FI84211B - Temperaturkompensation i en helix-resonator. - Google Patents

Description

j 84211

Helix-resonaattorin lämpötilakompensointi - Temperaturkom-pensation i en helix-resonator 5 Esillä oleva keksintö koskee helix-resonaattorin lämpötila-kompensointia .

Tunnetusti helix-resonaattorin sisäjohdin on muodostettu lieriökelaksi ja uikojohtimen käsittää johtava pinta, joka 10 ympäröi lieriökelaa. Resonanssitaajuudella syntyy pitkin resonaattorin pitkittäisakselia TEM-värähtely. Signaali tulee lieriökelaan sen toisesta päästä ja toinen pää voi olla joko avoin tai oikosuljettu. Mikäli toinen pää on avoin, on helix-resonaattori ekvivalentti neljännesaallon 15 pituiseen koaksiaaliresonaattoriin nähden, ja mikäli toinen pää on oikosuljettu, on helix-resonaattori ekvivalentti puolenaallon pituiseen koaksiaaliresonaattoriin nähden. Säätämällä resonaattorirakenteessa olevaa sopivaa viritys-ruuvia voidaan säätää kelan ja kotelon välistä kapasitanssia 20 niin, että muodostuu LC-sarjaresonanssipiiri. Tavallisesti useita resonaattoreita on kytketty yhteen siten, että saadaan halutut ominaisuudet omaava suodatin käytettäväksi esim. radiovastaanottimessa. Helix-resonaattorit sopivat hyvin käytettäväksi suhteellisen pienen kokonsa ja viritet-25 tävyyden vuoksi dupleksisuodattimissa etenkin taajuusalueella 100 - 1 000 MHz. Tekniikan tason mukaisissa helix-re-sonaattoreissa on niiden perusongelmana lämpötilastabiilius. Dupleksisuodattimen esto- ja päästökaistataajuudet eivät saa muuttua esim. lämpötilan vaikutuksesta. Tämän vuoksi 30 dupleksisuodattimen helix-resonaattoreiden täytyy olla lämpötilakompensoituja, ts. niiden resonanssitaajuus ei saa muuttua lämpötilan funktiona. Sellaisissa käyttösovellutuksissa, joissa ympäristön lämpötilan vaihtelu on laajaa, on odotettavissa olennaisia poikkeamia helix-resonaattorin 35 keskitaajuudessa. Tyypillinen tällainen sovellutus on esim.

matkapuhelimissa käytettävä dupleksisuodatin. Tunnetussa tekniikassa lämpötilan muutoksen aiheuttama taajuuspoikkeama on kompensoitu useallakin tavalla. Voidaan käyttää tarkkuus- 2 84211 komponentteja, joiden ominaisuuksiin lämpötilan muutos vaikuttaa hyvin vähän. Tällaisten komponenttien käyttö tekee resonaattorin kuitenkin hyvin kalliiksi. Toinen tapa on tehdä resonaattoreista niin laajaviritteisiä, että voidaan 5 sallia suuriakin lämpötilapoikkeamia keskitaajuudesta. Tämä tapa on kuitenkin vähemmän toivottavaa, koska se tapahtuu selektiivisyyden kustannuksella. Tietyissä sovellutuksissa tapahtuu lämpötilaherkkyyden parantaminen viritysherkkyyden kustannuksella.

10

Patenttihakemuksessa US-4 205 286 on kuvattu lämpötilastabi-loitua helix-resonaattoria. Tässä rakenteessa sisäjohdin on kierretty kaksiosaisen rungon ympärille, jonka rungon osat ovat samanakselisia ja peräkkäin, ja alempi osa on 15 halkaisijaltaan suurempi kuin ylempi osa, ja alempi osa ja ylempi osa ovat liitetyt toisiinsa joustavalla liitoksella, joka sallii osien liikkuvan toistensa suhteen lämpötilan muuttuessa. Pienempihalkaisijäisen yläosan sisään ulottuu virityselementtinä toimiva säätöruuvi, joka tukeutuu toi-20 saalta yläosassa oleviin kierteisiin, toisaalta lukkomutte-rin avulla kotelon kanteen. Kun ympäristön lämpötila muuttuu, mahdollistaa ylemmän ja alemman osan liitos näiden osien liikkeen toistensa suhteen, mutta kuitenkin siten, että viritysruuvin etäisyys yläosan johdinkierroksista pysyy 25 aina samana, jolloin kapasitiivinen kytkentä pysyy myös samana riippumatta ympäristön lämpötilasta. Rakenteeltaan tässä patenttihakemuksessa kuvattu lämpötilastabiloitu resonaattori on jokseenkin hankala ja kallis valmistaa ja se tulee melko suureksi kooltaan ja Q-arvo on melko huono 30 ja niinpä se soveltuu käytettäväksi melko alhaisilla taajuuksilla, n. 100-200 MHz.

