DE2410396C2

DE2410396C2 - Oberwellenfilter für Mikrowellen

Info

Publication number: DE2410396C2
Application number: DE2410396A
Authority: DE
Inventors: Hans Jacob Mountain View Calif. Mohr
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1985-10-03
Also published as: AU6585774A; JPS5042770A; IT1007413B; CA998447A; FR2220886A1; FR2220886B1; DE2410396A1; US3805193A; AU477006B2; GB1426406A; JPS5727601B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberwellenfilter für Mikrowellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Oberwellenfilter ist bekannt (DE-AS 40 568).

In vielen Fällen reicht die mit einem derartigen Oberwellenfilter erzielbare Dämpfung der Oberwellen nicht aus.

Es ist ferner bekannt, mehrere Oberwellenfilter vom Typ »Magic T« hintereinanderzuschalten oder in Tandem anzuordnen, wobei die einzelnen zusammengeschalteten Oberwellenfilter unterschiedliche Frequenzen betreffen (US-PS 26 39 326; GB-PS 6 64 668).

Werden nun zur Erhöhung de.- Dämpfung bei ein und derselben Frequenz mehrere gleichartige Oberwellenfilter der eingangs genannten Art hintereinandergeschaltet, so ist festzustellen, daß sich die Dämpfungen für die Oberwellen nicht addieren, wie das normalerweise zu erwarten wäre. Beispielsweise bei 1OdB Dämpfung pro T-Glied und Hintereinanderschaltung von drei derartigen Gliedern wären an sich 30 dB Dämpfung zu erwarten. Versuche haben jedoch ergeben, daß die Dämpfung wesentlich geringer ist und daß in diesem Beispiel die Dämpfung etwa 20 dB betragen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Oberwellenfilter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ohne Erhöhung der Dämpfung der Grundwelle eine verbesserte Dämpfung der Oberwellen erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst

Bei dieser Lösung wird von der Überlegung ausgegangen, daß bei Filteranordnungen mit parallelen Wellenleitern Änderungen des Schwingungstyps auftreten können. Die Oberwellen werden dann im Oberwellenfilter selbst in einen Modus umgewandelt, der sich im Ausgangszweig des nächst folgenden T-Gliedes fortpflanzt Da eine verhältnismäßig kurze Entfernung zwischen benachbarten T-Gliedern vorliegt, tritt eine erhebliche Übertragung von Oberwellen mit verändertem Modus auf, und die theoretisch erreichbare Dämpfung für die Oberwellen ist nicht gewährleistet.

Wird dagegen der Aufbau gemäß der Erfindung gewählt, so wird es den zu unterdrückenden Oberwellen besonders leicht gemacht, in den Filterzweig weiterzulaufen, wo sie gedämpft werden; da die Tendenz einer elektromagnetischen Welle, geradeaus zu laufen, um so stärker ist, je kurzer die Wellenlänge ist, ist diese Tendenz bei den Oberwellen naturgemäß stärker ausgeprägt als bei der längerwelligen Grundwelle. Restliche Oberwellen, die trotzdem in den Ausgangszweig gelangen, würden bei der beim Stand der Technik üblichen Anordnung gleichartiger Gabelungen vergleichsweise gut auch diese passieren können, genau das wird aber bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch verhindert, daß jeweils einer Gabelung eine andersartige folgt, so daß die Ausbreitung noch weiter vermindert wird.

Spezielle Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

F i g. 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 Η-Ebene hintereinandergeschaltet sind.

Die F i g. 2 bis 4 stellen verschiedene Ansichten von Oberwellenfiltern gemäß der Erfindung dar, bei der sechs T-Glieder als Oberwellendämpfungsfilter für die E- und die Η-Ebene hintereinandergeschaltet sind, so daß die Schwingungsart und Polarisation jeweils für die Ein- und Ausgangssignale gleich sind.

