DE19524263C1

DE19524263C1 - Planar microwave filter with several waveguide resonators

Info

Publication number: DE19524263C1
Application number: DE19524263A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Rosenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2015-07-05
Also published as: EP0752732B1; DE59606982D1; EP0752732A1

Abstract

The microwave filter consists of a several rectangular wave guide resonators (R1-R4) organised on the same plane, and are coupled together by inductive elements (K11,K12,K23C,K34,K40). A coupling for the two main paths is provided by a bridging element (K14) between electrically non adjacent resonators (R1,R4). The phase value of the bridging element determines if the damping poles of the filter characteristic are above or below the transmission range.

Description

State of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren in einer Ebene angeordneten recht eckigen Hohlraumresonatoren, die über induktive Blenden mit einander gekoppelt sind, wobei mindestens eine Überkopplung zwischen zwei zu einem Hauptkoppelweg gehörenden, darin aber nicht benachbarten Hohlraumresonatoren vorhanden ist.The present invention relates to a microwave filter, consisting of several right arranged in one level angular cavity resonators that have inductive shutters are coupled to one another, at least one overcoupling between two belonging to a main coupling route, but in it there are no adjacent cavity resonators.

Es ist bekannt, daß mit Filtern, bei denen nur Kopplungen zwischen elektrisch benachbarten Resonanzkreisen bestehen (das heißt, es gibt nur einen Hauptkoppelweg), allenfalls Tschebyscheff- oder Potenzfiltercharakteristika mit relativ geringer Sperrwirkung realisiert werden können. Cauer-Filter, welche unterhalb und oberhalb des Filter- Transmissionsbereichs Dämpfungspole aufweisen und deshalb eine hohe Sperrwirkung haben, bieten den Vorteil, daß sie mit einem niedrigen Filtergrad (Zahl der Resonanzkreise) realisiert werden können im Vergleich zu den obengenannten ausschließlich sequentiell gekoppelten Filtern. Voraus setzung für die Realisierung von Filtercharakteristika mit Dämpfungspolen zu beiden Seiten des Transmissionsbereichs ist das Einfügen von Überkopplungen zwischen elektrisch nicht benachbarten Resonanzkreisen; das heißt, es gibt neben dem Signalpfad im Hauptkoppelweg Signalanteile, die zwischen elektrisch nicht benachbarten Resonanzkreisen überkoppelt werden.It is known that with filters in which only couplings exist between electrically adjacent resonant circuits (that is, there is only one main coupling route), at most Chebyshev or power filter characteristics with relative low blocking effect can be realized. Cauer filter, which is below and above the filter Transmission range have damping poles and therefore have a high blocking effect offer the advantage that they with a low degree of filtering (number of resonance circuits) can be realized compared to the above only sequentially coupled filters. Advance setting for the implementation of filter characteristics with Attenuation poles on both sides of the transmission range is the insertion of overcouplings between electrical non-adjacent resonant circuits; that is, there are alongside the signal path in the main coupling path not electrically coupled adjacent resonance circuits will.

Die Realisierung eines einleitend dargelegten Mikrowellen filters ist auf IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Januar 1996, Band MTT-14, S. 46, 47 bekannt. Bei diesem Filter sind jedoch nur gewisse Überkopplungen zwi schen elektrisch nicht benachbarten Hohlraumresonatoren rea lisierbar, womit nur ein Dämpfungspol oberhalb des Nutzfre quenzbandes erzeugt werden kann. Gemäß der DE 36 21 298 sind Hohlraumresonatoranordnungen nach Art einer dichtesten Zylinderpackung bekannt, bei denen Überkopplungen zwischen zylindrischen Hohlraumresonatoren realisiert sind, die im Hauptkoppelweg nicht benachbart sind. Dadurch, daß die Reso natoren, welche direkt an einer Überkopplung beteiligt sind, sowohl gleich als auch entgegengesetzt gerichtete Feldkompo nenten aufweisen, können je nach dem positive oder negative Überkopplungen realisiert werden.The realization of an introductory microwave filters is on IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, January 1996, Volume MTT-14, pp. 46, 47. At this filter, however, are only certain overcouplings between not electrically adjacent cavity resonators lisizable, which means only one damping pole above the usable quenzband can be generated. According to DE 36 21 298 Cavity resonator arrangements like a densest Cylinder pack known in which overcouplings between cylindrical cavity resonators are realized in the Main coupling path are not adjacent. The fact that the Reso nators that are directly involved in a coupling, both the same and the opposite field compo may have positive or negative depending on the Couplings can be realized.

