DE3541585A1

DE3541585A1 - Filter for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE3541585A1
Application number: DE19853541585
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Pfitzenmaier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-11-25
Filing date: 1985-11-25
Publication date: 1987-05-27

Abstract

Communication routes, especially traffic radio communications, require microwave filters which combine as small a volume as possible with electric characteristics which are as good as possible. To this end, coaxial-line filters are described, especially comb-line filters or interdigital filters, in which the space between the internal conductors and the external conductor is filled with a powder having a defined particle size, consisting of, e.g., a ceramic composition (e.g. aluminium oxide). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektro magnetische Wellen gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruches 1.The invention relates to a filter for very short electro magnetic waves according to the preamble of the patent saying 1.

Filter der vorgenannten Art sind zum Beispiel aus der Li teraturstelle "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" von Meinke/Grundlach (3. Auflage, 1968, Springer-Verlag, Ber lin/Heidelberg/New York), insbesondere Seiten 457 bis 465 bekannt. Auf den Seiten 864 und 866 wird über die soge nannte Kammleitung bzw. die sogenannte Interdigitalleitung berichtet, Leitungsstrukturen, die z.B. gemäß der DE-OS 27 14 181 als Kammleitungs- oder Interdigitalleitungsfil ter ausgebildet sind. Wie auch dieser Literaturstelle entnehmbar ist, hängt die Baugröße von Mikrowellenfiltern von der Frequenzlage ab. Es müssen besonders im unteren Mikrowellenbereich - bei einigen Hundert MHz - besondere Maßnahmen zur Reduzierung der Abmessungen ergriffen wer den. Um hohe Güten zu erzielen, bestehen diese Filter in der üblichen Realisierungsform im wesentlichen aus einem System gekoppelter Leitungsabschnitte in Koaxialtechnik mit Luft als Dielektrikum (z.B. Kamm- und Interdigital filter). Bei Bandpässen ist die Länge dieser Leitungsab schnitte kleiner oder gleich einem Viertel der Wellenlänge bei der Mittenfrequenz. Wird zwischen dem Innenleiter system und dem Außenleiter (Gehäuse) anstelle von Luft ein verlustarmes Dielektrikum mit der relativen Dielek trizitätskonstanten ε _r vorgesehen, so reduzieren sich in bekannter Weise (vorgenanntes Buch Seiten 249, 250, 251) die Leitungslängen um den Faktor , wodurch die ge wünschte Baugrößenreduzierung des Filters erreicht wird. Die technische Realisierung eines in diesem Sinne geform ten Dielektrikums führt jedoch zu Schwierigkeiten, weil der gesamte Filterinnenraum gleichmäßig homogen ausgefüllt sein muß: etwa an den Innenleitern oder am Außenleiter verbleibende Luftspalte stören das Filterverhalten erheb lich und sind nicht tragbar. Eine elektrisch vorteilhafte Lösung dieses Problems ist in der US-PS 44 31 977 be schrieben. Dort wird ein dielektrischer Block, z.B. aus Keramik mit ε _r = 38 verwendet. Dieser Block hat die Ab messungen des Filterinneren und weist an den Stellen der Innenleiter entsprechende Bohrungen auf; durch eine an schließende Metallisierung entsteht aus dem Keramikblock das gewünschte Mikrowellenfilter. Nachteilig an diesem Verfahren sind die hohen Herstellungskosten des eng tole rierten dielektrischen Körpers.Filters of the aforementioned type are known, for example, from the Li teraturstelle "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik" by Meinke / Grundlach (3rd edition, 1968, Springer-Verlag, Berlin / Heidelberg / New York), in particular pages 457 to 465. Pages 864 and 866 report on the so-called comb line or the so-called interdigital line, line structures which are designed, for example, according to DE-OS 27 14 181 as a comb line or interdigital line filter. As can also be seen from this reference, the size of microwave filters depends on the frequency position. It is particularly in the lower microwave range - at a few hundred MHz - that special measures must be taken to reduce the dimensions. In order to achieve high quality, these filters essentially consist of a system of coupled line sections in coaxial technology with air as a dielectric (for example comb and interdigital filters). In the case of bandpasses, the length of these line sections is less than or equal to a quarter of the wavelength at the center frequency. If, instead of air, a low-loss dielectric with the relative dielectric constant ε _{r is} provided between the inner conductor system and the outer conductor (housing), then the cable lengths are reduced in a known manner (aforementioned book pages 249, 250, 251) by the factor, whereby the desired size reduction of the filter is achieved. However, the technical implementation of a dielectric shaped in this sense leads to difficulties because the entire filter interior must be filled uniformly homogeneously: air gaps remaining on the inner conductors or on the outer conductor disturb the filter behavior considerably and are not portable. An electrically advantageous solution to this problem is described in US Pat. No. 4,431,977. A dielectric block, for example made of ceramic with ε _r = 38, is used there. This block has the dimensions from the inside of the filter and has corresponding holes at the points of the inner conductor; The desired microwave filter is created from the ceramic block by a subsequent metallization. The disadvantage of this method is the high production costs of the tightly tolerated dielectric body.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Realisierungs möglichkeiten von Mikrowellenfiltern anzugeben, die hoch wertige elektrische Eigenschaften aufweisen und die bei kleiner Baugröße möglichst kostengünstig herstellbar sind.The invention has for its object implementation ways of specifying microwave filters that are high have valuable electrical properties and the small size are inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird für Filter für sehr kurze elektromag netische Wellen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1 erfindungsgemäß hach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This task is used for filters for very short electromag netic waves according to the preamble of claim ches 1 according to the invention the characteristic features of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous configurations are in the subclaims specified.

