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Mikrowellenbanddurchlassfilter
Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenbanddurchlassfilter, das aus Elementen aufgebaut ist, deren Admittanz starke Frequenzabhängigkeit aufweist, so dass die Dämpfung des Filters mindestens auf einer Seite des Durchlassbereiches steil zunimmt, wobei ausserhalb des. Durchlassbereiches eine hohe Dämpfung erzielt wird. Die Breite des Durchlassbereiches beträgt 1, Clo der mittleren Frequenz oder weniger. Die Breite des Sperrbereiches beträgt dabei ein 10 - 20-faches der Breite des Durchlassbereiches. Das erfindungsgemässe Filter kann durch einen Wellenleiter gebildet werden, in welchem die Grundwelle erregt wird (z.
B. durch einen Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt und in der TE1. Schwingungsform er- regt, oder durch einen koaxialen Wellenleiter in der TEM erregt), wobei die Anforderungen durch eine verhältnismässig geringe Anzahl von Elementen erfüllt werden und das Filter gegenüber Ungenauigkeiten bei der Herstellung unempfindlich ist. Die Grenzfrequenz des Wellenleiters soll weit geringer sein als die geringste Betriebsfrequenz.
Mikrowellenbanddurchlassfilter, die in Wellenleiter eingebaut sind, bestehen aus voneinander in bestimmten Abständen angeordneten Admittanzelementen, die in der Ersatzschaltung des Wellenleiters als parallele Zweipole dargestellt werden können. Bei den bekannten Ausführungen, z. B. gemäss den Fig. 1
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von kapazitiver Eigenschaft, die in der Ersatzschaltung parallel geschalteten Reihenschwingungskreisen entsprechen, deren Resonanzfrequenz weit grösser ist als die mittlere Frequenz des Durchlassbandes des Filters und die somit im Filter - annähernd - als parallel geschaltete Kapazitäten betrachtet werden können.
Es sind ferner bereits Mikrowellenbandsperrfilter bekannt, deren Reaktanzelemente in der Ersatzschaltung des Hohlleiters als Nebenschlussreihenschwingungskreise gekennzeichnet werden können und deren Resonanzfrequenz im erforderlichen Sperrband des Filters liegt. In Fig. 2a ist ein derartiges Reaktanzelement dargestellt. Es ist ersichtlich, dass es aus drei Bestandteilen besteht. Zunächst ist eine Stange la vorgesehen, die nahe der Halbierungslinie der einen schmalen Seite des Hohlleiters senkrecht hervorragt und in einer Scheibe ausläuft. Gegenüber dieser Stange ist an der andern Schmalseite des Hohlleiters eine Abstimmschraube 2a zum Einstellen der Kapazität der Scheibe angeordnet.
Schliesslich ist eine zweite Abstimmschraube 3a vorgesehen, die in der gleichen Ebene wie die Stange la aus einer breiteren Seitenwand des Hohlleiters senkrecht in den Innenraum desselben hervorsteht. Der Abstand zwischen den einzelnen Reaktanzelementen muss hier mit À/4 gewählt werden, wobei À die der mittleren Frequenz des Sperrbandes im Hohlleiter entsprechende Wellenlänge bedeutet. Bei Filtern dieser Art ist das Sperrband sehr schmal und beträgt kaum einige Prozente der mittleren Frequenz. Dies ist dadurch bedingt, dass die Nebenschlussadmittanz der Reihenschwingungskreise ausserhalb eines derart schmalen Bandes viel geringer ist als die Wellenadmittanz des Hohlleiters. Hiezu kommt, dass auch ihr 2. C/L-Wert wesentlich geringer ist als die Wellenadmittanz des Hohlleiters.
Ein Filter dieser Art ist nicht geeignet, ein Sperrband zu ergeben, dessen Breite 20 - 30 % der mittleren Frequenz des Sperrbandes beträgt.
