DE3706965C2

DE3706965C2 -

Info

Publication number: DE3706965C2
Application number: DE3706965A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Oomiya Saitama Jp Kobayashi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1992-03-26
Also published as: DE3706965A1; GB2188788B; JPH0361361B2; JPS62204601A; GB2188788A; US4760361A; GB8704905D0

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Filter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, in welchem eine Doppelmodusresonanz erzeugt wird im Resonator, wobei ein dielektrischer Resonator in einem Abschneidewellenleiter mit vorgegebener axialer Länge untergebracht ist.

Ein Filter mit elliptischer Übertragungsfunktion, in welchem eine Vielzahl von Hohlraumresonatoren in Längssäulen vorgesehen ist, Kupplungsschlitze in den Flächen der Hohlraumresonatoren vorgesehen sind zum Kreuzen der Ausbreitungsrichtungsachse der elektromagnetischen Feldenergie, die Doppelmodusreso nanz erzeugt wird durch ein dielektrisches Resonatorele ment, welches in jedem Hohlraumresonator untergebracht ist, und jede Stufe durch den Kopplungsschlitz gekoppelt ist, ist aus der (ungeprüften) japanischen Patentanmeldungs schrift Tokkaisho No. 57-1 94 603 bekannt. Diese bekannte Konstruktion benutzt aber einen zusammengesetzten Typ von Resonator, der zusammengesetzt ist aus einem Hohlraumresonator und einem dielektrischen Resonatorelement, welches innerhalb des Hohlraumresonators untergebracht ist, mit Schwierigkeiten bei der Herstellung, da eine Querwand mit dem Kopplungsschlitz vorgesehen sein muß als Grenzfläche zwischen den nebeneinanderliegenden Hohlraumresonatoren für die Kopplung zwischen jedem Resonator. Auch wird ein Leitungsverlust verursacht aufgrund des Vorhandenseins der Kopplungsschlitze, was in einer größeren Einfügungsdämpfung resultiert. Des weiteren ist aus EP 00 64 799 A1 ein Doppelmodenfilter bekannt, welcher aus einem Wellenleiter besteht, der unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Innerhalb dieses Wellenleiters sind zumindest Resonatoren aus einer Achse in einem vorbestimmten Abstand voneinander und gegeneinander verdreht angeordnet. Außerdem sind Eingangskopplungsmittel vorgesehen, die eine Doppelresonanz entlang einer ersten bzw. zweiten Achse anregen. Diese erste Achse kreuzt in beiden Resonatoren eine zweite Achse. Mit Einstellschrauben kann die Resonanzfrequenz der beiden Resonanzmoden reguliert werden, und mit ersten inneren Kopplungsschrauben können die Resonanzmoden innerhalb der jeweiligen Resonatoren miteinander gekoppelt werden. Zum Koppeln der jeweiligen Resonanzmoden in den beiden Resonatoren oder auch zum Auskoppeln eines Resonanzmodus sind Stirn- bzw. Zwischenwände mit Kopplungsschlitzen vorgesehen. Diese Stirn- bzw. Zwischenwände mit den Kopplungsschlitzen müssen bei ihrem Einbau genau auf die jeweiligen Resonatoren ausgerichtet werden, was nicht immer gewährleistet werden kann.

Ferner wird in DE 26 54 283 C2 ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen offenbart, der aus mehreren miteinander gekoppelten, in Doppelmodus betriebenen Resonatoren besteht, deren in Richtung der übertragenen Energie jeweils erste und letzte Resonatoren mit Anschlußleitungen für die Zuführung und die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind und bei den zwischen wenigstens in Energieflußrichtung nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Filterkreisen eine zusätzliche Kopplung durch wenigstens einen Resonator vorgesehen ist. Die Koppelorgane zur Kopplung der in Doppelmodus betriebenen Resonatoren (Hohlraumresonatoren) sind als Schlitzkopplungen ausgeführt. Aufgrund der Kopplungsschlitze wird ein Leitungsverlust verursacht, der in einer höheren Einführungsdämpfung resultiert.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Doppelmodenfilter zu schaffen, welches frei von den Nachteilen der herkömmlichen Konstruktionen, wie oben beschrieben, ist und einfacher zu entwerfen ist, durch eine vereinfachte Konstruktion herzustellen ist und außerdem eine geringere Einfügungsdämpfung hat.

