DE2726797C2

DE2726797C2 - Mikrowellenbandfilter

Info

Publication number: DE2726797C2
Application number: DE2726797A
Authority: DE
Inventors: Youhei Ishikawa; Toshio Nagaokakyo Kyoto Nishikawa; Sadahiro Kyoto Tamura
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1976-06-14
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1982-07-15
Also published as: JPS52153360A; US4143344A; JPS564043B2; DE2726797A1; GB1571719A

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenbandfilter mit einem leitfähigen Gehäuse, das an seinen Enden je eine Ein- bzw. eine Auskoppelvorrichtung aufweist und dazwischen einen Übertragungsweg längs der Gehäuselängsachse bildet, mit mindestens einem zylinderförmigen dielektrischen Resonator, der im Gehäuse mit Abstand zu dessen Wandung derart angeordnet ist, daß seine durch seine Stirnfläche verlaufende Achse quer zur Gehäuselängsachse und einer seiner Durchmesser in der Gehäuselängsachse liegt, und mit mindestens einem mit der Gehäusewand verbundenen, feldbeeinflussenden Körper, dessen Achse quer zur Gehäuselängsachse verläuft und dessen freies Ende einer Fläche des Resonators mit Abstand gegenüberliegt.

Ein derartiges Mikrowellenbandfilter ist aus der DE-OS 25 38 614 bekannt. Bei diesem bekannten Mikrowellenbandfilter zeigt sich, daß die Selektivitätskurve, die theoretisch bezüglich einer Mittenfrequenz f₀ symmetrisch verlaufen sollte, für Frequenzen größer als /b langsamer abfällt als für Frequenzen, die unterhalb von /ö liegen. Diese Asymmetrie wirkt sich vor allem deshalb störend aus, weil sie zu einer Verschlechterung des Gütefaktors des Filters führt.

Es wurde herausgefunden, daß dieser Unterschied in der Filterwirkung zwischen den Bereichen oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz k durch die Veränderung des Koppelkoeffizienten zwischen benachbarten Resonatoren oder aber durch das Überlappen der Hauptschwingungsform durch eine unerwünschte oder störende Nebenschwingungsform verursacht wird, die in der Nähe der Mittenfrequenz k im Bereich höherer Frequenzen auftritt

In »Electronics Letters«, 16.11.1972, S. 582—583, ist ein Mikrowellenbandfilter anderen Aufbaus beschrieben. Auch bei diesem Mikrowellenbandfilter treten störende Nebenschwingungsformen auf, die durch Verzerrungen in der Verteilung des elektromagnetischen Feldes aufgrund der Einkopplung*- und Auskopnlungsstreifen verursacht werden. Zur Unterdrückung dieser störenden Schwingungsformen werden beim bekannten Mikrowellenbandfilter zwei metallische Schrauben längs zweier Durchmesser des kreiszylinderförmigen Hohlleiters angeordnet. Durch das Anbringen dieser Metailschrauten wird das elektromagnetische Feld zusätzlich so verzerrt, daß die störende Schwingungsform unterdrückt wird, und zwar dadurch, daß die Störmode durch Verlagerung zu höheren Frequenzen und durch gleichzeitige Amplitudenreduktion der Nebenmode aus dem Bereich der Hauptmode entfernt wird. Dadurch wird die Störmode aus dem gewünschten Frequenzbereich entfernt.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, ein Mikrowellenbandfilter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem zur Verbesserung des Gütefaktors die Selektivitätskurve so verändert ist, daß sie eine schlanke bzw. schmale, um die Mittenfrequenz F₀ weitgehend symmetrische Form erhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgcvnäß dadurch gelöst, daß der feldbeeinflussende Körper zur Verschiebung der Frequenz einer Nebenschwingungsform des Filters in Richtung auf die Frequenz der Hauptschwingungsform so angeordnet ist, daß seine Achse quer zur Achse des Resonators verläuft und sein Ende der Umfangsfläche des Resonators gegenüberliegt.

Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch das Positionieren eines feldbeeinflussenden Materials an einer Stelle, an der die Intensität des elektrischen Feldes hoch ist, eine Verschiebung der Resonanzfrequenz /Ί einer bestimmten Schwingungsform, die dieses elektrische Feld erzeugt, von f\ nach ί\—Δίbewirkt wird. Der Betrag der Veränderung der Frequenz Δί wird bestimmt durch den Grad des Eindringens des feldbeeinflussenden Materials in das elektrische Feld, d. h. je weiter das Material eindringt, um so größer wird die Veränderung der Frequenz Δί.

