-
Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung betrifft
ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren miteinander gekoppelten,
in übereinanderliegenden Zeilen angeordneten Resonatoren, von denen jeweils der
erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die Zuführung bzw. die Abnahme
der elektromagnetischen Energie vers-ehen ist, und bei dem zwischen wenigstens zwei
in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Resonatoren
eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist und die einzelnen Resonatoren derart angeordnet
sind, daß in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgende Resonatoren eine
gemeinsame Trennwand haben.
-
Filter der Mikrowellentechnik werden bekanntlich aus mehreren, miteinander
gekoppelten Mikrewellenresonatoren aufgebaut, deren Kopplung entweder kapazitiv
oder induktiv erfolgen kann. Die Resonatoren selbst können dabei beispielsweise
als sogenannte Keaxialleitungsresonatoren oder aus Hohlleiterresonatoren bestehen.
Entgegen den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern läßt sich aufgrund
der geometrisch fest vorgegebenen Konfiguration der Resonatoren nicht jede in konzentrierter
Technik realisierbare Schaltung ohne weiteres auf das Frequenzgebiet der Mikrowellen
übertragen. Diese Schwierigkeit wird ins besondere dann als störend empfunden, wenn
es darauf ankommt, in der Dämpfungscharakteristik des Filters sogenannie Dämpfungspole,
d.h. also Unendlichkeitsstellen der Dämpfung, zu erzeugen. Um diese Schwierigkeit
wenigstens teilweise zu beheben, ist es durch die USA-Patentschrift 2 749 523 bereits
bekannt geworden, bei einem Mikrowellenfilter einander in der elektrischen Wirkungsweise
nicht
unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander zu verkoppeln.
Abgesehen davon, daß nach dieser bekannten Anordnung nur Resonatoren bestimmter
unterschiedlicher Gruppen miteinander gekoppelt werden können, tritt dort noch die
Schwierigkeit auf, daß die zusätzliche Kopplung von nicht miteinander benachbarten
Resonatoren über Leitungselemente erfolgt; bei denen zum einen auf die spezielle
Bemessung der Länge geachtet werden muß und bei denen zum anderen ein zusätzlicher
Raumverbrauch deshalb auftritt, weil diese Leitungen außerhalb der Filterresonatoren
angeordnet sind.
-
Durch die deutschen Offenlegungsschriften 1 942 867 und 1 942 909
ist es in diesem Zusammenhang weiterhin bereits bekannt geworden, die Resonatoren
eines mehrkreisigen Mikrowellenfilters in ühereinanderliegenden Zeilen konstruktiv
derart anzuordnen, daß zur Einführung der der Pol erzeugung dienenden zusätzlichen
Kopplungen auf die Verwendung von außerhalb des Filters geführten Leitungsabschnitten
verzichtet werden kann. Dabei werden die einzelnen Resonatoren so angeordnet, daß
die elektromagnetische Energie über die die Filterbandbreite bestimmenden Kopplungen
entweder die in den Zeilen angeordneten Resonatoren nacheinander oder in unterschiedlichen
Zeilen liegenden Resonatoren mäanderförmig durchläuft. Wie sich dabei zeigt, wären
die Anforderungen für die Steilheit der Dämpfungsflanken in Bezug auf die vorgegebene
Bandbreite mitunter bereits mit einer geringeren Anzahl von Resonatoren zu erfüllen;
jedoch würde das bloße Weglassen eines oder mehrerer Resonatoren gleichzeitig den
Verzicht auf wenigstens eine Pol stelle im Dämpfungsverhalten oder den Verzicht
auf ein Polquadrupel bei komplexen Frequenzen, d.h. also den Verzicht auf die Laufzeitbeeinflussung
im Durchlaßbereich des Filters bedeuten.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend
geschilderten
Schwierigkeiten nach Möglichkeit abzuhelfen und den Aufbau von Wikrowellenfiltern
anzugeben, die einerseits eine möglichst geringe Anzahl von Resonatoren haben und
gleichzeitig eine möglichst große Anzahl von Pol stellen im Übertragungsverhalten
des Filters zu realisieren gestatten.
-
Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen
mit mehreren miteinander gekoppelten, in übereinanderliegenden Zeilen angeordneten
Resonatoren, von denen jeweils der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen
für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist,
und bei dem zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist und die
einzelnen Resonatoren derart angeordnet sind, daß in ihrer elektrischen Wirkungsweise
aufeinanderfolgende Resonatoren eine gemeinsame Trennwand haben, wird diese Aufgabe
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Resonatoren in wenigstens
drei übereinanderliegenden Zeilen in Form von Viererblücken derart angeordnet ist,
daß der in der elektrischen Wirkungsweise letzte Resonator eines Viererblocks mit
dem ersten Resonator des darauffolgenden Viererblocks zusammenfällt.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch
näher erläutert.
-
Es zeigen im der Zeichnung: Fig. 1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen
Filters unter Verwendung von Koaxialleitungsresonatoren; Fig.2 eine Draufsicht entlang
der Schnittlinie A, A'
von Fig.1; Fig.3 das zum Filter nach Fig.1
gehörende elektrische Ersatzschaltbild; Fig.4 schematisch die Zusammenfassung und
konstruktive Anordnung der einzelnen Resonatoren; Fig.5 ein Ausführungsbeispiel
mit zumindest teilweise versetzten Innenleitern; Fig.6 eine weitere Möglichkeit
zur Ausgestaltung eines Mikrowellenfilters; Fig.7 das zum Filter nach Fig.6 gehörende
elektrische Ersatzschaltbild.
-
Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 und 2 ist ein aus dreizehn Resonatoren
1 bis 13 bestehendes Filter dargestellt, bei dem die einzelnen Resonatoren als Koaxialleitungsresonatoren
ausgebildet sind. Die Außenleiter der Resonatoren haben quadratischen Querschnitt
und es erfolgt die die Bandbreite bestimmende Kopplung über Koppelöffnungen 15,
die in den den einzelnen Resonatoren gemeinsamen Trennwänden vorgesehen sind. Ein-
und Ausgang des Filters sind mit den Bezugsziffern 16 und 17 bezeichnet und es kann
beispielsweise der Anschluß inder in der dargestellten Weise erfolgen, derart nämlich,
daß der Innenleiter einer zu- bzw. abführenden Koaxialleitung unmittelbar mit dem
Innenleiter des ersten Resonators 1 bzw. des letzten Resonators 13 verbunden ist.
Wie aus der Fig.2 zu ersehen, sind zur Abstimmung auf eine geeignete Resonanzfrequenz
den Innenleitern der einzelnen Resonatoren kapazitiv wirkende Abstimmschrauben 20
zugeordnet.
-
Zur Erzeugung von Dämpfungspolen in der Übertragungscharakteristik
des Filters bzw. zur Beeinflussung der Laufzeit
werden zusätzliche
Kopplungen eingeführt, die eiflander in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgende Resonatoren miteinander verkoppeln.
-
Die Bereclmung solcher Filter kann beispielsweise nach der Arbeit
"Dimensionierung reflexionsfaktor- und laufzeitgeebneter versteilerter Filter mit
Überbrückungenff ("Frequenz", 24, 1970, 10, Seiten 307 bis 312) erfolgen.
-
Die zusätzlichen Überkopplungen sind im Ausführungsbeispiel als kapazitiv
wirkende Stiftkopplungen c1,4 bzw. c4,7 zwischen den Resonatoren 1 und 4 bzw. 4
und 7 und als induktiv wirkende Loch- bzw. Schlitzkopplungen l7.10 bzw. l 10,13
zwischen den Resonatoren 7 und 10 bzw. 10 und 13 ausgebildet. Bei der kapazitiven
Stiftkopplung wird dabei in an sich bekannter Weise ein beidseitig mit Tellern versehener
Kopplungsstift in die den zusätzlich zu koppelnden Resonatoren gemeinsame Trennwand
über eine isolierende Stütze befestigt, wobei die Größe der Kapazität im wesentlichen
sbhängt vom Abstand zwischen Teller und Innenleiter, während bei den induktiv wirkenden
Kopplungen die Induktivität im wesentlichen von der Größe der Koppelöffnung abhängt.
-
Das elektrische Ersatzschaltbild ist in Fig.3 dargestellt und läßt
die in Form von konzentrierten Schaltelementen dargestellten Resonatoren 1 bis 13
erkennen. Da die Kopplung von Resonator zu Resonator über eine Loch- bzw.
-
Schlitzkopplung erfolgt, äußert sich dies im Ersatszchaltbild als
Koppelinduktivität. Die zusätzlichen Kopplungen zwischen den Resonatoren 1 und 4
bzw. 4 und 7 stellt sich wegen der Verwendung kapazitiver Stifte als ein Koppelkondensator
c1,4 bzw. C4 7 dar. Die zusätzliche induktive Kopplung zwischen den Resonatoren
7 und 10 bzw. 10 und 13 wird im Ersatzschaltbild durch die Koppelspulen l7,10 bzw.
l10,13 nachgebildet.
-
Der grundsätzliche konstruktive Aufbau läßt sich Fig.4
entnehmen.
Es sind nämlich die einzelnen Resonatoren in drei übereinanderliegenden Zeilen angeordnet
und jeweils zu Viererblöcken I, II, III und IV zusammengefaßt. Der letzte Resonator
eines Viererblocks bildet dabei gleichzeitig den ersten Resonator des darauffolgenden
Viererblocks, so daß also der Resonator 4 den letzten Resonator des ausgezogen gezeichneten
Viererblocks I und gleichzeitig den ersten Resonator des gestrichelt gezeichneten
Viererblocks II bildet. Entsprechendes gilt für den Resonator 7 hinsichtlich des
Viererblocks II und des strichpunktiert gezeichneten Viererblocks III und für den
Resonator 10 hinsichtlich des Viererblocks III und des wieder ausgezogen gezeichneten
Viererblocks IV. In Fig.4 ist die zusätzliche Überkopplung zwischen den in der mittleren
Zeile liegenden Resonatoren durch ein Kreuz kenntlich gemacht und es kann das dort
dargestellte Anordnungsprinzip selbstverständlich auf eine an sich beliebige Anzahl
von Filterresonatoren erweitert werden Wenn sich bei der Dimensionierung des Filters
eine verhältnismäßig starke zusätzliche kapazitive Kopplung ergibt, dann ist es
erforderlich, die Koppelkapazitäten c1,4 bzw. c4,7 verhältnismäßig eng an die Innenleiter
der zugehörigen Resonatoren 1 und 4 bzw. 4 und 7 heranzuführen, wodurch sich wiederum
eine, gegenüber der Betriebswellenlänge verhältnismäßig lange Leitung zwischen den
Koppelkapazitäten ergibt, was unter Umständen einen nachteiligen Einfluß auf die
elektrischen Eigenschaften des Filters ausüben kann Zur Vermeidung dieses Einflusses
können gemäß Fig.5 die Innenleiter 1a, 4a und 7a der Resonatoren 1, 4 und 7 exzentrisch
in Richtung zu den diesen Resonatoren gemeinsamen Trennwänden 21 bzw. 22 versetzt
werden, wodurch bei gleich großer kapazitiver Kopplung eine verhältnismäßig geringe
Länge des Koppelstiftes erzielt wird.
-
Das in Fig.5 nur schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel besteht
dabei aus nur sieben Resonatoren, die ebenfalls
in drei übereinanderliegenden
Zeilen angeordnet sind und jeweils zu den Viererblöcken mit den Resonatoren 1, 2,
3, 4 bzw. 4, 5, 6, 7 zusammengefaßt sind. Im übrigen haben die im Zusammenhang mit
den Fig.1 bis 4 bereits gegebenen Erläuterungen analog Gültigkeit.
-
Fig.6 läßt eine weitere Möglichkeit zum Aufbau eines Filters erkennen.
Es sind dabei die Resonatoren 1 bis 7 in der bereits geschilderten Weise angeordnet,
während die Resonatoren 8' bis 12' derart angeordnet sind, daß sie nur in zwei übereinanderliegenden
Zeilen liegen und die diesen Resonatoren zugeführte elektromagnetische Energie nacheinander
die Resonatoren 8' und 9' der ersten Zeile und 10', 11' und 12' der zweiten Zeile
durchläuft. Zudem ist zwischen den in unterschiedlichen Zeilen liegenden Resonatoren
eine zusätzliche Kopplung, beispielsweise in Form einer Lochkopplung, vorgesehen.
Im zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbild der Fig.7 sind wiederum die Resonanzkreise
1 bis 7 bzw. 8' bis 12' zu erkennen, die über induktive Kopplungen miteinander gekoppelt
sind. Zusätzlich sind die Resonatoren 1 und 4 bzw. 4 und 7 über die Koppelkapazitäten
c1,4 bzw. c4,7 gekoppelt. Weitere Zusatzkopplungen liegen zwischen den Resonatoren
7 und 12' bzw. 8' und 11', die sich im Ersatzschaltbild als die Koppelinduktivitäten
l'8,11' bzw. l7,12' darstellen. Durch diese Anordnung kann also in einem bereits
übergekoppelten Abschnitt eine weitere Überkopplung eingeführt werden.
-
Wie bereits erwähnt, lassen sich mit dem beschriebenen Filteraufbsu
bei einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Resonatoren eine verhältnismäßig große
Anzahl von Zusatzkopplungen realisieren, wodurch gleichzeitig die Erzeugung von
Dämpfungspolen, d.h. von Polstellen bei reellen Frequenzen, und die Beeinflussung
der Laufzeit, d.h. also die Erzeugung von Polstellen bei komplexen Frequenzen, möglich
wird. Auf diese Weise lassen sich bei einem möglichst
geringen Raumverbrauch
reflexionsfaktor- und laufzeltgeebnete versteilerte Filter im Mikrowellenbereich
auch dann realisieren, wenn die Filterresonatoren nicht bloß als Koaxialleitungs-
oder als Hohlleitungsresonatoren ausgebildet sind, sondern es können die Resonatoren
auch in der Form der an sich bekannten Kammleitungs- oder Interdigitalfilterstrukturen
ausgebildet sein.
-
4 Patentansprüche 7 Figuren