Aus der Theorie der Wellenleiter ist bekannt, dass eine im Wellenleiter fortschreitende elektromagnetische Welle durch eine parallele Admittanz zum Teil derart reflektiert wird, dass die reflektierte Welle eine umso grössere Amplitude aufweist, je höher der Wertder eingeschalteten Admittanz ist. Bei
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wählt werden, dass im Durchlassbereich die durch die einzelnen Admittanzen reflektierten Wellen entgegengesetzte Phasen aufweisen und einander möglichst auslöschen, d. h. die dem Wellenleiter zugeführte elektromagnetische Welle praktisch ohne Reflexion (d. h. Dämpfung) durch das Filter hindurchgeht, während im Sperrbereich die reflektierten Wellen phasengleich sind und somit die zugeführte Wellezum grösseren Teil reflektiert wird, d. h. das Filter starke Dämpfung hervorruft.
Eine hohe Dämpfung kann durch die Einschaltung von hohen Admittanzen erreicht werden, wobei aber das Durchlassband schmal wird. Vorteilhafte elektrische Eigenschaften können durch Filter erreicht werden, deren parallele Admittanzen im Sperrbereich hohe Werte und im Durchlassbereich geringe Werte aufweisen. Beiden. bekann- ten Ausführungen gemäss den Fig. 1 und 2 sind die Admittanzen zum grösseren Teil durch induktive Elemente vertreten, wobei die kapazitiven Abstimmzapfen mit geringer Admittanz lediglich dazu dienen, das Filter in geringem Masse nachstimmen zu können. Die Admittanz dieser induktiven Elemente ist zur Frequenz umgekehrt proportional, d. h. bei einem schmalen Band ist die Admittanz des Filters im Sperrbereich und im Durchlassbereich ungefähr gleich hoch.
Beim erfindungsgemässen Filter wird die parallele Admittanz ebenfalls durch Resonanzzapfen gebildet, die in der Ersatzschalrung des Hohlleiters als Nebenschlussreihenschwingungskreise wirken. Andere Elemente sind dabei nicht erforderlich. Der-Resonanzzapfen wird aus einem parallel zu den elektrischen Kraftlinien der Grundwelle in das Innere des Wellenleiters reichenden Zapfen gebildet, dessen Länge derart gewählt ist, dass in der Ersatzschaltung des Wellenleiters die Resonanzfrequenz des parallel einge-
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Durchlassbandes des Filters liegt.
(Die Verluste werden dabei als vernachlässigbar erachtet, d. h. in diesem Rei- henschwingungskreis werden keine Wirkwiderstände vorausgesetzt. ) Die Admittanz des Resonanzzapfens än- densichin der Näheder Resonanzfrequenz vielschneller, als die Admittanz eines induktiven Elementes im selben Bereich, so dass durch die Anwendung eines Resonanzzapfens eher erreicht werden kann, dass die Admittanzen des Filters im Sperrbereich hohe Werte, im Durchlassbereich dagegen geringe Werte aufweisen.
Bei einem Banddurchlassfilter sind die geforderten Sperrbereiche-im Gegensatz-zu den Bandabsperren - viel breiter als das Durchlassband ; die Breite der ersteren beträgt z. B. das 10 - 20-fache der Breite der letzteren. Deshalb soll die Admittanz der im Filter verwendeten Resonanzzapfen - gemäss Berechnungen und Versuchen - selbst bei einem Abstand von z. B. 10 % von der Resonanzfrequenz mindestens 2, 5-mal höher sein als die Wellenadmittanz des Wellenleiters. Gemäss Berechnungen folgt hieraus, dass lediglich ein Resonanzzapfen verwendet werden kann, bei welchem die aus der Induktivität L und der Kapazität C seines gleichwertigen Zweipols gebildete Grösse 2.
