DE2452743C2

DE2452743C2 - Filter mit einem Streifenleiter

Info

Publication number: DE2452743C2
Application number: DE2452743A
Authority: DE
Inventors: Donald Floyd Kempton Pa. Linn; James Kevin Allentown Pa. Plourde
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1987-11-12
Also published as: JPS587082B2; DE2452743A1; FR2251127A1; US3840828A; JPS5081043A; NL177641C; SE400144B; GB1485505A; NL177641B; NL7414351A; FR2251127B1; CA1005536A; SE7413536L

Description

3. Filier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. da3 das Material des dielektrischen Resonaioreiemenü» (2J) 5ö gewählt ist, u«u «se Resonanzfrequenz einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.

4. Filter nach Anspruch 1. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des dielektrischen Resonatorelements (21) Bariutntitanat (Ba-T^O-o) ist.

5. Filter nach Anspruch 1. 2. 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Filter wenigstens ein weiteres dielektrisches Resonator-Element (51, 61) aufweist, das in: Abstand entlang dem Streifenleiter (44) vom nächst benachbartep Resonatorelement (41) angeordnet ist, und daß die Breite des Streifenleiters (44) zum Erzielen e-^er Impedanzanpassung in der Nachbarschaft eier dielektrischen Rcsonalcirclcmcnte(4l,5l,6l)vcrändcrl ist.

6. FiUer nach Anspruch I. 2. 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Filter wenigstens ein weiteres dielektrisches Rcsomilorclenicni(103,103') aufweist, das etwa im Abstand von einer ungeraden Anzahl von Vierlelwellenlängen vom nächst benachbarten Rcsonatorelemcnt entlang der Längsachse des Slreifcnlcitcrs (105) angeordnet ist.

daß der Streifcnleiter (105) an einem Spalt im Bereich jedes der am äußeren Ende angeordneten dielektrischen Resonatorelcmentc endet, und daß die Gesamtanordnung von einem elektrisch leitenden, zylindrischen Gehäuse (101) umgeben ist. das so ausgelegt ist. daß es als Hohlleiter unterhalb seiner Grenzfrequenz im Betriebsfrequenzband des Filters arbeitet.

7. Filter nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte dielektrische Rcsonaiorelementc (103') durch einen Streifenleiterabschnitt (105') gekoppelt sind, wobei sich im Bereich jedes Resonatorclementes (103') ein Spalt im Streifcnleiter befindet.

Die Erfindung betrifft ein Filter mit einem Streifenleiter und wenigstens einem dielektrischen Resonatorclement.

In Streifenleitungsschaltungen ist eine Anzahl von Verfahren zur Verwirklichung von Filtern verwendet worden. Einige von ihnen, beispielsweise besondere Ausbildungen des Hnuplkupfcrlciters der Streifftilcitungen. sind hinsichtlich ihrer Güte durch die üamp-

fungsverluste der Slreifenleiterresonatoren begrenzt

In den vergangenen Jahren wurden eine Anzahl von Entdeckungen für die Verwendung von Filtern mit dielektrischen Resonatoren für Streifenleitungen gemacht. Es hat sich allgemein als zweckmäßig herausgestellt, dielektrische Resonatoren zu verwenden, bei denen die Dielektrizitätskonstante des Materials, beispielsweise von Titandioxid (TiO>) wenigstens bei etwa 100 liegt.

to Leider zeigen jedoch solche dielektrischen Resonatoren unzulässige Änderungen ihrer Filtereigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur. Zur Lösung dieses Problems wurden verhältnismäßig temperaturstabile Materialien entwickelt. Es können beispielsweise Bariumtitanit (BajTiqOjo) oder eine zusammengesetzte Resonatorariordnung unter Verwendung von Lithiumtantalat (LiTaCK) verwendet werden.

