DE102007001832A1

DE102007001832A1 - Magnetisch durchstimmbares Filter mit Koplanarleitungen

Info

Publication number: DE102007001832A1
Application number: DE102007001832A
Authority: DE
Inventors: Michael Aigle; Claus Tremmel; Dirk Schneiderbanger; Robert Rehner; Michael Sterns; Lorenz-Peter Schmidt; Sigfried Martius
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG; Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-01-10
Also published as: US8120449B2; US20090039983A1; EP2036160B1; EP2036160A1; WO2008003483A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein magnetisch durchstimmbares Filter (1) mit einem Filtergehäuse (2) und mit zwei durchstimmbaren und aus magnetisierbarem Material bestehenden Resonatorkugeln (3a, 3b), die nebeneinander in zwei Filterarmen (4a, 4b) angeordnet sind. Jeder Filterarm (4a, 4b) weist eine auf einer Substratschicht (5) angeordnete und in Richtung eines elektrischen Anschlusses (6) verlaufende Koplanarleitung (7) sowie eine gemeinsame Koppelöffnung (8) auf, wodurch die beiden Filterarme (4a, 4b) miteinander verbunden sind, wobei nicht unbedingt eine Sichtverbindung der Kugeln gegeben sein muss. Dabei ist jeweils eine Resonatorkugel (3a, 3b) auf jeder der beiden Seiten der Koppelöffnung (8) innerhalb der Filterarme (4a, 4b) positioniert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisch durchstimmbares Filter gemäß des Anspruchs 1. Magnetisch durchstimmbare Filter finden z. B. Verwendung als variable Bandpässe in Spektrumanalysatoren und Netzwerkanalysatoren, wobei die gewünschte Resonanzfrequenz mittels eines externen veränderbaren Magnetfeldes eingestellt wird.
Aus dem Patent US 4,888,569 geht ein variabler Bandpass für Frequenzen innerhalb eines Frequenzbereichs von maximal einem Hohlleiterband z.B. 50–75 GHz mit vier Resonatorkugeln hervor. Der variable Bandpass umfasst einen Eingangshohlleiter, einen Ausgangshohlleiter und einen Übergangshohlleiter, welche für die Ausbreitung eines TE₁₀ Wellenmodes ausgelegt sind. Das Ende des mit einer Kurzschlusswand terminierten Eingangshohlleiters, der Anfang des Ausgangshohlleiters, der ebenfalls mit einer Kurzschlusswand versehen ist und der in Richtung des extern angelegten homogenen Magnetfelds unterhalb des Eingangshohlleiters und des Ausgangshohlleiters angebrachte Übergangshohlleiter, ist im Betrieb zwischen zwei Magnetpolen angeordnet, die das für die Einstellung einer Resonanzfrequenz veränderbare Magnetfeld zuführen. Eingangshohlleiter und Ausgangshohlleiter weisen in Richtung der Wellenpropagation ein rechteckiges Profil auf, das im Koppelbereich eine deutlich kleinere Querschnittsfläche aufweist als am Verbindungsflansch. Der Koppelbereich des variablen Bandpasses umfasst die vier nahe an einer Kurzschlusswand angebrachten Resonatorkugein und jeweils das verjüngte Ende des Eingangshohlleiters und des Ausgangshohlleiters sowie den Übergangshohlleiter mit konstanter Querschnittsfläche.
Ein Nachteil des in der US 4,888,569 beschriebenen variablen Bandpasses besteht darin, dass im Resonanzfall die Feldverteilung der auszukoppelnden Welle im Koppelbereich ungünstig ist, da diese in einem Hohlleiter geführt ist, dessen Profil sich senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der auszukoppelnden Welle zum Koppelbereich hin verkleinert. Dadurch kommt es zu unerwünschten Reflexionen, die destruktiv überlappen und somit den Betrag der durch die einlaufende Welle transportierten Energie mindern. Dieser Effekt betrifft auch die im Ausgangshohlleiter auslaufende Welle, die nun eine definierte Frequenz aufweist, so dass insgesamt bezogen auf den Eingang des Eingangshohlleiters und den Ausgang des Ausgangshohlleiters die Einfügedämpfung erhöht ist, da die Feldverteilungen im Koppelbereich wegen der sich verjüngenden Geometrie der Hohlleiter gestört sind.
Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Bandbreite des Hohlleiterkonzepts.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein magnetisch durchstimmbares Filter für hohe Frequenzen zu schaffen, welches im Resonanzfall eine möglichst niedrige Einfügedämpfung und im Entkopplungsfall eine sehr hohe Isolation von Filtereingang und Filterausgang aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße magnetisch durchstimmbare Filter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des magnetisch durchstimmbaren Filters sind Gegenstand der hierauf rückbezogen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße magnetisch durchstimmbare Filter umfasst ein Filtergehäuse und zwei durchstimmbare und aus magnetisierbaren Material gefertigte Resonatorkugeln. Diese sind nebeneinander in zwei Filterarmen angeordnet, wobei jeder Filterarm eine auf einer Substratschicht aufgebaute und in Richtung eines elektrischen Anschlusses, i.e. in Richtung des Signaleingangs bzw. in Richtung des Signalausgangs, verlaufende Koplanarleitung aufweist. Beide Filterarme sind durch eine gemeinsame Koppelöffnung miteinander verbunden und haben ein gemeinsames Filtergehäuse. Beidseits der Koppelöffnung sind die Resonatorkugeln auf jeder Seite innerhalb der beiden Filterarme angeordnet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das erfindungsgemäße magnetisch durchstimmbare Filter zwei Koplanarleitungen aufweist, wodurch eine gute Führung der einlaufenden elektromagnetischen Welle sowie der auslaufenden Welle gewährleistet ist. Die Koplanarleitungen besitzen keine untere Grenzfrequenz.
Des Weiteren ist es von Vorteil, dass die Resonatorkugeln im Bereich eines Kurzschlusses positioniert werden, da hier über einen großen Frequenzbereich ein Magnetfeldmaximum auftritt, welches unabhängig von der Frequenz der einlaufenden elektromagnetischen Welle ist. Aus der Koppelstruktur und dem Leitungstyp der Koplanarleitung ergibt sich, dass der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen Filters im Hinblick auf die Frequenz relativ breit ist und somit für einen zu filternden Frequenzbereich z. B. von 40GHz bis 75GHz gut geeignet ist.
Ferner haben die verwendeten Koplanarleitungen den Vorteil, dass sie einen definierten Wellenwiderstand aufweisen, so dass eine gute Ankopplung der Resonatorkugeln einstellbar ist. Der Wellenwiderstand der Koplanarleitung im Bereich der Resonatorkugeln ist zudem durch die Verwendung eines λ/4-Transformators oder eines Tapers einfach anzupassen.
Zudem ist die Koplanarleitung vorzugsweise auf einem Substrat aufgebaut, dessen Dielektrizitätszahl möglichst niedrig ist, um die Wellenlänge im Vergleich zum Durchmesser der Resonatorkugeln möglichst groß zu halten. Eine im Vergleich zum Durchmesser der Resonatorkugel große Wellenlänge vermindert die Anregung von störenden Nebenmoden, da bei einer großen Wellenlänge die magnetische Feldverteilung im Volumen der Resonatorkugel homogener ist als bei einer kleineren Wellenlänge.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn die beiden Koplanarleitungen vollständig in metallische Kanäle eingebettet sind, so dass diese weitgehend von metallischen Wänden umgeben sind. Im Resonanzfall wird eine Energieübertragung dadurch ermöglicht, dass diese Kanäle bzw. die Filterarme über eine Koppelöffnung miteinander verbunden sind, wobei die Koppelöffnung gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedlich ausgebildet ist oder wahlweise Blenden mit geometrisch unterschiedlichen bzw. verschieden positionierte Blendenöffnungen aufweist.
