DE19962764B4

DE19962764B4 - Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren gekoppelten Resonatoren

Info

Publication number: DE19962764B4
Application number: DE19962764A
Authority: DE
Inventors: Joel P. Sebastopol Dunsmore; Thomas B. Santa Rosa Fetter
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP3545664B2; GB9930068D0; GB2348054A; GB2348054B; US6356163B1; US6380819B1; DE19962764A1; JP2000286603A; US20020030550A1

Abstract

Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren gekoppelten Resonatoren, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Definieren (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter;
Erzeugen (12; 24) einer Funktion (G1, G2, G3, G4) für jeden Resonator in dem Filter, basierend auf den Zielparametern, wobei durch die Funktion ein Beitrag eines Resonators zu der spezifizierten Filterantwort angezeigt wird;
Erregen (14; 26) des Filters mit einem vordefinierten Erregungssignal;
Messen (16; 28) der Antwort des Filters auf das Erregungssignal;
Isolieren (18; 30, 32, 34) einer Antwortcharakteristik für jeden Resonator in dem Filter, basierend auf der gemessenen Filterantwort und der dem Resonator zugeordneten Funktion; und
Einstellen (19; 36) jedes Resonators gemäß vordefinierter Antwortkriterien, wobei die spezifizierte Filterantwort erzielt wird, 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 Leistungsfähigkeitscharakteristika aufweisen, sind die Filter auf ein Fehlabstimmen der gekoppelten Resonatoren extrem empfindlich. Typischerweise erfordern die Resonatoren in dem Filter eine Einstellung, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen. Mechanisch abgestimmte Wellenleiterfilter weisen beispielsweise Einstellungsschrauben zum Abstimmen von mehreren Resonanzhohlräumen innerhalb des Filters auf.

Bekannte Filterabstimmungsverfahren weisen das Einstellen oder Abstimmen der Resonanzfrequenz jedes Resonators auf, bis die spezifizierte Filterantwort erzielt ist. Die Einstellungen werden durchgeführt, während die Gesamtfilterantwort 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 Gesamtfilterantwort auf eine unvorhersagbare Weise beeinflussen, weshalb es schwierig wird, die Filter abzustimmen, um die spezifizierte Filterantwort zu erzielen.

Die DT 26 08 137 A1 beschreibt ein Verfahren zum Frequenzabgleich eines elektromechanischen Filters mit gekoppelten Resonatoren, bei dem zum Abgleich eines Resonators dem Filter elektrische Energie zugeführt wird und anschließend die Eigenfrequenz des Resonators gemessen wird.

Die US 4,800,348 beschreibt ein Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit gekoppelten keramischen Resonatoren, bei dem zum Erzielen einer vorgegebenen Phase des Reflexionskoeffizienten die Resonatoren so lange mechanisch getrimmt werden, bis der gemessene Reflexionskoeffizient dem Zielwert entspricht.

Die US 4,287,494 beschreibt ein Filter mit gekoppelten Resonatoren, bei dem die Mittenfrequenz durch kapazitiv wirkende Abstimmschrauben an den Resonatoren einstellbar ist.

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

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung isoliert ein Abstimmungsverfahren die Charakteristika jedes gekoppelten Resonators eines Filters, wodurch es ermöglicht wird, daß eine spezifizierte Filterantwort einfach erzielt werden kann, indem die gekoppelten Resonatoren gemäß Antwortkriterien eingestellt werden. Für ein Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren wird eine Zielfrequenzantwort definiert. Aus der Zielfrequenzantwort wird eine Zeitbereichantwort hergeleitet. Aus der Zeitbereichantwort wird für jeden Resonator eine Torfunktion erzeugt. An das Filter wird ein Erregungssignal angelegt, wobei die Antwort auf das Erregungssignal gemessen wird. Die Torfunktionen werden daraufhin angewendet, um die Antwortcharakteristika 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 Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Flußdiagramm des Abstimmungsverfahrens, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für ein Filter mit mehreren gekoppelten Resonatoren aufgebaut ist;

