DE19523869A1 - Hohlleiterfilter - Google Patents
HohlleiterfilterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Hohllei
terfilter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für Hohlleiterschaltungen stellt die Einhaltung der ge
setzlichen Bestimmungen bezüglich der Frequenzbandspezifi
kationen und insbesondere bezüglich der Unterdrückung der
von Oszillatoren erzeugten Störstrahlungen, z. B. einer
Harmonischen des Nutzsignales, einen nicht unerheblichen
Teil der Entwicklungskosten eines Gerätekonzeptes dar.
Bisher ist in Hohlleiterschaltungen die Verwendung von
Hohlraumresonatoren, welche mit Hohlleiterblenden verkop
pelt sind sowie bei FIN-Leitungsschaltungen die Verwendung
von Resonanzstrukturen im Bereich der Finne bekannt.
Die Auslegung von Hohlleiterblenden erfolgt nach den be
kannten Theorien der Hohlleiterblendentechnik (Waveguide
Handbook, N. Narcuwitz, Mc Graw-Hill Book Company INC.,
Edition 1986). Die Hohlleiterblenden sind als planare
Strukturen mit z. B. kreis-, schlitz- oder H-förmigen
Blendenöffnungen ausgebildet und in einer Querschnitt
sebene eines länglichen Hohlleiters lotrecht zur Hohl
leiterachse zwischen einem speisenden und einem weiter
führenden Abschnitt des Hohlleiters eingesetzt. Als
Bandpaßfilter verwendet, werden die Blendenöffnungen bei
Eigenresonanz betrieben, die bekannterweise für schlitz
förmige Blendenöffnungen bei einer elektrisch wirksamen
Schlitzlänge von einer halben Wellenlänge der Nutzfrequenz
eingestellt ist. Mit der Schlitzbreite ist der Transmis
sionsgrad T von schlitzförmigen Blendenöffnungen bestimmt.
Die als Bandpaßfilter ausgelegten Hohlleiterblenden haben
außerhalb ihres Durchlaßbereiches nur einen der Resonanz
kurve entsprechenden Dämpfungsverlauf. Insbesondere ist
mit diesen Bandpaßfiltern im allgemeinen keine gezielte
Sperrung von bestimmten störenden Frequenzvielfachen der
Nutzfrequenz möglich. Dazu müssen die bekannten Bandpaß
filter mit zusätzlichen Filtermaßnahmen unterstützt wer
den. In vielen Fällen, wie z. B. bei Kleingeräten oder bei
Sensoren stört das erforderliche Volumen der bekannten
Bandpaßfilter. Die Herstellkosten für FIN-Leitern mit
Resonanzstrukturen sind relativ hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Bandpaßfilter für Hohl
leiter zu schaffen, das zusätzlich als Sperrfilter für die
gezielte Unterdrückung von Störfrequenzen dient.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der
Patentansprüche 1 und 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfin
dung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß die Transmission einer
Nutzfrequenz und eine gezielte Unterdrückung von Störfre
quenzen mit einem einzigen Bauelement bei geringem Aufwand
möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Hohlleiterfilter
lassen sich Herstellungstoleranzen mit geringem Aufwand
einhalten und es benötigt nur eine geringe Einbautiefe.
Aufgrund seines symmetrischen Aufbaus ist die Störmoden
anregung minimal.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der Leiterstruktur eines erfin
dungsgemäßen Hohlleiterfilters für rechteckförmige Hohl
leiter,
Fig. 2a bis Fig. 2c zeigen Transmissionskurven einzelner
Blendenöffnungen und des gesamten Hohlleiterfilters,
Fig. 3 zeigt ein zweikreisiges Hohlleiterfilter mit zwei
hintereinander angeordneten Leiterstrukturen und
Fig. 4a bis Fig. 4d zeigen Transmissionskurven einzelner
Blendenöffnungen und des gesamtem zweikreisigen Hohllei
terfilters.
Fig. 1 zeigt die Leiterstruktur 2 eines Hohlleiterfilters,
die auf die Querschnittsfläche eines rechteckförmigen
Hohlleiters 1 aufgesetzt ist. Die Leiterstruktur 2 ist in
einer Metallschicht auf einem planaren, einseitig metalli
sierten, dielektrischen Substrat ausgebildet. In die Lei
terstruktur 2 sind eine zentral angeordnete Blendenöffnung
3 und zwei weitere Blendenöffnungen 4 integriert, die der
zentral angeordneten Blendenöffnung 3 symmetrisch benach
bart zugeordnet sind.
