DE2653856C2 - Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents
Filter für sehr kurze elektromagnetische WellenInfo
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- H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
- H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
- H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
- H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other
Description
Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren, miteinander
gekoppelten Koaxialleitungsresonatoren, von denen wenigstens der erste und letzte Resonator mit
Anschlußleitungen für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist, bei dem
die einzelnen Resonatoren derart angeordnet sind, daß in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgende
Resonatoren eine gemeinsame Trennwand mit induktiv wirkenden Koppelöffnungen haben, bei dem
als zusätzliche Kopplung ein kapazitiv wirkender Koppelstift in der gemeinsamen Trennwand zwischen
dem ersten und letzten Resonator vorgesehen ist und bei dem weiterhin zwischen den Mittelachsen der
koaxialen Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse und der Achse des Koppelstiftes jeweils ein rechter Winkel
vorgesehen ist.
Filter der Mikrowellentechnik werden bekanntlich
aus mehreren, miteinander gekoppelten Mikrowellenresonatoren aufgebaut, deren Kopplung entweder kapazitiv
oder induktiv erfolgen kann. Entgegen den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern
läßt sich aufgrund der geometrisch fest vorgegebenen Konfiguration der Resonatoren nicht jede in konzentrierter
Technik realisierbare Schaltung ohne weiteres auf das Frequenzgebiet der Mikrowellen übertragen.
Solche Schwierigkeiten treten beispielsweise dann auf, wenn es darauf ankommt, in der Dämpfungscharakteristik
des Filters sog. Dämpfungspole, d.h. Unendlichkeitsstellen
der Dämpfung zu erzeugen. Eine mögliche Lösung dieser Schwierigkeiten ist beispielsweise durch
die US-PS 27 49 523 bekanntgeworden, und besteht
ίο darin, einander in der elektrischen Wirkungsweise nicht
unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander zu verkoppeln. Diese Verkopplung
kann über Leitungselemente erfolgen, bei denen jedoch zum einen auf die spezielle Bemessung der Länge
geachtet werden muß und bei denen außerdem ein zusätzlicher Raumverbrauch deshalb auftritt, weil diese
Leitungen außerhalb der Filterresonatoren angeordnet sind.
Durch die deutschen Offenlegungsschriften 19 42 867 und 19 42 909 ist es in diesem Zusammenhang weiterhin
bereits bekanntgeworden, die Resonatoren eines mehrkreisigen Mikrowellenfilters in übereinanderliegenden
Zeilen konstruktiv derart anzuordnen, daß zur Einführung der der Polerzeugung dienenden zusätzlichen
Kopplungen auf die Verwendung von außerhalb des Filters geführten Leitungsabschnitten verzichtet
werden kann. Ein solches Filter, bei dem in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgende Resonatoren
eine gemeinsame Trennwand mit induktiv wirkenden Koppelöffnungen aufweisen und bei dem als
zusätzliche Kopplung ein kapazitiv wirkender Koppelstift in der gemeinsamen Trennwand zwischen dem
ersten und letzten Resonator vorgesehen ist, ist beispielsweise durch den in »IEEE Transactions on
Microwaves Theory and Techniques«, Juni 1966 auf den
Seiten 295 bis 296 veröffentlichten Aufsatz »General Four-Resonator Filters at Microwave Frequencies« von
R. M. Kurzrok bekanntgeworden.
Die Erzeugung von Dämpfungspolen in der Cha-
«o rakteristik von Mikrowellenfiltern ist insbesondere bei
hohen Nahselektionsanforderungen deshalb von Bedeutung, weil dadurch bei gegebener Durchlaßbandbreite
der erforderliche Grad des Filters gegenüber dem eines unversteuerten Filters geringer ist.
In vielen Fällen ist auch gefordert, daß die Dämpfungscharakteristik der Filter symmetrisch zur
Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches ausgebildet ist. Es ist dann eine Symmetrie der Lage der Dämpfungspole in bezug auf die Durchlaßmitte erfoiderlich.
Im Falle eines in koaxialer Technik, entsprechend dem von Kurzrok angegebenen Aufbaus eines
Bandpasses, wie er dem Prinzip nach in der F i g. 1 dargestellt ist, ergibt eine Messung, daß die Unsymmetrie
eines Polpaares um so größer wird, je größer der Polabstand von der Durchlaßmitte ist. Entsprechend
dieser Unsymmetrie weisen auch die Dämpfungsminima jenseits der Pole unterschiedliche Dämpfungswerte auf.
