DE3314704A1 - Bandpass-filter mit linearen resonatoren, dem eine bandsperrfunktion zugeordnet ist - Google Patents

Description

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Patentanwälte · European Patent Attorneys 3 3 1 ^. 7 Π Λ

München Stuttgart

THOMSON - CSF 20. April 1983

173, Boulevard Haussmann

75008 Paris /Frankreich

Unser Zeichen: T 3599

Bandpaß-Filter mit linearen Resonatoren, dem eine Bandsperrfunktion zugeordnet ist

Die Erfindung betrifft Bandpaß-Filter, die unter Verwendung von Resonatoren verwirklicht sind und denen eine Bandsperrfunktion zugeordnet werden soll.

Es ist oft erforderlich, einer Bandpaßfunktion eine Bandsperrfunktion zuzuordnen, z.B. um eine unerwünschte Fre-. quenz wie eine zweite Harmonische zu unterdrücken, die ein Bandpaß-Filter durchlassen würde. Selbst wenn diese Frequenz nicht in dem Durchlaßband liegt, für die das Filter ausgelegt wurde, so kann sie jedoch in einem anderen Durchlaßband dieses Filters liegen, welches unerwünscht sein kann. Es kann auch zweckmäßig sein, einem Bandpaß-Filter eine Bandsperrfunktion zuzuordnen, um die Flankensteilheit des Filters zu vergrößern.

Es ist bekannt, zur Verwirklichung dieser Sperrfunktion ein Bandsperr-Filter in Reihe mit dem Bandpaß-Filter zu schalten. Diese Lösung weist jedoch den Mangel auf, daß sie ein

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zweites Filter erforderlich macht, das Raum benötigt und ■ den Aufwand vergrößert.

Eine weitere Lösung ist für Bandpaß-Filter bekannt, die mit linearen Resonatoren arbeiten, welche an ihren beiden Enden offen sind; derartige Filter werden auch als Bandpaß-Filter mit Halbwellen-Resonatoren oder λ/2-Resonatoren bezeichnet. Diese Lösung besteht darin, in der Nähe der Mitte wenigstens eines der λ/2-Resonatoren einen jQ Hilfsresonator anzuschließen, dessen Resonanzfrequenz eine Frequenz ist, die durch die Bandsperrfunktion unterdrückt werden soll. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß sie nur auf Filter mit linearen Resonatoren vom Halbwellentyp anwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Inneren

eines mit linearen Resonatoren arbeitenden Bandpaß-Filters selbst eine Bandsperrfunktion zu verwirklichen, und zwar unabhängig von der Art der linearen Resonato-2Q ren des Filters.

Diese Aufgabe wird erfüllt, indem ein Resonator vom Halbwellentyp in wenigstens einen der linearen Resonatoren des Bandpaß-Filters integriert wird.

Gemäß der Erfindung ist ein Bandpaß-Filter, das wenigstens eine Masseebene und η (η ganzzahlig positiv) lineare Resonatoren enthält, die in der Nähe der Masseebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hinzu-

3Q fügung einer Bandsperrfunktion eine Anzahl k (k ganzzahlig und höchstens gleich n) der η Resonatoren ausgehend von einem isolierten Ende einen Längsschlitz aufweist, der jeweils in dem betrachteten Resonator offen ist und auf diese Weise einen Hilfsresonator vom HaIbwellentyp bildet.

Es ist zu beachten, daß es aus der europäischen Patentanmeldung OO1561C an sich bereits bekannt ist, lineare

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Resonatoren mit Schlitzen zu versehen, um ein Bandsperr-Filter zu verwirklichen, d.h. um ein Filter zu schaf.fen, welches die entgegengesetzte Funktion des erfindungsgemäßen Filters aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Figuren 1 bis 4 Teilansichten von erfindungsgemäßen Filtern;

Figur 5 ein erfindungsgemäßes Filter bei abgenommener Haube;

Figur 6 ein Element des in Figur 5 gezeigten Filters; und

Figur 7 eine die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform

betreffende Grafik.