In einem Aufsatz von Tor Dag Iveland. »Dielectric Resonator Filters for Application in Microwave

2Q integrated Circuits«, in der Zeitschrift TEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Band MTT-19. Juli 1971. Seiten 643. 644. wird erläutert, daß die Einführung von integrierten Microschaltungen die Forderung nach Resonatorelementen hoher Qualität für

sehr kleine Striefenleitungen verschärft hat. derart, daß die Gestaltung der Grundebene oder des Gehäuses nicht unzulässig umfangreich für die Geometrie integrierter Schaltungen wird. In dem genannten Aufsatz heißt es (Übersetzung): »Der Kopplungsmechanismus beruht im wesentlichen auf einem unterhalb seiner Grenzfrequenz betriebenen Hohlleiter, aber abweichend von der Konstruktion nach Harrison wird die Koppelstruktur in der Ebene des Substrats gehalten und beinhaltet sowohl das Filter als auch die damit verbundenen Schaltungen«. Die neueste Beschreibung der Konstruktion nach Harrison findet sich in dem Aufsatz von A. Fox. »Tcmpcraiure-Siablc Low-Loss Microwave Fillers Using Dielectric Resonators«, in der Zeitschrift Electronics Letters (GB). Band 8. Seile 582.

••ο Ib. November 1972. Bei dieser Ausfiihrungsform handelt es sich speziell um eine zylindrische Ausbildung. Sie wird in erster Linie für eine Kopplung von einem Koaxialkabel auf einen Hohlleiter benutzt. Der einzige Strcifcnleiter-Abschnitt findet sich in der Koppclanord-

■»5 nung vom Koaxialkabel zum Hohlleiter. Der dielektrische Resonator wird als Teil der Koppelanordnung benutzt.

Es ergibt sich daher, daß mit Ausnahme spezieller Anwendungen alle dielektrischen Filter-Resonatoren

für Slreifenleitungen auf einfachste Weise auf dem Substrat der Streifenleitung angeordnet worden sind.

Ein spezielles Problem bei dieser Anordnung besteht darin, daß der Kopplungsgrad außerordentlich stark von kleinen Änderungen der seitlichen Lage des Resonators abhängt. Dadurch wird es sehr schwierig, den Resonator als Teil des üblichen Produktionsverfahrens bei integrierten Schaltungen auf die Streifenleitung zu plazieren. Darüberhinaus wird die Technik der integrierten Schaltungen nachteilig beeinflußt wegen

der wesentlichen Vergrößerung der Grundebene, die in der Umgebung des dielektrischen Resonators erforderlich ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Probleme zu lösen. Sie geht dazu aus von einem Filter

•>5 der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Resonatorelcment parallel und im Abstand vorn Streifenlciter so angeordnet ist. daß es gegen eine symmetrische Lage

zur Längs-Achse des Streifenleiters versetzt ist, aber die Längsachse überlappt.

Damit gelingt es, die Kopplung zwischen dem Streifenleiterund dem dielektrischen Resonatorelement möglichst groß zu machen.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Probleme einer genauen Plazierung eines dielektrischen Resonators in bezug auf eine Streifenleitung unter Erzielung einer guten Temperaturstabilität und kompakter Ausführung werden demgemäß dadurch gelöst, daß der dielektrische Resonator über dem Hauptleiter der Streifenleitung angeordnet und für einen sehr genauen Abstand vom Hauptleiter in senkrechter Richtung durch ein genau bearbeitetes dielektrisches Abstandsstück gesorgt wird.

Die Versetzung gegen die symmetrische Lage über dem Sireifenleiter wird so gewählt, daß dessen magnetische Feldlinien in möglichst großem Umfang durch die ebenen, parallelen Flächen eines Resonators, der wie eine Pillenschachtel geformt ist, hindurchgehen. Da die Bedingung für maximale Kopplung durch ein breites, flaches Maximum bezüglich der seitlichen Versetzung gegenüber dem Hauptleiter gekennzeichnet ist. ist dieser Kopplungswert verhältnismäßig unempfindlich gegenüber kleinen Änderungen der seitlichen Lage.

Mit Vorteil ist die Kopplung der Resonatoren mit verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante genügend stark und führt zu Kopplungswerte.i, die für typische Filter bei der Mikrowellen-Nachrichtenübertragung erforderlich sind.

