DE3011301A1

DE3011301A1 - Mikrowellenfilter

Info

Publication number: DE3011301A1
Application number: DE19803011301
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Boujet
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1979-03-29
Filing date: 1980-03-24
Publication date: 1980-10-16
Also published as: GB2049298B; IT1128254B; FR2452801A1; CA1131322A; US4320367A; IT8067485A0; FR2452801B1; GB2049298A

Description

MIKROWELLENFILTER

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrowellenfilter der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art.

Bekannte Bandfilter für Höchstfrequenzen und für Rechteck-Hohlleiter bestehen aus mehreren Resonanzhohlräumen, deren Länge je der halben Wellenlänge der mittleren Durchlaßfrequenz des Filters entspricht. Die Hohlräume sind miteinander ind mit den Eingangs- und Äusgangshohlleitern über Blendenöffnungen gekoppelt. Bekannte derartige Filter besitzen eine Linearstruktur und bestehen aus Hohlleitern genormten Querschnitts je nach Filtertyp und gemäß der gewünschten Mittenfrequenz und Bandbreite. Diese Hohlleiter sind durch Zwischenwände in Äbteile unterteilt, deren Länge der halben zentralen Wellenlänge des Filters oder einem Vielfachen davon entspricht. In die Trennwände sind Fenster oder Blendenöffnungen zum Koppeln der einzelnen Resonanzhohlräume eingearbeitet.

Derartige Filter sind reversibel, d.h. Ein- und Ausgang können vertauscht werden. Die Berechnung derartiger Filter wurde beispielsweise in dem Buch von G.L. Matthaei, L. Young, E.M.T. Jones mit dem Titel "Microwave filters, Impedance matching networks and Coupling structures", insbesondere auf den Seiten 434, 450, 461, 463 und 234 erläutert.

Einer der Hauptnachteile derartiger Filter liegt darin, daß parasitäre Durchlaßbänder oberhalb der mittleren Durchlaßfrequenz Fo des eigentlichen Durchlaßbandes auftreten.

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Insbesondere ist hier das parasitäre Durchlaßband zu erwähnen, das auftritt, wenn die Wellenlänge in den Hohlräumen in der Nähe einer Viertelwellenlänge der Filtermittenfirequenz Fo liegt. So kann man bei einem derartigen Filter, dessen Bandbreite 1,4 GHz und dessen Mittenfrequenz 32 GHz beträgt, ein erstes parasitäres Durchlaßband um die Frequenz von 46 GHz feststellen, das sich mit einem stark variablen Ondulationsgrad über mehrere GHz erstreckt. Derartige parasitäre Durchlaßbänder, insbesondere das erwähnte erste parasitäre Durchlaßband, stören kaum, solange das Filter schmalbandig ausgeführt ist, sie können jedoch nicht toleriert werden.in breitbandigen Filtern, da das Filter dann in Frequenzbereichen knapp außerhalb des normalen Durchlaßbandes transparent wird.

Dieses Problem wird durch das in US-PS 3 15 3 208 beschriebene Filter gelöst, indem die einzelnen Hohlräume des Filters unterschiedliche Querschnittsabmessungen und unterschiedliche Grenzfrequenzen und Impedanzen aufweisen, derart, daß die auf dieselbe Grundfrequenz abgestimmten Hohlräume unterschiedliche, über dieser Grundfrequenz liegende Resonanzfrequenzen besitzen.

Derartige schmalbandige Filter werden in Mehrfachweichen verwendet und besitzen abgestaffelte Mittenfrequenzen gemäß den miteinander zu kombinierenden oder voneinander zu trennenden Frequenzkanälen.

Es sind auch schmalbandige Mikrowellenfilter mit

einstellbarer Mittenfrequenz bekannt, z.B. aus der US-PS 3130380. In diesem bekannten Filter haben alle Hohlräume die gleiche

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Weite entsprechend der halben mittleren ^wellenlänge des Durchlaßbandes, wobei diese Weite sich zwischen Schiebern ergibt. Die Veränderung der Resonanzfrequenz eines Hohlraums wird durch Einstellung der Schieber bewirkt. Die Veränderungen des Koppelgrades zwischen benachbarten Hohlräumen ergibt sich durch Verschiebung der Hohlräume bezüglich der Blendenöffnung. Will man den Kopplungsgrad zwischen benachbarten Hohlräumen in größerem Ausmaß ändern, um einen bestimmten, für ein gegebenes Filter notwendigen Kopplungsgrad zu erreichen, so kann man auch die Abmessungen der Blendenöffnung verändern.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei Filtern der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art die parasitären Durchlaßbänder zu möglichst hohen Frequenzen hin zu verschieben und die Dämpfung außerhalb des eigentlichen Durchlaßbandes des Filters zu verbessern, wobei gleichzeitig die Durchstimmbarkeit des Filters, d.h. die Verschiebung des Durchlaßbandes auf der Frequenzachse ohne Veränderung der mechanischen Struktur des Filters, insbesondere der Lage und Abmessung der Blendenöffnung in einem weiten Frequenzbereich möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch gekennzeichnete Mikrowellenfilter gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Mikrowellenfilter gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Blendenöffnungen über einer Hohlleiterabmessung aufgetragen sind.

