DE2705245A1 - Elektrisches filter - Google Patents

Description

Elektrisches Filter

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Filter mit einem Gehäuse aus elektrisch leitendem Material, in dem mehrere Resonatoren, von denen jeder ein dielektrisches Teil aufweist, untergebracht sind.

Koaxiale Resonatoren mit transversalem elektromagnetischem Schwingmodus werden im folgenden als koaxiale TEM-Resonatoren bezeichnet. In elektronischen Geräten, die im VHF- und UHF-Bandbereich arbeiten, werden normalerweise Filter mit LC-Resonatoren oder koaxialen Resonatoren benutzt. Filter der ersten Art haben jedoch den Nachteil, daß man keine ausreichende Selektivität erhält, während die bekannten Filter der zweiten Art zu große Abmessungen haben.

Auf dem Gebiet der Nachrichtenübertragung, wo die Miniaturisierung und die Leichtgewichtigkeit der Geräte und damit auch die Verringerung der Abmessungen und der Gewichte der verschiedenen Bauteile eine große Rolle spielt, verzögern Filter, die man nur schwer kompakt und leichtgewichtig herstellen kann, diese Miniaturisierung und Gewichtsverringerung, denn derartige Filter sind in Nachrichtenübertragungssystemen außerordentlich wichtig und werden in großer Zahl benötigt. Die Erzielung kompakter Abmessungen und eines geringen Gewichtes ist daher für die auf diesem Gebiet tätigen Fachleute eine sehr wichtige Forderung.

Ein weiterer Nachteil der bei den Miniaturisierungs- und

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Gewichtsverminderungsversuchen für Filter in Betracht zu ziehen ist, sind die Abweichungen des Gütefaktors Q, die Temperaturcharakteristiken und die Oberwellencharakteristiken sowie die mit der Herstellung derartiger Filter verbundenen Montageschwierigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Filter zur Anwendung in elektrischen und elektronischen Geräten zu schaffen, das in seinen Abmessungen kompakt ist und ein geringes Gewicht hat, und bei dem dennoch eine hohe Güte erzielbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die dielektrischen Teile zwischen einem Innenleiter und einem Außenleiter angeordnet und elektrisch und mechanisch mit dem Gehäuse verbunden sind, und daß Kopplungseinrichtungen vorgesehen sind, die die Resonatoren miteinander verbinden, sowie weitere Kopplungseinrichtungen, die Resonatoren mit einem Eingangsverbinder bzw. einem Ausgangsverbinder des Filters verbinden.

Das erfindungsgemäße Filter hat eine hohe Temperatur-Stabilität und geringe Streuabweichungen. Es bringt mit großer Genauigkeit diejenigen Eigenschaften, die ihm bei seiner Konstruktion zugrundegelegt wurden. Auch der Zusammenbau der Einzelteile zu dem Filter während des Herstellungsprozesses bietet keine Schwierigkeiten. Er ist einfacher und kostensparender als bei vergleichbaren bekannten Filtern.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Filters besteht darin, daß die koaxialen Resonatoren sowohl elek-

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trisch als auch mechanisch sicher und in äußerst günstiger Weise an dem Filtergehäuse befestigt werden können.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Filter Koaxialresonatoren, bei denen es sich beispielsweise um beidseitig offene koaxiale Halbwellenresonatoren TEM (trasverse electro-magnetic mode) handelt. Bei jedem Resonator ist der Zwischenraum zwischen einem Innenleiter und einem Außenleiter zur Verringerung der Abmessungen und des Gewichts des Resonators bei optimalern Gütefaktor Q und einer günstigen Temperaturcharakteristik mit dielektrischem Material gefüllt, beispielsweise einem Material der Titanoxyd-Gruppe. Die vorbestimmte Zahl derartiger Koaxialresonatoren wird fest in einer oder mehreren Bohrungen untergebracht, die parallel zueinander in Längsrichtung durch ein Filtergehäuse aus leitendem Material verlaufen. Die Filter werden entweder elektrisch oder magnetisch miteinander gekoppelt. Durch diese Konstruktion wird nicht nur der Zusammenbau des Filters bei der Herstellung erheblich vereinfacht, sondern es werden auch andere Nachteile der bekannten Filter vermieden, wie beispielsweise Lageabhängigkeit, Kopplungskapazität oder dgl. Das erfindungsgemäße Filter besitzt daher in hohem Maße diejenigen Eigenschaften, die bei seiner Konstruktion festgelegt wurden.

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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gehäuses eines elektrischen Filters nach der Erfindung, wobei die Koaxialresonatoren und die Deckelplatte aus Gründen der Übersichtlichkeit fortgelassen sind,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des elektrischen Filters, in dem die Koaxialresonatoren nach der Erfindung in dem Gehäuse der Fig. 1 untergebracht sind,

Fig. 3 zeigt eine Frontansicht des Filters nach Fig. 2,

Fig. 4 zeigt eine Modifizierung des Filters in einer Darstellung, die derjenigen der Fig. 3 entspricht,

Fig. 5 zeigt eine weitere Modifizierung in einer Darstellung, die derjenigen der Fig. 2 entspricht,

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Außenleiters bei dem Filter nach Fig. 5,

Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Beispiel eines Innenleiters, der bei dem Filter nach Fig. verwendet werden kann,

Fig. 9 zeigt in Explosionsdarstellung die Konstruktion

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des in dem Filter der Fig. 5 verwendbaren Resonators,

Fig. 10 zeigt einen Teil-Längsschnitt des Resonators der Fig. 9,aus dem insbesondere der Anschluß zwischen einer Außenleiterelektrode und dem Außenleiter erkennbar ist,

Fig. 11 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 eine weitere Ausführungsform,

Fig. 12 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Konstruktion des in dem Filter der Fig. 11 verwendbaren Resonators,

Fig. 13 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform des in dem Filter der Fig. 2 verwendbaren Resonators,

Fig. 14 und 15 sind ähnliche Darstellungen wie Fig. 13 von einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 16 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XVI-XVI der Fig. 15,

Fig. 17 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig. 16, jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Resonators,

Fig. 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung ähnlich derjenigen der Fig. 13, und

Fig. 19 veranschaulicht anhand einer Kurve die Beziehung

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zwischen der Grundresonanzfrequenz und zweiten höheren Harmonischenfrequenzen bei dem Resonator der Fig. 18.

Im folgenden sind in den verschiedenen Ansichten und Ausführungsbeispielen stets gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Filter FA einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Filter FA hat ein Gehäuse Al aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Duraluminium, von rechtwinkliger kubischer Form, das mit Bohrungen AIa, Alb und Ale versehen ist, welche sich in Längsrichtung durch das Gehäuse erstrecken und mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind, wie Fig. 1 zeigt. Die Bohrungen AIa, Alb und Ale enthalten an beiden Enden offene koaxiale HaIbwellen-TEM-Resonatoren A2a, A2b bzw. A2c. Jeder der Resonatoren A2a, A2b und A2c besitzt einen zylindrischen Innenleiter r1 und einen zylindrischen Außenleiter r2. Die Innenleiter und Außenleiter sind konzentrisch angeordnet und der zwischen ihnen gebildete Zwischenraum ist mit einem dielektrischem Material e, beispielsweise aus der Titanoxyd-Gruppe ausgefüllt. An den Enden der Elektroden der Innenleiter r1 befinden sich Kopplungskondensatoren Ad und Ac2, Ac3 und Ac4 bzw. Ac5 und Ac6 für den Anschluß der Innenleiter. Jeder dieser Kondensatoren Ad bis Ac6 kann beispielsweise aus einem keramischen Dielektrikum bestehen und sein Durchmesser ist annähernd gleich dem Durchmesser des Innenleiters r1. Die Kondensatoren sind an den Stirnseiten mit aufgesinterten Silberschichten versehen, die die Elektroden für den elektrischen Anschluß bilden. Die eine Elektrode dient

