DE1791017B1 - MICROWAVE FILTER - Google Patents
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Description
sind und daß die Hohlräume durch Wellenleiterabschnitte mit Wellenwiderständen Z12 und Z23 voneinander getrennt sind, wobei gilt:and that the cavities are separated from one another by waveguide sections with wave resistances Z 12 and Z 23, where:
IOIO
O+ist)·*" ^t-O + is) · * "^ t-
wobeiwhereby
J?, eine Belastungsimpedanz, Rg eine Generatorimpedanz und g0, gu g2 und g4 normalisierte Werte eines mit konzentrierten Elementen ausgeführten Filters sind, das eine Bandkantenfrequenz W1 aufweist. Mit dem erfindungsgemäßen Filter wird uner-J ?, a load impedance, R g a generator impedance, and g 0 , g u g 2 and g 4 are normalized values of a lumped element filter having a band edge frequency W 1 . With the filter according to the invention
• wünschtes Verhalten vermieden, wobei eine einfache Verringerung der Höhe des Wellenleiters in einem 3/4 Wellenlängen langen Gebiet zwischen zwei gegebenen Resonanzhohlräumen genügt, wenn die Verringerung so bemessen ist, daß in diesem Gebiet ein spezieller Wert des Wellenwiderstands entsteht, der auf den Parametern der Hohlräume selbst beruht. Zwischen den Hohlräumen kommen keine neuen Unstetigkeiten hinzu, d. h. die einzigen vorhandenen Unstetigkeiten (nämlich mit der den Hohlraum ankoppelnden Irisblende und mit der kapazitiven Anpaßschraube, die gewöhnlich zu der Irisblende gehört) zusammenfallen und sind mit diesen elektrisch abgestimmt. • wünschtes behavior avoided, and a simple reduction in the height of the waveguide in a 3/4 wavelengths long area between two given resonant cavities is sufficient if the reduction is dimensioned such that in this area a specific value of the characteristic impedance is formed which on the parameters of the Cavities themselves is based. No new discontinuities are added between the cavities, ie the only existing discontinuities (namely with the iris diaphragm coupling the cavity and with the capacitive adjusting screw that usually belongs to the iris diaphragm) coincide and are electrically matched to these.
Wenn das Erfindungsprinzip auf ein typisches maximal flaches (aufbaumäßig symmetrisches) Filter mit drei Hohlräumen angewendet wird, reduziert sich die erfindungsgemäße Anordnung auf eine einzige Platte aus leitendem Material, die I1Z2 Wellenlängen lang ist und eine spezielle Dicke aufweist, und die sich in dem verbindenden rechteckigen Leiter an einerIf the principle of the invention is applied to a typical maximally flat (structurally symmetrical) filter with three cavities, the arrangement according to the invention is reduced to a single plate of conductive material, which is I 1 Z 2 wavelengths long and has a special thickness, and which is in the connecting rectangular conductor on one
»breiten Wand erstreckt und in der Mitte zwischen den Irisblenden der Resonanzhohlräume liegt. Das Erfindungsprinzip kann auf Filter mit einer beliebigen Anzahl von Hohlräumen ausgedehnt werden, die sowohl symmetrisch als auch unsymmetrisch sein können.»Extends wide wall and lies in the middle between the iris diaphragms of the resonance cavities. The principle of the invention can be extended to filters with any number of cavities, both can be symmetrical as well as asymmetrical.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe invention is described below with reference to the drawings. It shows
F i g. 1 eine Querschnittansicht eines als Beispiel gewählten Filters mit drei Hohlräumen gemäß der Erfindung,F i g. 1 is a cross-sectional view of an exemplary three-cavity filter according to FIG Invention,
F i g. 2 ein typisches Schemafilter mit punktförmig zusammengezogenen Elementen mit einer für die Fig. 1 gewünschten Kennlinie,F i g. 2 a typical schema filter with elements contracted at points with one for the Fig. 1 desired characteristic,
F i g. 3 bis 5 aufeinanderfolgende Ersatzschaltbilder för'Uberüragungsleitungen, um eine Äquivalenz zwischen den F i g. 1 und 2 abzuleiten.F i g. 3 to 5 successive equivalent circuit diagrams for transfer lines to ensure equivalence between the F i g. 1 and 2 to be derived.
