КОАКСИАЛЬНЫЙ РЕЗОНАТОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК H01P7/04 

Изобретение связано с устройством регулировки для радиочастотных фильтров коаксиального объединителя, а конкретнее - с четвертьволновыми резонаторами.

Коаксиальный резонатор содержит полость, такую, как полость прямоугольной формы, а основная частота полости, упоминаемая как f₀, обычно задается путем выбора соотношения между центральным проводником и закрывающей крышкой (колпачком) центрального проводника, которые находятся в полости. Закрывающая крышка и противоположная стенка полости резонатора образуют пластины конденсатора. Радиочастотный входной сигнал, который вводится в полость, производит между этими пластинами конденсатора электрическое поле и магнитное поле, которое ортогонально электрическому полю, с максимальной напряженностью вокруг центрального проводника. Основная частота резонатора в большой степени определяется закрывающей крышкой центрального проводника. Площадь закрывающей крышки определяет емкость. Резонатор обычно настраивается, то есть выбирается основная частота резонатора путем регулировки длины центрального проводника, что изменяет емкость. Эта настройка обычно совершается непосредственно, путем перемещения регулировочного винта, расположенного напротив центрального проводника. В резонаторе обеспечивается петля связи, которая обычно находится на одной из стенок резонатора. Петля снимает настраиваемую частоту сигнала (для установки резонатора этой частотой является требуемая f₀).

Проблемой для описанных выше общепринятых коаксиальных резонаторов является трудность регулировки в широком диапазоне радиочастот, например на 10 МГц в обе стороны от центральной частоты 465 МГц. Такая широкополосная работа в соединении с общепринятыми средствами регулировки обычно требует использования многочисленных резонаторов. В типичной сотовой телефонной базовой станции имеется, например, восемь резонаторов, причем каждый имеет дело с двумя каналами. Если в системе используются не все резонаторы, необходимо поместить частоту для неиспользуемых резонаторов за пределами активного диапазона частот для того, чтобы не вносить возмущений в другие каналы. Громоздкость и связанные с ней устройства регулировки для общепринятых резонаторов настолько неудовлетворительны, что есть потребность в целиком новой конструкции для того, чтобы уменьшить громоздкость, связанную с общепринятыми конструкциями.

В основу изобретения положена задача создать компактную конструкцию для коаксиального резонатора, которую легко регулировать и которая обеспечивает более широкий диапазон настройки частоты. Коаксиальный резонатор содержит в одном воплощении прямоугольную полость, имеющую проводящий элемент (центральный проводник) и пластину, расположенные в прямоугольной полости. Длина и размер проводящего элемента и форма пластины определяют основную частоту коаксиального резонатора. Кроме того, в прямоугольной полости располагается способный поворачиваться элемент настройки в форме двутавровой балки. Предпочтительно, чтобы элемент настройки в форме двутавровой балки вращался шаговым двигателем и соединительным валом. Вращение элемента в форме двутавровой балки настраивает коаксиальный резонатор. Элемент в форме двутавровой балки может также смещаться вбок между стенкой резонатора и пластиной для дальнейшего облегчения настройки резонатора.

На фиг. 1 изображен перспективный вид коаксиального резонатора; на фиг. 2 - перспективный вид поперечного сечения по линии 2-2 на фиг. 1; на фиг. 3 - горизонтальная проекция коаксиального резонатора со снятым верхом.

На фиг. 1 имеется вид в перспективе одного воплощения коаксиального резонатора по изобретению. Коаксиальный резонатор содержит полость, такую, как прямоугольная полость 10. Наверху прямоугольной полости 10 располагается шаговый двигатель 11 или другое регулировочное устройство, такое, как регулировочный винт. Предпочитается, чтобы шаговый двигатель 11 был способен смещаться вбок в направлении двойной стрелки А-А.

На фиг. 2 дается перспективный вид поперечного сечения, сделанного вдоль линии 2-2 на фиг. 1. В прямоугольной полости 100 размещаются катушка радиочастотного выхода 20 и элемент в форме двутавровой балки 12, помещенные ортогонально электрическому полю между пластинами, которые составляют конденсатор. Пластинами конденсатора являются передняя стенка 13 прямоугольной полости 10 и пластина 16. Элемент в форме двутавровой балки 12 обладает способностью регулировки введения частоты (настройки) в широком диапазоне, когда происходит вращение двутавровой балки в поле. Для того чтобы получить тот же самый диапазон настройки с ранее существовавшими резонаторами, надо было увеличить длину проводящего элемента 15 для того, чтобы, например, увеличить расстояние (S) между пластинами конденсатора 13 и 16.

На фиг. 3 горизонтальная проекция иллюстрирует прямоугольную полость 10 с удаленной верхней стенкой. Радиочастотный сигнал вводится в прямоугольную полость через коаксиальный кабель 21 и петлю радиочастотного входа 19. Радиочастотный сигнал выводится из прямоугольной полости через коаксиальный кабель 22 и петлю радиочастотного выхода 20. Основная частота резонатора f₀ у полости 10 определяется через регулировочную длину (L) проводящего элемента (коаксиального центрального проводника) 15 и/или его пластины 16. Конструкция и/или размеры пластины 16 тоже влияют на регулировку основной частоты резонатора f₀. Согласно изобретению, вращение двутавровой балки 12 достигается, например, с помощью шагового двигателя 11, регулировочного винта или другого известного регулировочного средства, которое прикрепляется к изолированному валу 17.