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zum Anschluß des Kondensators an den Innenleiter r1· In den Wänden des Gehäuses Al zwischen den Bohrungen AIa und Alb sowie Alb und Ale befinden sich öffnungen O in der Nähe der Kondensatoren Ad bis Ac6. Durch diese öffnungen hindurch führen Drahtverbinder Aw2 und Aw3, die die Kondensatoren Ad und Ac2 für die Resonatoren A2a und A2b auf der einen Seite des Gehäuses Al, und die Kondensatoren Ac4 und Ac6 der Resonatoren A2b und'A2c auf der anderen Seite des Gehäuses Al miteinander verbinden. Der andere Kondensator Ac2 des Resonators A2a ist über einen durch das Gehäuse Al hindurchführenden Drahtleiter Aw1 mit einem Eingangskoaxialverbinder A3 verbunden, der an der einen Seite des Gehäuses Al nahe der Bohrung AIa angebracht ist, und der entsprechende Kondensator Ac5 des Resonators A2c ist ebenfalls über einen Drahtverbinder Aw4 durch das Gehäuse Al hindurchgeführt und an einen Ausgangs-Koaxialverbinder A4 angeschlossen, der an der anderen Seite des Gehäuses Al in der Nähe der Bohrung Ale angebracht ist. Beim Zusammenbau werden die Resonatoren A2a, A2b und A2c in die entsprechenden Bohrungen AIa, Alb und AIc des Gehäuses Al eingesetzt und am Gehäuse befestigt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise mit elektrisch leitendem Kleber, der die Resonatoren in dem Gehäuse festlegt und sie elektrisch mit dem Gehäuse verbindet. Alternativ können die Resonatoren A2a bis A2c in den Bohrungen AIa bis Ale mit (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben befestigt werden. In beiden Fällen sind vorzugsweise die Außenumfänge der Resonatoren A2a bis A2c der Innenfläche der entsprechenden Bohrungen AIa bis Ale eng angepaßt.

Im einzelnen ist bei der oben beschriebenen Anordnung ein

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Mittelanschluß A3a des Ausgangs-Koaxialverbinders A3 mit einem Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2a durch den Leiterdraht Aw1 und den Kondensator Ac2 verbunden, während das andere Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2a mit einem Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2b über den Kondensator Ad, den Drahtleiter Aw2 und den Kondensator Ac3 verbunden ist. Das andere Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2b ist mit einem Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2c über den Kondensator Ac4, den Drahtleiter Aw3 und den Kondensator Ac6 verbunden, und das andere Ende des Innenleiters r1 des Resonators A2c ist mit dem Mittelanschluß A4a des Ausgangs-Koaxialverbinders A4 über den Kondensator Ac5 und den Drahtleiter Aw4 verbunden. An den Stirnseiten des Gehäuses A1, die den entgegengesetzten Enden der Bohrungen AIa, Alb und Ale entsprechen, sind Deckelplatten AId und Ale an dem Gehäuse Al befestigt, beispielsweise mit Hilfe von (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben. Damit können die Bohrungen verschlossen werden, so daß die oben beschriebenen Elemente in dem Gehäuse Al vollständig abgeschirmt untergebracht sind.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind alle Drahtverbinder Aw1 bis Aw4 geradlinig zu den anderen Bauteilen, wie den Kondensatoren Ac1 bis Ac6_/ und zu den 5 Eingangs- und Ausgangsverbindern A3 und A4 verlegt, wobei die Drahtanschlüsse Aw2 und Aw3 jeweils durch die öffnungen O hindurch mit den Kondensatoren Ad und Ac3 sowie Ac4 bis Ac6 verbunden sind. Diese Anordnung ist besonders wirksam zur Eliminierung zu großer Gütetoleranzen bei der Herstellung, so daß die erfindungsgemäßen Produkte präzise die geforderten Leistungen erbringen.

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Bei den oben beschriebenen Verbindungen können die Elektroden der Kondensatoren Ad bis Ac6 an die Stirnseiten der Innenleiter r1 entweder angelötet, mit elektrisch leitendem Kleber angeklebt oder angeschweißt sein. In gleicher Weise können die Drahtleiter Aw1 bis Aw4 mit den entsprechenden Elektroden der Kondensatoren Ad bis Ac6 entweder angelötet, mit elektrisch leitendem Kleber angeklebt oder angeschweißt sein.

Die Konstruktion der Kondensatoren Ad bis Ac6, die mit ihrem Elektroden mit den jeweiligen Stirnseiten der Innenleiter r1 verbunden sind, vereinfacht nicht nur die analytische Ausführung des Kopplungskoeffizienten solcher Kondensatoren, was zu einer Vereinfachung bei der Konstruktion des Filters führt, sondern bietet zusätzlieh den Vorteil, daß das Filter einen hohen Gütefaktor und somit geringe Verluste aufweist.

In Fig. 4 ist eine modifizierte Ausführungsform des Filters FA der Fig. 1 bis 3 abgebildet. Bei diesem modifizierten Filter FB ist das Gehäuse Al, das bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 verwendet wurde, durch ein Gehäuse B1 aus ähnlichem Material ersetzt, dessen Länge größer ist als diejenige des Gehäuses A1, und mit Bohrungen B1a, B1b und Bic versehen, die in Längsrichtung durch das Gehäuse B1 in ähnlicher Weise wie die öffnungen Ala bis A1c der Fig. 1 bis 3 hindurchgehen. Die Bohrungen B1a, B1b und Bic, die an beiden Enden offenen Halbwellen TEM-Resonatoren B2a und B2b, B2c und B2d sowie B2e und B2f, die dadurch in Reihe geschaltet sind, daß die jeweiligen Stirnseiten ihrer Innenleiter r1 durch die Kondensatoren Bc2, Bc5 und Bc8 verbunden sind, sind

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jeweils in der dargestellten Weise in das Gehäuse eingesetzt. Das andere Ende des Innenleiters r1 des Resonators B2a ist mit dem Mittelanschluß B3a des Eingangs-Koaxialleiters B3 verbunden, der an einer Seite des Gehäuses B1 über den Kondensator Bd und den Drahtleiter Bw1 befestigt ist, während die anderen entsprechenden Stirnseiten der Innenleiter r1 der Resonatoren B2b und B2d jeweils über die Kondensatoren Bc3 und Bc6 und den Drahtleiter Bw2, der geradlinig durch die in der Wand des Gehäuses B1 zwischen den Bohrungen Bia und B1b gebildeten öffnung hindurchgeht, verbunden sind. Die anderen entsprechenden Enden der Innenleiter r1 der Resonatoren B2c und B2e sind ebenfalls miteinander durch die Kondensatoren Bc4 und Bc7 und den Drahtleiter Bw3 verbunden, der geradlinig durch die öffnung O hindurchführt, die in der Wand des Gehäuses B1 zwischen den Bohrungen B1b und B1c hindurchgeht. Das Ende des Resonators B2f ist durch den Kondensator Bc9 und den Drahtleiter Bw4 mit dem Mittelanschluß B4ades Ausgangs-Koaxialanschlusses B4 verbunden, der an der anderen Seite des Gehäuses B1 in der Nähe der Bohrung B1c angeordnet ist. Die den einander entgegengesetzten Stirnseiten der Bohrungen B1a, Bib und B1c entsprechenden Seitenwände des Gehäuses B1 sind jeweils mit Deckelplatten B1d und B1e verschlossen, in gleicher Weise wie dies bei dem Gehäuse A1 der Fig. bis 3 der Fall ist. Die Konstruktion und Funktion des Filters FB ist im übrigen gleich derjenigen des Filters FA der Fig. 1 bis 3, so daß seine detaillierte Beschreibung abgekürzt werden kann.

