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Mikrowellenbandfilter mit symmetrischer Dämpfungscharakteristik
In der Mikrowellentechnik werden Bandfilter im allgemeinen aus einem oder aus mehreren Hohl- raumresonatoren hergestellt. Es sei dabei erwähnt, dass in der Mikrowellentechnik manchmal auch der- artige Stromkreiselemente als Hohlräume bzw. als Hohlraumresonatoren bezeichnet werden, die in ihrer äusseren Formgebung nicht den Begriff eines Hohlraumes decken, doch ihr elektrisches Verhalten stimmt mit dem Verhalten der in der Technik der niedrigeren Frequenzen bekannten Oszillatorkreise überein. Die mit mehreren Hohlräumen ausgebildeten Filter werden üblicherweise in einen Hohlraumleiter eingebaut, wobei der Abstand der einzelnen Hohlräume eine Viertelwellenlänge oder das ungerade Vielfache dieser Länge beträgt.
Bei den Bandfilter werden im allgemeinen die folgenden Forderungen gestellt :
In einem gewissen Frequenzbereich wird in dem sogenannten Durchlassbereich die zugelassene höchste Dämpfung und in dem sogenannten Sperrbereich die zu erzielende minimale Dämpfung angegeben.
Die Durchlassbereiche sind im allgemeinen von den Sperrbereichen durch Übergangsbereiche mit beliebiger Dämpfung abgetrennt.
Ausser den oben angeführten Forderungen werden in manchen Fällen, insbesondere bei den in Mehrkanal-Fernmeldesystemen angewandten Filtern auch höhere Forderungen gestellt, gemäss welchen die Dämpfungscharakteristik im Bezug auf den Mittelpunkt des Durchlassbereiches symmetrisch verläuft.
Ist die im Sperrbereich vorgeschriebene Dämpfung hoch, wobei die Durchgangsbereiche schmal bemessen sind, so können diese Forderungen mittels eines einzigen Hohlraumes nicht erfüllt werden.
In diesen Fällen werden in den Hohlraumleiter mehrere Hohlräume in Abständen, die einem ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge entsprechen, eingebaut. Ob diese Abstände tatsächlich einer 1/4-, 3/4- oder 5/4-Wellenlänge entsprechen, hängt von der Aufeinanderwirkung der Hohlräume ab. Falls nämlich die einzelnen Hohlräume auch über die störenden Wellenformen des Hohlraumleiters aneinander gekoppelt sind, ist das Verhalten des Filters unvorteilhaft und nur schwer kontrollierbar. Falls die Möglichkeit derartiger schädlicher Kopplungen besteht, so müssen demgemäss die Hohlräume so weit voneinander angeordnet werden, dass die störenden Wellenformen die entsprechende Dämpfung erleiden.
In diesen Fällen ist ein Abstand von 1/4-Wellenlänge im allgemeinen zu kurz, und die Hohlräume müssen in Abständen von 3/4- oder eventuell von 5/4-Wellenlängen eingebaut werden.
Die tatsächliche Dampfungscharakteristik des Filters kann durch die entsprechende Dimensionierung der Resonanzsteilheit bzw. der charakteristischen Admittanz der einzelnen Hohlräume ausgebildet werden.
Die Ausbildung der einzelnen Hohlräume ist entscheidend für den Aufbau und das Verhalten des Filters. Die zu diesem Zweck angewandten, bekannten Konstruktionen wurden in folgender Weise ausgeführt.
In den Hohlraumleitern wurden Diskontinuitäten, z. B. hineinreichende Kanten, Stäbe, Irisblenden
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hohlraum, dessen Resonanzfrequenz durch die Werte der Induktivitäten und den Abstand der beiden ge- meinsam bestimmt wird. Der Wert der charakteristischen Admittanz der Hohlräume ist ebenfalls von die- sen beiden Werten abhängig.
Gemäss einer andern, in der Praxis angewandten Lösung wird der Hohlraum aus einem Hohlleiter- abschnitt, welcher an seinen Enden durch je eine kapazitive Diskontinuität abgeschlossen ist, ausgebil- det.
Die Anwendung derartiger Systeme ist mit gewissen Nachteilen verbunden. Einer dieser Nachteile ist konstruktiver Art.
Die Länge der Hohlräume mit verschiedener Resonanzsteilheit ist verschieden. Ein anderer Nachteil von grösserer Bedeutung besteht darin, dass die Dämpfungscharakteristik derartiger, aus Induktionen und aus Hohlraumleitern aufgebauten Hohlräumen asymmetrisch ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die einzelnen Hohlräume durch störende Wellenformen aneinander gekoppelt sind. Diese Kopplung kann lediglich dann vermieden werden, wenn die Hohlräume genügend weit, im allgemeinen im Abstand von
3/4 Wellenlänge voneinander angeordnet sind.
