DE4131319C2

DE4131319C2 - Filteranordnung mit mindestens einer Polstelle im Dämpfungsbereich der Filteranordnung

Info

Publication number: DE4131319C2
Application number: DE19914131319
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof Dr Ing Menzel; Wolfgang Dipl Ing Schwab
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1991-09-20
Publication date: 1995-06-22
Anticipated expiration: 2011-09-21
Also published as: DE4131319A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung mit mindestens einer Polstelle im Dämpfungsbereich der Fil teranordnung und mit mehreren, durch Koppelelemente getrennten Leitungsresonatoren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Filteranordnung ist z. B. aus dem Buch von G. L. Matthaei, L. Young und E. M. T. Jones: "Microwave Fil ters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structu res" (Mc Graw-Hill, New York, 1964) Seiten 144-147, 374-375, 438-440, 608-614 bereits bekannt.

Es ist bekannt, daß Filteranordnungen in der Form von Cauer-Filtern, oder durch zusätzlich Beschaltungen Polstellen im Dämpfungsbereich aufweisen können (vgl. z. B. Matthaei, Young, Jones: "Microwave filters, impedance-mat ching networks, and coupling structures.", in: Artech House Books, S. 486 und S. 609). Liegen diese Polstellen dicht am Durchlaßbereich der Filteranordnung, ist z. B. in einem Empfangssystem eine besonders gute Selektivität ge genüber dem Träger oder einem unerwünschten Seitenband er reichbar.

In dem eingangs genannten Buch von G. L. Matthaei et al wird ein Tiefpaßfilter beschrieben, bei dem die Koppelele mente durch Kapazitäten und die Leitungsresonatoren durch Verbindungsleitungen gebildet werden, die bei der Tief paßfrequenz eine elektrische Länge von λ/4 aufweisen (λ = Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz). Um ein solches Filter mit erhöhter Dämpfung in der Grenzfrequenz benach barten Bereich ausstatten zu können, wird in dem Buch außerdem vorgeschlagen, einen Teil der Koppelelemente durch Resonanzkreise zu ersetzen, deren Resonanzfrequenzen im Dämpfungsbereich des Filters liegen. Ferner wird in dem Buch angegeben, wie die Kenndaten eines Tiefpaßfilters auf einen Bandpaßfilter übertragen werden können. Schließlich wird in dem Buch ein Bandpaßfilter vorgestellt, das ober halb und unterhalb der Bandmittenfrequenz Dämpfungspole aufweist.

In dem Artikel von J. S. Hong und S. M. Shi: "CAD of Ka- Band Fin-Line Filters"; in: Electronics Letters, 17. 07. 1986, Vol. 22, No. 15, Seiten 808-809 ist ein Band paßfilter beschrieben, der in Einleitungs-Technik reali siert ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Filteranord nung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders einfach und in möglichst kompakter Form realisiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.

Eine Filteranordnung mit mindestens einer Polstelle im Dämpfungsbereich der Filteranordnung und mit mehreren, durch Koppelelemente getrennten Leitungsresonatoren läßt sich erfindungsgemäß dadurch erreichen,

- daß mindestens eines der Koppelelemente durch einen Resonanzkreis ersetzt wird,
- daß die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises im Dämpfungsbereich der Filteranordnung liegt,
- daß der Impedanzbetrag |X| des Resonanzkreises bei einer vorgegebenen Frequenz im Durchlaßbereich der Filteranordnung mit einem vorgegebenen Impedanzbe trags-Sollwert |X_Soll| übereinstimmt oder zumin dest annähernd übereinstimmt.

Der Impedanz-Sollwert kann beispielsweise mittels eines Standard-Filterentwurfs gemäß den Anforderungen an das zu entwerfende Filter bestimmt werden.