Nähere Beschreibung anhand der Zeichnungen

In F i g. 1 der Zeichnungen sind drei hintereinandergeschaltete T-Glieder 11 — 13 als Oberwellenfilter dar-

gestellt Abwechselnd sind die T-Glieder jeweils vom Typ »Η-Ebene« und »E-Ebene«, wobei die Glieder 11 und 13 für die Η-Ebene sind, während das Glied 12, das zwischen den diadem 11 und 13 angeordnet ist, ein T-Glied für die E-Ebene darstellt Jedes der T-Glieder 1 5 bis 13 besteht aus einem Eingangszweig, einem Ausgangszweig, der sich im rechten Winkel gegenüber dem Eingangszweig erstreckt, und aus einem weiteren Oberwellenfilterzweig, der Mittel zum verhindern einer nennenswerten Ausbreitung der Mikrowellenenergie in diesem entnält und ferner eine erhebliche Unterdrükkung der Harmonischen der Grundwelle gestattet Die Zweige der Glieder 11 bis 13 sind wie folgt mit Bezugszeichen versehen:

Tabelle

Eingangszweig Ausgangszweig Filterzweig

15

20

15
16
17

18
19
20

21
22
23

Der Eingangszweig 15 spricht auf ein Mikrowellensignal an, das aus einer Grundwelle und einer oder mehreren Harmonischen besteht Die drei aufeinanderfolgenden Filterabschnitte lassen die Grundwelle ohne wesentliche Dämpfung durch. Die unterdrücken aber die Harmonischen derart, daß die Oberwellendämpfung für alle drei Abschnitte im wesentlichen der Summe der Dämpfungen in jedem Abschnitt entspricht Die Ausgangszweige 18 und 19 der T-Glieder 11 und 12 sind direkt gekoppelt, bzw. bilden im wesentlichen jeweils die Eingangszweige 16 und 17 der T-Glieder 12 und 13.

Im einzelnen besteht das T-Glied 11 aus einem Eingangszweig 15 mit einem rechteckigen Wellenleiter, in den das Mikrowelleneingangssignal imTE10-Modus eingeführt wird, wobei der elektrische Feldvektor £ 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 Mittel zum Unterdrücken der Oberwellen enthält, besteht aus einem Wellenleiterelement mit äußeren senkrechten und waagerechten Wänden, die in einer gemeinsamen Ebene und parallel mit entsprechenden Wänden der Wellenleiter des Zweiges 15 sind. Der Zweig 21 besteht aus einem Paar von parallelen, rechtwinklig ausgebildeten Wellenleitern 29 und 30, die durch eine gegebenenfalls durchlöcherte Metallwand 32 (Septum) gebildet sind, die sich in Längsrichtung des Zweiges 21 derart erstreckt, daß die Querschnittsflächen der Wellenleiter 29 und 30 gleich sind. Das Septum 32 erstreckt sich vom rechten Ende des Zweiges 21 her (wie in F i g. 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 Zweiges 18 zusammenfällt. Die Wellenleiter 29 und 30 sind derart dimensioniert, daß deren Grenzfrequenz höher als die Frequenz der Grundwelle des Mikrowellensignals liegt, das dem Eingangszweig 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 und 30 gedämpft, da die Wellenleiter mit pyramidenförmigen Absorbern 33 an ihren Enden versehen sind. Die Absorber 33 können aus irgendeinem passenden, an sich bekannten Material bestehen, z. B. einem verlustbehafteten dielektrischen Material oder einem Material, das beispielsweise unter dem Namen Ironflex bekannt ist Die Absorber 33 wirken als eine Wellenfalle in Verbindung mit den Wänden der Wellenleiter 29 und 30 unter Vermeidung wesentlicher Reflexion der Energie der Harmonischen, die in den Zweig eindringen. Es gibt jedoch eine geringe Reflexion der Energie der Harmonischen an das Ende des metallischen Septums 32 zurück von wo aus die Energie in den Ausgangszweig 18 des T-Gliedes

11 für die Η-Ebene zurückgestrahlt wird. Die Energie der Harmonischen wird in den Ausgangszweig 18 in einem solchen Wellenmodus zurückgestrahlt, daß sie sich jedoch nicht in Ausgangszweig 19 des T-Gliedes 12 für die Ε-Ebene frei ausbreiten.

Der Ausgangszweig 18 des T-Gliedes 11 für die Η-Ebene, der Eingangszweig 16 des T-Gliedes 12 für die Ε-Ebene und der Oberwellenfilterzweig 22 des Gliedes

12 bestehen aus dem gleichen rechtwinkeligen Wellenleiter 38, dessen Längsachse rechtwinklig zu der Längsachse des Wellenleiters angeordnet ist, der die Zweige 15 und 21 bildet Die sich horizontal erstreckenden Wände 39 und 40 des Wellenleiters. 38 sind jeweils in parallelen Ebenen zu den 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 weiteren Paares von 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-H-Ebene gebildet sind. Die Mikrowellenabsorber 45a sind an den Enden der Wellenleiter 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 Ausgangszweig 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 Hegt. Während die Energie der Grundwelle sich durch die Anordnung im TEio-Modus ausbreitet, können die Harmonischen in ihrem Modus durch Hindernisse in den Filtern umgewandelt werden, z. B. die Septer. und Absorber, die mit den T-Gliedern 11 bis 13 verbunden sind. Auf diese Weise gibt es etwa Wellenausbreitung im TEoi-Modus im Wellenleiter 38. Der TEoi-Modus der Harmonischen im Wellenleiter 38 wird jedoch 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.