In F i g. 1 wurde ein Filter mit drei Hohlräumen gewählt, um das Erfindungsprinzip zu erläutern. Wie aus dem Querschnitt hervorgeht, besteht das Filter aus einem Abschnitt eines rechteckigen, leitend begrenzten Wellenleiters W und~~aus drei etwa eine halbe Wellenlänge langen Hohlräumen 11,12 und 13, die durch eine breite Wand des Leiters 10 mit Hilfe der Irisblenden 14,15 und 16 an Punkten angekoppelt sind, die einen Abstand von drei Viertel einer Wellenlänge im Leiter haben. Die kapazitiven Abstimmschrauben 17, 18 und 19 befinden sich in der breiten Wand jeweils gegenüber den Irisblenden 14,15 und 16. Bis hierher ist die Anordnung herkömmlich und bekannt. In Fig. 1 a filter with three cavities was chosen to explain the principle of the invention. As can be seen from the cross-section, the filter consists of a section of a right- angled , conductively limited waveguide W and ~~ of three cavities 11, 12 and 13 about half a wavelength long, which penetrate a wide wall of the conductor 10 with the help of the iris diaphragms 14,15 and 16 are coupled at points which are three quarters of a wavelength apart in the conductor. The capacitive tuning screws 17, 18 and 19 are located in the wide wall opposite the iris diaphragms 14, 15 and 16. Up to this point the arrangement is conventional and known.
Erfindungsgemäß wird der Wellenwiderstand des Leiters 10 in dem Gebiet, das sich von der Irisblende 14 bis zur Irisblende 15 (oder von der Schraube 17 zur Schraube 18) erstreckt, auf einen Wert reduziert, der mit Z12 bezeichnet ist, indem die schmale Querschnittsabmessung des Leiters 10 durch die leitende Platte 20 verengt wird, während er im Gebiet zwischen den Irisblenden 15 und 16 (oder den Schrauben 18 und 19) durch die leitende Platte 21 auf einen Wert reduziert wird, der mit Z23 bezeichnet ist. Bei der dargestellten Form führen die Schrauben 17, 18 und 19 durch Löcher in den Platten 20 und 21, wobei das Ende jeder Platte mit dem Durchmesser einer Schraube zusammenfallen soll.According to the invention, the characteristic impedance of the conductor 10 in the area that extends from the iris diaphragm 14 to the iris diaphragm 15 (or from the screw 17 to the screw 18) is reduced to a value denoted by Z 12 by the narrow cross-sectional dimension of the Conductor 10 is narrowed by the conductive plate 20, while it is reduced in the area between the iris diaphragms 15 and 16 (or the screws 18 and 19) by the conductive plate 21 to a value which is denoted by Z 23. In the form shown, the screws 17, 18 and 19 pass through holes in the plates 20 and 21, the end of each plate being intended to coincide with the diameter of a screw.
