DE2705245C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Filter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein bekanntes Mikrowellenfilter dieser Art (Matthaei/Young/ Jones: Microwave Filters, Impedance-Matching Networks and Coupling Structures, Mc Graw-Hill, 1964, S. 536/537) weist einen durchgehenden rohrförmigen langgestreckten Außenleiter auf, in dem sich ein ebenfalls durchgehendes Dielektrikum befindet. Der Innenleiter ist zur Bildung von Resonatoren abschnittsweise unterbrochen. Die ver­ schiedenen Teile des Innenleiters sind jeweils durch einen dielektrischen Körper, der als Abstandhalter und zugleich als Kapazität zum Koppeln benachbarter Resonatoren dient, voneinander getrennt. Bei diesem Filteraufbau ergeben sich mehrere in einer Reihe angeordnete Resonatoren, die einen gemeinsamen Außenleiter, ein gemeinsames Dielektrikum und mehrere durch Kapazitäten voneinander getrennte Innenleiter aufweisen. Das die Innenleiter und die Kapazitäten umhüllende Dielektrikum ist - ebenso wie der Außenleiter - durchgehend. Die Kopplung benachbarter Resonatoren erfolgt sowohl über den zwischen ihnen angeordneten dielektrischen Körper als auch über das durchgehende umgebende Dielektrikum. Mikro­ wellenfilter dieser Art sind hinsichtlich ihrer Aus­ legung und Herstellung außerordentlich kritisch. Bei der Herstellung von Mikrowellenfiltern sollten Möglich­ keiten zur Korrektur der Resonanzfrequenz eines jeden Resonators und der Kopplungskoeffizienten zwischen den Resonatoren vorgesehen sein, da man nicht von vornherein annehmen kann, daß die Resonanzfrequenz und der Kopplungs­ faktor tatsächlich die vorgesehenen Sollwerte haben. Wenn bei dem bekannten Filter eine Korrektur der Resonanz­ frequenz eines Resonators durchgeführt werden soll, muß die Länge des Innenleiters dieses Resonators verändert werden. Dadurch wird aber gleichzeitig die Länge des Spaltes zwischen zwei benachbarten Resonatoren verändert und dies führt wiederum zu einer Änderung des Kopplungs­ koeffizienten. Bei der Korrektur der Resonanzfrequenz eines Resonators muß daher zusätzlich noch der Innen­ leiter des benachbarten Resonators verschoben werden. Eine solche Verschiebung führt aber wiederum dazu, daß der Kopplungskoeffizient zwischen dem zweiten Resonator und dem nächstbenachbarten (dritten) Resonator ver­ ändert wird. Eine Korrektur zieht somit eine ganze Serie weiterer Korrekturen nach sich.

Ein weiteres bekanntes Mikrowellenfilter (IEEE-Trans­ actions on Microwave Theory and Techniques, Juni 1966 S. 295-296) besteht aus vier Koaxialresonatoren, von denen jeder in einem den Außenleiter bildenden separaten Block untergebracht ist. Jeder Block weist eine Bohrung auf, in der ein Innenleiter angeordnet ist. Die Kopplung der Resonatoren erfolgt durch Öffnungen in den Trenn­ wänden der benachbarten Blöcke.

Schließlich ist ein aus Koaxialresonatoren bestehendes elektrisches Filter bekannt (Electronics Letters, 20. April 1972, S. 193-194), bei dem innerhalb eines luftgefüllten Koaxialkabels eine ringförmige dielektrische Schicht angeordnet ist, die weder mit dem Außenleiter noch mit dem Innenleiter in Berührung steht. Dort ist ausgeführt, daß bei derartigen Koaxialresonatoren die höchste Güte erreicht wird, wenn das Verhältnis des Durchmessers des Außenleiters zu dem des Innenleiters 3,59 beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Filter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gebenen Art zu schaffen, das mit hoher Genauigkeit mit den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Filter bildet jeder der Resonatoren eine Einheit, die aus einem Innenleiter, dem Dielektrikum und dem Außenleiter besteht. Von diesen Einheiten sind jeweils zwei benachbarte Einheiten aus­ schließlich durch einen Kondensator gekoppelt, der die Einheiten im Abstand voneinander hält. Auf diese Weise wird eine direkte Kopplung von dem Dielektrikum des einen Resonators zum Dielektrikum des benachbarten Resonators vermieden. Die Resonatoren können einzeln abgestimmt und entsprechend bemessen werden und auch die zwischen ihnen angeordneten Kopplungskapazitäten können einzeln vorge­ fertigt und abgestimmt werden. Ein besonderer Vorteil be­ steht darin, daß die einzelnen Resonatoren und Kopplungs­ kapazitäten bei der Montage lediglich in ein entsprechendes Gehäuse eingesetzt werden müssen, nachdem sie zuvor aus­ gemessen und abgeglichen worden sind. Zwischen zwei Resonatoren besteht in dem Gehäuse, das den gemeinsamen Außenleiter bildet, ein den Konden­ sator umgebender Ringspalt. Die Dielektrizitätskonstante dieses Ringspaltes ist klein im Vergleich zu derjenigen des Kondensators, so daß sie bei der Bestimmung des Kopplungsfaktors vernachlässigt werden kann.

