DE10306773A1

DE10306773A1 - Preiswerte dielektrische Abstimmung für E-Ebenenfilter

Info

Publication number: DE10306773A1
Application number: DE10306773A
Authority: DE
Inventors: Stephanie Louise Smith; Shaun Joseph Cunningham
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2003-11-06
Also published as: GB2387718A; FR2836286A1; NL1022722C2; AUPS061802A0; GB2387718B; AU2003200527A1; NL1022722A1; FR2836286B1; US20040017272A1; GB0303808D0

Abstract

Die Anforderungen an größere Bandbreiten für Kommunikationssysteme und die sich ergebende Verwendung des Millimeterwellenlängenbereichs werden diskutiert. Die Toleranzen von Filterkomponenten zur Verwendung in dem Millimeterwellenlängenbereich erfordern eine kostenintensive Herstellung. E-Ebenen-Filter (400), ein Abstimmelement (450) für einen derartigen Filter (400) und Verfahren zum Herstellen und Abstimmen eines derartigen Filters werden offenbart. Insbesondere ermöglicht die Herstellungs- (und Abstimmungs-)Technik Filter (440) dieser Art, die bei höheren Frequenzen verwendet werden können, ohne den Bedarf zur Verwendung von Herstellungstechniken mit höherer Genauigkeit und höheren Kosten. Der Filter (400) hat zumindest zwei Wellenleiterglieder (410A, 410B) und zumindest ein Septum (430), die in einem Wellenleiterhohlraum (420) angeordnet sind, der durch die zusammengebauten Wellenleiterglieder (410A, 410B) gebildet ist. Die Charakteristika des Filters (400) werden getestet. Ein dielektrisches Abstimmelement (450) wird dann in den Wellenleiterhohlraum (420) des zusammengebauten Filters (400) eingesetzt, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters (400) in Abhängigkeit von den getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft im großen und ganzen E-Ebenenfilter, und insbesondere E-Ebenenfilter zur Verwendung in Millimeterwellenbändern und Verfahren zum Herstellen, Abstimmen und Verwenden derselben.

Hintergrund

Kommunikationssysteme erfordern die ganze Zeit größere Bandbreiten, und in dem Millimeterwellenbereich ist es erforderlich, diese größeren Bandbreiten zu erreichen. Überdies benötigen derartige Kommunikationssysteme Filter, um Interferenzen zwischen benachbarten Bändern zu eliminieren. Wellenleiterfilter werden im großen und ganzen für Millimeterwellen-Anwendungen aufgrund ihrer relativ niedrigen Kosten verwendet. Von allen verschiedenen Wellenleiterfilterarten ist der E-Ebenen- oder Gradfilter der bei höheren Frequenzen geeignetste aufgrund seiner leichten Herstellung und seiner einfachen physikalischen Struktur, die für eine hochgenaue Massenfertigung geeignet ist.

Insbesondere fordert man, daß zukünftige mobile Kommunikationssysteme Dienstleistungen mit hohen Datenraten unterstützen, wie z. B. das mobile Internet. Die vierte und fünfte Generation mobiler Kommunikationssysteme wird Zellentelefone, kabellose Breitbandzugangssysteme, LAN's im Millimeterwellenlängenbereich und intelligente Transportsysteme umfassen: 5. Ohmori, Y. Yamao und N. Nakajima: "The future generations of mobile communications based on broadband access technologies", IEEE Communications Magazine, S. 134-142, Dez. 2000. Um diese Breitbanddienstleistungen zu erreichen, wird die Arbeitsfrequenz erhöht, und die meisten dieser Dienstleistungen werden wahrscheinlich in dem Millimeterwellenlängenbereich arbeiten. Um diese Systeme zu entwickeln, besteht ein Bedarf für preisgünstige massenerzeugbare Bauteile.

Obwohl E-Ebenenfilter weit verbreitet bei Millimeterfrequenzen eingesetzt werden, sind kleine Toleranzen erforderlich, um ein Filteransprechverhalten zu erreichen, das dicht genug an dem gewünschten Ansprechverhalten ist, um das Abstimmen zu vermeiden. Die Herstellungstechniken, die benötigt werden, um derartige enge Toleranzen zu erreichen, sind teuer. Weil die Betriebsfrequenz erhöht wird, müssen die Toleranzen noch weiter verkleinert werden, um das Abstimmen des Ansprechverhaltens zu vermeiden. Eine Frequenz wird erreicht, bei der die erforderlichen Herstellungstoleranzen nicht erreicht werden können, um das Abstimmen zu vermeiden. Entweder werden andere Filtertechniken erforderlich, oder es wird notwendig, irgend welche Abstimmverfahren einzuführen. Entsprechende Abstimmverfahren, die bei Millimeterwellenfrequenzbändern geeignet sind, umfassen:

1. Abstimmschrauben,
2. bewegliche Wände in einem Wellenleiter, und
3. dielektrische Materialien mit Eigenschaften, die geändert werden können, indem eine Spannung über das Dielektrikum angelegt wird.

Abstimmschrauben werden im großen und ganzen in den Wellenleiter in der Mitte von jedem Resonator und jedem Kopplungsbereich eingesetzt. Ein manuelles oder automatisiertes iteratives Verfahren wird dann eingesetzt, um die Resonanzfrequenz in jedem Resonator und die Kupplung zwischen Resonatoren einzustellen. Harscher, P. und Vahldieck, R. "Automated computer-controlled tuning of waveguide filtern using adaptive network models", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Band 49, Nr. 11, S. 2125-2130, 2001, offenbart einen automatisierten Ansatz, bei dem die Abstimmschrauben durch Schrittmotoren gedreht und durch einen Computer geregelt werden, der die Abstimmschrauben unter Verwendung eines Abstimmalgorithmus einstellt, bis das gewünschte Ansprechverhalten erreicht wird. Sowohl das manuelle als auch das automatisierte Abstimmverfahren erfordert die zusätzlichen Kosten genau gebohrter Löcher in dem Wellenleiterkörper für die Abstimmschrauben. Beide erfordern auch den zusätzlichen Zusammenbauschritt des Einsetzens der Abstimmschrauben in den Wellenleiter. Das Abstimmverfahren ist sehr empfindlich, was es teuer und schwierig zum Einstellen und Zusammenbauen macht. Außer diesen Punkten erfordert die manuelle Technik einen fachkundigen Bediener für das Abstimmen des Filters.

Eine bewegliche dielektrische Wand innerhalb des Wellenleiters wurde eingesetzt, um Metallseptum-E-Ebenenfilter und dielektrische Gradfilter abzustimmen, indem die Abschneidefrequenz des Wellenleiters geändert wurde. Dies wiederum ändert die Mittelfrequenz des Filteransprechverhaltens. Vergleiche mit US-Patent Nr. 4,761,625 mit dem Titel "Tunable waveguide bandpass filter", das für Sharma am 2. August 1988 erteilt wurde. Eine dielektrische Platte ist parallel zu dem Septum in dem Wellenleiter eingesetzt, und die Platte wird in Richtung oder weg von dem Septum bewegt, um die Mittelfrequenz des Filteransprechverhaltens abzustimmen. Diese Technik wird hauptsächlich eingesetzt, um es zu ermöglichen, mit einem Filterdesign eine Vielzahl von Bändern abzudecken, wobei das gewünschte Band durch Anordnen der dielektrischen Platte ausgewählt wird. Diese Technik kann nicht eingesetzt werden, um das Filteransprechverhalten zu korrigieren, sondern nur, um das Ansprechverhalten zu verschieben. Die Anordnung ist sehr kompliziert, und die dielektrische Wand muß manuell in die Stellung bewegt werden, die das richtige Frequenzansprechverhalten ergibt.

