DE1806781C3 - Mehrkreisige Filteranordnung in einem Rechteck-Hohlleiterstück - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer rnehrkreisigen Filteranordnung in einem Rechteck-Hohlleiterstück, die aus einer der Anzahl der Schwingungskreise der Filteranordnung entsprechenden Anzahl von kapazitiv belasteten und in Kaskade angeordneten Resonatoren besteht, die runden oder rechteckigen Querschnitt besitzen oder auch als Streifenleiter ausgebildet sind, deren Abstand die Kopplung der betreffenden Schwingungskreise bestimmt, und die als Kamm- oder Interdigitalfilter ausgebildet sind, und die parallel zur Schmalseite des Rechteckhohlleiters in dessen Mittelebene angeordnet sind.

Bandpaßfilter für Höchstfrequenzen mit Tschebyscheff'schem und flachem Dämpfungsverlauf im Durchlaßbereich und steilem Dämpfungsanstieg zu den Sperrbereichen lassen sich durch passende Bemessung aus in Kaskade angeordneten, koaxialen Resonanzkreisen aufbauen. Derartige Filter sind ihrer äußeren Form wegen als Kamm- oder Interdigitalfilter bekannt geworden. Sie zeichnen sich durch besonders kurze Baulänge bei geringem Volumen und Gewicht aus. Ihre Resonanzkreise bestehen aus einer Anzahl einzelner, kapazitiv belasteter TEM-Resonatoren, die runden oder rechteckigen Querschnitt besitzen oder auch als Streifenleiter ausgebildet sind. Die Länge dieser Resonatoren liegt etwa bei λ 0/8 beim Kammfilter und bei λ 0/4 beim Interdigitalfilter. Sie sind in vorbestimm- ^₀ tem Abstand voneinander angeordnet. Der Abstand zweier Resonatoren bestimmt zusammen mit der Länge 1 R und der kapazitiven Belastung Cdie Bandbreite und die Gestalt der Filterkennlinie. Die Kopplung der Resonatoren dieses Filters ist gemischt kapazitiv und ^₅ induktiv, wobei die induktive Kopplung überwiegt, so daß man die kapazitive Kopplung in der Praxis vernachlässigen kann.

Die An- bzw. Auskopplung eines solchen TEM-Filters wird bisher in bekannter Weise mit einer transformierenden TEM-Leitung, einer koaxialen oder einer Streifenleitung, wie in Fig. la und Ib dargestellt, durchgeführt. Zu diesem Zweck sind bei der Verwendung dieser Filtertypen im Bereich von Höchstfrequenzen, in welchem vorzugsweise Hohlleiter verwendet werden, zusützlich aufwendige Obergänge erforderlich.

Es besteht die Aufgabe, die Verwendung von transformierenden TEM-An- und -Auskopplungen für Übergänge auf Hohlleiter zu vermeiden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hohlleiterbreite im Filterbereich symmetrisch eingeengt ist und durch die Wahl der Lage des ersten und des letzten Resonators, bezogen auf die Einschnürung der Hohlleiterbreite, die Bandbreite des Filters festgelegt ist. .

Bei bestimmten Bandbreitenforderungen ist es vorteilhaft, den Querschnittsübergang vom Filter auf den Hohlleiter kontinuierlich oder auch gestuft vorzunehmen.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. la und Ib zeigen die Ausführung eines Kammfilteisilsjundeines Interdigitalfilters(\b)jeweils in geschnittener Darstellung, wobei die Fig. la noch eine weitere Ansicht eines Kammfilters von der Seite enthält.

Die Fi g. 2 gibt die Anordnung eines Kammfilters in einem Hohlleker nach der Erfindung in geschnittener Darstellungsweise wieder. Die obere Figur zeigt die Ansicht von der Seite und die darunter liegende Figur die Ansicht von oben.

In der F i g. 3 ist ein Kammfilter mit kontinuierlichem Querschniltsübergang vom Hohlleiter- auf den Filterquerschnitt in geschnittener Darstellung wiedergegeben und in der F i g. 4 ein weiteres Kammfilter mit gestuftem Querschnittsübergang.