Wird der feldbeeinflussende Körper erfindungsgemäß quer zur Achse des Resonators angeordnet, so ergibt sich, daß die elektrischen Feldlinien der störenden Nebenschwingungsform parallel zur Längsrichtung des feldbeeinflussenden Körpers verlaufen, während die elektrischen Feldlinien der Hauptschwingungsform senkrecht zu dieser Längsrichtung verlaufen. Das hat zur Folge, daß der feldbeeinflussende Körper nur die Störschwingungsform im Sinne einer Verschiebung zu

niedrigeren Frequenzen beeinflußt, wobei die Amplitude dieser Störschwingungsform sehr klein wird. Wird die Nebenschwingungsform zu einer Frequenz in der Nähe der Hauptschwingungsform verschoben, so fällt die Empfindlichkeitskennlinie der Hauptschwingungsform in Bereich höherer Frequenzen schneller ab. Somit ergibt sich insgesamt eine sehr schmale Selektivitätskennlinie für das erfindungsgemäße Mikrowellenbandfilter, die um die Mittenfrequenz k eine sehr gute Symmetrie aufweist, was zu einem wesentlich verbesserten Gütefaktor führt.

Der feldbeeinflussende Körper kann vorteilhafterweise eine Einstellschraube sein, die durch die Seitenwand des Gehäuses einschraubbar ist, um den gewünschten Abstand zwischen dem freien Ende der Einstellschraube und der Umfangsfläche des Resonators einstellen zu können. Dabei kann das feldbeeinflussende Material entweder ein leitfähiges oder ein dielektrisches Material sein.

Ferner kann die Längsachse der Einstellschraube durch den Mittelpunkt des Resonators verlaufen und der Abstand zwischen dem feldbeeinflussenden Körper und der Umfangsfläche größer als 03 mm sein.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die Empfindlichkeitskennlinie der herkömmlichen Bandfilter mit dielektrischem Resonator;

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht, teilweise weggebrochen, eines erfindungsgemäßen Bandfilters, der die Anordnung der Einstellschrauben bezüglich der darin verwendeten dielektrischen Resonatoren darstellt;

Fig.3a eine Schnittseitenansicht entlang der Linie IIIa-IIIanachFig.2;

Fig.3b eine Schnittvorderansicht entlang der Linie IIIb-IIIbnachFig.3a;

Fig.4a—4e Kurvenschaubilder, die die Art und Weise darstellen, in der die Kurvenform der störenden Nebenschwingungsform die der Hauptschwingungsform überlappt und wie die Kurvenform der Hauptschwingungsform sich bei der Verschiebung der störenden Ne'.'enschwingungsform verändert;

Fig.5 eine Draufsicht auf einen Teil des Mikrowellenbandfilters nach F i g. 2, das insbesondere den horizontalen Bereich zeigt, innerhalb dem die Einstellschraube vorgesehen werden kann, und

Fig.6 eine Schnittseitenansicht des Mikrowelienbandfilters nach F i g. 2, das insbesondere den vertikalen Bereich zeigt, in dem die Einstellschraube vorgesehen werden kann.

In allen Zeichnungen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit Jen gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig.2 zeigt ein erfindungsgemäßes Mikrowellenbandfilter mit einem Gehäuse 10, das eine im wesentlichen kastenförmige Gestalt aufweist und aus irgendeinem metallischen Material, wie etwa Messing besteht. Das Gehäuse 10 weist eine Deckplatte 10a und eine Bodenplatte 10b, ein Paar von einander gegenüberliegenden Seitenwänden 10c und 10t/ und ein Paar Stirnwände 1Oe und 10/auf. In Fig. 2 sind die Wände 10a bis 10/einstUckig miteinander ausgebildet, und zwar durch Bearbeitung eines starren Metallblockes. Die Wände können jedoch auch als Metallplatten ausgebildet sein, wobei benachbarte Wände jeweils starr miteinander verbunden sind, z. B. durch mehrere Schrauben.

