DE19523869A1 - Hohlleiterfilter - Google Patents

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.