DE10304524A1 - Band-pass filter topology e.g. for satellite communication transponders, has coupling to first resonator and decoupling from resonator lying opposite this in rectangular structure - Google Patents

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Abstract

The filter is implemented in dielectric technology, has resonators (1-11) in a highly circular filter structure, whose transmission zeroes lie pair-wise on the imaginary frequency axis close to the pass band. Selective couplings are provided between the resonators (1-11). A 'box' section of four resonators (1-4) is present and a coupling to the first resonator and a decoupling from another resonator (3), which lies opposite to the first in a rectangular structure is carried out such that each of the two remaining resonators (2;4) of the rectangular structure has a wing of further resonators (6-8;9-11), in which the number of resonators per wing is at least greater than two.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einem Bandpassfilter, der in Eingangsmultiplexern von Satellitentranspondern eingesetzt wird. Der Bandpassfilter hat eine hohe Außerbanddämpfung und gleichzeitig einen flachen Verlauf der Einfügedämpfung und der Gruppenlaufzeit innerhalb des Durchlassbandes. Da Filter im Verlauf der Gruppenlaufzeit zu einer Schräglage neigen, sind Maßnahmen zur Kompensation dieser Schräglage notwendig.The invention is based on a Band-pass filter incorporated in satellite multiplexer ingress multiplexers is used. The bandpass filter has a high outband damping and simultaneously a flat course of the insertion loss and the group delay within the passband. Because filters during the group runtime to an inclined position tend, are measures to compensate for this tilt necessary.

Aus der US 5,608,363 ist ein Mikrowellenfilter bekannt, der ein Gehäuse besitzt, das durch Wände unterteilt ist und diese Hohlräume mit Dielektrika bestückt sind und als Resonatoren dienen. Jeweils zwei Reihen dielektrischer Resonatoren werden miteinander gekoppelt. Dabei sind unterschiedliche Kopplungskonfigurationen möglich. Der beschriebene asymmetrische Entwurf ist mit erheblichem zusätzlichem Aufwand verbunden, da zusätzliche Kopplungen eingefügt werden müssen, in diesem Beispiel vom ersten zum vorletzten, vom zweiten zum drittletzten Resonator usw.From the US 5,608,363 a microwave filter is known which has a housing which is divided by walls and these cavities are equipped with dielectrics and serve as resonators. Two rows of dielectric resonators are coupled together. Different coupling configurations are possible. The described asymmetric design is associated with considerable additional effort, since additional couplings must be inserted, in this example from the first to the penultimate, from the second to the third last resonator, etc.

In der US 5,739,733 ist ein Filter beschrieben, der aus Resonatorhohlräumen besteht, die mit Dielektrika bestückt sind. Manche der Hohlräume sind derart gekoppelt, dass der Filter einen flachen Verlauf der Gruppenlaufzeit aufweist. Die Schräglage wird bei diesem Filter durch Hinzufügen eines externen Entzerrers, dessen Mittenfrequenz von der des Filters abweicht, korrigiert. Der externe Entzerrer ist nachteilig aufgrund seiner Masse und seines Volumens.In the US 5,739,733 a filter is described, which consists of resonator cavities, which are equipped with dielectrics. Some of the cavities are coupled in such a way that the filter has a flat course of the group delay. The skew is corrected for this filter by adding an external equalizer whose center frequency differs from that of the filter. The external equalizer is disadvantageous due to its mass and volume.

