DE19962764A1

DE19962764A1 - Abstimmungsverfahren für Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren

Info

Publication number: DE19962764A1
Application number: DE19962764A
Authority: DE
Inventors: Joel P Dunsmore; Thomas B Fetter
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2000286603A; DE19962764B4; JP3545664B2; GB9930068D0; GB2348054A; US6380819B1; GB2348054B; US6356163B1; US20020030550A1

Abstract

Ein Abstimmungsverfahren für Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren isoliert die Charakteristika jedes Resonators, wobei es ermöglicht wird, daß eine spezifizierte Filterantwort erhalten wird, indem die Resonatoren gemäß Antwortkriterien eingestellt werden. Es wird für das Filter eine Zielfrequenzantwort definiert, wobei basierend auf der Zielfrequenzantwort eine Zeitbereichszielantwort berechnet wird. Aus der Zeitbereichsantwort wird eine Torfunktion für jeden Resonator erzeugt. Ein Erregungssignal wird an den Filter angelegt, wobei die Antwort auf das Erregungssignal gemessen wird. Die Torfunktionen werden daraufhin angewendet, um die Charakteristika jedes Resonators zu isolieren. Jeder Resonator wird gemäß den Antwortkriterien eingestellt, die ausgewählt sind, um eine spezifische Filterantwort zu erzielen, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind.

Description

Filter, die mehrere gekoppelte Resonatoren aufweisen, sind für eine Verwendung bei Kommunikationssystemen gut geeignet. Während die Filter einen niedrigen Einfügungsverlust, eine hohe Stopbandtrennung und andere wünschenswerte Leistungs fähigkeitscharakteristika aufweisen, sind die Filter auf ein Fehlabstimmen der gekoppelten Resonatoren extrem empfind lich. Typischerweise erfordern die Resonatoren in dem Filter eine Einstellung, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen. Mechanisch abgestimmte Wellenleiterfilter weisen beispielsweise Einstellungsschrauben zum Abstimmen von meh reren Resonanzhohlräumen innerhalb des Filters auf.

Bekannte Filterabstimmungsverfahren weisen das Einstellen oder Abstimmen der Resonanzfrequenz jedes Resonators auf, bis die spezifizierte Filterantwort erzielt ist. Die Ein stellungen werden durchgeführt, während die Gesamtfilterant wort auf einer Anzeige beobachtet wird. Aufgrund einer Kopplung zwischen den Resonatoren ist die Auswirkung des Abstimmens eines Resonators auf die Gesamtfilterantwort jedoch nicht von der Auswirkung des Abstimmens anderer Resonatoren innerhalb des Filters isoliert. Dies bewirkt Wechselwirkungen zwischen den Resonatoren, die die Ge samtfilterantwort auf eine unvorhersagbare Weise beein flussen, weshalb es schwierig wird, die Filter abzustimmen, um die spezifizierte Filterantwort zu erzielen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren gekop pelten Resonatoren zu schaffen, durch das eine spezifizierte Filterantwort unaufwendiger erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, 14 oder 17 gelöst.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung isoliert ein Abstimmungsverfahren die Charakte ristika jedes gekoppelten Resonators eines Filters, wodurch es ermöglicht wird, daß eine spezifizierte Filterantwort einfach erzielt werden kann, indem die gekoppelten Resona toren gemäß Antwortkriterien eingestellt werden. Für ein Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren wird eine Ziel frequenzantwort definiert. Aus der Zielfrequenzantwort wird eine Zeitbereichantwort hergeleitet. Aus der Zeitbereichant wort wird für jeden Resonator eine Torfunktion erzeugt. An das Filter wird ein Erregungssignal angelegt, wobei die Antwort auf das Erregungssignal gemessen wird. Die Torfunk tionen werden daraufhin angewendet, um die Antwortcharakte ristika jedes gekoppelten Resonators zu isolieren, wobei es ermöglicht wird, daß jeder Resonator gemäß Antwortkriterien eingestellt wird, die ausgewählt sind, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die begleitenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm des Abstimmungsverfahrens, das ge mäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung für ein Filter mit mehreren gekop pelten Resonatoren aufgebaut ist;

