DE2410396A1

DE2410396A1 - Oberwellenfilter fuer den mikrowellenbereich mit abwechselnd aufeinanderfolgenden t-gliedern fuer die e- und h-ebene

Info

Publication number: DE2410396A1
Application number: DE2410396A
Authority: DE
Inventors: Hans Jacob Mohr
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1974-09-12
Also published as: GB1426406A; FR2220886A1; US3805193A; JPS5727601B2; CA998447A; IT1007413B; FR2220886B1; JPS5042770A; AU477006B2; DE2410396C2; AU6585774A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. CLAUS REINLÄNDER DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT

D-8 München 60 · Orthstraße 12 · Telefon 832024/5

Telex 5212744 · Telegramme Interpatent i. ^-

; ■ V1 P37OD

Värian Associates, Palo Alto, GaI., USA

Oberwellenfilter für den Mikrowellenbereich mit abwechselnd aufeinanderfolgenden T-Gliedern für dio E- und H-Ebenc

Priorität: USA 5. März 1973 - Ser.No.33^-,972

Kurzauszug

Eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden T-Gliedern, jeweils für die E- und Η-Ebene abwechselnd, lassen die Grundwelle des zugeführten Mikrowellensignales durch, während die Harmonischen de;? Grundwelle stark gedämpft werden. Jedes der Glieder besteht aus einem Eingangszxfeig, der auf die Welle abgestimmt ist, einem Ausgangszweig, der rechtwinklig zum Eingangszweig angeordnet ist, und einem weiteren Zweig, der den Eingaiigszi^eig fortsetzt. Der letztgenannte Zweig enthält parallele Wellenleiter, die eine wesentliche Ausbreitung der Harmonischen gestatten. Am Ende jedes dieser parallelen Wellenleiter ist ein Mikrowellenabsorber vorgesehen, um die Harmonischen weitgehend zu dämpfen.

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Oberwellenfilternetzwerke für den Mikrowellenbereich und im einzelnen ein Oberwellenfilternetzwerk, bei dem abwechselnd für die E- und H-Ebene aufeinanderfolgende T-Glieder vorgesehen sind.

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Hintergrund der Erfindung

Aus Mikrowellenquellen stammende elektromagnetische Wellen bestehen aus einer Grundschwingung und üblicherweise einer oder mehreren höheren Harmonischen. Um eine Interferenz mit den Mikrowellensignalen im Bereich oberhalb der Grundwelle zu vermeiden, ist es notwendig, die Harmonischen vor der Übertragung der I-iikrowellenenergie zu beseitigen. Eine bekannte Anordnung zur weitgehenden Eliminierung oder Unterdrückung von Harmonischen in der Mikrowellenenergie, wobei die Grundwelle ohne wesentliche Verluste hindurchgelassen wird, stellt eine Anordnung dar, die als Wanderverlustfilter bekannt ist. Wanderverlustfilter erfordern jedoch ein erhebliches Volumen und führen, um die gewünschte Dämpfung der Harmonischen zu erreichen, auch eine wesentliche Dämpfung der Grundwelle herbei.

Un die Schwierigkeiten zu beseitigen, die mit dem Gebrauch von Wanderverlustfiltern zur Dämpfung der Harmonischen bei Mikrowellen verbunden sind, wurde versucht, eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden T-Gliedeni für die E- oder Η-Ebene zu benutzen, bei denen jedes so gestaltet ist, dass die Grundwelle ohne Dämpfung durchgelassen wird, während die Harmonischen wesentlich gedämpft v/erden. Eine derartige Anordnung umfasst einen Eingangszweig, einen Ausgangsζweig, der rechtwinklig zum Eingangszweig angeordnet ist, und einen weiteren Zweig als Fortsetzung des Eingangszweiges. Dieser weitere Zweig umfasst ein Faar von parallelen Wellenleitern, deren Grenzfrequenz oberhalb der Grundwelle, aber unterhalb der Frequenzen der Harmonischen liegt. Auf diese "eise wird die Grundwelle vom Eingangszweig entnommen und dem Ausgangszweig zugeführt, während die Harmonischen sich in den parallelen Wellenleitern des zusätzlichen Zweiges ausbreiten. An den Enden der parallelen Wellenleiter sind Mikrowellenabsorber vorgesehen, um die Energie der Harmonischen zu absorbieren und eine Reflexion zurück in Richtung der Eingangs- und Ausgangszweige zu verhindern.