Paratek Microwave, Inc. "Electronically tunable RF filters for LMDS frequencies", Microwave Journal, Mai 2000, zeigt einen Bereich elektronisch abstimmbarer RF E-Ebenenfilter, die den unteren Millimeterwellenbereich abdecken. Diese Filter verwenden ein Keramikmaterial mit Eigenschaften, die mit einem Ändern der Vorspannung geändert werden können, was wiederum das Filteransprechverhalten ändert. Das erfordert eine stabile Spannungszufuhr für hohe Gleichspannungen, um die dielektrische Konstante einzustellen, was die Filterstruktur kompliziert macht und sehr teuer ist. Überdies würde, wenn diese Technik eingesetzt werden würde, um einzelne Resonator- und Kopplungsabschnitte abzustimmen, eine unterschiedliche Spannung für jeden Resonator oder jedes Kopplungselement erforderlich sein.

Somit gibt es eindeutig einen Bedarf für eine preisgünstigere einfachere Technik zum Abstimmen von E-Ebenenfiltern.

Zusammenfassung

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Abstimmen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters angegeben. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Prüfens der Filtereigenschaften des Filters, wobei der Filter zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum aufweist, die zusammengesetzt sind, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche hat, die in das Wellenleiterglied geformt ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengesetzt sind, wobei das zumindest eine Septum in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet ist, und des Einsetzens eines dielektrischen Abstimmglieds in den Wellenleiterhohlraum des zusammengesetzten Filters, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters in Abhängigkeit von den getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters angegeben. Zumindest zwei Wellenleiterglieder werden mit zumindest einem Septum in einem Wellenleiterhohlraum zusammengesetzt. Jedes Wellenleiterglied hat eine geformte Oberfläche, die in das Wellenleiterglied geformt ist, um den Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengesetzt sind. Ein dielektrisches Abstimmglied wird in den Wellenleiterhohlraum eingesetzt, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters für die zusammengesetzten Wellenleiterglieder und das zumindest eine Septum einzustellen.

Gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein E- Ebenen-Wellenleiterfilter angegeben. Der Filter umfaßt zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum. Jedes Wellenleiterglied hat eine geformte Oberfläche, die in das Wellenleiterelement geformt ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengesetzt sind. Das zumindest eine Septum ist in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet. Ein dielektrisches Abstimmglied wird in den Wellenleiterhohlraum des zusammengesetzten Filters eingesetzt, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters in Abhängigkeit von den getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

Gemäß einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Abstimmglied für einen E-Ebenen-Wellenleiterfilter angegeben. Der Filter umfaßt zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum. Jedes Wellenleiterglied hat eine geformte Oberfläche, die in dem Wellenleiterglied geformt ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengesetzt sind. Das zumindest eine Septum ist in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet. Das Abstimmglied umfaßt ein dielektrisches Glied zum Einstellen zumindest einer Frequenzcharakteristik des Filters, wenn es in den Wellenleiterhohlraum eingesetzt ist. Das dielektrische Glied ist in Reaktion auf die getesteten Frequenzcharakteristika des Filters für die zusammengesetzten Wellenleiterglieder und das zumindest eine Septum strukturiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine kleine Anzahl von Ausführungen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines zweistückigen gegossenen Wellenleiters zeigt;
Fig. 2 eine Kurve zeigt, die die Wellenleiterwellenlänge über der Freiraumwellenlänge für einen Bereich von Aushebewinkeln darstellt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren zweistückigen Wellenleiters mit einem Septum in dem Wellenleiterhohlraum und den Wellenleiter desweiteren in einer Seitenansicht zeigt;
Fig. 4A, 4B und 4C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das abgewinkelte Abstimmelement selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wellenleiterfilter gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 5A, 5B und 5C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das flache rechtwinklige Abstimmelement selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wellenleiterfilter gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 6A, 6B und 6C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das rechtwinklige U-förmige Abstimmelement selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wel- Lenleiterfilter gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 7A, 7B und 7C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das U-förmige Abstimmelement mit Flanschen selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wellenleiterfilter gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 8A, 8B und 8C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das gebogene U-förmige Abstimmelement selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wellenleiterfilter gemäß einer fünften Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 9A, 9B und 9C perspektivische Ansichten eines zusammengebauten E-Ebenenwellenleiterfilters mit einem Abstimmelement, das L-förmige Abstimmelement selbst bzw. den auf eine Explosionsweise angeordneten Wellenleiterfilter gemäß einer sechsten Ausführung der Erfindung zeigen;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht des dielektrischen Abstimmelements von Fig. 5 mit verschiedenen Öffnungen und Wiedereintrittsmerkmalen zeigt, die demonstrieren, wie das Dielektrikum gemäß einer weiteren Ausführung gemustert sein kann;
Fig. 11 eine Kurve zeigt, die das gemessene Filteransprechverhalten vor dem Abstimmen im Vergleich mit dem modellierten Filteransprechverhalten darstellt; und
Fig. 12 eine Kurve zeigt, die das gemessene Filteransprechverhalten nach dem Abstimmen im Vergleich mit einem modellierten idealen Ansprechverhalten darstellt.

Detaillierte Beschreibung

Ein E-Ebenenwellenleiterfilter, der in Millimeterwellenbändern eingesetzt wird, ein Abstimmelement für einen derartigen E-Ebenenwellenleiterfilter und Verfahren zum Herstellen und Abstimmen eines E-Ebenenwellenleiterfilters, der in Millimeterwellenbändern eingesetzt wird, werden offenbart. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details dargelegt, einschließlich der besonderen Metalle zum Herstellen, den besonderen Wellenleitermaterialien, Kunststoff, wie z. B. Polyethylen als dielektrische Materialien, Anzahl von Wellenleiterfilterelementen, Querschnittsformen, Wellenleiterhohlraumformen, Anzahl an Septa, die Verwendung und Natur von Laschen und Öffnungen in dem Abstimmelement und dergleichen. Jedoch ist es den Fachleuten klar, daß Änderungen und/oder Modifikationen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich und den Geist der Erfindung zu verlassen.