Поворот двутавровой балки 12 на 90^o регулирует резонансную частоту между максимумом и минимумом, то есть между 4_max и 4_min при повороте на 360^o. Соотношение между высотой и шириной двутавровой балки 12 при достижении максимального Δf предпочтительно должно составлять 0,5. Диагональный размер двутавровой балки 12 определяется по формуле S -(2 • ( > 10 мм) для того, чтобы осуществить максимальное Δf и хорошее сопротивление пробоя напряжения. Диагональный размер изображается на фиг. 3 пунктирной линией a - b. Член, помещенный в скобки, связан с мощностью и означает < 10 мм для меньшей мощности (высокая мощность составляет приблизительно 50 Вт).

Овальная конструкция пластины (или верхняя емкость) 16 улучшает расстояние изоляции напряжения, то есть размер S увеличивается. Улучшение Δf посредством овальной формы пластины является следствием поверхности с увеличенной проекцией у двутавровой балки 12. Конструкция овальной пластины 16 связана с размерами полости резонатора в уравнениях b/B = k и k•D = 1, где k - это константа.

Изобретение также делает возможным перемещение вбок регулировочного устройства (см. двойную стрелку А-А на фиг. 1, которая иллюстрирует перемещение шагового двигателя), чем вызывается перемещение вбок между пластинами 13 и 16 прикрепленной двутавровой балки 12. Это боковое перемещение двутавровой балки 12 облегчает "захват" заданного частотного диапазона. Соответственно изобретение обеспечивает резонатор, такой, как четвертьволновый резонатор, с простыми средствами регулировки частоты 11, которые содержат либо устройство ручного вращения, либо автоматически управляемое устройство, например устройство, управляемое шаговым двигателем.

Изобретение не ограничивается данным описанием, изменения в пределах действия пунктов формулы могут производиться без отклонения от объема изобретения в его более широких аспектах.

Использование: в фильтре объединителя для сотовой телефонной системы. Сущность изобретения: коаксиальный резонатор содержит прямоугольную полость. В прямоугольной полости имеется проводящий элемент (центральный проводник), имеющий пластину овальной формы. Центральный проводник и пластина овальной формы смещаются в прямоугольной полости для установления основной части резонатора. Рядом с пластиной центрального проводника находится способный вращаться элемент настройки в форме двутавровой балки, который может вращаться валом, связанным с шаговым двигателем. Вращение элемента в форме двутавровой балки обеспечивает регулировку частоты или настройку для коаксиального резонатора. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Коаксиальный резонатор, содержащий полость, проводящий элемент, имеющий пластину предварительно определенной формы, который размещают в полости для обеспечения основной частоты для коаксиального резонатора, и элемент настройки, расположенный внутри полости между пластиной и противоположной стенкой полости, образующими емкость, отличающийся тем, что элемент настройки выполнен в виде двутавровой балки и связан со средствами для его вращения в полости. 2. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что полость имеет прямоугольную форму. 3. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что средства для вращения способны перемещаться вбок таким образом, что боковое перемещение средств для вращения смещает вбок элемент в форме двутавровой балки. 4. Резонатор по п. 1, отличающийся тем, что средства для вращения содержат шаговый двигатель, связанный с элементом в форме двутавровой балки через изолированный вал. 5. Резонатор по п. 1, отличающийся тем, что средства для вращения содержат способный регулироваться вручную элемент, связанный с элементом в форме двутавровой балки через изолированный вал. 6. Резонатор по п. 2, отличающийся тем, что пластина имеет овальную форму. 7. Резонатор, содержащий полость, проводящий элемент, имеющий пластину предварительно определенной формы, который размещается в полости для обеспечения основной частоты для коаксиального резонатора, и элемент настройки, расположенный в полости между пластиной и противоположной стенкой полости, формирующей емкость, отличающийся тем, что полость имеет прямоугольную форму, элемент настройки выполнен в виде двутавровой балки и связан со средствами для его вращения в полости. 8. Резонатор по п. 7, отличающийся тем, что средства для вращения содержат шаговый двигатель, связанный с элементом в форме двутавровой балки через изолированный вал. 9. Резонатор по п. 7, отличающийся тем, что средства для вращения содержат способный регулироваться вручную элемент, связанный с элементом в форме двутаровой балки через изолированный вал. 10. Резонатор по п.8, отличающийся тем, что средства для вращения содержат способный регулироваться вручную элемент, связанный с изолированным валом, в качестве замещающего средства для вращения элемента в форме двутавровой балки. 11. Резонатор по п.7, отличающийся тем, что средства для вращения способны перемещаться вбок таким образом, что боковое перемещение средства для вращения смещает вбок элемент в форме двутавровой балки. 12. Резонатор по п.11, отличающийся тем, что средства для вращения содержат способный регулироваться вручную элемент, связанный с изолированным валом, в качестве замещающего средства для вращения элемента в форме двутавровой балки.