DE2557809C3

DE2557809C3 -

Info

Publication number: DE2557809C3
Application number: DE19752557809
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Arnhold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-22
Filing date: 1975-12-22
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DE2557809B2; DE2557809A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Hiii-Rundhohlleiterresonator, dessen orthogonale Moden durch ein vorzugsweise in Form eines schraubenförmigen Bolzens ausgebildetes Koppelelement (Koppelschraube) miteinander verkoppelt sind und der mit zwei Koppelpunkten für die Zuführung und die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist.The invention relates to a filter for very short electromagnetic waves, consisting of a Hiii circular waveguide resonator, its orthogonal modes by means of a coupling element (coupling screw), preferably in the form of a helical bolt are coupled with each other and with two coupling points for the supply and the removal of the electromagnetic energy is provided.

Mikrowellenbandfilter unter Verwendung von Hohlraumresonatoren, in denen mehrere Eigenschwingungen in einem Hohlraum auftreten, haben in neuerer Zeit unter anderem insofern eine große praktische Bedeutung erlangt, als sie den in der Filterwirkung, d. h. hinsichtlich der Durchlaßkurve gleichwertigen, jedoch aus mehreren Einzelhohlräumen bestehenden und jeweils nur eine Schwingungsform ausnützenden konventionellen Mikrowellenbandfiltern vor allem in der Raum-, Gewichts- und Materialersparnis erheblich überlegen sind. Dies spielt vor allem für den Einsatz von Mikrowellenbandfiltern in der Satellitentechnik eine große Rolle.Microwave band filters using cavity resonators in which several natural oscillations occur in a cavity have recently, inter alia, of great practical importance attained when it is the one in the filter effect, d. H. equivalent in terms of the transmission curve, however Conventional ones consisting of several individual cavities and each utilizing only one waveform Microwave band filters, especially in terms of space, weight and material savings are superior. This is particularly important for the use of microwave band filters in satellite technology major role.

Für bestimmte extreme Forderungen hinsichtlich der Sperrdämpfung in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches kann es notwendig sein, Dämpfungspole im Sperrbereich des Filters zu erzeugen. Aus dem Aufsatz von H. ). Butterweck, Institut für Hochfrequenztechnik der TH, Aachen, »Mikrowellenbandfilter unter Verwendung mehrerer Eigenschwingungen in einem Hohlraum«, veröffentlicht in »NTF«, 1961, Band 23,For certain extreme requirements with regard to blocking attenuation in the immediate vicinity of the pass band it may be necessary to generate attenuation poles in the blocking range of the filter. From the essay by H.). Butterweck, Institute for High Frequency Technology of the TH, Aachen, »Microwave band filter under Use of several natural vibrations in a cavity ", published in" NTF ", 1961, Volume 23,

Seiten 46 bis 52, ist beispielsweise ein zweikreisiges Hohlraumbandfilter mit Dämpfungspolen bekanntgeworden, bei dem von einer zweifach entarteten F.2I0-Schwingung im Kreiszylinder Gebrauch gemacht wird. Die Erzeugung von Dämpfungspolen wird bei diesem Filter durch eine zusätzliche direkte kapazitive Kopplung infolge einer besonderen Ausbildung der Ankoppelsonden vorgenommen. Da bei dieser Anordnung zwei Dämpfungspole — einer oberhalb, der andere unterhalb des Durchlaßbereiches - erzeugt werden, ist die Sperrdämpfung wesentlich kleiner als bei einer Anordnung, die nur einen Dämpfungspol auf einer Seite des Durchlaßbereiches erzeugt. Ein Nachteil dieses Hohlraumbandfilters ist außerdem in dem relativ aufwendigen konstruktiven Aufbau, insbesondere der komplizierten Ausbildung der Ankoppelsonden, zu sehen.Pages 46 to 52, for example, a two-circuit cavity band filter with attenuation poles has become known, made use of a doubly degenerate F.2I0 oscillation in the circular cylinder will. The generation of attenuation poles is in this filter by an additional direct capacitive Coupling made as a result of a special training of the coupling probes. As with this arrangement two attenuation poles - one above, the other below the pass band - generated the blocking attenuation is much smaller than in an arrangement that has only one attenuation pole on one Side of the pass band generated. A disadvantage of this cavity band filter is also that it is relative complex structural design, in particular the complicated design of the coupling probes see.

