DE3780736T2

DE3780736T2 - Aus verschiedenen elementen bestehendes filter der e-flaechenart.

Info

Publication number: DE3780736T2
Application number: DE8787113391T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Cruchon; Mustafa Gurcan
Original assignee: Alcatel Telspace SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1987-09-14
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2007-09-15
Also published as: FR2604305A1; DE3780736D1; JPS63100801A; FR2604305B1; EP0260633B1; US4800349A; EP0260633A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zusammengesetztes Breitbandfi1ter vom E-Ebenen-Typ.
Es gibt viele verschiedene Filtertechniken. Wenn jedoch die Frequenz und/oder die Leistung hoch sind, dann bleibt die Filterung in einem Wellenleiter mit Rechteck- oder Kreisquerschnitt allein übrig, um eine hohe Leistungsfähigkeit, was Verluste und Selektivität angeht, zu erreichen.
Wenn das relative Durchlaßband unter etwa 2% liegt, dann bieten die Filter mit kreisförmigen Hohlräumen außerordentlich gute Eigenschaften, da sie mit sehr großen Überspannungen arbeiten.
Für größere Durchlaßbandbreiten verwendet man üblicherweise drei Filtertypen:
- die Filter mit abklingenden Modi oder Kammfilter: diese Technik mit geringer Überspannung ergibt Filter mit großer Bandbreite und einem Faktor Q ≤ 1000;
- die Filter vom aufgehängten Koaxialtyp: sie besitzen die gleichen Eigenschaften wie oben und den zusätzlichen Vorteil einer hohen Genauigkeit aufgrund des Prinzips der Gravur von dünnen Schichten;
- die Wellenleiterfilter.
Die Hohlraumfilter TE101, oder "E-Ebene"-Filter genannt, werden üblicherweise bis zu 5 oder 6% relativer Bandbreite verwendet. Bei größeren Bandbreiten werden die Kopplungsblindleitwerte an den Enden sehr niedrig und machen die Herstellung sehr delikat oder gar unmöglich.
Ein in der Zeitschrift IEEE MTT-S Digest 1984, Seiten 236 bis 237 erschienener Artikel mit dem Titel "Broadband millimeter wave E-plane bandpass filter" beschreibt eine Rechenmethode für E-Ebene-Bandpaßfilter mit Durchlaßbändern von mehr als 10% und mit einer Struktur vom "Leitertyp".
Der in der Zeitschrift IEEE Transactions on MTT, Vol. MTT-33 Nº 7, Juli 1985, mit dem Titel "E-plane integrated parallel strip screen waveguide filters" von F. Arndt et al wird ein besonderer Typ von Mikrowellenfilter geringer Verluste und niedriger Herstellungskosten beschrieben, der sich ergibt, indem man Metallgitter in Reihe quer in einen Wellenleiter mit Rechteckquerschnitt einsetzt.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 045 242 beschreibt ein Mikrowellenbandpaßfilter in Form eines Wellenleiters, das in einem einzigen Querschnitt des Wellenleiters aus mindestens einem Resonanzfenster besteht, dessen Form die Durchlaßbandbreite des Filters bestimmt.
Die Erfindung schlägt ein zusammengesetztes breitbandiges Filter vom E-Ebenen-Typ vor, mit einem leitenden Abschirmkörper, der von einem länglichen Hohlraum durchdrungen wird, in welchem eine E-Ebenen-Filterstruktur in Form einer Lamelle in Längsrichtung angeordnet ist, wobei die Lamelle mehrere rechteckige Öffnungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zwei entlang einer Trennebene aneinander anliegende Teile aufweist, daß der parallelepipedische Hohlraum durch die Trennebene in zwei Räume gleicher Form aufgeteilt ist, daß die E-Ebenen-Filterstruktur in zwei Längseinschnitte eingefügt ist, die in mindestens eines der beiden Teile eingearbeitet sind, und daß zwei Irisblenden in Form von Lamellen, die von rechteckigen Öffnungen durchbrochen werden, in je einen von zwei Quereinschnitten eingefügt sind, die in die an den beiden Enden des Hohlraums liegenden beiden Teile eingearbeitet sind.
Ein solches Filter hat den Vorteil, wesentlich breitere Durchlaßbänder zu ergeben und trotzdem gute Eigenschaften zu behalten, was die Transferfunktion angeht.
Andere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen hervor.
Die Figuren 1 und 2 zeigen das erfindungsgemäße Filter im Längsschnitt entlang der Ebene I-I in Figur 2, bzw. im Querschnitt entlang der Ebene II-II in Figur 1.
Die Figuren 3 bis 7 zeigen verschiedene mögliche Ausführungsformen der Eingangs- und Ausgangsblendenöffnung.
In bekannter Weise ergeben sich Wellenleiterfilter mit induktiv gekoppelten Hohlräumen, indem man Resonanzhohlräume, die je beispielsweise mit einer Schraube abgestimmt sind, in Kaskade schaltet und untereinander über Irisblenden oder Stabvorhänge koppelt.
Das Ersatzschaltbild solcher Filter besteht in Blindleitwerten, die durch Übertragungsleitungen voneinander getrennt sind.