In der US 6,337,610 B1 wird eine Filtertopologie beschrieben, die eine Erzielung asymmetrischer Filterkurven erlaubt. Sie umfasst zwei Reihen von Resonatoren, die je in Serie gekoppelt sind, eine Einkopplung in einen der Resonatoren der oberen Reihe, eine Auskopplung aus einem der Resonatoren der unteren Reihe und mindestens eine Kopplung zwischen einem Resonator der oberen und einem der unteren Reihe. Der Nachteil dieser Erfindung ist jedoch, dass sie sich nur auf asymmetrische Filterkurven bezieht. Bei allen gezeigten Beispielen ist die Anzahl der Nullstellen ungerade, weshalb die Filterkurve notwendigerweise auch asymmetrisch sein muss.In the US 6,337,610 B1 describes a filter topology that allows asymmetric filter curves to be achieved. It comprises two rows of resonators, each coupled in series, one coupled into one of the top row resonators, one output from one of the bottom row resonators, and at least one coupling between a top and bottom row resonator. The disadvantage of this invention, however, is that it only relates to asymmetric filter curves. In all the examples shown, the number of zeros is odd, which is why the filter curve must necessarily be asymmetric.

Die Erfindung und ihre VorteileThe invention and their benefits

Die erfindungsgemäße Topologie für Bandpassfilter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches in der Anwendung bei dielektrischen Filtern zum Einsatz in Eingangsmultiplexern in der Satellitenkommunikation oder in der Hohlleitertechnik mit hoher Bandbreite sowie bei Filtern in planarer Technik hat demgegenüber die Vorteile, dass sich durch die neue Anordnung vorteilhaft eine inhärente Schräglage in der Gruppenlaufzeit kompensieren lässt. Bei Filtern in dielektrischer Technik oder in Hohlleitertechnik ist die Schräglage meist durch Dispersion verursacht, bei planarer Technik durch langreichweitige Wechselwirkungen; Schräglagen können auch durch verlustbehaftete Kopplungen verursacht werden.The topology for bandpass filters according to the invention with the characterizing features of the main claim in the application for dielectric filters for use in input multiplexers in satellite communication or waveguide technology with high Bandwidth as well as with filters in planar technology, in contrast, the Advantages that advantageous by the new arrangement an inherent skew in the Compensate group delay. For filters in dielectric technology or in waveguide technology is the skew mostly caused by dispersion, in planar technique by long-range interactions; inclinations can also caused by lossy couplings.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Erfindung Topologien mit einem Kernstück („box section") mit den Resonatoren 14, mit einer Einkopplung an Resonator 1 und einer Auskopplung aus Resonator 3, sowie mit zwei daran hängenden Flügeln an Resonator 2 bzw. 4. Innerhalb der Flügel können eine beliebige Anzahl Resonatoren auf beliebige Weise miteinander gekoppelt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the invention comprises topologies with a core ("box section") with the resonators 1 - 4 , with a coupling to the resonator 1 and a coupling out of resonator 3 , as well as with two wings hanging on resonator 2 respectively. 4 , Within the wings, any number of resonators can be coupled together in any manner.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lässt sich ein Filter mit einer großen Anzahl von Nullstellen in der Transmission erzeugen, wie es für Eingangsmultiplexer notwendig ist. Die maximale Anzahl von Nullstellen, die mit einer bestimmten Topologie erzeugbar ist, gleich der Anzahl der Resonatoren des Filters insgesamt minus der Anzahl der Resonatoren, die das Signal auf dem kürzesten Weg vom Ein- zum Ausgang berührt.After a further advantageous Embodiment of the invention leaves yourself a filter with a big one Generate number of zeros in the transmission, as for input multiplexer necessary is. The maximum number of zeros that with a certain topology is generated, equal to the number of resonators of the Total filters minus the number of resonators that make up the signal on the shortest Path from entry to exit touched.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist diese letzte Zahl hier die 3. Der Weg führt über Resonatoren 123 oder alternativ über 143. Mit der erfindungsgemäßen Topologie können Filter mit einer geraden wie auch mit einer ungeraden Zahl von Resonatoren realisiert werden. Darüber hinaus können auch andere Filterbausteine wie einzelne Resonatoren, mehrere Resonatoren, CQ – oder CT – Sektionen zwischen den beiden Toren und dem Kernstück gekoppelt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, this last number is here 3 , The path leads through resonators 1 - 2 - 3 or alternatively via 1 - 4 - 3 , With the topology according to the invention, it is possible to realize filters with a straight as well as an odd number of resonators. In addition, other filter components such as individual resonators, multiple resonators, CQ or CT sections between the two gates and the core piece can be coupled.