Um das Erfindungsprinzip zu erläutern und die Impedanzwerte Z12 und Z23 erfindungsgemäß zu bestimmen, wird ein Verfahren angewendet, das in der Filtertechnik bekannt ist, bei dem von einem schematischen Tiefpaßfilter mit punktförmig zusammengezogenen Elementen und mit der gewünschten Ubertragungskennlinie ausgegangen wird, dann das Ubertragungsleitungsäquivalent des Schemafilters abgeleitet wird und schließlich die Korrekturen vorgenommen werden, die notwendig sind, um die Form der Hohlräume mit verteilten Parametern zu beschreiben. Bezüglich einer weiteren Diskussion dieser Lösung und der Berechtigung ihrer Gültigkeit wird auf die Standardwerke verwiesen, z. B. »Microwave Transmission Circuits« von G. L. R a g a n, Radiation Laboratory Series, Bd. 9, McGraw-Hill Book Co., New York 1951, oder auf veröffentlichte Aufsätze, z. B. »Microwave Band-Stop Filters with Narrow Stop Bands« von L. Young, G. L. Matthaei und E. M. T. J ο η e s, in der Zeitschrift »IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques«, Bd. MTT-10 (November 1962) Nr. 6, S. 416 bis 427.In order to explain the principle of the invention and to determine the impedance values Z 12 and Z 23 according to the invention, a method is used that is known in filter technology, in which a schematic low-pass filter with elements drawn together at points and with the desired transmission characteristic is used, then the transmission line equivalent of the schema filter is derived and finally the corrections are made which are necessary to describe the shape of the cavities with distributed parameters. For a further discussion of this solution and the justification for its validity, reference is made to the standard works, e.g. B. "Microwave Transmission Circuits" by GL R agan, Radiation Laboratory Series, Vol. 9, McGraw-Hill Book Co., New York 1951, or to published articles, e.g. B. "Microwave Band-Stop Filters with Narrow Stop Bands" by L. Young, GL Matthaei and EMT J ο η es, in the journal "IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques", Vol. MTT-10 (November 1962) No. 6, pp. 416 to 427.
In F i g. 2 ist eine typische Tiefpaß-Grundschaltung dargestellt, die aus einer Reiheninduktivität 31, zwei Parallelkondensatoren 32 und 33, einer Quellenimpedanz 34 und einer Belastungsimpßdanz 35 besteht. Die Werte g0, gu g2, g3 und gA, die in der obigen Literatur als »<7«-Werte bezeichnet werden, sind die normierten Elementwerte, die die gewünschte Frequenzabhängigkeit angeben.In Fig. 2 shows a typical low-pass basic circuit which consists of a series inductor 31, two parallel capacitors 32 and 33, a source impedance 34 and a load impedance 35. The values g 0 , g u g 2 , g 3 and g A , which are referred to in the above literature as “<7” values, are the normalized element values which indicate the desired frequency dependence.
Das Ubertragungsleitungsäquivalent der F i g. 2 ist in F i g. 3 dargestellt, in der eine kurzgeschloissene Stichleitung 36 mit dem Wellenwiderstand Z2 und der Länge I das induktive Element 31 ersetzt, während die offenen Stichleitungen 37 und 38 mit der charakteristischen Admittanz I^ und J^ und der gleichen Länge / die kapazitiven Elemente 32 und 33 ersetzen, und zwar. unter Verwendung der Frequenztransformation The transmission line equivalent of FIG. 2 is in FIG. 3, in which a short-circuited stub line 36 with the characteristic impedance Z 2 and the length I replaces the inductive element 31, while the open stub lines 37 and 38 with the characteristic admittance I ^ and J ^ and the same length / the capacitive elements 32 and Replace 33, namely. using frequency transformation
ω = A tan ßl (1) ω = A tan ßl (1)
wobei ω die normierte Grundfilter-Frequenzveränderliche, A die Bandbreiten-Konstante, I die Länge der Stichleitungen und β ihre Fortpflanzungskonstante ist. Wenn man erfindungsgemäßwhere ω is the normalized basic filter frequency variable, A is the bandwidth constant, I is the length of the stub lines and β is its propagation constant. If you according to the invention
wählt, wobei /Ig0 die Wellenlänge der Bandmitten-selects, where / Ig 0 is the wavelength of the band center
frequenz ist, und wenn man die Transformation der Gleichung (1) auf die Wellenwiderstände anwendet, so wirdfrequency, and if one applies the transformation of equation (1) to the wave resistances, so will
Y1 = gxA; Z2 =
wobei Y 1 = g x A; Z 2 =
whereby
und Y3 = g3A, and Y 3 = g 3 A,
A = W1 cot A = W 1 cot
2 W2 w
(3)(3)
(4)(4)
Hierbei ist W1 die Bandkantenfrequenz (z. B. der 3-db-Punkt des Schemafilters) und Agl die gewünschte Bandkantenleiterwellenlänge entsprechend W1.Here, W 1 is the band edge frequency (e.g. the 3-db point of the schema filter) and A gl is the desired band edge guide wavelength corresponding to W 1 .