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Fig. 3 zeigt Dämpfungskurven eines erfindunqsgemäßen Filters im Vergleich zu einem bekannten Filter.

Das in Fig. 1 dargestellte Filter ist zwischen einem Eingangshohlleiter 1 und einem Ausgangshohlleiter 2 angeordnet und besitzt drei Resonanzhohlräume 3, 4 und 5 in Reihe zwischen den beiden Hohlleitern. Alle Hohlleiter und Resonanzhohlräume haben Rechteckquerschnitt. Die große Querschnittsabmessung des Eingangshohlleiters 1 ist mit a und die kleine Querschnittsabmessung dieses Hohlleiters ist mit b bezeichnet. Der bevorzugte Wellentyp in diesem Hohlleiter ist die TE -Welle mit Rechteckquerschnitt. Der Ausgangshohlleiter 2 gleicht dem Eingangshohlleiter. Die drei Resonanzhohlräume 3, 4 und 5 sind untereinander gleich und in Serie mit gemeinsamer Längsachse zwischen den beiden Hohlleitern angeordnet. Die Abmessung a entlang der großen Querschnittsachse der Hohlräume ist größer als das entsprechende Maß a der Hohlleiter, während die kleine Querschnittsabmessung der Hohlräume und der Hohlleiter (b bzw. b ) gleich ist. Die Resonanzhohlräume sind durch Zwischenwände 6, 7, 8 und 9, die induktiv wirken, gegeneinander und gegen die Hohlleiter 1 und 2 abgeteilt, wobei die Zwischenwände mit Blendenöffnungen Ib, 17, 18 und 19 von Rechteckform versehen sind. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Zwischenwänden ist gleich der halben mittleren Wellenlänge des Durchlaßbereichs des Filters.

In jedem der Resonanzhohlräume, und zwar auf einer der großen Seitenwände jedes Hohlraums, ist eine dielektrische Schraube 13 bzw. 14 bzw. 15 befestigt, die zum Zentrum des

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— O —

Hohlraums hinragt und durch ihre im Hohlraum wirksame Länge die Einstellung der elektrischen Länge der Hohlräume und ggfs. eine Korrektur des Temperatureinflusses ermöglicht.

Die parasitären Durchlaßbänder bilden sich hauptsächlich, wenn die Schwingungswellenlänge in den Hohlräumen in der Nähe der Viertelwellenlänge der Mittenfrequenz des Filters sowie in der Nähe der Resonanzen der Blendenöffnungen liegt. Es wäre an sich wünschenswert, wenn kapazitiv wirkende Blendenöffnungen verwendet würden, deren Resonanzfrequenz sehr hoch ist, jedoch sind die Abmessungen der Blendenöffnungen für Filter, deren relative Bandbreite einige Prozent beträgt, sehr gering, was Schwierigkeiten bei der mechanischen Herstellung bereitet. Induktiv wirkende Blendenöffnungen bieten in dieser Hinsicht Vorteile, sie müssen jedoch in ihren Abmessungen reduziert werden, damit ihre Resonanz nach oben verschoben wird. Andererseits wurden die Hohlräume der Filter stark überdimensioniert, was die große Querschnittsabmessung des den Hohlraum bildenden Wellenleiters im Übertragungstyp TE₁-. angeht. Entgegen den Erwartungen entstehen dadurch keine parasitären Resonanzen, sondern vielmehr nähert sich die Wellenlänge 3g der geführten Welle, die mit der Wellenlänge rl in Luft über die Beziehung

V,-

l/l - (J/2a)²

verbunden ist, an die Wellenlänge in Luft an. Dadurch wird die Wellenlänge der ersten parasitären Resonanz zu hohen Frequenzen hin verschoben.

Die Blendenöffnungen 16 bis 19 in den bezüglich den Eingangs- und Ausgangshohlleitern überdimensionierten Resonanz-

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hohlräumen werden abhängig von der Abmessung der großen Querschnittsseite der Resonanzhohlräume bemessen. Die Querabmessung der Blendenöffnung (d.h. die Breite bei einer rechteckförmigen Blendenöffnung'bzw. der Durchmesser bei einer kreisförmigen Öffnung) sowie der Wert a für die große Querschnittsabmessunq der Hohlräume bilden ein Parameterpaar, das so gewählt wird, daß die Blendenöffnung die kleinstmögliche Abmessung bekommt. Unter diesen Bedingungen verschieben sich die parasitären Durchlaßbänder nach höheren Frequenzen,und das eigentli: he Durchlaßband kann ohne mechanische Veränderung des Filters in einem großen Frequenzbereich verschoben werden. Diese Verschiebung ergibt sich alleine durch Veränderung der elektrischen Länge der Hohlräume, indem die dielektrischen Schrauben 13, und 15 mehr oder weniger weit in den betreffenden Hohlraum hineinragen. Die Abmessungen der Blendenöffnungen für die Kopplung bleiben dabei unverändert. Dieser Vorteil besitzt große Bedeutung, da im Bereich der Blendenöffnungen große elektromagnetische Ströme auftreten.