Ein E-Ebenen-Filter ergibt sich aus einer "Leiter", die in einen Wellenleiter entlang der Ausbreitungsachse eingefügt ist. Die Leiter, die das wesentliche Element des Filters bildet, kann ganz aus Metall sein und einseitig oder beidseitig Stege besitzen.
Das Ersatzschaltbild eines derartigen Filters kann durch eine Folge von symmetrischen T-Kreisen dargestellt werden. Jeder symmetrische T-Kreis hat einen Einfluß, der dem der Streifen oder Querstege der Leiter äquivalent ist. Die T-Glieder, die den Übertragungsleitungen zugeordnet sind, wirken als Leitwertinverter, wodurch sich die Filterwirkung ergibt.
Die Reaktanzen Xsi, Xsi und Xpi der Zweige des T können aufgrund der Arbeiten von YI-CHI SHIH berechnet werden (IEEE Vol. MTT-32 Nº 7, Juli 1984).
In den Übertragungssystemen sollen die Antennenfilter möglichst geringe Einfügungsverluste aufweisen. Mit dem Auftreten von Breitbandanwendungen ist es deshalb notwendig, Filter zu verwenden.
Die E-Ebenen-Filter können für Bandbreiten über 10% in einem Frequenzbereich vom Band x (8 bis 12 GHz) bis zum Band D (110 bis 175 GHz) mit einem Überspannungskoeffizienten Q > 1000 hergestellt werden. Die relative Bandbreite dieser Filter ist aber begrenzt:
Wenn nämlich die Bandbreite zunimmt, dann erhöhen sich auch die Abschlußreaktanzen (Xp1 bis Xpn), die realisiert werden müssen. Dies gilt auch, wenn man die Wellung der Übertragungsfunktion im Frequenzband verringern will. So kann man die Breiten W&sub1; und Wn der Streifen am Ende praktisch nicht realisieren. Selbst eine Erhöhung der Anzahl n von Polen über n = 7 hinaus führt nicht zu einer Verbesserung.
Außerdem wird aufgrund der Dicke des Leiterstegs das Durchlaßband zu höheren Frequenzen verschoben und die Bandbreite wird verringert. Die berechnete relative Bandbreite ist also größer als sie in der Praxis erreicht wird. Dies führt zu einer weiteren Verringerung von W&sub1; und Wn
Der Einfluß der Dicke kann nicht unbeschränkt verringert werden, da die Struktur dann mechanisch instabil wird.
Um diese Nachteile zu vermeiden, besitzt das erfindungsgemäße Filter 10 einen aus zwei Teilen bestehenden Abschirmkörper 11, 12 aus leitendem Material, wobei die Teile entlang einer Trennebene 13 aneinandergelegt sind.
Im Inneren dieses Körpers 11, 12 befindet sich ein parallelepipedischer Hohlraum 14, der durch die Ebene 13 in zwei Volumen gleicher Form aufgeteilt ist. Dieser Hohlraum enthält eine E-Ebenen-Filterstruktur 15, die die Form einer mehrere rechteckige Öffnungen aufweisenden Lamelle besitzt. Eine Seite dieser Lamelle kann sich beispielsweise in der Trennebene 13 befinden. Diese Lamelle 15 hat beispielsweise Leiterform.
Zwei Irisblenden 16 und 17 befinden sich am Eingang und am Ausgang des Hohlraums 14 und verschließen jeweils einen Teil davon.
Die Struktur 15 ist ein eigenes Bauteil, das in zwei Längseinschnitte 18 und 19 eingesetzt ist, die beispielsweise in den beiden Teilen 11 und 12 zu beiden Seiten des Hohlraums 14 vorgesehen sind.
Die Irisblenden 16 und 17 haben die Form von Lamellen, die von senkrechten rechtwinkligen Öffnungen 24 durchbrochen sind, wie sie z.B. in Figur 3 gezeigt sind. Diese Lamellen sind in zwei Quereinschnitte 20 und 21 eingesetzt, die in den beiden Teilen 11 und 12 ausgeschnitten sind und an den beiden Enden des Hohlraums 14 liegen.
Durch Integration der Eingangsblenden mit den beiden Enden des Hohlraums 14 überwindet man die Schwierigkeit in der Herstellung der Eingangsleitwerte durch Bildung eines zusammengesetzten Filters.
Diese Irisblenden können, wie in den Figuren 3 bis 7 gezeigt, beispielsweise einen, zwei oder drei Stäbe 22 oder eine oder zwei induktive Klappen 23 besitzen. Diese Elemente können symmetrisch oder unsymmetrisch bezüglich der Ausbreitungsachse angeordnet sein.
Ein Ausführungsbeispiel besitzt die folgenden Werte:
- Tschebyscheff-Filter mit 7 Polen
- Mindestfrequenz: 27,5 GHz
- Höchstfrequenz: 30 GHz
- Höhe des Hohlraums: 3,56 mm
- Breite des Hohlraums: 7,12 mm
- Länge der Leiter mit 6 Stegen: 46,54 mm
- Dicke des Metalls, in das die Leiter graviert ist: 0,1 mm
- Breite der Irisöffnung gemäß Figur 7: ungefähr 3,56 mm
Natürlich wurde die Erfindung nur an einem bevorzugten Beispiel erläutert, und dessen Elemente können durch äquivalente Mittel ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu sprengen.
So können die E-Ebenen-Filterstruktur sowie die beiden Irisblenden Bestandteil eines der beiden Teile des Abschirmkörpers sein und damit keine getrennten Bauteile.
Diese Irisblenden können durch einen einfachen Bruch der Abmessungen des Wellenleiters realisiert sein.