Weiterhin sind im Dual-Mode betriebene Hm-Rundhohlleiterresonatoren bekannt, bei denen der Eingang im rechten Winkel zum Ausgang angeordnet ist und die beiden orthogonalen Moden durch eine feldverzerrende Quierschnittsverformung des Resonators, z. B. in Form eines schraubenförmigen Bolzens, miteinander verkoppelt sind. Ein solcher Resonator verhält sich bekanntlich wie ein unversteuertes Zweikreisbandfilter und ergibt für viele Anwendungsfälle einen unzureichenden Dämpfungsanstieg am Rande des Durchlaßbereiches.Furthermore, Hm circular waveguide resonators operated in dual mode known, in which the input is arranged at right angles to the output and the two orthogonal modes by a field-distorting cross-sectional deformation of the resonator, z. B. in shape a helical bolt, are coupled together. Such a resonator is known to behave like an untaxed two-circuit band filter and results in an insufficient increase in attenuation for many applications at the edge of the pass band.

Der Erfinüung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismüßig einfacher Weise abzuhelfen. Insbesondere soll der Aufbau eines schmalen Bandfilters für hohe Frequenzen mit einem Dämpfungspol für besonders hohe Sperrdämpfungsanforderungen auf einer Seite des Durchlaßbereiches angegeben werden, das sich unter Ausnutzung einer Hm-Schwingung durch eine besonders geringe Verlustdämpfung im Durchlaßbereich auszeichnen soll.The invention is based on the task of solving the difficulties outlined above easy way to remedy. In particular, the construction of a narrow band filter for high Frequencies with a damping pole for particularly high blocking damping requirements on one side of the Passband can be specified, which takes advantage of a Hm oscillation by a special should be characterized by low loss attenuation in the pass band.

Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Hm-Rundhohlleiterresonator, dessen orthogonale Moden durch ein vorzugsweise in Form eines schraubenförmigen Bolzens ausgebildetes Koppelelement (Koppelschraube) miteinander verkoppelt sind und der mit zwei Koppelpunkten für die Zuführung und die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Winkel zwischen den Koppelpunkten sich um wenigstens 5° von einem rechten Winkel unterscheidet.Based on a filter for very short electromagnetic waves, consisting of a Hm circular waveguide resonator, its orthogonal modes by a preferably in the form of a helical one Bolt formed coupling element (coupling screw) are coupled with each other and with two Coupling points for the supply and the removal of the electromagnetic energy is provided, this becomes Object according to the invention achieved in that the angle between the coupling points is at least 5 ° differs from a right angle.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Verändern des 90°-Winkels zwischen Eingang und Ausgang des Resonators eine zusätzliche Kopplung zwischen dem Eingang und dem zweiten Mode bzw. zwischen dem Ausgang und dem ersten Mode bewirkt und dadurch ein Dämpfungspol in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches erzeugt wird.The invention is based on the knowledge that by changing the 90 ° angle between input and output of the resonator an additional coupling between the input and the second mode or causes between the output and the first mode and thereby a pole of attenuation in the immediate vicinity of the pass band is generated.

Vorteilhaft im Vergleich zu bekannten Filtern dieser Art mit zusätzlichen Dämpfungspolen ist die besondere Einfachheit des mechanischen Aufbaus, der sich hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes nicht von üblichen, als Rundhohlleiterresonator ausgeführten unversteuerten Zweikreisbandfiltern unterscheidet.The special one is advantageous compared to known filters of this type with additional attenuation poles Simplicity of the mechanical structure, which does not differ in terms of the design effort common, untaxed dual-circuit band filters designed as a circular waveguide resonator.

Günstig zur Erzeugung eines Dämpfungspoles oberhalb des Durchlaßbereiches ist es, den Winkel zwischen den Koppelpunkien zwischen 50° und 85° zu wählen und die Koppelschrauben zwischen den Koppelpunkten und im Winkel von etwa 45° von einem der Koppelpunkte, im Ort des elektrischen Feldstärkemaximums und damit der maximalen KoppelwirkungIt is beneficial to generate a damping pole above the pass band to adjust the angle to choose between the coupling points between 50 ° and 85 ° and the coupling screws between the Crosspoints and at an angle of about 45 ° from one of the crosspoints, in the location of the maximum electric field strength and thus the maximum coupling effect

anzuordnen. Die gleiche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn die Koppelschraube in einem, zu dem zwischen den Koppeipunkten liegenden Bereich diametral gegenüberliegenden weiteren Bereiri;, ebenfalls vorzugsweise im Ort des elektrischen Feldstärkemaximums, vorgesehen ist.to arrange. The same effect can also be achieved if the coupling screw is in one to the further area diametrically opposite between the top points, likewise is preferably provided in the location of the maximum electric field strength.