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Beim Hintereinanderschalten einer Anzahl von T-Gliedern zur Oberwellendämpfung für die Ε-Ebene dieser Art und einer Anzahl von derartigen T-Gliedern für die Η-Ebene wurde gefunden, dass die DämpfungsCharakteristiken der Sperrbereiche für die Harmonischen sich nicht addieren, wie dies normalerweise zu erwarten wäre. Bei 10 db Dämpfung in jedem T-Glied und Hintereinanderschaltung von drei derartigen Gliedern wären an sich 50 db Dämpfung im Sperrband zu erwarten gewesen. Versuche haben jedoch ergeben, dass die Dämpfung im Sperrband wesentlich geringer ist, und dass bei dem vorgegebenen Beispiel die Dämpfung etwa 20 db betragen kann. Offensichtlich erfolgt eine Dämpfungsverminderung im Sperrband für die Harmonischen dadurch, dass bei der Filteranordnung mit parallelen Wellenleitern im zusätzlichen Zweig Änderungen des Schwingungstyps auftreten. Die Harmonischen werden offensichtlich in der Filteranordnung in einen Schwingungstyp umgewandelt, der sich im Ausgangszweig des nächsten folgenden T-Gliedes fortpflanzt. Da eine verhältnismässig kurze Entfernung zwischen benachbarten T-Gliedern vorliegt, tritt eine erhebliche "Übertragung von Harmonischen mit verändertem Schwingungstyp auf, und die theoretisch erreichbare Dämpfung für die Harmonischen ist nicht gewährleistet.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Gemäss der vorliegenden Erfindung sind T-Glieder für die E- und Η-Ebene zur Dämpfung von Harmonischen an sich bekannter Ausbildung derart hintereinandergeschaltet, dass abwechselnd T-Glieder für die Ε-Ebene und die Η-Ebene aufeinanderfolgen. Diese Schaltungsweise ist von der oben betrachteten Ausführung unterschiedlich, da bei der bekannten Ausführung alle Oberwellenfilter entweder aus T-Gliedern für' die Ε-Ebene oder alle aus T-Gliedern für die Η-Ebene bestehen. Da die T-Glieder für die Ε-Ebene und Η-Ebene zwangsläufig eine Umwandlung des Schwingungstyps bewirken, verhindert ein abwechselndes Hintereinanderschalten von T-Gliedern für die Ε-Ebene und die Η-Ebene eine Ausbreitung des umgewandelten Wellentyps bei den Harmonischen durch die Filter-

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anordnung. Die Ausbreitung von Oberwellen eines umgewandelten Typs v/ird weitgehend unterdrückt, da ein Filterzweig für die Ε-Ebene im allgemeinen eine grössere Dämpfung der Harmonischen zeigt, wenn im TEq^Modus gemessen wird, während ein Filterglied für die Η-Ebene allgemein eine grössere Dämpfung der Harmonischen zeigt, wenn im ES„ ,,Modus gemessen wird.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Oberwellenfilter für Mikrowellen zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Oberwellenfilter für Mikrowellen zu schaffen, das verhältnismässig wenig Volumen erfordert und keine nennenswerte Dämpfung der Grundwellenanteile besitzt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Oberwellenfilter für Mikrowellen zu schaffen, bei der;, eine Vielzahl von T-Filtergliedern für die Oberwellen derart hintereinandergeschaltet sind, dass die Dämpfungscharakteristiken der hintereinandergeschalteten Filter im wesentlichen sich hinsichtlich ihrer in db zu messenden Werte addieren.