In F i g. 4 wurde ein Ubertragungsleitungsabschnitt 39 mit einer Länge Z, nunmehr räumen der Fig. 1. Es ist leicht den Wellenwiderstand einer Ubertragungsstichleitung so einzustellen, daß die gewünschten Werte von Z1, Z2 und Z3 erhalten werden, doch ist dies bei einer Hohlraumanordnung fast unmöglich. Andererseits kann der Gütewert Q eines Resonanzhohlraums leicht dadurch geändert werden, daß die Größe seiner Kopplungs-Irisblende verändert wird. Daher ist es offensichtlich ein Vorteil, die Parameter der Hohlräume 11,12 und 13der F i g. 1 durch die Gütewerte Q im belasteten Zustand auszudrücken. Bekanntlich ist ein Halbwellen-Hohlraum mit einem gegebenen Gütewert Q im belasteten Zustand einer kurzgeschlossenen Dreiviertelwellenlängen-Ubertragungsstichleitung mit dem Wellenwiderstand Z äquivalent, wenn gilt:In Fig. 4 was a transmission line section 39 with a length Z, now vacate FIG. 1. It is easy to adjust the characteristic impedance of a transmission stub so that the desired values of Z 1 , Z 2 and Z 3 are obtained, but this is almost with a cavity arrangement not possible. On the other hand, the Q of a resonant cavity can be easily changed by changing the size of its coupling iris. Hence, it is obviously an advantage to have the parameters of the cavities 11, 12 and 13 of FIG. 1 to be expressed by the quality values Q in the loaded state. It is known that a half-wave cavity with a given quality value Q in the loaded state of a short-circuited three-quarter-wave transmission stub with the characteristic impedance Z is equivalent, if the following applies:
2Z'2Z '
(12)(12)
und derselben Impedanz g0 wie der Generator vor den Stichleitungen 36 und 37 der F i g. 3 eingefügt, während ein Ubertragungsleitungsabschnitt 41 mit der gleichen Länge und derselben Impedanz g4 wie die Belastung hinter den Stichleitungen 36 und 38 eingefügt wurden. Durch keine der Einfügungen wird die Amplitudenübertragungskennlinie des Netzwerks geändert. ■ ,- ■and the same impedance g 0 as the generator upstream of the stub lines 36 and 37 in FIG. 3 inserted, while a transmission line section 41 with the same length and the same impedance g 4 as the load behind the stub lines 36 and 38 were inserted. None of the insertions change the amplitude transfer characteristic of the network. ■, - ■
Es sei daran erinnert, daß die Kuroda-Identität einen Austausch einer offenen Stichleitung mit der Impedanz Y und einer verbindenden Leitung mit der Impedanz Z gegen eine kurzgeschlossene Stichleitung mit der ImpedanzIt should be remembered that the Kuroda identity is an exchange of an open stub line with the impedance Y and a connecting line with the impedance Z for a short-circuited stub line with the impedance
Dieser Ausdruck ist bekanntlich ausreichend genau für Frequenzen dicht bei der Resonanzfrequenz, wie in den meisten Wellenleiterfiltern. In gleicher Weise ist es bequemer, die Belastungsimpedanz Ri und die Generatorimpedanz Jl9 direkt und nicht in ihren normalisierten Äquivalenten g0 und g4 auszudrücken. Daher erhält man durch Einsetzen der Gleichung (12) für jede Hohlraumimpedanz in die Gleichungen (7) bis (11) und durch Multiplizieren aller ImpedanzenThis term is known to be sufficiently accurate for frequencies close to the resonant frequency, as in most waveguide filters. In the same way, it is more convenient to express the load impedance Ri and the generator impedance Jl 9 directly and not in their normalized equivalents g 0 and g 4. Therefore, by substituting equation (12) for each cavity impedance into equations (7) to (11) and multiplying all of the impedances
mit dem Faktor —*- die folgenden Bemessungs-with the factor - * - the following design
SoSo
gleichungen für den Aufbau der F i g. 1.equations for the construction of the F i g. 1.