Fig. 2 zeigt die unterschiedlichen Blendenöffnungen i in Richtung der großen Querschnittsachse der Hohlleiter abhängig von verschiedenen Werten a für ein Bandfilter einer Bandbreite von 38 MHz und einer Mittenfrequenz F von 5,9 GHz. In dieser Figur bedeutet die Kurve d die Abhängigkeit zwischen den Blendenöffnungen I₁ der Blenden Lb und ±9 in Nachbarschaft der Eingangs- bzw. Ausgangshohlleiter 1 und 2, während die Kurve d„ die Abhängigkeit der Breite i₂ der Blendenöffnungen l7 und L8 zwischen je zwei benachbarten Hohlräumen bestimmt.

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— σ —

Für dieses Filter werden beispielsweise folgende Werte gewählt :

a = 65 mm i = 12,77 mm i = 7 mm.

Im Vergleich dazu sei bemerkt, daß für ein Filter bekannter Bauart mit denselben Frequenzwerten folgende Standardabmessungen vorzusehen wären :

a = 34,85 mm b =15,80 mm.

In diesem Fall müßte man für die Blendenöffnungen folgende Werte wählen :

i,₀ = 15,53 mm i = 9,41 mm. Für ein erfindungsgemäßes Filter mit der Mittenfrequenz von 6,4 GHz und einer Durchlaßbandbreite von 38 MHz ergeben sich folgende optimale Blendenwerte : i = 12,15 mm i_ = 6,53 mm.

Der geringe Unterschied in den Werten der Blendenöffnungen von höchstens 0,6 mm zwischen dem Fall eines Filters der Mittenfrequenz von 5,9 GHz und eines Filters der Mittenfrequenz von 6,4 GHz zeigt, daß die Blendenöffnungen praktisch nicht verändert werden müssen, wenn man ein für 6,4 GHz ausgelegtes Filter bei einer Mittenfrequenz von 5,9 GHz verwenden will. Es genügt dann, die dielektrischen Schrauben entsprechend einzustellen. In diesem Fall ändert sich das Frequenzverhalten, das in Fig. 3 in durchgezogenen Strichen dargestellt ist, instesondere die Dämpfung im Durchlaßbereich und die Bandbreite, kaum bei der Verschiebung des Durchlaßbandes.

Bei einem nach dem Stand der Technik realisierten Filter, bei dem die Querschnitte der Hohlräume und der Eingangs-

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bzw. Ausgangshohlleiter gleich sind, ergäbe sich dagegen eine Veränderung der Blendenweite um etwa 1,7 mm, d.h. um einen Wert, der nicht vernachlässigbar ist, wenn man nachteilige Wirkungen auf das Frequenzverhalten des Filters, insbesondere auf die Dämpfung im Durchlaßbereich und die Bandbreite vermeiden will. Welches diese Wirkungen sind, ergibt sich at's den gestrichelten Kurvenverläufen in Fig. 3.

Das erfindungsgemäße Filter kann in Vielfachweichen in Verbindung mit Zirkulatoren oder 3 dB~Hybridkopplern verwendet werden, wie sie z.B. in der FR-PS 23 4b 868 beschrieben sind.

χ χ

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-/ir-

Leerseite

Claims

Fo 11 449 D

71\. Uki 1980

COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

Crr-ALCATEL S.A. *

12, rue de la Baume, 75008 PARIS, Frankreich

MIKROWELLENFILTER

PATENTANSPRUCH

Mikrowellenfilter, das zwischen einem Eingangshohlleiber

und

mit Rechteckquerschnitt/einem Ausgangshohlleiter mit Rechteckquerschnitt eingefügt ist und mehrere Resonanzhohlräume mit Rechteckquerschnitt in Serie aufweist, die miteinander und mit den Hohlleitern über Blendenöffnungen gekoppelt sind und je mindestens eine dielektrische Regelschraube auf einer großen Seite des Hohlraums montiert aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung entlang der großen Querschnittsachse jedes Hohlraums (3,4,5) größer als die Abmessung entlang der großen Querschnittsachse der Hohlleiter (1/2) gewählt ist und zwar so groß, daß diese Abmessung in Verbindung mit der Weite der Blendenöffnung in derselben Richtung das Wertepaar bildet, das die kleinstmögliche Blendenöffnung bestimmt, und daß die dielektrischen Schrauben (13,14,15) alleine der Verschiebung des Durchlaßbandes des Filters dienen.

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ORIGINAL INSPECTED