In den einzelnen Figuren sind einander entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt einen Resonator R eines erfindungsgemäßen Bandpaß-Filters. Dieser Resonator ist ein solcher vom Halbwellentyp, d.h. seine Länge, die in Figur 1 mit λ_2

2 bezeichnet ist, ist gleich der Hälfte der Wellenlänge λ1, die seiner Resonanzfrequenz entspricht. Diese Resonanzfrequenz wird in Abhängigkeit von der Mittenfrequenz bestimmt, die durch dieses Filter erhalten werden soll. Dieser Resonator ist wie alle Resonatoren vom Halbwellentyp an seinen beiden Enden A und B isoliert, d.h. nirgends in Berührung mit den Metallwänden, die das Gehäuse des Filters bilden. Der Resonator R ist auf einem isolierenden Substrat angeordnet, welches nicht dargestellt ist und auf einer ebenfalls nicht darge-

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stellten Masseebene ruht, die durch den Boden des Filter gehäuses gebildet ist.

An dem Ende A des Resonators R in Figur 1 ist ein Längsschlitz F angebracht, der bewirkt, daß das Ende A sich wie ein Hilfsresonator vom Halbwellentyp und mit der Länge -~— verhält. Dieser Schlitz F bewirkt gemeinsam mit anderen gleichen Schlitzen, die an allen Resonatoren der Länge ^- des betrachteten Bandpaß-Filters oder an einem Teil dieser Resonatoren angebracht ist, in diesem Filter eine Bandsperrfunktion mit einer Mittenfrequenz, die, zumindest wenn alle Schlitze dieselbe Länge haben, einer Schwingung entspricht, deren Wellenlänge gleich XO ist. Wenn nicht alle Schlitze dieselbe Länge aufweisen, so sind die durch sie verursachten Bandsperreffekte bei verschiedenen· Frequenzen wirksam, welche den verschiedenen Längen rj— der Hilfsresonato
diese Schlitze bestimmt werden.

nen Längen rj— der Hilfsresonatoren entsprechen, die durch

Figur 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Resonators R vom Halbwellentyp, der bei einem erfindungsgemäßen Bandpaß-Filter verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wurde die Tatsache, daß die beiden Enden \, B des Resonators isoliert sind, dazu ausgenutzt, um zwei Längsschlitze F und F¹ von im wesentlichen gleicher Länge anzubringen, die sich jeweils wie ein Resonator vom Halbwellentyp verhalten. Die beiden Schlitze wirken also zusammen, um die Bandsperrfunktion bei derselben Frequenz zu bewirken.

Figur 3 zeigt einen Resonator R eines erfindungsgemäßen Bandpaß-Filters. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der Resonator nicht mehr vom Halbwellentyp, sondern vom Viertelwellentyp, d.h. er ist an einem seiner Enden, nämlich an seinem Ende B', mit der Metallwand des Gehäuses des Bandpaß-Filters in Berührung, und seine Länge ist gleich einem Viertel der Wellenlänge λ1, die seiner Resonanzfrequenz entspricht. Dieser Resonator ist auf

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einem isolierenden Substrat angeordnet, das auf einer Masseebene ruht, die den Boden des Filtergehäuses bildet. Dieser Resonator ist rechtwinklig zu den beiden senkrechten Längswänden V, V des Gehäuses des betrachteten FiI-ters angeordnet.

Das isolierte Ende A des Resonators R in Figur 3 ist in Längsrichtung geschlitzt und bildet also einen Schlitz F. Dieser Schlitz verhält sich, wie bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2, wie ein Hilfsresonator vom Halbwellentyp, da die beiden Enden des so verwirklichten Resonators isoliert sind. Dieser Resonator vom Halbwellentyp besitzt die Länge ~ und bewirkt in dem Bandpaß-Filter eine Bandsperrfunktion bei der Frequenz FO der Schwingung, deren Wellenlänge gleich XO ist. Auch bei dieser Ausführungsform können weitere Resonatoren des Bandpaß-Filters an ihrem isolierten Ende einen Schlitz aufweisen, der dem Schlitz F gleicht, um entweder an der Bandsperrfunktion in der Nähe der Frequenz FO mitzuwirken, wenn die Länge aller Hilfsresonatoren in der Größenordnung von -r— liegt, oder aber, wenn die Längen unterschiedlich sind, Bandsperreffekte bei anderen Frequenzen zu bewirken.