Eine v/eitere mit der Erfindung gelöste Aufgabe besteht darin, ein Oberwellenfilter für Mikrowellen zu schaffen, bei dem eine Vielzahl von T-Filtergliedern für die Oberwellen derart hintereinandergeschaltet sind, dass Wellentypuinwandlung bei den Harmonischen innerhalb der Filteranordnung sich nicht als wesentliche Übertragung von Oberwellenenergie auf den. Filterausgang auswirkt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vielzahl von T-Filtergliedern abwechselnd für die Ε-Ebene und die H-Ebene hintereinanderzusehalten, derart, dass Schwingungsart und Polarisierung der Wellen am Ein- und Ausgang gleich sind.

Diese und v/eitere Aufgaben v/erden durch die Erfindung gelöst, die nachstellend anhand der Zeichnungen im einzelnen beispielsweise beschrieben ist.

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KurzbeSchreibung der Zeichnungen

irig.1 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der jeweils ein Oberwellenfilter für die Η-Ebene, für die Ε-Ebene und wieder die H-Sbene hintereinandergeschaltet sind.

Die Fig.2 bis 5 stellen verschiedene Ansichten von Ooerwelleafiltern gemäss der Erfindung dar, bei der sechs T-Glieder air. Oberwellendänipfungsfilter für die Z- und die IT-Ebene hintereinander ge schaltet sind, sodass die Schwingungsart und Polarisation jeweils für die Ein- und Ausgangssignale gleich sind.

Nähere Beschreibung anhand der Zeichnungen

In Fig. 1 der Zeichnungen sind drei hintereinandergeschaitete T-Glieder 11 - 13 als Oberwellenfilter dargestellt. Aüwechocl:.:" sind die T-Glieder jeweils vom Typ "K-Ebene" und ¹¹E-EL ene", ;:obei die Glieder 11 und 13 für die Η-Ebene sind, während drs Glied 12, das zwischen den Gliedern 11 und 13 angeordnet ist, ein T-Glied für die Ε-Ebene darstellt. Jedes der T-Glieder 11 bis 13 besteht aus einem Eingangsζweig, einem Ausgangszweig, der sich im rechten Winkel gegenüber dem Eingangszweig erstreck und aus einem v/eiteren Oberwellenfilterzweig, der Mittel sr.i/; v-; hindern einer nennenswerten Ausbreitung der Kikrowellenenergie in diesem enthält, und ferner eine erhebliche Unterdrückung des Harmonischen der Grundwelle gestattet. Die Zweige der Glie< 11 bis 13 sind wie folgt mit Bezugszeichen versehen:

Tabelle

Glied	Eingangszweig	Ausgangszweig	Filtersweig
11		18	21
12	16	19	22
13	V	20	23

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Der Eingang s ζ we ig 15 spricht auf ein Kikrowellensignal an, das aus einer Grundwelle und einer oder mehreren Harmonischen besteht. Die drei aufeinanderfolgenden Filterabschnitte lassen die Grundwelle ohne wesentliche Dämpfung durch. Sie unterdrükken aber die Harmonischen derart, ds.ss die Oberwellendämpfung für alle drei Abschnitte im wesentlichen der Summe der Dämpfungen in jedem Abschnitt entspricht. Die Ausgangs zweige 15 und 1°; der T'-Glieder 11 und 12 sind direkt gekoppelt, bzw. bilden irr. wesentlichen jeweils die Eingangszweige 16 und 17 der T-Glieaer 12 und 13.

Im einzelnen besteht das IP-Glied 11 aus einem Eingangszweig 15 mit einem rechteckigen Wellenleiter, in den das Kikrowelleneir;-gangssignal im TE.pI-Iodus eingeführt wird, wobei der elektrisch ]?eldvektor E in Richtung zwischen den horizontal sich erstreckenden parallelen langen Wänden 26 und 27 des Wellenleiters weist.