Aus der obigen Beschreibung ersieht man, daß bei dem erfindungsgemäßen Filter eine bestimmte Anzahl von in Reihe

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geschalteten Resonatoren in mehreren Reihen zum Parallelanschluß durch die Kopplungskondensatoren angeordnet ist, oder daß verschiedene Reihen eines solchen Parallelanschlusses von Resonatoren angehäuft werden können, um den elektrischen Anschluß der einzelnen Resonatoren nach den jeweiligen Bedürfnissen vorzunehmen.

Das Material der Innen- und Außenleiter muß in den elektrischen Hochfrequenzleitungseigenschaften sehr hochwertig sein und fest an dem dielektrischen-Teil anhaften.

Zu diesem Zweck können der Innenleiter und die Außenleiter, insbesondere der Außenleiter des Resonators, an den zylindrischen keramischen dielektrischen Teilen e eine Metallauflage oder eine Metallpaste mit guten Hochfrequenzeigenschaften, z.B. aus Silber, haben. Bei der Aufbringung eines solchen Metalls auf die zylindrischen keramischen dielektrischen Elemente können verschiedene bekannte Elektrodenbildungsverfahren angewandt werden, wie beispielsweise das Beschichten, die Ablagerung, Elektroplattieren, Zerstäubung, Flammsprühen, Ionenplattierung, elektrodenlose Plattierung, usw. Der so an dem dielektrischen Teil gebildete Außenleiter oder Innenleiter bewirkt, daß die Resonatoren eine außergewöhnlich gute Frequenzstabilität bei Temperaturänderungen haben, da zwischen dem Außenleiter oder Innenleiter und dem dielektrischen Teil kein Zwischenraum oder Spiel vorhanden ist.

Solche Außen- und Innenleiter können vom Prinzip des Resonators her auch durch entsprechende Metallrohre oder dgl. ersetzt werden, die an die Außen- oder Innenfläche des dielektrischen Teiles angesetzt werden. In diesem

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Falle müssen jedoch nicht nur die Außen- und Innendurchmesser des zylindrischen dielektrischen Teiles, sondern auch die entsprechenden Innen- und Außendurchmesser der Außen- und Innenleiter in ihren Abmessungen sehr genau kontrolliert werden, damit die Resonatoren mit der vorgesehenen Frequenz arbeiten, weil die Resonanzfrequenz der Resonatoren von diesen Abmessungen abhängt.

Wenn dagegen das Metall oder die Metallpaste direkt auf das zylindrische dielektrische Teil in der oben beschriebenen Weise durch Sintern, Ablagerung oder dgl. aufgebracht wird, brauchen lediglich die Außen- und Innendurchmesser des zylindrischen dielektrischen Teiles präzise bestimmt zu werden, was sehr zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses der Resonatoren beiträgt.

In einer Reihe von Versuchen hat sich ergeben, daß der Gütefaktor Q den optimalen Höchstwert erreicht, wenn der Quotient des Innendurchmessers des Außenleiters geteilt durch den Außendurchmesser des Innenleiters des Resonators ungefähr 3,6 ist, und daß man Filter mit überlegenen Temperaturcharakteristiken erhält, wenn dielektrische Materialien mit geeignetem Temperaturkoeffizienten verwendet werden, weil der Einfluß des linearen Expansionskoeffizienten des Metalleiters in vorteilhafter Weise ausgeschaltet werden kann.

Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, kann das Filter in seinen Abmessungen kompakt hergestellt werden, weil das dielektrische Material in die koaxialen TEM-Resonatoren eingefüllt wird. Dies hat eine Verringerung von Größe und Gewicht der

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gesamten Gerätschaften auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik zur Folge. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Konstruktion des Filters, bei dem eine vorbestimmte Zahl koaxialer TEM-Resonatoren,bei denen dielektrisches Material zwischen die Innen- und Außenleiter gefüllt wird, und die fest in einer oder mehr als zwei Bohrungen untergebracht sind, welche parallel zueinander in dem Gehäuse aus leitfähigem Material angeordnet sind, um durch Kondensatoren miteinander verkoppelt zu sein, der Zusammenbau bei der Herstellung vereinfacht, während unbestimmte Faktoren, wie eine ungünstige räumliche Zuordnung, ungünstige Kopplungskapazitäten und dgl. zwischen den Resonatoren vermieden werden. Auf diese Weise erreicht man die gewünschte Leistung in Übereinstimmung mit der vorgesehenen Konstruktion mit höchster Reproduzierbarkeit.

In den Fig. 5 bis 10 ist eine weitere Ausführungsform des Filters FA der Fig. 1 bis 3 abgebildet. Bei diesem Filter FC ist besonderes Augenmerk auf eine günstige Befestigung und Verbindung der Resonatoren mit dem Filtergehäuse sowohl elektrisch als auch mechanisch gelegt, um Abweichungen der verschiedenen Charakteristika infolge unzulänglicher elektrischer Anschlüsse zu vermeiden. Gemäß Fig. 5 und 6 hat das Filter FC ein Gehäuse C1 von rechteckiger hohlkastenförmiger Gestalt, das von Seitenwänden C1a und C1b, de und C1d und einer Ober- und Unterwand C1e und C1f begrenzt wird. In diesem Gehäuse C1 befinden sich mehrere an beiden Enden offene Halbwellen-Koaxial-TEM-Resonatoren C2a, C2b und C2c, die in Gehäuselängsrichtung ausgerichtet sind und parallel zueinander verlaufen. In jedem der Resonatoren C2a, C2b

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und C2c befindet sich dielektrisches Material e, das zwischen den Innenleiter r1 und den Außenleiter r2 eingefüllt ist und in seiner Länge derjenigen des Innenleiters r1 entspricht. Die stirnseitigen Enden des Außenleiters r2 überragen die entsprechenden Enden des Innenleiters r1 und das mit dem Innenleiter r1 bündige dielektrische Material e bis zu einem gewissen Grade, während ein Ende des Außenleiters r2 geschlossen ist und das andere Ende gegen die Bodenwand C1f des Gehäuses stößt. In dem zwischen den stirnseitigen Enden des Innenleiters r1 und die entsprechenden äußeren Enden des Außenleiters r2 gebildeten Raum sind Abschalt-Wellenleiter g gebildet, die zu den Leitern r1 und r2 kurzgeschlossen sind. Auf diese Weise wird ein an beiden Enden offener Resonator gebildet und die geringfügigen Strahlungsverluste durch die Stirnflächen des dielektrischen Teiles e werden unterdrückt. Die Eingangs-Anregungsleitung C3 führt aus dem Gehäuse C1 zwischen dem Innenumfang des Außenleiters r2 und dem Außenumfang des dielektrischen Teiles e des Resonators C2a heraus. Bei dem modifizierten Filter FC entfallen die Drahtleiter Aw1 bis Aw4 und die Kopplungskondensatoren Ad bis Ac6, die bei dem Ausführungsbeispiel des Filters FA der Fig. 1 bis 3 vorhanden sind, und zur Kopplung zwischen den Resonatoren C2a und C2b, C2b und C2c sind Kopplungsöffnungen S2 und S3 in dem Außenleiter r2 des Resonators C2b vorhanden. Die Kopplungsöffnungen befinden sich etwa im Mittelbereich des Außenleiters und sind den benachbarten Resonatoren C2a und C2c zugewandt, während gleichartige Kopplungsöffnungen S1 und S4 an den Außenleitern r2 der Resonatoren C2a und C2c an Stellen vorhanden sind, die jeweils den öffnungen S2 und S3 entsprechen, um eine magnetische Kopplung zwi-