Durch Verwendung von Kondensatoren, deren beide Stirn­ seiten als Elektroden ausgebildet sind, die mit den Innenleitern der benachbarten Resonatoren in Kontakt sind, werden nicht nur definierte elektrische Verhältnisse erzielt, sondern die Montage des Filters wird auch er­ heblich vereinfacht. Das erfindungsgemäße Filter eignet sich daher insbesondere für die Massenherstellung.

Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsbei­ spiele 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 nach der Erfindung, bei dem die Koaxialresonatoren in dem Gehäuse der Fig. 1 unterge­ bracht 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. 2 ent­ spricht.

Fig. 5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 eine weitere Ausführungsform des Filters.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Konstruktion des in dem Filter der Fig. 5 ver­ wendbaren Resonators.

Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt einer weiteren Aus­ führungsform des in dem Filter gemäß der Fig. 2 ver­ wendbaren Resonators.

Fig. 8 und 9 sind ähnliche Darstellungen wie Fig. 7 von einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XII-XII der Fig. 9.

Fig. 11 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig. 10, jedoch bei einer anderen Ausführungs­ form des Resonators.

Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Resonators in einer Darstellung ähnlich der Fig. 7.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Filter FA einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Filter FA hat ein Gehäuse A 1 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Duralu­ minium, von rechtwinkliger kubischer Form, das mit Bohrungen A 1 a, A 1 b und A 1 c versehen ist, welche sich in Längsrich­ tung durch das Gehäuse erstrecken und mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind, wie Fig. 1 zeigt. Die Bohrungen A 1 a, A 1 b und A 1 c enthalten an beiden Enden offene koaxiale Halbwellen-TEM-Resonatoren A 2 a, A 2 b bzw. A 2 c. Jeder der Re­ sonatoren A 2 a, A 2 b und A 2 c besitzt einen zylindrischen In­ nenleiter r 1 und einen zylindrischen Außenleiter r 2. Die Innenleiter und Außenleiter sind konzentrisch angeordnet und der zwischen ihnen gebildete Zwischenraum ist mit einem dielektrischen Material e , beispielsweise aus der Titan­ oxyd-Gruppe ausgefüllt. An den Enden der Elektroden der Innenleiter r 1 befinden sich Kopplungskondensatoren Ac 1 und Ac 2, Ac 3 und Ac 4 bzw. Ac 5 und Ac 6 für den Anschluß der Innenleiter. Jeder dieser Kondensatoren Ac 1 bis Ac 6 kann beispielsweise aus einem keramischen Dielektrikum bestehen und sein Durchmesser ist annähernd gleich dem Durchmesser des Innenleiters r 1. Die Kondensatoren sind an den Stirnseiten mit aufgesinterten Silberschichten versehen, die die Elektroden für den elektrischen Anschluß bilden. Die eine Elektrode dient zum Anschluß des Kondensators an den Innenleiter r 1. In den Wänden des Gehäuses A 1 zwischen den Bohrungen A 1 a und A 1 b sowie A 1 b und A 1 c befinden sich Öffnungen O in der Nähe der Kondensatoren Ac 1 bis Ac 6. Durch diese Öffnungen hindurch führen Drahtverbinder Aw 2 und Aw 3, die die Kon­ densatoren Ac 1 und Ac 2 für die Resonatoren A 2 a und A 2 b auf der einen Seite des Gehäuses A 1, und die Kondensatoren Ac 4 und Ac 6 der Resonatoren A 2 b und A 2 c auf der anderen Seite des Gehäuses A 1 miteinander verbinden. Der andere Kondensator Ac 2 des Resonators A 2 a ist über einen durch das Gehäuse A 1 hindurchführenden Drahtleiter Aw 1 mit einem Eingangskoaxialverbinder A 3 verbunden, der an der einen Seite des Gehäuses A 1 nahe der Bohrung A 1 a angebracht ist, und der entsprechende Kondensator Ac 5 des Resonators A 2 c ist ebenfalls über einen Drahtverbinder Aw 4 durch das Gehäuse A 1 hindurchgeführt und an einen Ausgangs- Koaxialverbinder A 4 angeschlossen, der an der anderen Seite des Gehäuses A 1 in der Nähe der Bohrung A 1 c ange­ bracht ist. Beim Zusammenbau werden die Resonatoren A 2 a, A 2 b und A 2 c in die entsprechenden Bohrungen A 1 a, A 1 b und A 1 c des Gehäuses A 1 eingesetzt und am Gehäuse befestigt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise mit elektrisch leitendem Kleber, der die Resonatoren in dem Gehäuse fest­ legt und sie elektrisch mit dem Gehäuse verbindet. Alter­ nativ können die Resonatoren A 2 a bis A 2 c in den Bohrungen A 1 a bis A 1 c mit (nicht dargestellten) Befestigungsschrau­ ben befestigt werden. In beiden Fällen sind die Außenumfänge der Resonatoren A 2 a bis A 2 c der Innen­ fläche der entsprechenden Bohrungen A 1 a bis A 1 c eng an­ gepaßt.