Es entstehen also elektrisch hochwertige, technisch preis günstig herstellbare Mikrowellenfilter mit kleiner Bau größe aus einem vorzugsweise aus koaxialen Leitungselemen ten aufgebauten Filter (z.B. Kamm- und Interdigitalfil ter). Dabei besteht die zur Verkürzung der Baulänge füh rende Füllung des Filterinneren zwischen den Innenleitern und dem Filtergehäuse (Außenleiter) aus einem verlustarmen und weitgehend temperatur- und feuchtigkeitsunempfindli chen Dielektrikum von der Form eines Pulvers mit definier ter Korngröße.This results in high-quality, technical prices low-cost microwave filter with small construction size from a preferably from coaxial line elements filter (e.g. comb and interdigital fil ter). There is a lead to shortening the overall length filling of the filter interior between the inner conductors and the filter housing (outer conductor) from a low-loss and largely insensitive to temperature and humidity Chen dielectric in the form of a powder with defin grain size.

Die Erfindung wird im folgenden näher ausgeführt und an einem Realisierungsbeispiel erläutert.The invention is explained in more detail below and on an implementation example explained.

In der beigefügten Zeichnung zeigen die Figuren la und lb gemessene Dämpfungskurven a _B in Abhängigkeit von der Fre quenz f eines zweikreisigen Interdigitalfilters mit Luft als Dielektrikum (Fig. la), bzw. in Fig. lb eine Füllung des Filterinneren mit Pulver aus Aluminiumoxid als Bei spiel für ein Pulver aus einem keramischen Material.In the accompanying drawing, the figures la and lb show measured damping curves a _B as a function of the frequency f of a two-circuit interdigital filter with air as a dielectric (FIG. 1 a), or in FIG game for a powder made of a ceramic material.

Die Realisierung solcher Filter kann z.B. nach den "Ta bellenbuch Mikrowellenbandpässe" erfolgen (Verfasser: G. Pfitzenmaier, Herausgeber und Verlag: Siemens Aktien gesellschaft, Berlin und München, 1972). Die dort für Interdigitalfilter angebenen Realisierungsmöglichkeiten gelten in ähnlicher Weise für Kammfilter.Such filters can be implemented, for example, in accordance with the "Ta bellenbuch microwave bandpasses" (author: G. Pfitzenmaier, publisher and publisher: Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 1972 ). The implementation options given there for interdigital filters apply in a similar way to comb filters.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die kostenintensive Herstellung des eng tolerierten Keramik blockes entfallen kann, da sich die gemäß der Erfindung pulverisierte Keramikmasse von selbst den Gegebenheiten im Filterinneren anpaßt. Zur Gewährleistung einer homo genen dielektrischen Füllung des Filterinneren kann die Einfüllung des Pulvers z.B. unter Druck erfolgen. Ande rerseits kann die Bildung von Hohlräumen durch die An wendung von Ultraschall oder ähnlichen Verfahren ver hindert werden.The advantage of the invention is that the costly manufacture of tightly tolerated ceramics Blockes can be omitted, since the according to the invention pulverized ceramic mass by itself adapts inside the filter. To ensure a homo The dielectric filling of the filter interior can Powder filling e.g. done under pressure. Ande on the other hand, the formation of voids by the An use of ultrasound or similar processes be prevented.

