DE19523220A1 - Mikrowellenfilter - Google Patents
MikrowellenfilterInfo
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- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/207—Hollow waveguide filters
- H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
- H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators
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Description
Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenfilter bestehend aus
mindestens zwei Resonatoren, wobei in einem ersten dieser
Resonatoren mindestens zwei entartete Wellentypen
resonanzfähig sind.
Derartige Mikrowellenfilter sind aus IEEE MTT, Vol. 20, No.
15, April 1972, Seiten 258 bis 265; IEEE MTT-32, No. 11,
November 1984, Seiten 1449 bis 1454 oder aus der
US 36 97 898, US 45 13 264 oder der US 47 92 771 bekannt.
Solche Filter sind dadurch gekennzeichnet, daß in
Resonatoren mehrere Wellentypen gleichzeitig ausgenutzt
werden. In vorgenannten Fällen sind die entarteten
Wellentypen in jedem Resonator miteinander verkoppelt, wobei
diese Verkopplung entsprechend dem Hauptsignalweg
(Hauptkoppelweg) durchgeführt ist, das heißt, die in einem
Resonator befindlichen Wellentypen bilden elektrisch
benachbarte Resonanzkreise. Im Falle der aus der IEEE MTT.
Vol. 25, No. 12, Dezember 1977, Seiten 1021 bis 1026
bekannten Filterstruktur spricht man von der kanonischen
Form, bei der eine Hauptkopplung zwischen den Wellentypen
eines kurzgeschlossenen Resonators durchgeführt wird,
während die Verkopplung der Wellentypen innerhalb der
anderen Resonatoren zur Überkopplung (Querkopplung) je einer
geradzahligen Anzahl von Resonanzkreisen dient.
Mit den Maßnahmen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 lassen
sich auf einfache Weise neue Filterstrukturen realisieren.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Filterstrukturen, die unter anderem entartete Wellentypen
innerhalb von Resonatoren verwenden, ist mindestens in einem
Resonator eine Verkopplung der in diesem Resonator
befindlichen entarteten Wellentypen notwendig. Die Erfindung
kommt ohne eine solche Verkopplung entarteter Wellentypen
innerhalb von Resonatoren aus. Durch die Verwendung von
unterschiedlichen Wellentypen, insbesondere durch
Kombination von höhermodigen Resonatoren mit
Single-Mode-Resonatoren, die eine höhere Güte aufweisen,
kann eine geringere Einfügungsdämpfung im Vergleich zu einem
Filter erreicht werden, welches für alle Kreise den gleichen
Wellentyp ausnutzen würde. Durch die Realisierung anderer
Wellentypen und Resonatorformen können sich zudem weitere
vorteilhafte Konfigurationen ergeben, die unter Umständen
bessere Selektionseigenschaften durch die Verwendung von
unterschiedlichen Wellentypen aufweisen können. Zum Beispiel
kann man damit die Polarisation der Ein- und
Ausgangsschnittstelle optimal anpassen. Zudem wird der
Abgleichaufwand eines solchen Filters reduziert, da man auf
Koppelmittel zur Verkopplung entarteter Wellentypen
verzichten kann, die beim Abgleich die Wellentypen
verstimmen. Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung läßt
sich mit bisherigen Resonatoren, die herkömmliche
Koppelmechanismen aufweisen, auf einfache Weise zu komplexen
Filterstrukturen kombinieren. Das Mikrowellenfilter nach der
Erfindung besteht aus mindestens zwei benachbarten
Resonatoren, von denen in mindestens einem Resonator zwei
entartete Resonanzwellentypen resonanzfähig sind, die im
Hauptkoppelweg elektrisch nicht unmittelbar benachbart sind.
Im Hauptkoppelweg zwischen den Resonanzwellentypen sind
mögliche entartete Wellentypen innerhalb anderer Resonatoren
nicht miteinander verkoppelt. Das Mikrowellenfilter nach der
Erfindung läßt sich aus Hohlraumresonatoren, dielektrischen
Resonatoren oder Koaxial-Resonatoren oder möglichen
Kombinationen davon aufbauen.
Anhand der Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dreikreisfilters mit
Lage der Blenden und Feldvektoren,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines
Vierkreis-Cauer-Filters mit Lage der Blenden und
Feldvektoren,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Vierkreisfilters mit
drei Resonatoren.