Bei der oben beschriebenen Anordnung ist ein Mittelanschluß A 3 a des Ausgangs-Koaxialverbinders A 3 mit einem Ende des Innenleiters r 1 des Resonators A 2 a durch den Leiterdraht Aw 1 und den Kondensator Ac 2 ver­ bunden, während das andere Ende des Innenleiters r 1 des Resonators A 2 a mit einem Ende des Innenleiters r 1 des Resonators A 2 b über den Kondensator Ac 1, den Draht­ leiter Aw 2 und den Kondensator Ac 3 verbunden ist. Das andere Ende des Innenleiters r 1 des Resonators A 2 b ist mit einem Ende des Innenleiters r 1 des Resonators A 2 c über den Kondensator Ac 4, den Drahtleiter Aw 3 und den Kondensator Ac 6 verbunden, und das andere Ende des Innen­ leiters r 1 des Resonators A 2 c ist mit dem Mittelanschluß A 4 a des Ausgangs-Koaxialverbinders A 4 über den Konden­ sator Ac 5 und den Drahtleiter Aw 4 verbunden. An den Stirn­ seiten des Gehäuses A 1, die den entgegengesetzten Enden der Bohrungen A 1 a, A 1 b und A 1 c entsprechen, sind Deckel­ platten A 1 d und A 1 e an dem Gehäuse A 1 befestigt, bei­ spielsweise mit Hilfe von (nicht dargestellten) Befesti­ gungsschrauben. Damit können die Bohrungen verschlossen werden, so daß die oben beschriebenen Elemente in dem Gehäuse A 1 vollständig abgeschirmt untergebracht sind.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind alle Drahtverbinder Aw 1 bis Aw 4 geradlinig zu den anderen Bauteilen, wie den Kondensatoren Ac 1 bis Ac 6, und zu den Eingangs- und Ausgangsverbindern A 3 und A 4 verlegt, wo­ bei die Drahtanschlüsse Aw 2 und Aw 3 jeweils durch die Öffnungen O hindurch mit den Kondensatoren Ac 1 und Ac 3 sowie Ac 4 bis Ac 6 verbunden sind. Diese Anordnung ist besonders wirksam zur Eliminierung zu großer Gütetole­ ranzen bei der Herstellung, so daß die erfindungsgemäßen Produkte präzise die geforderten Leistungen erbringen.

Bei den oben beschriebenen Verbindungen können die Elek­ troden der Kondensatoren Ac 1 bis Ac 6 an die Stirnseiten der Innenleiter r 1 entweder angelötet, mit elektrisch leitendem Kleber angeklebt oder angeschweißt sein. In gleicher Weise können die Drahtleiter Aw 1 bis Aw 4 mit den entsprechenden Elektroden der Kondensatoren Ac 1 bis Ac 6 entweder angelötet, mit elektrisch leitendem Kleber angeklebt oder angeschweißt sein.