I. Überblick

Gemäß den Ausführungen der Erfindung kann ein E-Ebenen- Millimeterfilter, der Wellenleiter einsetzt, unter Verwendung preisgünstiger toleranzmäßig weniger strenger Techniken hergestellt werden, und dann kann das gewünschte Filteransprechverhalten unter Verwendung eines einfachen preisgünstigen Abstimmelements erhalten werden. Vorzugsweise werden die Wellenleiterfilterelemente unter Verwendung preisgünstigen Druckgießens hergestellt. Das steht im Gegensatz zu strengeren Herstellungstechniken, wie z. B. spanende Bearbeitung. Jedoch ist es den Fachleuten angesichts der vorliegenden Offenbarung klar, daß die Vorteile des dielektrischen Abstimmelements und der Technik gemäß der Ausführungen es für die Anwendung auf Wellenleiterfilterelemente geeignet machen, die spanend bearbeitet oder ähnlich hergestellt sind, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Das Problem mit Gießen bei Millimeterwellenfrequenzen sind die höheren Herstellungstoleranzen. Jedoch erlauben und ermöglichen es die Ausführungen der Erfindung, eine Präzisionsgußtechnik einzusetzen, die dazu führt, die Wellenleiterfilterelemente bei akzeptablen Toleranzen herzustellen. Das Filteransprechverhalten kann dann abgestimmt werden, um Gesamtfilterkosten zu haben, die niedriger als die der Herstellungstechniken mit höherer Präzision sind. Überdies kann die dielektrische Abstimmtechnik gemäß den Ausführungen der Erfindung bei noch höheren Frequenzen eingesetzt werden, bei denen sogar höhere Präzisionsherstellungstechniken ein geeignetes genaues Filteransprechverhalten nicht bereitstellen können.
Die dielektrische Abstimmtechnik gemäß den Ausführungen der Erfindung umfaßt, nachdem der Filter zusammengesetzt wurde und das Filteransprechverhalten anfänglich gemessen wurde, das Einsetzen eines dielektrischen (Kunststoff-)Elements in einen Wellenleiterfilter. Diese Technik kann eingesetzt werden, um die Mittelfrequenz des Filteransprechverhaltens abzustimmen, indem die Abschneidefrequenz des Wellenleiters geändert wird. Überdies kann die Abstimmtechnik eingesetzt werden, um einzelne Resonatoren und Kopplungselemente abzustimmen. Die erstere Verwendung wird erreicht, indem ein gleichförmiges Dielektrikumstück in den Leiter eingesetzt wird, und die letztere Verwendung wird erreicht, indem ein geeignet strukturiertes Dielektrikumstück in den Leiter eingesetzt wird.
Wie früher erwähnt, wird der Wellenleiterfilter zusammengebaut (d. h. zwei oder mehr Wellenleiterfilterelemente und ein oder mehrere Septa), und das Filteransprechverhalten wird anfänglich gemessen. Die Details des gemessenen Filteransprechverhaltens können in einen Computer eingegeben werden, der auch Informationen über das gewünschte Filteransprechverhalten enthält. Das Strukturbilden auf dem Dielektrikumstück (d. h. dem Abstimmelement) wird unter Verwendung des Computers berechnet, derart, daß das gewünschte Filteransprechverhalten angesichts des gemessenen Filteransprechverhaltens erhalten wird. Das Strukturbilden auf dem Abstimmelement oder dem dielektrischen Körper wird vorzugsweise unter Verwendung einer automatisierten Stanzvorrichtung durchgeführt. Das (Kunststoff-)Abstimmelement wird dann in den Wellenleiterfilter eingesetzt, ohne daß der Filter auseinandergebaut wird. Das Filteransprechverhalten wird schließlich gemessen, um zu überprüfen, ob das Filteransprechverhalten den Spezifikationen entspricht. Diese Technik ist extrem kosteneffektiv, weil die tatsächliche Abstimmtechnik voll automatisiert ist und wenig manuelles Eingreifen erforderlich ist.
Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung umfaßt ein Wellenleiterfilter zumindest zwei hohle Wellenleiterelemente, die entlang der Mitte einer breiten Abmessung des Wellenleiters getrennt sind. Zumindest ein Septum wird zwischen die Wellenleiterelemente in den Wellenleiterhohlraum eingesetzt. Das Septum kann Metall mit Fenstern sein, die Resonanzfilterhohlräume bilden, oder alternativ kann das Septum dielektrisch mit strukturiertem Metall sein, um Resonanzhohlräume und Kopplungsabschnitte zu bilden, d. h. Grate. Nach der Messung des zusammengebauten Wellenleiterfilters wird ein dielektrisches Abstimmelement in den Wellenleiter eingesetzt, wobei das dielektrische Abstimmelement strukturiert sein kann. Beispiele relevanter dielektrischer Materialien umfassen Kunststoff, wie z. B. Polyethylen. Die dielektrischen Materialien können von verschiedener Stärke und gestanzt oder strukturiert sein.
Beim Konstruieren des Wellenleiterfilters muß die maximale Frequenzverschiebung ±Δf₀ bekannt sein, die aufgrund von Herstellungstoleranzen auftreten kann. Eine Frequenzverschiebung von 2% von f₀ ist mit der Abstimmtechnik gemäß den Ausführungen der Erfindung typischerweise erreichbar. Der Filter muß dann auf f₀+Δf₀ ausgelegt werden, weil die dielektrische Abstimmtechniken das Frequenzansprechverhalten des Filters nur nach unten verschieben können. Mit den Toleranzen sollte dann die Mittelfrequenz des Filteransprechverhaltens grob zwischen f₀ und f₀+2Δf₀ variieren, und Filter mit Mittelfrequenzen, die größer als f₀ sind, können unter Verwendung der dielektrischen Abstimmtechnik abgestimmt werden.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung können mit angemessenen Filtern praktiziert werden, die eine beliebige Anzahl von Septa (z. B. 1, 2, 3 oder mehr Septa) aufweisen. Überdies umfassen die hier gemachten Bezugnahmen auf Septa Gratstrukturen, wobei das Septum strukturiertes Metall auf einem dielektrischen Einsatz ist (d. h., daß das Septum einen leiterplattenartigen Aufbau hat).