Mit dieser Lösung ist ein besonders einfacher und kompak ter Aufbau der Filteranordnung möglich. Filteranordnungen dieser Art eignen sich besonders für den Mikrowellen-, insbesondere Millimeterwellenbereich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Grundstruktur einer Filteranordnung mit mehre ren, durch Koppelelemente getrennten Leitungsreso natoren;

Fig. 2 eine gemäß der Erfindung besonders vorteilhafte modifizierte Grundstruktur der Filteranordnung ge mäß Fig. 1, in der zwei der Koppelelemente der An ordnung gemäß Fig. 1 jeweils durch einen Resonanz kreis ersetzt worden sind;

Fig. 3 den Impedanzbetragsverlauf der Resonanzkreise ge mäß Fig. 2 (Fig. 3a) und die resultierende Filter kurve der Filteranordnung gemäß Fig. 2 (Fig. 3b).

Fig. 4 Aufsicht (Fig. 4a) und Querschnitt (Fig. 4b) einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsge mäßen Filteranordnung gemäß Fig. 2 in Einleitungs technik für den Mikrowellen-, insbesondere Milli meterwellenbereich.

Ein Bandpaßfilter aus Leitungselementen läßt sich z. B. durch ein Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 beschreiben. Die Induktivitäten X₁ und X₂ stellen dabei Koppelelemente zwi schen den Leitungsresonatoren dar. Basis einer gemäß der Erfindung geschaffenen Filteranordnung ist z. B. diese Fil teranordnung nach Fig. 1. (Ersatzschaltbilder mit Kapazi täten sind ebenfalls möglich; in der Realität der Mikro wellentechnik sind die Koppelelemente meist weder reine Induktivitäten noch Kapazitäten, sondern Leitungsele mente.) Um eine Filteranordnung in Form eines Bandpaßfil ters z. B. mit Dämpfungspolen an beiden Seiten des Durch laßbereichs des Filters zu realisieren (die Dimensionie rung erfolgt nach an sich bekannten Verfahren), werden zwei der Koppelelemente X₁, X₂, X₂, X₁ (Admittanzen) der Filteranordnung nach Fig. 1 jeweils durch einen Resonanz kreis R₁ bzw. R₂ ersetzt (Fig. 2). Dabei ändern sich im allgemeinen auch die Längen der einzelnen Leitungselemente l₁, l₂ bzw. l₁, l₁, d. h. l₁ ≠ l₁ bzw. l₂ ≠ l₂. Je ein Resonanzkreis wird unterhalb bzw. oberhalb seiner (im Dämpfungsbereich des Filters liegenden) Resonanzfrequenz f_R1 bzw. f_R2 betrieben, und zwar so, daß der Im pedanzbetrag |X| des jeweiligen Resonators R₁ bzw. R₂ bei der Mittenfrequenz f_m des Filter-Durchlaßbereichs mit dem vorgegebenen Impedanzbetrags-Sollwert |X_Soll| überein stimmt oder zumindest annähernd übereinstimmt (Fig. 2 und Fig. 3a). Die erforderliche Phase wird hierbei über den Koppelelementen vorgeschaltete Leitungsstücke realisiert. Die Steilheit der Kurven in Fig. 3a und damit auch der Ab stand der Dämpfungspole f_R1 und f_R2 von der Filtermitten frequenz f_m ist über den Kennwiderstand der Resonanzkreise einstellbar. Eine typische resultierende Filterkurve ist in Fig. 3b dargestellt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filteranordnung gemäß Fig. 2 ist Fig. 4 in der Aufsicht (Fig. 4a) und im Querschnitt (Fig. 4b) gezeigt. Sie be steht aus einer (geschirmten) Schlitzleitung oder einer Finleitung F auf der Vorderseite eines Substrats S, über die zur Realisierung der Admittanzen auf der Rückseite des Substrats S Leitungselemente X₁, R₁, R₂, X₂ angeordnet sind (metallisierte Flächen sind in der Fig. 4 mit Me bezeichnet). Die gesamte Anordnung ist in einem Hohlleiter H angeordnet. Diese Leitungselemente stellen Resonatoren und damit Resonanzkreise dar, wenn sie eine halbe Wellen länge lang werden. Vorgegebene Admittanzen können erreicht werden, sowohl wenn diese Leitungselemente kürzer als auch länger als eine halbe Wellenlänge sind (s. Fig. 3a). Auf diese Weise lassen sich zwei (oder auch mehr) Leitungsele mente doppelt ausnutzen, sowohl als Admittanz (Koppelele ment) für die normale Filterfunktion als auch als Reso nanzkreis zur Erzielung eines Dämpfungspols.

