NO317453B1 - Filter med koplingssloyfe - Google Patents

Description

Oppfinnelsen gjelder et filter med en koplingssløyfe.

Først skal den kjente teknikk på dette området gjennomgås kort, og det vises i den forbindelse til fig. 8 i tegningene. Figuren viser et konvensjonelt filter 103 med en dielektrisk resonator 120, metallpaneler 111, en utvendig kontakt 113 og en koplingssløyfe 112. Panelene tjener til å dekke åpne partier på resonatoren.

Resonatoren 120 har en ramme 121 og en aktiv svingekjerne 122 av keramikk. Rammen er utformet som et parallellpiped med to motstående endeflater som er åpne og har pålagt ledere 123. Også svingekjernen 122 har tilsvarende form som resonatoren 120 og er anordnet inne i rammen 121 slik at de to motsatte flater faller sammen med innerflatene på denne. Metallpanelene 111 kan være av jern eller en nikkellegering for å gi god elektrisk ledningsevne og ha omtrent samme varmeutvidelseskoeffisient som dielektrikumet i svingekjernen. De er forbundet med lederne 123 i resonatoren 120 slik at det dannes et hulrom 130.

Koplingssløyfen 112 er av kopper for å gi god ledningsevne og hindre rustdannelser. Sløyfen har L-form. Den ene ende av den passer inn i et hull som på forhånd er utformet i panelet 111 og er festet ved lodding eller liknende. Sløyfens 112 andre ende er koplet til den utvendige kontakt 113, og siden denne andre ende er bøyd i sikksakk kan den oppta støt. Dette har løst problemer, f.eks. med tidligere konstruksjoners deformasjon av koplingssløyfen på grunn av støt fra yttersiden og at sløyfen blir revet løs fra metallpanelet 111.

I et slikt filter 110 påtrykkes signaler som representerer vekselstrøm fra utvendige kretser og via koplingssløyfen 112 etter å ha passert kontakten 113. Strømmen gjennom koplingssløyfen frembringer et magnetfelt som på sin side kopler inn svingekjernen 122. I dette tilfelle justeres koplingsgraden mellom sløyfen 112 og resonatorens svingekjerne 122 på basis av lengde, tykkelse og bredde, eller avstanden mellom sløyfen og svingekjernen 122. Ved å kunne justere koplingsgraden kan man tilby et filter som har de ønskede elektriske karakteristika.

En koplingssløyfe har sin egenresonansfrekvens, og denne for et konvensjonelt filter kan ligge ved omkring 260 Hz, idet det da naturligvis menes koplingssløyfens mekaniske egenresonans. Under normal bruk i et filter vil svingekjernen svinge innenfor et bestemt firekvensspektrum, og frekvenser i området 5-200 Hz vil kunne påvirkes av en koplingssløyfe som forstyrrer svingekjemens egne svingninger. Selv om signaler ved en bestemt påtrykt frekvens ikke vil forstyrres så mye utenfor koplingssløyfens egenresonansfrekvens vil det allerede være en uheldig påvirkning dersom frekvensavstanden er som angitt fra 200 til 260 Hz, og filterkarakteristikken vil da forstyrres i en grad som ikke kan ignoreres. Koplingsgraden vil variere når koplingssløyfen svinger med i nærheten av sin egenresonansfrekvens, og filterets passbåndtap og pålitelighet vil kunne påvirkes uheldig.

En løsning kan være å øke koplingssløyfens egenresonansfrekvens. 1 utgangspunktet kan sløyfen antas å ha bjelkeform for å kunne benytte kjente formler, idet en fritt svingende bjelke har sin egenresonansfrekvens f i henhold til formelen:

hvor C er en konstant, 1 er bjelkens lengde, E er dens elastisitetsfaktor (Youngs modul), I er treghetsmomentet, p er tettheten og A er tverrsnittsarealet.