II. E-Ebenen-Wellenleiterfilter

Während die Ausführungen der Erfindung nicht auf Wellenleiterelemente gemäß einer bestimmten Fabrikationstechnik heschränkt sind, haben die Ausführungen der Erfindung eine besondere Anwendung für solche Elemente, die unter Verwendung von Druckgießen hergestellt sind.
Für Filter in den Millimeterwellenbändern ist die Leistungsfähigkeit von größter Wichtigkeit. Um diese erforderliche Leistungsfähigkeit zu erreichen, sind immer verbesserte Herstellungstechniken niedriger Toleranz erforderlich. Es ist schwierig, eine preisgünstige Herstellungstechnik mit geeigneten Toleranzen für Millimeterwellenanwendungen zu finden. Wenn jedoch die Frequenz noch weiter anwächst, genügen sogar die Herstellungstechniken mit höchster Präzision und hohen Kosten nicht den Leistungsfähigkeitsanforderungen dieser Filter, und somit gibt es einen Kompromiß zwischen hohen Kosten, hoher Präzision und niedrigen Kosten, niedriger Präzision mit der Notwendigkeit einer Abstimmung.
Eine weniger genaue Herstellungstechnik zusammen mit einer preisgünstigen Abstimmtechnik, die beide für die Massenproduktion geeignet sind, ermöglichen eine kostengünstigere Herstellung dieser Filter. Unter Verwendung dieses Ansatzes können die Kosten existierender Herstellungstechniken höherer Präzision halbiert werden. Bei einigen Anwendungen können Abstriche der Leistungsfähigkeit für die Kosten gemacht werden. Vorzugsweise werden die Wellenleiterabschnitte des Filters unter Verwendung eines Druckgußverfahrens hergestellt, und das Septum wird unter Verwendung von Feinschneiden gemacht. Jedoch existiert eine Anzahl preisgünstiger Herstellungsverfahren für das Septum. Die erforderlichen Toleranzen bei den entscheidenden Abmessungen des Septums werden im folgenden beschrieben.
Druckgießen ist das Verfahren des Drängens geschmolzenen Metalls in Metallgußformen. Die Gußform wird unter Verwendung von spanenden Hochpräzisionsbearbeitungs-, Härt- und Schleiftechniken üblicherweise für Produktionsraten von mehr als 10.000 Stücken gemacht. Feinschneiden ist eine Kombination von Stanzen und Kaltextrusion, die ein genaueres und saubereres Finish als Stanzen ergibt. Das Abstimmverfahren der Erfindung nach dem Zusammenbauen erfordert nicht einzelne Abstimmschrauben herkömmlicher Abstimmtechniken.
Um ein Wellenleiterstück von einer Gußform leicht zu entfernen und die Kosten der Herstellung auf einem Minimum zu halten, ist ein Aushebewinkel φ_d an allen Oberflächen erforderlich, die senkrecht zu der Trennlinie liegen. Fig. 1 zeigt zwei Stücke 140A und 140B eines Druckgußwellenleiters 100. Die beiden Hälften oder Stücke 140A und 140B bilden einen Wellenleiterhohlraum 120, wenn sie zusammengebaut sind. Die Querschnittshohlraumsform des Wellenleiters ist in den Zeichnungen im wesentlichen rechteckig oder hexagonal. Jedoch ist es den Fachleuten klar, daß andere Formen praktiziert werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. Ein Aushebewinkel φ_d von zumindest 2° ist im großen und ganzen erforderlich. Die Wellenleiterquerschnittabmessungen b₁ und b₂ werden derart berechnet, daß das Querschnittsgebiet des Wellenleiters mit Aushebewinkeln gleich dem Querschnittsgebiet eines Standardrechteckwellenleiters ist. Das führt zu der kleinsten Nichtübereinstimmung, wenn ein Standardwellenleiter an einen Wellenleiter mit einem Aushebewinkel φ_d angeschlossen wird.
Das Hinzufügen eines Aushebewinkels führt zu einer Abnahme in der Abschneidewellenlänge (λ_c) des Wellenleiters gegenüber einem rechtwinkligen Standardleiter, wobei die Menge davon von der Größe des Aushebewinkels abhängt. Tabelle I führt die Abschneidewellenlänge für eine Anzahl von Aushebewinkeln im Vergleich mit rechteckigen WRB4 Standardwellenleitern auf. Die Werte wurden von HFSS (Ansoft Corporation, "HFSS Version 8.0.25", USA, 2001) erhalten. Tabelle I λ_c für eine Anzahl von Aushebewinkeln
Aus der Tabelle I kann die Wellenleiterwellenlänge (λ_g) wie folgt berechnet werden:
Fig. 2 zeigt eine Kurve der Wellenleiterwellenlänge λ_g (mm) über der Freiraumwellenlänge (λ₀) für einen Bereich von Aushebewinkeln φ_d(°), die in Tabelle 1 angegeben sind. Fig. 2 zeigt, daß die reduzierte Abschneidewellenlänge zu einer Zunahme der Wellenleiterwellenlänge führt, und auch eine Formänderung der Kurve der Wellenleiterwellenlänge über der Freiraumwellenlänge. Fig. 2 deckt das gesamte WR34 Wellenleiterband ab und zeigt, daß die Änderung bei niedrigen Frequenzen sehr groß sein kann. Das beeinflußt das Ansprechverhalten eines Wellenleiterfilters und muß bei der Konstruktion berücksichtigt werden.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist der gesamte Einfluß auf das Ansprechverhalten eines Filters der gleiche für jeden Aushebewinkel, und das ist, die Mittelfrequenz des Filters gegenüber der eines Standardwellenleiters zu vergrößern, während die %-Bandbreite dementsprechend skaliert wird. Das einfachste Verfahren, das zu berücksichtigen, ist es, den Filter in einem rechteckigen Standardwellenleiter bei einer entsprechend niedrigeren Frequenz derart zu konstruieren und zu optimieren, daß nach dem Hinzufügen der Aushebewinkel die Mittelfrequenz richtig ist.
Wenn nur als Beispiel ein Filter mit einer Mittelfrequenz von 28 GHz, einer 3%-Bandbreite und einem Aushebewinkel φ_d von 3° gewünscht wird, kann Gleichung (1) verwendet werden, um die skalierte Mittelfrequenz zu berechnen, die für die Filterkonstruktion zu verwenden ist. Bei keinem Aushebewinkel, λ_c = 17,289 mm bei 28 GHz, λ₀ = 10,7143 mm und (1) ergibt λ_g = 13,6518 mm. Um die skalierte Mittelfrequenz zu berechnen, muß die Frequenz im Wellenleiter mit einem 3° Aushebewinkel gefunden werden, bei dem die Wellenleiterwellenlänge die gleiche wie in dem rechtwinkligen Wellenleiter ist. Bei einem Aushebewinkel von 3°, λ_c = 16,934 mm, λ_g = 13,6518 mm und aus (1) ergibt sich λ₀ = 10,6282 mm. Das ist gleichgesetzt mit einer skalierten Mittelfrequenz von 28,227 GHz, was eine Zunahme von 0,811% gegenüber einem rechtwinkligen Standardleiter ist. Der Filter kann somit unter Verwendung herkömmlicher Software konstruiert und optimiert werden, wie z. B. der auf dem Moden-Übereinstimmungsverfahren basierten (siehe J. Uher, J. Bornemann und U. Rosenberg, "Waveguide components for antenna feed systems: Theory and CAD", Boston: Artech House, Kapitel 2.1 auf S. 9-42, 1993) mit einer Mittelfrequenz von 27,775 GHz, was auf 28 GHz skalieren wird, wenn der 3° Aushebewinkel zugefügt wird. Das Vorangegangene ist nur für Illustrationszwecke angegeben. Es ist den Fachleuten angesichts dieser Offenbarung klar, daß die Ausführung der Erfindung nicht auf diese Parameter und Werte beschränkt sind, und daß Änderungen und/oder Modifikationen gemacht werden können, ohne abzuweichen von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung.
Fig. 3 zeigt einen E-Ebenen-Filter 300 mit sieben Abschnitten, einer Durchlaßmittelfrequenz von 27,925 GHz und einer 3,044%-Bandbreite (27,5-28,35 GHz) in WR34, mit dem Ausführungen der Erfindung gemacht werden können. Der Filter 300 hat zwei Wellenleiterhälften oder -elemente 310A und 310B und ein Septum 330 mit sieben Abschnitten. Der Filter 330 ist unter Verwendung einer Moden-Übereinstimmungstechnik mit einer skalierten Mittelfrequenz von 27,698 GHz konstruiert und optimiert, die auf 27,925 GHz skaliert, wenn ein 2,5° Aushebewinkel zugefügt wird. Die optimierten Filterabmessungen sind a1 = a2 = 4,218 mm; b1 = 4,1338 mm, b2 = 4,5022 mm; t = 0,200 mm; d1 = d8 = 0,4869 mm, d2 = d7 = 3,1981 mm, d3 = d6 = 4,4065 mm, d4 = d5 = 4,7714 mm; l1 = l7 = 4,8871 mm, l2 = l6 = 4,9257 mm, l3 = l5 = 4,9240 mm, l4 = 4,9235 mm und φ_d = 2,5°.