In Fig. 4 ist eine modifizierte Ausführungsform des Fil­ ters FA der Fig. 1 bis 3 abgebildet. Bei diesem modifi­ zierten Filter FB ist das Gehäuse A 1, das bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 verwendet wurde, durch ein Gehäuse B 1 aus ähnlichem Material ersetzt, dessen Länge größer ist als diejenige des Gehäuses A 1, und mit Bohrungen B 1 a, B 1 b und B 1 c versehen, die in Längsrich­ tung durch das Gehäuse B 1 in ähnlicher Weise wie die Öff­ nungen A 1 a bis A 1 c der Fig. 1 bis 3 hindurchgehen. Die an beiden Enden offenen Halbwellen-TEM-Resonatoren B 2 a und B 2 b, B 2 c und B 2 d so­ wie B 2 e und B 2 f, die dadurch in Reihe geschaltet sind, daß die jeweiligen Stirnseiten ihrer Innenleiter r 1 durch die Kondensatoren Bc 2, Bc 5 und Bc 8 verbunden sind, sind jeweils in der dargestellten Weise in das Gehäuse einge­ setzt. Das andere Ende des Innenleiters r 1 des Resona­ tors B 2 a ist mit dem Mittelanschluß B 3 a des Eingangs- Koaxialleiters B 3 verbunden, der an einer Seite des Ge­ häuses B 1 über den Kondensator Bc 1 und den Drahtleiter Bw 1 befestigt ist, während die anderen entsprechenden Stirnseiten der Innenleiter r 1 der Resonatoren B 2 b und B 2 d jeweils über die Kondensatoren Bc 3 und Bc 6 und den Drahtleiter Bw 2, der geradlinig durch die in der Wand des Gehäuses B 1 zwischen den Bohrungen B 1 a und B 1 b ge­ bildeten Öffnung hindurchgeht, verbunden sind. Die ande­ ren entsprechenden Enden der Innenleiter r 1 der Resona­ toren B 2 c und B 2 e sind ebenfalls miteinander durch die Kondensatoren Bc 4 und Bc 7 und den Drahtleiter Bw 3 ver­ bunden, der geradlinig durch die Öffnung O hindurchführt, die in der Wand des Gehäuses B 1 zwischen den Bohrungen B 1 b und B 1 c hindurchgeht. Das Ende des Resonators B 2 f ist durch den Kondensator Bc 9 und den Drahtleiter Bw 4 mit dem Mittelanschluß B 4 a des Ausgangs-Koaxialanschlusses B 4 verbunden, der an der anderen Seite des Gehäuses B 1 in der Nähe der Bohrung B 1 c angeordnet ist. Die den ein­ ander entgegengesetzten Stirnseiten der Bohrungen B 1 a, B 1 b und B 1 c entsprechenden Seitenwände des Gehäuses B 1 sind jeweils mit Deckelplatten B 1 d und B 1 e verschlossen, in gleicher Weise wie dies bei dem Gehäuse A 1 der Fig. 1 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 Beschrei­ bung abgekürzt werden kann.

Bei den Resonanten muß das Material der Innen- und Außenleiter in den elek­ trischen Hochfrequenzleitungseigenschaften sehr hochwer­ tig sein und fest an dem dielektrischen Teil anhaften. Zu diesem Zweck können der Innenleiter und die Außenlei­ ter, insbesondere der Außenleiter des Resonators, an den zylindrischen keramischen dielektrischen Teilen e eine Metallauflage oder eine Metallpaste mit guten Hochfre­ quenzeigenschaften, z. B. aus Silber, haben. Bei der Auf­ bringung eines solchen Metalls auf die zylindrischen keramischen dielektrischen Teile können verschiedene bekannte Elektrodenbildungsverfahren angewandt werden, wie beispielsweise das Beschichten, die Ablagerung, Elektroplattieren, Zerstäubung, Flammsprühen, Ionen­ plattierung, elektrodenlose Plattierung, usw. Der so an dem dielektrischen Teil gebildete Außenleiter oder Innen­ leiter 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 vor­ handen 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 Falle müssen jedoch nicht nur die Außen- und Innendurch­ messer 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 vor­ gesehenen 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 be­ schriebenen Weise durch Sintern, Ablagerung oder dgl. aufgebracht wird, brauchen lediglich die Außen- und Innen­ durchmesser des zylindrischen dielektrischen Teiles prä­ zise 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 Resona­ tors ungefähr 3,6 ist.

Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen er­ sichtlich ist, kann das Filter in seinen Abmessungen kompakt hergestellt werden, weil das dielektrische Ma­ terial in die koaxialen TEM-Resonatoren eingefüllt wird. Dies hat eine Verringerung von Größe und Gewicht der gesamten Gerätschaften auf dem Gebiet der Nachrichten­ technik zur Folge. Ferner wird durch die erfindungsge­ mäße Konstruktion des Filters, bei dem eine vorbestimm­ te Zahl koaxialer TEM-Resonatoren, bei denen dielektri­ sches Material zwischen Innen- und Außenleiter angeordnet ist, 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, wäh­ rend unbestimmte Faktoren, wie eine ungünstige räumliche Zuordnung, ungünstige Kopplungskapazitäten und dgl. zwi­ schen den Resonatoren vermieden werden. Auf diese Weise erreicht man die gewünschte Leistung in Übereinstimmung mit der vorgesehenen Konstruktion mit höchster Reprodu­ zierbarkeit.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform des Filters abgebildet. Diese Ausfüh­ rungsform hat den Vorteil verringerter elektrischer Streuungen. Das Filter FD besitzt ein zylindri­ sches Gehäuse D 1 aus elektrisch leitendem Material, z. B. aus Duraluminium, und mehrere an beiden Enden offene koaxiale Halbwellen-TEM-Resonatoren, beispielsweise vier Resonatoren D 2 a bis D 2 d, die axial ausgerichtet in dem Gehäuse D 1 in Reihe hintereinander angeordnet sind. Je­ der dieser Resonatoren D 2 a bis D 2 d ist von gleicher Konstruktion wie die Resonatoren A 2 a bis A 2 c bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3, so daß die de­ taillierte Beschreibung der Resonatoren hier abgekürzt werden kann. An den entgegengesetzten Stirnseiten des Innenleiters r 1 und des dielektrischen Teiles e eines jeden Resonators D 2 a bis D 2 d sind Elektroden vorgesehen, die die Kopplungskondensatoren Dc 1 bis Dc 5 bilden, durch die die Resonatoren D 2 a bis D 2 d aneinander gekoppelt sind. Der Kondensator Dc 1 am linken Ende des Resonators D 2 a in Fig. 5 ist über ein Anpaßstück m 1 mit dem Ein­ gangs-Koaxialverbinder D 3 verbunden, der an einer Stirn­ platte D 1 a an dem betreffenden Ende des Gehäuses D 1 be­ festigt ist, um eine angepaßte Verbindung zwischen dem Kondensator Dc 1 und dem Verbinder D 3 zu schaffen. Der Kondensator Dc 5 am rechten Ende des Resonators D 2 d ist über ein anderes Anpaßelement m 2 mit dem Ausgangs-Ko­ axialverbinder D 4 gekoppelt, der ebenfalls an der Stirn­ platte D 1 b des betreffenden Endes des Gehäuses D 1 zur angepaßten Verbindung des Kondensators Dc 5 mit dem Ver­ binder D 4 angeordnet ist.

Der Zusammenbau des Filters FD kann beispielsweise in der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge erfolgen. Der koaxiale Eingangsverbinder D 3, das Anpaßelement m 1, der Kondensator Dc 1, der Resonator D 2 a, der Kondensator Dc 2, der Resonator D 2 b, der Resonator Dc 3, der Reso­ nator D 2 c, der Kondensator Dc 4, der Resonator D 2 d, der Kondensator Dc 5, das Anpaßelement m 2 und der koaxiale Ausgangsverbinder D 4 werden so gegeneinandergesetzt, daß sie gegenseitigen Kontakt haben und in der erwähnten Reihenfolge in das Gehäuse D 1 eingeschoben. Die Stirn­ platten D 1 a und D 1 b an den Enden des Gehäuses D 1 können als Schraubkappen ausgebildet sein, und auf die ent­ sprechenden Enden des Gehäuses D 1 aufgeschraubt werden, oder sie können als Scheiben ausgebildet sein, die an den Enden befestigt sind, beispielsweise mit (nicht dar­ gestellten) Befestigungsschrauben. Die Anschlußstücke D 3 und D 4 können alternativ auch angeformte Teile haben, die die Funktion der Stirnplatten D 1 a und D 1 b übernehmen. Jeder der Resonatoren D 2 a bis D 2 d ist an der Innenfläche des Gehäuses D 1 befestigt, beispielsweise mit elektrisch leitendem Kleber oder mit Befestigungsschrauben (nicht dargestellt). In beiden Fällen ist vorzugsweise jeder Resonator in dem Gehäuse D 1 so untergebracht, daß der Außenumfang des Resonators fest an der Innenfläche des Gehäuses D 1 in ähnlicher Weise wie bei den Filtern FA bis FB der Fig. 1 bis 4 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 ro­ tationssymmetrische Schwingung in Richtung der Z-Achse möglich sind. Beispielsweise erscheint der TE ₁₁-Modus, der in Filtern mit Koaxialresonatoren mit dielektrischen Teilen in Frage gestellt ist, nicht als Nebenschwingung.