2 eine detaillierte Implementierung des Flufldiagrammes von 1;

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

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

3c Frequenzantwortdaten für das Filter vor dem Abstimmen der Resonatoren in dem Filter;

3d Zeitbereichdaten, die den Frequenzantwortdaten von 3c entsprechen, und Zeitbereichdaten, bei denen eine Torfunktion angewendet wurde;

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

3f tormäßig gesteuerte Frequenzbereichantworten der Resonatoren, die abgestimmt sind, um die Antwortkriterien zu erfüllen; und

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

1 zeigt ein Flußdiagramm eines Abstimmungsverfahrens, das gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden 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 verwendet, 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 Erregungssignal 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.
2 zeigt eine detaillierte Implementierung des Abstim mungsverfahrens von 1. Ein Filter mit vier gekoppelten Resonatoren wird verwendet, um das Abstimmungsverfahren zu veranschaulichen. Die Schritte 20-22 entsprechen dem Schritt 10 von 1, während die Schritte 24, 26, 28, 36 den Schritten 12, 14, 16 bzw. 19 von 1 entsprechen. Die Schritte 30-34 entsprechen dem Schritt 18. In Schritt 20 von 2 wird eine Zielfrequenzantwort (gezeigt in 3a) für das Filter erzeugt. Die Zielfrequenzantwort wird unter Verwendung von Filtersynthesetechniken, vorgespeicherten Filtercharakteristika oder gemessenen Filterprofilen erzeugt, oder die Antwort wird basierend auf der Mittenfrequenz, der Bandbreite, der Welligkeit, der Grenzfrequenz, der Stopbandunterdrückung oder anderen vorgesehenen Filterparametern erzeugt. In Schritt 22 wird basierend auf der Zielfrequenzantwort eine Zeitbereichzielantwort (gezeigt in 3b) hergeleitet. Die Zeitbereichzielantwort ist beispielsweise die inverse Fouriertransformierte der Zielfrequenzantwort, 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 gemessenen oder vordefinierten Zeitbereichdaten oder durch eine andere Einrichtung, die zum Erzeugen von Torfunktionen in Schritt 24 ausreichend ist, erzeugt. Als eine weitere Alternative ist die Zeitbereichzielantwort eine Bestimmung von mehreren Zeitsegmenten, wobei jedes Segment einem Zeitintervall T1, T2, T3 oder T4 entspricht, über dem die Antwortcharakteristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter über die anderen Resonatoren in dem Filter dominiert.
In Schritt 24 werden Torfunktionen für jeden Resonator in dem Filter erzeugt. Die Torfunktionen werden aus der Zeitbereichzielantwort 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 Zeitbereichzielantwort.
In Schritt 26 wird ein Erregungssignal an das Filter angelegt. Das Erregungssignal weist eine vordefinierte Frequenz, wie z. B. die Durchlaßbandmittenfrequenz des Filters, auf, und weist einen Frequenzbereich auf, der ausreichend breit ist, um es zu ermöglichen, daß die Zeitbereichantwort jedes Resonators in dem Filter aufgelöst und isoliert werden kann. In Schritt 28 wird die Frequenzantwort des Filters auf das Erregungssignal gemessen, um Frequenzantwortdaten zu liefern (gezeigt in 3c). In Schritt 30 werden aus den gemessenen Frequenzantwortdaten Zeitbereichdaten (gezeigt in 3d) hergeleitet, indem die inverse Fouriertransformation der Frequenzantwortdaten durchgeführt wird. In Schritt 32 wird jede Torfunktion auf die Zeitbereichdaten angewendet, indem die Zeitbereichdaten mit jeder Torfunktion G1-G4 multipliziert werden, wodurch die Charakteristika jedes Resonators des Filters isoliert werden. Wenn die Torfunktion G1 auf die Zeitbereichdaten angewendet wird, ergibt sich eine erste tormäßig gesteuerte Antwort. Die erste tormäßig gesteuerte Antwort isoliert das Zeitintervall T1, über dem die Charakteristika eines ersten Resonators in dem Filter über diejenigen der anderen Resonatoren dominant sind. Wenn die Torfunktion G2 auf die Zeitbereichdaten angewendet wird, ergibt sich eine zweite tormäßig gesteuerte Antwort. Die zweite tormäßig gesteuerte Antwort isoliert das Zeitintervall T2, über dem die Charakteristika eines zweiten Resonators des Filters über diejenigen der anderen Resonatoren dominant sind (gezeigt in 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 Resonatoren dominant sind.
