DE2032597A1 - Mikrowellen-Filterweichensystem - Google Patents

Description

iiincnen, den 1. uuli I9?o

; mg. Herbert Tischet

Büro München
München 2, Tal 71

e s t/ΏΙί u-x

Gegenstand der Erfindung 1st ein Mikrowellen-Fil- m

terwei Cheneys tem geeignet zur Stimulierung oder Trennung von modulierten oder unmodulierten Mikrowellenzeichen verschiedener Frequenzen t^§ fg ··· f_n# wesentlich einfacher im Auf** bau als die bisher bekannten Ausführungen·

Die zweifach· Aufgabe der Summierung und der Trennung von Mikrowellenzeichen der Frequenzen T^, fg.·· f kann mit einem über CbtI) Tor« verfügenden Mikrowellenstromkreis ge lust werden· In Fig· 1 ist ein Fi lterwei Cheneys tem 1 mit (η·»Ό Toren dargestellt· Wird an das Tor k^ des Pil-

685/52 at. «χ«

009882/1673

terweichensysteme 1 ein Zeichen einer Frequenz f _1# an das Tor kg ein Zeichen einer Frequenz, fg, an das Tor k_n eines einer Frequenz f_n gelegt, so wird am Tor Ic_n+1 die Zeichengruppe fj^ 4 f₂ 4 ·.* 4- f_n erscheinen. Wird an das Tor des Fllterweichensystems 1 die Zeichengnuppe ίχ 4 fg 4 4 f_n gelegt, so erscheinen am Tor Ie₁ Zeichen einer Frequenz f_1# am Tor kg solche einer Frequenz f_2> und am Tor k_n solche einer Frequenz f. Von den beiden hier angeführten Fällen ist im ersten von der Summierung der Zeichen, im anderen von ihrer Trennung die Rede·

Die aus dem Schrifttum bekannten und in der Praxis angewandten Filterweichensysteme werden in zwei Gruppen geteilt. Zur ersten Gruppe gehören die Lösungen, in welchen die Bandpassfilter einer Bandmittenfrequenz t*_f fg ··· f_n über einen Fernleiterabschnitt in der Reihe oder parallel zusammengeschaltet werden und im Zuaaomenschlues-Fnotenpunkt ein reaktanter Abstimm-Zweipol verwendet wird· In Fig. 2 werden die Bandpassfilter 2 in der Reihe,, in Pig» S di© Bandpassfilter 2 parallel entlang eines Fernleitungsabschnittes geschaltet· In beiden Figuren wird am Knotenpunkt eine Abstimmreaktanz 3 angelegt. Die Arbeitsweise des in den Figuren 2 und 5 dargestellten Filterweichensystems 1 beruht auf dem Umstand, dass ein Bandpaesfilter an den dem Durchpassband entsprechenden Frequenzen eine ohmische_f an den dem Stopband entsprechenden Frequenzen aber eine reaktante Eingangeimpedanz besitzt· Befindet sich am Zusammenschluss-Knotenpunkt eine Zeichengruppe f^ 4 f_g 4 ... 4 f^, und besitzen die zusammengeschlossenen Bandpassfilter 2 eine Bandmittenfrequenz von f,. f_o ··· f , so wird an je einer Frequenz der über eine entsprechende Bandmittenfrequenz verfügende Bandpassfiltei» 2 eine ohmiache, alle weiteren Filter aber eine reaktante Impedanz in der Richtung des Zusammenschlußs~fe©t©Epunkfe©& erzeugen· Die reaktante Impedanz: kmnn an siimtlißbBn Frequenzen durch entsprechende Auswahl der Läng® der die leiter mit don Knotenpunkt verbindenden FernleitungsabecbEltt® und einer

-8-

009882/1873

verwendeten Abstxmmreaktanz 3 ausgeglichen werden· Duroh den Auegleich kann erzielt werden, dass das Filterweichensystem 1 am Tor Ic_n^ an den Frequenzen f^, f_g, ·.· f über eine angepasste Eingangsimpedanz verfügt«