In Fig. 7 ist eine Modifizierung des koaxialen TEM- Resonators dargestellt, beispielsweise der koaxialen TEM-Resonatoren A 2 a bis A 2 c des Filters FA der Fig. 1 bis 3. Der modifizierte Resonator 2 E der Fig. 7 soll eine einfachere Einstellung der Resonanzfrequenz ermög­ lichen und enthält das dielektrische Material, beispiels­ weise das keramische dielektrische Teil e der Titanoxyd­ gruppe, zwischen dem Innenleiter r 1 und dem Außenleiter r 2, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3. Von dem Innenleiter r führt eine Öff­ nung 2 Eo radial zum Außenleiter r 2. Die Öffnung ist in der Nähe des einen Endes des Resonators 2 E angeordnet und in ihr ist ein Trimmkondensator 2 Ec zylindrischer Form untergebracht. Der Trimmkondensator besitzt eine Statorelektrode und eine Rotorelektrode (nicht darge­ stellt), die mit dem Innenleiter r 1 bzw. dem Außenleiter r 2 verbunden sind, z. B. durch Löten. Die Resonanzfre­ quenz kann daher vorteilhafterweise lediglich durch Ver­ stellung des Trimmkondensators 2 Ec verändert werden. Die Elektroden des Trimmkondensators 2 Ec sollten vor­ zugsweise an Bereiche angeschlossen sein, in denen ein starkes elektrisches Feld vorhanden ist, um die bestmög­ liche Wirkung zu erzielen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung des Koaxialresona­ tors 2 E ergibt, erfolgt die Verstellung der Mittelfre­ quenz des Koaxialresonators TEM, bei dem ein dielektri­ sches 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. 8 dargestellt, wobei es sich beispielsweise um die Resonatoren A 2 a bis A 2 c des Filters FA nach Fig. 1 bis 3 handeln kann. In dem 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 Nebenkopp­ lungsschwingung erzeugt wird. Aufgabe des modifizierten Halbwellen-Koaxialresonators 2 F der Fig. 8 ist es, die Nebenschwingungseigenschaften weiter zu verbessern. Zu diesem Zweck ist bei dem Resonator ein keramisches di­ elektrisches Material e, beispielsweise aus der Titan­ oxydgruppe, zwischen die Innenleiter und Außenleiter r 1 und r 2 in derselben Weise eingefüllt wie bei den Re­ sonatoren A 2 a bis A 2 c der Fig. 1 bis 3. Durch das dielek­ trische Teil e erstreckt sich von dem Bereich, der einen gewissen Abstand von dem Innenleiter r 1 hat, bis zum Außenleiter r 2 eine Radialbohrung, die etwa im Mittel­ bereich des Resonators 2 F angeordnet ist. In der Radial­ bohrung ist ein Leiterteil 2 Fd von rohrförmiger Gestalt untergebracht.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist der Einfluß des Leiters 2 Fd gegenüber der Resonanzfrequenz klein, weil das elektrische Feld der Grundwelle in der Mitte des Re­ sonators 2 F bzw. im Mittelbereich Null oder nahezu Null ist. Obwohl andererseits das elektrische Feld der zwei­ ten Harmonischen in der Mitte oder in der Nähe des Mit­ telbereiches des Resonators 2 F den Maximalwert hat, ent­ wickelt sich die zweite Harmonische zur Resonanzfrequenz nicht, weil in bezug zur zweiten Harmonischen ein Reihen­ resonanzkreis gebildet wird. Dieser besteht aus dem Leiter 2 Fd und dem dielektrischen Teil e zwischen dem Leiter 2 Fd und dem Innenleiter r 1 und bringt den Mittel­ bereich des Resonators 2 F in einen Kurzschlußzustand. Die Größe des Leiters 2 Fd sollte in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zweck gewählt werden, weil die Frequenzen, bei denen die Serienresonanz stattfindet, von verschiede­ nen Bedingungen abhängen, wie Tiefe, Durchmesser und dgl. des Leiters 2 Fd. Selbst wenn die Reihenresonanz nicht auftritt, tritt die zweite Harmonische in dem von ihrem Originalbereich abweichenden Bereich auf, weil zwischen dem Außenleiter r 2 und dem Innenleiter r 1 im Mittelbe­ reich des Resonators 2 F eine Induktivität oder Kapazität vorhanden ist, so daß die Nebenschwingungseigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweiligen Einzelfall verbessert sind.