Solche Materialien lassen sich leicht temperaturkompcnsicrcn. und seil kurzem sind sie mit icinpcraiiiikompensicrten Eigenschaften verfügbar. Es wurde außerdem festgestellt, daß der Hauptleiter einen verhältnismäßig kleinen Einfluß auf die Resonan/güte C* im unbelasteten Zustand hat. da eine feste Kopplung ohne einen nachteilig kleinen Abstand zwischen dem dielektrischen Resonator und dem Hauptleiter erzielt wird. Anders gesagt, die Dämpfungsverlustc aufgrund der Nähe des Hauptleiters zum dielektrischen Resonator werden auf einem brauchbaren Wert gehalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I eine typische Anordnung eines dielektrischen Resonators mit Bezug auf Streifenlcitungen nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 im Querschnitt eine Streifenleitung mit einer Grundebene und einem dielektrischen Resonator, der nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angeordne! ist:

F i g. 3 Kennlinien zur Erläuterung der Erfindung:

Fig.4 eine Abänderung des Ausführungsbcispicls nach Fig. 2 unter Verwendung mehrerer angekoppelter dielektrischer Resonatoren, und zwar in Schnitiansicht in Richtung zur Streifenleitung;

F i g. 5 eine Aufsicht des Ausführungsbeispiels nach Fig.4;

F i g. 6, 7 u. 8 die Filterkennlinien des Ausfühningsbeispiels nach F ι g. 4 und 5;

F i g. 9 u. 10 Ansichten eines Banilpaßfiliers als Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. Il u. 12 eine Abänderung des Aiisführungsbcispiels nach F i g. 9 und 10:

Fig. 13 u. 15 Kennlinien zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels rsch F i g. 9 und 10;

Fig. 14 eine Teilansicht der F i g. 9 mil Parametern, die für die Kennlinien nach Fig. 13 benutzt sind.

Bei der in F i g. 1 gezeigten bekannten Anordnung, die oben als typischer Stand der Technik beschrieben worden ist, ist der dielektrische Resonator 11 mit der Streifenleitung 13 dadurch gekoppelt, daß er dicht an dem Hauptleiter 14 auf dem Substrat 12 angeordnet ist Die Streifenleitung 13 enthält außerdem die dielektrischen Schichten 15 und 16, die ggf. Luft sein können, und die Grundebene 17. Bei Verwendung von Resonatoren

in mit verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante von beispielsweise ε - 50, wird die Breite des Gehäuses für die Streifenleitung zu groß und ermöglicht eine Ausbreitung störender Hohlleiter-Schwingungstypen, die zu unerwünschten Filterkurven führen.

Ein weiterer Nachteil der Anordnung gemäß Fig. 1 besteht darin, daß der dielektrische Resonator 11 nicht am Ort maximaler Kopplung mit Bezug auf den Hauptleiter angeordnet ist. Außerdem ist der Kopplungsgrad außerordentlich empfindlich gegen sehr kleine Änderungen des seitlichen Mittenabstandes d zwischen dem Hauptleiter 14 und den Resonator 11. Im Gegensatz dazu überwindet die in Fig.2 gezeigte Anordnung eines dielektrischen Resonators "21 und einer Streifenleitung 23 die oben erläuterten Probleme dadurch, daß der dielektrische Resonator 21 über dem Haupthiter 24 der Streifenleitung so angeordnet ist. daß zusätzlich zu einem seitlichen Mittenabstand d die Anordnung des Resonators jetzt außerdem durch einen senkrechten Mittenabstand Λ gekennzeichnet ist. Dieser

3u senkrechte Abstand wird durch ein dielektrisches Abstandsstück 25 bestimmt, das genau und in einem getrennten Arbeitsgang von der Positionierung des Resonators 21 auf dem Substrat 22 maschinell hergestellt werden kann.