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sehen den Resonatoren C2a und C2b, C2b und C2c herzustellen, wie man mit aller Klarheit aus Fig. 7 erkennt. Die Ausgangs-Anregungsleitung C4 ist zwischen dem Innenumfang des Außenleiters r2 und dem Außenumfang des dielektrischen Teiles e des Resonators C2c aus dem Gehäuse C1 herausgeführt.

Die Ausbildung der Kopplungsöffnungen S1 bis S4 sollte zweckmäßigerweise so gewählt sein, daß die Kopplungsöffnungen den Durchfluß des elektrischen Stromes durch die Außenleiter r2 nicht behindert, um den Gütefaktor Q und die Resonanzfrequenz so stabil wie möglich zu halten.

Bei der Herstellung von Filtern der beschriebenen Art werden für die dielektrischen Teile e dielektrische Materialien von hohlzylindrischer Form (nicht dargestellt) verwandt, während eine Mittelleiterelektrode ec für den Innenleiter r1 und eine Außenleiterelektrode el an dem Innenumfang bzw. dem Außenumfang des dielektrischen Teiles angebracht sind. Die Anbringung erfolgt beispielsweise durch Ansintern von Silberpaste bei hoher Temperatur. Die Mittelleiterelektrode ec für den Innenleiter r1, die bei dem obigen Ausführungsbeispiel als Silberpaste beschrieben wurde, kann durch eine dünne Metalleiterelektrode ec¹ von zylindrischer Form ersetzt werden, die, damit sie elastisch ist, einen Axialschlitz ec'-s aufweist, wie Fig. 8 zeigt. Der Innenleiter r1 muß nicht notwendigerweise hohl sein, sondern kann mit etwas Substanz, z.B. Keramikmaterial f, das nachfolgend noch unter Bezugnahme auf Fig. 18 erläutert wird, gefüllt sein. Ein wichtiger Faktor,der die Leistung des Resonators bestimmt, ist nämlich der Durchmesser des Innenleiters r1. Das di-

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elektrische Teil e muß nicht unbedingt eine Einzeleinheit sein, sondern kann auch aus einer Kombination mehrerer Teile bestehen, was im einzelnen von den Herstellungsanforderungen abhängt, wie oben bereits unter Bezugnahme auf das dielektrische Teil e des Filters FA der Fig. 1 bis 3 erläutert wurde.

Ein Verfahren zur Befestigung der TEM-Koaxialresonatoren C2a bis C2c, von denen jeder eine Mittelleiterelektrode ec und eine Außenleiterelektrode e^ aufweist, besteht darin, die Außenleiter r2 aus einem Metallrohr zu machen, das sich bei Wärme ausdehnt, um eine Schrumpfpassung der Resonatoren C2a bis C2c darin zu bewirken. Da die Außenleiter r2 sich bei Abkühlung zusammenziehen, werden die Resonatoren C2a und C2c in diesem Falle fest an den Außenleitern r2 befestigt, und zwar sowohl elektrisch als auch mechanisch. Ein anderes Verfahren besteht darin, die Resonatoren C2a bis C2c in die entsprechenden Außenleiter r2 einzupassen und anschließend in den Zwischenraum elektrisch leitende Paste, Lot oder dgl. einzufüllen.

Bei beiden beschriebenen Methoden werden die Außenleiter r2, die auf diese Weise an den Resonatoren C2a bis C2c befestigt werden, sowohl elektrisch als aucn mechanisch durch geeignete Mittel (nicht dargestellt) mit dem Gehäuse C1 verbunden und an diesem befestigt.

Die erste Methode ist jedoch nicht so günstig, weil sie hohe Kosten verursacht, obwohl sie unter dem Gesichtspunkt der elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen den Außenleitern r2 und den Resonatoren C2a bis C2c ideal ist. Bei der zweiten Methode ist es schwierig, die Endbereiche der Resonatoren C2a bis C2c und die Innen-

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flächen der Außenleiter r2 vollständig anzuschließen. Im allgemeinen entwickeln sich Schwingungsarten höherer Ordnung bei Resonatoren der beschriebenen Art an den Enden, wobei die abklingende elektrische Energie an den Außenseiten der offenen Enden gespeichert wird. Daher wird infolge der Tatsache, daß Schwingungen höherer Ordnung in dem TEM-Resonator nicht vorhanden sind, an diesen offenen Enden ein Annäherungswert induziert. Zum elektrischen Anschluß von Resonatoren der beschriebenen Art an andere Bauteile muß die elektrische Verbindung perfekt sein, damit der Resonanzstrom ohne Stoßstellen von den Resonatoren zu den anderen Bauteilen fließen kann, Anderenfalls können verschiedene unerwünschte Erscheinungen, wie Änderungen der Resonanzfrequenz infolge der Entwicklung unnötiger Induktivitäten, eine Reduzierung des Gütefaktors, temperaturabhängige Instabilitäten der Resonanzfrequenz und dgl. auftreten.

Zur Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile sind bei dem modifizierten Filter FC der Erfindung Anschlüsse e/i zur Verbindung mit der Innenfläche des Außenleiters r2 der Außenleiterelektrode ei entlang der Umfangskanten der Seitenfläche eines dielektrischen Teiles e oder einer Umfangskante an mindestens einer Seitenfläche einstückig angeformt, wie man am klarsten aus Fig. 9 ersieht.

In diesem Falle sollte die Breite t des ringförmigen Anschlusses e/i,der konzentrisch zur Außenleiterelektrode ei verlauft_f vorzugsweise annähernd durch die folgende Gleichung bestimmt sein:

t = -J- (D2-D1) χ 0,2.