Die Erfindung strebt die Beseitigung dieser Nachteile an. Auch beim Erfindungsgegenstand bestehen die einzelnen Hohlräume aus Hohlleiterabschnitten, die mit Diskontinuitäten abgeschlossen sind, doch weist die eine der abschliessenden Diskontinuitäten ein induktives und die andere ein kapazitives Verhalten auf.
Diese Diskontinuitäten sind derart bemessen, dass BL = B ist, wobei BL den Blindleitwert der Induktivität und Bc denjenigen der Kapazität bedeutet. Die Resonanzsteilheit der Hohlraum-Resonatoren hängt von dem Wert dieser Blindleitwerte ab. Die Länge des Hohlraumes beträgt bei einem beliebigen angewandten Blindleitwert die Hälfte der Resonanzwellenlänge. Der Verlauf der Dämpfungscharakteristik der erfindungsgemäss aufgebauten Hohlräume kann in der Umgebung der Resonanzfrequenz mit guter Annäherung als symmetrisch betrachtet werden.
Aus derartigen Hohlräumen kann vorteilhaft ein Filter mit mehreren Hohlräumen aufgebaut werden.
Die die Hohlräume bildenden Diskontinuitäten sind-infolge ihrer unterschiedlichen Natur - in ihrem geometrischen Aufbau wesentlich verschieden. Es kann auf diese Weise erzielt werden, dass die benach- barten Diskontinuitäten über keine störende Wellenform aneinander gekoppelt werden. So können die einzelnen Hohlräume unter Vermeidung einer schädlichen Kopplung auf 1/4-Wellenlänge voneinander derart angeordnet werden, dass auf die z. B. induktive Diskontinuität des einen Hohlraumes die kapazitive Diskontinuität des nächsten Hohlraumes folgt.
Der Erfindungsgegenstand ist demgemäss ein Mikrowellenbandfilter mit symmetrischer Dämpfungscharakteristik, bestehend aus in einen Hohlleiter eingebauten gekoppelten Hohlräumen, in welchem die einzelnen Hohlräume aus Hohlleiterabschnitten, die mit je einer kapazitiven und induktiven Diskontinuität begrenzt sind, gebildet werden, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinanderfolgenden Abstände der kapazitiven und induktiven Diskontinuitäten abwechselnd 1/2-und 1/4-Wellenlänge betragen.
Der Aufbau des vollständigen Bandfilters mit mehreren Hohlräumen ist demgemäss der folgende. In den Hohlleiter sind abwechselnd kapazitive und induktive Diskontinuitäten eingebaut. Die erste Induktivität ist in einem Abstand von 1/2-Wellenlänge von der ersten Kapazität angeordnet. In einer weiteren Entfernung von 1/4-Wellenlänge von dieser Induktivität befindet sich die zweite Kapazität usw. Die ein- zelnen Diskontinuitäten sind derart bemessen, dass der absolute Blindleitwert der Induktivität und der Kapazität, die auf 1/2-Wellenlänge voneinander angeordnet sind, übereinstimmt. Die Dimensionierung der Blindleitwerte kann auf Grund der an das Filter gestellten Forderungen in Kenntnis der bekannten Methoden der Netztheorien ausgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bandfilters ist in Fig. la, Ib, Ic dargestellt. Fig. 2 zeigt eine kapazitive Abstimmungsmöglichkeit.
In Fig. 1a - 1c sind in den Hohlleiter 1 mit Viereckquerschnitt drei Hohlräume eingebaut. Diese
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Wand des Hohlleiters befestigt werden.
Zur Kompensation der mechanischen Ungenauigkeiten kann die in Fig. 2 dargestellte Abstimmung der Kapazitäten 2 angewendet werden. Die Kapazitätsirisblende 4 ist mit einem Ausschnitt versehen, in wel-
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chem ein zylindrischer Bolzen 5 mit veränderlicher Eintauchtiefe angeordnet ist. Mit der Änderung der Eintauchtiefe wird der Kapazitätswert geändert und kann die Admittanz auf den genauen Wert der Admittanz der Induktivität eingestellt werden.
Die induktiven Stäbe erregeninfolge ihrer Anordnung ausschliesslich Hon-Wellenformen, wobei durch
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hängig davon unter den einzelnen Kapazitäten entstehen. Die Abstände dieser Diskontinuitäten betragen aber 3/4-Wellenlänge.