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Mikrowellenbandsperrfilter
Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenbandsperrfilter, das in einem Hohlleiter von rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.
Die Erfindung bezweckt die leichte Nachstellbarkeit der Abstimmelemente derartigerBandsperrfilter, wobei das erfindungsgemässe Bandsperrfilter insbesondere dann vorteilhaft verwendet werden können soll, wenn in der Nähe des Sperrbandes in einem bestimmten und im folgenden als Durchlassband bezeichneten Frequenzband Signale bei möglichst geringer Reflexion übertragen werden sollen. Der Abstand zwischen der Mittelfrequenz dieses Durchlassbandes und der mittleren Frequenz des Sperrbandes kann auf 1, 5 - 2 % der letzteren'Frequenz verringert werden, wobei das Stehwellenverhältnis im Durchlassband höchstens l, 2 beträgt.
Es ist bereits vorgeschlagen worden. in den Hohlleitern Reaktanzelemente vorzusehen, die in der Ersatzschaltung des Hohlleiters als Nebenschlussreihenschwingungskreise gekennzeichnet werden können und deren
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einer Abstimmschraube gegenüber dem Stab in der ändern schmalen. Seitenwand des Hohlleiters zum Einstellen der Kapazität der Scheibe, und schliesslich aus einer zweiten Abstimmschraube, die mit dem Stab in gleicher Ebene angeordnet ist und aus der einen breiten Seitenwand des Hohlleiters senkrecht in den Hohlleiterinnenraum hineinragt.
Die Admittanz des derart ausgebildeten Reaktanzelementes weist bei der Frequenz 0 den Wert 0 auf, wobei sie bei Zunahme der Frequenz monoton zunimmt, bei der Resonanzfrequenz den Wert + 00 erreicht. sodann bei weiterer Zunahme der Frequenz von - 00 aus wieder monoton zunehmend sich asymptotisch dem Wert Null nähert. Somit weicht der Wert der Admittanz in der Umgebung der Resonanzfrequenz vom Wert Null überall wesentlich ab. Der Abstand zwischen den Reaktanzelementen ist derart zu wählen, dass im Sperrband, d. h. in der Umgebung der Resonanzfrequenz, die durch die einzelnen Reaktanzelemente reflektierten Wellen sich gegenseitig verstärken und somit der grösste Teil der einfallenden Welle durch das Filter reflektiert wird.
Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der er- wähnte Abstand ein ungerades Mehrfaches der der Resonanzfrequenz entsprechenden Viertelwellenlänge beträgt. Die Wellen, deren Frequenz dem Durchlassband entspricht, müssen mit geringer Dämpfung über das Filter gehen ; die reflektierte Welle muss demnach geringer sein. Da aber bei Erfüllung der vorherigen Bedingung die durch die einzelnen Reaktanzelemente reflektierten Wellen einander gegenseitig verstärken, wird die resultierende reflektierte Welle nur dann gering sein, wenn auch die Wellenkomponen- ten gering sind, d. h. die einzelnen Reaktanzelemente auch gesondert eine geringe Reflexion hervorrufen. Diese letztere Bedingung kann umso besser erfüllt werden, je geringer die Admittanz der Reaktanzelemente im Durchlassband ist.
Demgemäss kann die gestellte Aufgabe durch die bekannten Filter, bei
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den.
Es sind auch Reaktanzelemente vorgeschlagen worden, bei welchen das Vorzeichen der Admittanz des Reaktanzelementes in der Nähe des Sperrbandes bei einer gegebenen Frequenz wechselt, d. h. die Admittanz durch den Nullwert geht. Auch diese Reaktanzelemente enthalten die schon beschriebenen drei Bestandteile, die in den Innenraum des Hohlleiters hineinragen. Ausserdem ragen in einer mit den
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drei Bestandteilen gemeinsamen Ebene noch andere, in verschieden gestaltete Scheiben auslaufende Stäbe in den Innenraum des Hohlleiters, mittels welcher der Nullwert der Admittanz eingestellt werden kann.
