DE19509251A1 - Planares Filter - Google Patents
Planares FilterInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
- H01P1/203—Strip line filters
- H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
- H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
- H01P1/20363—Linear resonators
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- H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
- H01P1/20381—Special shape resonators
Description
Die Erfindung geht aus von einem planaren Filter nach dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs. Aus dem Artikel
"Parallel-Coupled Transmission-Line-Resonator Filters" in
den IRE Trans.on Microwave Theory and Techniques, 1958, S.
223ff., S.B. Cohn, ist ein Mikrostreifenleiterfilter
bekannt, bei dem mehrere Streifenleiter nebeneinander
angeordnet sind. Die Streifenleiter überschneiden sich dabei
auf einem Anteil ihrer Länge und sind dadurch mit ihrem
jeweiligen Nachbarn verkoppelt. Aus dem Aufsatz "Filters
with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary
Frequencies" in IEEE Transactions an Microwave Theory and
Techniques, Vol. MTT-24, No. 4, April 1976, Seiten 172-181
sind außerdem Hohlleiterfilter bekannt, bei denen Polstellen
in der Dämpfung durch Überkopplung von Moden zwischen nicht
adjazenten Resonatoren mittels Schlitzblenden erzeugt
werden.
Das planare Filter mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die
Verkopplung nicht adjazenter, d. h. benachbarter,
Streifenleiter Nullstellen in der Übertragungsfunktion H(s)
und somit Polstellen im Sperrbereich des Filters erzeugt
werden können. Durch diese Singularitäten in der Dämpfung
weisen diese Filter eine höhere Flankensteilheit auf.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen planaren Filters möglich.
Wenn der Überkopplungsstreifenleiter gleichfalls auf dem
Substrat angeordnet ist, so vermindert sich der
Herstellungsaufwand für das planare Filter.
Der Überkopplungsgrad und damit die Wirksamkeit der
Überkopplung wächst vorteilhaft an, wenn die Streifenleiter
an den Seitenflächen mit dem Überkopplungsstreifenleiter
verkoppelt sind.
Wenn der Überkopplungsstreifenleiter so geführt ist, daß nur
eine geringe Verkopplung zwischen dem
Überkopplungsstreifenleiter und dem zwischen den beiden zu
verkoppelnden Streifenleitern liegenden Streifenleiter
resultiert, so verbessert sich die Filtercharakteristik, da
dadurch unerwünschte Überkopplungen reduziert werden.
Weist der Überkopplungsstreifenleiter eine möglichst geringe
Länge auf, so ist dieser auch nur gering verlustbehaftet,
wodurch ebenfalls wieder der Überkopplungsgrad ansteigt.
Eine Anpassung des Wellenwiderstands des
Überkopplungsstreifenleiters verringert unerwünschte
Reflexionen bei der Verkopplung und erhöht dadurch wiederum
den Ankopplungswirkungsgrad.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines
planaren Filters,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform
eines planaren Filters.
In Fig. 1 ist ein Substrat 1 mit einer flachen Oberfläche
abgebildet, auf dessen Oberseite mehrere Streifenleiter 2,
3, 4, 5, 6 angeordnet sind. Dabei bildet ein Streifenleiter
2 den Eingangsstreifenleiter und wiederum ein Streifenleiter
6 den Ausgangsstreifenleiter. Zwischen dem
Eingangsstreifenleiter 2 und dem Ausgangsstreifenleiter 6
sind der linke Streifenleiter 3, der mittlere Streifenleiter
4 und der rechte Streifenleiter 5 angeordnet. Die
Streifenleiter weisen alle eine längliche, annähernd
rechteckige Form auf und überschneiden sich in ihrer
Querprojektion jeweils auf einem Stück ihre Länge. Im
Bereich dieser Überschneidungen sind die Streifenleiter 2,
3, 4, 5, 6 jeweils paarweise voneinander nur durch einen
geringen Spalt getrennt, wodurch eine Verkopplung der sich
in diesem Bereich überschneidenden Streifenleiter 2, 3, 4,
5, 6 resultiert. Außerdem ist ein
Überkopplungsstreifenleiter 7 vorgesehen, der an der
Stirnseite des linken Streifenleiters 3 angekoppelt und
durch einen Spalt von diesem getrennt ist, und der diese
Stirnseite des linken Streifenleiters 3 mit der Stirnseite
des rechten Streifenleiters 5 verbindet, wobei ebenfalls
zwischen dem Überkopplungsstreifenleiter 7 und dem rechten
Streifenleiter 5 ein Spalt vorhanden ist.
Diese Anordnung bildet ein planares Filter zur Filterung von
hochfrequenten elektromagnetischen Wellen. Durch die
Geometrie des planaren Filters sowie durch die
Materialeigenschaften der Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6 und
des Substrats 1 wird die Durchlaß- und die
Sperrcharakteristik des planaren Filters festgelegt. Diese
ist durch die Übertragungsfunktion H(s) ausdrückbar. Durch
den Überkopplungsstreifenleiter 7 erfolgt eine Verkopplung
von einander nicht benachbart liegenden Streifenleitern 3,
5, die ohne den Überkopplungsstreifenleiter 7 miteinander
nur indirekt über den mittleren Streifenleiter 4 verkoppelt
sind. Aufgrund der Verkopplung des linken Streifenleiters 3
mit dem rechten Streifenleiter 5 entstehen Nullstellen in
der Übertragungsfunktion H(s), die als Dämpfungspole im
Sperrbereich des planaren Filters in Erscheinung treten.
Durch diese Anwesenheit von Singularitäten im
Dämpfungsbereich kann bei diesem planaren Filter eine
wesentlich höhere Flankensteilheit erzeugt werden, als bei
bekannten planaren, seitengekoppelten Filtern.