Eine mittels einer metallischen Trennwand teilweise geschlossene Koppelöffnung hat den Vorteil, dass die Resonatorkugeln keine direkte Sichtverbindung zueinander haben. Die Höhe der Trennwand wird dabei vorteilhafterweise so gewählt, dass zwar die Sichtverbindung zwischen den Resonatorkugeln unterbunden ist, aber noch ein ausreichender Koppelfaktor gewährleistet ist. Dies ist ein bedeutender Unterschied zu allen bisherigen Konzepten.
Sowohl die Struktur als auch die Betriebsweise der Erfindung sowie deren weitere Vorteile und Aufgaben sind jedoch am besten anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen verständlich. In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer schematisch dargestellten Struktur eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
2 eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Struktur eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
3 eine Seitenansicht einer schematisch dargestellte Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
4 eine Vorderansicht auf eine schematisch dargestellte Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
5 eine perspektivische Darstellung einer schematisch dargestellte Struktur eines Filterarms gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
6 eine erste Ausführungsform des Endbereichs der Koplanarleitung des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
7 eine zweite Ausführungsform des Endbereichs der Koplanarleitung des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
8 den simulierten Entkopplungsverlauf des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters;
9 den simulierten Verlauf der Verkopplung in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters sowie den simulierten Dämpfungsverlust der H₁₀ Mode eines 2mm breiten und 0,7mm langen Koppel-Hohlleiters und
10 einen simulierten Resonanzverlauf des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters bei einer Resonanzfrequenz von 67,8 GHz.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer schematisch dargestellten Struktur eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 mit einem Filtergehäuse 2 und mit zwei abstimmbaren und aus magnetisierbaren Material, inbesondere aus Hexaferrit, bestehenden Resonatorkugeln 3a, 3b. Das gesamte Filtergehäuse 2 umfasst zwei Filterarme 4a, 4b, sowie einen Signaleingang 6a und einen Signalausgang 6b, wobei die Resonatorkugeln 3a, 3b nebeneinander in den zwei Filterarmen 4a, 4b angeordnet sind.
Jeder der beiden Filterarme 4a, 4b beinhaltet eine auf einer Substratschicht 5 aufgebaute und in Richtung eines elektrischen Anschlusses 6 verlaufende Koplanarleitung 7, wobei die Substratschicht 5, die vorzugsweise eine niedrige Dielektrizitätszahl aufweist, am metallischen Boden 10 des Filterarms 4a, 4b angeordnet ist. Die beiden nebeneinander liegenden und sich berührenden Filterarme 4a, 4b sind durch eine gemeinsame Koppelöffnung 8 miteinander verbunden, wobei jeweils eine Resonatorkugel 3a, 3b auf jeder Seite der Koppelöffnung 8 innerhalb der beiden Filterarme 4a, 4b oberhalb der Koplanarleitung 7 positioniert ist.
Die Koplanarleitung 7 weist zwei äußere Leitungsstreifen 27a, 27b und einen mittleren Leitungsstreifen 28 auf, die sich auf derselben, dem metallischen Boden 10 abgewandten Seite der Substratschicht 5 befinden und im Endbereich 30 des Filterarms 4a, 4b einen Kurzschlussbereich 31 aufweisen. Im Kurzschlussbereich 31 sind die beiden äußeren Leitungsstreifen 27a, 27b und der mittlere Leitungsstreifen 28 durch eine Metallschicht leitend miteinander verbunden. Ferner ist im Kurzschlussbereich 31 eine Durchkontaktierung 35 vorgesehen, die die Metallschicht durch die Substratschicht 5 hindurch mit dem Boden 10 des Filterarms 4a, 4b bzw. des Filtergehäuses 2 leitend verbindet.