Der Filterzweig 21 des T-Gliedes 11, der Mittel zum Verhindern der Ausbreitung der Grundwelle und Hittel zum Unterdrücken der Oberwellen enthält, besteht-aus einem Wellenleiterelement mit äusseren senkrechten und waagrechte!! Wänden, die in einer gemeinsamen Ebene und parallel mit entsprechenden Wänden der Wellenleiter des Zv/eiges 15 sind. Der Zweig 21 besteht aus einem Paar von parallelen rechtwinklig gebildeten Wellenleitern 29 und JC, die durch eine gegebenenfalls durchlöcherte Metallwand 32 (Septum) gebildet sind, die sich in Längsrichtung des Zv/eiges 21 derart erstreckt, dass die Querschnittsflächen der Wellenleiter 29 und 30 gleich sind. Das Septum 52 erstreckt sich'vorn rechten Ende des Zweiges 21 her (wie in Pig.1 dargestellt) zwischen den horizontal verlaufenden Aussenwänden des Zweiges 21 und berührt diese. In vertikaler Ausdehnung besitzt es einen linken Rand, der etwa mit dem Zentrum des Ausgangszweiges 18 des T-Gliedes 11 bis zu einem Punkt zusammenfällt, der etwa in Verlängerung des rechten Randes des einen rechtwinkeligen Wellenleiter bildenden Zv/eiges 18 zusammenfällt. Die Wellenleiter 29 und 30 sind derart dimensioniert, dass deren Grenzfrequenz höher als die Frequenz der Grundwelle des Mikrowellensignals liegt, das dem Ein-

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gangszweig 15 zugeleitet wird, aber niedriger als die Harmonische der Grundwelle ist. Auf diese Weise tritt die Grundwelle nicht in den Zweig 21 ein, während die Harmonischen nicht an der Ausbreitung in den Wellenleitern 29 und 30 gehindert sind. Die Harmonischen werden weitgehend in den Wellenleitern 29 u:ic. 30 gedämpft, da die Wellenleiter mit pyramidenförmigen Absorbern 33 an ihren Enden versehen sine.. Die Absorber 33 können ■:.,·_-..:. irgendeinem passenden, an- sich bekannten Material bestehen, z.l > einem verlustbehafteten dielektrischen Material oder einem I;ctcrial, das beispielsweise unter dem Namen Ironilex bekannt ist. Die Absorber 33 wirken als eine Wellenfalle in Verbindung n:.t den Wänden der Wellenleiter 29 und 30 unter Vermeidung weseivclocher Reflexion der Energie der Harmonischen, die in den Zwe:.r; V' eindringen. Es gibt jedoch eine geringe Reflexion der ü-r.er-g:"-c der Harmonischen an das Ende des metallischen Septumc 32 zur-üel. von wo aus die Energie in den Ausgangszweig 18 des d'-Gliedcc 1'. für die H-Ebene zurückgestrahlt wird. Die Energie der : "..rr.:o::ischen wird in den Ausgangszweig 18 in einem solchen Wellonr;oc;:..:. zurückgestrahlt, dass sie sich jedoch nicht in Ausgsr-gszweig 'S. des T-Gliedes 12 für die Ε-Ebene frei ausbreiten.

Der Ausgangs ζ we ig 18 des ΐ-Gliedes 11 für die Ε-Ebene, der '2-j.s,-gangszweig 16 des ^-Gliedes 12 für die Ε-Ebene und der Ob e rue I.-lenfilterzweig 22 des Gliedes 12 bestehen aus dem gleicher. r-^c'.v..-winkligen Wellenleiter 38, dessen Längsachse rechtwinklig rra cc?.::· Längsachse des Wellenleiters angeordnet ist, der die Zweige I·? und 21 bildet. Die sich horizontal erstreckenden Wänöe 39 unc -.-C des Wellenleiters 38 sind jeweils in parallelen Ebenen zu ö.eii sich horizontal erstreckenden Wänden 26 und 27 des Wellenleiters angeordnet, der aus den Zweigen 15 und 21 besteht, während die vertikal verlaufenden Wände 41 und 42 des Wellenleiters 28 unter rechten Winkeln gegenüber den vertikalen Wänden des Wellenleiters verlaufen, der die Zweige 15 und 21 bildet.