Ut fra denne velkjente formel ser man at det er mulig å redusere bjelkelengden for å øke resonansfrekvensen, og altså tilsvarende resonansfrekvensen av en bjelkeformet koplingssløyfe. Siden bjelkelengden vil ha påvirkning på koplingsgraden i resonatoren kan den ikke så lett endres. En annen måte som kan vise seg gunstig er å endre bjelkens bøyestivhet, idet denne er gitt av produktet EI. Man kan altså øke elastisitetsfaktoren eller treghetsmomentet eller begge. Selv om jern er tilgjengelig som et materiale med stor elastisitetsfaktor vil bruk av jern gi et nytt problem, nemlig at det ruster. Når koplingssløyfen er av jern vil også generelt intermodulasjonsprodukter kunne oppstå, og derfor vil man måtte belegge en jernkoplingssløyfe med et sølvbelegg. Korrosjon vil imidlertid kunne bringe jem opp til sølvoverflaten, og intermodulasjon kan derfor fortsatt forekomme. Selv om det er mulig å øke koplingssløyfens tykkelse ved å øke treghetsmomentet vil dette gi større materialkostnader.

En løsning man har kommet frem til og som altså er illustrert på fig. 8 er å bøye en metallplate slik at den får L-form, men styrken vil svekkes i det bøyde området, slik at man kan risikere at koplingssløyfen forskyves. Det andre virkemiddel som er illustrert på fig. 8 er at den ikke L-bøyde ende er korrugert, og derved oppnås at støt fra den utvendige kontakt lettere absorberes. Ulempen er at en slik koplingssløyfe ikke er så lett å bøye frem og tilbake til korrugert form, og kostnadene øker derved.

På denne bakgrunn kommer oppfinnelsen inn i bildet, og ett av målene er å tilby et pålitelig filter som bare lite påvirkes av vibrasjoner utenfra.

I et første aspekt har man kommet frem til et filter slik det fremgår av patentkrav 1, og der er altså koplingssløyfen dannet ved å bøye en metallplate tilnærmet til L-form og avsette en eller flere lengderibber som strekker seg i en retning som ikke går parallelt med en knekk- eller bøyningslinje for L-utbøyningen. Fortrinnsvis er en dielektrisk resonator anordnet inne i hulrommet, og i andre utførelser kan det i tillegg til lengderibber også være hjørneribber i en bøyd del av koplingssløyfens stive del i form av metallplaten, idet en bøyd del særlig kan være ved en knekklinje.

Med en slik konstruksjon er det mulig å øke koplingssløyfens egenresonansfrekvens og derved hindre medresonans med vibrasjoner som påtrykkes utenfra. Videre er det mulig å forsterke den bøyde del av sløyfen på mekanisk vis og begrense endringer i koplingsgraden, slik at man kan få et pålitelig filter.

Fortrinnsvis består altså koplingssløyfen av en L-formet stiv del og en bøyd eller bøyelig del med liten stivhet. Den ene ende av den stive del er forbundet med hulrommet, mens den andre ende er forbundet med den bøyelige del. Den andre ende av den bøyelige del er forbundet med den utvendige kontakt.

Følgelig kan man lett fremstille ved lave kostnader en koplingssløyfe som er koplet til en utvendig kontakt og som kan ta opp støt fra denne. I tillegg er det mulig å lage et pålitelig filter hvor koplingsgraden endres lite.

Ytterligere mål for, trekk ved og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den detaljbeskrivelse som nå følger av foretrukne utførelser, idet det vises til de øvrige tegninger fig. 1-7: Fig. 1 viser i perspektiv et filter ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser dette filters koplingssløyfe i større målestokk, fig. 3 viser en annen utførelse av koplingssløyfen, fig. 4 viser den stive del av koplingssløyfen i en annen utførelse, fig. 5 viser samme i nok en utførelse, fig. 6 viser samme i enda en utførelse, og fig. 7 viser samme i en siste utførelse, mens fig. 8 allerede er omtalt og gjelder den kjente teknikk.

Et filter ifølge en utførelse av oppfinnelsen skal altså beskrives her, idet det vises til tegningene. Den dielektriske resonator som brukes i denne utførelse er av en type hvor svingekjernen er anordnet inne i en ramme.