Figur 4 zeigt eine Variante der Ausführungsform nach Figur 3. Figur 4 zeigt einen Resonator R, der wie der Resonator R in Figur 2 rechtwinklig zu den beiden senk- . · rechten Längswänden V, V¹ des Gehäuses des Bandpaß-Filters angeordnet ist, zu dem er gehört. Dieser Resonator, der auf einem Substrat angeordnet ist, welches ihn von dem Boden des Gehäuses isoliert, ist elektrisch mit dem Gehäuse des Bandpaß-Filters nur an seinem Ende B¹ verbunden, das mit der Wand V in Berührung ist. Sein anderes Ende weist einen Längsschlitz F auf. Die Länge des Resonators R ist in Figur 4 mit L1 bezeichnet; die Länge des Hilfsresonators, welcher durch den Schlitz F gebildet ist, ist mit LO in Figur 4 bezeichnet. Die Längen L1 und LO sind wesentlich geringer als die in Figur 3

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mit j— und γ- bezeichneten Längen, wenngleich diese Filter, von denen in den Figuren 3 und 4 eine Teilansicht wiedergegeben ist, dazu bestimmt sind, ungefähr mit demselben Durchl.aßband zu arbeiten. Zum einen ist nämlich ein erster variabler Kondensator C1 zwischen das isolierte Ende des Resonators R und die Wand V des Filtergehäuses geschaltet, die parallel zu der Wand V ist, und zum an-. deren ist ein zweiter variabler Kondensator CO zwischen die beiden einander gegenüberliegenden Ränder des

jQ Schlitzes F in der Nähe des isolierten Endes A des Resonators R geschaltet. Diese Kondensatoren bilden eine Verlängerung des Resonators R und des durch den Schlitz F gebildeten Hilfsresonators, was deren elektrische Länge anbetrifft, und ermöglichen daher eine Abstimmung dieser

jg beiden Resonatoren auf Frequenzen, die der Wellenlänge L1 bzw. LO entsprechen (siehe Figur 3)/ oder auf benachbarte Frequenzen. Diese variablen Kondensatoren ermöglichen folglich einen Abgleich des Bandpaß-Filters und des Bandsperreffektes des Hilfsresonators. Je größer der

2Q Wert der so eingeführten Kapazität ist, desto niedriger ist die Arbeitsfrequenz der betreffenden Resonatoren.

Es ist ferner zu beachten, daß bei bestimmten Ausführungsformen nach den Figuren 3 und 4 das isolierende Substrat entfallen kann, wobei die Resonatoren dann einfach an den senkrechten Wänden, z.B. an den Wänden V, befestigt sind und ausreichend starr sind, um stets dieselbe Lage in dem Filtergehäuse einzunehmen.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Filters bei abgenommenem Deckel. Dieses Filter umfaßt einen metallischen Hohlkörper 1, in welchem sechs Resonatoren R1 bis R6 vom "Viertelweilentyp" angeordnet sind, die aus Leitungsabschnitten gebildet sind. Dieses Filter ist aufgrund der Anordnung seiner Resonatoren ein solches vom Kammfiltertyp. Der Hohlkörper 1 ist ein Gehäuse mit einem Boden 2, der eine Masseebene bildet und fest mit vier senkrechten Wänden verbunden ist, und mit einem Deckel 5. Die Reso-

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natoren sind rohrförmig und untereinander parallel. Dieses Filter umfaßt ferner einen Eingangsimpedanz-Adapter ZE und einen Ausgangsimpedanz-Adapter ZS. Jeder Resonator ist an einem ersten Ende an einer senkrechten Seitenwand 3 des Gehäuses befestigt und an seinem anderen Ende an die gegenüberliegende Seitenfläche 4 über einen Kondensator C1 bis C6 angekoppelt, dessen elektrische Länge, die zu derjenigen des entsprechenden Resonators hinzukommt, den "Viertelwellenwert" dieses Resonators ergibt. Die Kondensatoren sind durch leitfähige Stangen verwirklicht, die jeweils teilweise in das Innere jedes Resonators eindringen, ohne diese auf derjenigen Seite zu berühren, wo das Potential nicht gleich Null ist, also an dem Ende, welches der Seitenfläche 3 des Gehäuses gegenüberliegt.

Jede Stange ist vom Ende des Gehäuses her zugängig und kann in die senkrechte Seitenfläche 4 hinein oder aus dieser herausgeschraubt werden, um die Abgleichfrequenz für jeden Resonator zu erhalten. Die Stangen ermöglichen es also, die entsprechende Abstimmkapazität zu verändern. Der Eingang E des Filters ist an der senkrechten Seitenfläche 3 gebildet. Der Eingangs-Impedanzadapter ZE ist ein Leiterabschnitt, der vor dem ersten Resonator R1 angeordnet ist. Dieser Adapter ZE ist an den Eingang E über eines seiner Enden angekoppelt und an seinem anderen Ende mit Masse verbunden. Der Ausgang S des Filters ist an der senkrechten Seitenfläche 3 gebildet. Der Adapter ZS ist ein Leitungsabschnitt, der hinter dem Resonator R6 angeordnet ist. Dieser Adapter ZS ist mit dem Ausgang S über eines seiner Enden verbunden und an seinem anderen Ende mit Masse verbunden.