Diese Aufgabe wird bei einem Doppelmodenfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ausgangskopplungsmittel demselben Resonator zugeordnet ist wie das Eingangskopplungsmittel.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren genauer beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Zwischenresonanzabstand und dem Kopplungskoeffizienten;

Fig. 6 die Dämpfungscharakteristik der Ausführungsform;

Fig. 7 einen Längsschnitt einer modifizierten Ausführungs form;

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 7.

Erfindungsgemäß ist keine metallische Querwand mit Kopp lungsschlitzen zwischen jeder Stufe vorgesehen, so daß ein geringerer Verlust erzielt wird und der Kopplungskoeffizient analytisch berechnet werden kann (siehe MW 85-99, November 1985, z. B. Kobayashi, Nakayama: Electronic Communication Society Report), so daß ein hochpräzises Design verwirklicht wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Doppelmodusfilter gezeigt, welches einen unterhalb der Grenzfrequenz betriebenen TE₁₁-Wellenleiter 1 mit vorgegebener axialer Länge zeigt, welcher zusammenge setzt ist aus einem zylindrischen Leiter mit Deckeln 2, 3, die an beiden Enden des Wellenleiters vorgesehen sind, mit bekannten keramisch-dielektrischen Zylinderresonatoren 4, 5, die fest koaxial im Wellenleiter 1 angebracht sind, mit vorgegebenem Intervall zwischen den Resonatoren 4, 5 und den Deckeln 2, 3. Konkreter gesagt, sind diese Resonatoren 4, 5 fest innerhalb des Wellenleiters 1 angeordnet durch ringförmige Trägerabstandsstücke 6, 7, die z. B. aus Polystyren oder PTFE mit einer niedrigen dielektrischen Konstante gebildet sind. Die erste Resonanzfrequenzfeineinstellschraube 8 ist in den Wellenleiter 1 eingeschraubt, in Richtung nach oben von unten in Fig. 2 auf der Linie M1, die sich durch den Mittelpunkt des Resonators 4 erstreckt. Die Feineinstellschraube 9 für die Filterresonanzfrequenz ist von rechts in Fig. 2 in den Wellenleiter 1 auf der Linie M4 eingeschraubt, die angeordnet ist in einer Stelle, die in Umfangsrichtung des Resonators 4 um 90° bezüglich der Linie M1 gedreht ist. Die erste Schraube 10 zum Einstellen des Kopplungsgrades ist in den Wellenleiter 1 innerhalb der Ebene, die die Schrauben 8, 9 enthält und in einem Winkel von 45° zur Schraube 8 eingeschraubt. Die Ausschnittsteile 11, 12, 13, die eine Bewegung der Schrauben 8, 9, 10 zulassen, sind, wenn nötig, an den Stellen des Abstandsstücks 6 vorgesehen, in welchen diese Schrauben 8, 9, 10 eingebracht werden. In gleicher Weise ist die Feineinstellschraube 14 für die zweite Resonanzfrequenz in den Wellenleiter 1 in Richtung abwärts von oben in Fig. 3 eingeschraubt auf der Linie M2, die sich durch den Mittelpunkt des Resonators 5 erstreckt. Die Feineinstellschraube 15 für die dritte Resonanzfrequenz ist von rechts in Fig. 3 in den Wellenleiter 1 eingeschraubt auf der Linie M3, die in einer Stelle liegt, die in Umfangsrichtung des Resonators 5 um 90° bezüglich der Linie M2 gedreht ist. Die zweite Schraube 16 zum Einstellen des Kopplungsgrades ist in den Wellenleiter 1 innerhalb der Ebene, die die Schrauben 14, 15 enthält und um 45° zur Schraube 15 versetzt eingeschraubt. Die Ausschnittsteile 17, 18, 19, die eine Bewegung der Schrauben 14, 15, 16 erlauben, sind, wenn nötig, an den Stellen des Abstandsstücks 7 vorgesehen, in welchen die Schrauben 14, 15, 16 eingebracht sind. Die Schrauben 8 bis 10 und 14 bis 16 bestehen aus metallischem, dielektrischem oder magnetischem Material. Ein elektrisches Dipolelement 20 (im folgenden als Dipol bezeichnet) ist in den Wellenleiter 1 vom Deckel 2 eingeführt in Axialrichtung des Wellenleiters 1 und wird durch das Koaxkabel 50 beaufschlagt, wobei die Längsrichtung des Dipols 20 parallel zur Axiallinie durch die Schraube 8 liegt, und wobei beide Spitzenenden des Dipols in Richtung weg vom Resonator 4 umgeknickt sind. Der Umknickprozeß ist vorgesehen, um die elektrische Länge des Dipols einzustellen. Eine Sonde 21 springt in den Wellenleiter 1 vor in Zentrumsrichtung des Resonators 4 von der Umfangsrichtung des Wellenleiters 1 und ist angeordnet auf der Linie M4, die durch die Schraube 9 verläuft. Der ausgeschnittene Teil 22 wird ausgebildet, wenn nötig, im entsprechenden Teil des Abstandsstücks 6, in welchem die Sonde 21 eingebracht wird. Ein Koaxialverbinder 23 ist mit der Sonde 21 verbunden.