Fig. 1 viser skjematisk filteret ifølge oppfinnelsen. Det er på figuren vist i et snitt langs et normalplan på den åpne flate på en dielektrisk resonator 20 slik at innsiden kan ses. Selv om det er anordnet koplingssløyfer 12 og utvendige kontakter 13 for inngang og utgang vil bare ett av disse to elementer vises og beskrives siden de er bygget opp på samme måte selv om det er flere.

Filteret 10 omfatter generelt en TM-modus dielektrisk resonator 20 og metallpaneler 11 montert for å dekke åpne deler av resonatoren.

I en slik resonator er den aktive del en svingekjerne 22 av keramikk og formet som en søyle, inne i en ramme 21 som også er av keramikk, og rammens ytterside er belagt med et elektrisk ledende materiale 23 i form av en sølvpasta som er påført og deretter brent.

Metallpanelene 11 er utarbeidet av et metallemne, særlig av jern, en nikkellegering eller liknende, ved pressing eller stansing, og de er utrustet med filterets koplingssløyfe 12 og utvendige kontakt 13. De er loddet for å dekke de åpne deler av resonatoren 20 og er koplet til det ledende materiale 23 utenpå rammen, slik at det dannes et hulrom 30 innenfor.

Et metalldeksel er videre montert på filteret 10, selv om det ikke er vist på fig. 1, for å opprettholde stabilitet ved installasjonen, hindre støt fra å bli overført fra yttersiden og til innersiden, og for mekanisk forsterkning av en kontaktseksjon.

Koplingssløyfen 12 er bygget opp med en stiv L-formet del 12a og en bøyelig del 12b. Den første er dannet ved å bøye en kopperplate eller liknende, mens den bøyelige del er tilformet ved å bøye en metallplate av fosforbronse eller liknende, og denne del har mindre tykkelse enn den stive del.

I utførelsen på fig. 1 en eneste lengderibbe 14 anordnet i en del av den stive del 12a, metallplaten og strekker seg parallelt med metallpanelet 11 på siden av filteret slik at den stive dels treghetsmoment økes.

Den stive del kan også ha en utsparing 16 i sin ene ende, kortenden, slik det er vist på fig. 2, slik at elastisk kraft virker på den kraft som utøves over bredderetningen i forhold til utsparingen 16. Videre er det anordnet to fremspring 15, ett på hver side av utsparingen 16. Metallpanelet 11 har et hull (ikke vist) hvis diameter er mindre enn bredden av fremspringene 15. Fremspringene er presset inn i dette hull i metallpanelet 11 og holdes derved på plass fra begge sider. På denne måte blir de midlertidig festet som følge av den elastiske kraft mot utvidelse, og de festes permanent ved lodding. Den stive del 12a har et hull i motsatt ende. Den ene ende av den bøyelige del 12b er ført inn i dette hull, bøyd og deretter festet permanent ved lodding. Den andre ende av den bøyelige del 12b har også et hull som den førende ende av midtlederen i den utvendige kontakt 13 er fast innsatt i.

Den utbøyde ene ende, kortenden, av den stive L-formede del 12a, nemlig den ende som er festet til metallpanelet 11, kan være ytterligere bøyd i L-form slik at det dannes en slags S- eller Z-fasong vist på fig. 3. Den ytterste del av kortenden danner dermed en tunge, og på teegningen er denne vist med et hull 17 for feste til metallpanelet 11. I dette tilfelle dannes et fremspring på metallpanelet 11 ved utstansing eller innoverpressing av det. Fremspringet på metallpanelet 11 er ført inn i hullet 17, bøyd og deretter permanent festet ved lodding. Dette forenkler fremstillingen og bedrer stabiliteten av det festede parti.

Fig. 4-7 viser variasjoner av koplingssløyfen 12 med to hhv. fire lengderibber 14, og hver av figurene viser bare den stive del i form av metallplaten, i L- eller Z-utførelse og festet til metallpanelet 11 med kortendens tunge. Fig. 4 viser en variant med én lengderibbe i kortenden, innenfor tungen og én i den lange delen av metallplaten 12a, idet den første da kommer til å strekke seg tilnærmet perpendikulær på metallpanelet 11, for å øke koplingssløyfens egenresonansfrekvens.