DieseReaktanzelemente sind jedoch schwer einstellbar, wobei die Nullwerte bzw. unendlich grossen Werte ihrer Admittanz voneinander stark abhängig sind. Auch die Admittanz des Reaktanzelementes des erfindungsgemässen Filters ändert ihr Vorzeichen in der Nähe des Sperrbandes bei einer im voraus bestimmbaren Frequenz, d. h. sie geht über den Wert Null hindurch. In der Umgebung dieser Frequenz kann demnach die an das Durchlassband gestellte Forderung verhältnismässig besser erflillt werden, da hier die Admittanz gering bleibt und auch ein Stehwellenverhältn1s geringer als 1, 1 erreicht werden kann.
Die er- wähnte Frequenz kann beliebig höher oder geringer sein als die Resonanzfrequenz. d. h. das Durchlassband des Filters kann unterhalb oder oberhalb des Sperrbandes gewählt werden, wobei der Abstand der mittleren Frequenzen der beiden Bänder erforderlichenfalls auf 1, 5-2 % der mittleren Frequenz des. Spesbandes verringert werden kann.
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tallisch verbunden und der Hohlleiter derart. in zwei Teile unterteilt, dass die Frequenzen sowohl des Sperrbandes, wie auch des Durchlassbandes geringer werden als die G ! enzfrequenz der durch das Trenmelement erhaltenen beiden Hohlleiter von geringerer Breite.
Die beiden Abstimmschrauben ragen an beiden Seiten des Trennelementes von je einer breiteren Seitenwand des Hoblleiters in den einen bzw. andern Hohlleiterabschnitt von geringerer Breite. Ihre Tauchtiefen können derart eingestellt werden, dass die Admittanz des aus dem Trennelement und den beiden Abstimmschtauben bestehenden Reaktanzelementes von Verlusten abgesehen bei der mittleren Frequenz des gewünschten Sperrbandes unendlich gross und bei der mittleren Frequenz des gewünschten Durchlassbandes gleich Null i Ein aus auf diese Weise eingestellten Reaktanzelementen zusammengestelltes Filter wird der gestellten Forderung besser gerecht als die bisher bekannten Anordnungen dieser Art, wobei es durch seine Abstimmschrauben leicht eingestellt werden kann.
Drei Ausführungsbeispiele des Reaktanzelementes des erfindungsgemässen Mikrowellenbandsperrfilters sind in den Fig. 1 - 3 perspektivisch dargestellt. Fig. 4 zeigt dabei die Draufsicht einer Armatur mit drei Reaktanzelementen, während Fig. 5 die Seitenansicht derselben darstellt
Der rechteckige Hohlleiter ist durch schmälere Seitenwinde 1 und 2 bzw. durch breitere Seitenwände 3 und 4 begrenzt. In diesem Hohlleiter ist senkrecht zu den Seitenwänden 3 und 4 und parallel zu den Seitenwänden 1 und 2 in der Halbierungsebene der breiteren Seitenwände 3 und 4 ein TreHnelementS an- gebracht, das mit den Seitenwänden 3 und 4 metallisch verbunden ist. Das Trennelement 5 kann aus einer Metallplatte bestehen, wie dies in den Fig. l und 4 bzw. 5 dargestellt ist.
Es ist aber auch möglich, das Trennelement 5 als einen einzigen Stab auszubilden, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Trennelement aus vier Stäben 5 besteht, die eine Stabreihe bilden.
Das Trennelement 5 unterteilt den ursprünglichen Hohlleiter in zwei Hohlleiterabschnitte von gleicher Breite. Die Grenzfrequenz dieser Hohlleiterabschnitte ist höher als die Frequenzen des gewünschten Durchlassbandes und des Sperrbandes. In der durch die Halbierungsliriie des Treanelemesstes 5 bestimmten Qmsr- schnittsebene sind in den Hohlleiterabschnitten gleicher Breite seakrecht zu den Seitenwänden 3,4 und parallel zu den Seitenwänden 1, 2 zylindrische Metallzapfen 6 und 7 angebracht.
Diese zylindrischen Metallzapfen stehen mit der Seitenwand 3 in metallischer Berührung, wobei ihre im HoMielterinHenraum messbare Tauchtiefe bei der Einstellung des Filters derart geregelt werden kann, dass durch das Reaktanz- element bei der mittleren Frequenz des gewünschten Durchlassbandes eine geringere Reflexion, während bei der mittleren Frequenz des gewünschten Sperrbandes wow8gUch eine voBsEämlge Reflexion bewirkt wird.