Zur zweiten Gruppe gehören die Lösungen, laut welcher aus den Über Bandmittenfrequenzen f^, fg, ··· f_n verfügenden Bandpassfiltern 2 und aus anderen Mikrowellenelementen Mikrowellen-Sechspole gebildet und diese Sechspole dann in einer Kaskade geschaltet werden. Zur Bildung der hier erwähnten Mikrowellen-Sechspole kennt das Schrifttum zwei Lösungen. Das Schema der einen Lösung ist in Fig. 4 dargestellt. Zwischen den Mikrowellen-Hybriden 4 sind zwei gleiche Bandpassfilter 2 angeschlossen« Der aus den Mikrowellen-Hybriden 4 und den Bandpassfiltern 2 aufgebaute Achtpol wird mit der Abschlussimpedanz 6 in einen Sechapol umgewandelt. Der derart gebildete Sechepol arbeitet in der folgenden Weise. Die Bandpassfilter 2 leiten aus der an das Tor k_ein angelegten Zeichengruppe ^fχ 4 f_g 4 ·.. 4 f_n ein Zeichen einer der Bandmittenfrequenz der Filter gleichen Frequenz f^ über die Mikrowellen-Hybride 4 an das Tor k, weiter, während sämtliche andere Zeichen über die Mikrowellen-Hybride 4 an das Tor k_auzurückgeschlagen werden. Mit dem in Fig. 4 dargestellten. Mikrowellen-Sechspol wird die Zeichengruppe f. 4 f₂ 4 ·.· 4 f_n in ein Zeichen einer Frequenz f^ und in eine Zeichengruppe f_g 4 ... 4 f_n getrennt. Mit dem in Fig. 4 dargestellten Seohspol kann auch eine Addition durchgeführt werden· Werden *n das Tor k_aue eine Zeichengruppe fg 4 ·.· 4 f_n, an das Tor Ic^ aber ein Zeichen einer Frequent f^ gelegt, entsteht «κ Tor k_0in eine Zeichengruppe f_x ± t₂ 4 t_n· Bin« andere Weise der Bildung eines Mikrowellen-Seohapols iat in Fig. 6 dargestellt. An den Mikrowellen-Zirkulator 6 ist der MikroweIlen-Bandpassfilter 2 angeschlossen. Der Stromkreis arbeitet folgenderweise. An das Tor k_ej,_n wird eine Zeichengruppe f^ 4 fg 4 ·.· 4 f_Q geschaltet« Die Zeichengruppe gelangt über den Zirkulator an den Bandpassfilter 2· Der Band-

0098Ϋ2/1673

paaafliter 2 leitet das Zeichen einer Frequenz gleich der Bandmittenfrequenz ί_χ ©η das Tor Ic₁ weiter und echlßgt die Zeichengruppe f _g 4 ... 4 f_ß zurück· Die zurückgeschlagene Zeichengruppe gelangt über den Mikrowellen-Zirktilator 6 an das Tor k_aus. Mit dem in Flg. 5 dargestellten mikrowellen-Sechspol wird eine Zeichengruppe ^ 4 f_g 4 ... 4 f_n in ein Zeichen einer Frequenz t^ und in eine Zeiohengruppe f_g 4 4 f_n getrennt. Viird an das Tor k_elß eine Zeichengruppe f_ß 4 ··· 4 f , an das Tor k^ aber ein Zeichen einer Frequenz f^ geschaltet, so entsteht am Tor k des Sechspols eine Zei-

aus

chengruppe ί_χ 4 f_g 4 ·.. 4 f^. In diesem Fall führt der Seohspol eine Addition durch.

Aus den vorangehend beschriebenen Sechepolen kann durch eine Kaskadenschaltung ein Filterweichensystem 1 gebildet werden. Eine solche Lösung ist in Pig. 6 dargestellt*

Von den vorangehend beschriebenen FilterweiCheneystemen sind die aus in der Reihe oder parallel geschalteten Bandpassfiltern aufgebauten durch einen einfachen Aufbau und eine geringe Verlust dämpfung gekennzeichnet. Anderer "· seits ist ein beträchtlicher Nachteil der derart aufgebauten Systeme, dass am Tor k ,, die Impedanzanpassung durch eine entsprechende Auswahl der Lfinge der Fernleitungsab schnitte und der AbstImmreaktanz in der Praxis nicht foil·=» kommen ge10st werden kann« In einem aus Hohlleitern aufge« bauten Filterweichensystem muss ausser der reaktanten Im ·>» pedans der Bandpassfilter auch die Reaktanzen des Ansehluee-Khotenpunktes ausgestimmt werden· Dies erschwert die Lösung der Aufgabe der Impedanzpassung* Wegen des Anpassuttgsprob lerne kttnnen die derart aufgebauten Bandpas β-Sys tease nur in Fällen verwendet werden, wo keine besondere schwierige Anforderungen an den Stromkreis gestellt werden· Bei den «an Seehepolen aufgebauten FiIterweiCheneystemen ergibt sich kein AnpaseungaprobJ.em, doch was den Aufbau betrifft, sind diese Systeme weitaus verwickelter als die aus in der Reihe oder parallel geschalteten Bandpassfiltern aufgebauten Strom-

009882/1673

kreise. Von den beiden Typen der Secbspole ist derjenige in Fig. 4 durch eine geringe Verlustdämpfung jedoch durch einen verwickelten Aufbau gekennzeichnet, wogegen die in Fig. 5 dargestellte Ausführung was den Aufbau betrifft einfacher ist, jedoch infolge des Zirkulators eine höhere Verlustdämpfung hat.

Aus den vorangehenden Ausführungen ist es einleuch tend, das die sich auf eine geringe 'Verlustdämpfung, einen einfachen Aufbau und auf günstige Anpaasungselgenschaften beziehenden Erfordernisse gleichzeitig nicht erfüllt werden können. Zweck der Erfindung ist die -Bildung eines Filterweichensyateme 1, welches sämtliche Erfordernisse gleichzeitig erfüllt.

Die Filterweichensysteme werden in allen Fällen aus Bandpassfiltern aufgebaut. Die einzelnen Lösungen unterscheiden sich durch die Art und Weise des Zusammenschlusses der Bandpassfilter. Die Aufgabe ist zum Zusammenschluss der einzelnen Bandpassfilter eine neuartige Lösung auszuarbeiten, welche die Bildung eines als die bisherigen günstigeren FiI-terweichenaystems zulässt.

Die Erfindung ist ein wiikrowellen-B'ilterweichenayetem, welche an Speiseleitungen angeschlossen und aus Filtern gebildet aus gekoppelten Hohlraumreaonatoren aufgebaut ist. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Filter von einem für eine einzige Wellenform berechneten Baupthohlraumresonator untereinander verbunden werden. An den Haupthohlraumresonator sind Nebenhohlraumres ona toren einer Anzahl um eine geringer als diejenige der Filter und für eine einzige Wellenform bemessen, sowie ein Hohlleiterab schnitt angeschlossen. Ausaerdem sind die Nebenhohlraumresonatoren in einer an sich bekannten Welse für eine zwischen die Frequenzbänder der zu trennenden oder zu summierenden Mikrowellenzeichen fallende Resonanzfrequenz ausgebildet.