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

In den F i g. 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 Η-Ebene und Ε-Ebene bestimmte T-Glieder 51 und 56 vorgesehen sind. Die T-Glieder 51, 53 und 55 für die Η-Ebene sind entsprechend in Aufsicht in den F i g. 2,3 und 4 dargestellt, während die T-Glieder 52, 54 und 56 für die Ε-Ebene jeweils in Aufsicht in den F i g. 4, 2 und 3 gezeigt sind. Jedes der Filterglieder für die H- und Ε-Ebene ist identisch mit den Gliedern für die H- und Ε-Ebene, die in F i g. 1 dargestellt sind, und besteht aus einem Eingangszweig, einem Ausgangszweig, der rechtwinklig zum Eingangszweig angeordnet ist, und einem Unterdrückungszweig für die Oberwellen, der eine Ausbreitung der Energie der Grundwelle nicht zuläßt und Mittel zum Unterdrücken der Harmonischen der Grundwelle enthält. Bei der Anordnung mit sechs Zweigen gemäß den F i g. 2 bis 4 ist die Polarisation der Grundwelle am Eingangszweig des letzten Gliedes 56 für die Ε-Ebene identisch mit der Polarisation der Grundwelle, die dem Eingangszweig des ersten Kopplers 51 für die Η-Ebene zugeführt wurde, und die Ein- und Ausgangswellenleiter liegen in einer Linie hintereinander.

Wenn auch oben verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren beschrieben sind, so sind weitere Änderungen bei den Ausführungsformen möglich, ohne von der Erfindung abzuweichen, die in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
35

40

45

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Oberwellenfilter für Mikrowellen mit einem T-Glied, das einen Eingangs- und einen dazu senkrechten Ausgangszweig, die beide die Grundwelle ohne wesentliche Dämpfung durchlassen, sowie einen Filterzweig umfaßt, der die Grundwelle nicht einläßt und Oberwellen dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterzweig (21, 22, 23) eine Verlängerung des Eingangszweiges (15,16,17) bildet und daß mehrere T-Glieder derart hintereinander geschaltet sind, daß einem in der einen der beider, möglichen Ebenen gegabelten T-Glied (11, 12...) jeweils ein in der anderen der beiden möglichen Ebenen gegabeltes T-Glied (... 12,13) folgt

2. Oberwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Filterzweig (21,22,23) parallele Wellenleiter (29,30; 43,44) aufweist

3. Oberwellenfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die parallelen Wellenleiter (29,30; 43,44) durch ein metallisches Septum (32, 45) gebildet sind, das sich in Längsrichtung durch den jeweiligen Filterzweig (21, 22, 23) hindurcherstreckt und daß das Septum (32,45) in Richtung des elektrischen Feldvektors der Oberwelle angeordnet ist

4. Oberwellenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das Septum (45) in einem Glied (12) mit Verzweigung in der Ε-Ebene in Längsrichtung in einer Schräge ausläuft

5. Oberwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sechs T-Glieder (51—56) derart hintereinandergeschaltet sind, daß die Polarisation der Grundwelle, die am Ausgangszweig des letzten T-Glieds (56) erhalten wird, der Polarisation der Grundwelle entspricht, die dem Eingangszweig des ersten T-Glieds (51) zugeführt wird.

6. Oberwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwelle sich im TEio-Modus ausbreitet und die Filterzweige (21,22,23) Mittel zum Ändern des Modus der Oberwelle enthalten.

7. Oberwellenfilter nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangszweig des ersten T-Gliedes (51) und der Ausgangszweig des sechsten T-Gliedes (56) gleichachsig hintereinander angeordnet sind.

8. Oberwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem jeder der Zweige aus einem rechteckigen Wellenleiter gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangszweige aufeinanderfolgender T-Glieder durch Wellenleiter gebildet sind, deren Wände gleichachsig ineinander übergehen.