Z2YZ 2 Y
1 + 2Y1 + 2Y
(5)(5)
3535
und eine verbindende Leitung mit der Impedanzand a connecting line with the impedance
1 +2Y 1 + 2Y
(6)(6)
4040 Q2 =Q 2 =
3 π3 π
3-π3-π
gogo
Ag2 Ag 2
5050
erlaubt. Wenn man die Identität der Gleichungen (5) und (6) auf die Leitung 39 und die Stichleitung 37 und dann wieder auf die Leitung 41 und die Stichleitung 38 der Fig. 4 anwendet, erhält man die F i g. 5, für welche gilt: .permitted. Given the identity of equations (5) and (6) to line 39 and stub 37 and then back to line 41 and the stub 38 of FIG. 4, one obtains FIG. 5, for which applies:.
3jrg0 3jrg 0
Z1 =Z 1 =
1 +1 +
Z12 — Z 12 -
gogo
goY 1 + goY 1 +
Z2 =. ^g2 ;Z 2 =. ^ g 2 ;
Ag3g4.Ag 3g4 .
g4Y3 g4 Y 3
(8)(8th)
(9)(9)
(10)(10)
(H)(H)
Das Netzwerk der F i g. 5 ist nunmehr demjenigen der F i g. 1 äquivalent, abgesehen von den praktischen Differenzen zwischen den Resonanz-Ubertragungsstichleitungen der F i g. 5 und den Resonanzhohl-The network of F i g. 5 is now that of FIG. 1 equivalent, apart from the practical ones Differences between the resonance transmission stubs of FIG. 5 and the resonance hollow
45 Diese Gleichungen definieren die entsprechenden Gütewerte Q einer Reihe von Hohlräumen an Hand der Parameter des Schemafilters für eine gegebene Ubertragungskennlinie, ferner definieren sie erfindungsgemäß die Wellenwiderstände Z12 und Z23, die in den Gebieten zwischen den Hohlräumen mit den Platten 20 und 21 herzustellen sind. Wenn es auch scheinen mag, daß diese Gleichungen kompliziert und schwierig auf eine tatsächliche Anordnung anzuwenden sind, so ist doch zu erkennen, daß, wenn einmal numerische Werte für Z12 und Z23 erhalten wurden, die Bemessung einer tatsächlichen Anordnung nur darin besteht, zu bewirken, daß die Höhe des durch die Platten 20 und 21 eingeengten Leiters dasselbe Verhältnis zu der nicht eingeengten Höhe des Leiters 10 hat, die die gewünschten Impedanzen Z12 oder Z23 zum Wellenwiderstand des Leiters 10 aufweisen. 45 These equations define the corresponding quality values Q of a series of cavities on the basis of the parameters of the schema filter for a given transmission characteristic; furthermore, according to the invention, they define the characteristic impedances Z 12 and Z 23 , which are to be established in the areas between the cavities with the plates 20 and 21 . While it may seem that these equations are complicated and difficult to apply to an actual arrangement, it can be seen that once numerical values are obtained for Z 12 and Z 23 , the dimensioning of an actual arrangement is only to be cause the height of the conductor restricted by the plates 20 and 21 to have the same ratio to the non-restricted height of the conductor 10, which have the desired impedances Z 12 or Z 23 to the characteristic impedance of the conductor 10.