Diese hohlleitergekoppelten Koplanarleitungen 7 haben den Vorteil, dass die Felder in der Nähe des mittleren Leitungsstreifen 28 und der nicht leitenden Schlitze 29a, 29b konzentriert sind, wobei die Stromdichte in Längsrichtung in der Nähe des Kurzschlussbereichs 31 Maximalwerte aufweist. Durch die in dem metallischen Filtergehäuse 2 eingebettete Koplanarleitung 7 erreicht man somit eine gute und durch die Leitungsgeometrie definierte Führung der zu transportierenden elektromagnetischen Welle.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Struktur eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1. In der gemeinsamen Koppelöffnung 8 befindet sich nun eine erste, dünne Trennwand 9, die zwischen den jeweiligen Substratschichten 5 der Filterarme 4a, 4b bis auf den metallischen Boden 10 des Filtergehäuses 2 reicht. Beidseits dieser Trennwand 9, dessen Dicke 15 mit zwei Pfeilen bemaßt ist und z. B. zwischen 10 μm–100 μm, bevorzugt ca. 50 μm bemessen ist, sind die Resonatorkugeln 3a, 3b, die aus einem ferri-magnetischen oder einem ferromagnetischen Material bestehen und einen Durchmesser von z. B. 100 μm–1000 μm, bevorzugt ungefähr 300 μm, aufweisen, auf einem nicht weiter dargestellten Quarzträger mit Epoxykleber verklebt. Der Quarzträger mit der Resonatorkugel 3a, 3b ist im Kurzschlussbereich 31 der Koplanarleitung 7 platziert.
Die gestrichelten Linien, welche parallel zum Signaleingang 6a bzw. zum Signalausgang 6b verlaufen, deuten jeweils eine zweite dünne Trennwand 19 an, welche in diesem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters gegenüber dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hinzu kommt und anhand von 3 näher beschrieben wird.
3 zeigt eine Seitenansicht einer schematisch dargestellte Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 mit der bezüglich der beiden Filterarme 4a, 4b mittig angebrachten ersten Trennwand 9 und mit der zweiten Trennwand 19, welche in der vorhergehenden 2 lediglich als gestrichelte Linie angedeutet wurde.
In dieser Seitenansicht ist erkennbar, dass die Höhe 11 der ersten Trennwand 9 geringer ist als die Gesamthöhe 12 des Filtergehäuses 2 bzw. des Filterarms 4a, 4b, so dass diese erste Trennwand 19 eine direkte Sichtverbindung zwischen den beiden Resonatorkugeln 3a, 3b, die beidseits der ersten Trennwand 9 angeordnet sind, verhindert.
Zwischen einer Decke 16 des Filtergehäuses 2 und einer oberen Kante 17 der ersten Trennwand 9, die innerhalb der Koppelöffnung 8 parallel zu dieser verläuft und deren Länge 13 der Länge 14 der Koppelöffnung 8 entspricht, befindet sich daher ein erster viereckiger Spalt 18.
In einer zusätzlichen nicht weiter dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters kann statt der ersten Trennwand 9 innerhalb der gemeinsamen Koppelöffnung 8 der Filterarme 4a, 4b auch eine Blende angebracht sein, die vom Boden 10 des Filtergehäuses 2 bis zur Decke 16 des Filtergehäuses 2 reicht und eine beliebig geformte und positionierte Blendenöffnung aufweist. Die Blendenöffnung kann beispielsweise kreisförmig, ellipsenförmig oder rechteckig sein oder die Form eines Polygons aufweisen.
Die zweite Trennwand 19 ist innerhalb der Filterarme 4a, 4b vorgesehen und steht jeweils senkrecht zur Längsrichtung der Koplanarleitung 7 und zur ersten Trennwand 9, wobei die Länge 21 der zweiten Trennwand 19 der Breite 22 eines Filterarms 4a, 4b entspricht und innerhalb des einen Filterarms 4a ungefähr im Bereich einer Kurzschlusswand 20b des benachbarten Filterarms 4b positioniert ist, was in der Draufsicht von 2 gut zu erkennen ist.