Die Unterdrückung der Oberwellenenergie wird ferner durch das T-Glied 12 für die Ε-Ebene mittels eines v/eiteren Paares von

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rechtwinkligen Wellenleitern 43 und 44 bewirkt, die durch ein ■ Septum 45 in ähnlicher Weise wie bei den Wellenleitern 29 und 30 im Zweig 21 des T-Gliedes 11 für die Η-Ebene gebildet sind. Die Mikrowellenabsorber 45asind an den Enden der Weilenleiter 43 und 44 angebracht, wie es oben mit Bezug auf die Absorber 33 beschrieben ist. Das Septum 45 erstreckt sich von den Enden der Wellenleiter 43 und 44 zu seinem äusseren Rand, der etwa mit der Achse des Wellenleiters zusammenfällt, der aus dem Ausgangsζweig 19 des T-Gliedes 12 für die Ε-Ebene besteht. Der äussere Rand des Septums 45 läuft in eine schräge Kante aus, die sich von der oberen Fläche des Wellenleiters 38 von einem Punkt etwa in der Verlängerung der linken Wand des Ausgangszweiges 19 nach unten zu einem Punkt erstreckt, der etwa in der Verlängerung mit der rechten Fläche des Zweiges 19 liegt. Während die Energie der Grundwelle sich durch die Anordnung im TE^Modus ausbreitet,können die Harmonischen in ihrem Modus durch Hindernisse in den Filtern umgewandelt v/erden, z.B. die Septen und Absorber, die mit den T-Gliedern 11 bis 13 verbunden sind. Auf diese V/eise gibt es etwas Wellenausbreitung irn TE^Modus im Wellenleiter Der TE^Modus der Harmonischen im Wellenleiter 38 wird gedoch nicht leicht durch das T-Glied 12 zum Ausgangszweig 19 übertragen, sondern wird eher in den Filterzweig 22 eingekoppelt, wodurch eine verstärkte Unterdrückung der Oberwellen entsteht.

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Nachdem der Aufbau des T-Gliedes 13 im wesentlichen identisch mit der Konstruktion des T-Gliedes 11 ist, kann dessen v/eitere Beschreibung entfallen.

In den Figuren 2, 3 und 4 sind Ansichten von oben, von der Seite und von vorn einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der sechs in Reihe geschaltete, abwechselnd für die H-Ebene und Ε-Ebene bestimmte !-Glieder 51 und 56 vorgesehen sind. Die T-Glieder 5I? 53 und 55 für die Η-Ebene sind entsprechend in Aufsicht in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt, während die T-Glie-· der 52, 54 und 56 für die Ε-Ebene jeweils in Aufsicht in den Figuren 4, 2 und 3 gezeigt sind. Jedes der Filterglieder für die

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H- und Ε-Ebene ist identisch, mit den Gliedern für die II- und E-Ebene, die in Fig.'i dargestellt sind, und bestellt aus einem Eingangszweig, einem Ausgangs zweig, der rechtwinklig zum Eingangszweig angeordnet ist, und einem Unterdrückungszweig für die Oberwellen, der eine Ausbreitung der Energie der Grundwelle nicht anlässt und Mittel zum Unterdrücken der Harmonischen eier Gruno.v:o3.1c enthält. Bei der Anordnung mit sechs Zweigen genäss den Figuren S bis 4- ist die Polarisation der Grundwelle am Eingangssweig c.es letzten Gliedes 56 für die Ε-Ebene identisch mit der Polarisation der Grundwelle, die dem Eingangszweig des ersten Kopplers 51 ;ic:-? die Η-Ebene zugeführt wurde, und die Ein- und Atisgangawcllenieiter liegen in einer Linie hintereinander.