Zusätzlich zu dem Substrat 22 ist die Streifenleitung 23 mit einer weiteren, unterliegenden Schicht aus dielektrischem Material 26 gezeigt, die für eine Versteifung sorgt. Die dielektrische Schicht 26 kann aber ggf. auch weggelassen werden. In typischer Weise schließt die Griinclcbene 27 in der Nähe des Resonators 21 den Resonator in ein Metallgehäuse ein. das ähnlich wL- ein Hohlleitcrabschniit ausgebildet ist, und durch den eine Absiiminsehraube 28 leicht einsetzbar ist.

Für das in F i g. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es besonders wichtig, daß die Parameter d und h im Hinblick auf eine maximale Kopplung gewählt sind. Genauer gesagt, ist die Kopplung ein 'absolutes Maximum mit Bezug auf die seitliche Versetzung dund ist verhältnismäßig unempfindlich gegen kleine Änderungen von d. da es sich um ein verhältnismäßig breites und flaches Maximum handelt. Zur Erläuterung isl in F i g. 2 eine erhöhte Deckenfreihcit der Grundebene im Bereich des dielektrischen Resonators dargestellt, um stönrde Gehäuse-Resonanzen auszuschließen. Anders gesagt, der übereinstimmende Wellenwiderstand im vorausgehenden und im folgenden St.eifenleiterabschnitt sollte im gesamten Bereich des Resonators für Frequenzen außerhalb des Sperrbereichs des Filters beibehalien sein.

Als Beispiel i^t die Breite des Haupileiters 24 im Bereich von Resonatoren, beispielsweise des Resonators 21, verändert, um eine Impedanzanpassung entlang der Leitung an diesen Punkten zu erzielen und damit störende Reflexionen entlang der Streifenleitung zu t>5 vermeiden.

Es wurde gefunden, daß bei einer solchen Konstruktion Resonatoren mit verhältnismäßig niedriger Dielektrizitätskonstante (ε «38) verwendet werden können.

Bei einem Ausführungsbcispicl wurde Bariumtitiiniit (Βα/Π*Ο>< >) benutzt.

Es ist davon auszugchen, daß die Austührungsform nach Fig. 2 sich besonders zweckmäßig in Richtfunkstrecken und bei ähnlichen Anwendungen erweisen wird, bei denen die verringerte Größe und das verringerte Gewicht im Vergleich zu anders gestalteten Filtern besonders vorteilhaft sind.

Das einen dielektrischen Resonator aufweisende Bandsperrfilter kann zweckmäßig entweder aus einem zusammengesetzten Material unter Verwendung von Lithiumtantalat und Titandioxid oder alternativ Bariumtiiunat (Ba/TitO.·«)) bestehen.

Im praktischen Betrieb von Ausfiihrungsbeispielen nach F i g. 2 zwischen 3.7 und 4,2 Gl I/ wurde außerhalb des DurchlaDbandes eine Rückkehrdämpfung von mehr als 2.SdB erzielt. Störende Hohlleiterwellen-Resonanzen im Gehäuse oder an der Grundebene 27 der

SireifculciiUng WSTcn iiüSgCSCmiiiC'i.

In Fig. 3 zeigen Kurven 31, 32 und 33 die externe Güte Q des Resonators in Abhängigkeit von der seitlichen Versetzung el bei verschiedenen Werten des senkrechten Abstandes h. Der zweckmäßige Wert von d liegt in jedem Fall im unteren Teil der Kurve und entspricht der maximalen Kopplung zwischen dem Hauplleitcr24unddem Resonator 21. Man erkennt, daß der Resonator und damit die Kopplung unempfindlich gegen kleine Abweichungen von d gegenüber dem bevorzugten Wert ist. Aufgrund dieser Tatsache können die Toleranzanforderungen für den Wert von d verringert werden. Nur der Wert h muß genau eingehalten werden. Das läßt sich leicht dadurch erreichen, daß der Resonator 21 auf ein dielektrisches Abstandsstück 25 gebracht wird. Die Höhe des Resonators 21 betrug beispielsweise 4.45 mm und sein Radius in liori/onialer Ebene 7.92 mm. Man erkennt, daß. während bei den Ausiuhrunvsfornicn nach dein Stand der Technik der Abstand (/wesentlich größer als der Radius des Resonators ist. im Fall des Ausführungsbeispiels der Erfindung der Abstand d wesentlich kleiner als der Rcsonatorradius sein kann, so daß sich eine entsprechende Verringerung der erforderlichen seitlichen Abmessungen des Gehäuses 27 und eine Verringerung der störenden Resonanzen ergibt.

Für ein Bandsperrfilter mit mehreren Resonatoren gemäß Fig.4 ist der Abstand zwischen den dielektrischen Resonatoren 41, 51 und 61 ein ungradzahliges Vielfaches einer Viertclwellenlänge. Der minimal zulässige Resonatorabstand ist derjenige Abstand, bei dem die störende Kopplung zwischen Resonatoren auf einem annehmbaren Wert bleibt. Er wird bestimmt durch den Grad der Erregung von Schwingungsformen höherer Ordnung. Ein Gehäuse mit kleinen Querschnittsabmessungen bietet den Vorteil, daß die Resonatoren dicht beieinander angeordnet sein können. Wie gezeigt, kann jeder Resonator 41, 51 und 61 mit einer eigenen Abstimmschraube 48, 58, 68 versehen sein. Die Gesamtanordnung 43 besitzt entsprechend der Darstellung koaxiale Anschlüsse 69 und 70. Die Aufsicht nach F i g. 5 zeigt die prinzipielle Ausbildung des Hauptleiters 44. bei dem die Breitenänderungen des Hauptleiiers zum Zwecke der Impedanzanpassung mit Bezug auf die seitlichen Abmessungen der Resonatoren 41,51 und 61 angeordnet sind. Diese Breitenänderungen sind vertikal zu den Resonatoren ausgerichtet Die Abstimmschrauben 48, 58 und 68 ermöglichen eine Abstimmung in Richtung auf zunehmende Frequenzen, wenn die Schraube ein Leiter ist. oder in Richtung auf abnehmende Frequenzen, wenn die Schraube ein Dielektrikum darstellt. In anderer Hinsicht folgt die Konstruktion und Betriebsweise der Filter nach Fig. 4 und 5 bekannten Grundgedanken für dielektrische

ί Resonatoren, die bei Streifenleitungen benutzt werden.

In den Fig.6. 7 und 8 sind einige typische

Filterkennlinien dargestellt. Die Kurven 71, 81 zeigen generell die Rückflußdämpfung |5n | in Abhängigkeit von der Frequenz. Die Kurven 72, 82 zeigen die

in Durchlaßdämpfung | 5>i | ebenfalls in Abhängigkeit von der Frequenz.

Fig.6 enthält die Kennlinien für ein Filter unter Verwendung von BaTixO-o-Resonatoren. Die Güte Qa für den unbelasteten Resonator läßt sich berechnen und

ι ι ergibt einen angenäherten Wert von 6300.

Der vorgenannte Wert für Qu stimmt gut mit der Resonatorgüte Q ^von 6760 im ungestörten Zustand überein, wodurch bestätigt wird, daß bei diesem Füteraufbat! die Vers'.'hlerhierune der Güte unbcdeutend ist. Die außerhalb des Durchlaßbandes auftretende Rückflußdämpfung beträgt 26 dB /wischen 3,7 und 4,2GHz. Dieser Wert wird durch die Gleichmäßigkeit des Streifenleiter-Wellenwiderstandes im Verlauf des Filters und nicht durch die Resonatoreigenschaften

« selbst bestimmt. Der Spitzenwert für die Einfügungsdämpfung wird annähernd durch die folgende Gleichung angegeben:

- 20 Σ 1Og₁₀ ^WQ₀.) + 101Og₁₀

(D

Die Gleichung (I) führt zu einem Wert von 104 dB, während der experimentell gemessene Wert 84 dB betrug.

Die Kurven 81 und 82 zeigen die Werte | Sn [ und I S;i I in Abhängigkeit von der Frequenz für cm Filter unter Verwendung von zusammengesetzten Rcsonatoren mit LiTaOj/TiO:. Der Wert Q, = 2800 ergibt eine gewisse Verschlechterung gegenüber dem ungestörten Resonator mit einer Gülc Q von 3820.