Aus W. Hägele: "Mikrowellenfilter mit Umwegkopplungen zur Erzeugung von Dämpfungspolen" in Frequenz, 24 (1970) 11, S. 340, 341 ist ein Mikrowellenfilter mit Umwegkopplungen bekannt. Dabei ist die Auswirkung von Umwegkopplungen auf die Filtercharakteristik beschrieben.From W. Hägele: "Microwave filter with detour couplings for Generation of damping poles "in frequency, 24 (1970) 11, S. 340, 341 is a microwave filter with detour couplings known. The impact of detour links is on the filter characteristics described.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellen filter mit planarer Struktur und induktiven Kopplungen der eingangs genannten Art anzugeben, das vielfältige Möglich keiten für die Realisierung von Filtercharakteristika bie tet. The invention has for its object a microwave Filters with a planar structure and inductive couplings Specify the type mentioned at the beginning, the diverse possibilities for the implementation of filter characteristics bie tet.

Advantages of the invention

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved. Advantageous designs go from the Sub-claims emerge.

Die Erfindung geht von einem Filter aus, bei dem alle Hohl raumresonatoren in einer Ebene angeordnet sind. Bei einem solchen planaren Filter können alle Hohlräume von einer Seite her aus einem Block gefräst werden. Die Hohlräume wer den dann mit einem die Abstimmelemente tragenden Deckel oder einer zweiten Halbschale verschlossen. Fertigungstechnisch ist es zudem besonders wenig aufwendig, wenn ausschließlich induktive Kopplungen vorgesehen werden, die durch Öffnungen in den Seitenwänden der Hohlraumresonatoren realisierbar sind. Durch den Einsatz von mindestens einem H10m- oder Hm01-(m<1) Hohlraumresonator innerhalb des Hauptkoppelwegs einer planaren Filterkonfiguration kann indirekt die Phasen lage einer Überkopplung, an der dieser H10m- oder Hm01-Hohlraumresonator nicht beteiligt ist, so eingestellt werden, daß die Filtercharakteristik unterhalb und oberhalb des Nutzfrequenzbandes Dämpfungspole aufweist.The invention is based on a filter in which all hollow room resonators are arranged in one plane. At a Such a planar filter can remove all cavities from one Be milled out of one block. The cavities who then with a cover carrying the tuning elements or closed a second half-shell. Manufacturing technology it is also particularly inexpensive if only inductive couplings are provided through openings realizable in the side walls of the cavity resonators are. By using at least one H10m or Hm01- (m <1) cavity within the main coupling path A planar filter configuration can indirectly control the phases was a coupling at which this H10m- or Hm01 cavity resonator is not involved, so set that the filter characteristic below and above of the useful frequency band has damping poles.

Description of exemplary embodiments

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungs beispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:Based on several execution shown in the drawing the invention is explained in more detail below. It demonstrate:

Fig. 1 eine planare Filterstruktur, bestehend aus drei H101-Hohlraumresonatoren und einem H201-Hohlraumresonator, und das entsprechende Koppelschema zur Realisierung einer Filtercharakteristik mit konstanter Gruppenlaufzeit, Fig. 1 is a planar filter structure consisting of three H101-H201 cavity resonators and a resonant cavity, and the corresponding coupling scheme for realizing a filter characteristic with a constant group delay,

Fig. 2 eine planare Filterstruktur, bestehend aus drei H101-Hohlraumresonatoren und einem H201-Hohlraumresonator, und das entsprechende Koppelschema zur Realisierung einer Cauer-Filtercharakteristik und Fig. 2 is a planar filter structure consisting of three H101-H201 cavity resonators and a resonant cavity, and the corresponding coupling scheme for realizing a Cauer filter characteristic and

Fig. 3 eine planare Filterstruktur zur Realisierung einer Cauer-Charakteristik bestehend aus vier H201-Hohlraumresonatoren. Fig. 3 is a planar filter structure for implementing a Cauer characteristic consisting of four H201 cavity resonators.

Das in Fig. 1 gezeigte Mikrowellenfilter besteht aus vier nebeneinander angeordneten rechteckigen Hohlraumresonatoren R1, R2, R3 und R4, von denen die Hohlraumresonatoren R1, R3 und R4 so dimensioniert sind, daß darin der Grundwellentyp H101 existiert, und der Resonator R2 ist so dimensioniert, daß darin ein H10m oder Hm01-Wellenmode mit m = 2 existiert. Die Nomenklatur der Resonatoren R1 . . . R4 entspricht dem Hauptkoppelweg des Filters.The microwave filter shown in FIG. 1 consists of four rectangular cavity resonators R1, R2, R3 and R4 arranged next to one another, of which the cavity resonators R1, R3 and R4 are dimensioned such that the basic wave type H101 exists therein, and the resonator R2 is dimensioned such that that there is an H10m or Hm01 wave mode with m = 2. The nomenclature of the resonators R1. . . R4 corresponds to the main coupling path of the filter.