Je nach Korngröße und Packungsdichte ergibt sich ein Mischdielektrikum aus Keramik und Luft mit einer den An teilen entsprechenden effektiven Dielektrizitätskonstan ten ε _r, _eff, die zur Verkürzung der Innenleiter um den Faktor , führt.Depending on the grain size and packing density, a mixed dielectric of ceramic and air results with an effective dielectric constant ε _r , _eff corresponding to the parts, which leads to a shortening of the inner conductor by a factor.

Als Realisierungsbeispiel wird ein zweikreisiges Inter digitalfilter in der Frequenzlage f = 2215 MHz angezogen, dessen beide runde Innenleiter achsenparallel in einem rechteckigen Filtergehäuse angeordnet sind. Die am Filter (Luft als Dielektrikum) gemessene Dämpfungskurve geht aus Fig. 1a hervor. Durch das lose Einfüllen von pulverisier tem, verlustarmen Aluminiumoxid (Korngröße 27 µ) wurde, wie Fig. 1b zeigt, das Dämpfungsverhalten des Filters bei gleichbleibender relativer Bandbreite ohne weitere Ab stimmaßnahmen nach tiefen Frequenzen verschoben; die neue Bandmittenfrequenz liegt bei f = 1175 MHz. Hieraus er rechnet sich eine effektive relative Dielektrizitätskon stante von ε _r, _eff ≈ 3.55 für das Pulver-/Luft-Gemisch, welches im Beispiel zu einer Reduzierung der Innenleiter längen um 47% führt. Bei größerer Packungsdichte des Ke ramikpulvers und bei Verwendung von Keramikmassen mit größerem ε _r können entsprechend starke Verkürzungen der Innenleiter und damit Reduzierungen der Filter-Außenab messungen erreicht werden.As a realization example, a two-circuit inter digital filter in the frequency position f = 2215 MHz is tightened, the two round inner conductors of which are arranged parallel to the axis in a rectangular filter housing. The attenuation curve measured on the filter (air as dielectric) is shown in FIG. 1a. By loosely filling in pulverized, low-loss aluminum oxide (grain size 27 µ), as shown in FIG. 1b, the filter's damping behavior was shifted to low frequencies without further tuning measures while maintaining the relative bandwidth; the new band center frequency is f = 1175 MHz. From this he calculates an effective relative dielectric constant of ε _r , _eff ≈ 3.55 for the powder / air mixture, which in the example leads to a reduction of the inner conductor lengths by 47%. With a greater packing density of the ceramic powder and when using ceramic masses with a larger ε _r , correspondingly large reductions in the inner conductors and thus reductions in the filter outer dimensions can be achieved.

Claims

1. Filter for very short electromagnetic waves, the resonators are designed as line elements, in particular as coaxial line elements and in which Innenlei ter or inner conductor systems are introduced into an outer conductor act of the housing, characterized in that the tern between the Innenlei and the outer conductor remaining space is filled with a low-loss dielectric whose dielectric constant is greater than that of air and which consists of a powder with a defined particle size.

2. Fiter according to claim 1, characterized records that the dielectric is a damp insensitive material with low temperature elongation coefficient.

3. Filter according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that the powder is so in the Housing is inserted that it is under pressure.

4. Filter according to one of the preceding claims, there characterized in that the powder Defined grain size from ceramic mass with low temp rature coefficient consists in particular of aluminum oxide.

5. Filter according to one of the preceding claims, there characterized by that the inside conductors are formed as comb lines.

6. Filter according to one of claims 1 to 4, there characterized by that the inside conductors are designed as interdigital lines.