Es soll angenommen werden, daß die Sonde 21 als Ausgangs kopplung verwendet wird, wobei der Dipol 20 zum Eingangs koppeln verwendet wird und die Arbeitsweise soll beschrie ben werden. Der erste EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M1, welche die Richtung des elektrischen Feldes im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, wird im Resonator 4 angeregt durch das elektrische Feld, welches vom Dipol 20 erzeugt wird durch die Signale, die durch das Koaxkabel 50 übertragen werden. Der zweite EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M2, welche die elektrische Feldrichtung innerhalb des Querschnitts des Wellenleiters ist, wird angeregt im Resonator 5 durch das elektromagnetische Dämpfungsfeld, welches im Cut-Off-Bereich durch den ersten EH₁₁_δ-Modus erzeugt wird. Der dritte EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M3, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, existiert im Resonator 5 in einer Stellung, die um 90° Umfangsrichtung gedreht ist vom elektrischen Feld der zweiten EH₁₁_δ-Modus. Der Kopplungsgrad zwischen dem zweiten EH₁₁_δ-Modus und dem dritten EH₁₁_δ-Modus, d. h. zwischen den Doppelmoden wird bestimmt durch die Einführungslänge der Schraube 16. Der vierte EH₁₁_w-Modus mit der Richtung des Pfeils M4, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, wird im Resonator 4 erzeugt durch das elektromagnetische Dämpfungsfeld, welches im Cut-Off-Bereich durch den dritten EH₁₁_δ-Modus erzeugt wird. Der vierte EH₁₁_δ-Modus ist mit der Sonde 21 gekoppelt, so daß das Ausgangssignal durch den Koaxialverbinder 23 abgenommen wird. Da der Kopplungsgrad zwischen dem ersten EH₁₁_δ-Modus und dem vierten EH₁₁_δ-Modus, d. h. zwischen den Doppelmoden, bestimmt wird durch die Einführungslänge der Schraube 10, wird in der Ausführungsform die Einstellung so gehalten, daß eine korrekte Kombination zwischen den beiden Moden vorgesehen ist, um den Abschwächpol zu bilden. Im langen Ablauf (run) wird erfindungsgemäß ein vierstufenelliptischer Funktionsfilter geschaffen, wie er im Ersatzschaltbild von Fig. 4 gezeigt ist. Kÿ in der Figur zeigt den Kopplungskoeffizienten zwischen der i-ten Resonanz und der j-ten Resonanz. Um den Kopplungskoeffizienten K₁₄ negativ zu machen, ist es wünschenswert, die Schrauben 10, 16 um 90° entfernt in der Umfangsrichtung anzuordnen, wenn in Axialrichtung des Wellenleiters 1 betrachtet.

Wie oben beschrieben, wird eine der Moden des Doppelmodus eines dielektrischen Resonators in der Ausführungsform durch die Eingangskopplungsvorrichtung angeregt. Die Kopplung zwischen den dielektrischen Resonatoren wird durch das gedämpfte elektromagnetische Feld geschaffen. Der andere Modus des einen dielektrischen Resonators ist mit der Ausgangskopplungsvorrichtung gekoppelt. Die beiden Moden, die normal sind und theoretisch nicht gekoppelt sind, werden gekoppelt durch die Kopplungssteuervorrichtung, um ein elliptisches Funktionsfilter zu schaffen, d. h. ein Filter mit einem Dämpfungspol.