Innerhalb des Gehäuses 10 sind ein oder mehrere Resonatoren, in der du gestellten Ausfuhrungsform drei, nämlich Ha, Ho und lic, über entsprechende Trägerabstandshalter 12a, 12b und 12c an der Bodenplatte 10b befestigt und im Abstand zueinander sowie in einer Reihe angeordnet. Die Trägerabstandshalter 12a—12c sind aus einem elektrisch isolierenden Material mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante.

Eine der sich gegenüberliegenden Seitenwände 10c

weist an entsprechenden Abschnitten in der Nähe der beiden Enden Kupplungsteile 15a und 156 auf, die als

ίο Verbindungsstücke zu Koaxialkabeln für Eingangs- und Ausgangsmikrowellenübertragungsleitungen (nicht gezeigt) dienen. Diese Kupplungsteile 15a und 156 weisen axiale Anschlüsse auf, die vom Metallgehäuse 10 elektrisch isoliert sind und die jeweils mit Stangen oder Sonden 16a und 16b verbunden sind, die entweder aus elektrisch leitfähigem Material oder aus dielektrischem Material bestehen. Die Stangen 16a und 16b erstrecken sich bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform parallel zu den Stirnwänden 1Oe und 10/ und jeweils zwischen der Stirnwand 1Oe und dem Resonator 11a sowie zwischen der Stirnwand 10/und dem Resonator lic Das eine Ende der Stangen 16a und 16b. das von dem entsprechenden Kupplungsteil \6a oder 15b entfernt liegt, wird in der Seitenwand 10c/ durch Befestigungsstücke 17a oder 17b aus elektrisch Isolierendem Material, wie etwa Polytetrafluoräthylen, gelagert. Die Größe des Gehäuses 10, insbesondere die der Innenseiten, isi so gewählt, daß sich eine vorbestimmte Grenzfrequenz ergibt.

so Anhand der F i g. 3 und 4 werden nun einige Details des erfindungsgemäßen Mikrowellenbandfilters beschrieben. Im nachfolgenden wird im wesentlichen der erste Resonator 11a beschrieben, der in Fig. 2 ganz links angeordnet ist. Die anderen Resonatoren 11b und lic sind jedoch in gleicher Weise gebildet und weisen die gleiche Struktur wie der Resonator 11a auf. Der dielektrische Resonator lla besteht aus einem zylindrischen Block aus irgendeinem bekannten dielektrischen Material. Die Größe des zylindrischen Blocks ist durch die Resonanzfrequenz bestimmt und derart gewählt, daß der Durchmesser D einige Zentimeter groß ist, z. B. im c^:nen Falle 1,45 cm, und daß die Dicke Tetwa halb so groß ist wie der Durchmesser D. Dieser Resonator ist mit dem zylindrischen Trägerabstandshaltsr 12a und dieser wiederum mit der Bodenplatte 10b fest verbunden. Die Höhe des Abstandshalter 12a ist so gewählt, daß die Mitte des damit verbundenen Resonators lla mit der Mitte der Gehäusehöhe .4 zusammenfällt. Die Innenabmessungen des Gehäuses 10

so sind so gewählt, daß die Höhe A im Bereich von 2 Tbis 3 Γ liegt, während die Breite E, in deren Richtung sich die Sonden 16a und i6b erstrecken, im Bereich zwischen 2 D und 3 D liegt. Die Abmessung des Gehäuses 10 in Längsrichtung wird bestimmt durch die Anzahl der im Gehäuse unterzubringenden Resonatoren.

Die in Fi g. 3 dargestellten drei Resonatoren Wa. Wb und lic weisen zueinander einen Abstand M auf, der normalerweise im Bereich von D/l bis D liegt, während der Abstand zwischen dem Resonator Ha und der Stange 16a und d«: Abstand zwischen dem Resonator Wc und der Stange 16b jeweils M/l beträgt. Jede der Stangen 16a und 16b weist gegenüber der entsprechenden Stirnwand 1Oe und 10/einen Abstand im Bereich von B bis 3 B auf, wobei B der Durchmesser der Stange ist. Es ist hier anzumerken, daß die Achsen der Stangen 16a und 16b mit Jor Mittellinie der Resonatoren zusammenfallen.