Aus 3 ist außerdem ersichtlich, dass die zweite Trennwand 19 im Ausführungsbeispiel an der Decke 16 des Filtergehäuses 2 befestigt ist, wobei die Höhe 23 der zweiten Trennwand 19 geringer ist als der Abstand 24 zwischen der Substratschicht 5 und der Decke 16 des Filtergehäuses 2, so dass zwischen einer unteren Kante 25 der zweiten Trennwand 19 und der Substratschicht 5 mit der Koplanarleitung 7 ein zweiter Spalt 26 mit einem im wesentlichen viereckigen Profil ausgebildet ist.
4 zeigt eine Vorderansicht auf eine schematisch dargestellte Struktur des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 mit der ersten Trennwand 9 und den zweiten Trennwänden 19. Beide Resonatorkugeln 3a, 3b sind spiegelbildlich zu einander beidseits der Koppelöffnung 8 bzw. diesseits und jenseits der ersten Trennwand 9 angeordnet. Der Mittelpunkt der Resonatorkugel 3a, 3b befindet sich ungefähr oberhalb der Symmetrielinie des mittleren Leitungsstreifen 28 der Koplanarleitung 7, so dass jede Resonatorkugel 3a, 3b sich im Maximum des magnetischen Feldes befindet und eine optimale Anregung der gewünschten Resonanzfrequenz über das magnetische Feld der Hochfrequenzquelle erfolgen kann, wobei der für die Positionierung der Resonatorkugel 3a, 3b gewählte Bereich dadurch gekennzeichnet ist, dass in diesem Bereich das Magnetfeldmaximum unabhängig von der Frequenz des der einlaufenden bzw. auslaufenden elektromagnetischen Welle auftritt.
Der Aufbau der Koplanarleitung 7, die z. B. einen Wellenwiderstand von 50Ω aufweist, erfolgt auf einer Substratschicht 5, die eine vorzugsweise niedrige Dielektrizitätszahl aufweist. Dadurch ist der Kugeldurchmesser der Resonatorkugeln 3a, 3b mit z. B. 300μm deutlich kleiner als die Wellenlänge der einlaufenden und auslaufenden Welle. Somit wird die Anregung von störenden Nebenmoden verringert, da bei einer großen Wellenlänge die magnetische Feldverteilung im Kugelvolumen homogener ist als bei einer Wellenlänge, deren Dimension nur wenig größer als der Kugeldurchmesser der Resonatorkugel 3a, 3b ist. Die erste Trennwand 9 zwischen den beiden Resonatorkugeln 3a, 3b verhindert die unmittelbare Kopplung von Streufeldern im Bereich der Resonatorkugel 3a, 3b, so dass man eine hohe Entkopplung fernab der Resonanz erhält.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer schematisch dargestellte Struktur eines Filterarms 4a gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 mit den beiden Trennwänden 9 und 19. Dieser Filterarm 4a bildet die eine Hälfte eines Hohlraumresonators bzw. eines Verbindungsresonators 32 für einen H₁ ₀-Wellenmode, wobei die Wände des Verbindungsresonators 32 aus dem Boden 10 des Filtergehäuses, den beiden zweiten Trennwänden 19, den beiden Seitenwänden 36a, 36b und den beiden Kurzschlusswänden 20a, 20b der Filterarme 4a, 4b und der Decke 16 des Filtergehäuses 2 gebildet werden. Die Seitenwand 36a und die Kurzschlusswand 20a sind in dieser Darstellung schraffiert gezeichnet.
Im Kurzschlussbereich 31 des Filterarms 4a ist nun deutlich erkennbar, dass die Durchkontaktierung 35 die Metallschicht der Koplanarleitung 7 mit dem metallischen Boden 10 des Filterarms 4a verbindet.
6 zeigt eine erste Ausführungsform des Endbereichs der Koplanarleitung 7 des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1. Die Koplanarleitung ist in diesem Bereich als λ/4-Transformator 34 ausgebildet, um den Wellenwiderstand der Eingangs-Koplanarleitung 7 an den Wellenwiderstand der Koplanarleitung im Kugelbereich mit der Resonatorkugel anzupassen.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform des Endbereichs der Koplanarleitung 7 des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1. Die Koplanarleitung ist in diesem Bereich als Taper 33 ausgebildet um den Wellenwiderstand der Koplanarleitung 7 an den Wellenwiderstand des Verbindungsresonators 32 mit der Resonatorkugel anzupassen.