Der Resonator 2 G nach Fig. 9 stellt eine weitere Modi­ fizierung des Resonators 2 F nach Fig. 8 dar. Die Öff­ nung 2 Fo im Mittelbereich des Resonators 2 F ist durch zwei Öffnungen 2 Go ersetzt, die jeweils radial durch das dielektrische Material e vom Innenleiter r 1 zum Außen­ leiter r 2 entlang einer Diametrallinie verlaufen. In den Bohrungen 2 Go befinden sich rohrförmige Leiter 2 Gd, ähn­ lich dem Leiter 2 Fd der Fig. 8. Diese Leiter sind den Öffnungen 2 Go jeweils angepaßt und bilden einen Kurz­ schluß zwischen Innenleiter r 1 und Außenleiter r 2. Da das elektrische Feld der zweiten Harmonischen in der Mitte oder im Mittelbereich des Resonators 2 G etwa seinen Maximalwert hat, wird die Ausbildung der zweiten Harmo­ nischen verhindert oder in einen höheren Frequenzbereich verlagert, weil Innenleiter und Außenleiter r 1 und r 2 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 2 G bilden. Die Leiter 2 Gd müssen nicht notwendigerweise in der in den Fig. 9 und 10 dargestellten Weise angeord­ net sein, sondern können beispielsweise radial durch das dielektrische Material e unter rechten Winkeln zueinan­ der verlaufen, wie bei dem Resonator 2 G′ in Fig. 11. Die Anzahl der Leiter 2 Gd kann auf mehr als zwei erhöht werden, was von den jeweiligen Anforderungen abhängt. Die Abmessungen des Leiters 2 Gd sollten so gewählt wer­ den, daß sie zu der gewünschten Frequenz passen, da sich die jeweils kurzgeschlossene Frequenz mit Veränderungen des Durchmessers des Leiters 2 Gd verändert.

In Fig. 12 ist eine weitere Modifizierung des Resonators 2 E der Fig. 7 abgebildet. Der modifizierte Resonator 2 H nach Fig. 12 soll ebenfalls die Nebenschwingungs­ eigenschaften, die sich aus der zweiten Harmonischen bei beidseitig offenen Koaxialresonatoren ergeben, ver­ bessern, indem die Dielektrizitätskonstante im Mittelbe­ reich kleiner gemacht wird als in den übrigen Bereichen des Resonators.

Bei dem TEM-Resonator 2 H ist das einzelne dielektrische Teil e, das zwischen Innenleiter r 1 und Außenleiter r 2 bei dem Resonator 2 E der Fig. 7 gefüllt ist, durch ein dielektrisches Teil e′ ersetzt, das aus drei dielektri­ schen Teilen e 1, e 2 und e 3 besteht. Die Teile e 1 und e 3, die an beiden Enden des Resonators 2 E angeordnet sind, bestehen beispielsweise aus dielektrischem Material der Titanoxydgruppe, während das Mittelteil e 2 aus einem Material besteht, das eine niedrigere Dielektri­ zitätskonstante hat als die Teile e 1 und e 3. Bei einem Beispiel zur Herstellung des Resonators 2 H haben die dielektrischen Teile e 1 bis e 3 jeweils eine Zentralboh­ rung eo und sind durch geeignete Mittel miteinander ver­ bunden, während Silber auf die Innenfläche der einzigen Mittelbohrung eb aufgesintert wird, um den Innenleiter r 1 zu bilden. In die Mittelöffnung eb wird dann zur Ver­ stärkung des Resonators als Ganzes weiteres keramisches Material f eingefüllt.

Auch bei den Resonatoren A 2 a bis A 2 c, B 2 a bis B 2 f und 2 E bis 2 G, die anhand der Fig. 1 bis 11 beschrieben wurden, sollte der Innenleiter r 1 mit keramischem Material ausgefüllt werden, ähnlich dem keramischen Material f für den Resonator 2 H der Fig. 12. Am Außenumfang des dielektrischen Teiles e′ wird zur Bildung des Außenlei­ ters r 2 in ähnlicher Weise wie bei dem Resonator 2 E der Fig. 7 Silber aufgesintert. Das mittlere dielektri­ sche Teil e 2 sollte aus keramischem Mate­ rial bestehen, da dieses Teil e 2 der Brenntemperatur von Silber im Bereich von 600 bis 900°C standhalten muß, wenn der Innenleiter und der Außenleiter r 1 und r 2 zur Verringerung der Verluste aus Silber gebildet werden. Wenn der Innenleiter und der Außenleiter r 1 und r 2 nicht aus aufgebranntem Silber bestehen, kann das dielektri­ sche Teil e 2 aus einem anderen Material bestehen.

Bei der oben beschriebenen Konstruktion ist selbst bei kleiner Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Teiles e 2 der Einfluß dieses Teiles auf die Resonanz­ frequenz klein, weil das elektrische Feld der Grundwelle in der Mitte oder im Mittelbereich des Resonators 2 H 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 Maxi­ malwert, 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 Neben­ schwingung auftritt, in einen höheren Frequenzbereich verlagert wird.

