DE1959176C3

DE1959176C3 - Filter designed like a coaxial line for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1959176C3
Application number: DE19691959176
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Bruentrup
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-11-25
Filing date: 1969-11-25
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE1959176B2; DE1959176A1

Description

Die Erfindung betrifft ein nach Art einer Koaxialleitung ausgebildetes Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei dem in einem durchgehenden Außenleiter jeweils als Zylinderkondensatoren ausgebildete Kondensatoren angeordnet sind, die über einen koaxialen Innenleiterabschnitt miteinander verbunden sind, dessen Länge bei Verwendung als Tiefpaßfilter klein ist gegenüber der sich bei der Grenzfrequenz auf dem koaxialen Innenleiterabschnitt ausbildenden Wellenlänge.The invention relates to a type of coaxial line filter for very short electromagnetic waves, in which in a continuous Outer conductors are arranged in each case designed as cylinder capacitors capacitors, which via a coaxial inner conductor section are connected to each other, the length of which when used as a low-pass filter is small compared to the wavelength that forms on the coaxial inner conductor section at the cutoff frequency.

Zum Aufbau vcn Bandpaßfiltern, die für den Frequenzbereich sehr kurzer elektromagnetischer Wellen geeigent sind, läßt sidi unte-. anderem eine konstruktive Ausbildung wähleii, die einer Koaxialleitung ähnlich ist Dabei sind in einen Jurchgehenden metallischen Außenleiter mit zumeist kreisförmigem Querschnitt kurze, scheibenförmige Leitungsabschnitte eingebracht, die den einen Kondensatorbelag bilden und die mit dem durchgehenden Außenleiter als zweiten Kondensatorbelag jeweils einen Zylinderkondensator bilden. Die Scheiben der einzelnen Zylinderkondensatoren sind untereinander durch koaxiale Innenleiterabschnitte verbunden. An die beiden äußeren Kondensatoren ist jeweils ein weiterer Innenleiterabschnitt angefügt, der unmittelbar zu koaxialen Anschlüssen des Filters führt. Bei den bekannten Bandpaßfiltern der bisherigen Bauart, wie sie beispielsweise im »Taschenbuch der Hochfrequenztechnik« von M e i η k e / Gu η dl ach, (Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1968), Seiten 480 bis 482, beschrieben sind, wurden die die Kondensatoren verbindenden Innenleiterabschnitte größer als eine halbe Betriebswellenlänge gewählt, wodurch sich einerseits in konstruktiver Hinsicht eine verhältnismäßig große Baulänge des Gesamtfilters und andererseits hinsichtlich der Funktion eine nur beschränkte Bandbreite ergibt. Sollen derartige Filter über einen sehr großen Temperaturbereich betrieben werden, wie z. B. beim Einsatz in parametrischen Verstärkern, dann zeigt sich darüber hinaus eine störende Temperaturabhängigkeit der Mittenfrequenz.For the construction of band-pass filters, which are suitable for the frequency range of very short electromagnetic waves, it leaves nothing to be desired. other one Constructive training to choose from, which is similar to a coaxial line metallic outer conductor with mostly circular cross-section, short, disc-shaped line sections introduced, which form one capacitor layer and the one with the continuous outer conductor as the second Capacitor layers each form a cylinder capacitor. The disks of the individual cylinder capacitors are connected to one another by coaxial inner conductor sections. There is a further inner conductor section on each of the two outer capacitors added, which leads directly to coaxial connections of the filter. In the known bandpass filters previous design, for example in the "Pocket Book of High Frequency Technology" by M e i η k e / Gu η dl ach, (Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York 1968), pages 480 to 482, described are, the inner conductor sections connecting the capacitors were chosen to be larger than half an operating wavelength, which on the one hand results in a relatively large overall length from a structural point of view Overall filter and on the other hand results in only a limited bandwidth in terms of function. Should such Filters can be operated over a very wide temperature range, e.g. B. when used in parametric amplifiers, then there is also a disturbing temperature dependence of the center frequency.