Fig. 2 eine detaillierte Implementierung des Flußdiagram mes von Fig. 1;

Fig. 3a eine Zielfrequenzantwort für das Filter für eine Einstellung gemäß der detaillierten Implementierung von Fig. 2;

Fig. 3b Torfunktionen und eine Zeitbereichzielantwort, die der Zielfrequenzantwort von Fig. 3a entspricht;

Fig. 3c Frequenzantwortdaten für das Filter vor dem Abstim men der Resonatoren in dem Filter;

Fig. 3d Zeitbereichdaten, die den Frequenzantwortdaten von Fig. 3c entsprechen, und Zeitbereichdaten, bei de nen eine Torfunktion angewendet wurde;

Fig. 3e tormäßig gesteuerte Frequenzbereichantworten der Resonatoren, bevor die Resonatoren in dem Filter abgestimmt sind;

Fig. 3f tormäßig gesteuerte Frequenzbereichantworten der Resonatoren, die abgestimmt sind, um die Antwort kriterien zu erfüllen; und

Fig. 3g die Gesamtfrequenzantwort für das Filter, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm eines Abstimmungsverfahrens, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung aufgebaut ist und auf ein Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren angewendet wird. In Schritt 10 des Verfahrens werden Zielparameter für das Filter definiert. Die definierten Zielparameter werden in Schritt 12 verwen det, um Trennfunktionen für jeden Resonator in dem Filter zu erzeugen. In den Schritten 14-16 wird ein Erregungssignal an das Filter angelegt, wobei eine Antwort auf das Erregungs signal gemessen wird. In Schritt 18 wird jede Trennfunktion auf die gemessene Antwort angewendet, wobei es ermöglicht wird, daß die Charakteristika der einzelnen Resonatoren in dem Filter unabhängig erkennbar sind. In Schritt 19 werden die Resonatoren abgestimmt, um Antwortkriterien zu erfüllen, die ausgewählt sind, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Implementierung des Abstim mungsverfahrens von Fig. 1. Ein Filter mit vier gekoppelten Resonatoren wird verwendet, um das Abstimmungsverfahren zu veranschaulichen. Die Schritte 20-22 entsprechen dem Schritt 10 von Fig. 1, während die Schritte 24, 26, 28, 36 den Schritten 12, 14, 16 bzw. 19 von Fig. 1 entsprechen. Die Schritte 30-34 entsprechen dem Schritt 18. In Schritt 20 von Fig. 2 wird eine Zielfrequenzantwort (gezeigt in Fig. 3a) für das Filter erzeugt. Die Zielfrequenzantwort wird unter Verwendung von Filtersynthesetechniken, vorgespeicherten Filtercharakteristika oder gemessenen Filterprofilen er zeugt, oder die Antwort wird basierend auf der Mitten frequenz, der Bandbreite, der Welligkeit, der Grenzfrequenz, der Stopbandunterdrückung oder anderen vorgesehenen Filter parametern erzeugt. In Schritt 22 wird basierend auf der Zielfrequenzantwort eine Zeitbereichzielantwort (gezeigt in Fig. 3b) hergeleitet. Die Zeitbereichzielantwort ist bei spielsweise die inverse Fouriertransformierte der Ziel freguenzantwort, die in Schritt 20 erzeugt wurde. Alternativ wird bei Nichtvorhandensein der Zielfrequenzantwort, die in Schritt 20 gezeigt ist, die Zeitbereichzielantwort direkt erzeugt. Für das Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren wird die Zeitbereichzielantwort beispielsweise mathematisch erstellt, oder die Zeitbereichzielantwort wird aus gemesse nen oder vordefinierten Zeitbereichdaten oder durch eine andere Einrichtung, die zum Erzeugen von Torfunktionen in Schritt 24 ausreichend ist, erzeugt. Als eine weitere Alter native ist die Zeitbereichzielantwort eine Bestimmung von mehreren Zeitsegmenten, wobei jedes Segment einem Zeitinter vall T1, T2, T3 oder T4 entspricht, über dem die Antwort charakteristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter über die anderen Reso natoren in dem Filter dominiert.