On myös tunnettu sellainen lämpötilakompensointitäpä, jossa helix-resonaattorikotelon kanteen ruiskupuristetaan muoviset 35 sidokset. Tällainen sidos käsittää yhden tai useampia re-sonaattorikotelon kannesta resonaattorin akselin suuntaan suuntautuvia ulokkeita, joiden toinen pää on, kuten edellä on jo mainittu, kiinni resonaattorikotelon kannessa ja 3 84211 toinen pää ulottuu osittain yhden tai useamman resonaattorin ylimmän kierroksen päälle siten, että resonaattorikelan johdin on osittain tai kokonaan näiden ulokkeiden sisällä. Ulokkeiden sijasta voidaan käyttää yhtä rengasmaista lie-5 riömäistä kappaletta, jonka toinen päätypinta on resonaatto-rikotelon kannessa siinä tiukasti kiinni ja resonaattorikelan ylimmät kierrokset ovat tämän lieriömäisen kappaleen sisällä. Kun nyt lämpötila kasvaa, muuttuu resonaattorin avoimen pään etäisyys kotelon kannesta, ja lämpölaajenemisen 10 vuoksi kelan pituus ja kierrosten nousu muuttuvat. Sopivalla ulokemateriaalin valinnalla voidaan edellä mainittuja muutoksia yrittää kompensoida. Käytännössä tällainen lämpötila-kompensointi on luonteeltaan alikompensoitunut ja tämä tarkoittaa sitä, että taajuus jonkin verran muuttuu lämpöti-15 lan funktiona. Lämpötilakompensointia voidaan korjata siten, että siirretään alikompensointia ylikompensoituun suuntaan sopiva määrä siten, että lämpötilan muuttuessa tuloksena on kuitenkin tarkka lämpötilakompensointi, eikä taajuus muutu lämpötilan funktiona. Korjaustapoina on ollut helix-20 resonaattorin avoimen pään vieminen lähemmäksi yläpuolen kantta tai helix-resonaattorin nousun eli kierrosten välisten etäisyyksien pienentäminen edellä mainittujen sidosten kohdalla, tai voidaan kasvattaa muovin lämpötilakerrointa.

25 Helix-resonaattorin avoimen pään vieminen lähemmäksi kantta auttaa vain tiettyyn rajaan, ts. lämpötilakompensointi ei muutu enää ylikompensoituneeseen suuntaan, vaikka resonaattorin pää vietäisiin äärettömän lähelle kantta. Helix-resonaattorin avoimen pään vieminen äärettömän lähelle kantta 30 tuo mukanaan myös toisen epäkohdan eli sähköisen läpilyönnin vaaran, ja tällainen läpilyönti on mahdollinen etenkin suurilla tehotasoilla. On myös huomattava, että tietyn optimietäisyyden jälkeen resonanssipiirin Q-arvo huononee sitä enemmän, mitä lähemmäksi helix-resonaattorin avoin 35 pää viedään resonaattorikotelon kantta.

Kuten edellä on mainittu, voidaan lämpötilan suhteen alikom-pensoitunutta resonaattoria muuttaa ylikompensoituun suun- 4 84211 taan siten, että pienennetään sidotulta osalta helix-re-sonaattorin nousua eli kierrosten välistä etäisyyttä. Käytännön rajan tälle menetelmälle luo se, etteivät kierrokset saa koskea toisiinsa, ja koska kierrokset käytännössä 5 ovat jo hyvin lähellä toisiaan, on pienentämisvara hyvin pieni. Kolmas mahdollisuus ylikompensoituun suuntaan muuttamisessa on kasvattaa muovin lämpötilakerrointa, mutta sitä rajoittaa se, että käytettävissä olevien muovien lukumäärä on pieni, koska muovilta vaaditaan myös muitakin ominaisuuk-10 siä kuin hyviä lämpötilaominaisuuksia ja tämän takia käytettävissä olevien lämpötilakertoimien lukumäärä on rajallinen.

Esillä oleva keksintö esittää helix-resonaattorin lämpötila-kompensointitavan, jolla edellä mainittujen tapojen haitois-15 ta voidaan päästä eroon. Esitetty tapa on yksinkertainen ja helppo toteuttaa ja sille on tunnusomaista se, mitä on sanottu patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön perusoivalluksen mukaisesti helix-resonaattorin 20 lämpötilakompensointi toteutetaan vapaiden kierrosten väliin kohdistuvilla toimenpiteillä eikä sidotulla osalla oleviin väleihin kohdistuvilla toimenpiteillä eikä sellaisilla toimenpiteillä, jotka kohdistuvat helix-resonaattorin vapaan pään etäisyyteen kotelon kannesta.

25

Keksintöä selostetaan havainnollisemmin viittaamalla oheiseen kuvaan, joka esittää poikkileikkausta helix-resonaatto-rista.