Ein Filter der eingangs genannten Art ist durch die USA-PS 3144 624 bekannt. Die Bemessung der einzelnen Filterabschnitte und auch deren Kettenschaltung zum Gesamtfilter ist dort in der Weise gewählt, daß für den interessierenden Frequenzbereich die Übertragungscharakteristik eines Tiefpaßfilters entsteht. Da die einzelnen Lcitungslängen kurz situl im Verhältnis zu der der Tiefpaß-Grenzfrequenz zuzuordnenden Wellenlänge, ergibt sich als elektrisches Ersatzschaltbild eine ^-Struktur, in deren Querzweigen Kondensatoren liegen, zwischen die im Längszweig eine Spule geschaltet ist. In Anbetracht des Leitungscharakters der Schaltelemente — worauf beispielsweise bereits in dem Buch von 1.1. K a r a k a s h, »Transmission Lines and Filter Networks« (The Macmillan Company, New York 1950), Seite 356, hingewiesen wird — treten auch bei diesem bekannten Filter an sich unerwünschte Dämpfungseinbrüche bei solchen Frequenzen auf, bei denen die einzelnen Leitungsabschnitte etwa die Länge einer halben Wellenlänge oder eines ungeradzahligen Vielfachen davon haben. Solche Dämpfungseinbrüche wirken zwar in der Art von weiteren Durchlaßbereichen, jedoch kommen die dabei entstehenden Durchlaßcharakteristiken für eine gezielte Selektion von Nachrichtensignalen praktisch nicht in Frage. A filter of the type mentioned is known from US Pat. No. 3,144,624. The dimensioning of the individual filter sections and their chain connection to the overall filter is selected there in such a way that the transmission characteristic of a low-pass filter is created for the frequency range of interest. Since the individual line lengths are short in relation to the wavelength to be assigned to the low-pass cut-off frequency , the electrical equivalent circuit diagram is a ^ structure, in whose shunt branches there are capacitors, between which a coil is connected in the series branch. In view of the line character of the switching elements - as already mentioned, for example, in the book from 1.1. K arakash, "Transmission Lines and Filter Networks" (The Macmillan Company, New York 1950), page 356, undesired attenuation drops occur with this known filter at frequencies at which the individual line sections are approximately the length of one half a wavelength or an odd multiple thereof. Although such attenuation notches act in the manner of further transmission ranges, the transmission characteristics that arise in the process are practically out of the question for a targeted selection of communication signals.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in derThe invention is based on the object in the Art eines Koaxialleitungsfilters ausgebildetes Bandpaß-Type of coaxial line filter formed bandpass

filter anzugeben, bei dem sich für das einzelnefilter to be specified in which for the individual

Filterglied eine möglichst kurze Baulänge erreichenAchieve the shortest possible length of the filter element

läßt.leaves.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe, ausgehend vonAccording to the invention, this task is based on

einem Filter der eingangs genannten Art in der Weise gelöst, daß zur Erzielung einer Bandpaß-Charakteristik die Länge des koaxialer Innenleiterabschnittes kleiner ist als ein Viertel der Wellenlänge bei der vorgegebenen Bandmittenfrequenz.a filter of the type mentioned above solved in such a way that to achieve a bandpass characteristic the length of the coaxial inner conductor section is less than a quarter of the wavelength at the specified Band center frequency.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen metallischen Außenleiter 5, in den die den eigentlichen Filterabschnitt bildenden BauteileThe embodiment shown in the drawing shows a metallic outer conductor 5 into which the the actual filter section forming components eingebracht sind. Im Ausführungsbeispiel sind hierzu nur zwei, als Zylinderkondensatoren wirkende scheibenförmige Kondensatoren 1 verwendet, die über einen koaxialen Innenleiterabschnitt 3 metallischen Materials miteinander verbunden sind. An die K wdensatoren 1are introduced. In the embodiment are this only two disk-shaped capacitors 1 acting as cylinder capacitors are used, which have a coaxial inner conductor section 3 metallic material are connected to one another. To the capacitors 1 schließen sich weitere koaxiale Innenleiterabschnitte 4 an, an denen beispielsweise noch weitere, zu den Kondensatoren 1 gleichartig ausgebildete Kondensatoren angeschlossen sein können, wodurch die Selektionseigenschaften des Bandpaßfilters nach bekanntenare followed by further coaxial inner conductor sections 4, to which, for example, even more, to the Capacitors 1 similarly designed capacitors can be connected, whereby the selection properties of the bandpass filter according to known Vorschriften festgelegt werden können. Die koaxialen Innenleiterabschnitte 4 können aber auch unmittelbar zu koaxialen Anschlüssen führen, die in der Zeichnung im einzelnen nicht mehr dargestellt sind, da sie nicht zum Verständnis des Erfindungsgegenstandes beitragenRegulations can be set. The coaxial inner conductor sections 4 can, however, also directly lead to coaxial connections, which are no longer shown in the drawing in detail because they are not contribute to the understanding of the subject matter of the invention wurden. Wesentlich für das Bandpaßfilter ist es, daß die Länge / des die Kondensatoren 1 verbindenden Innenleiterabschnittes 3 kürzer als ein Viertel der zur Bandmittenfrequenz des Bandpaßfilters gehörenden Betriebswellenlänge gewählt ist, wobei unter derbecame. It is essential for the bandpass filter that the Length / of the inner conductor section 3 connecting the capacitors 1 is shorter than a quarter of that of the The operating wavelength belonging to the band center frequency of the bandpass filter is selected, with the Betriebswellenlänge die sich in der Koaxialleitung ausbildende Wellenlänge zu verstehen ist.Operating wavelength is to be understood as the wavelength forming in the coaxial line.