In Schritt 24 werden Torfunktionen für jeden Resonator in dem Filter erzeugt. Die Torfunktionen werden aus der Zeit bereichzielantwort derart extrahiert, daß der Beitrag jedes Resonators zu der Gesamtantwort des Filters isoliert wird, wodurch es ermöglicht wird, daß der Beitrag jedes Filters unabhängig erkennbar ist. Bei diesem Beispiel isolieren die Torfunktionen G1-G4 jeweils die Zeitintervalle T1-T4. Die Zeitintervalle T1-T4, die durch die Torfunktionen G1-G4 isoliert oder fenstermäßig herausgeschnitten sind, weisen Nullstellen N1-N4 auf. Bei diesem Beispiel erstreckt sich jede Torfunktion G1-G4 über ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenwerten in der Zeitbereichziel antwort.

In Schritt 26 wird ein Erregungssignal an das Filter ange legt. Das Erregungssignal weist eine vordefinierte Frequenz, wie z. B. die Durchlaßbandmittenfrequenz des Filters, auf, und weist eine Frequenzerstreckungsbreite auf, die aus reichend breit ist, um es zu ermöglichen, daß die Zeit bereichantwort jedes Resonators in dem Filter aufgelöst und isoliert werden kann. In Schritt 28 wird die Frequenzantwort des Filters auf das Erregungssignal gemessen, um Frequenz antwortdaten zu liefern (gezeigt in Fig. 3c). In Schritt 30 werden aus den gemessenen Frequenzantwortdaten Zeitbereich daten (gezeigt in Fig. 3d) hergeleitet, indem die inverse Fouriertransformation der Frequenzantwortdaten durchgeführt wird. In Schritt 32 wird jede Torfunktion auf die Zeit bereichdaten angewendet, indem die Zeitbereichdaten mit jeder Torfunktion G1-G4 multipliziert werden, wodurch die Charakteristika jedes Resonators des Filters isoliert wer den. Wenn die Torfunktion G1 auf die Zeitbereichdaten ange wendet wird, ergibt sich eine erste tormäßig gesteuerte Antwort. Die erste tormäßig gesteuerte Antwort isoliert das Zeitintervall G1, über dem die Charakteristika eines ersten Resonators in dem Filter über diejenigen der anderen Resona toren dominant sind. Wenn die Torfunktion G2 auf die Zeit bereichdaten angewendet wird, ergibt sich eine zweite tor mäßig gesteuerte Antwort. Die zweite tormäßig gesteuerte Antwort isoliert das Zeitintervall T2, über dem die Cha rakteristika eines zweiten Resonators des Filters über die jenigen der anderen Resonatoren dominant sind (gezeigt in Fig. 3d). Dementsprechend ergeben sich zusätzliche tormäßig gesteuerte Antworten, wenn die anderen Torfunktionen auf die Zeitbereichdaten angewendet werden, wobei die Zeitintervalle isoliert werden, in denen die Charakteristika dieser Resona toren dominant sind.

In Schritt 34 werden tormäßig gesteuerte Frequenzbereichant worten R1-R4 (gezeigt in Fig. 3e) berechnet, indem für jeden Resonator die Fouriertransformation jeder tormäßig gesteuer ten Antwort durchgeführt wird.