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Hierin ist D1 der Innendurchmesser des dielektrischen Teiles e und D2 der Außendurchmesser dieses dielektrischen Teiles e.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion werden nach der Befestigung der Resonatoren C2a bis C2c, beispielsweise von C2a in dem entsprechenden Außenleiter r2, die Anschlüsse e^1 mit der Innenfläche de& Außenleiters r2 an den Stellen j-1 und j-2, beispielsweise durch Löten, verbunden, wie Fig. 10 zeigt. Dadurch werden nicht nur die Endbereiche der Resonatoren C2a bis C2c perfekt elektrisch an die Innenflächen der Außenleiter r2 angeschlossen, sondern die Resonatoren C2a bis C2c werden auch mechanisch starr und fest an dem Außenleiter r2 befestigt. Wird zur weiteren Miniaturisierung des FiI-ters ein Viertelwellen-Resonator benutzt, dessen eine Seite geerdet ist, wird der oben beschriebene Anschluß nur an der anderen, offenen Seite des Resonators verwandt. Bei der beschriebenen Anordnung können die Resonatoren C2a bis C2b entweder magnetisch oder durch ihre elektrisehen Felder miteinander gekoppelt sein. In diesen Fällen werden (nicht dargestellte) Abschirmplatten zwischen den jeweiligen Resonatoren C2a und C2b, C2b und C2c in Fig. verwandt, wobei feste Kondensatoren oder variable Kondensatoren (nicht dargestellt) vorgesehen sind, die durch die Abschirmplatten hindurchragen, während die Anschlüsse an beiden Enden der Kondensatoren mit den jeweiligen Enden der Innenleiter r2 des Resonators verbunden sind. Zusätzlich können die Resonatoren C2a und C2c und der Eingangsanschluß C3 sowie der Ausgangsanschluß C4 so modifiziert werden, daß sie durch geeignete Kondensatoren (nicht dargestellt) verbunden sind, die vorzugsweise halb-

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fest ausgebildet sind und im Falle des obigen Ausführungsbeispiels etwa eine Kapazität von 0,1 bis 3 pF haben. Bei der elektrischen Kopplung ist die Einstellung des Kopplungsfaktors erheblich vereinfacht.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Verkopplung der Eingänge und der Ausgänge der oben beschriebenen Resonatoren auch durch konventionelle Anordnungen ersetzt werden kann. Da die anderen Konstruktions- und Funktionsmerkmale der Filter FC der Fig. 5 bis 10 denjenigen der Filter der Fig. 1 bis 3 gleichen, erübrigt sich eine weitere detaillierte Beschreibung.

Wie man aus der obigen Beschreibung ersieht, besteht bei dem Filter der Fig. 5 bis 10 jeder der Resonatoren aus dem hohlzylindrischen dielektrischen Teil, dessen Mittelleiterelektrode sich an seiner Innenfläche befindet, dessen Außenleiterelektrode aus Silber oder einem anderen Elektrodenmaterial sich an seinem Außenumfang befindet, und dem Anschluß aus demselben Material,der einstückig mit der Außenleiterelektrode gebildet ist und dem Randbereich mindestens einer Seite des dielektrischen Teiles angeformt ist. Die so gebildeten Resonatoren sind in die entsprechenden elektrisch leitenden Rohre eingepaßt und als Außenleiter an dem Gehäuse befestigt. Die Anschlüsse und die Innenflächen der Außenleiter sind in einer Reihe miteinander verbunden, beispielsweise durch Löten. Die Resonatoren sind auf diese Weise perfekt elektrisch und mechanisch mit dem Filtergehäuse verbunden, wodurch eine konsequente Ausschaltung von Abweichungen in verschiedenen Charakteristiken durch unvollständige elektrische Verbindungen ausgeschaltet werden.

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In den Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform des Filters FA der Fig. 1 bis 3 abgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, noch zusätzlich verbesserter Streueigenschaften. Das Filter FD besitzt ein zylindrisches Gehäuse D1 aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Duraluminium, und mehrere an beiden Enden offene koaxiale Halbwellen-TEM-Resonatoren, beispielsweise vier Resonatoren D2a bis D2d, die axial ausgerichtet in dem Gehäuse D1 in Reihe hintereinander angeordnet sind. Jeder dieser Resonatoren D2a bis D2d ist von gleicher Konstruktion wie die Resonatoren A2a bis A2c bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3, so daß die detaillierte Beschreibung der Resonatoren hier abgekürzt werden kann. An den entgegengesetzten Stirnseiten des Innenleiters r1 und des dielektrischen Teiles e eines jedes Resonators D2a bis D2d sind Elektroden vorgesehen, die die Kopplungskondensatoren Dd bis Dc5 bilden, durch die die Resonatoren D2a bis D2d aneinander gekoppelt sind. Der Kondensator Dc1 am linken Ende des Resonators D2a in Fig. 11 ist über ein Anpaßstück m1 mit dem Eingangs-Koaxialverbinder D3 verbunden, der an einer Stirnplatte Dia an dem betreffenden Ende des Gehäuses D1 befestigt ist, um eine angepaßte Verbindung zwischen dem Kondensator Dd und dem Verbinder D3 zu schaffen. Der Kondensator Dc5 am rechten Ende des Resonators D2d ist über ein anderen Anpaßelement m2 mit dem Ausgangs-Koaxialverbinder D4 gekoppelt, der ebenfalls an der Stirnplatte D1b des betreffenden Endes des Gehäuses D1 zur angepaßten Verbindung des Kondensators Dc5 mit dem Verbinder D4 angeordnet ist.

Der Zusammenbau des Filters FD kann beispielsweise in

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der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge erfolgen. Der koaxiale Eingangsverbinder D3, das Anpaßelement m1 , der Kondensator Dc1, der Resonator D2a, der Kondensator Dc2, der Resonator D2b, der Resonator Dc3, der Resonator D2c, der Kondensator Dc4, der Resonator D2d, der Kondensator Dc5, das Anpaßelement m2 und der koaxiale Ausgangsverbinder D4 werden so gegeneinandergesetzt, daß sie gegenseitigen Kontakt haben 'und in der erwähnten Reihenfolge in das Gehäuse D1 eingeschoben. Die Stirnplatten Dia und D1b an den Enden des Gehäuses D1 können als Schraubkappen ausgebildet sein, und auf die entsprechenden Enden des Gehäuses D1 aufgeschraubt werden, oder sie können als Scheiben ausgebildet sein, die an den Enden befestigt sind, beispielsweise mit (nicht dargestellten) Befestigungsschrauben. Die Anschlußstücke D3 und D4 können alternativ auch angeformte Teile haben, die die Funktion der Stirnplatten D1a und Dib übernehmen. Jeder der Resonatoren D2a bis D2d ist an der Innenfläche des Gehäuses D1 befestigt, beispielsweise mit elektrisch leitendem Kleber oder mit Befestigungsschrauben (nicht dargestellt). In beiden Fällen ist vorzugsweise jeder Resonator in dem Gehäuse D1 so untergebracht, daß der Außenumfang des Resonators fest an der Innenfläche des Gehäuses D1 in ähnlicher Weise wie bei den Filtern FA bis FC der Fig. 1 bis 10 anliegt.

Das oben beschriebene modifizierte Filter FD hat ferner zusätzlich zu den oben unter Bezugnahme auf das Filter FA der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Wirkungen noch den Vorteil, daß, wenn man die Achsrichtung des Resonators als Z-Achse bezeichnet, andere Resonanzmoden als die rotationssymmetrische Schwingung in Richtung der Z-Achse

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möglich sind. Beispielsweise erscheint der TE₁₁ der in Filtern mit Koaxialresonatoren mit dielektrischen Teilen in Frage gestellt ist, nicht als Nebenschwingung.