Det kan være anordnet flere innbyrdes parallelle lengderibber 14 som vist på fig. 5, og i et slikt tilfelle vil egenresonansfrekvensen kunne økes ytterligere. Når lengderibbene 14 istedet er lagt i kryss som vist på fig. 6 er det mulig å øke styrken av koplingssløyfen 12 overfor vibrasjoner i andre retninger.

Som vist på fig. 7 kan også hjørneribber 19 være utformet i metallplatens 12a hjørner eller bøyde deler ved knekklinjene, og dette gjør det mulig å øke den mekaniske styrke av disse deler for å hindre en endring i bøyevinkelen for koplingssløyfen 12 og for å hindre endringer i koplingsgraden mellom koplingssløyfen og resonatoren 22. Som et resultat kan man lage et filter med god pålitelighet.

Selv om filteret i denne utførelse bruker en dielektrisk resonator hvor svingekjernen er utformet som en søyle innenfor en keramisk ramme kan oppfinnelsen også være annerledes enn det som akkurat er vist og beskrevet her. Oppfinnelsen kan således også anvendes for et filter med en dobbel- eller multippelmodus svingekjerne med korsform.

Oppfinnelsen kan også brukes for en resonator med en koplingssløyfe som er montert i et metallhulrom og f.eks. beregnet for et bølgelederfilter.

Som nevnt ovenfor vil egenresonansfrekvensen kunne økes ved å danne en ribbe i koplingssløyfen, f.eks. kan frekvensen økes til omkring 380 Hz i det tilfelle hvor en enkelt ribbe er anordnet, som vist på fig. 1. Dette gir en tilstrekkelig dempning i nærheten av 200 Hz. De svingninger som skyldes et eksternt vibrasjonspåtrykk og som har vært et problem hittil kan reduseres til neglisjerbart nivå slik at filterets eller generelt resonatorens elektriske egenskaper, så som innskuddstap, ikke så lett forstyrres. Som et resultat er det mulig å til-veiebringe et filter med stor pålitelighet.

Videre kan den bøyde del av koplingssløyfen som nevnt forsterkes mekanisk ved hjelp av utvendige hjørneribber 19. Som et resultat er det mulig ytterligere å forbedre stabiliteten av koplingssløyfen og hindre endringer i koplingsgraden mellom denne og det elektromagnetiske felt som frembringes i hulrommet.

Endelig er det slik at koplingssløyfen består av to deler, som allerede nevnt en L-formet stiv del og en bøyd del med liten stivhet. Den ene ende av den første er koplet til hulrommet, mens den andre ende er koplet til den ene ende av den bøyelige del, hvis andre ende er koplet til den utvendige kontakt. Dette tillater at den bøyelige del av koplingssløyfen kan ta opp støt fra kontakten, og følgelig er det mulig å frembringe et filter , med stabile karakteristiske egenskaper.

Claims (4)

1. Filter (10) med et hulrom, en utvendig kontakt (13) montert utenfor hulrommet, og en koplingssløyfe (12) som er koplet til den eksterne kontakt (13) for kopling til et magnetfelt inne i hulrommet, der koplingssløyfen (12) omfatter en metallplate (12a) som ved en knekklinje er bøyd tilnærmet som en L, karakterisert ved at metallplaten (12a) har minst én lengderibbe (14) som strekker seg i en retning som ikke går parallelt med knekklinjen.

2. Filter ifølge krav 1, karakterisert ved at en dielektrisk resonator (20) er anordnet inne i hulrommet.

3. Filter ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved minst én hjørneribbe (19) utformet i minst én bøyd del av koplingssløyfens metallplate (12a), idet den ene eller hver bøyde del omfatter minst én knekklinje.

4. Filter ifølge ett av kravene 1, 2, 3, karakterisert ved at koplingssløyfen (12) omfatter en L-formet stiv del (12a) og en bøyd del (12b) med liten stivhet, at den ene ende av den stive del (12a) er koplet til hulrommet mens den andre ende er koplet til den ene ende av den bøyde del (12b), og at den andre ende av den bøyde del er koplet til den utvendige kontakt (13).