Als erstes Ausführungsbeispiel soll ein Dreikreisfilter
beschrieben werden. Dieses Filter besteht aus zwei
Zylinderresonatoren, die axial angeordnet sind (Fig. 1). Am
ersten Resonator R1 befindet sich die gegenüber der
Einkopplung a um 90° gedrehte Auskopplung b. In diesem
Resonator sollen zwei entartete entkoppelte Wellentypen H₁₁₁
(Dual-Mode) resonanzfähig sein. Gegenüber der Einkopplung
und der Auskopplung liegen die hier nur symbolisch
angedeuteten Frequenzabstimmelemente c und d. Eine Blende
zur magnetischen Kopplung mit den Öffnungen e und f befindet
sich in der Trennwand zwischen den beiden Resonatoren. Die
Öffnungen e und f bestehen aus radialen Schlitzen, die
senkrecht aufeinanderstehen und sich im wesentlichen von der
Zylinderaußenwand in Richtung Zentrum hin erstrecken.
Im zweiten Resonator R2 ist der H₀₁₁-Wellentyp (Single-Mode)
resonanzfähig, der durch das Frequenzabstimmelement g
abgleichbar ist. Der H₀₁₁-Wellentyp weist parallele
Feldkomponenten in der Blendenebene sowohl zum ersten als
auch zum zweiten H₁₁₁-Wellentyp des ersten Resonators auf.
Durch die Lage und Größe der Koppelöffnungen e und f in der
Blende kann man z. B. eine magnetische Verkopplung der Kreise
in folgender Weise realisieren:
Der Mode 1 im ersten Resonator R1 koppelt auf den Single-Mode 2 im zweiten Resonator R2 über den Blendenschlitz e. Der Single-Mode koppelt auf den Mode 3 im ersten Resonator R1 über den Blendenschlitz f. Auf diese Weise erhält man einen Hauptkoppelweg 1-2-3.
Der Mode 1 im ersten Resonator R1 koppelt auf den Single-Mode 2 im zweiten Resonator R2 über den Blendenschlitz e. Der Single-Mode koppelt auf den Mode 3 im ersten Resonator R1 über den Blendenschlitz f. Auf diese Weise erhält man einen Hauptkoppelweg 1-2-3.
Die Resonatoren R1 und R2 stehen demnach derart in
Wirkverbindung miteinander, daß ein Energietransfer von dem
im ersten Resonator R1 resonanzfähigen ersten entarteten
Wellentyp auf einen zweiten dort ebenfalls resonanzfähigen
entarteten Wellentyp außerhalb dieses ersten Resonators R1
stattfindet und daß die möglichen Verkopplungen dieser
entarteten Wellentypen untereinander nur Überkopplungen
sind.
Das zweite Ausführungsbeispiel (Fig. 2) zeigt einen
Vierkreis-Cauer-Filter, bestehend aus zwei
Hohlraumresonatoren, die im Dual-Mode-Betrieb verwendet
werden. Im ersten Resonator R1 sollen die beiden entarteten
M₁₁₁-Wellentypen (Mode 1 und 3) resonanzfähig sein und im
zweiten Resonator R2 die entarteten H₀₁₁-(Mode 2) und
H₂₂₁-(Mode 4) Wellentypen. Die Besonderheit besteht darin,
daß verschiedene Wellentypen in den Resonatoren
resonanzfähig sind, die innerhalb der Resonatoren nicht
verkoppelt sind.
Auch in diesem Beispiel werden ausschließlich magnetische
Kopplungen über Blenden realisiert. Bemerkenswert ist
hierbei, daß ein weitgehend unabhängiges Blendendesign für
die Hauptkopplungen k12, k23 und k34 und positive oder
negative Nebenkopplung k14 möglich ist.