Die in den Fig. la und Ib dargestellten Bauformen solcher Filter mit Resonatoren besitzen koaxiale An- bzw. Auskopplungen und sind also nur in Verbindung mit koaxialen Bauelementen bzw. Leitungen verwendbar. Sie entsprechen dem Stand der Technik. Für die Verwendung iiti Verbindung mit Hohlleitern sind hierfür gesonderte Übergänge mit entsprechender Ankopplung an den betreffenden Hohlleiter erforderlich. Es sind außerdem Bauformen bekanntgeworden, die die Anordnung eines Kammfilters auf dem entsprechenden Hohlleiter vorsehen, wobei zur Einkopplung in den Hohlleiter eine besondere Transformation zur Anpassung an den jeweiligen Wellenwiderstand erforderlich ist. Das in der Fig. la dargestellte zweikreisige Kammfilter 1, links in der Ansicht von vorn und rechts in der Ansicht von der Seite aufgezeichnet, besitzt Resonatoren 2, deren Länge /=λΟ/8 beträgt. Die Kopplung der Resonanzkreise ist vorwiegend induktiv, bedingt durch das vorherrschende magnetische Feld, das die Resonatoren umgibt. Zwei Koppelelemente 3 bewirken die Ein- bzw. Auskopplung, die hier in dieser Ausführungsform koaxial erfolgt. Durch die besondere Anordnung und Ausführungsform dieser Koppelelemente 3 wird die erforderliche Transformation der Wellenwiderstände vorgenommen.

Dasinder Fig. Ibwiedergegebene Interdigitalfilter4 besitzt drei Kreise mit den Resonatoren 5, deren Länge /=λ 0/4 ist und die wechselweise angeordnet sind. Diese Bauform ist bedingt durch das bei λ O/4-Länge um die Resonatoren bestehende magnetische bzw. elektrische

Feld. Auch bei diesem Filtertyp wird die Ein- bzw. Auskopplung durch besondere Transformationsglieder 6 auf koaxiale Leitungen bewirkt.

Die Fig.2 zeigt nun die Anordnung eines Kammfilters 7 in einem Hohlleiter 8. Der Hohlleiter 8 ist mit seiner ursprünglichen Breite a und Höhe b an der Stelle des Kammfiltcrs 7 in seinen Abmessungen denen des Kammfilter.': 7 angepaßt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Höhe b vergrößert und die Breite a auf die Breite edes Kammfilters eingeengt worden.

Dieses Kammfiher 7 besitzt vier Resonanzkreise mil vier Resonatoren 9, (0, 11, 12, von denen die beiden äußeren Resonatoren 9 und 12 sowohl als Resonatoren ihres Resonanzkreises als auch als Transformationsglieder auf den Hohlleiter 8 wirken. Entscheidend ist hierbei, daß die Ε-Feldlinien der Filieranordnung 7 und die E-Feldlinien des Hohlleiters 8 in gleicner Richtung verlaufen und entsprechend die ^-Linien in gleicher Ebene liegen. Der Abstand der Resonatoren untereinander ist das Maß für die zwischen den Resonanzkreisen bestehende Kopplung, die wiederum den Verlauf der Filterkurve bestimmt. Von dieser Kopplung hängt dann auch die Lage der beiden äußeren Resonatoren 9 und 12 zu dem nach beiden Seiten anschließenden Hohlleiter ab. Die gesamte Fiiterkurve wird also nicht allein von den Resonatoren 10 und 11 in bezug auf ihre Lage innerhalb des Filters selbst bestimmt, sondern auch von der Kopplung auf den Hohlleiter, weil diese beiden Resonatoren 9 und 12 gleichzeitig zwei Aufgaben zu erfüllen haben, nämlich als Resonanzkreis zum Filter gehören und zum anderen die Transformation auf den Hohlleiter ausführen. Bei einer sehr losen Kopplung werden beispielsweise die beiden Resonatoren 9 und 12 innerhalb der Ouerschnittsverengung liegen und das Filter schmalbandig sein und bei einer Lage außerhalb der Querschnittsverengung wird die Kopplung an den Hohlleiter fester ausfallen.

Die Länge der Resonatoren 9, 10, 11, 12 ist /^A 0/8. Die Resonanzfrequenz der Schwingungskreise wird durch eine kapazitive Belastung C erwirkt und ist durch eine jedem Resonator zugeordnete Abstimmschraube 13 einstellbar. Dadurch ist es möglich, die Filterkurve fein nachstellbar zu gestalten.