Die Koppelgiite

Qc[UQc =

vb-|eit

-i/a

>)■

d. h. die den Dämpfungsverlustcn außerhalb des Resonators zugeordnete Güte, beträgt 10 463. Die Rückflußdämpfung außerhalb des Durchlaßbandes wurde gemessen zu 28 dB. Gleichung (1) führt zu ei Jm Spitzenwert für die Einfügungsdämpfung von 91 dB. während der gemessene Wert 64 dB betrug. Die Einfügungsdämpfung außerhalb des Bandes betrug für das Ba₂ThO₂O-FiItCr bzw. das LiTaOj/TiO>-Filter 0.10 dB bzw. 0.175 dB. Diese Werte sind im wesentlichen unabhängig von den Eigenschaften der dielektrischen Resonatoren und hängen von der Qualität der im Filter benutzten Übertragungsleitung ab.

In Fi g. 8 stellt die Kurve 91 die Übertragungskennlinie des Filters mit mehreren Resonatoren in Abhängigkeit von der Frequenz bei einer Temperatur von 4,4° C dar. Die entsprechende Kennlinie für eine Temperatur von 60.6° C zeigt die versetzte Kurve 92. Die Versetzung

betrug dann typischerweise 2,625 MHz. Dieser Wert ist kleiner als der aus den Temperaturkoeffizienten eines getrennten Resonators vorausberechnete Verschiebungswert von 3.17 MHz aufgrund eines kleinen

kumpensaiionscffektes durch die Verwendung einer Aluminiiinioxyd-Unterlage 42 und des aus Metall bestehenden Filtergehäuses 47. und zwar bei Verwendung von Bariunritanai in den Resonatoren 41, 51 und 61. Der Temperaturkoeffizient der Frequenz ist positiv für Bariumtitanat und ist negativ für Aluminiumoxyd und den Einfluß des Gehäuses. Die in den betrachteten Filier¹-, verwendeten Resonatoren hatten einen mittleren Temperaturkoeffizient, der Frequenz von r,= + 14,3 ppm/"C. Es lassen sich ähnliche Materialien für dielektrische Resonatoren herstellen, die /ii sehr kleinen Temperalinkoeffizienten von r/ = 2,5 ppm/°C führen. Ein praktischer Toleranzbereich würde bei r,= ±5 ppm/"C sein, wobei die Toleranz des dielektrischen Resonators vorherrscht. Solche Filter sind im wesentlichen temperaturkompensiert. Es ergibt sich, daß die oben erläuterten Filtereigenschaften denen von typischen, aus Kupfer bestehenden kammarligen Filtern in Verbindung mit Streifenleitungcn wesentlich überlegen sind.

Ein Bandpaßfiltcr läßt sich durch Anbringen von einem oder mehreren Resonatoren in einem Wcllcnlciterabschniti verwirklichen, der in Abwesenheit der Resonatoren bei den interessierenden Frequenzen unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Bei dein Auüführungsbeispiel eines Bandpaßfilters gemäß Fig. 9 sind die dielektrischen Resonatoren 103. die ähnlich wie der Resonator 21 in Fig. 2 oder die Resonatoren 41, 51 und 61 der Fig. 4 und 5 ausgebildet sind, im Absland oberhalb der Streifenleitung 21 im Gehä se 101 angeordnet.

Das Gehäuse 101 ist ein Abschnitt eines Hohlleiters, der beispielsweise rechteckig ist und dessen Grenzfrequenz oberhalb dor interessierenden Frequenz liegt. Das heißt, der Hohlleiter überträgt in Abwesenheit der Resonatoren 103 die Frequenzen des beabsichtigten Durchlaßbandes nicht. Dieses Durchlaßband liegt mit seiner Mitte bei den Resonanzfrequenzen der Resonatoren 103. In der Ansicht der Zeichnung wird elektromagnetische Energie von links nach rechts durch die Anordnung überiragen. Bei Frequenzen außerhalb des Duivhlaßbandes überträgt die Anordnung nur einen sehr kleinen Knergii'beirag.