Die Blendenöffnungen 3, 4 sind als beidseitig kurzge
schlossene Schlitzleiter ausgebildet und zueinander pa
rallel und lotrecht zu den Vektoren 5 des angrenzenden
Hohlleiter-E-Feldes angeordnet. Die elektrisch wirksame
Länge des zentral angeordneten Schlitzleiters beträgt eine
halbe Wellenlänge der Transmissionsfrequenz f(ind O) und
die elektrisch wirksame Länge der zugeordneten Schlitzlei
ter beträgt jeweils eine halbe Wellenlänge einer zu sper
renden Störfrequenz f(ind S1) des Hohlleiterfilters. Die
so dimensionierten Schlitzleiter befinden sich für die
zugeordneten Frequenzen in Eigenresonanz und strahlen mit
maximaler Leistung in den angrenzenden weiterführenden
Abschnitt des Hohlleiters 1. Die Transmissionsphasen des
zentral angeordneten Schlitzleiters und die der zugeord
neten Schlitzleiterhaben im Frequenzbereich f(ind O)-f(ind S1)
entgegengesetzte Vorzeichen und unterschiedliche
Phasensteilheit, so daß in dem weiterführenden Abschnitt
des Hohlleiters 1 der Betrag des Summenvektors der sich
überlagernden Schlitzleiterfelder minimiert ist. Durch
eine Variation der elektrisch wirksamen Schlitzleiterbreite
läßt sich bei Schlitzleitern bekannterweise der Transmis
sionsgrad (und damit die Amplitude des aus dem Schlitz
leiter abgestrahlten E-Feldes) beeinflussen. Damit läßt
sich über eine Anpassung der einzelnen Schlitzbreiten
zueinander für die zu sperrende Störfrequenz f(ind S1) in
dem weiterführenden Abschnitt des Hohlleiters 1 eine
optimale Kompensation der abgestrahlten Schlitzleiter
felder einstellen.
Die erfindungsgemäße Wirkung kann optional auch erzielt
werden, wenn dem zentral angeordneten Schlitzleiter nur
ein Schlitzleiter in der vorangehend beschriebenen Weise
zugeordnet ist. Die Zuordnung von zwei Schlitzleitern hat
aber den Vorteil, daß aufgrund der symmetrischen Struktur
des Hohlleiterfilters die Störmodenanregung minimal ist.
Dazu trägt auch eine Anordnung der beiden zugeordneten
Schlitzleiter in der Nähe der Umrandung 6 des Hohlleiter
innenraumes bei.
Grundsätzlich kann die Zuordnung der Transmissions- und zu
sperrenden Störfrequenz zu den Blendenöffnungen 3 und 4
auch invertiert werden, so daß die zentral angeordnete
Blendenöffnung 3 auf die Störfrequenz f(ind S1) und die
zugeordneten Blendenöffnungen 4 auf die Transmissions
frequenz f(ind O) ausgelegt sind.
Anstelle des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispieles mit
Schlitzleitern sind für die Blendenöffnungen 3 und 4 auch
andere Querschnittsformen, die für die gewünschten Fre
quenzen Eigenresonanzen aufweisen, denkbar; z. B. H-förmige
Blendenöffnungen.
Fig. 2a bis Fig. 2c zeigen die Transmissionskurven des
Hohlleiterfilters gemäß Fig. 1. In Fig. 2a ist die Trans
missionskurve des zentral angeordneten Schlitzleiters
gezeigt, Fig. 2b zeigt die Transmissionskurve der zusam
menwirkenden zugeordneten Schlitzleiter und Fig. 2c die
Transmissionskurve aller überlagerten Schlitzleiterfelder
des Hohlleiterfilters.
Soll bezüglich der Sperrwirkung ein zweikreisiges Hohl
leiterfilter aufgebaut werden, dann läßt sich dies gemäß
dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch ver
wirklichen, daß zwei beabstandete Leiterstrukturen 2, die
grundsätzlich entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1 ausgebildet sind, in den Hohlleiter eingesetzt
werden.
Der Abstand der Leiterstrukturen 2 zueinander beträgt ein
viertel der Wellenlänge der Transmissionsfrequenz f(ind O).
Die Eigenresonanzen der zugeordneten Schlitzleiter der
einen Leiterstruktur 2 sind auf eine erste Störfrequenz
f(ind S1) und die der zweiten Leiterstruktur auf eine
zweite Störfrequenz f(ind S2) ausgelegt. Die Eigenreso
nanzen der zentral angeordneten Schlitzleiter sind in
beiden Leiterstrukturen auf die Transmissionsfrequenz
f(ind O) ausgelegt.
Die Transmissionskurven für das in Fig. 3 gezeigte Hohl
leiterfilter sind in den Fig. 4a bis 4d dargestellt.
Fig. 4a zeigt die Transmissionskurve eines der zentral
angeordneten Schlitzleiter. Die Fig. 4b und 4c zeigen
die Transmissionskurven der beiden zusammenwirkenden zuge
ordneten Schlitzleiter einer Leiterstruktur für die je
weilige Störfrequenz. Fig. 4d zeigt die Transmissionskurve
des gesamten zweikreisigen Hohlleiterfilters. Neben den
Sperrwirkungen bei den Störfrequenzen f(ind S1) und f(ind S2)
zeigt die Kurve eine Abflachung im Transmissionsbe
reich um die Frequenz f(ind O) herum.