Die Resonatoren können auch abgeknickt oder abgebogen re alisiert werden, so daß ein noch kompakterer Aufbau (auch im Hohlleiter) möglich wird.

Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungs beispiele beschränkt, sondern ist sinngemäß auch auf an dere Ausführungsbeispiele übertragbar.

So können beispielsweise Hoch- oder Tiefpaßfilteranord nungen nach der Erfindung geschaffen werden, die eine (oder mehrere) Polstelle(n) im Dämpfungsbereich aufweisen, indem sie einen Resonanzkreis (oder mehrere Resonanz kreise) enthalten, dessen (deren) Resonanzfrequenz im Dämpfungsbereich oberhalb (Tiefpaßfilter) bzw. unterhalb (Hochpaßfilter) des Durchlaßbereichs der Filteranordnung liegt und dessen (deren) Impedanzbetrag bei einer vorgege benen Frequenz - vorzugsweise in der Nähe des Übergangs vom Durchlaß- in den Dämpfungsbereich - mit dem vorgegebe nen Impedanzbetrags-Sollwert übereinstimmt oder zumindest annähernd übereinstimmt (übereinstimmen).

Claims

1. Filteranordnung für den Mikrowellen-, insbesondere Millimeter wellenbereich, mit mindestens einer Polstelle im Dämpfungsbereich der Filteranordnung, mit mehreren, durch Koppelelemente getrennten Leitungsresonatoren, wobei mindestens eines der Koppelelemente durch einen Resonanzkreis (R₁, R₂) ersetzt ist und die Resonanzfre quenz (f_R1, f_R2) des Resonanzkreises (R₁, R₂) im Dämpfungsbereich der Filteranordnung liegt, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Impedanzbetrag |X| des Resonanzkreises (R₁, R₂) bei einer vorgegebenen Frequenz (f_m) im Durchlaßbereich der Filteranordnung mit einem vorgegebenen Impedanzbetrags-Sollwert |X_Soll| überein stimmt oder zumindest annähernd übereinstimmt;
- daß auf der Vorderseite eines Substrats (S) eine geschirmte Schlitzleitung oder eine Finleitung (F) angeordnet ist;
- daß die Koppelelemente und der mindestens eine Resonanzkreis je weils in Form eines auf der Rückseite des Substrats (S) angeord neten und die Schlitzleitung oder Finleitung (F) überbrückenden Leitungselements (X₁, R₁, R₂, X₁) realisiert sind.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1 in Form eines Bandpaßfilters, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwei der Koppelelemente durch Resonanzkreise (R₁, R₂) ersetzt sind;

daß die Resonanzfrequenz (f_R1) des einen Resonanzkreises (R₁) im Dämpfungsbereich unterhalb liegt und die (f_R2) des anderen Reso nanzkreises (R₂) im Dämpfungsbereich oberhalb des Durchlaßberei ches der Filteranordnung liegt;

- daß die vorgegebene Frequenz die Mittenfrequenz (f_m) des Durch laßbereiches der Filteranordnung ist;
- daß der Impedanzbetrag |X| beider Resonanzkreise (R₁, R₂) bei der Mittenfrequenz (f_m) im Durchlaßbereich der Filteranordnung mit einem vorgegebenen Impedanzbetrags-Sollwert |X_Soll| übereinstimmt oder zumindest annähernd übereinstimmt.

3. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens ein Leitungselement (R₁, R₂) an seinen Enden seitlich abgebogen oder abgeknickt ist.

4. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Steilheit der Filterkurven beim Über gang vom Dämpfungs- in den Durchlaßbereich über den Kennwiderstand des (der) Resonanzkreis(e) (R₁, R₂) eingestellt wird.