Zur Halterung der im Außenleiter 5 vorgesehenen Bauteile könnten gegebenenfalls die für die koaxialen Anschlüsse ohnehin vorzusehenden, aus dielektrischemTo hold the components provided in the outer conductor 5, the components for the coaxial Connections to be provided anyway, made of dielectric Material bestehenden Stutzscheiben verwendet werden, jedoch ist dies insbesondere dann unzweckmäßig, wenn mehrere, in der Figur dargestellte einzelne Abschnitte zur Erhöhung der Selektionseigenschaften vorgesehen werden müssen, oder wenn der Abstand zwischen denMaterial existing support disks are used, however, this is particularly inexpedient when several individual sections shown in the figure must be provided to increase the selection properties, or if the distance between the

ir> die Innenbeläge der Kondensatoren I darstellenden Scheiben und dem Außenleiter 5 verhältnismäßig klein werden muß, da dann die Beriihrungsfreiheit der Innenbeläge der Kondensatoren 1 gegenüber demir> the inner layers of the capacitors I. Disks and the outer conductor 5 must be relatively small, since then the freedom from contact Inner linings of the capacitors 1 compared to the

Außenleiter 5 nicht mehr sichergestellt wäre. Aus diesem Grund sind die Innenbeläge der Kondensatoren 1 von einer aus dielektrischem Material bestehenden Hülle 2 umgeben, die sich vorteilhaft über die gesamte Länge des Filterabschnittes, also über die Länge / einschließlich der Scheibendicken der Kondensatoren 1, erstreckt. Vorteilhaft wird man für die aus dielektrischem Material bestehenden Hülle 2 ein Rohr verwenden. Durch die Hülle 2 werden im Inneren des koaxialen Außenleiters S angeordneten Bauteile gegenüber dem Außenleiter zentriert und gleichzeitig elektrisch isoliertOuter conductor 5 would no longer be ensured. the end for this reason, the inner linings of the capacitors 1 are made of a dielectric material Surrounding envelope 2, which advantageously extends over the entire length of the filter section, i.e. over the length / including the slice thicknesses of the capacitors 1, extends. One becomes advantageous for the dielectric Material existing shell 2 use a pipe. Through the shell 2 are inside the Coaxial outer conductor S arranged components centered on the outer conductor and at the same time electrically isolated

Anstelle des aus dielektrischem Material bestehenden Rohres 2 können in die die Innenbeläge der Kondensatoren 1 bildenden Scheiben auch aus dielektrischem Material bestehenden Siifte in radialer Richtung eingefügt werden, die bei Verwendung von beispielsweise drei Stiften jeweils um 120" in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind und die so weit über die Scheiben herausragen, daß eine berührungsfreie Halterung der Innenbeläge der Kondensatoren gegenüber dem Außenleiter 5 bei vorgegebener Kapazität gesichert ist.Instead of the tube 2 made of dielectric material, the inner linings of the Disks forming capacitors 1 also consist of dielectric material in the radial direction are inserted, when using, for example, three pins each by 120 "in the circumferential direction are offset from one another and protrude so far beyond the panes that a non-contact holder the inner layers of the capacitors with respect to the outer conductor 5 for a given capacity is secured.

Zur Erreichung einer möglichst großen unbelasteten Güte ist es vorteilhaft, die Scheiben der Kondensatoren 1 und die innere Leitung 3 aus einem einzigen metallischen Stück zu fertigen. Da das Filter mit seiner aus dielektrischem Material bestehenden Hülle bzw. mit den in den Scheiben der Kondensatoren 1 vorgesehenen dielektrischen Stiften gut in den Außenleiter eingepaßt werden muß, sollte für diesen zweckmäßig ein gezogenes Rohr verwendet werden.In order to achieve the highest possible unloaded quality, it is advantageous to use the disks of the capacitors 1 and the inner line 3 to manufacture from a single metal piece. Since the filter with its made of dielectric material sheath or with the provided in the disks of the capacitors 1 dielectric pins must be fitted well into the outer conductor, one should be appropriate for this drawn tube can be used.