In Schritt 34 werden tormäßig gesteuerte Frequenzbereichantworten R1-R4 (gezeigt in 3e) berechnet, indem für jeden Resonator die Fouriertransformation jeder tormäßig gesteuerten Antwort durchgeführt wird.
In Schritt 36 wird jeder Resonator eingestellt, um Antwortkriterien, wie z. B. eine Ausrichtung der Resonanzfrequenz der tormäßig gesteuerten Frequenzbereichantworten R1-R4 auf eine Mittenfrequenz fc des Filters (gezeigt in 3f ), zu erfüllen, die so definiert sind, daß eine spezifizierte Antwort (gezeigt in 3g) für das Filter erzielt wird, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind. Die Einstellung weist das Wiederholen der Schritte 26-34 auf, während die Frequenzbereichantworten 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 entsprechenden 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 Fouriertransformationbeziehung zwischen dem Zeitbereich und dem Frequenzbereich werden die Frequenzbereichantworten R1-R4 jedoch in äquivalenter Weise erhalten, indem Schritte verwendet werden, die alternativ zu den Schritten 30-34 sind. Falls beispielsweise der Schritt 30 entfernt wird, und die Fouriertransformierten der Torfunktionen G1-G4 berechnet werden, ergeben sich die Frequenzbereichantworten R1-R4 aus einer Faltung der Frequenzbereichdaten mit der Fouriertransformierten der Torfunktionen G1-G4.
Reflexionscharakteristika an einem Erregungseingang, wie z. B. der Eingangsreflexionskoeffizient (oder der Streuparameter 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 Streuparameter S21 oder S12, oder andere Merkmale, die die Filtercharakteristika anzeigen können, können ebenfalls verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Abstimmen eines Filters mit mehreren gekoppelten Resonatoren, um eine spezifizierte Filterantwort zu erzielen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Definieren (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter; Erzeugen (12; 24) einer Funktion (G1, G2, G3, G4) für jeden Resonator in dem Filter, basierend auf den Zielparametern, wobei durch die Funktion ein Beitrag eines Resonators zu der spezifizierten Filterantwort angezeigt wird; Erregen (14; 26) des Filters mit einem vordefinierten Erregungssignal; Messen (16; 28) der Antwort des Filters auf das Erregungssignal; Isolieren (18; 30, 32, 34) einer Antwortcharakteristik für jeden Resonator in dem Filter, basierend auf der gemessenen Filterantwort und der dem Resonator zugeordneten Funktion; und Einstellen (19; 36) jedes Resonators gemäß vordefinierter Antwortkriterien, wobei die spezifizierte Filterantwort erzielt wird, wenn die Antwortkriterien erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens von Zielparametern das Definieren (20) einer Zielfrequenzantwort für das Filter und das Berechnen (22) einer Zeitbereichzielantwort für das Filter basie rend auf der Zielfrequenzantwort aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zeitbereichzielantwort die inverse Fouriertransformierte der Zielfrequenzantwort ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Zielfrequenzantwort mathematisch erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Zielfrequenzantwort auf gespeicherten Filterprofilen basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter das mathematische Erstellen einer Zeitbereichantwort aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter das Erzeugen einer Zeitbereichantwort aus gemessenen Daten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt des Definierens (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter das Spezifizieren von mehreren Zeitsegmenten aufweist, wobei jedes Segment einem Zeitintervall (T1-T4) entspricht, in dem eine Antwortcharakteristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter dominant ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schritt des Definierens (10; 20, 22) von Zielparametern für das Filter das Herleiten einer Zeitbereichzielantwort für das Filter aufweist, wobei die Funktion für jeden Resonator in dem Filter ein Zeitintervall festlegt, das eine entsprechende Nullstelle (N1-N4) in der Zeitbereichzielantwort aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Funktionen (G1-G4) für jeden Resonator in dem Filter ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Spitzenwerten in der Zeitbereichzielantwort festlegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Erregungssignal eine Mittenfrequenz (fc) des Filters aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem die Antwortcharakteristika der getrennten Resonatoren auf einer Ausgabevorrichtung unabhängig angezeigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, bei dem die Antwortcharakteristika der getrennten Resonatoren auf einer Ausgabevorrichtung zusammengefaßt angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens das Definieren (20) einer Zielfrequenzantwort für das Filter und das Berechnen (22) einer Zeitbereichzielantwort basierend auf der Zielfrequenzantwort umfaßt; der Schritt des Erzeugens das Erzeugen (24) einer Zeitfensterfunktion für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter basierend auf der Zeitbereichzielantwort umfaßt; der Schritt des Erregens das Anlegen (26) eines Erregungssignals mit einem vordefinierten Frequenzbereich an das Filter umfaßt; der Schritt des Messens das Messen (28) einer Frequenzantwort auf das Erregungssignal umfaßt, um Frequenzantwortdaten zu liefern; der Schritt des Isolierens das Berechnen (30) von Zeitbereichdaten aus den Frequenzantwortdaten, das Multiplizieren (32) jeder Zeitfensterfunktion mit den Zeitbereichdaten, um eine durch das Zeitfenster festgelegte Antwort für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren zu liefern, und das Berechnen (34) von Frequenzantworten aus den durch das Zeitfenster festgelegten Antworten umfaßt; der Schritt des Einstellens das Einstellen (36) jedes der mehreren gekoppelten Resonatoren derart umfaßt, daß eine Resonanzfrequenz innerhalb der berechneten Frequenzantworten zu einer vordefinierten Frequenz ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Berechnen (22) einer Zeitbereichzielantwort eine inverse Fouriertransformation der Zielfrequenzantwort aufweist, und das Berechnen von Frequenzantworten aus den durch das Zeitfenster festgelegten Antworten eine Fouriertransformation der Antworten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die berechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabeeinrichtung zusammengefaßt angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens das Definieren (20) einer Zielfrequenzantwort für das Filter und das Berechnen (22) einer Zeitbereichzielantwort basierend auf der Zielfrequenzantwort umfaßt; der Schritt des Erzeugens das Erzeugen (24) einer Zeitfensterfunktion für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter basierend auf der Zeitbereichzielantwort umfaßt; der Schritt des Erregens das Anlegen (26) eines Erregungssignals mit einem vordefinierten Frequenzbereich an das Filter umfaßt; der Schritt des Messens das Messen (28) einer Frequenzantwort auf das Erregungssignal umfaßt, um Frequenzantwortdaten zu liefern; der Schritt des Isolierens das Transformieren der Zeitfensterfunktionen für jeden der mehreren gekoppelten Resonatoren in entsprechende Frequenzbereichsfunktionen, und das Falten jeder Frequenzbereichsfunktion mit den Frequenzantwortdaten, um Frequenzantwortcharakteristika für jeden Resonator der mehreren gekoppelten Resonatoren zu erhalten; und der Schritt des Einstellens das Einstellen jedes Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren derart umfaßt, daß eine Resonanzfrequenz innerhalb der Frequenzantwortcharakteristika zu einer vordefinierten Frequenz ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Erzeugen einer Zeitfensterfunktion das Spezifizieren von mehreren Zeitsegmenten aufweist, wobei jedes Segment einem Zeitintervall (T1-T4) entspricht, in dem eine Antwortcharakteristik eines entsprechenden Resonators der mehreren gekoppelten Resonatoren in dem Filter dominant ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die berechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabevorrichtung zusammengefaßt angezeigt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, bei dem die berechneten Frequenzantworten auf einer Ausgabevorrichtung unabhängig angezeigt werden.