In Schritt 36 wird jeder Resonator eingestellt, um Antwort kriterien, wie z. B. eine Ausrichtung der Resonanzfrequenz der tormäßig gesteuerten Frequenzbereichantworten R1-R4 auf eine Mittenfrequenz fc des Filters (gezeigt in Fig. 3f), zu erfüllen, die so definiert sind, daß eine spezifizierte Ant wort (gezeigt in Fig. 3g) für das Filter erzielt wird, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind. Die Einstellung weist das Wiederholen der Schritte 26-34 auf, während die Frequenz bereichantworten R1-R4 der Resonatoren entweder unabhängig oder zusammengesetzt auf einer Anzeige oder einer anderen Ausgabevorrichtung beobachtet werden.

Schritt 30 weist eine inverse Fouriertransformation der Frequenzantwortdaten in die Zeitbereichdaten auf. Schritt 32 weist das Multiplizieren der Zeitbereichdaten mit den ent sprechenden Torfunktionen G1-G4 auf, wobei Schritt 34 eine Fouriertransformation der tormäßig gesteuerten Antworten in den Frequenzbereich aufweist, um Frequenzbereichantworten R1-R4 zu erhalten. Aufgrund der inhärenten Fouriertransfor mationbeziehung zwischen dem Zeitbereich und dem Frequenzbe reich werden die Frequenzbereichantworten R1-R4 jedoch in äquivalenter Weise erhalten, indem Schritte verwendet wer den, die alternativ zu den Schritten 30-34 sind. Falls bei spielsweise der Schritt 30 entfernt wird, und die Fourier transformierten der Torfunktionen G1-G4 berechnet werden, ergeben sich die Frequenzbereichantworten R1-R4 aus einer Faltung der Frequenzbereichdaten mit der Fouriertransfor mierten der Torfunktionen G1-G4.

Reflexionscharakteristika an einem Erregungseingang, wie z. B. der Eingangsreflexionskoeffizient (oder der Streuparame ter S11) oder der Ausgangsreflexionskoeffizient (oder der Streuparameter S22) des Filters, sind verwendet worden, um das Abstimmungsverfahren zu veranschaulichen, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Durchlaßcharakteristika, wie z. B. die Streu parameter S21 oder S12, oder andere Merkmale, die die Fil tercharakteristika anzeigen können, können ebenfalls verwen det werden.

Claims

1. Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren ge koppelten Resonatoren, um eine spezifizierte Filterant wort zu erzielen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Definieren von Zielparametern (10) für das Filter;
Erzeugen einer Trennfunktion (12), die jedem Resonator in dem Filter entspricht, basierend auf den Zielparametern (10);
Erregen des Filters (14) mit einem vordefinierten Erre gungssignal;
Messen der Antwort (16) des Filters auf das Erregungs signal;
Anwenden jeder Trennfunktion (18) auf die gemessene Antwort des Filters, um für jeden Resonator der mehre ren gekoppelten Resonatoren eine Antwortcharakteristik zu isolieren; und
Einstellen jedes Resonators (19) gemäß vordefinierter Antwortkriterien, wobei die spezifizierte Filterantwort erzielt wird, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens von Zielparametern (10) das Definieren einer Zielfrequenzantwort (20) für das Filter und das Berechnen einer Zeitbereichzielantwort (22) für das Filter basierend auf der Zielfrequenzantwort aufweist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem die Zeitbereich zielantwort (22) die inverse Fouriertransformierte der Zielfrequenzantwort ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Ziel frequenzantwort (20) mathematisch erstellt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Ziel frequenzantwort (20) auf den gemessenen Frequenzant wortdaten basiert.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens von Zielparametern (10) für das Filter das mathematische Erstellen einer Zeitbereichantwort auf weist.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der Schritt des De finierens von Zielparametern (10) für das Filter das Erzeugen einer Zeitbereichantwort aus gemessenen Daten aufweist.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Definierens von Zielparametern (10) für das Filter das Spezifizieren von mehreren Zeitseg menten aufweist, wobei jedes Segment einem Zeitinter vall (T1-T4) entspricht, in dem eine Antwortcharakte ristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter dominant ist.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Definierens von Zielparametern (10) für das Filter das Herleiten einer Zeitbereichzielant wort (22) für das Filter aufweist, wobei die Trennfunk tion für jeden Resonator in dem Filter ein Zeitinter vall tormäßig steuert, das eine entsprechende Nullstel le (N1-N4) in der Zeitbereichzielantwort aufweist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem die Trennfunktionen (G1-G4) für jeden Resonator in dem Filter eine Zeitin tervallerstreckung zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenwerten in der Zeitbereichzielantwort tormäßig steuert.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erregungssignal eine Mittenfrequenz (fc) des Filters aufweist.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem die Antwortcharakteristika der getrennten Resonatoren auf einer Ausgabevorrichtung unabhängig angezeigt wer den.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem die Antwortcharakteristika der getrennten Resonatoren auf einer Ausgabevorrichtung zusammengefaßt angezeigt werden.

14. Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren ge koppelten Resonatoren, um eine spezifizierte Filterant wort zu erzielen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Definieren einer Zielfrequenzantwort (20) für das Fil ter;
Berechnen einer Zeitbereichzielantwort (22) basierend auf der Zielfrequenzantwort;
Erzeugen einer Torfunktion (24) für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter basie rend auf der Zeitbereichzielantwort;
Anlegen eines Erregungssignals (26) mit einem vordefi nierten Frequenzbereich an das Filter;
Messen einer Frequenzantwort (28) auf das Erregungssig nal, um Frequenzantwortdaten zu liefern;
Berechnen von Zeitbereichdaten (30) aus den Frequenz antwortdaten;
Multiplizieren jeder Torfunktion (32) mit den Zeitbe reichdaten, um eine tormäßig gesteuerte Antwort für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren zu liefern;
Berechnen von Frequenzantworten (34) aus den tormäßig gesteuerten Antworten;
Einstellen jedes der mehreren gekoppelten Resonatoren (36), so daß eine Resonanzfrequenz innerhalb der be rechneten Frequenzantworten zu einer vordefinierten Frequenz ausgerichtet ist.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Berechnen ei ner Zeitbereichzielantwort (22) eine inverse Fourier transformation der Zielfrequenzantwort aufweist, und das Berechnen von Frequenzantworten aus den tormäßig gesteuerten Antworten eine Fouriertransformation der tormäßig gesteuerten Antworten aufweist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem die be rechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabeeinrich tung zusammengefaßt angezeigt werden.

17. Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren ge koppelten Resonatoren, um eine spezifizierte Filterant wort zu erzielen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Definieren einer Zielfrequenzantwort (20) für das Fil ter;
Berechnen einer Zeitbereichzielantwort (22) basierend auf der Zielfrequenzantwort;
Erzeugen einer Torfunktion (24) für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter basie rend auf der Zeitbereichzielantwort;
Anlegen eines Erregungssignals (26) mit einem vordefi nierten Frequenzbereich an das Filter;
Messen einer Frequenzantwort (28) auf das Erregungssig nal, um Frequenzantwortdaten zu liefern;
Transformieren der Torfunktionen (32) für jeden der mehreren gekoppelten Resonatoren in entsprechende Frequenzbereichtorfunktionen;
Falten jeder Frequenzbereichtorfunktion (32) mit den Frequenzantwortdaten, um Frequenzantwortcharakteristika für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonato ren zu erhalten;
Einstellen jedes Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren (36), so daß eine Resonanzfrequenz inner halb der Frequenzantwortcharakteristika zu einer vorde finierten Frequenz ausgerichtet ist.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das Erzeugen einer Torfunktion das Spezifizieren von mehreren Zeitsegmen ten aufweist, wobei jedes Segment einem Zeitintervall (T1-T4) entspricht, in dem eine Antwortcharakteristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppel ten Resonatoren in dem Filter dominant ist.

19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die be rechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabevorrich tung zusammengefaßt angezeigt werden.

20. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem die be rechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabevorrich tung unabhängig angezeigt werden.