Der Frequenzbereich eines solchen Filters kann sich von 500 MHz bis zu einigen GHz erstrecken.

Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt die Mittenfrequenz Fc in der Größenordnung von 700 MHz, während das Durchlaßband AF die Größenordnung von 10% der Mittenfrequnz hat. Ferner wurde ein Amplituden/Frequenz-Ver-

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lauf vom Tchebycheff-Typ gewählt, welches in dem Durchlaßband eine minimale Welligkeit ergibt. Die Resonatoren weisen primäre Kopplungen untereinander auf. Diese primären Kopplungen zwischen den nebeneinanderliegenden Resonatoren sind allgemein kapazitiv und hängen von dem Abstand ab, der die nebeneinanderliegehden Resonatoren voneinander trennt. Dieser Abstand ist so gewählt, daß die gewünschte Filterfunktion erhalten wird.

Dieses Filter umfaßt einen Deckel 5, der auf seiner Innenseite und parallel zu dieser mit einer leitfähigen Platte 6 gestreckter Form versehen ist, die mit diesem Deckel 5 fest verbunden ist, von dem sie jedoch elektrisch isoliert ist. Die Platte 6 ist rechtwinklig zu den Resonatoren angeordnet. Die Enden 7 und 8 der Platte 6 sind so angeordnet, daß eine maximale Energie von dem Resonator R2 abgenommen und an den Resonator R5 übergeben wird, um auf diese Weise eine sekundäre Kopplung hervorzurufen und bei einer gegebenen Frequenz eine praktisch unendlieh große Dämpfung zu erhalten. Die Enden 7 und 8 der Platte 6 sind zum Boden 2 des Gehäuses 1 hin gekrümmt und weisen flach abgebogene Bereiche auf, die den miteinander zu koppelnden Resonatoren R2, R5 gegenüberliegen. Der Abstand zwischen den beiden flach abgebogenen Bereichen und den entsprechenden Resonatoren R2 und R5 bestimmt bei geschlossenem Gehäuse den Wert der sekundären Kopplung und folglich die Frequenzlage der "unendlich" großen Dämpfungsspitze.

Ausgehend von den isolierten Enden jedes Resonators R1 und R6 ist ein Längsschlitz ausgeschnitten, und zwischen die einander gegenüberliegenden Ränder dieses Schlitzes ist jeweils ein variabler Kondensator CO, CO¹ geschaltet, der es ermöglicht, die Hilfsresonatoren vom Halbwellentyp abzustimmen, welche durch die Schlitze gebildet sind. Die Resonatoren R1 und R6 der Ausführungsform nach Figur 5 mit ihren Abgleichkondensatoren C1 und C6 und ihren Schlitzen, die Hilfsresonatoren bilden, sowie mit den

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Kondensatoren CO, CO¹, die dazu dienen, die Hilsresonatoren abzustimmen, entsprechen also dem Resonator R in Figur 4. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen besteht darin, daß die nach Figur 4 einem

§ Resonator vom Streifentyp entspricht, während die nach Figur 5 Resonatoren vom Rohrtyp enthält.

Bei einem Ausführungsbeispiel hat der Hohlraum des in Figur 5 gezeigten Filterseine Breite von 10 cm bei 7 cm jQ Tiefe und 1,5 cm Höhe.

Figur 6 ist eine Detailansicht der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform; sie zeigt in vergrößertem Maßstab den Resonator R1 des Filters 1 mit seinem Abgleichkondensa- !5 tor C1, seinem Schlitz F und dem Abgleichkondensator CO des Hilfsresonators, der durch den Schlitz F gebildet ist.

Figur 7 zeigt in einer Grafik den Wert der in Dezibel on ausgedrückten Dämpfung G in Abhängigkeit von der in MHz angegebenen Frequenz Fr bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform des Filters. Sie ist als Kurve M2 gezeichnet. In der Grafik sind ferner die entsprechenden Kurven M1 und MO eingezeichnet, die zu demselben Filter gehören; die Kurve M1 entspricht jedoch einem Filter, bei dem nur der Resonator R1 an seinem isolierten Ende geschlitzt ist und einen Kondensator CO aufweist, während die Kurve MO einem Filter entspricht, bei dem keiner der Resonatoren geschlitzt ist und folglich auch kein Abgleichkondensator CO vorhanden ist.