In der F i g. 1 ist ein aus vier Koaxialleitungsresonatoren 1 bis 4 bestehendes Mikrowellenfilter in zwei
Schnittbilddarstellungen dargestellt. Die Innenleiter der Resonatoren 1 bis 4 sind mit den Bezugsziffern V bis 4'
versehen. Der erste Resonator 1 sowie der letzte Resonator 4 sind mit koaxialen Anschlußleitungen 5
bzw. 6 versehen, wobei die Ein- bzw. Auskopplung
·'■· beispielsweise als induktive Schleife ausgeführt ist. Die
in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgenden Resonatoren sind über die induktiv wirkenden
Koppelöffnungen 12, 23,24 miteinander verkoppelt. Zur
Erzeugung von Dämpfungspolen in der Übertragungscharakteristik bzw. zur Beeinflussung der Laufzeit sind
der erste und der letzte Resonator in bekannter Weise über einen kapazitiv wirkenden Koppelstift 14 miteinander
verkoppelt Dieser Koppelstift 14 sitzt in einer Kunststoff-Halterung 11, welche in einem schmalen
Schlitz in der gemeinsamen Trennwand der beiden Kreise geführt ist
Aus der in der Fig.2 dargestellten Meßkurve der
Dämpfungscharakteristik des Filters nach der F i g. 1 ist für eine Durchlaßmittenfrequenz von 4 GHz zu
entnehmen, daß die Abstände der Dämpfungspole von der Durchlaßmittenfrequenz um einen Betrag von ca.
4,4 MHz voneinander abweichen. Außerdem ergibt sich ein Unterschied der Dämpfungsminima jenseits der
zusätzlichen Dämpfungspole von 3,5 dB.
Weitere Messungen zeigen, daß die Unsymmetrie der Pole mit steigendem Polabstand von der Durchlaßmitte
immer größer wird. Die F i g. 3 zeigt für eine Länge des Koppelstiftes von /*= 19 mm das charakteristische
Verhalten der drei Größen Poldistanz Δ Λ» (ausgezogen
in Kurve 1 dargestellt), Pol-Unsymmetrie (gestrichelt in
Kurve 2 dargestellt) und Ungleichheit der Dämpfungsminima (strichpunktiert in Kurve 3 dargestellt) in
Abhängigkeit von der Höhe t des Überkoppelstiftes 14 über dem Topfboden der Koaxialresonatoren für den
Fall der Anordnung nach F i g. 1. Die Kurven dieser drei Größen zeigen deutlich parabelförmigen Verlauf mit
jeweils einem Minimum. Es ist demnach durch eine Veränderung der Lage des Überkoppelstiftes für eine
Anordnung nach F i g. 1 nicht möglich, insbesondere für größere Polabstände eine ausreichende Symmetrie der
Dämpfungspole bzw. eine Beseitigung der Dämpfungsminimaunterschiede zu erreichen. Weitere Messungen
zeigen, daß auch eine Veränderung der Länge /* des Koppelstiftes nicht zu dem gewünschten Ergebnis führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend erwähnten Schwierigkeiten nach Möglichkeit
abzuhelfen und für Mikrowellenfilter einen Aufbau anzugeben, bei dem die Polpaare für jede Poldistanz
symmetrisch zur Durchlaßmittenfrequenz liegen und außerdem die Dämpfungs-Minima weitgehend gleiche
Dämpfungswerte aufweisen.
Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren, miteinander gekoppelten
Koaxialleitungsresonatoren, von denen wenigstens der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen
für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist, bei dem die
einzelnen Resonatoren derart angeordnet sind, daß in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgende
Resonatoren eine gemeinsame Trennwand mit induktiv wirkenden Koppelöffnungen haben, bei dem als
zusätzliche Kopplung ein kapazitiv wirkender Koppelstift in der gemeinsamen Trennwand zwischen dem
ersten und letzten Resonator vorgesehen ist und bei dem weiterhin zwischen den Mittelachsen der koaxialen
Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse und der Achse der Koppelstiftes jeweils ein rechter Winkel vorgesehen ist,
wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Innenleiter des ersten und letzten
Resonators exzentrisch angeordnet sind, derart, daß ihr gegenseitiger Abstand gegenüber einer zentrischen
Anordnung vergrößert ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Anordnung, bei der die beiden Kopplungen
räumlich um 90° gegeneinander versetzt sind und zusätzlich die Innenleiter der zu verkoppelnden Kreise
exzentrisch sitzen, die Wechselwirkung zwischen der zusätzlichen Überkopplung und den Ein- bzw. Zwischenkopplungen
vergrößert und durch entsprechende Wahl der Größe der Exzentrizität der Unsymmetrie der
Pole beeinflußt werden kann.
Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung besonders, daß durch den vergrößerten Abstand der
Innenleiter des ersten bzw. ietzten Resonators die Länge des Koppelstiftes in einem relativ großem
ι ο Bereich variiert werden kann.
Vorteilhaft insbesondere zur Realisierung unterschiedlicher Anforderungen an die Filtercharakteristik
ist es, wenn die Länge und die Höhe des Koppelstiftes über dem Boden der Koaxialleiterresonatoren veränderbarist
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels noch näher erläutert.
Es zeigt in der Zeichnung
F i g. 1 zwei einleitend bereits erläuterte Schnittbilddarstellungen eines bekannten Filters,
Es zeigt in der Zeichnung
F i g. 1 zwei einleitend bereits erläuterte Schnittbilddarstellungen eines bekannten Filters,
F i g. 2 eine zum Filter nach F i g. 1 zugehörige, bereits erläuterte Dämpfungscharakteristik,
F i g. 3 bereits erläuterte weitere charakteristische Meßkurven eines Filters nach F i g. 1,
Fig.4 zwei Schnittbilddarstellungen eines Filters gemäß der Erfindung,
Fig.5 eine zum Filter nach Fig.4 zugehörige
Meßkurve der Dämpfungscharakteristik,
Fig.6 bis 8 weitere Meßkurven des Filters nach Fig.4.
Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 is't ein aus vier
Koaxialleitungsresonatoren 1 bis 4 bestehendes Mikrowellenfilter in zwei Schnittbilddarstellungen angegeben.
Die Innenleiter der beim Ausführungsbeispiel als koaxiale Topfkreise kreisförmigen Querschnitts aufgebauten,
kapazitiv belasteten Resonatoren 1 bis 4 tragen die Bezugsziffern Γ bis 4'. Der erste Resonator 1 sowie
der letzte Resonator 4 sind im Ausführungsbeispiel mit koaxialen Anschlußleitungen 5 bzw. 6 versehen und die
Ein- bzw. Auskopplung jeweils als induktive Schleifen ausgeführt. Die in ihrer elektrischen Wirkungsweise
aufeinanderfolgenden Resonatoren 1 bis 4 sind über induktiv wirkende Koppelöffnungen 12,23,34 miteinander
verkoppelt. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen in
der Übertragungscharakteristik sind der erste und letzte Resonator 1 bzw. 4 über einen in einer Kunststoffhalterung
11 sitzenden kapazitiv wirkenden Koppelstift 14 miteinander verkoppelt. Dabei ist der zwischen den
Achsen der koaxialen Eingangs- bzw. Ausgangsan-Schlüsse 5 bzw. 6 und der Achse des Koppelstiftes 14
auftretende Winkel rechtwinkelig gewählt.
Gemäß der Erfindung ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4, bei dem es sich um einen Tschebyscheff-Bandpaß
mit ca. 2,5% Reflexionsfaktor und einer Bandbreite von 44=4OMHz handelt, die Unsymmetrie
der Dämpfungspole vermieden und der Unterschied der Werte der Dämpfungsminima weitgehend dadurch
ausgeglichen, daß die Innenleiter Γ und 4' des ersten und des Ietzten Resonators 1 und 4 exzentrisch
w) angeordnet sind, derart, daß ihr gegenseitiger Abstand
gegenüber der bekannten zentrischen Anordnung nach F i g. 1 vergrößert ist.
Durch die räumlich um 90° gegeneinander versetzte Anordnung der beiden Kopplungen und durch die
hi gleichzeitige exzentrische Lage der Innenleiter der zu
koppelnden Kreise wird eine Wechselwirkung zwischen der zusätzlichen Überkopplung und den Ein- bzw.
Zwischenkopplungen erreicht, die es durch entspre-
chende Wahl der Größe der Exzentrizität ermöglicht, symmetrisch zur Durchlaßmitte liegende Pole und
nahezu gleich große Dämpfungsminima jenseits der Pole zu erzeugen.
Die Kunststoff-Halterung 11 des Koppelstiftes 14 sitzt in einem schmalen Schlitz in der gemeinsamen
Trennwand der Resonatoren 1 und 4 und kann in der Höhe über dem Topfboden verstellt werden. Das
Gehäuse und die kapazitiv wirkenden Abstimmschrauben sind aus Messing und die beim Ausführungsbeispiel
zylindrisch ausgedrehten Innenleiter sind aus Invar gefertigt. Dadurch ist der Bandpaß weitgehend
temperatur-kompensiert und weist einen Filter-Temperaturkoeffizienten
von maximal 3,2 · 10—6/Grad C auf.