III. Herstellungsfragen von E-Ebenen-Wellenleitern

Üblicherweise wird ein Schutzband zwischen 3-5% bei der Konstruktion eines Filters vorgesehen, um Frequenzverschiebungen zu erlauben, die von Herstellungstoleranzen verursacht werden. Für den vorangehend beschriebenen E-Ebenen- Filter ist ein Schutzband nicht vorgesehen, sondern das zugewiesene Maximum ist 50 MHz auf jeder Seite des Durchlaßbereichs. Die entscheidenden physikalischen Abmessungen dieses Filters sind:
die Breite der Wellenleiterhälften a₁, a₂,
die Dicke t des Septums und
der Aushebewinkel φ_d.
Diese drei entscheidenden Abmessungen beeinflussen das Filteransprechverhalten, indem sie die Mittelfrequenz verschieben, aber das Filteransprechverhalten durch Ändern der Polpositionen nicht ändern. Zufällige Änderungen in den Abmessungen d₁-d₈ und l₁-l₇, die in Fig. 3 gezeigt sind, ändern die Polpositionen.
Ein Hochpräzisionsmassenfertigungstechnik, wie z. B. spanendes Bearbeiten, hat normalerweise eine Toleranz von ±10 µm bei den entscheidenden Abmessungen. Es ist nicht möglich, diese Toleranz entscheidend zu verbessern, ohne die Kosten erheblich zu erhöhen. Für den vorangehend beschriebenen E- Ebenen-Filter mit keinem Aushebewinkel φ_d, wie in dem Fall nei einem spanend bearbeiteten Teil, führt eine Änderung in der Breite des Wellenleiters von ±10 µm zu einer Verschiehung der Mittelfrequenz des Filters von +40 MHz. Wenn die Toleranz der Dicke des Septums für ein 200 µm dickes Septum aus rostfreiem Stahl ±20 µm beträgt, führt eine Änderung in der Dicke des Septums von ±20 µm zu einer Verschiebung der Mittelfrequenz des Filters von +60 MHz. Das Vermindern der Dicke des Septums kann die Toleranz der Septumdicke vermindern. Zum Beispiel beträgt die Toleranz von 100 im dickem rostfreiem Stahl ±10 µm, und für 50 µm dicken rostfreien Stahl ±7,5 µm. Bei einer Septumdicke von 50 µm und einer Toleranz der Dicke von ±7,5 µm beträgt die Frequenzverschiebung der Mittelfrequenz des Filters ±25 MHz.
Bei der um ±10 µm variierenden Breite der Wellenleiterhälften 310A, 310B und der um ±7,5 um variierenden Dicke des Septums kann die Mittelfrequenz des Filters um bis zu ±65 MHz variieren. Das ist größer als das 50 MHz Schutzband, das akzeptabel ist, und nicht andere kleinere Frequenzveränderungen aufgrund zufälliger Änderungen in den Abmessungen d₁-d₈ und l₁-l₇ umfaßt. Die niedrigsten Toleranzen, die zur Zeit bei den entscheidenden Abmessungen verfügbar sind, sind nicht akzeptabel, selbst bei den unteren Millimeterwellenfrequenzen. Diese Filter erfordern daher eine gewisse Abstimmung, um zu gewährleisten, daß die Betriebsfrequenz in den spezifizierten Frequenzen liegt. Die Ausführungen der Erfindung ermöglichen eine viel preisgünstigere einzusetzende Herstellungstechnik, die weiterhin ein genaues Filteransprechverhalten schafft, aber die ein Frequenz-Offset haben kann, das einfach abgestimmt werden kann.
Die Wellenleiterhälften 310A, 310B können unter Verwendung eines Druckgußverfahrens mit einer Genauigkeit von ±15 µm bei den entscheidenden Abmessungen und ±0,25° bei dem Aushebewinkel hergestellt werden. Die Toleranz von ±15 µm bei der Breite der Wellenleiterhälften 310A, 310B führt zu einer maximalen Verschiebung der Mittelfrequenz des Filters von +60 MHz. Eine Änderung der Dicke des Septums von ±20 µm führt zu einer Verschiebung der Mittelfrequenz von ±60 MHz, und eine Änderung in dem Aushebewinkel von ±0,25° führt zu einer Verschiebung der Mittelfrequenz von ±15 MHz. Der maximale kombinierte Effekt ist eine Frequenzverschiebung von +135 MHz, wenn die Breite des Wellenleiters 15 µm kleiner, die Dicke des Septums 20 µm größer und der Aushebewinkel 0,25° größer ist. Alternativ ist der maximale kombinierte Effekt eine Frequenzverschiebung von -135 MHz, wenn die Breite des Wellenleiters 15 µm größer, die Dicke des Septums 20 µm kleiner und der Aushebewinkel 0,25° kleiner ist. Bei einem 50 µm dicken Septum und einer Toleranz von ±7,5 µm bei der Dicke, wird die Mittelfrequenz des Filters um bis zu ±25 MHz verschoben. Der maximale kombinierte Effekt mit dem 50 µm dicken Septum ist eine Frequenzverschiebung von ±100 MHz. Eine Toleranz von ±15 µm bei den entscheidenden Abmessungen des Septums ist bei 28 GHz hinreichend, um zu gewährleisten, daß die Rückflußdämpfung des Filters größer als 20 dB über die Filterbandbreite ist.
Der E-Ebenen-Filter 300 wird aus Druckgußzink (Zamak #3) mit einem Aushebewinkel von 2,5°, Toleranzen von ±15 µm bei den entscheidenden Abmessungen und ±50 µm über die Länge des Wellenleiters hergestellt. Das Septum wird aus 200 µm dickem rostfreiem Stahl mit einer Toleranz von ±20 µm der Dicke, ±15 µm bei den entscheidenden Abmessungen und ±25 µm über die Länge des Septums hergestellt. Das Septum wurde nach der Herstellung verkupfert.
Der Filter wurde auf HFSS unter Verwendung einer Leitfähigkeit von 1,6 × 10⁷ S/m für die Zinkwellenleiterhälften und 5,8 × 10⁷ S/m für das verkupferte Septum aus rostfreiem Stahl modelliert. Die Leitfähigkeit von Kupfer war hinreichend für die Modellierung des Septums aufgrund der Eindringtiefe, die geringer als die Abdeckstärke des Kupfers ist.
Das gemessene Filteransprechverhalten bei keiner Abstimmung ist in Fig. 11 im Vergleich mit dem modellierten Ansprechverhalten von HFSS gezeigt. Das zeigt, daß es wie erwartet eine erhebliche Frequenzverschiebung (+140 MHz) gab, aber daß die Form des Filteransprechverhaltens sehr nahe an dem modellierten Ansprechverhalten ist.
Fig. 12 zeigt das gemessene Ansprechverhalten nach dem Abstimmen im Vergleich mit dem modellierten Ansprechverhalten unter Verwendung der konstruierten Abmessungen, die in Abschnitt III angegeben sind. Die Mittelfrequenz wurde erfolgreich abgestimmt, und die Form der Antwort ist weiterhin sehr ähnlich, wobei jedoch die Bandbreite vermindert wurde.

IV. Dielektrisches Abstimmelement und Abstimmtechnik

Die Abstimmtechnik gemäß den Ausführungen der Erfindung kann das Einsetzen eines Stücks Dielektrikum über die gesamte Länge eines zusammengebauten E-Ebenen-Filters umfassen, um gleichzeitig alle Resonatoren abzustimmen. Die Größe und Anordnung des Stücks Dielektrikum werden durch die Größe der erforderlichen Frequenzverschiebung bestimmt. Die Verwendung dieser Dielektrikumabstimmtechnik erfordert es, den Filter für eine höhere Frequenz zu konstruieren, als es erforderlich ist, so daß mit den Toleranzen die Frequenz entweder genau richtig ist, oder das Herunterabstimmen in der Frequenz erforderlich ist, weil das Dielektrikum die Mittelfrequenz vermindert. Diese Abstimmtechnik ist für die Massenherstellung unter Computersteuerung geeignet.
Die Fig. 4 bis 9 zeigen verschiedene unterschiedlich geformte Dielektrikumabstimmelemente gemäß den Ausführungen der Erfindung, die mit einem zusammengebauten Wellenleiterfilter verwendet werden können. Beispiele, wo das dielektrische Abstimmelement in den Wellenleiterhohlraum eingesetzt werden könnten, umfassen:

a) ein abgewinkeltes dielektrisches Abstimmelement 450, das diagonal quer über eine oder beide Hälften des Wellenleiters eingesetzt wird (eine Hälfte ist in Fig. 4 gezeigt);
b) ein flaches rechteckiges dielektrisches Abstimmelement 550, das unmittelbar nach unten in die Mitte des Wellenleiters parallel zu dem Septum auf einer oder beiden Seiten eingesetzt wird (eine Seite ist in Fig. 5 gezeigt);
c) ein U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 650, das in den Wellenleiter eingesetzt wird und die Seitenwände und die Rückwand einer Hälfte oder beider Hälften des Wellenleiters berührt (eine Hälfte ist in Fig. 6 gezeigt);
d) ein U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 750 mit Flanschen auf gegenüberliegenden Seiten, das in den Wellenleiter eingesetzt wird und die Seitenwände und die Rückwand von einer Hälfte oder beiden Hälften des Wellenleiters berührt (eine Hälfte ist in Fig. 7 gezeigt);
e) ein gebogenes U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 850, das in entweder eine Hälfte oder beide Hälften des Wellenleiters eingesetzt wird (eine Hälfte ist in Fig. 8 gezeigt); und
f) ein L-förmiges dielektrische Abstimmelement 950, das nach unten von einer, zwei, drei oder allen Wellenleiterwänden derart eingesetzt wird, daß das Dielektrikum senkrecht zu dem Septum liegt (ein dielektrisches Abstimmelement, das nach unten von nur einer Wand eingesetzt ist, ist in Fig. 9 gezeigt).