Wenn das gewünschte Filter symmetrisch ist, wie im Fall eines maximal flachen Filters, des meist gewünschten Typs, sind Q1 und Q3 sowie Z12 und Z23 gleich. Dann sind die Platten 20 und 21 auf eineIf the desired filter is symmetrical, as in the case of a maximally flat filter, of the most desired type, then Q 1 and Q 3 and Z 12 and Z 23 are the same. Then the plates 20 and 21 are on one
j 7 8j 7 8
einzige Platte aus leitendem Material mit der erforder- _ _ 3,-τ / 1 g„only plate made of conductive material with the required _ _ 3, -τ / 1 g "
l'/ Wellenlängen ^2 ~ 2R \1 + 4gl '/ wavelengths ^ 2 ~ 2R \ 1 + 4g
\1\1
liehen Dicke und einer Länge von l'/2 Wellenlängen ^2 ~ 2Rg \1 + /4gogi Ag2(I borrowed thickness and a length of l '/ 2 wavelengths ^ 2 ~ 2R g \ 1 + / 4g o gi Ag 2 (I.
reduziert. Wenn nur ein Filter mit zwei Hohlräumenreduced. If only a filter with two cavities
gewünscht wird, definieren die Werte von Q1, Q2 und t is desired, define the values of Q 1 , Q 2 and t
Z12 die erforderlichen Parameter, wenn 5 Z23 = R gQ( Ag2 H — )Z 12 the required parameters if 5 Z 23 = R g Q (Ag 2 H -)
V * H" AgogiJ V * H " AgogiJ
R1 = R9 L R 1 = R 9 L.
Sog3 3 ji J /Sog3 3 ji J /
ist ^3 = ~2ji An π ' Μ = ^gSo[Ag4. + is ^ 3 = ~ 2ji An π ' Μ = ^ gSo [Ag 4 . +
Das Erfindungsprinzip kann auch auf Filter mit ίο β SoS3 v The principle of the invention can also be applied to filters with ίο β SoS3 v
t ^3 2ji An π ' Μ = t ^ 3 2ji An π ' Μ =
Das Erfindungsprinzip kann auch auf Filter mit ίο SoS3 The principle of the invention can also be applied to filters with ίο SoS3
vier oder mehr Hohlräumen ausgedehnt werden.four or more cavities are expanded.
Wenn man der gleichen Näherung, die an Hand der q ^71 / 1 If one uses the same approximation that is given on the basis of q ^ 71/1
i ii i
/ 1 g^ \ / 1 g ^ \
\1 + Ag5g6 Ag4[I + Ag5g6f J \ 1 + Ag 5 g 6 Ag 4 [I + Ag 5 g 6 f J
g g q ^ gg q ^
F i g. 2 bzw. 5 dargelegt wurde, z. B. für ein Filter mit ^ 2£9g0 \1 + Ag5g6 Ag4[I + Ag5g6f fünf Hohlräumen, folgt, erhält man die nachfolgendeF i g. 2 and 5 respectively, e.g. B. for a filter with ^ 2 £ 9 g 0 \ 1 + Ag 5 g 6 Ag 4 [I + Ag 5 g 6 f five cavities, it follows that the following is obtained
" , _ „ _8l /±±ASlSt\ ", _" _8l / ± ± ASlSt \
, g, g, g, g
Tabelle »on Beziehungen: " , _ „ _8l /±±ASlSt Table »on relationships:", _ „_8l / ± ± ASlSt
3π (i ι l \ 7 - R ( 1 + Agogi \ η - 3π g6 3π (i ι l \ 7 - R ( 1 + Agog i \ η - 3π g6
I2 + >Z Ä U J &I 2 + > Z Ä U J &
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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209.523/335209.523 / 335
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BE720055A (en) | 1969-02-03 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |