DE2244838C2 - Inductive coupler for resonator fundamental wave excitation - is effected at several points on resonator front side, distributed along field line of azimuth E-field - Google Patents

Inductive coupler for resonator fundamental wave excitation - is effected at several points on resonator front side, distributed along field line of azimuth E-field

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DE2244838C2 DE19722244838 DE2244838A DE2244838C2 DE 2244838 C2 DE2244838 C2 DE 2244838C2 DE 19722244838 DE19722244838 DE 19722244838 DE 2244838 A DE2244838 A DE 2244838A DE 2244838 C2 DE2244838 C2 DE 2244838C2
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    • H01P7/10Dielectric resonators

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Abstract

A TE fundamental wave is selectively energised in a screened dielectric resonator. The excitation of the TE fundamental wave takes place at several points on the resonator front side, the points being uniformly distributed along a field line of an azimuth E-field. The mean dia. of the circle, on which the coupling loops are arranged, corresponds approximately to the nodal circle dia. of the H component of the first harmonic radial TE wave. For decoupling of the TM oscillations in radial and axial direction the electric length of the coupling loop is pref. selected such that the centre of the loops approximately coincide with a voltage node. The coupler may have a coaxial feed, e.g. in strip technique. If a dielectric disc resonator is used, the coupler is accommodated inside a coaxial line. The arrangement may be used in a bandpass filter.

Description

f>5f> 5

Die Erfindung betrifft ein Kopplungssystem zur selektiven Anregung der TE-Grundwelle in abgeschirmten dielektrischen Resonatoren.The invention relates to a coupling system for the selective excitation of the PD fundamental wave in shielded dielectric resonators.

Die im Zuge des allgemeinen Trends nach Ausführung der Mikrowellen-Nachrichtengeräte in Streifenleitungsbzw. Hybridtechnik notwendig gewordene Miniaturisierung der Antennenfilter In Verbindung mit dem Postulat hoher Kreisgüten von mindestens 2500 bis 3000 läßt die Verwendung von Resonatoren aus keramischen Substanzen mit hoher Dielektrizitätskonstante in den Vordergrund rücken (z. B. TiO2, auch als »Rutil« bekannt, mit c/^90und/,5 Ä-53-10-1.The in the course of the general trend after implementation of the microwave communication devices in strip line or. Hybrid technology, miniaturization of antenna filters that has become necessary In connection with the postulate of high circular qualities of at least 2500 to 3000, the use of resonators made of ceramic substances with a high dielectric constant comes to the fore (e.g. TiO 2 , also known as »rutile«, with c / ^ 90und / 5 Å-53-10- first

Bei den dielektrischen Resonatoren sind Im Prinzip zahlreiche Ausführungsformen möglich. Scheiben, Stempel, Zylinder, Prismen, Kugeln wurden theoretisch und zum Teil auch experimentell bereits verschiedentlich untersucht. Es wurden auch schon Bandpaßfilter mit zwischen Strelfenleltungen angeordneten, freischwingenden Scheibchen oder in einem Rohr untergebrachten Scheiben realisiert.In the case of dielectric resonators, in principle numerous embodiments possible. Discs, punches, cylinders, prisms, spheres were theoretical and in some cases already variously investigated experimentally. There were already bandpass filters with Free-swinging discs arranged between Strelfenleltungen or housed in a tube Discs realized.

Im Hinblick auf eine Filteroptimierung sind indessen verschiedene Gesichtspunkte zu beachten, die den Spielraum bezüglich Aufbau und Formgebung der Resonatoren beachtlich einengen. Optimale Q-Wene ergeben sich ζ. B. nur, wenn der dielektrische Resonator in einer Abschirmung betrieben wird. Freischwingende Resonatoren haben relativ hohe Strahlungsverlusie. und zudem wird durch das Streufeld praktisch die gesamte Schaltung verseucht. Ferner κ-uli zwischen Metallwand und dem dielektrischen Körper allseitig ein Mindest-Zwischenraum vorgesehen werden, weil sonst der Dämpfungseinnuß der Abschirmung zu stark ins Gewicht fällt. In der näheren Umgebung der Nutzresonanz soll der Resonator keine Nebenresonanzen aufweisen. Solche Slörresonanzen sind z. B. möglich infolge von Anisotropien im Resonatorstoff sowie im Hinblick auf die der jeweiligen Resonatorform zugeordneten Schwingungstypen. Die Unterdrückung bzw. Vermeidung solcher Ncbenrcsonan/en ist in erster Linie ein Problem der Resonalorform. des angeregten Schwingungslyps und der Ausbildung der Koppelelement. Bezüglich Schwioijungs.·.· ρ wird mit Vorteil die Grundwelle des Resonators angeregt, da diese zu den höheren Eigenresonanzen in der Regel den größten Abstand aufweist.With regard to filter optimization, however different points of view have to be taken into account, which leave room for the construction and shape of the resonators constrict considerably. Optimal Q-Wene result from ζ. B. only if the dielectric resonator in a Shielding is operated. Free-running resonators have relatively high radiation losses. and also practically the entire circuit is contaminated by the stray field. Furthermore κ-uli between the metal wall and the dielectric body a minimum gap must be provided on all sides, because otherwise the attenuation inequalities the shielding is too important. The resonator should be in the vicinity of the useful resonance show no secondary resonances. Such Slörresonanzen are z. B. possible due to anisotropies in the resonator material as well as with regard to the vibration types assigned to the respective resonator shape. The oppression or avoidance of such nonsonan / s is primarily a problem of the resonance shape. of the excited Lyps of oscillation and the formation of the coupling element. Regarding Schwioijungs. ·. · Ρ becomes with advantage the fundamental wave of the resonator is excited, as this is usually the largest among the higher natural resonances Has distance.

Beim abgeschirmten dielektrischen Resonator ist, falls die Abschirmung direkt an der Resonatoroberlläche aufliegt, die Grundschwingung stets vom T M-Typ (elektrisches Dipolfeld), die nächsthöhere jedoch vom TE-Typ (H-WcIIe). Wie durch Berechnungen am Kugelmodell nachgewiesen wurde, steigen mit zunehmendem luftgefüllten Raum zwischen Resonator und Abschirmung die Frequenzen der TM-Schwingungstypen zunächst stark an. speziell bei Resonatorstoffen mit hoher Dielektrizirilskonslantc. während diejenigen der Tt-Schwingungstypen absinken. Bei einem optimal dimensionierten dielektrischen Resonator ist deshalb der TE-Grundtyp der tiefste, so daß der Ankopplung dieses Typs besondere Bedeutung zukommt.With the shielded dielectric resonator, if the shield rests directly on the resonator surface, the fundamental oscillation is always of the T M-type (electric dipole field), the next higher, however, of the TE-type (H-WcIIe). As has been proven by calculations on the spherical model, increase with increasing air-filled Space between the resonator and the shield, the frequencies of the TM oscillation types are initially strong at. especially for resonator materials with high dielectric constants. while those of the Tt vibrational types decrease. With an optimally dimensioned dielectric The resonator of the TE basic type is therefore the deepest, making the coupling of this type special Importance.

Der TE-Grundtyp ist gekennzeichnet durch ein zirkuläres E-FeId, das im Zentrum des Resonators Null ist. mit zunehmendem Abstand vom Zentrum etwa sinusförmig ansteigt und am Metallmantel der Abschirmung wieder aur Null absinkt. Die zugehörigen magnetischen Feldlinien umschließen die des elektrischen Feldes gewissermaßen loroidförmig. Beim H-FeId hat deshalb die H.-Komponente ihr Maximum im Resonatorzentrum, während die Hr-Komponente In Abhängigkeit von r derselben Funktion folgt wie Εφ (s. auch Fig. 2a).The basic TE type is characterized by a circular E field that is zero in the center of the resonator. increases approximately sinusoidally with increasing distance from the center and decreases again to zero at the metal jacket of the shield. The associated magnetic field lines enclose those of the electric field, so to speak, in a loroid shape. In the H field, the H. component therefore has its maximum in the resonator center, while the H r component, as a function of r, follows the same function as Εφ (see also Fig. 2a).

Bei den bisher bekannt gewordenen FiltersysicmcnWith the filter systems known so far

erfolgt die Resonatorankopplung teils kapazitiv, teils induktiv oder auch in gemischter Form (kapazitiv-Induktiv). Ein Beispiel für eine kapazitive Ankopplung ist in der Zeitschrift »IEEE Transactions MTT«, Vol. MTT-19, -No. 7, Juli 197KrS.:643 bis-652,beschrieben. Die Resonar -5■-toren des dort erläuterten Dreikreisfilters sind freischwingende dielektrische Scheibchen von quadratischer Form, deren Kantenlänge elektrisch λ/2 beträgt. Ihre Anregung erfolgt stirnseitig durch zwei gegenphaslg gespeiste, kapazitiv wirkende Koppelglieder. Wie eine nähere Betrach- m tung dieser Anordnung zeigt, wird hier außer der TM-Gnmdwelle zumindest auch die etwas tiefer liegende TE-Grundwelle angeregt. Bei einer anderen Anordnung, nämlich dem eingangs, erwähnten, aus In einem Metallrohr isoliert abgestüUteW'äieiektriscHen'SchelBen "bestehenden Bandpasfilter, geschieht die Ankopplung durch einen am Ende offenen, über einen Kreissektor von etwa 135° gäführten Ringabschnitt, wobei der Radius dieses Ringstückes etwas größer gewählt ist als derjenige der dielektrischen Scheiben (s. »IEEE Transactions MTT«, Vol. MTT-16, Nr. 4, April 1968, S. 210 bis 218). Die elektrische Länge dieses kreisförmigen Kor-plungsstücks beträgt etwa Ao/4, wobei A0 die Resonanzwellenlänge des Resonators bedeutet. Angeregt wird im Prinzip die TE-Grundwelle, die hier die tiefste Resonanzfrequenz aufweist. Die am Ende offenen Koppelelemente haben jedoch an diesem Ende ein ausgeprägtes Spannungsmaximum, AQ-daß außer der induktiven .zweifellos auch eine. ._ kapazitive Kopplung besteht.the resonator coupling is partly capacitive, partly inductive or in a mixed form (capacitive-inductive). An example of a capacitive coupling is in the journal "IEEE Transactions MTT", Vol. MTT-19, -No. 7, July 197KrS.:643 to -652. The resonar - 5 ■ for gates of the three loop filter explained there are freely oscillating dielectric disks of square shape whose side length is electrically λ / 2. They are excited at the front by two capacitive coupling elements that are fed in phase opposition. As a closer examination of this arrangement shows, in addition to the TM basic wave, at least the somewhat deeper TE basic wave is also excited. In another arrangement, namely the above-mentioned band-pass filter consisting of a metal tube insulated from a metal tube, the coupling takes place through a ring section open at the end and extending over a circular sector of about 135 °, the radius of this ring piece being somewhat is chosen to be larger than that of the dielectric disks (see "IEEE Transactions MTT", Vol. MTT-16, No. 4, April 1968, pp. 210 to 218). The electrical length of this circular connector is about A o / 4, where A 0 means the resonance wavelength of the resonator. In principle, the PD fundamental wave, which has the lowest resonance frequency here, is excited . ._ capacitive coupling exists.

Bei einer anderen Anordnung, die in der »Zeitschrift jo für angewandte Physik«, Bd. 24, Heft 3, 1968, S. 142 bis 147, beschrieben ist, sind zwei parallele, am Ende offens Koaxialleitungen λ/4 vor ihren Enden durch ein Querrohr verbunden, und in den beiden Verbindungsebenen sind Rutilscheibchen angebracht. Die Ankopplung erfolgt an der Scheibchenperipherie; angeregt werden Wellen vom TErJyp^ und zwar die TE-Grundwelle sowie Schwingungen der' ersten, .'zweiten, dritten, vierten,'' Ordnung.In another arrangement, which is published in the journal jo for applied physics ", Vol. 24, Issue 3, 1968, pp. 142 to 147, are two parallel, open at the end Coaxial lines λ / 4 connected in front of their ends by a cross tube, and in the two connection levels slide disks are attached. The coupling takes place at the disc periphery; waves are excited vom TErJyp ^ namely the TE fundamental as well as Vibrations of the 'first,.' Second, third, fourth, '' Order.

Schließli-h sind noch Filteranordnungen bekannt, bei denen die Resonatorankopplung über Hohlleiterstücke erfolgt. Solche Systeme haben jedoch den Nachteil großer Abmessungen.Finally, filter arrangements are still known where the resonator coupling takes place via waveguide sections. However, such systems have the disadvantage of large Dimensions.

Bei den besprochenen Koppelanordnungen fällt störend ins Gewicht, daß außer der Nutzresonanz auch die benachbarten Schwingungstypen angeregt werden können. Bei der TE-Grundwelle sind dies die nächsthöheren Schwingungstypen, bei der TM-Grundwelle Ist noch eine tiefer liegende TE-WeIIe möglich. In der Tat zeigen praktisch alle publizierten T'lierkurven in der Umgebung der Nutzresonanz z. T. beträchtliche Dämpfungseinbrüche, die auf Solche Erscheinungen schließen lassen.In the case of the coupling arrangements discussed, it is disturbing that, in addition to the useful resonance, also the neighboring vibration types can be excited. With the TE fundamental wave these are the next higher vibration types, with the TM fundamental wave Ist another one deeper lying TE waves possible. In fact, practically all published T'lier curves in the vicinity of the Useful resonance z. T. considerable attenuation drops, which suggest such phenomena.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kopplungssystem für abgeschirmte dielektrische Resonatoren zu schaffen, durch das nur die TE-Grundwelle angeregt wird, während mit allen benachbarten Schwingungstypen praktisch keine Kopplung besteht. Dabei soll die Möglichkeit einer Einspeisung sowohl koaxial als auch in Streifenleitertechnik vorgesehen sein. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anregung der TE-Grundwelle rein Induktiv und an mehreren/Stellen auf der Stirnseite des Resonators erfolgt, daß die Kopplungsstellen längs einer Feldlinie des azimutalen E-FeI-des gleichmäßig verteilt sind und daß der mittlere Durchmesser des Kreises, auf dem die Koppelelemente angeordnet sind, zumindest angenähert dem Knotenkrels-Durchmesser der M,-Komponente der ersten höheren radialen TE-WeIIe entspricht.The invention is based on the object of creating a coupling system for shielded dielectric resonators by means of which only the TE fundamental wave is excited, while there is practically no coupling with any of the neighboring oscillation types. In this case, the possibility of a feed should be provided both coaxially and using stripline technology. According to the invention, the object is achieved in that the excitation of the TE fundamental wave takes place purely inductively and at several / points on the front side of the resonator, that the coupling points are evenly distributed along a field line of the azimuthal E-field and that the mean diameter of the Circle on which the coupling elements are arranged, at least approximately corresponds to the knot diameter of the M, component of the first higher radial TE wave.

Die Erfindung wird jetzt anhand der Figuren genauer erläutert. In den Fig. 1 und 2 Ist die Wirkungsweise des erfinduiigsgemäß vorgeschlagenen Kopplungssystems am Beispiel eines dielektrischen Scheibenresonators im Sinne einer Funktlonssynthese" schematisch veranschaulicht; wobei die Fig. 1 den Entkopplungsvorgang gegenüber azimutalen Schwingungen und die Fig. 2 gegenüber radialen Schwingungen verständlich macht. S ist ein Scheibenresonator mit hoher DK, z. B. aus Rutil bestehend. Gemäß FI g. 1 a ist nur eine Koppelschleife vorhanden. Es können die TE-Grundwelle sowie Schwingungen der ersten, zweiten, dritten, vierten, Ordnung angeregt werden. Fig. Ib zeigt zwei einander gegenüberliegende, gleichsinnig gespeiste Koppelschleifeii. Möglich sind hier noch Resonanzen bei der Grundwelle und den Wellentypen der zweiten, vierten, The invention will now be explained in more detail with reference to the figures. In Figs. 1 and 2, the operation of the according to the invention proposed coupling system on Example of a dielectric disk resonator in the sense of a function synthesis "schematically illustrates; FIG. 1 showing the decoupling process with respect to azimuthal oscillations and FIG. 2 with respect to it makes radial vibrations understandable. S is a disk resonator with a high DK, e.g. B. consisting of rutile. According to FI g. 1 a there is only one coupling loop. It can be the PD fundamental wave as well as oscillations of the first, second, third, fourth, order are excited. Fig. Ib shows two each other opposite, in the same direction fed coupling loop. Resonances are still possible here for the fundamental wave and the wave types of the second, fourth,

Ordnung. Schließlich sind bei c) vier gleichmäßig und gleichsinnig gespeiste Koppelschleifen in Quadratur angeordnet. Außer der Grundschwingung sind höhere Wellentypen erst von der vierten Ordnung an möglich. Bereits mit vier Koppelschleifen Unn man somit in azimutaler Richtung eine Schwingungst>p-Entkopplung bis zu sehr hoher Ordnung erzielen. Daneben können auch höhere Resonanzen in radialer Richtung auftreten.Order. Finally, in c) four coupling loops fed uniformly and in the same direction are in quadrature arranged. In addition to the fundamental, higher wave types are only possible from the fourth order onwards. Already with four coupling loops Unn there is thus an oscillation t> p decoupling in the azimuthal direction to achieve very high order. In addition, higher resonances can also occur in the radial direction.

Fig. 2 zeigt die Verteilung des E- und Η-Feldes der erstcii beiden radialen TE-Wellen in einer abgeschirmten dielektrischen Scheibe, und zwar ist in F i g. 2 a (rechts) . der. radiale Verlauf der Feldstärke-Komponenten E /,,. H: und Hr für die TE-Grundwelle dargestellt, während Fig. 2 b (rechts) den radialen Verlauf der ersten höheren TE-Schwingung veranschaulicht. Wie aus dem H,-Diagramm ersichtlich, existiert ein mit der Scheibe konzentrischer Kreis, längs dessen Peripherie die ^-Komponente durch Null geht, d. h. Schwingungsknoten aufweist. Der Durchmesser dieses »Knotenkreises« sei mit D0 bezeichnet. Dementsprechend kann der Durchmesser des Kreises, auf dem die Koppelschleifen angeordnet sind; so gewählt werden, daß er zumindest angenähert mit O0, d. h. dem Durchmesser des besagten Knotenkreises des Η,-Feldes des ersten höheren radialen TE-Schwingungstyps übereinstimmt. Dadurch wird die Anregung auch dieses Schwingungstyps unterdrückt. Möglich sind dann in radialer Richtung außer der Grundwelle noch die TE-Schwingungstypen der dritten, vierten, fünften usw. Ordnung, wobei normalerweise bereits die der dritten Ordnung gegenüber der Grundresonanz einen großen, praktisch kaum mehr störenden Abstand aufweist.FIG. 2 shows the distribution of the E and Η fields of the first two radial TE waves in a shielded dielectric disk, namely in FIG. 2 a (right). the. radial course of the field strength components E / ,,. H : and H r are shown for the TE fundamental wave, while FIG. 2 b (right) illustrates the radial course of the first higher TE oscillation. As can be seen from the H, diagram, there is a circle concentric with the disk, along the periphery of which the ^ component passes through zero, ie has nodes. The diameter of this "knot circle" is denoted by D 0 . Accordingly, the diameter of the circle on which the coupling loops are arranged; be chosen so that it at least approximately coincides with O 0 , ie the diameter of said nodal circle of the Η, field of the first higher radial TE oscillation type. This also suppresses the excitation of this type of oscillation. In addition to the fundamental wave, the PD vibration types of the third, fourth, fifth, etc. order are then possible in the radial direction, with those of the third order usually already having a large, practically hardly disturbing distance from the fundamental resonance.

Der Knotenkreis-Durchmesser des radialen TE-Schwlngungstyps zweiter Ordnung läßt sich bei einfachen Resonatorfarmen berechnen, in jedem Fall aber experimentell bestimmen. Z. B. Ist bei einem »vollen« Scheibenresonator (Resonatordurchmesser D gleich der Rohrweite der Abschirmung) der Knotenkreisdurchmesser gleich 0,546Z), dagegen liegt das Maximum der Hv-Komponente der TE-Grundwelle bei 0,485 D. Beide Extremwerte liegen somit sehr nahe beieinander. Am Ort der Entkopplung vom radialen TE-Schwingungstyp zweiter Ordnung heischt hler praktisch optimale Ankopplung an die TE-Grundwelle.The node circle diameter of the radial TE oscillation type of the second order can be calculated for simple resonator farms, but can be determined experimentally in each case. For example, with a "full" disk resonator (resonator diameter D equal to the tube width of the shielding, the node circle diameter is 0.546Z), on the other hand the maximum of the Hv component of the PD fundamental is 0.485 D. Both extreme values are therefore very close to each other. At the point of decoupling from the radial TE oscillation type of the second order, a practically optimal coupling to the TE fundamental wave is required.

Das soeben dargelegte Vorgehen zur Schwingungstyp-Unterdrückung betrifft lediglich Schwingungen der TE-Typen. Daneben sind noch Schwingungen der TM-Typen möglich, und zwar sowohl in radialer und azimutaler als auch In axialer RN-htung. Azimutal ist eine Anregung wegen der Vielzahl und der Geometrie der Koppelschleifen bis zu Wellen sehr hoher Ordnung nicht möglich. Zur EntkoDDlune in radialer und axialer Richtung Ist In The procedure for vibration type suppression just outlined only applies to vibrations of the PD types. In addition, vibrations of the TM types are possible, both in radial and azimuthal as well as in axial RN-direction. Azimuthal excitation is not possible because of the large number and the geometry of the coupling loops up to waves of very high order. For EntkoDDlune in the radial and axial direction is In

Weiterbildung der Erfindung die elektrische Lange der Koppelschlelfen so gewählt, daß zumindest angenähert In der Mitte der Schleifen ein Spannungsknoten auftritt. In radialer und axialer Richtung Ist dann kein E-FeId mehr vorhanden, so daß In diesen Richtungen auch keine TM-Schwingungstypen mehr angeregt werden können.Further development of the invention, the electrical length of the Koppelschlelfen chosen so that at least approximately In a tension knot occurs in the middle of the loops. There is then no longer an E field in the radial and axial directions present, so that there are no TM vibration types in these directions can be stimulated more.

In Flg. 3 ist ein Ausführungsbeisplel des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Koppelsystems Im Zusammenhang mit der beiderseitigen Ankopplung eines dielektrischen Scheibenresonators dargestellt. Die Anordnung Ist Im Inneren einer aus dem Außenleiter 1 und den Zuleitungen 2' und 2" bestehenden Koaxialleitung untergebracht (Flg. 3 a). Mit 3 Ist der scheibenförmige dielektrische Resonator bezeichnet, welcher gegenüber dem Außenleiter 1 durch (In der Figur nicht eingezeichnete) Isclierträger distanziert ist Vorgesehen sind jeweils vier Koppelschlelfen, d. h. eine Schwln|[ungstyp-Unterdrükkung bei einschließlich der dritten Ordnung In azimutaler Richtung. Bei der Ausbildung der Koppelschlelfen wird zunächst die Koaxialleitung möglichst weiieriwider- a standsgetreu In vier parallele Einzelleiter übergeführt. Zu diesem Zweck Ist am Ende des Leiters 2' (und 2") eine scheibenförmige Verdickung 4 angebracht und von dieser der Innenleiter 2' in Form der vier Leiter 5 weitergeführt. Der totale Wellenwiderstand der vier parallelen Leiter gegenüber dem Außenleiter 1 soll zumindest angenähert gleich dem Wellenwiderstand des Innenlclters 2' sein. Die Störung der Scheibe 4 läßt sich In bekannter Weise kompensieren, ζ. Β durch entsprechende Durchmesser-Verminderung de Innenleiters 2' unmittelbar vor der Scheibe 4 (in F ig. 3 a nicht gezeigt). In der Ebene a' ±a". in einem etwas größeren Abstand als A/4 von der Scheibe 4 </. = Betriebswellenlänge), sind die vier Leiter gleichsinnig je zweimal rechtwinklig abgebogen, und zwar derart, dall jeder Leiter die form einer zu einem Inkreis tangential verlaufenden Koppclschlcife erhält und dall jeder Rückieiter etwa in die Mitte /wischen seinem iiinieiier uiiu eiern iiinjeücr der jeweils benachbarten Koppelschieile zu liegen kommt Die vier Rückleiler sind alsdann in der Ebene b rechtwinklig in radialer Richtung abgebogen und schließlich zu einem gemeinsamen Knotenpunkt 6 verbunden, wobei die elektrische Länge zwischen Büuelmiite der Schleifen und Knotenpunkt 6 zumindest angenähert A/4 beträgt. Alle Koppelschleilen sind identisch und über dem Inkreis der Schleifen gleichmäßig verteilt. Der Durchmesser des Inkreises, auf dem die Koppelschieilen liegen, oder genauer der mittlere Schleilenkreis-Durchmesser, entspricht etwa dem Knotenkreis-üurchmesser der !!,-Komponente des ersten höheren radi.ilen 1 L-Schwingungstyps Die acht Schleilenleiier (vier Hin- und vier Rückleiten werden mit Vorteil in eine Dielektrikum 7 gebettet, wodurch ihre Lage genau lixiert und gleichzeitig die mechanische Länge verkürzt wird. Fig. 3b zeigt einen Schnitt in der Ebene a'-?a" in Draufsicht.In Flg. 3 shows an exemplary embodiment of the coupling system proposed according to the invention in connection with the mutual coupling of a dielectric disk resonator. The arrangement is housed inside a coaxial line consisting of the outer conductor 1 and the leads 2 'and 2 "(Fig. 3 a). Isclierträger is distanced Four coupling sockets are provided, ie a swallowing type suppression with and including the third order in the azimuthal direction. When the coupling sockets are formed, the coaxial line is first converted into four parallel single conductors with as much resistance as possible A disc-shaped thickening 4 is attached to the end of the conductor 2 '(and 2 ") and the inner conductor 2' is continued from this in the form of the four conductors 5. The total wave resistance of the four parallel conductors with respect to the outer conductor 1 should be at least approximately equal to the wave resistance of the inner filter 2 '. The disturbance of the disk 4 can be compensated in a known manner, ζ. Β by reducing the diameter of the inner conductor 2 'immediately in front of the disk 4 (not shown in FIG. 3a). In the plane a '± a ". At a slightly greater distance than A / 4 from the disk 4 </. = Operating wavelength), the four conductors are each bent twice at right angles in the same direction, in such a way that each conductor has the shape of a A coupling loop that runs tangentially in a circle and so that each back liner comes to lie approximately in the middle between its two lines and eggs in each of the neighboring coupling lugs.The four back lugs are then bent at right angles in plane b in the radial direction and finally connected to a common node 6 , the electrical length between the center of the loops and node 6 is at least approximately A / 4. All coupling loops are identical and evenly distributed over the inscribed circle of the loops. The diameter of the inscribed circle on which the coupling loops lie, or more precisely the mean loop circle diameter , corresponds roughly to the node circle diameter of the !!, component of the first higher one radi.ilen 1 L oscillation type The eight Schleilenleiier (four outward and four return lines are advantageously embedded in a dielectric 7, which precisely fixes their position and at the same time shortens the mechanical length. Fig. 3b shows a section in the plane a '-? A " in plan view.

Durch den Knotenpunkt 6 wird in die Ebene a'-? a". genauer in die Bügelmitie der Schleifen, ein Kurzschluß transformiert. Die Schleifen haben don sich selbst gegenüber und gegen den Außenleiter 1 kein elektrisches Feld. Das entstehende Magnetfeld ist angenähert toroidförmig. 6^ wie es zur Anregung der TE-Grundwelle erforderlich ist. Die Realisierung der induktiven Ankopplung ohne Notwendigkeit einer galvanischen Verbindung des koaxialen Innenleiters mit dem Außenleiter bietet überdies beachtliche konstruktive und fabrikalorische Voneile.Through the node 6 is in the plane a'-? a ". more accurate transformed into the Bügelmitie of the loops, a short-circuit. The loops have don himself towards and against the outer conductor 1, no electric field. The resulting magnetic field is approximately toroidal shape. 6 ^ as is required to excite the fundamental TE wave. The implementation of the inductive coupling without the need for a galvanic connection of the coaxial inner conductor to the outer conductor also offers considerable structural and factory-related advantages.

Die elektrische Länge der Hinleiter zu den. Schleifenbügeln, d. h. zwischen Scheibe 4 und Ebene a'^a". ist nicht kritisch und kann zwischen 3 A/8 und 5 A/8 variieren. Im Optimalfa.il der A/2-Länge befindet sich das Kopplungssystem in bezug auf allfällige Parallelresonanzen exakt in Antiresonanz.The electrical length of the outward conductor to the. Loop stirrups, ie between disk 4 and plane a '^ a ". Is not critical and can vary between 3 A / 8 and 5 A / 8. The optimal case of the A / 2 length is the coupling system with regard to possible parallel resonances exactly in anti-resonance.

Wie Versuche an verschiedenen dielektrischen Resonatoren gezeigt haben, soll die Zahl der Koppelschleifen pro Koppelelement mindestens vier betragen. Ebenso muß der Kurzschluß In der Mitte der Koppelbügel mindestens angenähert eingehalten werden, so daß praktisch keine radialen und axialen Ε-Komponenten entstehen. Bezüglich der Entkopplung des ersten höheren radialen TE-Schwlngungstyps sind die Bedingungen weniger scharf. In der Regel folgt frequenzmäßig nach der TE-Grundwelle zunächst die TM-Grundwelle, dann drei azimutale Schwingungstypen und erst an sechster Stelle der erste höhere radiale TE-Schwingungstyp. Deshalb ist die Möglichkeit, daß dieser störend ins Gewicht fällt, nur als gering zu veranschlagen. Man kann daher die sich im Hinblick auf eine allfällige Entkopplung dieses Schwlngungstyps ergebenden Gesichtspunkte vielfach außer Ach; '«ssen oder nur wüweisc berücksichtigen, wodurch sich u. U. hersiellungsmäßig gewisse Vorteile ergeben.As tests on various dielectric resonators have shown, the number of coupling loops should be be at least four per coupling element. Likewise, the short circuit in the middle of the coupling bracket must be at least are approximately adhered to, so that practically no radial and axial Ε-components arise. With regard to the decoupling of the first higher radial TE oscillation type, the conditions are less spicy. In terms of frequency, the PD fundamental wave usually follows first the TM fundamental wave, then three azimuthal oscillation types and only in the sixth place the first higher radial TE mode. Therefore the possibility that this is disturbing is only as to estimate low. One can therefore consider a possible decoupling of this type of oscillation resulting points of view often apart from oh; Take into account or only consider what causes there may be certain advantages in terms of production.

Typische Daten eines ausgeführten Koppelelcmentes zur Anregung der TE-Grundwelle eines Rutil-Kugelresonators sind z. B.:Typical data of a coupling element designed to excite the PD fundamental wave of a rutile spherical resonator are z. B .:

Resonanzfrequenz 8 GlI,Resonance frequency 8 GlI,

Kugeldurchmesser 4.0 mmBall diameter 4.0 mm

Lichte Weile der Abschirmung 10 mmClearance of the shielding 10 mm

ZaM der Koppelschleifen 4ZaM the coupling loops 4

Sehiellcnkrels-Durchmesser 5 mmSehiellcnkrels diameter 5 mm

Lichte Weile der Koppelschleifen 1.4 mmClear time of the coupling loops 1.4 mm

Schleifenleiter-Üurchmesser 0.5 mmLoop conductor diameter 0.5 mm

Die Kurzschlüsse in der Mitte der Koppelbügel sind auch für die WelUibsclckiion eines mit solchen Elementen gebildeten Filters von Bedeutung. Bei vorgegebener Bandbreite und Kreiszahl ist die Weilabselektion theoretisch festgelegt. Praktisch sind nun Slöreintlüsse möglich, die die Sperrdämpfung eines Filters um Größenordnungen vermindern können. Eine solche Störung kann z. B. durch den direkten Felddurchgriff zwischen Ein- und Auskopplung durch das Abschirmrohr hindurch uegeben sein. Das Abschirmrohr verhält sich lür solche !■elder, wenn man vom Einfluß der dielektrischen Körper absieht, wie ein unterhalb seiner Grenzfrequenz betriebener Hohlleiter. Nun ist die Längsdämpl'ung im Hohlleiter unterhalb der Grenzfrequenz für Rohrweiten, wie sie hier in Betracht kommen, beim tiefsten TM-Schwingungstyp um mehrere Größenordnungen kleiner als die des tiefsten TE-Schwingungstyps. im Hinblick auf eine optimale Weitabselektion des Filters ist deshalb der Betrieb der Resonatoren im tiefsten TE-Schwingungstyp äußerst vorteilhaft. Dabei muß allerdings auf eine gute Uni /drükkung der TM-Komponenten geachtet werden. Beim im tiefsten TE-Schwingungstyp betriebenen Resonator liegt übrigens die maximal erreichbare Kreisgüte beachtlich höher als beim im TM-Grundschwingungslyp angeregten. The short circuits in the middle of the coupling bracket are also for the WelUibsclckiion one with such elements formed filter of importance. With a given bandwidth and number of circles, the Weilabselection is theoretical set. In practice slöre influences are now possible, which can reduce the blocking attenuation of a filter by orders of magnitude. Such a disorder can z. B. through the direct field penetration between coupling and decoupling through the shielding tube be given. The shielding tube behaves for such ! ■ elder, considering the influence of dielectric bodies disregards how one operated below its cut-off frequency Waveguide. The longitudinal attenuation is now in the waveguide below the limit frequency for pipe widths, as they come into consideration here, for the deepest TM vibration type several orders of magnitude smaller than that of the deepest PD vibration type. in terms of optimal If the filter is far away, it is therefore extremely advantageous to operate the resonators in the deepest TE oscillation type. In doing so, however, care must be taken to ensure that the TM components have a good uni / pressure. At the im By the way, the resonator operated in the deepest PD oscillation type has a considerable maximum achievable circular quality higher than the one excited in the TM fundamental oscillation glyph.

Anordnungen der beschriebenen An werden auch als Schwingungstyp-Transformator bezeichnet. Im vorliegenden Fall handelt es sich um den wechselseitigen Übergang zwischen dem TEM-Schwingungsiyp und dem TE-Grundschwingungstyp.Arrangements of the type described are also referred to as vibration-type transformers. In the present Case it is about the mutual transition between the TEM-Schwingungsiyp and the PD fundamental mode.

Die Erfindung ermöglicht den direkten Übergang von einer Koaxial- oder Streifenleitung auf den TE-Grundschwingungstyp eines isoliert befestigten dielektrischen Resonators. Das System bewirkt zugleich eine Schwingungstyp-Selektion, indem der Nutzresonanz benachbarte Schwingungstypen weitgehend entkoppelt werden.The invention enables the direct transition from a coaxial or strip line to the TE fundamental mode an insulated mounted dielectric resonator. The system also effects a vibration type selection, by largely decoupling the vibration types adjacent to the useful resonance.

Mil dem erfindungsgemüß vorgeschlagenen Koppelsystem lassen sich dielektrische Resonatoren praktisch nebenwellenfrei anregen, ein Vorteil, der für die Herstellung von dieiaktrlschen Filtern von grundsätzlicher Bedeutung ist.With the coupling system proposed according to the invention dielectric resonators can be excited practically free of spurious waves, an advantage for production of the physical filters of fundamental Meaning is.

Es muli noch erwühnt werden, dali das oben beschriebene Entkopplungssyslem bei den TE-Schwlngungstypen IiV löhere Typen nur in radialer und azimutaler Rich-It should also be mentioned that the one described above Decoupling system for the TE oscillation types IiV larger types only in radial and azimuthal directions

lung wirkt. Die gleichzeitige Entkopplung von höheren TE-Schwingungstypcn In axialer Richtung ist prinzipiell nicht möglich. Zur Erzielung eines genügend großen frequenzabstandes dieser Schwingungen gegenüber jener des TE-Grundlyps muß die Abmessung des dielektrischen Körpers In der axialen Richtung entsprechend klein gehalten werden.ment works. The simultaneous decoupling of higher TE oscillation types in the axial direction is in principle not possible. To achieve a sufficiently large frequency spacing these vibrations compared to those of the TE fundamental must be the dimension of the dielectric Body can be kept correspondingly small in the axial direction.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Induktives Kopplungssystem zur selektiven Anregung der TE-Grundwelle in abgeschirmten dielektrischen Resonatoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung der TE-Grundwelle an mehreren Stellen auf der Stirnseite des Resonators, die längs einer Feldlinie des azimutalen Ε-Feldes gleichmäßig verteilt sind, erfolgt, und daß der mittlere Durchmesser des Kreises, auf dem die Koppelschleifen angeordnet sind, zumindest angenähert dem Knotenkreis-Durchmesser der Hr-Komponente der ersten höheren radialen TE-WeIIe entspricht.1. Inductive coupling system for the selective excitation of the TE fundamental wave in shielded dielectric resonators, characterized in that the excitation of the TE fundamental wave takes place at several points on the end face of the resonator, which are evenly distributed along a field line of the azimuthal Ε field, and that the mean diameter of the circle on which the coupling loops are arranged corresponds at least approximately to the nodal circle diameter of the H r component of the first higher radial TE wave. 2. Kopplungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der TM-Schwingungstypen in radialer und axialer Richtung die elektrische Länge der Koppelschleifen so gewählt ist, daß zumindest angenähert in der Mitte der Schleifen ein Spannungsknoten auftritt.2. Coupling system according to claim 1, characterized in that for decoupling the TM vibration types The electrical length of the coupling loops in the radial and axial direction is selected in this way is that a tension node occurs at least approximately in the middle of the loops. 3. Koppfc.>r«ssystern nach Anspruch I oder 2, gekennzeichnet durch eine Koaxiai-Einspeisung.3. Head system according to claim 1 or 2, characterized through a Koaxiai feed. 4. Kupplungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung in Streifentechnik erfolgt.4. Coupling system according to claim 1 or 2, characterized in that the feed in strip technology he follows. 5. Kupplungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, zur beiderseitigen Ankopplung eines dielektrischen Scheibenresonators, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung im Inneren einer Koaxialleitung untergebracht ist. die aus einem Außenleiter (1, JO Fig. 3) und zwei dazu koaxialen, als Zuleitungen dienenden Innei^itern (2', 2") besteht, daß der scheibenförmige dielektrische Resonator (3) ebenfalls koaxial zum Außenleiter (1) und den Innenleitern (2', 2") liegt, deren jeder an einer -Resonator-Stirnfläche angekoppeil ist, daß der Resonator (3) gegenüber dem Außenleiter (1) durch isolierende Träger distanziert ist, daß an den dem Resonator zugewandten Enden der Innenleitcr(2'. 2") scheibenförmige Verdickungen (4) angebracht sind, von welchen aus die Innenleiter in Richtung des Resonators (3) in Form von vier Leitern (5) weitergeführt werden, die die Koppelschleifen bilden, daß der totale Wellenwiderstand der vier parallelen Leiter (5) gegenüber dem Außenleiter (1) zumindest näherungsweise gleich dem Wellenwiderstand des Innenleiiers (2'. 2") ist. daß in einem Abstand von der scheibenförmigen Verdickung (4), der etwas größer isi als ein Viertel der Betriebswellenlänge λ, die vier Leiter (5) gleichsinnig je zweimal rechtwinklig derart abgebogen sind, daß jeder Leiter die Form einer /u einem Inkreis tangential verlaufenden bügelartigen Koppelschleiie ehält, und daß jeder Rückleiter etwa5. Coupling system according to one of claims 1 to 4, for the mutual coupling of a dielectric Disc resonator, characterized in that the arrangement is inside a coaxial line is housed. the one from an outer conductor (1, JO Fig. 3) and two coaxial thereto, serving as feed lines Innei ^ itern (2 ', 2 ") consists that the disc-shaped dielectric resonator (3) also coaxial to the outer conductor (1) and the inner conductors (2 ', 2 "), each of which is located on a resonator face It is connected to the fact that the resonator (3) is spaced from the outer conductor (1) by insulating supports is that at the ends of the inner conductor facing the resonator (2 '. 2 "), disc-shaped thickenings (4) are attached from which the inner conductor in the direction of the resonator (3) in the form of four conductors (5) which form the coupling loops form that the total wave resistance of the four parallel Conductor (5) with respect to the outer conductor (1) is at least approximately equal to the wave resistance of the inner vein (2 '. 2 ") is. that at a distance of the disc-shaped thickening (4), which is slightly larger than a quarter of the operating wavelength λ, the four conductors (5) are bent in the same direction twice at right angles so that each conductor has the shape of a / u an incircle tangentially extending bow-like coupling loop e, and that each return conductor approximately in die Mitte /wischen seinem Hinleiter und dem Hinleiter der jeweils benachbarten Koppelschleife zu liegen kommt, und daß die vier Rückleilcr in einer Ebene (b). deren Abstand von der Bügelebcnc (a) zumindest angeniiheri /./4 beträgt, rechtwinklig in radialer Richtung abgebogen und zu einem gemeinsamen Knotenpunkt (6) verbunden sind.in the middle / between its outward conductor and the outward conductor of the respective adjacent coupling loop comes to lie, and that the four return lines in one plane (b). whose distance from the bracket (a) is at least approximately /./4, bent at right angles in the radial direction and connected to a common node (6). 6. Kopplungssystem nach Anspruch 5. dadurch »° gekennzeichnet, daß die Hin- und Rückleiier der Schleifenleitcr (5) auf jeder Seile des Scheibcnrcsonators (3) in ein Dielektrikum (7) gebettet sind.6. Coupling system according to claim 5, characterized »° characterized in that the back and forth the Loop conductor (5) on each cable of the disc transducer (3) are embedded in a dielectric (7).
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