Die elektrischen Eigenschaften des Bandpaßfilters, wie z. B. die Bandbreite, die Mittenfrequenz und der Reflexionsfaktor, werden bei fester Scheibendicke nur von deren Durchmesser und von der Länge der inneren Leitung 3 bestimmt. Zur Erzielung eines kleinen Reflexionsfaktors ist es notwendig, daß die von den beiden Scheiben gebildeten Kapazitäten möglichst exakt den gleichen Wert haben.The electrical properties of the bandpass filter, such as e.g. B. the bandwidth, the center frequency and the Reflection factor, for a fixed pane thickness, are only determined by its diameter and the length of the inner one Line 3 determined. To achieve a small reflection factor, it is necessary that the capacities formed by the two disks have exactly the same value as possible.

Der Leitungsabschnitt 3 braucht nicht zwingend den gleichen Wellenwiderstand wie die Anschlußleitungen 4 aufzuweisen, sondern kann gegebenenfalls auch vom Wellenwiderstand der Anschlußleitungen abweichen. Bei Erhöhung des Wellenwiderstandes für den Leitungsabschnitt 3 wird das Bandpaßfilter kürzer, bei Erniedrigung länger. Dadurch können Bandpaßfilter verschiedener Bandbreiten die gleiche Baulänge erhalten. The line section 3 does not necessarily need the same characteristic impedance as the connection lines 4 but can also differ from the characteristic impedance of the connecting lines. When the characteristic impedance for the line section 3 is increased, the bandpass filter becomes shorter at Humiliation longer. As a result, bandpass filters of different bandwidths can have the same overall length.

Neben den bereits erwähnten Vorteilen ist das günstige Temperaturverhalten zu nennen. Da sich beide Scheibendurchmesser völlig gleichartig mit der Temperatur ändern, ist der Reflexionsfaktor in der Bandmitte des Durchlaßbereiches praktisch temperaturunabhängig. Die Abhängigkeit der Mittenfrequenz und der Bandbreite von der Temperatur ist auch dann vernachlässigbar gering, wenn das FiltP' bei Raumtemperatur abgeglichen und anschließend auf die Betriebstemperatur eines parametrischen Verstärkers abgekühlt wird. Das beschriebene Bandpaßfilter stellt auch ein zuverlässiges Bauelement insofern dar, als es bei wiederholtem Einbau in den Außenleiter stets völlig reproduzierbare elektrische Daten liefert, was für den Einsatz in Reflexionsverstärkern besonders wichtig ist.In addition to the advantages already mentioned, the favorable temperature behavior should be mentioned. Since both If the pulley diameter changes completely in the same way as the temperature, the reflection factor is in the middle of the strip of the pass band practically independent of temperature. The dependence of the center frequency and the The bandwidth of the temperature is also negligibly small if the FiltP 'is at room temperature calibrated and then cooled to the operating temperature of a parametric amplifier will. The bandpass filter described is also a reliable component in that it is at repeated installation in the outer conductor always provides completely reproducible electrical data, which is for the Use in reflection amplifiers is particularly important.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist, daß die gleichstrommäßige Isolierung des Innenleiters vom Außenleiter erhalten bleibt, was für die Zuführung der Vorspannung für die Dioden über den Innenleiter, z. B. bei parametrischen Verstärkern, wesentlich ist. Bei bekannten, mit kurzgeschlossenen Stichleitungen aufgebauten Filtern müssen demgegenüber zusätzliche Maßnahmen für die Gleichstromtrennung vorgesehen werden.Another advantage of the arrangement is that the DC insulation of the inner conductor from Outer conductor is retained, which is responsible for supplying the bias voltage for the diodes via the inner conductor, e.g. B. in parametric amplifiers, is essential. In known, built with short-circuited stub lines Filters, on the other hand, have to provide additional measures for direct current separation will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patentanspruch:Claim:

Nach Art einer Koaxialleitung ausgebildetes Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bei dem in einem durchgehenden Außenleiter jeweils als Zylinderkondensatoren ausgebildete Kondensatoren angeordnet sind, die über einen koaxialen Innenleiterabschnitt miteinander verbunden sind, dessen Länge bei Verwendung als Tiefpaßfilter klein ist gegenüber der sich bei der Grenzfrequenz auf dem koaxialen Innenleiterabschnitt ausbildenden Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Bandpaß-Charakteristik die Länge des koaxialen Innenleiterabschnittes (3) kleiner ist als ein Viertel der Wellenlänge bei der vorgegebenen Bandmittenfrequenz.In the manner of a coaxial line, filter for very short electromagnetic waves which are arranged in a continuous outer conductor, each designed as cylinder capacitors, which are connected via a coaxial Inner conductor section are connected to one another, the length of which is small when used as a low-pass filter is opposite to that which forms on the coaxial inner conductor section at the cutoff frequency Wavelength, characterized in that to achieve a bandpass characteristic the Length of the coaxial inner conductor section (3) is less than a quarter of the wavelength at the specified band center frequency.