VC/L nicht geringer ist als die Wellenadmittanz des Wellenleiters. (Um die Grösse 2. VC/L zu erhöhen, soll im allgemeinen die Dicke des Resonanzzapfens vergrössert werden.) Derartige Resonanzzapfen sollen derart in den Wellenleiter eingelegt werden, dass ihr gegenseitiger Abstand das 0, 4-0, 6-fache jener Wellenlänge beträgt, die im Wellenleiter der mittleren Frequenz des Durchlassbandes entspricht (da gemäss Versuchen und Bérechnungen das Stehwel- lenverhältnis des durch seinen Wellenwiderstand abgesperrten Filters im Durchlassbereich auf diese Weise auf einem geringen Wert gehalten werden kann), wogegen ihre Resonanzfrequenz in einen Bereich fällt, wo gemäss den Vorschriften des Filters eine hohe Dämpfung erforderlich ist.
Somit kann mittels einer geringen Anzahl von Resonanzzapfen ein Bandfilter hergestellt werden, das im einzelnen schmäle- ren Frequenzbändern des Sperrbereiches-derartige Bänder können auf eiher oder aufbeiden Seiten des Durchlassbandes vorhanden sein - eine sehr hohe Dämpfung von ungefähr 60 bis 80 dB, in den übrigen Teilen des Sperrbereiches dagegen eine geringere Dämpfung von 15 bis 30 dB ergibt.
Das erfindungsgemässe Banddurchlassfilter enthält in Abhängigkeit von der für den Sperrbereich vorgeschriebenen Dämpfung drei oder mehr als drei Resonanzzapfen. Ein-mögliches Ausführungsbeispiel ist
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ter in den Fig. 7-10 dargestellt. Die Fig. 3 und 7 zeigen das Filter in axonometrische Darstellung, die Fig. 4 und 8 im Längsschnitt, die Fig. 5 und 9 im Querschnitt, und die Fig. 6 und 10 in Draufsicht. In beiden Fällen besteht das Filter aus drei Resonanzzapfen, die beim Beispiel mit Hohlleiter durch die Bezugszeichen 5. 6, 7 und beim Beispiel mit koaxialer Ausführung durch die Bezugszeichen 8, 9, 10 bezeichnet sind. Um die vorgeschriebenen Übertragungskenalinien derartiger Filter zu erhalten, können drei Parameter frei gewählt werden.
Diese drei Parameter bestehen im gegenseitigen Abstand, in der Resonanzfrequenz und in der Kenngrösse 2. ëïL der Resonanzzapfen. Der Wert von 2 . VEL kann bei Hohlleitern durch Annäherung der Resonanzzapfen an eine der Schmalseiten des Hohlleiters verringert werden. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil auf diese Weise bei Verwendung von Resonanzzapfen mit gleichem Durchmesser die Grösse 2. VC/L zwischen entsprechenden Grenzen geändert werden kann, d. h. die vorgeschriebene Kennlinie auch mittels Resonanzzapfen von gleichem Durchmesser erreicht werden
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kann, was bezüglich der Herstellung zweckdienlich ist. In diesem Fall liegen die Resonanzzapfen nicht in der gleichen Ebene (Fig. 3 und 6).
Im koaxialen Wellenleiter können die Resonanzzapfen in der dargestellten Weise in Scheiben auslaufen (Fig. 7). Durch die Kettenschaltung von Filtern mit Resonanzzapfen dieser Art können Filter hergestellt werden, die hohen Anforderungen entsprechen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mikrowellenbanddurchlassfilter, das aus einem Mikrowellenleiter mit Resonanzzapfen besteht, wobei die Grenzfrequenz des Mikrowellenleiters geringer ist als die geringste Berriebsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der im gleichwertigen Zweipol dieser Resonanzzapfen auftretenden Induktivität L und Kapazität C gebildete Grösse 2. C/L nicht geringer ist als die Wellenadmittanz des Wellenleiters, wobei der gegenseitige Abstand der Resonanzzapfen das 0, 4-0, 6-fache jener Wellenlänge beträgt, die im Wellenleiter der mittleren Frequenz des Durchlassbandes entspricht.