DE4213195C2 - Mehrkreisiges Leitungsfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrkreisiges Leitungsfilter mit mehreren paarweise gekoppelten Resonatoren.

Leitungsfilter dieser Art sind bekannt (Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, F 14 bis F 22 Kap. 1.7 bzw. Anatol I. Zverev, Handbook of Filter Syn­ thesis, S. 25 bis 29, Kap. 1.12 Microwave Filters). Sie besitzen im Gegensatz zu Filtern aus konzentrierten Elementen einen periodischen Frequenzgang, d. h. neben der Grundresonanzfrequenz treten bei Vielfachen dieser Grundresonanzfrequenz auch zusätzliche unerwünschte Nebenresonanzfrequenzen in unterschiedlicher Ausprägung auf. Bei einem Leitungsfilter aufgebaut aus λ/4-Resona­ toren entstehen beispielsweise jeweils bei ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz Nebenresonanzen (3., 5., 7. usw. Nebenresonanz), bei einem Leitungsfilter aufgebaut aus λ/2-Resonatoren jeweils bei geradzahligen Vielfachen (2., 4., 6. usw. Nebenresonanz). Diese Nebenresonanzen sind bei vielen Anwendungen solcher Leitungsfilter störend. Zur Unterdrückung solcher unerwünschten Neben­ resonanzen höherer Ordnung ist es bekannt, dem Leitungs­ filter ein zusätzliches Filter beispielsweise in Form eines Tiefpasses nachzuschalten (CH-PS 663 690). Solche Zusatzfilter sind teuer und benötigen zusätzlichen Platz, sie müssen in der Regel auch exakt abgeglichen werden.

Um solche zusätzlichen Filter zu vermeiden, ist es bei einem λ/2-Resonator auch schon bekannt, in der für die Grundresonanzfrequenz spannungslosen Mitte des Resonators eine als kapazitive Belastung wirkende Verbreiterung vorzusehen, durch welche die zweite Oberwelle unterdrückt wird (Patents Abstracts of Japan, E-642, August 4, 1988, Vol. 12/No. 285). Diese bekannte Anordnung wirkt nur für die zweite Oberwelle.

Bei einem aus mehreren nebeneinander angeordneten λ/4-Re­ sonatoren bestehenden Leitungsfilter ist es ferner bekannt, jeweils am oberen Ende der Resonatoren, also im Spannungsbauch der Grundwelle, unterschiedlich große zusätzliche Elektroden anzubringen (Patents Abstracts of Japan E-773, June 15, 1/989, Vol. 13/No. 259). Ein unterschiedlicher Einfluß auf die Oberwellen ist mit dieser bekannten Anordnung nicht möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein mehrkreisiges Leitungs­ filter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem ohne Zusatzfilter beliebige unerwünschte Nebenresonanzen höherer Ordnung unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Leitungsfilter laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kenn­ zeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Leitungsfilter werden benach­ barte Resonatoren bezüglich der Nebenresonanzfrequenzen unterschiedlich verstimmt und dadurch die Nebenresonanzen längs der Resonatoren entsprechend unterschiedlich ver­ schoben, so daß die eine verschobene Nebenresonanz auf dem einen Resonator die andere entsprechende Nebenresonanz des benachbarten Resonators dämpft. Damit können beliebige Nebenresonanzen beliebiger Ordnung unterdrückt werden. Der Gesamtaufbau des Leitungsfilters wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme nicht vergrößert, die erfin­ dungsgemäße Maßnahme ist also auch sehr platzsparend. Auch zusätzliche Abgleicharbeiten werden überflüssig, da alle Parameter und Einflüsse bereits bei der Konzeption des Filters mit berücksichtigt werden können. Die erfin­ dungsgemäße Maßnahme ist bei allen Arten von mehrkreisigen gekoppelten Resonatorfiltern geeignet. Sie ist bei allen möglichen Resonator-Bauformen anwendbar, beispielsweise bei Resonatorfiltern, die aus gekoppelten Koaxiallei­ tungen, Hohlleitern oder anderen Resonatorformen aufgebaut sind. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Maßnahme bei Resonatorfiltern, die in Stripline- oder Mikrostrip-Technik aufgebaut sind. Die erfindungsgemäße Maßnahme ist auch für beliebige Arten von Resonatoren geeignet, sowohl für λ/4- als auch für λ/2-Resonatoren oder Resonatoren von Bruchteilen oder Vielfachen von λ.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht ein zweikreisiges Leitungs­ filter aufgebaut aus zwei parallel nebeneinander ange­ ordneten gekoppelten Resonatoren 2 der Länge λ/4. Das Leitungsfilter nach Fig. 1 ist in Mikrostrip-Technik aufgebaut, die beiden Resonatoren 2 sind als Leiterstrei­ fen auf der Oberseite einer Trägerplatte ausgebildet, sie sind von einer Massefläche 1 auf der Oberseite um­ schlossen. Die Trägerplatte ist auf der Rückseite mit einer durchgehenden Metallschicht kaschiert, die mit der Massefläche auf der Oberseite elektrisch verbunden ist. Das eine Ende der Resonatoren 2 liegt jeweils an Masse 1, an den gegenüberliegenden freien Enden der Resonatoren sind in dem Ausführungsbeispiel zusätzliche Verkürzungskondensatoren 3, 4 angeschlossen. Die Ein­ kopplung des zu filternden Eingangssignals erfolgt über ein Einkoppelelement 5, die Auskopplung über ein ent­ sprechendes Auskoppelelement 6, die Koppelelemente 5 und 6 können z. B. Spulen oder Kondensatoren sein.