30 Kuvan esittämä rakenne käsittää lieriökelan 4, jota ympäröi aksiaalisesti lieriömäinen tai monikolmiomainen vaippa 1 ja vaipan kanssa samaa ainesta oleva päätypinta 4. Vaippa ja päätypinta ovat metallia tai metalloituja. Lieriökelan vapaan pään viimeiset kierrokset on kiinnitetty resonaatto-35 rikotelon kanteen 2 ruiskupuristamalla siihen muoviset sidokset 3 ja 4 siten, että sidokset ovat toisaalta kiinni resonaattorikotelon kannessa 2 ja toisaalta niin, että sidosmateriaali 3 ja 4 ympäröi sidosten kohdalta kelan 5 84211 viimeisiä kierroksia. Resonaattorikotelon toisen pään sulkee tukilevy 5, joka voi olla esim. osa piirilevyä, ja resonaattorin jalka tukeutuu tähän levyyn 5. Tekniikan tason mukaisissa resonaattorikeloissa kelan kierrosten välinen nousu 5 eli yksittäisten kierrosten välinen etäisyys toisistaan pysyy aina samana. Tässä tekniikan tason mukaisessa rakenteessa helix-resonaattorin kelaa yläosastaan tukevat sidokset 3 ja 4 saavat aikaan sen, että kelan avoimen pään etäisyys kotelon kannesta 2 muuttuu lämpötilan muuttuessa siten, 10 että se kompensoi kelan pituuden muutokseen. Kuten edellä on sanottu, on tällainen lämpötilakompensointi luonteeltaan alikompensoitunut eli taajuus pyrkii jonkin verran muuttumaan lämpötilan funktiona. Kun nyt ympäristön lämpötila nousee, saa se aikaan sen, että resonaattorikela lämpö-15 laajenee, jolloin sen vapaat kierrokset painuvat lähemmäksi toisiaan. Tämä resonaattorikelan vapaiden kierrosten painuminen lähemmäksi toisiaan aiheuttaa muutoksen kelan pituudessa. Tätä muutoksen vaikutusta voidaan keksinnön mukaisesti pienentää siten, että etukäteen tehdään yksi kelan vapai-20 den kierrosten väli, esim. väli 7, suuremmaksi kuin muut, mikä aiheuttaa sen, että lämpötilan muuttuessa kelan kompensointi muuttuu ylikompensoituun suuntaan. Näin on mahdollista keksinnön mukaisesti säätämällä jo etukäteen yksi vapaiden kierrosten väli sopivan suuruiseksi saada lämpöti-25 lakompensointi juuri oikeaksi. On edullista valita tämä väli aivan resonaattorin alkuun sopivimmin ensimmäisen ja toisen kierroksen väliksi, koska lämpötilan noustessa ja resonaattorikelan vapaiden kierrosten painuessa lähemmäksi toisiaan, muutos näkyy täällä kaikkein suurimpana.

30

Keksinnön mukainen helix-resonaattorin lämpötilakompensointi on toteutukseltaan hyvin yksinkertainen ja sitä voidaan soveltaa kaikissa rakenteissa, joissa resonaattorikelan avoin pää on tuettu resonaattorikotelon kanteen eristeainei-35 silla sidoksilla.

Claims (2)

6 84211

1. Temperaturkompenserad helix-resonator omfattande en som kretsjord fungerande metallisk eller metalliserad käpa (1) omslutande ätminstone en ledning som lindats tili en spiral-formig spole (4), vars andra ända är öppen och stär pä avständ frän käpans lock (2), och nämnda öppna ända av 25 spolen har stötts styvt vid käpans lock (2) medelst en bindning (3, 4) av ett isolerande ämne sälunda att sista varv vid spolens öppna ända ligger inne i bindningen (3, 4), kännetecknad av att ätminstone ett mellanrum (stigning) (7) mellan spolens fria varv utanför bindningen (3, 4) är 30 större än de andra mellanrummen (stigningarna).

1. Lämpötilakompensoitu helix-resonaattori käsittäen maa-tasona toimivan metallisen tai metalloidun kotelon (1), joka ympäröi ainakin yhtä spiraalinmuotoista kelaksi (4) 5 kierrettyä johdinta, jonka toinen pää on avoin ja etäisyydellä kotelon kannesta (2), ja mainittu kelan avoin pää on tuettu jäykästi kotelon kanteen (2) eristeaineisella sidoksella (3, 4) niin, että kelan avoimen pään viimeiset kierrokset ovat sidoksen (3, 4) sisällä, tunnettu siitä, että 10 ainakin yksi sidoksen (3, 4) ulkopuolella oleva kelan vapaiden kierrosten väli (nousu) (7) on suurempi kuin muut välit (nousut).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpötilakompensoitu 15 helix-resonaattori, tunnettu siitä, että muita suurempi kelan kierrosten väli (nousu) (7) on kahden peräkkäisen lähinnä resonaattorin jalkaa (6) olevan kierroksen väli.

2. Temperaturkompenserad helix-resonator enligt patentkra-vet 1, kännetecknad av att det mellanrum (stigningen) (7) mellan spolens varv, som är större än de andra, är mellarum-35 met mellan de tvä successiva varven som ligger närmast tili resonatorns ben (6).