Das in Fig. 2 dargestellte Gehäuse weist weiterhin

Schrauben 13a, UZ> und 13c aus Metall auf, die jeweils durch an der Frontseitenwand 10c vorgesehene Schraubenlöcher 14a, 14Z» und 14c eingedreht werden. Die Löcher 14a, 14Z»und 14csind etwa in mittlerer Höhe der Seitenwand 10c angeordnet und voneinander durch einen vorbestimmten Abstand getrennt, so daß das vordere Ende einer jeden Schraube dicht bei der Seitenfläche des Resonators angeordnet ist. Vorzugsweise ist das vordere Ende einer jeden Schraube mit der Mittellinie des entsprechenden Resonators ausgerichtet. Durch Drehen der Schrauben kann ein Spielraum G /wischen dem vorderen F.nde der Schrauben und der Seitenfläche des entsprechenden Resonators eingestellt werden. Normalerweise wird der Spielraum oder Abstand G nicht unter 0.3 mm eingestellt.

Die Schrauben 13a. UZ» und Uc können auch aus dielektrischem Material sein. In anderen Worten, sie können aus irgendeinem Material bestehen, solange die Schrauben das im Gehäuse ausgebildete elektrische feld oder magnetische leid beeinflussen können.

Die Funktion der Schrauben 13a. UZ» und 13c wird nun anhand der Kurvenschaubilder der Fig. 4a bis 4e beschrieben.

Dabei ist auf der Abszisse die Frequenz und auf der Ordinate die Dämpfung aufgetragen. Wenn das Mikrowellenbandfilter die dielektrischen Resonatoren Wa. llrMind 1 leaufweist. ist die Grundresonan/schwingungsform //γ,μ. während die Resonanzfrequenz bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit L (GHz) bestimmt wird. z. B. 7 GHz. Es ist hier anzumerken, daß die Hauplschwingungsform sowie die Resonanzfrequenz verändert werden können, und zwar durch eine Veränderung der Größe des Gehäuses 10 und icdes der Resonatoren. Wenn das Mikrowellenbaridfilter keine Einstellschrauben besitzt, fälli die Kurvenf";ni der Grundmode Hv irr. Frequenzbereich zwische, 7 und 8GH/ allmählich ab. Gleichzeitig wird eine '.>rende Nebenschuingungsform Λ"·,., bei der Frequenz .'■ (GHz) gebildet, die /. B. im Frequenzbereich von IGH/ liegt. Wenn die Schrauben Ua. 13b und Uc in die entsprechenden Löcher eingeschraubt werden, beeinflussen die Schrauben aus leitfähigem Material das durch die störende Nebenschwingungsform gebildete elektrische Feld, so daß die störende Nebenschwingungsform E- λ allmählich zu einem kleineren Frequenzbereich hin verschoben wird, wo die Hauptschwingungsform H- > auftritt. Dies hängt ab von dem Grad des Eindringens der Schrauben in das Gehäuse 10. Wenn jede der Schrauben etwa auf die halbe Distanz zwischen der Seitenwand 10c und der Seitenfläche des Resonators eingedreht wurde, überlappt die Kursenform der störenden Nebenschwingungsform E--λ die Kurvenform der Hauptschwingungsform Hv,* und verformt deren Kurvenform. Damit ergibt sich für die Hauptschwingungsform Wom eine in F i g. 4c dargestellte Form. Daraus ist ersichtlich, daß die Kurve der HauptschwingLingsform Hr,-„s schneller abfäiit als die entsprechende Kurve in den F i g. 4a und 4b.

Wenn die Schrauben weiter in die entsprechenden

Löcher eingedreht werden, wird die störende Nebenschwingungsform Ew/, weiter in einen kleineren Frequenzbereich verschoben, z. B. in einen Bereich unterhalb 7 GHz. wodurch die Kurve der Hauptschwingungsform /7oi,t einen noch schnelleren Abfall im Bereich oberhalb 7 GHz zeigt.

Wenn die Schrauben so weit eingedreht werden, daß sie eine Distanz G von etwa 0,3 mm zur Seitenwand der Resonatoren aufweisen, so wird die störende Nebenschwingungsform EiM in einen Bereich in der Nähe von 6 GHz verschoben, worauf die Kurve der Hauptschwingnngsform //,-.]■ im wesentlichen linear im Bereich oberhalb von 7 GHz abfällt.