Das erfindungsgemäße Hohlleiterfilter läßt sich auch für
Hohlleiter mit anderen Querschnittsformen ausbilden, wobei
darauf zu achten ist, daß die Schlitzleiter lotrecht zu
den Vektoren 5 des angrenzenden Hohlleiter-E-Feldes aus
gerichtet sind.
Die Leiterstruktur 2 kann eine Metallfolie sein, deren
Dicke nicht größer als ein Achtel der Wellenlänge der
höchsten zu sperrenden Störfrequenz sein darf. Sie kann
aber auch in einer Metallschicht eines einseitig metalli
sierten, dielektrischen Substrats ausgebildet sein, wobei
mit zunehmender Größe der Dielektrizitätskonstanten des
Substrats die Filtereigenschaften schlechter werden.
Claims (9)
1. Hohlleiterfilter, das als planare Leiterstruktur in
einer Querschnittsebene eines länglichen Hohlleiters
lotrecht zur Hohlleiterachse zwischen einem speisenden
und einem weiterführenden Abschnitt des Hohlleiters ein
gesetzt ist und eine zentral angeordnete Blendenöffnung
aufweist, die auf Eigenresonanz für eine gewählte Trans
missionsfrequenz f(ind O) ausgelegt ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Leiterstruktur (2) zusätzlich zu der
zentral angeordneten Blendenöffnung (3) zwei gleich aus
gebildete Blendenöffnungen (4) aufweist, die auf Eigen
resonanz für eine von dem Hohlleiterfilter zu sperrende
Störfrequenz f(ind S1) ausgelegt und symmetrisch zu der
zentralen Blendenöffnung (3) angeordnet sind.
2. Hohlleiterfilter, das als planare Leiterstruktur in
einer Querschnittsebene eines länglichen Hohlleiters
lotrecht zur Hohlleiterachse zwischen einem speisenden und
einem weiterführenden Abschnitt des Hohlleiters eingesetzt
ist und mindestens eine Blendenöffnung aufweist, die auf
Eigenresonanz für eine gewählte Transmissionsfrequenz
f(ind O) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leiterstruktur (2) eine zentral angeordnete Blendenöffnung
(3) aufweist, die auf Eigenresonanz für eine mit dem Hohl
leiterfilter zu sperrende Störfrequenz f(ind S1) ausgelegt
ist und daß die Leiterstruktur (2) zusätzlich zu der zen
tral angeordneten Blendenöffnung (3) zwei gleich ausgebil
dete Blendenöffnungen (4) aufweist, die auf Eigenresonanz
für eine gewählte Transmissionsfrequenz f(ind O) ausgelegt
und symmetrisch zu der zentralen Blendenöffnung (3) ange
ordnet sind.
3. Hohlleiterfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die zentral angeordnete Blendenöffnung
(3) und die zusätzlichen Blendenöffnungen (4) als Schlitz
leiter ausgebildet sind, daß die Schlitzleiter lotrecht zu
den Vektoren (5) des angrenzenden Hohlleiter-E-Feldes aus
gerichtet sind und daß die elektrisch wirksame Längen der
Schlitzleiter je nach zugeordneter Eigenresonanzfrequenz
eine halbe Wellenlänge der Transmissionsfrequenz f(ind O)
oder der Störfrequenz f(ind S1) beträgt.
4. Hohlleiterfilter nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schlitzleiterbreiten auf die gewünschte
Transmissions- und Sperrwirkung
abgestimmt sind.
5. Hohlleiterfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leiterstruktur (2)
in eine Querschnittsebene des Hohlleiters mit einem Ab
stand zu der ersten Leiterstruktur (2) eingesetzt ist, der
etwa einer viertel Wellenlänge der Transmissionsfrequenz
f(ind O) entspricht und daß die zweite Leiterstruktur (2)
eine zentrale Blendenöffnung (3) mit einer Eigenresonanz
bei der Transmissionsfrequenz f(ind O) und zwei
zusätzliche Blendenöffnungen (4) jeweils mit einer
Eigenresonanz bei einer zu sperrenden zweiten Störfrequenz
f(ind S2) aufweist, die von der ersten Störfrequenz f(ind S1)
abweicht.
6. Hohlleiterfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstruktur (2) aus
einer Metallfolie besteht, in die die Blendenöffnungen
(3, 4) eingearbeitet sind.
7. Hohlleiterfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstruktur (2) aus
einem einseitig metallisierten, dielektrischen Substrat
besteht und daß die Blendenöffnungen (3, 4) in die Metall
schicht des Substrats eingearbeitet sind.
8. Hohlleiterfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohl
leiters (1) eine Rechteckform aufweist.
9. Hohlleiterfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Hohlleiters
(1) eine Kreisform aufweist.
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