8 zeigt den simulierten Entkopplungsverlauf des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 im Nicht-Resonanzfall (Isolation), wobei Kurve A den Betrag des Streumatrixelements S₁₁ und Kurve B den frequenzabhängigen Betrag des Streumatrixelements S₁₂ des als Zweitor behandelten erfindungsgemäßen Filters wiedergibt. Die Werte der Kurve B liegen in einem Bereich von –75 dB bis –115 dB und belegen, dass elektromagnetische Wellen, deren Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz liegt, von dem erfindungsgemäßen Filter 1 sehr stark gedämpft werden.
9 zeigt den simulierten Verlauf der Kopplung (Kurve C) in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 sowie den simulierten Dämpfungsverlust (Kurve D) der H10 Mode eines 2mm breiten Hohlleiters mit einer Länge von 0,7mm. Kurve C und Kurve D zeigen, dass die frequenzabhängige Änderung der Dämpfung des erfindungsgemäßen Filters 1 bei einer Erhöhung der Resonanzfrequenz um ungefähr 17 GHz im wesentlichen der frequenzabhängigen Änderung der Dämpfung der H₁₀ Modes in dem Koppel-Hohlleiter mit den oben genannten Abmessungen entspricht, was deutlich zeigt, dass im Verbindungsresonator 32 sich im Resonanzfall der H₁₀-Wellenmode ausbreitet, wobei die absoluten Dämpfungswerte im Resonanzfall zwischen –3 dB und –7dB liegen und somit um Größenordnungen geringer sind als die Werte im in 8 gezeigten Entkopplungsfall (Isolation).
10 zeigt einen simulierten Resonanzverlauf des erfindungsgemäßen magnetisch durchstimmbaren Filters 1 bei einer angestrebten Mittenfrequenz von 68 GHz. Kurve E zeigt den frequenzabhängigen Verlauf der Absorptionskurve mit einem Absorptionsmaximum bei 67,8 GHz und einer Halbwertsbreite von 0,2 GHz und einer Frequenzunschärfe (FWHM) von ungefähr 0,3%. Kurve F zeigt den frequenzabhängigen Verlauf der Transmissionskurve mit einem ausgeprägten Maximum bei ebenfalls 67,8 GHz. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Frequenzlage des Absorptionsmaximums und des Transmissionsmaximum sehr gut übereinstimmen.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, insbesondere nicht auf ein Filtergehäuse ohne Trennwände beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar.

Claims

Magnetisch durchstimmbares Filter (1) mit einem Filtergehäuse (2) und mit zwei durchstimmbaren und aus magnetisierbarem Material bestehenden Resonatorkugeln (3a, 3b), die nebeneinander in zwei Filterarmen (4a, 4b) angeordnet sind, wobei jeder Filterarm (4a, 4b) eine auf einer Substratschicht (5) angeordnete und in Richtung eines elektrischen Anschlusses (6) verlaufende Koplanarleitung (7) aufweist, wobei die zwei Filterarme (4a, 4b) durch eine gemeinsame Koppelöffnung (8) verbunden sind und jeweils eine Resonatorkugel (3a, 3b) auf jeder Seite der Koppelöffnung (8) innerhalb der beiden Filterarme (4a, 4b) positioniert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die den beiden Filterarmen (4a, 4b) gemeinsame Koppelöffnung (8) an eine erste dünne Trennwand (9) angrenzt, die zwischen den jeweiligen Substratschichten (5) der Filterarme (4a, 4b) bis auf den Boden (10) des Filtergehäuses (2) reicht, wobei die Höhe (11) der ersten Trennwand (9) geringer ist als die Gesamthöhe (12) des Filtergehäuses (2).