Zur Erzeugung eines Dämpfungspoles unterhalb des Durchlaßbereiches ist es vorteilhaft, die Koppelschraube in einem zu dem zwischen den Koppelpunkten liegenden Bereich von 50° bis 85° um 90° versetzten weiteren Bereich, vorzugsweise im Winkel von 45°, zu einem der Koppelpunkte anzuordnen.To generate a damping pole below the transmission range, it is advantageous to use the coupling screw offset by 90 ° in a range from 50 ° to 85 ° lying between the coupling points further area, preferably at an angle of 45 °, to one of the coupling points.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Winkel zwischen den Koppelpunkten im Bereich zwischen 95° und 175° zu wählen. Es entstehen auch bei dieser Anordnung entsprechend der Lage der Koppelschraube Pole unterhalb bzw. oberhalb des Durchlaßbereiches.It is also possible to set the angle between the coupling points in the range between 95 ° and 175 ° to choose. With this arrangement, too, there are created according to the position of the coupling screw Poles below or above the pass band.

Machstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutertThe invention is explained in greater detail below with the aid of exemplary embodiments

Jn der Fig. 1 ist ein Hm-Rundhohlleiterresonator perspektivisch dargestellt, bei dem die Abweichung Φ des Winkels zwischen den Koppelpunkten von einem rechten Winkel etwa 20° beträgt. Der Resonator ist mit einem Eingang 1, einem Ausgang 2 und mit einer gegenüber dem Ausgang 2 um etwa 45° versetzt angeordneten Koppeischraube3 versehen.1 shows a Hm circular waveguide resonator in which the deviation Φ of the angle between the coupling points from a right angle is approximately 20 °. The resonator is provided with an input 1, an output 2 and a head screw 3 which is offset from the output 2 by approximately 45 °.

In F i g. 2 ist der Resonator nach F i g. 1 schenatisch im Querschnitt dargestellt. Dabei ist der Winkel Φ entsprechend der im vorstehenden getroffenen Festlegung als Differenz des zwischen den Koppelpunkten 1 und 2 auftretenden Winkels und eines rechten Winkels eingetragen. Der so aufgebaute Hm-Rundhohlleiterresonator verhält sich wie ein versteuertes Zweikreisbandfilter mit einem Dämpfungspol oberhalb, in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches. Der Abstand des Dämpfungspols von der Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches beträgt dabei nur wenige Promille.In Fig. 2 is the resonator according to FIG. 1 shown schematically in cross section. The angle Φ is entered in accordance with the definition made above as the difference between the angle occurring between the coupling points 1 and 2 and a right angle. The Hm circular waveguide resonator constructed in this way behaves like a taxed two-circuit band filter with a damping pole above, in the immediate vicinity of the pass band. The distance between the attenuation pole and the center frequency of the pass band is only a few per thousand.

In F i g. 3 ist ein als überbrücktes T-Glied aufgebautes elektrisches Ersatzschaltbild für den Resonator nach den Fig. 1 und 2 dargestellt. Es enthält im Eingangslängszweig eine Kapazität Gi, in den anschließenden Querzweigen zwei über eine Längszweiginduktivität L gekoppelte Parallelresonanzkreise und im Ausgangslängszweig eine weitere Kapazität. Der den Eingangslängszweig und die Längszweiginduktivität L überbrükkende Überbrückungszweig enthält eine Kapazität C02. Da elektrische Felder miteinander verkoppelt werden, müßte das Koppelelement zwischen den beiden Parallelresonanzkreisen im Fall von Fig. 1 bis 3 exakt als negative Kapazität bezeichnet werden. Wegen der größeren Anschaulichkeit wird dieses Element im Ersatzschaltbild wie eine Längszweiginduktivität behandelt. In Fig. 3 shows an electrical equivalent circuit, constructed as a bridged T-element, for the resonator according to FIGS. 1 and 2. It contains a capacitance Gi in the input longitudinal branch, two parallel resonance circuits coupled via a series branch inductance L in the subsequent shunt branches and a further capacitance in the output longitudinal branch. The bridging branch bridging the input longitudinal branch and the series branch inductance L contains a capacitance C02. Since electrical fields are coupled to one another, the coupling element between the two parallel resonance circuits would have to be referred to exactly as negative capacitance in the case of FIGS. 1 to 3. For greater clarity, this element is treated like a series branch inductance in the equivalent circuit diagram.

Der Zusammenhang zwischen dem Winkel Φ nach F i g. 2 und dem Ersatzschaltbild ist durch die GleichungThe relationship between the angle Φ according to F i g. 2 and the equivalent circuit is given by the equation

tan Φ = ^-tan Φ = ^ -

gegeben, aus der entsprechend den Filteranforderungengiven, from the according to the filter requirements

ίο und den sich daraus ergebenden Elementewerten des Ersatzschaltbildes die erforderliche Winkelabweichung Φ von 90° ermittelt werden kann.ίο and the resulting element values of the equivalent circuit diagram, the required angular deviation Φ of 90 ° can be determined.