In Fig. 13 ist eine Modifizierung des koaxialen TEM-Resonators dargestellt, beispielsweise der koaxialen TEM-Resonatoren A2a bis A2c des Filters FA der Fig. 1 bis 3. Der modifizierte Resonator 2E der Fig. 13 soll eine einfachere Einstellung der Resonanzfrequenz ermöglichen und enthält das dielektrische Material, beispielsweise das keramische dielektrische Teil e der Titanoxydgruppe, eingefüllt zwischen dem Innenleiter r1 und dem Außenleiter r2, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3. Von dem Innenleiter r führt eine öffnung 2Eo radial zum Außenleiter r2. Die öffnung ist in der Nähe des einen Endes des Resonators 2E angeordnet und in ihr ist ein Trimmkondensator 2Ec zylindrischer Form untergebracht. Der Trimmkondensator besitzt eine Statorelektrode und eine Rotorelektrode (nicht dargestellt) , die mit dem Innenleiter r1 bzw. dem Außenleiter r2 verbunden sind, z.B. durch Löten. Die Resonanzfrequenz kann daher vorteilhafterweise lediglich durch Verstellung des Trimmkondensators 2Ec verändert werden. Die Elektroden des Trimmkondensators 2Ec sollten vorzugsweise an Bereiche angeschlossen sein, in denen ein starkes elektrisches Feld vorhanden ist, um die bestmögliche Wirkung zu erzielen. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform kann man die Werte für den Trimmkondensator 2Ec aus der folgenden Formel ermitteln:

taniT· ^- =4 c · U/ · Z₀
z. - £Jf log f.

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Hierin bildet Δ f den Frequenzänderungsbereich,f₀ die Mittenfrequenz,A c den Bereich, in dem die statische Kapazität des Triitunkondensators 2Ec veränderbar ist, Z₀ die charakteristische Impedanz, a den Durchmesser des Innenleiters r1, und b den Durchmesser des Außenleiters r2.

Wie sich aus der obigen Beschreibung des Koaxialresonators 2E ergibt, erfolgt die Verstellung der Mittelfrequenz des Koaxialresonators TEM,bei dem ein dielektrisches Teil zwischen Innen- und Außenleiter vorhanden ist, zu einem großen Anteil dadurch, daß man eine variable statische Kapazität zwischen Innenleiter und Außenleiter schaltet.

Eine weitere Ausführungsform des an beiden Enden offenen Koaxialresonators TEM ist in Fig. 14 dargestellt, wobei es sich beispielsweise um die Resonatoren A2a bis A2c des Filters FA nach Fig. 1 bis 3 handeln kann. In dem erfindungsgemäßen Koaxialresonator, bei dem dielektrisches Material zwischen Innenleiter und Außenleiter gefüllt ist, und der generell wegen seines hohen Gütefaktors als beidseitig offener Resonator ausgeführt ist, besteht die Tendenz, daß die zweite Harmonische als Nebenkopplungsschwingung erzeugt wird. Aufgabe des modifizierten Halbwellen-Koaxialresonators 2F der Fig. 14 ist es, die Nebenschwingungseigenschaften weiter zu verbessern. Zu diesem Zweck ist bei dem Resonator ein keramisches dielektrisches Material e, beispielsweise aus der Titanoxydgruppe, zwischen die Innenleiter und Außenleiter r1 und r2 in derselben Weise eingefüllt wie bei den Resonatoren A2a bis A2c der Fig. 1 bis 3. Durch das dielek-

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trische Teil e erstreckt sich von einem Bereich, der einen gewissen Abstand von dem Innenleiter r1 hat, bis zum Außenleiter r2 eine Radialbohrung, die etwa im Mittelbereich des Resonators 2F angeordnet ist. In der Radialbohrung ist ein Leiterteil 2Fd von rohrförmiger Gestalt untergebracht.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Einfluß des Leiters 2Fd gegenüber der Resonanzfrequenz klein, weil das elektrische Feld der Grundwelle in der Mitte des Resonators 2F bzw. im Mittelbereich Null oder nahezu Null ist. Obwohl andererseits das elektrische Feld der zweiten Harmonischen in der Mitte oder in der Nähe des Mittelbereiches des Resonators 2F den Maximalwert hat, entwickelt sich die zweite Harmonische zur Resonanzfrequenz nicht, weil in bezug zur zweiten Harmonischen ein Reihenresonanzkreis gebildet wird. Dieser besteht aus dem Leiter 2Fd und dem dielektrischen Teil e zwischen dem Leiter 2Fd und dem Innenleiter r1 und bringt den Mittelbereich des Resonators 2F in einen Kurzschlußzustand. Die Größe des Leiters 2Fd sollte in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zweck gewählt werden, weil die Frequenzen, bei denen die Serienresonanz stattfindet, von verschiedenen Bedingungen abhängen, wie Tiefe, Durchmesser und dgl. des Leiters 2Fd. Selbst wenn die Reihenresonanz nicht auftritt, tritt die zweite Harmonische in dem von ihrem Originalbereich abweichenden Bereich auf, weil zwischen dem Außenleiter r2 und dem Innenleiter r1 im Mittelbereich des Resonators 2F eine Induktivität oder Kapazität vorhanden ist, so daß die Nebenschwingungseigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einzelfall verbessert sind.

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Wie man aus der obigen Beschreibung ersieht, wird bei dem Resonator 2F, bei dem der Leiter in der Radialbohrung des Mittelbereiches eines beidendig offenen Halbwellen-Koaxialresonators TEM, bei dem ein dielektrisches Teil zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter angeordnet ist, untergebracht ist, entweder die zweite Harmonische Resonanzfrequenz am Erscheinen gehindert, oder die Frequenz wird in einen Frequenzbereich verschoben, in dem sie für die praktische Verwendung keine Nachteile bildet, wodurch die Nebenschwingungseigenschaften erheblich verbessert werden.

Der Resonator 2G nach Fig. 15 stellt eine weitere Modifizierung des Resonators 2F nach Fig. 14 dar. Die öffnung 2Fo im Mittelbereich des Resonators 2F ist durch zwei öffnungen 2Go ersetzt, die jeweils radial durch das dielektrische Material e vom Innenleiter r1 zum Außenleiter r2 entlang einer Diametrallinie verlaufen. In den Bohrungen 2Go befinden sich rohrförmige Leiter 2Gd, ähnlich dem Leiter 2Ed der Fig. 14. Diese Leiter sind den öffnungen 2Go jeweils angepaßt und bilden einen Kurzschluß zwischen Innenleiter r1 und Außenleiter r2. Da das elektrische Feld der zweiten Harmonischen in der Mitte oder im Mittelbereich des Resonators 2G etwa seinen Maximalwert hat, wird die Ausbildung der zweiten Harmonisehen verhindert oder in einen höheren Frequenzbereich verlagert, weil Innenleiter und Außenleiter r1 und r2 an dieser Stelle in einem Kurzschlußzustand sind oder in einem Zustand, in dem sie für die zweite Harmonische eine kleine Induktivität im Mittelbereich des Resonators 2G bilden. Die Leiter 2Gd müssen nicht notwendigerweise in der in den Fig. 15 und 16 dargestellten Weise angeord-

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net sein, sondern können beispielsweise radial durch das dielektrische Material e unter rechten Winkeln zueinander verlaufen, wie bei dem Resonator 2G' in Fig. 17. Die Anzahl der Leiter 2Gd kann auf mehr als zwei erhöht werden, was von den jeweiligen Anforderungen abhängt. Die Abmessungen des Leiters 2Gd sollten so gewählt werden, daß sie zu der gewünschten Frequenz passen, da sich die jeweils kurzgeschlossene Frequenz mit Veränderungen des Durchmessers des Leiters 2Gd verändert.

Bei dem Resonator 2G der Fig. 15 bis 17, bei denen der Innenleiter r1 und der Außenleiter r2 als elektrische Leiter im Mittelbereich des an beiden Enden offenen Halbwellen-Koaxialresonators TEM angeordnet sind, bei dem ein dielektrisches Teil e zwischen dem Innenleiter r1 und dem Außenleiter r2 angeordnet ist, wird die zweite Harmonische entweder am Entstehen gehindert oder in einen höheren Frequenzbereich verlagert, so daß die Nebenschwingungscharakteristik verbessert wird.