Das dielektrische Abstimmelement ist vorzugsweise in der Form länglich, um in dem länglichen Wellenleiterhohlraum zu sitzen oder ihn zu ergänzen. Es wird den Fachleuten angesichts dieser Offenbarung klar sein, daß verschiedene Proportionen einschließlich der Längen und Dicken für das dielektrische Abstimmelement eingesetzt werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen einen zusammengebauten Filter 400 mit dem dielektrischen Abstimmelement 450, das diagonal in dem Wellenleiterhohlraum 420 eingesetzt ist, das abgewinkelte L-artige dielektrische Abstimmelement 450 bzw. eine Explosionsansicht des Filters 400 und des dielektrischen Abstimmelements 450. Der Wellenleiterfilter 400 umfaßt zwei zusammenpassende Wellenleiterelemente 410A, 410B, die, wenn sie zusammengebaut sind, an jedem Ende des Wellenleiters 410 Flansche bilden. Auch weist jedes Wellenleiterelement 410A, 410B eine Rille oder einen Schlitz in einer Seite auf, so daß, wenn die Wellenleiterelemente 410A, 410B zusammengebaut werden, der Wellenleiterhohlraum 420 gebildet wird. Wie in Fig. 4C gezeigt, ist ein einziges Septum 430 ausgebildet, das sieben Hohlräume oder Fenster aufweist, die in einem Mittelbereich des Septums 430 gestanzt sind, und zwei Flanschbereiche für die Anordnung zwischen den Wellenleiterelementen 410A, 410B und eine richtige Ausrichtung freilassen. Das im wesentlichen L-förmige dielektrische Abstimmelement 450 hat zwei Öffnungen in dem kurzen Bein des "L" neben gegenüberliegenden Enden des Elements 450. Bei dem durch das abgewinkelte Abstimmelement gebildeten Falz und in einer entsprechenden Öffnung ist eine vorstehende Lasche, die vorzugsweise in ein passendes Loch in dem Septum 450 eingreift. Zwei weitere Laschen erstrecken sich von der gegenüberliegenden Seite des großen Beins des "L", die entsprechend mit Löchern in dem Wellenleitergehäuse 410 verbunden werden können. Es ist den Fachleuten angesichts der Offenbarung klar, daß die erwähnten Laschen bei dieser und den folgenden Ausführungsbeispielen nur bevorzugt werden und weggelassen oder verändert werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. Das Gleiche gilt für die erwähnten Öffnungen. Beide Merkmale dienen nur dem Zweck der Ausrichtung und des Sicherns des dielektrischen Abstimmelements.
Die Fig. 5A, 5B und 5C zeigen einen zusammengesetzten Filter 500 mit dem dielektrischen Abstimmelement 550, das unmittelbar nach unten in die Mitte des Wellenleiters parallel zu dem Septum 530 eingesetzt ist, das flache rechteckige dielektrische Abstimmelement 550 bzw. eine Explosionsansicht des Filters 500 und des dielektrischen Abstimmelements 550. Die Elemente von Fig. 5, die die gleichen oder ähnliche Merkmale haben, die mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben worden sind, haben entsprechende Bezugszeichen (z. B. Filter 400 in Fig. 4 und Filter 500 in Fig. 5), und die Beschreibung der gleichen Merkmale wird nicht dargelegt, um Wiederholungen zu vermeiden. Dasselbe Prinzip gilt für die übrigen Zeichnungen. Das flache rechteckige dielektrische Abstimmelement 550 hat zwei Laschen auf beiden gegenüberliegenden Längsseiten (4 Laschen insgesamt), wobei jede benachbart dem Längsende des Elements 550 angeordnet ist. Die Laschen können mit entsprechenden Rillen in den Wellenleiterkörpern 510A und 510B ausgerichtet sein, um das Dielektrikum zu sichern.
Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen einen zusammengebauten Filter 600 mit dem dielektrischen Abstimmelement 650, das in den Wellenleiterhohlraum 620 eingesetzt ist, ein U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 650, das in den Wellenleiterhohlraum 620 eingesetzt ist und Seitenwände und eine Rückwand des Wellenleiterelements 610B berührt bzw. eine Explosionszeichnung des Filters 600 und des dielektrischen Abstimmelements 650. Jede Wand oder länglicher Abschnitt des dielektrischen Abstimmelements 650 ist im wesentlichen senkrecht zu der verbundenen Wand, so daß das Abstimmelement 650 gerade in einen Abschnitt des rechteckig geformten Querschnitts des Wellenleiterhohlraums 620 paßt. Ähnlich zu dem dielektrischen Abstimmelement 550 von Fig. 5 hat das U- förmige Abstimmelement 650 vorzugsweise vier Laschen, wobei zwei von jedem Rand einer parallelen Wand des "U's" vorstehen. Wieder können solche Laschen vorzugsweise in passende Rillen in dem Septum 630 eingreifen, um das Dielektrikum zu sichern.
Die Fig. 7A, 7B und 7C zeigen einen zusammengebauten Filter 700 mit dem dielektrischen Abstimmelement oder Abstimmglied 750, das unmittelbar in den Wellenleiterhohlraum neben dem Septum 730 eingesetzt ist, ein U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 750, das in den Wellenleiterhohlraum 720 eingesetzt ist und Seitenwände und eine Rückwand des Wellenleiterglieds 710B berührt, bzw. eine Explosionszeichnung des Filters 700 und des dielektrischen Abstimmelements 750. Das dielektrische Abstimmelement 750 ist im Aufbau im wesentlichen ähnlich zu dem Abstimmelement 650 von Fig. 6, aber das dielektrische Abstimmelement 750 hat desweiteren zwei Flansche mit Laschen und Öffnungen, die in dem Aufbau ähnlich zu denen des Abstimmelements 450 von Fig. 4 sind. Ähnlich zu dem dielektrischen Abstimmelement 550 von Fig. 5 weist das U-förmige Abstimmelement 650 vorzugsweise 4 Laschen auf, von denen zwei von jedem Rand einer parallelen Wand des "U's" vorstehen. Jeder Flansch erstreckt sich im wesentlichen senkrecht von einer verbundenen parallelen Wand des "U's". Wieder können solche Laschen vorzugsweise in passende Rillen in dem Septum 730 eingreifen.
Die Fig. 8A, 8B und 8C zeigen einen zusammengebauten Filter 800 mit dem dielektrischen Abstimmelement 850, das in den Wellenleiterhohlraum 820 eingesetzt ist, ein abgerundetes oder gebogenes U-förmiges dielektrisches Abstimmelement 850, das in den Wellenleiterhohlraum 820 eingesetzt ist und im wesentlichen Seitenwände berührt und zumindest einen Punkt an einer Rückwand des Wellenleiterglieds 810B berührt, bzw. eine Explosionszeichnung des Filters 800 und des dielektrischen Abstimmelements 850. Die Basis des "U's" ist für dieses Abstimmelement 850 abgerundet. Ähnlich zu dem dielektrischen Abstimmelement 650 von Fig. 6 weist das U-förmige Abstimmelement 850 vorzugsweise vier Laschen auf, von denen zwei von jedem Rand einer parallelen Wand des "U's" vorstehen.
Die Fig. 9A, 9B und 9C zeigen einen zusammengebauten Filter 900 mit dem dielektrischen Abstimmelement 950, das nach unten bei einer, zwei, drei oder allen Wellenleiterwänden derart eingesetzt ist, daß das Dielektrikum senkrecht zu dem Septum ist, das L-förmige dielektrische Abstimmelement 950 bzw. eine Explosionszeichnung des Filters 900 und des dielektrischen Abstimmelements 950. Das L-förmige dielektrische Abstimmelement 950 weist vorzugsweise zwei Öffnungen in dem kurzen Bein des "L's" neben gegenüberliegenden Enden des Elements 950 auf. An dem Falz des "L's" des Abstimmelements und in einer entsprechenden Öffnung ist eine vorstehende Lasche. Zwei weitere Laschen erstrecken sich vorzugsweise von den gegenüberliegenden Seiten des größeren Beins des "L's". Die Laschen sind mit passenden Rillen in dem Wellenleiter und dem Septum ausgerichtet, um das Dielektrikum zu sichern.
Fig. 10 zeigt Beispiele, wie das dielektrische Abstimmelement 1050 von Fig. 5 gestanzt werden kann, um verschieden bemessene und geformte Öffnungen oder Wiedereintrittsmerkmale zu bilden, um einzelne Resonatoren und Kopplungselemente abzustimmen. Das Stanzen wird vorzugsweise ausgeführt, indem ein Abschnitt von dem Rand des Dielektrikums gestanzt wird, wobei die Tiefe des gestanzten Abschnitts die erforderliche Abstimmung bestimmt. Jedoch kann das Stanzen auch ausgeführt werden, indem Öffnungen variierender Größe und Form verwendet werden.
Die Abstimmstruktur mit dem Dielektrikum, das unter der Mitte des Wellenleiters parallel und in Kontakt mit dem Septum (Fig. 5) gezeigt wird, ist die von den gezeigten empfindlichste. Das Dielektrikum ist bei dieser Konfiguration in der Mitte des Maximums des elektrischen Felds und hat somit den meisten Einfluß auf das Ansprechverhalten. Durch das Wegbewegen des Dielektrikums von dem maximalen Feld müssen die dielektrischen Eigenschaften nicht so eng gesteuert werden, und der Verlust aufgrund des Dielektrikums wird auch nicht so hoch sein. Die in Fig. 5 gezeigte Abstimmstruktur hat gleichzeitig den weiteren Nachteil des Verminderns der prozentualen Bandbreite des Filters, weil es die Frequenz nach unten verschiebt. Dagegen verschieben die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Strukturen die Frequenz, während sie die prozentuale Bandbreite unverändert lassen.
Die Ausführungen der Erfindung ermöglichen ein preisgünstiges Abstimmen und Herstellen von E-Ebenen-Millimeterwellenfiltern. Die vergrößerten Toleranzen bei den Abmessungen der Filterelemente haben den Haupteffekt der Änderung der Frequenz des Ansprechverhaltens und nicht der tatsächlichen Form des Ansprechverhaltens. Das führt selbst zu einer preiswerten dielektrischen Abstimmtechnik, um die Frequenzverschiebungen zu kompensieren.
Ein E-Ebenen-Wellenleiterfilter, der in Millimeterwellenbändern eingesetzt wird, ein Abstimmelement für einen derartigen E-Ebenen-Wellenleiterfilter und Verfahren zum Herstellen und Abstimmen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters, der in Millimeterwellenbändern eingesetzt wird, wurden beschrieben. Es ist den Fachleuten angesichts dieser Offenbarung klar, daß Modifikationen und/oder Änderungen bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Die Erfindung kann auch wie folgt zusammengefasst werden:
Die Anforderungen an größere Bandbreiten für Kommunikationssysteme und die sich ergebende Verwendung des Millimeterwellenlängenbereichs werden diskutiert. Die Toleranzen von Filterkomponenten zur Verwendung in dem Millimeterwellenlängenbereich erfordern eine kostenintensive Herstellung. E- Ebenen-Filter 400, ein Abstimmelement 450 für einen derartigen Filter 400 und Verfahren zum Herstellen und Abstimmen eines derartigen Filters werden offenbart. Insbesondere ermöglicht die Herstellungs- (und Abstimmungs-) Technik Filter 400 dieser Art, die bei höheren Frequenzen verwendet werden können, ohne den Bedarf zur Verwendung von Herstellungstechniken mit höherer Genauigkeit und höheren Kosten. Der Filter 400 hat zumindest zwei Wellenleiterglieder 410A, 410B und zumindest ein Septum 430, die in einem Wellenleiterhohlraum 420 angeordnet sind, der durch die zusammengebauten Wellenleiterglieder 410A, 410B gebildet ist. Die Charakteristika des Filters 400 werden getestet. Ein dielektrisches Abstimmelement 450 wird dann in den Wellenleiterhohlraum 420 des zusammengebauten Filters 400 eingesetzt, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters 400 in Abhängigkeit von den getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

Claims

1. Verfahren zum Abstimmen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Testen der Filtercharakteristik des Filters, wobei der Filter zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum aufweist, die zusammengesetzt sind, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche hat, die in das Wellenleiterglied geformt ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengebaut sind, wobei das zumindest eine Septum in den Wellenleiterhohlraum angeordnet ist; und
Einsetzen eines dielektrischen Abstimmglieds in den Wellenleiterhohlraum des zusammengesetzten Filters, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters in Abhängigkeit von den getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

2. Verfahren zum Herstellen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Zusammenbauen von zumindest zwei Wellenleitergliedern mit zumindest einem Septum in einem Wellenleiterhohlraum, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche hat, die in dem Wellenleiterglied geformt ist, um den Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengebaut sind; und
Einsetzen eines dielektrischen Abstimmglieds in den Wellenleiterhohlraum, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters für die zusammengebauten Wellenleiterglieder und das zumindest eine Septum einzustellen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das zumindest eine Septum ein festes Metall oder ein auf einem dielektrischen Substrat (Grat) strukturiertes Metall ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das zumindest eine Septum strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum zu bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, desweiteren mit dem Schritt des Testens der Filtercharakteristika der zusammengebauten Wellenleiterglieder und des zumindest einen Septums vor dem Einsetzschritt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 5, desweiteren mit dem Schritt des Bildens des dielektrischen Abstimmglieds als Reaktion auf die getesteten Filtercharakteristika.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das dielektrische Abstimmglied strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum einzustellen.