In der Zeichnung sind in allen Hohlraumresonatoren R1 . . . R4 die magnetischen Feldlinien der darin existierenden Wellen moden durch strichlierte Linien angedeutet. Zwischen den Ein- und Ausgangshohlleitern I und O und den Resonatoren R1, R4 sind Blendenöffnungen Ki1, bzw. K4o vorhanden. Zudem be finden sich Blendenöffnungen zur Realisierung der Hauptkopp lungen zwischen den Resonatoren R1 . . . R4 im sequentiellen Signalpfad. Und zwar ist die Blendenöffnung K12 in der Sei tenwand zwischen den Hohlraumresonatoren R1 und R2, die Blendenöffnung K23l in der Seitenwand zwischen den Hohlraum resonatoren R2 und R3 und die Blendenöffnung K34 in den Sei tenwänden zwischen den Hohlraumresonatoren R3 und R4 ange ordnet. Eine weitere Blendenöffnung K14 befindet sich zwi schen den elektrisch nicht benachbarten Resonatoren R1 und R4, welche die Überkopplung eines Teils der Signalenergie vom Hohlraumresonator R1 zum Hohlraumresonator R4 erlaubt. Alle Kopplungen sind in dieser planaren Filterstruktur in duktiv.The drawing shows R1 in all cavity resonators. . . R4 the magnetic field lines of the existing waves fashions indicated by dashed lines. Between Input and output waveguides I and O and the resonators R1, R4 there are apertures Ki1 and K4o. In addition be there are apertures to realize the main coupling lungs between the resonators R1. . . R4 in sequential Signal path. That is the aperture K12 in the screen tenwand between the cavity resonators R1 and R2, the Aperture opening K23l in the side wall between the cavity resonators R2 and R3 and the aperture K34 in the Sei tenwalls between the cavity resonators R3 and R4 arranges. Another aperture K14 is between between the electrically non-adjacent resonators R1 and R4, which is the coupling of part of the signal energy allowed from cavity resonator R1 to cavity resonator R4. All couplings are in this planar filter structure ductile.

Für die Realisierung verschiedenster Filtercharakteristika sind die Phasenlagen (Vorzeichen) der Kopplungen zwischen Hohlraumresonatoren entscheidend, die zu einer überkoppelten Filtersektion gehören. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiel sind es die Phasenlagen der Kopplungen zwi schen den Hohlraumresonatoren R1 und R2, R2 und R3, R3 und R4. Ein Hohlraumresonator im Hauptkoppelweg stellt einen Re sonanzkreis und einen idealen Übertrager mit dem Übertra gungsverhältnis -1 dar. Dies bedeutet physikalisch, daß die Drehrichtung der an einer Hauptkopplung beteiligten Feld komponenten zweier Resonatoren entgegengesetzt ist.The phase positions (signs) of the couplings between cavity resonators, which belong to an over-coupled filter section, are decisive for the implementation of a wide variety of filter characteristics. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, it is the phase positions of the couplings between the cavity resonators R1 and R2, R2 and R3, R3 and R4. A cavity resonator in the main coupling path represents a resonance circuit and an ideal transformer with the transmission ratio -1. This means physically that the direction of rotation of the field components involved in a main coupling is opposite of two resonators.

Das Übertragungsverhältnis für die Überkopplungen in einer solchen planaren Struktur ergibt sich aus dem Drehsinn der an der entsprechenden Überkopplung beteiligten magnetischen Feldkomponenten. Demnach ergibt sich für die Kopplung zwi schen den Hohlraumresonatoren R1 und R4 über die Blendenöff nung K14 ein Übersetzungsverhältnis von -1 aufgrund des ebenfalls entgegengesetzten Drehsinns der magnetischen Feld komponenten in den beiden Hohlraumresonatoren R1 und R4 und damit ein negativer Koppelwert.The transmission ratio for the couplings in one such planar structure results from the sense of rotation of the magnetic involved in the corresponding coupling Field components. This results in the coupling between the cavity resonators R1 and R4 via the aperture K14 a gear ratio of -1 due to the also opposite direction of rotation of the magnetic field components in the two cavity resonators R1 and R4 and thus a negative coupling value.

Die vorangehend dargelegte Filterstruktur läßt sich durch das in Fig. 1 gezeigte Koppelschema beschreiben. Damit ist eine Filtercharakteristik mit konstanter Gruppenlaufzeit im Nutzfrequenzband realisierbar.The filter structure set out above can be described by the coupling scheme shown in FIG. 1. This enables a filter characteristic with a constant group delay in the useful frequency band to be implemented.

An dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird nun erläutert, welche Bedeutung dem H102- bzw. H201-Resonator R2 in Bezug auf die Phasenlage (Vorzeichen) der Überkopplung K14 zwischen den Resonatoren R1 und R4 zukommt. Wesentlich hierbei ist die Lage der Koppelöffnung K23c, die im Gegen satz zu der Koppelöffnung K23l in Fig. 1 die magnetische Feldkomponente der rechten Halbwelle des H102-Wellenmodes im Hohlraumresonator R2 mit dem Grundwellenmode des Hohlraumre sonators R3 koppelt.The significance of the H102 or H201 resonator R2 in relation to the phase position (sign) of the coupling K14 between the resonators R1 and R4 is explained using the exemplary embodiment shown in FIG. 2. What is important here is the position of the coupling opening K23c, which, in contrast to the coupling opening K23l in FIG. 1, couples the magnetic field component of the right half-wave of the H102 wave mode in the cavity resonator R2 to the fundamental wave mode of the cavity resonator R3.

Die an der Kopplung beteiligten magnetischen Feldkomponenten in den Hohlraumresonatoren R2 und R3 weisen, wie auch in Fig. 1 einen entgegengesetzten Drehsinn auf, weshalb auch hier die Kopplung K23c negativ ist. Ein Vergleich der magne tischen Felder in Fig. 1 und 2 zeigt jedoch, daß durch die unterschiedliche Lage der Blendenöffnung K23l bzw. K23c der Drehsinn der magnetischen Feldkomponenten in den Hohlraumre sonatoren R3 und R4 transformiert, das heißt umgekehrt wird. Man spricht also von einer Transformation, wenn durch eine Kopplung die magnetischen Feldlinien in zwei Hohlraumresona toren eine entgegengesetzte Drehrichtung erhalten, so wie das bei den Hohlraumresonatoren R1 und R3 in Fig. 2 der Fall ist. Dagegen findet zwischen den Hohlraumresonatoren R1 und R3 der Fig. 1 keine Transformation statt, weil die magnetischen Feldlinien dieselbe Drehrichtung haben. Also bewirkt der Hohlraumresonator R2 beim Filter gemäß Fig. 2 eine Transformation, beim Filter gemäß Fig. 1 jedoch nicht.The magnetic field components involved in the coupling in the cavity resonators R2 and R3, as in FIG. 1, have an opposite direction of rotation, which is why the coupling K23c is negative here too. A comparison of the magnetic fields in FIGS . 1 and 2 shows, however, that the direction of rotation of the magnetic field components in the cavity resonators R3 and R4 is transformed, that is to say reversed, by the different position of the aperture K23l or K23c. One speaks of a transformation when the magnetic field lines in two cavity resonators receive an opposite direction of rotation by coupling, as is the case with the cavity resonators R1 and R3 in FIG. 2. In contrast, no transformation takes place between the cavity resonators R1 and R3 in FIG. 1 because the magnetic field lines have the same direction of rotation. So, the cavity resonator R2 in the filter according to FIG. 2 does not cause a transformation in the filter according to FIG. 1, however.

Die Transformation durch den Hohlraumresonator R2 ist insbe sondere für die Überkopplung K14 von Bedeutung, da sich in der in Fig. 2 dargestellten Filterstruktur eine positive Überkopplung im Gegensatz zur Fig. 1 ergibt. Die in Fig. 2 dargestellte Filterkonfiguration, welche im Gegensatz zu der Filterkonfiguration der Fig. 1 eine positive Überkopplung hat, das heißt die magnetischen Feldlinien der Hohlraumreso natoren Rl und R4 haben dieselbe Drehrichtung, erzeugt z. B. eine Cauer-Charakteristik, die sowohl oberhalb als auch un terhalb des Filter-Transmissionsbereichs einen oder mehrere Dämpfungspole besitzt. Bei einem vierkreisigen Filter ent steht z. B. eine solche Cauer-Filtercharakteristik entsteht, wenn der erste Hohlraumresonator R1 und der vierte Hohlraum resonator R4 gekoppelt (d. h. die Hohlraumresonatoren R2 und R3 sind überkoppelt)sind und wenn für alle Kopplungen gilt: (K12 _* K34)/(K23 _* K14) < 0. Filtercharakteristika mit Dämpfungspolen unterhalb und oberhalb des Transmissionsbe reichs lassen sich auch mit mehr als vier Hohlraumresonato ren verwirklichen. Entscheidend dabei ist die Phasenlage ei ner oder mehrerer Überkopplungen, die aber auf einfache Weise, wie vorangehend beschrieben, durch entsprechende An kopplung eines Hm01- bzw. H10m- (m < 1) Resonators einstell bar ist. The transformation by the cavity resonator R2 is particularly important for the overcoupling K14, since in the filter structure shown in FIG. 2 there is a positive overcoupling in contrast to FIG. 1. The filter configuration shown in Fig. 2, which in contrast to the filter configuration of Fig. 1 has a positive coupling, that is, the magnetic field lines of the cavity resonators Rl and R4 have the same direction of rotation, z. B. a Cauer characteristic, which has one or more damping poles both above and below the filter transmission range. In a four-circuit filter, z. B. Such a Cauer filter characteristic arises if the first cavity resonator R1 and the fourth cavity resonator R4 are coupled (ie the cavity resonators R2 and R3 are coupled) and if the following applies to all couplings: (K12 _* K34) / (K23 _* K14) <0. Filter characteristics with damping poles below and above the transmission range can also be achieved with more than four cavity resonators. The decisive factor here is the phase angle of one or more overcouplings, which, however, can be adjusted in a simple manner, as described above, by appropriately coupling an Hm01 or H10m (m <1) resonator.