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können mit der erfindungsgemäßen Topologie sowohl symmetrische Filterkurven als auch asymmetrische Filterkurven erzeugt werden. Asymmetrische Lösungen umfassen sowohl solche mit ungerader Anzahl Nullstellen in der Transmission als auch mit gerader Anzahl, wobei bei letzteren die Nullstellen dann asymmetrisch zur Mittenfrequenz des Filters verteilt sind.After a further advantageous Embodiment of the invention can with the topology according to the invention both symmetric filter curves and asymmetric filter curves be generated. Asymmetric solutions include both those with odd number zeros in the transmission and even number, with the zeros in the latter then distributed asymmetrically to the center frequency of the filter.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Filterstruktur die maximale Anzahl der Nullstellen genutzt, da bei Erhaltung weniger Nullstellen bestimmte Interferenzeffekte beachtet werden müssen, die den Filter empfindlich machen.After a further advantageous Embodiment of the invention is in the filter structure, the maximum number used the zeros, because when preserving fewer zeros certain Interference effects must be noted, which makes the filter sensitive do.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung benötigt man für die oben genannte gerade Anzahl der Nullstellen eine ungerade Gesamtzahl an Resonatoren.After a further advantageous Embodiment of the invention needed one for one the above even number of zeroes an odd total on resonators.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird durch eine geringe Modifikation in den einzelnen Kopplungen und Mittenfrequenzen eine symmetrische Lösung zu einer asymmetrischen abgeändert. Die Asymmetrie, z.B. eine Schräglage der Laufzeit, wird nur erzeugt, wenn vorhandene Kopplungen und Mittenfrequenzen abgeändert werden, aber nicht, indem weitere Größen hinzugefügt werden. Die Modifikationen können durch ohnehin notwendige Abgleichvorrichtungen erzielt werden.After a further advantageous Embodiment of the invention is characterized by a slight modification in the individual couplings and center frequencies a symmetric solution changed to an asymmetric. The asymmetry, e.g. an oblique position the runtime, is only generated when existing couplings and center frequencies amended but not by adding more sizes. The modifications can be achieved by anyway necessary adjustment devices.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Vorgang des Nachjustierens, der bei komplexen Filterstrukturen immer notwendig ist, einfacher, da durch die neue Filtertopologie neue Freiheitsgrade gegeben sind. Beispielsweise hat die erfindungsgemäße Topologie für den linken Flügel unendlich viele Lösungen. Es muss nicht mehr jede Größe nachjustiert werden. Ist eine Kopplung nach dem Aufbau des Filters nicht mehr für eine Nachjustierung zugänglich, etwa weil ein sehr kleiner und kompakter Aufbau gewählt wurde, so kann bei der erfindungsgemäßen Lösung eine Abweichung in dieser Kopplung auch korrigiert werden, indem nur die anderen Größen dieses Flügels nachjustiert werden.After a further advantageous Embodiment of the invention is the process of readjustment, which is always necessary in complex filter structures, easier, because new degrees of freedom are given by the new filter topology. For example, the topology according to the invention for the left wing infinite solutions. It no longer needs to be readjusted to any size become. Is a coupling after the construction of the filter is no more for one Readjustment accessible, because a very small and compact body was chosen so can in the inventive solution a Deviation in this coupling can also be corrected by just the other sizes of this wing be readjusted.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die erfindungsgemäße Topologie auch bei der Dual – mode – Technik eingesetzt werden. Hier werden in einem Resonator zwei entartete Moden mit senkrecht zueinander stehenden Feldlinien verwendet, wodurch sich Masse und Volumen des Filters etwa halbieren. In der Praxis sind die beiden Moden nicht entkoppelt, da bereits kleinste Abweichungen vom symmetrischen Aufbau, wie beispielsweise eine Abgleichschraube zur Nachjustierung der Mittenfrequenz einer Mode die Symmetrie aufheben und die beiden Moden miteinander verkoppeln kann. Naturgemäß eignet sich die Dual-Mode-Technik gut für Filtertopologien, bei denen die beiden Moden eines Resonators einen möglichst geringen Frequenzunterschied aufweisen. Die erfindungsgemäße Topologie gewährleistet mehr Feiheitsgrade, indem sie das Zusammenfassen von Moden in einem Dual-Mode-Resonator mit besonders geringem Frequenzunterschied erlaubt.After a further advantageous Embodiment of the invention, the topology of the invention also in the dual - mode technology be used. Here are two degenerate in a resonator Used modes with perpendicular field lines, which Halve the mass and volume of the filter approximately. In practice the two modes are not decoupled, since even the smallest deviations from the symmetrical structure, such as a balance screw to readjust the center frequency of a mode cancel the symmetry and couple the two fashions together. Naturally suitable the dual-mode technology is good for Filter topologies in which the two modes of a resonator one as low as possible Have frequency difference. The topology of the invention ensures more degrees of fuzziness by combining modes in a dual-mode resonator allowed with particularly low frequency difference.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels, den Zeichnungen und den Ansprüchen zu entnehmen.Further advantages and advantageous Embodiments of the invention are the following description of the Embodiment, the drawings and the claims refer to.

Zeichnungendrawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawings and described in more detail below. Show it:

1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Filtertopologie 1 an exemplary filter topology according to the invention

2 Filterkurven für die Filter gemäß Tabelle 1.
Oben: Beträge von reflektiertem und transmittiertem Signal
Unten: Laufzeit des transmittierten Signals
2 Filter curves for the filters according to Table 1.
Above: Amounts of reflected and transmitted signal
Bottom: Runtime of the transmitted signal

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In 1 ist eine beispielhafte erfindungsgemäße Filtertopologie dargestellt. Sie besitzt mehr Kopplungen als die aus dem Stand der Technik bekannten, in 1 ist diese zusätzliche Kopplung die zwischen den Resonatoren 5 und 8.In 1 an exemplary filter topology according to the invention is shown. It has more couplings than those known from the prior art, in 1 this extra coupling is between the resonators 5 and 8th ,

In 2 sind die Filterkurven für die Filter gemäß Tabelle 1 dargestellt. Die durchgezogenen Kurven sind die symmetrischen Lösungen gemäß „X_sym", die unterbrochenen Kurven sind die asymmetrischen Lösungen gemäß „X_asym" (X = A, B, C).In 2 the filter curves for the filters according to Table 1 are shown. The solid curves are the symmetric solutions according to "X_sym", the broken curves are the asymmetric solutions according to "X_asym" (X = A, B, C).

Einige konkrete Filterbeispiele sind in Tabelle 1 (Werte für Koppelkonstanten und Resonatrfrequenzen) gezeigt. Die Werte Ai,j geben die Stärke der Kopplung zwischen den Resonatoren i und j an (wobei i = 0 für den Eingang und J = 12 für den Ausgang stehen). Die werte Bi,i geben die Verschiebung der Resonanzfrequenz des Resonators i im normierten Frequenzbereich (Durchlassband (-1,1)) an. Die Lösung „A_asym" etspricht dem Stand der Technik, die Lösungen „B_xxx" bzw. „C_xxx" sind erfindungsgemäß.Some concrete filter examples are in Table 1 (Values for Coupling constants and resonant frequencies). The values Ai, j give the strength the coupling between the resonators i and j (where i = 0 for the input and J = 12 for stand the exit). The values Bi, i give the shift of the resonance frequency of the resonator i in the normalized frequency range (passband (-1,1)) on. The solution "A_asym" corresponds to the stand technology, the solutions "B_xxx" or "C_xxx" are according to the invention.