Aus der in Fig. 5 dargestellten Meßkurve der Filterchai-akteristik eines erfindungsgemäßen Filters
nach Fig.4 ist zu erkennen, daß die für den gewünschten Polabstand von der Durchlaßmitte
(L· — /o = 70 MHz) zur Symmetrierung der Pollagen
erforderliche optimale Exzentrizität schon geringfügig überschritten ist. Dies zeigt sich in dem gegenüber der
Meßkurve von F i g. 2 veränderten Vorzeichen der Pol-Unsymmetrie sowie in der Umkehr der Dämpfungsminima.
Die Fig. 6 bis 8 zeigen das charakteristische Verhalten der drei Größen Poldistanz, Pol-Unsymmetrie
und Ungleichheit der Dämpfungsminima in Abhängigkeit von der Höhe des Überkoppelstiftes 14
über dem Topfboden für unterschiedliche Längen h des Überkoppelstiftes. Es ist in diesen Figuren jeweils die
Poldistanz Afx als Kurve 1 ausgezogen dargestellt, die
Pol-Unsymmetrie als Kurve 2 gestrichelt dargestellt und die Ungleichheit der Dämpfungsminima als Kurve 3
strichpunktiert dargestellt, und zwar in Abhängigkei von der Höhe t des Überkoppelstiftes 14 über derr
Topfboden der Koaxialresonatoren. In der Fig.f beträgt die Länge des Überkoppelstiftes 26 mm; ir
Fig. 7 beträgt sie 28 mm und in Fig. 8 beträgt sie 30 mm. Gegenüber dem parabelförmigen Verlauf dei
entsprechenden Kurven nach Fig. 3 hat sich da; Verhalten von Pol-Unsymmetrie Kurve 2 und Ungleich
heit der Dämpfungsminima Kurve 3 grundlegenc
ίο geändert: der parabelförmige Verlauf hat umgekehrt«
Vorzeichen und aus dem Minimum wird ein Maximum.
Um den Nachweis zu erbringen, daß tatsächlich dit Wechselwirkung zwischen Einkopplung und Überkopp
lung die symmetrische Lage der Pole zur Durchlaßmitte bedingt, wurde eine Anordnung untersucht, bei der dif
Einkopplung und die Überkopplung diametral gegen überliegen und die Lage der Innenleiter ebenfall:
exzentrisch ist. Bei einer weiteren Anordnung wurdet zusätzlich noch jeweils an der Stelle Blindschleifer
angebracht, wo im Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 di< Einkoppelschleife vorgesehen ist Die Meßergebnissi
für beide Anordnungen zeigen wieder eine sehr groß« Pol-Unsymmetrie und den typischen parabelförmigei
Verlauf mit einem Minimum, wie er bei zentriscl angeordneten Innenleitern, beispielsweise nach Fig. '
und F i g. 3 auftritt.
Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig.'
läßt sich für den gewünschten Polabstand stets ein« optimale Exzentrizität finden, bei der sich durcl
entsprechende Wahl der Länge des Überkoppelstifte und seiner Höhe über dem Topfboden die Unsymmetrii
vernachlässigbar klein machen läßt und gleichzeitig dii Dämpfungs-Minima nahezu gleiche Werte erhalten.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren, miteinander gekoppelten Koaxialleitungsresonatoren,
von denen wenigstens der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die
Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist, bei dem die einzelnen
Resonatoren derart angeordnet sind, daß in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgende
Resonatoren eine gemeinsame Trennwand mit induktiv wirkenden Koppelöffnungen haben, bei
dem als zusätzliche Kopplung ein kapazitiv wirkender Koppelstift in der gemeinsamen Trennwand
zwischen dem ersten und letzten Resonator vorgesehen ist und bei dem weiterhin zwischen den
Mittelachsen der koaxialen Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse und der Achse des Koppelstiftes
jeweils ein rechter Winkel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter
(V, 4') des ersten und letzten Resonators (1, 4) exzentrisch angeordnet sind, derart, daß ihr gegenseitiger
Abstand gegenüber einer zentrischen Anordnung vergrößert ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge und die Höhe des Koppelstiftes
(14) über dem Boden der Koaxialleitungsresonatoren (1 bis 4) veränderbar sind.
3. Filter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren als
einseitig kurzgeschlossene Koaxialleitungsresonatoren ausgeführt sind und daß die Innenleiter auf einer
Seite elektrisch leitend mit. einer Wand des Filtergehäuses verbunden sind und auf der gegenüberliegenden
Wand durch entsprechende Ausbildung des Filtergehäuses als Zylinder-Kondensatoren
ausgebildet sind.
4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren in
Form einer Kammleitungsstruktur ausgebildet sind.
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