In der Fig.4 ist ein weiterer Hm-Rundhohlleiterresonator perspektivisch dargestellt, der sich hinsichtlichIn the Fig.4 is another Hm-round waveguide resonator shown in perspective, with regard to

is des konstruktiven Aufbaues von dem Resonator nach den F i g. 1 und 2 lediglich dadurch unterscheidet, daß die Koppelschraube 3 um 90° versetzt angeordnet ist.is the structural design of the resonator the F i g. 1 and 2 differ only in that the coupling screw 3 is arranged offset by 90 °.

F i g. 5 zeigt einen Querschnitt des Resonators nach F i g. 4 und unterscheidet sich von der Darstellung nachF i g. 5 shows a cross section of the resonator according to FIG. 4 and differs from the illustration according to

ju Fig. 2 sinngemäß ebenfalls nur in der um 90° versetzten Anordnung der Koppelschraube 3. Dieser Hm-Rundhohlleiterresonator verhält sich wie ein versteuertes Zweikreisfilter mit einem Dämpfungspol unterhalb, in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches. 2 analogously only in the 90 ° offset arrangement of the coupling screw 3. This Hm circular waveguide resonator behaves like a taxed two-circuit filter with a damping pole below, in the immediate vicinity of the pass band.

In Fig.6 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild für den Resonator nach den Fig.4 und 5 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem Ersatzschaltbild der F i g. 3 dadurch, daß die Längszweiginduktivität L durch eine Längszweigkapazität C ersetzt ist. Es gilt auch fürAn electrical equivalent circuit diagram for the resonator according to FIGS. 4 and 5 is shown in FIG. It differs from the equivalent circuit diagram in FIG. 3 in that the series branch inductance L is replaced by a series branch capacitance C. It also applies to

yo diesen Resonator die Beziehung yo this resonator the relationship

tan Φ =tan Φ =

C₀, C₁₁ C ₀ , C ₁₁

aus der entsprechend den Filteranforderungen die erforderliche Winkelabweichung Φ von 90° ermittelt werden kann.from which the required angular deviation Φ of 90 ° can be determined in accordance with the filter requirements.

Die Fig.7 enthält eine Gegenüberstellung einer Dämpfungskurve 1 eines Resonators mit einem Pol unterhalb des Durchlaßbereiches nach den F i g. 4 und 5 und einer Dämpfungskurve 2 eines bekannten zweikreisigen Hohlraumbandfilters mit je einem Dämpfungspol unter- und oberhalb des Durehlaßbereiches. Es läßt sich7 contains a comparison of a damping curve 1 of a resonator with one pole below the pass band according to FIGS. 4 and 5 and a damping curve 2 of a known two-circle Cavity band filter with a damping pole each below and above the drain area. It can be

4S aus dieser Darstellung, bei der die Durchlaßbereiche in ihrer Lage übereinstimmen, unschwer erkennen, daß der Dämpfungsanstieg für den erfindungsgemäßen Resonator an seinem, dem Dämpfungspol benachbarten Rand des Durchlaßbereiches wesentlich steiler und die4S from this illustration, in which the passbands in match their position, it is easy to see that the attenuation increase for the resonator according to the invention at its, the attenuation pole adjacent edge of the pass band is much steeper and the

so Poldämpfung größer ist als beim einen Resonator mit zwei Dämpfungspolen.so pole damping is greater than with a resonator two damping poles.

Iiioi/u ?. Blatt ZciL°hiuini!L'iiIiioi / u ?. Sheet ZciL ° hiuini! L'ii

Claims

Patent claims:

1. Filter for very short electromagnetic waveforms consisting of a Hm circular waveguide resonator, its orthogonal modes through a coupling element (coupling screw) preferably designed in the form of a helical bolt are coupled to each other and with two crosspoints for the supply and the Decrease in electromagnetic energy is provided, characterized in that the The angle between the coupling points (1, 2) differs by at least 5 ° from a right angle.

2. Filter according to claim 1, characterized in that the angle between the colons (1, 2) greater than 50 ° and smaller than 85 ° is selected.

3. Filter according to claim 1, characterized in that the angle between the coupling points (1, 2) greater than 95 ° and smaller than 175 ° is selected.

4. Filter according to claim 2 or claim 3, characterized in that the coupling screw (3) in the area between the coupling points (1, 2) or in an area related to this area diametrically opposite further area is provided.

5. Filter according to claim 2, characterized in that the coupling screw (3) in one to the further area is arranged offset by 90 ° between the coupling points.

6. Filter according to one of claims 4 or 5, characterized in that the coupling screw (3) is arranged at an angle of 45 ° to one of the coupling points (1,2).