Ein Herstellungsbeispiel wird im folgenden beschrieben. Im Herstellungsbeispiel wurden als Entwurfswerte benutzt K₁₂=K₃₄=1,91×10^-3, K₂₃=1,48×10^-3, K₁₄=-0,20×10^-3, Qe=375, um eine Zentralfrequenz fo=6,895 GHz zu erzielen, 3 dB Verhältnisbandbreite Δf/fo=0,25%, eine Sperrdämpfung=40 dB und eine Welligkeit im Band=0,01 dB. Die Resonanzfrequenz des Resonators und K₁₂=K₃₄ wurden mit hoher Präzision berechnet mit Hilfe des Modusexpansions-Verfahrens. Der Berechnungswert von K₁₂=K₃₄ und der gemessene Wert sind in Fig. 5 gezeigt. In der Figur ist die durchgezogene Linie der berechnete Wert, die schwarzen Punkte sind die Meßwerte. Der Koppelkoeffizient K₁₂=K₃₄ zwischen den Resonatoren 4, 5 wird bestimmt durch den Abstand M2 zwischen den Resonatoren 4, 5 wie folgt. Die Keramik mit der relativen Dielektrizitätskonstante ε_r=30, der Durchmesser D=11 mm, Achslänge L=3 mm wie die Resonatoren 4, 5. Der Innendurchmesser des Wellenleiters 1 ist 16 mm, die relative Dielektrizitätskonstante 6, 7 ist 1,037, die relative Dielektrizitätskonstante außerhalb des Teils der Resonatoren 4, 5 und der Abstandsstücke 6, 7 ist 1,0, d. h. Luftwert. Auch die notwendigen Werte von K₂₃, K₁₄ und Qe werden durch Experimente bestimmt. Die Dämpfungscharakteristik des auf diese Weise hergestellten Beispiels ist wie in Fig. 6 gezeigt.

Im folgenden wird ein modifiziertes Beispiel beschrieben. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, kann eine Sonde 61, die ähnlich der Sonde 21 ist, anstelle des Dipols 20 benutzt werden. Die Sonde 61 ragt in den Wellenleiter 1 radial von einer Stellung, die senkrecht in Umfangsrichtung zur Sonde 21 ist. Die Eingangskopplungsvorrichtung und die Ausgangskopplungsvorrichtung kann in verschiedenen Konstruktionen wie dieser vorgesehen sein, es muß nämlich der notwendige Modus mit der gewünschten oder zu erregenden Modus gekoppelt werden. Das Filter wird ein elliptisches Filter, wenn die Doppelmoden des Resonators 4 über die Einstellung der Schraube 10 gekoppelt werden. Wenn die Doppelmoden nicht gekoppelt werden, wird ein Filter geschaffen, welches keinen Dämpfungspol hat. Die Steuerung der Kopplung zwischen den Doppelmoden kann durchgeführt werden durch Ausschnitte in einem Teil der Umfangsfläche des Resonators anstelle der Schraube wie offenbart in Fig. 14 von z. B. Kobayashi, Kubo: Electronic Communication Society Report MW 85-86 (Okt. 1985). Auch kann die Vorrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz jeder Resonanzmode nicht nur Schrauben wie gezeigt beinhalten, sondern auch jedes bekannte Mittel zum Ändern der Elemente, die eine Rolle spielen in der Bestimmung der Resonanzfrequenz. Die Resonatoren 4, 5 oder der Wellenleiter 1 brauchen nicht kreisförmigen Quer schnitt bezüglich ihrer Achsenrichtung haben, sondern können auch quadratisch oder rechtwinklig sein, unabhängig ob der Wellenleiter quadratisch, rechtwinklig oder kreisförmig od. dgl. ist. Ferner, wenn eine elliptische Filtercharakteristik vorgesehen sein soll durch die Kopplung von z. B. der Eingangskopplungsvorrichtung mit einem Modus des Resonators oder die Kopplung der Ausgangskopplungsvorrichtung mit einem Modus des Resonators 5, ist der erste EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M1, welche die elektrische Feldrichtung innerhalb des Querschnitts des Wellenleiters 1 ist, gekoppelt mit dem vierten EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M4, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, der vierte EH₁₁_δ-Modus ist gekoppelt mit dem dritten EH₁₁_δ-Modus in der Richtung des Pfeils M3, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, der dritte EH₁₁_δ-Modus ist gekoppelt mit dem zweiten EH₁₁_δ-Modus mit der Richtung des Pfeils M2, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist; ferner muß der erste EH₁₁_δ-Modus mit dem zweiten EH₁₁_δ-Modus gekoppelt werden, um eine elliptische Funktionscharakteristik zu schaffen. Als eine Ausführungsform wird in Erwägung gezogen, daß die Kopplung zwischen dem ersten EH₁₁_δ-Modus und dem zweiten EH₁₁_δ-Modus schwächer werden kann als die Kopplung zwischen dem vierten EH₁₁_δ-Modus und dem dritten EH₁₁_δ-Modus. Es soll festgestellt werden, daß die Anzahl der Resonatoren durch die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf zwei beschränkt ist. Nicht nur der EH₁₁_δ-Modus, sondern z. B. der HE₁₁_δ-Modus kann verwendet werden.