Claims

1. E-Ebenen-Breitbandfilter mit einem leitenden Abschirmkörper (11, 12), der von einem länglichen Hohlraum (14) durchdrungen wird, in welchem eine E-Ebenen-Filterstruktur in Form einer Lamelle (15) in Längsrichtung angeordnet ist, wobei die Lamelle mehrere rechteckige Öffnungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zwei in einer Trennebene (13) aneinander anliegende Teile (11, 12) aufweist, daß der parallelepipedische Hohlraum (14) durch die Trennebene (13) in zwei Räume gleicher Form aufgeteilt ist, daß die E-Ebenen-Filterstruktur in zwei Längseinschnitte (18, 19) eingefügt ist, die in mindestens eines der beiden Teile (11, 12) eingearbeitet sind, und daß zwei Irisblenden (16, 17) in Form von Lamellen, die von rechteckigen Öffnungen (24) durchbrochen werden, in je einen von zwei Quereinschnitten (20, 21) eingefügt sind, die in die an den beiden Enden des Hohlraums (14) liegenden beiden Teile (11, 12) eingearbeitet sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die E- Ebenen-Filterstruktur eine leiterförmige Lamelle (15) ist.

3. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die E-Ebenenstruktur (15) eine Metallstruktur ist.

4. Filter nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Irisblende (16, 17) aus einer von mindestens einer rechteckigen Öffnung (24) durchbrochenen Lamelle besteht, deren eine Richtung parallel zur Schnittlinie der Trennebene (13) und der Ebene jeder Irisblende verläuft.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Irisblende (10, 17) eine Symmetrieachse besitzt, und daß die Öffnungen (24) jeder Irisblende symmetrisch zur Trennebene (13) im Inneren des Hohlraums angeordnet sind.