Fs sollen sowohl direkt gckoppclie als auch mil einer Vierielwcllenlänge gekoppelte Bandpaßfilier beschrieben werden. Fig. 9 und 10 /eigen die direkt gekoppelten Bandpaßfilier. Der F.ingangs- und Ausgangsabschnitt der Streifenleitung 102 sind an die Endresonatoren 103 angekoppelt, und die inneren Resonaioren 103 koppeln jeweils Energie direkt zu benachbarten Resonatoren. Die Resonatorkopplungen und folglich die Filterkennlinien werden durch die Abstände zwischen den inneren Resonatoren sowie durch die Kopplung zwischen den Endresonatoren und der Eingangs- und Ausgangs-Streifenleitung bestimmt.

Wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispieien der Erfindung sind die Resonatoren 103 oberhalb der Streifenleitung 102 in einer Lage angeordnet, die außermittig zumindest bezüglich der Teile 109 und 110 des Hauptleiters 105 der Streifenleitung 102 liegt. Die durch die Teile 109 und 110 dargestellte Breitenverringerung des Hauptleiters soll sowohl entsprechend der obigen Erläuterung eine Impedanzanpassung an die Resonatoren ermöglichen als auch die Erzielung des außermittigen Abstandes erleichtern. Die Resonatoren 103 sind mit Hilfe dielektrischer Äbstandsstücke im Abstand vom Hauptleiter 105 der Streifenleitung 102 und von den Abschnitten 109 und 110 angeordnet. Dabei befindet sich das dielektrische Abstandsstück 106 oberhalb des Abschnittes 109, das Abstandsstück 107 oberhalb eines Abschnittes der Streifenleitung 102 ohne Hauptleiter im Inneren des Gehäuses 101 und das Abstandsstück 108 über dem Abschnitt 110 der Streifenleitung 102. Der seilliche Abstand zwischen dem Resonator und dem Ende des Hauptleilers wird so festgelegt, daß sich eine feste Kopplung zwischen der Streifenleitung und dem Endresonator bei vernachlässigbar kleiner Kopplung /wischen der Streifenleitung und den inneren Resonatoren ergibt. Die Abstandsstükke lassen sich entsprechend der Erläuterung für die obigen Ausführungsbeispiele herstellen.

Die direkt gekoppelten Bandpaßfilter gemäß Fig.9 und 10 haben in typischer Weise zu den besten Ergebnissen der überprüften Ausführungsformen geführt und sind außerdem kleiner und einfacher'als die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele mit einer Viertcllängenwellen-Kopplung.

Die Koppiungseigenschaften zwischen einem Endresonator und der Streifenleitung zeigen die Kurven 121 - 124 in Fig. 13. und zwar anhand der wirksamen Gesaintgüte Q₁., des Filters als Funktion des Abstandes A zwischen der Resonatorkante und der Kante des Hauptleiters gemäß Fig. 14. Die entsprechenden Kurven 121 - 124 gelten für unterschiedliche Dicken der Abstandsstücke 106-108 bei unterschiedlichen Filterauslegungen, und zwar für Dicken von 4,06 mm. 3.30 mm. 3,05 mm und 1,52 mm für alle drei Abstandsstücke.

Abgesehen von dem Umstand, daß die Streifenleitung 102 nahe oder außerhalb der Endresonatoren 103 abgeschlossen ist. d. h. im Leerlauf betrieben wird, entspricht die Kopplung der bei den oben bcschriebenen Bandsperrfiltern benutzten, insoweit, als die seitliche Versetzung so eingestellt ist. daß sich ein breites, flaches Maximum für die Kopplung bei der auszunutzenden RcsonarizSchwingungsforrrs des Resonators ergibt. Aus diesem Grund gelten auch hier die meisten der oben beschriebenen Herstellungsvorteile.

Zur Vervollständigung werden nachfolgend die Merkmale der Bandpaßfilter gemäß Fig. 9 und 10 aufgeführt:

45(1) F.s kann eine feste Kopplung bei niedrigem Gütewert O . zwischen dem dielektrischen Resonator und der Sireifenlcilung erzielt werden.