Weitere Ausfiihrungsbeispiele sind in den F i g. 3 und 4 dargestellt. In der Fig. 3 handelt es sich um ein vierkreisiges Kammfilter, bei dem der Querschnittsübergang vom Filter 14 auf den Hohlleiter 15 mit der Breite a kontinuierlich erfolgt.

Die Fig.4 zeigt ein fünfkreisiges Kammfilter mit einem stufenweisen Übergang von der Breite e des Kammfiltcrs auf die Breite «des Hohlleiters.

Zum Aufbau und zur Wirkungsweise einer solchen kombinierten Anordnung eines Kamm- bzw. Interdigitalfilters in einem Hohlleiter ist noch folgendes zu bemerken. An dem Beispiel eines /-/-ΙΟ-Hohlleiters wird die Hohlleiterwelle im Bereich des Filters aperiodisch gedämpft, so daß in dem Filter nur noch die TEM-WeIIe ausbreitungsfähig ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die Hohlleiterbreite a im Bereich des Filters beispielsweise symmetrisch auf ca. ¹A der normalen Hohlleiterbreite a oder weniger verringert wird. Durch diese Verringerung der H-10-Grcnzwellenlänge im Filterbereich erzielt man, daß der vorteilhaft wirkende Sperrbereich des Filters in der Ausführung als Kammbzw. Interdigitalfilter erhalten bleibt.

Die Hohlleiterschmalseite b muß im Bereich des Filters je nach Resona(orlänge und kapazitiver Belastung und je nach dem Seitenverhältnis des vorliegenden Hohlleiters vergrößert oder verringert werden.

Die Hohlleiterbreite a im Bereich des Ein- bzw. Ausgangskreises wird derart weitergeführt, daß die nötige Ankopplung der H-10-Welle an die TEM-WeIIe vorwiegend über das magnetische Feld erfolgt.

Eine anschauliche Erklärung für die Ankopplung kann ■^Oifi¹?- -gegeben werden, daß der Hohlleiter an der Anfangs- bzw. an der Endebene des Filters für die H-10-Welle kurzgeschlossen ist und damit die Querkomponente der magnetischen Feldstärke im Hohlleiter von der Kurzschlußslelle aus gerechnet entsprechend einer cos-Funktion abnimmt. Je nach dem Ort des ersten bzw. letzten TEM-Kreises wird dieser an das magnetische Feld angekoppelt. Im Bereich des Filters innerhalb der Anfangs- bzw. Endebene herrscht ein aperiodisch gedämpftes Feld, so daß sich an diesem Ort eine rasch abnehmende Ankopplung ergibt.

Tatsächlich herrscht im Bereich der Übergangsstelle Hohlleiter/Filter je nach dessen Formgebung sowie nach Querschnittsform und Ort des TEM-Kreises ein stark verzerrtes Feld der H-10-Welle, welches in das Filter hinein aperiodisch abklingt, so daß der Ort zur richtigen Ankopplung des Ein- bzw. Ausgangskreises zweckmäßigerweise experimentell ermittelt wird. Da die Ankopplung; vorwiegend magnetisch erfolgt, ist der Wellenwiderstand des Hohlleiters (Seitenverhä'tnis b/a) und der Kreiswellenwiderstand des Ein- bzw. Ausgangskreises ebenfalls zur Bestimmung des Ortes zur richtigen Ankopplung maßgebend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrkreisige Filteranordnung in einem Rechteck-Hohlleiterstück, die aus einer der Anzahl der Schwingungskreise der Filteranordnung entsprechenden Anzahl von kapazitiv belasteten und in Kaskade angeordneten Resonatoren besteht, die runden oder rechteckigen Querschnitt besitzen oder auch als Streifenleser ausgebildet sind, deren Abstand die Kopplung der betreffenden Schwingungskreise bestimmt, und die als Kamm- oder Interdigitalfilter ausgebildet sind, und die parallel zur Schmalseite des Rechteckhohlieiters in dessen Mittelebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterbreite im Filierbereich symmetrisch eingeengt ist, und durch die Wahl der Lage des ersten und des letzten Resonators, bezogen auf die Einschnürung der Hohlleiterbreite, die Bandbreite des Filters festgelegt ist.

2. Mehrkreisige Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschniltsübergang von Filter auf den Hohlleiter kontinuierlich erfolgt (F ig. 3).

3. Mehrkreisige Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnittsübergang von Filter auf den Hohlleiter gestuft erfolgt (F ig. 4).