Daraus ist ersichtlich, daß dann, wenn die Schrauben ganz in der Nähe der Seitenflächen der Resonatoren angeordnet sind, also an einer Stelle, an der die störende Nebenschwingungsform ein elektrisches Feld mit hoher Intensität bildet, die Kurve der Hauptschwingungsform im höheren Bereich schneller abfällt. Es ist damit möglich, ein fviikroweiienbanuiiiter zu schaffen, das genau arbeitet, eine einfache Konstruktion aufweist und vergleichsweise niedrige Herstellungskosten verursacht

Selbst wenn die Resonanzfrequenz der Hauptschwingungsform etwas über eine vorbestimmte Frequenz hinaus durch die Einführung der Schrauben Ua, 13Z»und 13c verschoben werden sollte, so kann eine derartige Verschiebung in der Resonanzfrequenz einfach durch bekannte Korrekturvorrichtungen korrigiert werden, wie etwa durch über den Resonatoren angeordnete Korrekturschrauben (nicht gezeigt).

Die Schrauben können auch durch Stangen oder Stäbe aus leitfähigem oder dielektrischem Material, wie etwa Metall oder Kunstharz, ersetzt werden. In diesem Falle weisen die Stangen oder Stäbe vorzugsweise Einstellmittel auf, mit denen der Grad ihres Eindringens in die entsprechenden, im Gehäuse vorgesehenen öffnungen eingestellt werden kann.

Die Schrauben können auch bezüglich des Resonators in ihrer Stellung verschoben werden und dennoch kann man die gleiche Wirkung erhalten. Der Grad der Verschiebung wird nun anhand der Fig. 5 und 6 beschrieben.

Jede der Schrauben kann, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, in Längsrichtung des Gehäuses 10 innerhalb einem Bereich von D, der gleich dem Durchmesser des Resonators ist, verschoben werden, während andererseits jede Schraube, wie es in F i g. 6 dargestellt ist, in der Höhe innerhalb eines Bereiches von 2 7" verschoben werden kann.

Die vorderen Enden der Einstellschrauben können nicht nur ganz in der Nähe der dielektrischen Resonatoren angeordnet werden, sondern sie können auch mit den dielektrischen Resonatoren in Berührung kommen.

Selbstverständlich ist auch die Zahl der Einstellschrauben nicht auf eins begrenzt, sondern es können auch mehr als eine Einstellschraube für jeden dielektrischen Resonator vorgesehen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrowellenbandfilter mit einem leitfähigen Gehäuse, das an seinen Enden je eine Ein- bzw, eine Auskoppelvorrichtung aufweist und dazwischen einen Übertragungsweg längs der Gehäuselängsachse bildet, mit mindestens einem zylinderförmigen dielektrischen Resonator, der im Gehäuse mit Abstand zu dessen Wandung derart angeordnet ist, daß seine durch seine Stirnfläche verlaufende Achse quer zur Gehäuselängsachse und einer seiner Durchmesser in der Gehäuselängsachse liegt, und mit mindestens einem mit der Gehäusewand verbundenen, feldbeeinflussenden Körper, dessen Achse quer zur Gehäuselängsachse verläuft und dessen freies Ende einer Fläche des Resonators mit Abstand gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der feldbeeinflussende Körper (13a, 13Zj, 13C^ZUr Verschiebung der Frequenz einer Nebenschwingungsform des Filters in Richtung auf die Frequenz der Hauptschwingungsform so angeordnet ist, daß seine Achse quer zur Achse des Resonators (Ha, 11Zj, 1IcJ verläuft und sein Ende der Umfangsfläche des Resonators gegenüberliegt

2. Mikrowellenbandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feldbeeinflussende Körper eine Einstellschraube (13a, 136, i3c) die durch die der Umfangsfläche des Resonators (Ha, 116, Uc) gegenüberliegende Seitenwand (XQc) des Gehäuses (10) einschraubbar ist zur Einstellung eines gewünschten Abstandes zwischen dem freien Ende der Einstellschraube (13a, 136, 13c) und der Umfangsfläche des Resonators (Ha₁Hb, 11 c)

3. Mikrowellenbandfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dab d<e Einstellschraube (13a, 136,13c^aus leitfähigem Material jesteht.

4. Mikrowellenbandfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschraube (13a, 136, \3c)&ns dielektrischem Material besteht

5. Mikrowellenbandfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse der Einstellschraube (13a, 136, VSc) durch den Mittelpunkt des Resonators(11a, 116, Ilc)verläuft

6. Mikrowellenbandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem feldbeeinflussenden Körper (13a, 136, \3c) und der Umfangsfläche des Resonators (11a, life, 11 ς)nicht kleiner als 0,3 mm ist.