wesentlichen identisch sind. Dies hat den Vorteil, daß nur eine Größe oder ein Typ eines wendelförmig gewickelten elektrischen Leiters verwendet zu werden braucht, um einen Filter mit Wendelresonatoren unterschiedlicher Resonanzfrequenzen zu konstruieren.
Geeigneterweise könnte ein Empfänger einen oben beschriebenen Wendelresonator enthalten, was den Vorteil hat, daß der Empfänger kompakter und kleiner hergestellt werden kann.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilansicht eines Wendelresonators gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 die Konstruktion der Streifenleitung gemäß der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Teilansicht des Wendelresonators in Übereinstimmung mit der Erfindung, um die wesentlichen Merkmale zu verdeutlichen. Am Rand der gedruckten Leiterplatine 1, die aus dielektrischem Material gefertigt ist, von der nur ein Teil hier gezeigt ist, ist ein Vorsprung oder ein Zweig geformt, um den eine Resonatorspule 2 so gewickelt ist, daß der Vorsprung innerhalb der Spule liegt und diese trägt. Die Resonatorspule 2 wird durch einen Leiter geformt, der in eine zylindrische Spule mit mehreren Wicklungen gewickelt ist. Die Breite der gedruckten Leiterplatte 1 ist vorzugsweise mit dem Innendurchmesser der Spule 2 identisch und dessen Länge mindestens gleich der Höhe der Spule 2, wodurch die Spule 2 fixiert wird. Die Spitze derresonatorspule 2 wird über einenanschlußpunkt 3 mit der Streifenleitung 4 verbunden, die auf der gedruckten Platine 1 gebildet wird. Der Anschlußpunkt 3 erstreckt sich vorzugsweise bis zur Kante der gedruckten Platine 1. Die Verbindung zwischen der Resonatorspule 2 und dem Anschlußpunkt 3 kann durch Jede derjeweiligen Situation angepaßten Methode er folgen. zum Beispiel durch Zusammenlöten oder durch einen elektrisch leitenden Kleber. Natürlich könnte die Resonatorspule 2 mit der Streifenleitung auch auf eine andere Weise elektrisch verbunden sein, zum Beispiel durch einen Schaltdraht oder durch das Hinbiegen eines Teils einer Windung der Resonatorspule 2 auf eine Weise, daß dieser Teil die Streifenleitung 4 berührt. Folglich ist der Verbindungspunkt 2 für die Erfindung nicht von Bedeutung, aber es ist vorzuziehen, die Streifenleitung 4 auf der gedruckten Platine 1 mit der Spitze der Resonatorspule 2 elektrisch zu verbinden, wenn möglich mit der letzten oder der vorletzten Windung der Resonatorspule 2 an ihrem hochohmigen Ende, um die Resonatorspule 2 zu verlängern. In dieser Erfindung ist die Streifenleitung 4 folglich eine Verlängerung der Resonatorspule 2, und wird zur Verringerung der Resonanzfrequenz des Resonators benutzt, wobei die Verlängerung nicht als elektrischer Kontakt zwischen Resonator und Filterkreis benutzt wird, wie bei der Spulenanzapfung. Die Länge der Streifenleitung 4 hängt von der gewünschten Resonanzfrequenz ab. Folglich können mehrere Filter 7 hergestellt werden, die unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben, aber nur eine einzige Resonatorspule 2 enthalten, indem Resonatorspulen 2 gleicher Dimension verwendet werden. Alternativ können alle Resonatorspulen 2 eines Mehrspulenfilters mit gleicher Dimension durch geeignete Dimensionierung der Länge der Streifenleitung 4 hergestellt werden, so daß die Länge und die Breite der Streifenleitung 4 aufgrund der gewünschten Resonanzfrequenz jedes Resonators ausgewählt wird. Die Streifenleitung 4 kann parallel, diagonal oder quer zur Längsrichtung des Vorsprungs der gedruckten Platine 1 verlaufen. Folglich kann sie irgendeine Richtung aufweisen, z. B. in Richtung des niederohmigen Endes der Resonatorspule 2 oder in Richtung ihres hochohmigen Endes verlaufen, wie in der Figur gezeigt. Das eine Ende der Streifenleitung 4 wird überhaupt nicht angeschlossen, aber es bildet das hochohmige Ende der Übertragungsleitung, die durch die Resonatorspule 2 und die Streifenleitung 4 gebildet wird. Um die Länge der Streifenleitung 4 leichter anzuzeigen und um eine geeignete Distanz zwischen den Linien auszuwählen ist es möglich, geeignete Meßleitungen 5, die quer zur Längsrichtung der Streifenlinle 4 verlaufen, anzubringen wie in Figur 2 gezeigt. In einem bestimmten Abstand von der Resonatorspule 2 und um diese herum ist ein Mantel 6 angeordnet, der aus elektrisch leitfähigem Material, wie etwa Metall, besteht, und der an dem einen Ende, an dem sich die gedruckte Platine 1 befindet, geschlossen ist.
Eine Konstruktion gemäß der Erfindung macht es möglich die Resonanzfrequenzen von Resonatoren zu ändern, indem die Dimension der Streifenleitung auf der gedruckten Platine geändert wird, wobei die Resonatorspule selbst unverändert bleibt. Speziell bei Bandpaßfiltern ist es dann möglich, Änderungen der Verbindungslöcher zwischen den Resonanzkreisen zu vermeiden, da die Herstellung der Löcher zeitaufwendig ist, was wiederum die Kosten erhöht. Zum Beispiel können in einem Filter mit 8 Wendelresonatoren mit Resonatorspulen, die Längen zwischen 6 Windungen 260º und 7 Windungen 8º haben, diese durch Resonatoren, in Übereinstimmung mit der Erfindung, ersetzt werden, wobei jede einzelne Resonatorspule eine physikalische Länge von 6 Windungen 260º hat. Folglich braucht man anstelle der 8 Resonatorspulen mit unterschiedlichen Dimensionen nur 8 Resonatorspulen mit gleichen physikalisch Dimensionen, wobei die unterschiedlichen Resonanzfrequenzen dieser Resonatorspulen gemäß der Erfindung durch eine Veränderung der Dimensionen der Streifenleitungen erreicht werden.