In der Fig. 3 ist eine Filterstruktur dargestellt, die aus schließlich aus Hohlraumresonatoren R5, R6, R7 und R8 be steht, in denen H10m oder Hm01 Wellenmoden existent sind, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel m = 2 ist. Die Blendenöffnungen für die induktiven Kopplungen zwischen den einzelnen Hohlraumresonatoren R5 . . . R8 und den Ein- und Ausgangshohlleitern I, O sind mit Ki5, K56, K67, K78, K58 und K8o bezeichnet. Auch bei diesem Filter kann durch Ändern der Ankopplung das Hohlraumresonators R7 an die benachbarten Hohlraumresonatoren R6 und R8 das Vorzeichen der Überkopp lung zwischen den Hohlraumresonatoren R5 und R8 (Blendenöffnung K58) umgekehrt werden. So ist beim Filter der Fig. 3 die Überkopplung positiv, womit eine Cauer-Filtercharakteristik mit Dämpfungspolen oberhalb und unterhalb des Transmissionsbereichs entsteht.In Fig. 3, a filter structure is shown, which finally consists of cavity resonators R5, R6, R7 and R8, in which H10m or Hm01 wave modes exist, in the embodiment shown m = 2. The apertures for the inductive couplings between the individual cavity resonators R5. . . R8 and the input and output waveguides I, O are labeled Ki5, K56, K67, K78, K58 and K8o. In this filter, too, the sign of the coupling between the cavity resonators R5 and R8 (aperture opening K58) can be reversed by changing the coupling of the cavity resonator R7 to the adjacent cavity resonators R6 and R8. Thus, in the filter the cross-coupling is the Fig. 3 positive, whereby a Cauer filter characteristic with attenuation poles above and below the transmission area is formed.

Die Verwendung von Hohlraumresonatoren für H10m-, Hm01- (m < 1) Wellenmoden eröffnet eine Vielzahl von verschiedenen Kopplungsvarianten, um positive wie negative Überkopplungen zu verwirklichen.The use of cavity resonators for H10m-, Hm01- (m < 1) Wave modes opened up a variety of different ones Coupling variants to positive and negative overcouplings to realize.

Claims

1. Microwave filter, consisting of several rectangular cavity resonators arranged in one plane, which are coupled to one another via inductive diaphragms, with at least one coupling between two ge resonating to a main coupling path, but electrically non-adjacent cavity resonators are present, characterized in that min at least one of the cavity resonators (R1... R8) lying in the main coupling path is an H10m or Hm01 (m <1) wave moderator (R2, R7) and that the orifices (K12, K23l, K23c, K67, K78) for the coupling of the H10m or Hm01 cavity resonator (R2, R7) to its two cavity resonators (R1, R3, R6, R8), which are directly adjacent in the main coupling path, in the area of the partial wave (s) of the H10m or Hm01 wave mode are that the coupling receives such a phase position that a filter characteristic is created which has at least one attenuation pole below and above the filter transmission region.

2. Microwave filter according to claim 1, characterized net that all cavity resonance lying in the main coupling path Ren also determine the phase position of the coupling cavity resonator (s) (R2) H101 wave modern resonators (R1, R3, R4).

3. Microwave filter according to claim 1, characterized net that all cavity resonance lying in the main coupling path ren (R5... R8) H10m- or Hm01- (m <1) wave modern resonance are.