(2) Die Kopplung läßt sich genau einstellen und ist eine Funktion der Dicke der dielektrischen Absiandsstücke. beispielsweise der Äbstandsstücke 106-108. die zur räumlichen Fixierung der Resonatoren 103 oberhalb der Streifenleitung benutzt werden.

(3) Die Kopplung ist verhältnismäßig unempfindlich gegen Veränderungen der seitlichen Versetzung mit Bezug auf den Mittellciter.

(4) Der Abstand der Resonatoren oberhalb des Mittelleiters verringert die Verschlechterung der Resonatorgüte aufgrund von Wirbelstromverlusten in der Grundebene des Gehäuses 101.

(5) Der Abstand zwischen dem Resonator und der oberen Grundebene reicht aus. um die Verschlechterung der Resonatorgüte auf einem brauchbaren Wen zu halten.

(6) Die Gehäusebreite ist verringert, so daß störende

Gehäuseresonanzen vermieden sind.
(7) Es können Materialien mit einer verhältnismäßig niedrigen Dielektrizitätskonstante (ε «39) benutzt

werden.

In F i g. 11 und 12 ist ein Bandpaßfilter mit Viertelwellenlängen-Kopplung dargestellt. Diese Anordnung ähnelt einer Anzahl von Einzclresonator-Filtern, die in Reihe geschaltet sind und einen gegenseitigen Abstand vo; ungeraden Vielfachen einer Vicrtclwellenlänge besitzen. Die Filter der I" i g. 11 und 12 lassen sich mit denen der Fig.9 und IO dahingehend vergleichen, daß der Abstand zwischen den Resonatoren 103' etwa '/·» einer Wellenlänge zwischen jedem Paar betragt und daß Abschnitte des Hauptlciters 105 sich zwischen den Resonatoren erstrecken, so daß nur ein kleiner Abstand direkt unter jedem Resonator 103' keinen Hauptleiter aufweist.

Diese Konstruktion ist größer und schwieriger herzustellen als die gemäß F i g. 9 und 10.

nip Filtrrkennlinien lassen sich bestimmen durch die Kopplung für jeden Resonator.

Die Eigenschaften eines direkt gekoppelten Bandpaßfilters unter Verwendung von drei Resonatoren sind in F i g. 15 angegeb /n.

Man beachte, daß auf der vertikalen Achse in F i g. 15 I 5.Ί I den Absolutwert der Durchlaßdämpfung und j Sn j den Absolutwert der Rückflußdämpfung darstellen. Die Rückflußdämpfung von 35 dB gemäß Kurve 132 bei Äi ist sehr günstig im Vergleich zu den anderen Bandpaßfiltern. Die Einfügungsdämpfung von 0,4 dB gemäß Kurve 131 bei f_n entspricht einer Resonatorgüte von 3260. Die ungestörte Resonatorgüte beträgt etwa 6000.

Der Hauplbeitrag für diese Gütenverringerung beruht sowohl auf dem zur Befestigung der Resonatoren benutzten Kleber als auch auf metallischen Absiimmschraubcn (nicht gezeigt) und läßt sich, falls nötig, durch eine weitere Optimierung reduzieren. Im Frequenzband zwischen 3.7 vind 4,2GHz wurden keine störenden Übertragungseffekte beobachtet. Der erste störende Effekt tritt bei etwa 4.6 GHz und wurde durch eine Resonator-Schwingungsform höherer Ordnung verursacht.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Filter mit einem Streifenleiter und wenigstens einem dielektrischen Resonatorelement, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Resonatorelement (21,41,51,61,103,113) parallel und im Abstand vom Streifenleiter (24, 44, 105, 115) so angeordnet ist, daß es gegen eine symmetrische Lage zur Längsachse des Streifenleiters versetzt ist. aber die Längsachse überlappt.

2. Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Resonatorelement (21) durch ein dielektrisches Abstandsstück (25) in seiner Lage fixiert ist, das zwischen das Resonatorelement (21) und die Ebene des Streifenleiters (24) eingefügt