In Fig. 18 ist eine weitere Modifizierung des Resonators 2E der Fig. 13 abgebildet. Der modifizierte Resonator 2H nach Fig. 18 soll ebenfalls die Nebenschwingungseigenschaften, die sich aus der zweiten Harmonischen bei beidseitig offenen Koaxialresonatoren ergeben, verbessern, indem die dielektrische Konstante im Mittelbereich kleiner gemacht wird als in den übrigen Bereichen des Resonators.

Bei dem TEM-Resonator 2H ist das einzelne dielektrische Teil e, das zwischen Innenleiter r1 und Außenleiter r2 bei dem Resonator 2E der Fig. 13 gefüllt ist, durch ein

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dielektrisches Teil e¹ ersetzt, das aus drei dielektrischen Teilen el, e2 und e3 besteht. Die Teile el und e3, die an beiden Enden des Resonators 2E angeordnet sind, bestehen beispielsweise aus dielektrischem Material der Titanoxydgruppe, während das Mittelteil e2 beispielsweise aus Vorstellite ist, das eine niedrigere Dielektrizitätskonstante hat als die Teile el und e3. Bei einem Beispiel zur Herstellung des Resonators 2H haben die dielektrischen Teile el bis e3 jeweils eine Zentralbohrung eo und sind durch geeignete Mittel miteinander verbunden, während Silber auf die Innenfläche der einzigen Mittelbohrung eb aufgesintert wird, um den Innenleiter r1 zu bilden. In die Mittelöffnung eb wird dann zur Verstärkung des Resonators als Ganzes weiteres keramisches Material f eingefüllt.

Auch bei den Resonatoren FA bis FD und 2E bis 2G, die anhand der Fig. 1 bis 17 beschrieben wurden, sollte vorzugsweise der Innenleiter r1 mit keramischem Material ausgefüllt werden, ähnlich dem keramischen Material f für den Resonator 2H der Fig. 18. Am Außenumfang des dielektrischen Teiles e¹ wird zur Bildung des Außenleiters r2 in ähnlicher Weise wie bei dem Resonator 2E der Fig. 13 Silber aufgesintert. Das mittlere dielektrische Teil e2 sollte vorzugsweise aus keramischem Material bestehen, da dieses Teil e2 der Brenntemperatur von Silber im Bereich von 600 bis 900 ⁰C standhalten muß, wenn der Innenleiter und der Außenleiter r1 und r2 zur Verringerung der Verluste aus Silber gebildet werden. Wenn der Innenleiter und der Außenleiter r1 und r2 nicht aus aufgebranntem Silber bestehen, kann das dielektrische Teil e2 aus einem anderen Material bestehen oder fortgelassen werden.

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Bei der oben beschriebenen Konstruktion ist selbst bei kleiner Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Teiles e2 der Einfluß dieses Teiles auf die Resonanzfrequenz klein, weil das elektrische Feld der Grundwelle in der Mitte oder im Mittelbereich des Resonators 2H Null oder nahe Null ist. Dagegen ist das elektrische Feld der zweiten Harmonischen in der Mitte oder im Mittelbereich auf seinem Maximalwert oder nahe am Maximalwert, so daß die effektive Dielektrizitätskonstante erheblich verringert ist, was einen starken Einfluß auf die betreffende Resonanzfrequenz hat. Dies bedeutet, daß die Resonanz der zweiten Harmonischen, die als Nebenschwingung auftritt, in einen höheren Frequenzbereich verlagert wird. Die Resonanzfrequenz des Resonators der oben beschriebenen Konstruktion ergibt sich aus folgenden Formeln:

0 = 2tanG₁ + \j |j tan9₂(1- |y tan²

=|2 . /2 . _βι

Hierin ist θ die elektrische Länge der dielektrischen Teile el und e3, θ_ die elektrische Länge des dielektrischen Teiles e2, ß1 die Wellenlängenkonstante der dielektrischen Teile el und e3, ß2 die Wellenlängenkonstante des dielektrischen Teiles e2, /λ die geometrische Länge des dielektrischen Teiles e2, £1 die dielektrische Konstante der dielektrischen Teile el und e3, und f2 die dielektrische Konstante des dielektrischen Teiles e2.

Fig. 19 zeigt eine Kurve, die man erhält, wenn

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/2/2(/ΐ+ϋ2) an der Abszisse und die Frequenz an der Ordinate entsprechend der obigen Formel aufgezeichnet wird. Es ist klar, daß die Frequenz der zweiten Harmonischen bei Vergrößerung des dielektrischen Teiles e2 einen scharfen Anstieg zeigt,während die Grundwellenresonanzfrequenz kaum steigt. Zusätzlich ist durch eine Reihe von Versuchen bestätigt worden, daß der Gütefaktor Q des Resonators im obigen Falle genau derselbe ist wie in dem Falle, daß der Dielektrizitätsfaktor über die gesamte Länge konstant ist.

Bei dem modifizierten Resonator 2H, bei dem die Dielektrizitätskonstante des an beiden Enden offenen koaxialen Halbwellen-Resonators TEM in der Nähe des Mittelbereichs des Resonators kleiner gemacht wurde als in den beiden äußeren Bereichen, sind die Nebenschwingeigenschaften des Resonators ebenfalls verbessert, wobei die Frequenz der zweiten Harmonischen in einen höheren Bereich verschoben wird, während hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Resonators keine Nachteile auftreten.

Die Resonatoren, die bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen in den Filtern FA, FB, FC und FD verwendet werden, können durch die Resonatoren 2E, 2F, 2G, 2G¹ und 2H, die anhand der Fig. 13 bis 18 erläutert wurden, nach den jeweiligen Anforderungen ersetzt werden.

Die obigen Ausführungsbeispiele wurden hauptsächlich unter Bezugnahme auf elektrische Filter beschrieben, deren Resonatoren an beiden Enden offene koaxiale HaIbwellenresonatoren TEM sind. Das Konzept der vorliegenden Erfindung ist aber in seiner Anwendung nicht auf elek-

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trische Filter mit Resonatoren der erwähnten Art beschränkt, sondern generell auch bei elektrischen Filtern mit anderen Arten von Resonatoren anwendbar, beispielsweise mit koaxialen Viertelwellen-Resonatoren und dgl.

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Claims (23)

1. VON KREISLER SCHONWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

   PATENTANWÄLTE

   Anmelderin Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

   Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

   Murata Manufacturing Co. Ltd. Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln

   . _L . . . ,_ . „ Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bod Soden

   16, NishiDin-cho, Kaiden, Dr. J. F. Fues Köln

   Nagaokakyo-Shi, KyOto-fU, Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

   •Japan Dipl.-Chem. Corola Keller, Köln

   Dipl.-Ing. G. Setting, Köln

   Sg-Is 5 KÖLN l 7. Feb. 1977

   DEICHMANNHAUS AM HAUPTÜAHNHOF

   Ansprüche

   [ 1. !Elektrisches Filter mit einem Gehäuse aus elektrisch ^ leitendem Material, in dem mehrere Resonatoren, von denen jeder ein dielektrisches Teil aufweist, untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet daß die dielektrischen Teile (A2a, A2b, A2c) zwischen einem Innenleiter (r1) und einem Außenleiter (r2) angeordnet und elektrisch und mechanisch mit dem Gehäuse (A1) verbunden sind, und daß Kopplungseinrichtungen (Aw2, Aw3) vorgesehen sind, die die Resonatoren (A2a, A2b, A2c) miteinander verbinden, sowie weitere Kopplungseinrichtungen (Aw1, Aw4), die Resonatoren (A2a, A2c) mit einem Eingangsverbinder (A3) bzw. einem Ausgangsverbinder (A4) des Filters verbinden.
2. 2. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (A1) kubische Form hat und mindestens eine Bohrung (Ala, Alb, A1c) zur Unterbringung der Resonatoren aufweist.
3. 3. Elektrisches Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse ein hohlzylindrisches Rohr ist.