Der Aufbau des erfindungsgemaisen Fllterweichensyeteme let in Fig. 7 dargestellt, öle Bandmittenfrequen*en von

-6-

009882/1673

^fl> ^f2» ·*· 'η ^{Deöitzeni!len} Bandpaaafilter 2 sind aus gekoppelten Hohlraümreaonatoren aufgebaut und an den Haupthohl rauareaonator 7 über die Kopplungauffnungen 9 angeschlossen. An den Haupthohlraumreaonator 7 sind noch Nebenhohlraumresonatoren θ einer Anzahl um ein© geringer als diejenige der Bandpaaafilter 2 sowie noch ein Hohll@iterabeihicnitt 19 an geschlossen. Das Tor Ic_n+1 des Pllterweichenayeteme let am Anfang des an flen Haupthohlraumresonator 7 angeschlossenen Hohlleiterabschnittes 19 angelegt. Die Verbindung zwischen den Bandpasefiltern 2 und dem Tor Ic_nAi wird durch den Haupthohlraumresonator 7 zustandegebracht· Auf diese Weise bildet der Haupthohlraumresonator 7 den gemeinsamen Hohlraum" resonator eines jeden Filters. Bin Filter besitzt die vorgesehene Taehebiβchewsehe, oder eine andere beliebige Übertragungscharakteristik bloss, wenn die Heeonanzfrequenz sämtliches· den Filter verwirklichender Hehlraumresonatoren In da· Durchpaseband des Filters füllt. Deshalb muss der Haupthohlraumresonator über Reeonanzfrequeasen einer Anzahlen verfti -gen· Sin für eine einzige Wellenform ausgeführter Hohlraum resonator besitzt bloss eine einzige Resonanzfrequenz bis die Frequenz des an den Hohlraum gelegten Zeichens grosa genug sur Bildung einer neueren Wellenform wird. Deshalb kann die Forderung, dass der Haupthohlraumresonator über mehrere Reaonanzfrequenzen verfüge, nicht auf eine einfache Weise befriedigt werden. Auf Qrund von sich auf gekoppelten Hohlraumresonatoren beziehenden theoretischen Berechnungen und Ver ,suchen wurde bewiesen, dass wenn an einen für eine einzige Wellenform ausgebildeten Haupthohlraumresonator über entsprechend gewählte Kopplungsuffnungen 10 mehrere Nebenhohlraum"* resonatoren angeschlossen werden, benimmt eich das derart ausgebildete Hohlraumresonatorsysten in einer Weise, als ob der Haupthohlraumresonator mehrere Resonanzfrequenzen tosKsse· Die Stellen der mit Nebenhohlraunresonatoreii ausgebildeten Resonanzfrequenzen und die In die Umgebung der Eeeo nanzfrequenzen der Admittansfunktlon des Hohraumresonator -

009882/1673

»6«

systems fallenden Abhänge können durch die Auswahl der geometrischen Abmessungen der Haupt- und Nebenhohlraumresonatoren, sowie der zwischen Hohlraumresonatoren befindlichen Kopplungsöffnungen 9, 10 auf den gewünschten Viert eingestellt werden· Dadurch wird erreicht, dass der mit den Nebenhohl raumresonatoren θ ergänzte Hauptbohlreumresönator 7 ein für einen jeden Filter geeipneter Bauteil werde. Derart kann im Band der zu trennenden oder zu summierenden Frequenzen die sum Tor Ic_n^x gehörende iilngnngslmpedanz dem Entwurf geraäse angepasst werden·

Die Dämpfungskennlinien zwischen den Toren hL· und ¹Si-H * ^80Wie zwischen k. und k _ Cj < η") sind in den Figuren 8a und 8b dargestellt. Nie aus den Figuren ersichtlich,' wächst die Dämpfung sich vom Durchpassband entfernend monoton an, ausgenommen jedoch die Umgebung des Durchpassbandes, welcher mit einem anderen zu trennenden oder zu summierenden Frequenzband benachbart ist. In diesem Bereich hat die Dämpfungskennlinie ein örtliches h-.exlmura. Ein örtlicher Anwacbe der Dämpfung kommt zustande, wenn die Resonanzfrequenz el nea der an den Haupthohlraumreaon&tor 7 angeschlossenen Nebenhohlraumresonators in diese Umrebung fällt. Aus theoretischen Berechnungen und experimentellen Prüfungen ergab sich, dass bei Einstellung der Resonanzfrequenzen des Haupthohlreumresonators auf den gewünschten Viert die Resonanzfrequenzen der Nebenhohlraumresonatoren zwischen die Frequenzbänder der zu