Claims

1. Doppelmodenfilter, das einen unterhalb der Grenzfrequenz arbeitenden Wellenleiter (1) aufweist,
mit zumindest zwei dielektrischen Resonatoren (4, 5), die in einem vorbestimmten Abstand voneinander auf einer Achse des Wellenleiters (1) angeordnet sind und in denen sich die Achsen jeweils zweier Resonanzmoden (M1, M4; M2, M3) kreuzen,
mit einem Eingangskopplungsmittel (20, 61) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes in Richtung einer ersten Resonanzmodenachse (M1) eines Resonators (4),
mit Feineinstellmitteln (8, 9, 14, 15) zum Einstellen der Frequenzen der Resonanzmoden (M1, M2, M3, M4) in den Resonatoren (4, 5),
mit wenigstens einem Ausgangskopplungsmittel (21) zum Auskoppeln eines Resonanzmodus,
und mit inneren Kopplungsmitteln (10, 13, 16, 19) zum Koppeln der Resonanzmoden (M1/M4 und M2/M3) innerhalb der jeweiligen Resonatoren (4, 5) mittels eines elektromagnetischen Dämpfungsfeldes in dem Bereich der Feineinstellmittel (8, 9, 14, 15), dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangskopplungsmittel (21, 23) demselben Resonator zugeordnet ist wie das Eingangskopplungsmittel (20, 61).

2. Doppelmodenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangskopplungsmittel einen Dipol (20) aufweist, welcher mit einem der Resonanzmoden (M1) des einen Resonators (4) gekoppelt ist.

3. Doppelmodenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangskopplungsmittel eine Sonde (61) aufweist, die mit einem der Resonanzmoden (M1) des einen Resonators (4) gekoppelt ist.

4. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangskopplungsmittel eine Sonde (21) aufweist, die mit dem vierten Resonanzmodus (M4) gekoppelt ist.

5. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangskopplungsmittel einen Dipol aufweist.

6. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzmoden EH₁₁_δ-Moden sind.

7. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzmoden EH₁₁_δ-Moden sind.

8. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (1) ein unterhalb der Grenzfrequenz arbeitender TE₁₁-Wellenleiter ist.

9. Doppelmodenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste EH₁₁_δ-Modus (M1) mit dem vierten EH₁₁_δ-Modus (M4) gekoppelt ist, daß der vierte EH₁₁_δ-Modus mit dem dritten EH₁₁_δ-Modus (M3) gekoppelt ist, daß der dritte EH₁₁_δ-Modus mit dem zweiten EH₁₁_δ-Modus (M2) gekoppelt ist und daß außerdem der erste EH₁₁_δ-Modus gekoppelt ist mit dem zweiten EH₁₁_δ-Modus zum Erzeugen einer elliptischen Funktionscharakteristik.

10. Doppelmodenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem ersten EH₁₁_δ-Modus und dem zweiten EH₁₁_δ-Modus schwächer gemacht wird als die zwischen dem vierten EH₁₁_δ-Modus und dem EH₁₁_δ-Modus.