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   Telefon: (02 21) 234541 - 4 · Telei: 888 2307 dopo d · Telegramm: Dompalenl Köln

   ORIGINAL INSPECTED
4. 4. Elektrisches Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Außenleiter (r2) eines jeden Resonators ein ringförmiges Anschlußteil (eil) einstückig angeformt ist, das mindestens entlang einer Seitenfläche des zylindrischen dielektrischen Teiles (e) anliegt und an die Innenfläche des hohlzylindrischen Rohres angelötet ist, und daß die Breite des ringförmigen Anschlußstückes etwa die Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des dielektrischen Teiles (e) und dem Innendurchmesser des dielektrischen Teiles, multipliziert mit 0,2, ist.
5. 5. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (Ala, A1b, Ale) in Gehäuselängsrichtung parallel zueinander verlaufende Durchgangsbohrungen sind, und daß das Gehäuse im übrigen als Vollkörper ausgebildet ist.
6. 6. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen von hohlzylindrischen Rohren gebildet sind, die sich in Längsrichtung des Gehäuses (C1)erstrecken und jeweils den Außenleiter (r2) für die Resonatoren bilden, und daß an den einander entgegengesetzten Enden der Resonatoren (C2a, C2b, C2c) innerhalb der hohlzylindrischen Rohre Trenn-Wellenleiter (cutoff waveguides) vorgesehen sind.
7. 7. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren beidendig offene koaxiale Halbwellenresonatoren für elektromagnetische Transversalwellen sind.

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8. 8. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren dielektrische Teile (e) aus keramischem dielektrischem Material der Titanoxyd-Gruppe enthalten.
9. 9. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient des Innendurchmessers des Außenleiters geteilt durch den Außendurchmes-" ser des Innenleiters etwa 3,6 beträgt.
10. 10. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Teil (e) zylindrisch ausgebildet ist und eine Mittelbohrung aufweist, deren Fläche (ec) zur Bildung des Innenleiters (r1) mit einem Metall beschichtet ist, und daß auch die Außenfläche (el) des dielektrischen Teiles (e) zur Bildung des Außenleiters mit einem Metall guter Hochfrequenzleitfähigkeit beschichtet ist.
11. 11. Elektrisches Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, mit dem die Innenfläche (ec) und die Außenfläche (el) des dielektrischen Teiles (e) durch Sintern beschichtet sind, Silber ist.
12. 12. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Teil aus mehreren dielektrischen Stücken besteht, von denen jedes eine Mittelöffnung aufweist.
13. 13. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Teil (e) im Inneren seiner Bohrung mit einem eine Innenleiterelek-

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    -Jf-

    trode bildenden Beschichtung versehen ist und an seinem Außenumfang eine eine Außenleiterelektrode bildende Beschichtung trägt, und daß die Außenleiterelektrode ein ihr einstückig angeformtes koaxiales Anschlußstück (eil) aufweist, das mindestens entlang einer Seitenfläche des dielektrischen Teiles angeordnet ist und zum Anschluß an den Außenleiter (r2) dient.
14. 14. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (r1) aus einem zylindrischen Metallrohr besteht, das einen Axialschlitz (ec'-s) aufweist, der das Einsetzen in die Mittelbohrung des dielektrischen Teiles (e) ermöglicht und sich nach außen federnd gegen die Wand der Mittelbohrung legt.
15. 15. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Innenleiter (r1) und den Außenleiter (r2) ein variabler Kondensator (Bd bis Bc9) geschaltet ist, der an einem Ende des dielektrischen Teiles des Resonators angeordnet ist.
16. 16. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Resonator in dem dielektrischen Teil (e) zwischen dem Außenleiter und dem Innenleiter im Mittelbereich des Resonators eine öffnung (2Eo, 2Fo, 2Go) aufweist, in der sich ein elektrisch leitendes Teil (2Ec, 2Fd) befindet.
17. 17. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Mittelbereich des Resonators ein elektrisch leitendes Teil (2Gd) durch das

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    dielektrische Teil (e) hindurcherstreckt und den Innenleiter (r1) mit dem Außenleiter (r2) verbindet.
18. 18. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich des Resonators ein dielektrisches Teil (e2) angeordnet ist, dessen Dielektrizitätskonstante kleiner ist als in den übrigen Bereichen des Resonators.' ■
19. 19. Elektrisches Filter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Teil (e) in drei Stücke (el, e2, e3) unterteilt ist, von denen jedes eine Mittelöffnung aufweist, so daß alle drei Mittelöffnungen bei gegeneinandergesetzten Stücken die Mittelbohrung des dielektrischen Teiles (e) bilden, daß ein mittleres Stück (e2) des dielektrischen Teiles (e) eine Dielektrizitätskonstante hat, die kleiner ist als diejenige der Stücke (el, e3) an den Enden des dielektrischen Teiles, und daß die Mittelbohrung und die Außenfläche des dielektrischen Teiles mit hochfrequenzleitendem Metall beschichtet sind und die Mittelbohrung zur Verstärkung des dielektrischen Teiles mit keramischem Material gefüllt ist.
20. 20. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren durch Kondensatoren (Bc2 bis Bc8) miteinander gekoppelt sind, die an den Enden des Innenleiters (r1) eines jeden Resonators gebildet sind, daß die Kondensatoren (Bc2 bis Bc8) durch Drahtleiter (Bw2, Bw3) miteinander verbunden sind, und daß die Kondensatoren (Bd, Bc9) an den Enden der in Reihe geschalteten Resonatoren über je einen Drahtleiter (Bw1, Bw4) mit einem Eingangs- bzw. Ausgangsanschluß

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    (B3, B4) verbunden sind, wobei die Außenflächen der Resonatoren mechanisch und elektrisch fest mit der Innenfläche der jeweiligen Bohrung des Gehäuses (B1) verbunden sind.
21. 21. Elektrisches Filter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (Dd, Dc5) über Anpaßstücke (m1, m2) mit den Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen (D3, D4) verbunden sind.
22. 22. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur gegenseitigen Kopplung der Resonatoren in den Außenleitern (r2) an gegeneinander gerichteten Stellen zweier Resonatoren Öffnungen (S1 bis S4) zur magnetischen Kopplung vorgesehen sind, daß die Resonatoren mit ihren Außenflächen mechanisch und elektrisch fest mit der Innenfläche der hohlzylindrischen Rohre verbunden sind, und daß aus dem Gehäuse (C1) Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse (C3, C4) von dem Außenleiter (r2) und dem dielektrischen Teil (e) aus herausführen.
23. 23. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung eine Abschirmplatte aufweist, die zwischen den jeweiligen Resonatoren angeordnet ist und durch die Kondensatoren hindurchführen, die mit den Stirnseiten der Innenleiter der Resonatoren verbunden sind, und daß der Eingangs- und der Ausgangsanschluß mit dem Resonator über weitere Kondensatoren zur Ankopplung durch elektrische Felder verbunden sind.

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