trennenden oder zu summierenden «lkrowe1lenzeichen fallen müssen·

Das erfindungsgemässe Filterweichensystem verfügt über eine geringe Verlustdämpfung, einen einfacheren Aufbau al« die aus in Reihe oder parallel geschalteten Bandpasefiltern aufgebaute Lösung, sowie günstigere Anpassungseigen - schäften· Die hler angeführten Vorteile ermöglichen eine Verwendung des Systems auf einem weiten Gebiet· Das erfin- dungsgeaÄsse Filterweichensystem kann mit besonderen Vor - teilen in für Mikrowellenverbindungen gefertigten Anlagen

-7- 009882/1673

verwendet werden· In diesen Anlagen werden dem Filterwei-Cheneystem gegenüber was die Verlustdämpfung und die Anpasaung betrifft äusaerst strenge JSrCordern!sse gestellt. Die hier beschriebene Ausführung ist zur Befriedigung der sich auf Dämpfung und Anpassung beziehenden Erfordernisse geeignet und kann infolge dee einfacheren Aufbaues mit geringeren Kosten und geringeren Abmessungen erzeugt werden. Deshalb kann die Verwendung der Ausführung in den erwähnten Anlagen als unbedingt vorteilhaft und wirtschaftlich bezeichnet werden.

Kin Beispiel des erfindungsgemässen Filterweichenaystems, welches in einen Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet wurde, ist in B'ig. 9 dargestellt. Das Pilterweicheneystem ist aus zwei Bandpassfiltern 2 aufgebaut· Die Bandpassfilter 2 sind über die an den Irisacheiben 22 gebildeten Kopplungsöffnungen 9 an den Haupthohlraumresonator 7 angeschlossen· Die Kopplungsöffnungen 9 werden mit je einer dielektrischen Stange 23 abgestimmt· Die Resonanzfrequenz des Haupthohlraumresonators 7 wird mit der dielektrischen Stange 12 eingestellt· An den Haupthohlraumreaonator 7 ist über Kopplungsöffnung IC der Hebenhohlraumresonator θ angeschlossen. Die Kopplungsöffnung 10 wird mit der dielektrischen Stange 13 abgestimmt. Die Resonanzfrequenz des Nebenhohlraumresonator8 θ wird mit der dielektrischen Stange 14 eingestellt. Mit den dielektrischen Stangen 12 14 wird die Resonanzfrequenz fein eingeregelt. Zur groben Einstellung der Resonanzfrequenz dient je ein Metallzapfen 15 gegenüber den dielektrlachen' Stangen. Die Bo -denplatte des Nebenhohlraumreaonatora θ wird von einer Metallplatte 16 abgeschlossen. Bei Hohlraumreaonatoren iat der Zusammenbau der abgrenzenden Fläche aus mehrerer Stücken nicht zuiaaBig, da die bei den Anpassungen auftretenden ÜbergangawiderstÄnde Uraaohe eines zusätzlichen Verlustes «erden können. Im Webenhohlraumresonator 8 wird zwecke Beseitigung des zusätzlichen Verlustes vor die abschliessende MeUlIpUtte 16 eine Blende eingefügt. An den Haupthohl-

"⁸^ 009882/1673

rauraresonator 7 achlieaat sich über die Kopplungsöffnung 11 die Hohlleiter 19 an. Die Kopplungaöffnung 11 wird mit te la der dielektrischen Stange 18 angestimmt*