Claims

1. Wendelresonator mit:

- einem wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter (2), der ein niederohmiges und ein hochohmiges Ende aufweist, und

- reaktiven Mitteln, die ein elektrisch leitendes Material einer vorbestimmten Länge aufweisen, das mit dem hochohmigen Ende des helisch gewickelten Leiters gekoppelt ist oder benachbart zu diesem liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Länge des elektrisch leitenden Materials eine Streifenleitung (4) auf einem elektrisch isolierendem Substrat (1) aufweist.

2. Wendelresonator nach Anspruch 1, bei dem der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter (2) durch das elektrisch isolierende Substrat (1) getragen wird.

3. Wendelresonator nach Anspruch 2, bei dem der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter (2) um das elektrisch isolierende Substrat (1) herumgewickelt ist.

4. Wendelresonator nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ein Teil des wendelförmig gewickelten elektrischen Leiters (2) zwecks Kopplung mit der Streifenleitung (4) deformiert ist.

5. Wendelresonator nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das elektrisch isolierende Substrat (1) einen hervorstehenden Teil einer gedruckten Schaltungskarte aufweist.

6. Wendelresonator nach Anspruch 5, bei dem sich die Streifenleitung (4) in einer Richtung erstreckt, die parallel zur Längsachse des hervorstehenden Teils verläuft.

7. Wendelresonator nach Anspruch 5 oder 6, bei dem sich die Streifenleitung (4) quer zur Längsrichtung des hervorstehenden Teils erstreckt.

8. Wendelresonator nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Streifenleitung (4) eine Kopplungsanschlußfläche (3) aufweist, über die der wendelförmig gewickelte elektrische Leiter (2) mit der Streifenleitung (4) gekoppelt ist.

9. Wendelresonator nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die Streifenleitung (4) über das hochohmige Ende des wendelförmig gewickelten elektrischen Leiters (4) in einer Richtung hinaus erstreckt, die vom wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter (2) wegweist.

10. Wendelresonator nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Streifenleitung (4) Meßleitungen (5) aufweist, die entlang der Streifenleitung (4) angeordnet sind und quer von dieser abstehen.

11. Wendelresonatorfilter mit einem wendelförmigen Resonator nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Wendelresonatorfilter mit wenigstens zwei Wendeiresonatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

13. Wendelresonatorfilter mit wendelförmigen Resonatoren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Resonanzfrequenz von wenigstens einem Wendelresonator von der Resonanzfrequenz eines anderen Wendelresonators verschieden ist.

14. Funkfrequenzfilter mit Wendelresonatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die wendelförmig gewickelten elektrischen Leiter im wesentlichen identisch sind.

15. Schaltungskarte mit einer Schaltung, die so ausgebildet ist, daß sie mit einem Wendelresonator nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche koppelbar ist.

16. Empfänger mit einem Wendelresonator nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10.