Die Lösung „A_sym" in Tabelle 1 ist ein symmetrischer Filter, der eine typische Filterspezifikation erfüllt, wie in den Kurven in 2 dargestellt. Sie zeigt, dass durch geringe Modifikation in den einzelnen Kopplungen und Mittenfrequenzen eine asymmetrische Lösung „A_asym" erzielt werden kann.The solution "A_sym" in Table 1 is a symmetric filter that satisfies a typical filter specification, as in the curves in FIG 2 shown. It shows that an asymmetric solution "A_asym" can be achieved by slight modification in the individual couplings and center frequencies.

Während bei der bekannten Lösung „A_asym" jeder einzelne Wert für Koppelkonstante und Mittenfrequenz fest vorgegeben ist, hat die neue Topologie im Beispiel für den linken Flügel im Bezug auf die Justierung der einzelnen Kopplungen und Resonanzfrequenzen unendlich viele Möglichkeiten. Die gezeigte Lösung „B_asym" ergibt sich nach willkürlicher Wahl der Kopplung zwischen den Resonatoren 5 und 8 zu 0.3 und nach Optimierung der restlichen Größen. Es muss neu also beim Filterabgleich nicht mehr jede Größe nachjustiert werden.While every single value for coupling constant and center frequency is fixed in the known solution "A_asym", the new topology in the example for the left wing has infinitely many possibilities with regard to the adjustment of the individual couplings and resonance frequencies.The solution shown "B_asym" yields after arbitrary choice of coupling between the resonators 5 and 8th to 0.3 and after optimization of the remaining sizes. It must be readjusted so no new size when filtering adjustment.

Bei der Alternative „C_xxx" in Tabelle 1 sind die Resonatoren 6 und 7 nicht verkoppelt. Dies erlaubt es, die Struktur in 1 in die äquivalente Struktur abzuändern, bei der Resonator 7 nicht mehr links von 8 und oberhalb von 6 liegt, sondern neu oberhalb von 8. Ebenso kann Resonator 6 nicht mehr links, sondern unterhalb von 5 angeordnet werden. Dabei ergibt sich neu eine Struktur mit einer minimierten geometrischen Ausdehnung in horizontaler Richtung, die aufgrund dieser Eigenschaft bei entsprechend gegebenen Einbaumaßen allen anderen Alternativen überlegen ist.In the alternative "C_xxx" in Table 1, the resonators 6 and 7 not coupled. This allows the structure in 1 to change into the equivalent structure, at the resonator 7 no more left of 8th and above 6 lies, but new above 8th , Likewise, resonator 6 no longer left, but below 5 to be ordered. This results in a new structure with a minimized geometric expansion in the horizontal direction, which is superior to all other alternatives due to this property in accordance with given installation dimensions.

Bei Realisierung des linken Flügels aus 1 mit zwei Dual – mode – Resonatoren und mit der bekannten Topologie „A_asym" ist man gezwungen, einen Dual – mode – Resonator für die Moden 5 und 6 zu verwenden und den zweiten für die Moden 7 und 8, denn die Moden 5 und 8 dürfen nicht in demselben Dual – mode – Resonator genutzt werden, da dann die völlige Entkopplung zwischen diesen beiden nicht zu gewährleisten wäre. Bei der neuen Lösung gemäß „B_asym" hat man mehr Freiheitsgrade, da hier alternativ auch die Moden 5 und 8 sowie 6 und 7 in je einem Dual – mode – Resonator zusammengefasst werden können. Dann beträgt der maximale Unterschied zweier Resonanzfrequenzen in einem Dual – mode – Resonator 0.2324 (Resonator mit Moden 5 und 8), während bei „A_asym" der maximale Unterschied 0.3962 ist (Resonator mit Moden 7 und 8).At realization of the left wing 1 With two dual - mode resonators and the well - known topology "A_asym" one is forced to create a dual - mode resonator for the modes 5 and 6 to use and the second for the fashions 7 and 8th , because the fashions 5 and 8th must not be used in the same dual - mode resonator, because then the complete decoupling between these two could not be guaranteed. With the new solution according to "B_asym" one has more degrees of freedom, as here also the modes 5 and 8th such as 6 and 7 can each be combined in a dual-mode resonator. Then the maximum difference of two resonance frequencies in a dual - mode resonator is 0.2324 (resonator with modes 5 and 8th ), while in "A_asym" the maximum difference is 0.3962 (resonator with modes 7 and 8th ).