Die in Figur 7 gezeigten Kurven zeigen, daß der dem Resonaotr R1 zugeordnete Schlitz-Hilfsresonator (Kurve M1) oder der den Resonatoren R1 und R6 zugeordnete Hilfsresonator (Kurve M2) es ermöglicht, die eine der Flanken der Dämpfungskurve steiler zu machen. Wie sich deutlich aus der Kurve Ml ergibt, beruht diese vergrößerte Steilheit der Flanke der Dämpfungskurve auf der Bandsperr-

funktion, die durch den Hilfsresonator verursacht wird, welcher dem Resonator R1 zugeordnet ist. Diese Bandsperrfunktion läßt nämlich eine Senke K in Erscheinung treten, die auf der Kurve M1 in der Nähe von 750 MHz gut erkennbar ist. Die Bandsperrfunktion des Schlitzes des Resonators R6, die zu derjenigen des Schlitzes im Resonator R1 hinzukommt, ermöglicht es, diese Senke praktisch vollständig zu beseitigen, wie .aus der Kurve M2 ersichtlich ist.

Zu beachten ist ferner, daß durch Verändern der Einstellung der Abgleichkondensatoren CO und CO¹ (Figur 5) derart, daß ihr Wert vergrößert wird, der Bandsperreffekt aus dem Bereich um 750 MHz in den Bereich von z.B. 650 MHz verlagert werden kann. Durch Verändern der elektrischen Länge der Hilfsresonatoren vom Halbwellentyp ist es also möglich, ihren Bandsperreffekt auf eine beliebige Frequenz zu legen. Dies gilt auch für Ausfuhrungsformen mit Filtern vom Streifentyp, die Hilfsresonatoren der in den

2Q Figuren 1 bis 4 gezeigten Art aufweisen, wenn der Hilfsresonator einen Abgleichkondensator wie den Kondensator CO in Figur 4 aufweist.

Wenn ein Bandpaß-Filter mehrere lineare Resonatoren aufweist, so können die durch die geschlitzten Hilfsresonatoren verursachten Bandsperreffekte auf voneinander deutlich verschiedene Frequenzbänder gelegt werden. Bei der Ausführungsform nach Figur 5 ist es z.B. möglich, die Resonatoren R2 und R5 oder einen Teil von diesen mit Schlitzen und Abgleichkondensatoren zu versehen, um auch die andere Flanke der Dämpfungskurve des Filters, also die im Bereich von 650 MHz, steiler zu machen. Bei Resonatoren vom Streifentyp ist es ferner möglich, Schlitze anzubringen, deren Länge größer als die des Hauptresonators ist; bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist es z.B. möglich, Schlitze anzubringen, die größer sind als >.0/4; zu diesem Zweck wird der Schlitz zickzackförmig ausgebildet.

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Mit besonderem Vorteil ist die Erfindung anwendbar auf Filter mit rohrförmigen Resonatoren vom Halbwellentyp sowie auf Filter, die sowohl Halbwellenresonatoren als auch Viertelwellenresonatoren enthalten.

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Claims (3)

1. PRIN2,>ÖÜIN£k£.:&. GÄRTNER

   Patentanw¥lte *"** European Patent* Attorneys 3314704

   München Stuttgart

   THOMSON - CSF 20. April 1983

   173/ Boulevard Haussmann

   75008 Paris /Frankreich

   Unser Zeichen: T 3599

   Patentansprüche

   Bandpaß-Filter mit wenigstens einer Masseebene (2) und η (η ganzzahlig positiv) linearen bzw, linsenförmigen Resonatoren (R, R1-R6), die in der Nähe der Masseebene angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Hinzufügen einer Bandsperrfunktion eine Anzahl k (k ganz^ahlig und höchstnes gleich n) der η Resonatoren (R, R1, R6) aus-? gehend von einem isolierten Ende einen Längsschlitz (F) aufweist, der in dem betreffenden Resonator offen ist und auf diese Weise einen Hilfsresonator vom Halbwellentyp bildet.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der k Resonatoren ein solcher vom Halbwellentyp ist, der zwei isolierte Enden aufweist, und daß dieser Resonator vom Halbwellentyp von jedem seiner Enden ausgehend einen Längsschlitz aufweist (Figur 2).
3. 3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (C1, CO, CO') zwischen die einander gegenüberliegenden Ränder wenigstens eines Längsschlitzes geschaltet ist.