8. verfahren nach Anspruch 7, bei dem das strukturierte dielektrische Abstimmglied Öffnungen oder Wiedereintrittsmerkmale aufweist, die in dem dielektrischen Abstimmglied ausgebildet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das dielektrische Material des dielektrischen Abstimmglieds preiswerten stanzbaren Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das dielektrische Abstimmglied einen länglichen Körper aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der längliche Körper eine Querschnittsform aufweist, die aus der Gruppe von Formen ausgewählt ist, die aus folgendem besteht: eine abgewinkelte oder gebogene Form, eine flache und rechtwinklige Form, eine U-Form, eine U-Form mit Flanschen, eine abgerundete oder gebogene U-Form und eine L-Form.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das den Schritt des Feinschneidens zumindest eines Septumschnittteils umfaßt, um das zumindest eine Septum zu bilden.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, desweiteren mit dem Schritt des Druckgießens der zumindest zwei Wellenleiterglieder.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, desweiteren mit dem Schritt des spanenden Bearbeitens der zumindest zwei Wellenleiterglieder.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Einstellschritt das Herunterschieben eines Frequenzansprechverhaltens des Filters umfaßt.

16. Ein E-Ebenen-Wellenleiterfilter, wobei der Filter folgendes umfaßt:
zumindest zwei Wellenleiterglieder, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche aufweist, die in dem Wellenleiterglied ausgebildet ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengebaut sind;
zumindest ein Septum, das in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet ist; und
ein dielektrisches Abstimmglied, das in den Wellenleiterhohlraum des zusammengebauten Filters eingesetzt ist, um zumindest eine Frequenzcharakteristik des Filters in Abhängigkeit von getesteten Filtercharakteristika einzustellen.

17. Filter nach Anspruch 16, bei dem das zumindest eine Septum ein Metall oder ein Grat ist.

18. Filter nach Anspruch 16, bei dem das zumindest eine Septum strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum zu bilden.

19. Filter nach Anspruch 16, bei dem das dielektrische Abstimmglied als Reaktion auf getestete Filtercharakteristika der zumindest zwei zusammengebauten Wellenleiterglieder und des zumindest einen Septums vor dem Einsetzen des dielektrischen Abstimmglieds in den Wellenleiterhohlraum gebildet ist.

20. Filter nach Anspruch 16, bei dem das dielektrische Abstimmglied strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum einzustellen.

21. Filter nach Anspruch 20, bei dem das strukturierte dielektrische Abstimmglied entweder Öffnungen oder Wiedereintrittsmerkmale aufweist, die in dem dielektrischen Abstimmglied ausgebildet sind.

22. Filter nach Anspruch 16, bei dem das dielektrische Material preiswerten stanzbaren Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, umfaßt.

23. Filter nach Anspruch 16, bei dem das dielektrische Abstimmglied einen länglichen Körper aufweist.

24. Filter nach Anspruch 23, bei dem der längliche Körper eine Querschnittsform aufweist, die aus der Gruppe von Formen ausgewählt ist, die aus folgendem besteht: eine abgewinkelte oder gebogene Form, eine flache und rechteckige Form, eine U-Form, eine U-Form mit Flanschen, eine abgerundete oder gebogene U-Form und eine L-Form.

25. Filter nach Anspruch 16, bei dem das zumindest eine Septum durch Feinschneiden von zumindest einem Septumzuschnitt ausgebildet ist.

26. Filter nach Anspruch 16, bei dem zumindest zwei Wellenleiter druckgegossen sind.

27. Filter nach Anspruch 16, bei dem zumindest zwei Wellenleiterglieder spanend bearbeitet sind.

28. Abstimmglied für einen E-Ebenen-Wellenleiterfilter,
wobei der Filter zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum umfaßt, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche aufweist, die in dem Wellenleiterglied ausgebildet ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengebaut werden, wobei das zumindest eine Septum in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet ist, wobei das Abstimmelement
ein dielektrisches Glied zum Einstellen zumindest einer Frequenzcharakteristik des Filters umfaßt, wenn es in den Wellenleiterhohlraum eingesetzt ist, wobei das dielektrische Glied in Reaktion auf getestete Frequenzcharakteristika des Filters für die zusammengebauten Wellenleiterglieder und das zumindest eine Septum ausgebildet ist.

29. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das zumindest eine Septum aus Metall ist oder ein Grat ist.

30. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das zumindest eine Septum strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum zu bilden.

31. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das dielektrische Glied als Reaktion auf getestete Filtercharakteristika der zumindest zwei zusammengebauten Wellenleiterglieder und des zumindest einen Septum vor dem Einsetzen des dielektrischen Abstimmglieds in den Wellenleiterhohlraum ausgebildet ist.

32. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das dielektrische Glied strukturiert ist, um Resonanzelemente in dem Wellenleiterhohlraum einzustellen.

33. Abstimmglied nach Anspruch 32, bei dem das strukturierte dielektrische Glied Öffnungen aufweist, die in dem dielektrischen Glied ausgebildet sind.

34. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das dielektrische Material preiswerten stanzbaren Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, umfaßt.

35. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das dielektrische Glied einen länglichen Körper aufweist.

36. Abstimmglied nach Anspruch 35, bei dem der längliche Körper eine Querschnittsform aufweist, die aus der Gruppe von Formen ausgewählt ist, die aus folgendem besteht: eine abgewinkelte oder gebogene Form, eine flache und rechteckige Form, eine U-Form, eine U-Form mit Flanschen, eine abgerundete oder gebogene U-Form und eine L-Form.

37. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem das zumindest eine Septum durch Feinschneiden zumindest eines Septumzuschnitts ausgebildet ist.

38. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem die zumindest zwei Wellenleiterglieder druckgegossen sind.

39. Abstimmglied nach Anspruch 28, bei dem die zumindest zwei Wellenleiterglieder spanend bearbeitet sind.

40. verfahren zum Abstimmen eines E-Ebenen-Wellenleiterfil- ters, wobei das Verfahren im wesentlichen wie vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere der Fig. 4-9 der beigefügten Zeichnungen offenbart ist.

41. Verfahren zum Herstellen eines E-Ebenen-Wellenleiterfilters, wobei das Verfahren im wesentlichen wie vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere der Fig. 4-9 der beigefügten Zeichnungen offenbart ist.

42. E-Ebenen-Wellenleiterfilter, wobei der Filter im wesentlichen wie vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere der Fig. 4-12 der beigefügten Zeichnungen offenbart ist.

43. Abstimmglied für einen E-Ebenen-Wellenleiterfilter, wobei der Filter zumindest zwei Wellenleiterglieder und zumindest ein Septum umfaßt, wobei jedes Wellenleiterglied eine geformte Oberfläche aufweist, die in dem Wellenleiterglied ausgebildet ist, um einen Wellenleiterhohlraum zu schaffen, wenn die Wellenleiterglieder zusammengebaut sind, wobei das zumindest eine Septum in dem Wellenleiterhohlraum angeordnet ist, wobei das Abstimmglied im wesentlichen wie vorstehend mit Bezug auf eine oder mehrere der Fig. 4-12 der beigefügten Zeichnungen offenbart ist.