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All in the description, the following claims and the features illustrated in the drawings can be used individually as well be inventive in any combination with each other.

Figure 00090001
Figure 00090001

Claims (5)

Topologie für Bandpassfilter in dielektrischer Technik, mit Resonatoren (1 bis 11) in hochkreisiger Filterstruktur, deren Nullstellen der Transmission paarweise auf der imaginären Frequenzachse nahe des Durchlassbandes liegen; mit wahlweisen Kopplungen zwischen den Resonatoren (1 bis 11), dadurch gekennzeichnet, dass eine „box section" aus vier Resonatoren (1; 2; 3; 4) vorhanden ist, dass eine Einkopplung an einem ersten Resonator (1) und eine Auskopplung aus einem anderen Resonator (3), der dem ersten in einer Viereckstruktur diagonal gegenüberliegt, ausgeführt ist, dass jeder der zwei verbleibenden Resonatoren (2; 4) der Viereckstruktur mit jeweils einem Flügel aus weiteren Resonatoren (6 bis 8 und 9 bis 11) verkoppelt ist, wobei die Anzahl der Resonatoren je Flügel mindestens größer zwei ist.Topology for bandpass filters in dielectric engineering, with resonators ( 1 to 11 ) in a highly circular filter structure whose transmission zeros lie in pairs on the imaginary frequency axis near the passband; with optional couplings between the resonators ( 1 to 11 ), characterized in that a "box section" of four resonators ( 1 ; 2 ; 3 ; 4 ), that a coupling to a first resonator ( 1 ) and a coupling out of another resonator ( 3 ), which is diagonally opposite the first in a quadrangular structure, is designed such that each of the two remaining resonators ( 2 ; 4 ) of the quadrangular structure, each having a vane of further resonators ( 6 to 8th and 9 to 11 ), wherein the number of resonators per wing is at least greater than two. Topologie für Bandpassfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb jeden Flügels eine beliebige Anzahl Resonatoren größer zwei auf beliebige Weise miteinander gekoppelt ist.Bandpass filter topology according to claim 1, characterized in that within each wing any number of resonators greater than two are coupled together in any desired manner. Topologie für Bandpassfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtzahl der Resonatoren ungerade ist.Topology for Bandpass filter according to claim 1, characterized in that the Total number of resonators is odd. Topologie für Bandpassfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Resonatoren in den Flügeln auf eine minimale horizontale Ausdehnung der Struktur abgestellt ist.Topology for Bandpass filter according to claim 1, characterized in that the Arrangement of the resonators in the wings to a minimum horizontal Extension of the structure is turned off. Topologie für Bandpassfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatoren (6; 7; 8 oder 10; 11) mindestens eines Flügels oberhalb und unterhalb des Resonators (5 oder 9), der die Verbindung des Flügels zur box section (1 bis 4) herstellt, angeordnet sind.Bandpass filter topology according to claim 1, characterized in that the resonators ( 6 ; 7 ; 8th or 10 ; 11 ) at least one wing above and below the resonator ( 5 or 9 ), which connects the wing to the box section ( 1 to 4 ) manufactures are arranged.
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