Wenn auch oben verschiedene Ausfülirungsformen der Erfindung ε:ι-hand der Figuren beschrieben sind, so sind v/eitere A'nderunge/j bei", den Ausführuiigsforaen möglich, ohne von der Erfindung abauv:eiel"·..'■".. die in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

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Claims

Patentansprüche

MyAIs Oberwellenfilter ausgebildetes Mikrowellennetzwerk, - dadurch, gekennzeichnet, dass abwechselnd aufeinanderfolgende T-Glieder für die Ε-Ebene .und Η-Ebene vorgesehen sind, von denen einem das Signal zugeführt wird, und dass jedes der Glieder einen auf die Signalenergie abgestimmten Eingangszweig, einen Ausgangs zwei 3, der auf die Signalenergie im Eingangszweig abgestimmt ist und rechtwinklig zum Eingangszweig angeordnet ist, sowie einen Zweig aur Oberwellenunterdrückung enthält, der eine Fortsetzung des Eingangszweiges bildet, und dass Mittel zum Vermeiden einer wesentlichen Ausbreitung der Grundwelle in diesem sowie Mittel zur weitgehenden Unterdrückung der Oberwellen vorgesehen sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass c.ie Kittel zur Verhinderung einer nennenswerten Ausbreitung der Gz-'cs.C welle aus parallelen Wellenleitern in Filterzweig bestehen, vordenen jeder- eine Grensfrequens besitzt, die grosser als die Frequenz der Grundwelle, aber niedriger als die Frequenz der au ~j::.-■nerdrückenden Harmonischen ist.
3. Anordnung nach AnSpI¹UCh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, ο;:.ε.. Kittel zur weitgehenden Unterdrückung der Harmonischen aus Mil:i·^- weilenabsorbern an den Enden der parallelen Wellenleitern bestehen.
4-. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Wellenleiter durch ein metallische-. Septum gebildet werden, das sich in Längsrichtung im I^r"ortsetsunj;c sv/eig des Eingangs ζ we ige s erstreckt, und dass das Septum zv.iscl"-.: parallelen Wänden angeordnet ist, in deren Sichtung der elektrische Feldvektor der Harmonischen verläuft.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Septum jeweils in den Gliedern für die Ij-2"j~ ne in Längsrichtung in einer Schräge ausläuft.

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6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, Cr.-.:. die Absorber jeweils pyramidenförmig ausgebildet sind.
7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekeivr.--zeichnet, dass sechs Glieder hiiitareincndergeschc.ltet ein-:., v.. dass diese sechs Koppler besitzen, derart, dass die I-olnric; t.V.v der Grundwelle, die am Ausgangszweig des letzten Iiopplo:?G o:^'-\lten v/i-rd, der Polarisation der Grundwelle entspricht, cie ce:v. Eingangszweig des ersten Kopplers zugeführt wire.
S. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dacurch gekennzeichnet, dass die Grundweile sich durch des ]?ilternetr,v/erV: :.... 'TE^^Modus ausbreitet, und die Jilterzweine Mittel sum Zr.de:?:.: ..r; Modus der Harmonischen der Grundwelle enthalten.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekc: .-zeichnet, dass der Eingangssweig des ersten Gliedes ur.c. c.cr .λ gangszweig des sechsten Gliedes gleichachsig hintereinander ,..:-_- geordnet sind.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9-, dadurch ~ekc .:.· zeichnet, dass die Grundv;elle sich durch das Netzwerk in Tk_v , ■,-due.ausbreitet, und Piiterzweige Mittel zum Umwandeln des Movv. der Harmonischen der Grundv;elle enthalten.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gc".....: ■:- zeichnet, dass jeder der Zweige aus einem rechtwinkligen UeIIe-leiter gebildet wird, und dass die Ein- und Ausgangszweige Vcnachbarte.rGlieder durch Wellenleiter gebildet sind, deren V,^T£:vI.e gleichachsig ineinander übergehen.

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