Es ist vorteilhaft, wenn der Überkopplungsstreifenleiter 7
die gleiche, normierte Breite aufweist, wie der
Eingangsstreifenleiter 2 und der Ausgangsstreifenleiter 6.
Dadurch weisen diese drei Streifenleiter 2, 6, 7 einen
normierten Wellenwiderstand Z₀ auf, der üblicherweise 50 Ω
beträgt. Außerdem ist es vorteilhaft, die Länge des
Überkopplungsstreifenleiters 7 als ein ganzes Vielfaches der
halben Wellenlänge λ der Mittenfrequenz des Filters zu
wählen, um eine optimale Ankopplung an die miteinander zu
verkoppelnden Streifenleiter 3, 5 zu bewirken.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
planares Filter angegeben, wobei die Numerierung der
Elemente aus der Fig. 1 übernommen wurde. Das gezeigte
Filter weist einen zusätzlichen Streifenleiter 8 auf, der
bezüglich der Koppelreihenfolge zwischen dem mittleren
Streifenleiter 4 und dem rechten Streifenleiter 5 angeordnet
ist. Zusätzlich ist in dieser Figur eine
Dimensionierungsregel für das hier dargestellte planare
Bandfilter beispielhaft angegeben, die auch für andere
Filter ihre Anwendung finden kann. Sämtliche Streifenleiter
2, 3, 4, 5, 6, 8 weisen dabei eine elektrische Länge von λ
auf, wobei λ die Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des
Bandfilters ist. Die Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8
überschneiden sich dabei jeweils auf einer Länge von λ/4.
Der Überkopplungsstreifenleiter 7 ist hier zur Verkopplung
des Eingangsstreifenleiters 2 mit dem rechten Streifenleiter
5 angeordnet. Der Überkopplungsstreifenleiter 7 ist in
diesem Ausführungsbeispiel nicht über die Stirnflächen der
beiden Streifenleiter 2, 5 sondern ebenfalls über deren
Seitenflächen an diese angekoppelt. Auch hier beträgt die
Länge der Überkopplungszonen jeweils λ/4. Der gesamte
Überkopplungsstreifenleiter 7 weist eine Länge von allgemein
l=(n+1) · λ/2 auf, wobei n eine natürliche Zahl ist.
Die in den beiden Ausführungsbeispielen dargestellten
planaren Filter weisen Überkopplungsstreifenleiter 7 auf,
die ebenso wie die anderen Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8
direkt auf dem Substrat 1 angeordnet sind. Es sind jedoch
ebenfalls Ausführungsformen realisierbar, bei denen der
Überkopplungsstreifenleiter 7 in einer anderen Ebene als die
Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8 angeordnet ist. Dies wird
hier anhand der Fig. 1 näher erläutert. So ist es bei dem
dort dargestellten Beispiel ebenfalls möglich, den mittleren
Streifenleiter 4 mit einer Isolierschicht zu überdecken und
über diese Isolierschicht den Überkopplungsstreifenleiter 7
zu führen. Dadurch kann die Länge des
Überkopplungsstreifenleiters 7 besonders kurz gehalten
werden.
Es sollte insbesondere darauf geachtet werden, daß der
Überkopplungsstreifenleiter 7 eine geringe Länge aufweist
und außerdem von dem zwischen den beiden miteinander zu
verkoppelnden Streifenleitern 3, 5 liegenden Streifenleiter
4 einen Abstand aufweist, der eine möglichst geringe
Verkopplung mit diesem Streifenleiter 4 bewirkt. Je
niedriger diese störende Verkopplung in ihrem Grad ist,
desto verlustfreier und exakter funktioniert das Filter. Des
weiteren sollte der Überkopplungsstreifenleiter 7 an den
Wellenwiderstand Z₀ angepaßt sein, um Reflexionen zu
vermeiden. Diese Anpassung wird am ehesten erreicht, wenn
der Überkopplungsstreifenleiter 7 eine konstante Breite
W(Z₀) aufweist. Dagegen müssen die Streifenleiter 3, 4, 5
nicht unbedingt einen einheitlichen Wellenwiderstand
besitzen und können daher auch in ihrer Breite variieren.
Claims (7)
1. Planares Filter mit mehreren auf einem Substrat (1)
nebeneinander angeordneten Streifenleitern (2, 3, 4, 5, 6,
8), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein
Überkopplungsstreifenleiter (7) vorgesehen ist, der zwei
nicht unmittelbar benachbarte Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6,
8) miteinander verkoppelt.
2. Planares Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) gleichfalls auf dem
Substrat (1) angeordnet ist.
3. Planares Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) an
den Seitenflächen der Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8)
jeweils über einen Spalt an diese angekoppelt ist.
4. Planares Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) in
einem Abstand von dem wenigstens einen zwischen den beiden
miteinander zu verkoppelnden Streifenleitern (2, 3, 4, 5, 6,
8) liegenden Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) so geführt
ist, daß eine geringe Verkopplung zwischen dem
Überkopplungsstreifenleiter (7) und diesem Streifenleiter
(2, 3, 4, 5, 6, 8) resultiert.
5. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) eine
möglichst geringe Länge aufweist.
6. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) eine
konstante Breite aufweist.
7. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß einer der Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6,
8) als Eingangsstreifenleiter (2) dient und einer der
Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) als Ausgangsstreifenleiter
(6) dient und daß der Wellenwiderstand des
Überkopplungsstreifenleiters (7), der Wellenwiderstand des
Eingangsstreifenleiters (2) und der Wellenwiderstand des
Ausgangsstreifenleiters (6) in etwa gleich sind.
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