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (13) der ersten Trennwand (9), die entlang der Koppelöffnung (8) parallel zu dieser verläuft, der Länge (14) der Koppelöffnung (8) entspricht.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (15) der ersten Trennwand (9) 10 μm bis 100 μm, bevorzugt ungefähr 50μm beträgt.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste dünne Trennwand (9) eine direkte Sichtverbindung zwischen den beiderseits der Koppelöffnung (8) bzw. beiderseits der ersten Trennwand (9) angeordneten Resonatorkugeln (3a, 3b) verhindert.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Decke (16) des Filtergehäuses (2) und einer oberen Kante (17) der ersten Trennwand (9) ein erster viereckiger Spalt (18) ausgebildet ist, der die Koppelöffnung (8) bildet.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Koppelöffnung (8) der beiden Filterarme (4a, 4b) eine Blende aufweist, die vom Boden (10) des Filtergehäuses (2) bis zu seiner Decke (16) reicht, wobei die Blende eine beliebig geformte und positionierte Blendenöffnung aufweist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung kreisförmig, ellipsenförmig, rechteckig, dreieckig ist oder die Form eines Polygons aufweist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der beiden Filterarme (4a, 4b) jeweils eine zweite Trennwand (19) vorgesehen ist, die jeweils senkrecht zur Koplanarleitung (8) orientiert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennwand (19) innerhalb des einen Filterarms (4a; 4b) ungefähr im Bereich einer Kurzschlusswand (20b; 20a) des anderen Filterarms (4b; 4a) positioniert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (21) der zweiten Trennwand (19) der Breite (22) des Filterarms (4a, 4b) entspricht.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Trennwand (19) mit einer Decke (16) des Filtergehäuses (2) verbunden ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (23) der zweiten Trennwand (19) geringer ist als der Abstand (24) zwischen der Substratschicht (5) und der Decke (16) des Filtergehäuses (2).
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer unteren Kante (25) der zweiten Trennwand (19) und der Substratschicht (5) ein zweiter Spalt (26) mit einem im wesentlichen viereckigen Profil ausgebildet ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (5) eine niedrige relative Dielektrizitätskonstante ε_r aufweist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorkugeln (3a, 3b) aus einem ferrimagnetischen oder einem ferro-magnetischen Material, insbesondere aus einem Ferrit bestehen.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorkugeln (3a, 3b) einen Durchmesser von 100 μm bis 1000 μm, bevorzugt von ca. 300μm, aufweisen.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorkugeln (3a, 3b) spiegelbildlich zu einander beiderseits der Koppelöffnung (8) angeordnet sind.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Koplanarleitungen (7) bestehend aus jeweils zwei äußeren Leitungsstreifen (27a, 27b) und jeweils einem mittleren Leitungsstreifen (28) in den jeweiligen Endbereichen (30) des Filterarms (4a, 4b) einen Kurzschlussbereich (31) aufweisen, an welchem der mittlere Leitungsstreifen (28) einer Koplanarleitung (7) mit den beiden äußeren Leitungsstreifen (27a, 27b) der Koplanarleitung (7) leitend verbunden ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Wellenwiderstands der Koplanarleitung (7) an den Wellenwiderstand eines im Endbereich der beiden Filterarme (4a, 4b) gebildeten Verbindungsresonators (32) mittels eines Tapers (33) realisiert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des Wellenwiderstands der Koplanarleitung (7) an den Wellenwiderstand des im Endbereich der beiden Filterarme gebildeten Verbindungsresonators (32) mittels eines λ/4-Transformators (34) und/oder eines Tapers realisiert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsresonator (32) als Hohlraumresonator für einen H₁₀-Wellenmode wirkt.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Filterarm (4a, 4b) die Resonatorkugel (3a, 3b) mittels eines Quarzträgers in einem Kurzschlussbereich (31) der Koplanarleitung (7) platziert ist.
Magnetisch durchstimmbares Filter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorkugel (3a, 3b) mittels eines Epoxyklebers auf dem Quarzträger verklebt ist.