Die Steilheit der Admittanzkurve des Reaktanzelementes, der Abstand der dem Nullpunkt bzw. den im Unendlichen liegenden Punkt der Admittanzkurve entsprechenden Frequenzen, so wie die bei diesen Frequenzen auftretende Dämpfung kann durch eine geeignete Wahl der Länge des TreaneleBasntes 5 und durch Entfernung der Zapfen 6 und 7 von den Seitenwänden l bzw. 2 auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Gemäss Laboratoriumsmessungen kann der Abstand der erwähnten Frequenzen ohne Schwierigkeiten selbst auf 7 % der mittleren Frequenz des Sperrbandes verringert werden, wobei dann d Dämpfmig in der Mitte des Durchlassbandes etwa 0,3 dB und in der Mitte des Sperrbandes etwa 30 dB betragen kann.
Bei nicht strengen elektrischen Vorschriften können die Bedingungen bereits durch ein einziges Trennelement erfüllt werden, das aus einem einzigen Stab besteht.
Beim Reaktanzelement des erfindungsgemässen Filters kann durch den einen Zapfea die NttUsteUe der Admittanz und durch den andern Zapfen die Unendlichkeitsstelle der Admittanz eingestellt werden,
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wobei die einfallende Welle bei der ersteren Frequenz durch das Reaktanzelement ohne Reflexion hindurchgelassen, bei der zweiten Frequenz hingegen vollständig reflektiert wird. Die Einstellungen der beiden Zapfen werden gegenseitig nur in geringem Masse beeinflusst. wodurch das Filter leicht einstellbar ist. Die Admittanzkurven des Reaktanzelementes in beiden möglichen Fällen, d. h. bei Nullstellen un- terhalb oder oberhalb der Unendlichkeitsstelle, sind in den Fig. 6 und 7 der Zeichnung dargestellt.
Um das Mikrowellenbandsperrfilter zusammenzubauen, muss mindestens eines der beschriebenen Reaktanzelemente im Hohlleiter angebracht werden. Die Anzahl der verwendeten Reaktanzelemente wird
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M-here Anzahl von Reaktanzelementen ist erforderlich, wobei ihr gegenseitiger Abstand z. B. 5 X/4 betragen kann, wo Xjene Wellenlänge bedeutet, die im Hohlleiter der mittleren Frequenz des Durchlassbandes ent- spricht. Es ist nicht zweckmässig. die Reaktanzelemente einander näher anzubringen, da dandle einzelnen Reaktanzelemente auch über die höheren Schwingungsmoden miteinander gekoppelt werden, wodurch die Sperrdämpfung des Filters nachteilig beeinflusst wird.
Mit Rücksicht darauf, dass die Nebenschlussad- mittanz der Reaktanzelemente des erfindungsgemässen Filters auch in unmittelbarer Nähe des Sperrban- des auf einen sehr geringen Wert eingestellt werden kann, ist es möglich, aus diesen Reaktanzelementen ein Bandsperrfilter zusammenzustellen, durch das ein gewünschtes Frequenzband auch ganz nahe zum hochgedämpften Absperrband bei geringer Reflexion übertragen werden kann.
Es soll bemerkt werden. dass das Trennelement 5 nicht unbedingtindermittlerenEbenedes Hohllei- ters angebracht werden muss.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mikrowellenbandsperrfilter in einem rechteckigen Hohlleiter, bei dem an der Innenfläche der breiteren Seitenwände leitende Stäbe parallel zu den schmaleren Seitenwänden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trennelement (5) den Hohlleiterquerschnitt in zwei Teile unterteilt und die breiteren Seitenwände (2, 3) des Hohlleiters miteinander metallisch verbindet, wobei an beiden Seiten des Trennelementes je ein Metallzapfen (6, 2) aus der einen breiteren Seitenwand des Hohlleiters in die durch die Unterteilung erhaltenen Teile hineinragt, mit der ihm gegenüberliegenden breiteren Seitenwand je- doch in keiner metallischen Berührung steht.