Ein weiterea Beiapiel des im Hohlleiter rechteckigen Querschnitts ausgeführten Filterweichensystems ist in Pig. dargestellt. Gegenüber der Lösung laut Fig.9 besitzt diese Ausführung den Vorteil, dass der Abstand der Achsenlinie der Anschlussflanschen 20 21 von der Längena ©messung des Haupt hohlraumreaonatora 7, dea Nebenhohlraumresonatora 8 und der Bandpaasfilter 2 unabhängig iat. Die Bandpassfilter 2 sind über die Kopplungsöffnungen 9 an den Haupthohlraumreaonatop 7 angeschlossen. Die Kopplungaöffnungen 9 werden mit Hilfe der dielektrischen Stangen abgestimmt. Die Resonanzfrequenz des Haupthohlrauiareaonators 7 wird mittels der dlelektri sehen Stange 12 eingestellt. Der Nebenhohlraumresonator 8 achllesat sich an den Haupthohlrauraresonator 7 über die in der Irlsplatte 24 ausgebildete Kopplunj3öffnung an. Die Reeonanzfrequenz des Nebenhohlraumre3onators wird mit der dielektrischen Stange 14 eingestellt. Zur groben Einstellung dient der Metallzapfen 15. Die Bodenplatte dea Nebenhohlraumreaonators wird mit der Metallplatte 16 abgeschlossen. Die Blende 17 behebt den vorher erwähnten zusätzlichen Verlust* Die Speiseleitung 19 schlieast eich über die in der Blende 25 ausgebildete Kopplungsöffnung 11 an den Haupthohlraumre-Bonator an· Die Kopplungsöffnung 11 wird mit der dielektrischen Stange 18 abgestimmt*

009882/1673

Claims (1)

1. PATAIrTAHuPKt¹CiDS

   j Kikrowellen-Filterweiehenaystem, welches an Hohlleitern angeschlossen und aus gekoppelten Hohlrftumresonatoren aufgebaut l3t, d .durch gekennzeichnet, dass die einzelnen Filter von einem für eine einzige Wellenform ausgebildeten Haupthohlraumresonator untereinander verbunden werden, weiters dass an diesen Haupthohlraumresonator Nebenhohlrnumresonatoren einer Anzahl um eine geringer als diejenige der Filter und ein Speiseleitungsabschnitt enge -schlossen sind, ausserdem sind die Kebenhohlraumresonatoren auf eine an sich bekannte Weise für eine zwischen die Fre -quenzbfinder der zu trennenden oder zu summierenden Mikrowellenzeichen fallende Resonanzfrequenz ausgeführt.

   2. Mikrowellen-Fiterweichansystem nach Anspruch 1 mit swoi Filtern, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumresonatoren der Mikrowellenfilter, sowie die Haupt- und Nebenhohlrauraresonatoren prlsmenförmige Körper gleichen rechteckigen Querschnitts sind, weiters dass der Hohlleiterabschhitt und der Nebenhohlraumresonator Über die an den Seitenwänden des Kaupthohlraumresonators angeordneten Kopplungsöffnungen, die Hohlraunresonatoren der Filter aber über an den Boden- und Deckplatten des Haupthohlraumresonators angeordneten Kopplun<53Öffnungen an den Haupthohlraumresonator angeschlossen sind.

   3· Mikrowellen-Filtersystem nach Anspruch 1 mit zwei Filtern, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumresonatoren der Mikrowellenfilter, die Haupt- und Nebenhohlraumresonatoren prismenförmige Körper gleichen reohteckigen Querschnitts sind, sowie dass der Hohlleiterabschnitt und der Nebenhohlraumresonator über an den Boden- und Deckplatten des Haupthohlraumreaonators angeordneten Kopplungeöffnungen, die Hohlrauresonatoren der Filter aber über an den Seitenwänden des Haupthohlraumresonatora angeordneten Kopplungeöffnungen an den Haupthohlraueresonator angeschlos-

   -10- 009882/1673

   BAD

   •on sind·

   4. Mikrowellen-Filterweiohenflyatem nech irgendeinem der Ansprttoha 1 bis 3* dadurch gekennzeio h — η β t, dass die an einen anderen Hohlraumresonator nicht angeschlossenen Boden- oder Deckplatten der im Pilterwei -ohensystem befindlichen Hohlrauaresonatoren von einer Blende «uaammen mit einer in einem bestimmten Abstand eingefügten Metallplatte abgeschlossen sind·

   009882/1673 -11-

   Leerseite