Die Blendenöffnungen für jede entsprechende Kopplung sind so
positioniert, daß unerwünschte Kopplungen durch orthogonale
oder gleich große entgegengesetzte Feldkomponenten anderer
Wellentypen im Bereich der entsprechenden Koppelöffnungen
unterdrückt werden. So haben z. B. die Moden 2 und 3
innerhalb der Koppelöffnung k23 nur orthogonale
Feldkomponenten zu den Moden 1 und 4. Die Moden 3 und 4
weisen in der Koppelöffnung k34 Feldkomponenten orthogonal
zum Model und gleich große entgegengesetzte bzw.
orthogonale Feldkomponenten zum Mode 2 auf.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
Vierkreisfilters, welches mit drei Resonatoren aufgebaut
ist. Der erste Resonator R1 wird dabei im Dual-Mode (H₁₁₁)
betrieben und die anderen beiden R2, R3 im Single-Mode
(H₂₁₁). Durch Blenden werden magnetische Kopplungen
realisiert (k12, k23, k34).
Zu beachten ist, daß die Zeichnungen nur das Prinzip der
Erfindung darstellen. Die unterschiedlichen Wellentypen
bedingen natürlich unterschiedliche Dimensionen der
Resonatoren, bei den gezeigten zylindrischen
Hohlraumresonatoren insbesondere unterschiedliche
Durchmesser.
Neben den gezeigten Wellentyp-Kombinationen lassen sich noch
beliebige weitere Kombinationen finden, die nach dem Prinzip
der Erfindung arbeiten, z. B. Tripel-Dual-Mode-Resonatoren.
Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung kann mit
Hohlleiter-Resonatoren, dielektrischen Resonatoren,
Koaxial-Resonatoren oder Resonatoren unter Verwendung der
Supraleitung aufgebaut werden oder aus Kombinationen
hiervon.
Anstelle der magnetischen Kopplung der Resonatoren können
auch kapazitive Kopplungen oder Kombinationen von
magnetischen und kapazitiven Kopplungen verwendet werden. Es
ist hierbei nur das Hauptprinzip zu beachten, daß die
möglichen Verkopplungen der entarteten Wellentypen
untereinander im wesentlichen Überkopplungen sind.
Normalerweise wird man bestrebt sein, für die Verkopplung
der entarteten Wellentypen ausschließlich Überkopplungen
vorzusehen; das heißt, daß die entarteten Wellentypen nicht
über Hauptkopplungen miteinander gekoppelt sind.
Claims (10)
1. Mikrowellenfilter, bestehend aus mindestens zwei
Resonatoren (R1, R2, R3), wobei in einem ersten dieser
Resonatoren (R1) mindestens zwei entartete Wellentypen
resonanzfähig sind und wobei die Resonatoren (R1, R2, R3)
derart in Wirkverbindung stehen, daß ein Energietransfer von
einem im ersten Resonator (R1) resonanzfähigen ersten
entarteten Wellentyp auf einen dort ebenfalls
resonanzfähigen weiteren entarteten Wellentyp im
wesentlichen außerhalb dieses ersten Resonators (R1)
stattfindet und daß die möglichen Verkopplungen der
entarteten Wellentypen untereinander Überkopplungen sind.
2. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) im Dual-Mode
und der diesem elektrisch benachbarte Resonator (R2) im
Single-Mode betrieben ist.
3. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) wie auch der
ihm elektrisch benachbarte weitere Resonator (R2) im
Dual-Mode betrieben ist.
4. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) im Tripel-Mode
und der ihm elektrisch benachbarte Resonator (R2) im
Dual-Mode betrieben ist.
5. Mikrowellenfilter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß dem ersten Resonator (R1) ein weiterer
im Single-Mode betriebene Resonator (R3) elektrisch
benachbart ist.
6. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß entartete Wellentypen in den
Resonatoren (R1, R2, R3) nicht über Hauptkopplungen
miteinander gekoppelt sind.
7. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellenfilter (R1, R2,
R3) mit weiteren Resonatoren kombiniert ist, die
herkömmliche Koppelmechanismen aufweisen.
8. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellenfilter aus
Hohlraumresonatoren, dielektrischen Resonatoren,
Koaxial-Resonatoren und/oder Resonatoren unter Verwendung
der Supraleitung besteht.
9. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren durch Blenden in
ihren Wänden jeweils magnetisch gekoppelt sind.
10. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß Einkopplung und Auskopplung des
Mikrowellenfilters nur an einem der Resonatoren angeordnet
sind, wobei diese um 90° gegeneinander gedreht angeordnet
sind.
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