Bei dem modifizierten Resonator 2 H, bei dem die Dielek­ trizitätskonstante 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 Nebenschwingungseigenschaften des Resonators ebenfalls verbessert, wobei die Frequenz der zweiten Harmonischen in einen höheren Bereich ver­ schoben wird, während hinsichtlich des bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Resonators keine Nachteile auftreten.

Die Resonatoren, die bei den oben beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen in den Filtern FA, FB und FD verwen­ det werden, können durch die Resonatoren 2 E, 2 F, 2 G, 2 G′ und 2 H, die anhand der Fig. 9 bis 14 erläutert wurden, nach den jeweiligen Anforderungen ersetzt werden.

Claims (8)

1. Elektrisches Filter mit mehreren durch dielektrische Körper gekoppelten Koaxialresonatoren, die jeweils einen Außenleiter, einen hierzu koaxialen Innen­ leiter und ein zwischen Außenleiter und Innenleiter angeordnetes rohrförmiges Festkörper-Dielektrikum aufweisen, wobei der Durchmesser der dielektrischen Körper annähernd gleich demjenigen des Innenleiters ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Resonatoren (A 2 a-A 2 c, B 2 a-B 2 f, C 2 a, D 2 a-D 2 d, 2 E, 2 F, 2 G, 2 H) als in einer oder mehreren Bohrungen (A 1 a-A 1 c, B 1 a-B 1 c) eines Gehäuses (A 1, B 1, D 1) untergebrachte Einheiten ausgebildet sind, deren Außenleiter (r₂) an der Außenwand und deren Innenleiter (r₁) im Inneren des Dielektrikums befestigt ist,
daß die dielektrischen Körper an ihren Stirnseiten Elektroden zum Anschluß der Innenleiter (r₁) der benachbarten Resonatoren aufweisen und als selbständige Kondensatoren (Ac 1- Ac 6, Bc 1-Bc 9, Dc 1-Dc 5) ausgebildet sind,
und daß an jedem Ende eines jeden Resonators einer dieser Konden­ satoren mit einer seiner Elektroden am Innenleiter (r₁) anliegt.

2. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (A 1) mehrere parallele Bohrungen (A 1 a-A 1 c, B 1 a-B 1 c) zur Aufnahme von Resonatoren (A 2 a-B 2 f) aufweist und in den die Bohrungen trennenden Wänden Öffnungen (o) vorgesehen sind, durch die Drahtverbinder (Aw 2, Aw 3; Bw 2, Bw 3) hindurchgehen.

3. Elektrisches Filter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Resonator ein Halbwellenresonator für elektromagneti­ sche Transversalwellen ist.

4. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei den Koaxialresonatoren das Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser des Dielektrikums (e) annähernd 3,6 beträgt.

5. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Resonator (2 E) einen zwischen den Innenleiter (r 1) und den Außenleiter (r 2) geschal­ teten variablen Kondensator (2 Ec) aufweist, der im Innern des Dielektrikums in der Nähe des einen Endes des Resonators (2 E) angeordnet ist (Fig. 7).

6. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Resonator (2 E, 2 F, 2 G) in dem Dielektrikum (e) zwischen dem Außenleiter (r 2) und dem Innenleiter (r 1) im Mittelbereich des Resonators eine Öffnung (2 Eo, 2 Fo, 2 Go) aufweist, in der sich ein der Öffnung angepaßtes elektrisch leitendes Teil (2 Fd, 2 Gd) befindet (Fig. 8-11).

7. Elektrisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dielektrikum (e) des Resonators im Mittelbereich eine kleinere Dielektrizitätskonstante hat als in den übrigen Bereichen (Fig. 12).

8. Elektrisches Filter nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dielektrikum (e) der Resonatoren in drei Stücke (e 1, e 2, e 3) unterteilt ist, von denen jedes eine Mittel­ öffnung aufweist, so daß alle drei Mittelöffnungen bei gegeneinandergesetzten Stücken die Mittelbohrung des Dielektrikums (e) bilden, daß das mittlere Stück (e 2) des Dielektrikums (e) eine kleinere Dielektrizitätskonstante hat als die beiden äußeren Stücke (e 1, e 3), und daß die Mittelbohrung und die Außen­ fläche des Dielektrikums mit hochfrequenzleitendem Metall beschichtet sind und die Mittelbohrung zur Ver­ stärkung mit keramischem Material gefüllt ist (Fig. 12).