Nahe dem Masseende der Resonatoren 2 sind zwischen den Resonatoren und der diese umgebenden Massefläche 1 Ver­ stimmungskondensatoren 7, 8 angeordnet, durch welche die Resonatoren unterschiedlich kapazitiv belastet werden. Die unterschiedliche kapazitive Belastung kann entweder dadurch erfolgen, daß jeweils an der gleichen Stelle der beiden benachbarten Resonatoren 2 unterschiedlich große Kapazitäten angeschaltet werden oder daß, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, gleich große oder entspre­ chend unterschiedlich große Kapazitäten 7 bzw. 8 jeweils an unterschiedlicher Stelle längs der Resonatoren 2 angeschaltet werden. Durch diese unterschiedliche kapa­ zitive Belastung der Resonatoren 2 werden letztere hauptsächlich für die Oberwellen-Resonanzen unterschied­ lich verstimmt. Unterschiedliche Oberwellenverstimmung erhält man ebenfalls, wenn nur ein Resonator an einer oder mehreren Stellen kapazitiv oder induktiv belastet wird. Für die erwünschte Grundwellenresonanz wird die Verstimmung anderweitig, z. B. durch die Länge, kompen­ siert.

Fig. 2 zeigt die Verteilung des Betrages der Hochfre­ quenzspannung längs eines der Resonatoren 2 und zwar für die Grundfrequenz f, für die Nebenresonanz 3f dritter Ordnung und für die Nebenresonanz 5f fünfter Ordnung.

Fig. 3 zeigt die Lage der Grundresonanzfrequenz f sowie der Nebenresonanzen 3f und 5f für ein Zweikreisfilter gemäß Fig. 1 ohne Verstimmungskondensatoren 7 und 8. Neben der Bandfilterkurve 10 vorbestimmter Bandbreite bei der Grundresonanzfrequenz f entsteht bei einem λ/4-Resonator bei der 3-fachen Grundfrequenz 3f eine weitere Durchlaßkurve 11 von 3-facher Bandbreite und eine weitere Durchlaßkurve 12 bei der 5-fachen Grundfre­ quenz 5f mit 5-facher Bandbreite usw. für alle ungerad­ zahligen Vielfachen der Grundfrequenz. Wenn beispielsweise diese zusätzlichen Nebenresonanzen 11 und 12 für einen bestimmten Anwendungsfall stören und die Aussiebung durch ein zusätzliches Tiefpaßfilter mit der Durchlaßkurve 13 vermieden werden soll, werden die beiden gekoppelten Resonatoren durch die zusätzlichen Kondensatoren 7 und 8 so verstimmt, daß die Nebenresonanz dritter Ordnung für den einen Resonator beispielsweise auf f1 und für den benachbarten Resonator auf die Frequenz f2 verschoben wird und gleichzeitig auch die Nebenresonanzen fünfter Ordnung auf die Frequenzen f3 und f4. Durch diese unter­ schiedliche Verschiebung der Nebenresonanzen der Resona­ toren wird erreicht, daß die eine verschobene Nebenre­ sonanz die andere Nebenresonanz des benachbarten Resona­ tors dämpft, so daß nur noch die in Fig. 4 dargestellten schmalen Nebenresonanz-Durchlaßbereiche 14, 15 bzw. 16, 17 entstehen und zwar bei den Frequenzen f1, f2 bzw. f3, f4. Durch entsprechende Dimensionierung der Resona­ toren und der Verstimmungskondensatoren 7, 8 kann auf diese Weise ein Durchgangsfilter aufgebaut werden, das nur vernachlässigbare geringe Nebenresonanzen aufweist, noch dazu an Frequenzstellen, bei denen diese Nebenre­ sonanzen im jeweiligen Anwendungsfall nicht weiter stören.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß im Bereich X längs der Reso­ natoren 2 für die dritte und fünfte Nebenwelle jeweils die größte Beeinflussung dieser Nebenresonanzen erreicht werden kann, da in diesem Bereich die Amplitude des elek­ trischen Feldes ein Maximum ist. Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß in diesem Bereich X demgegenüber die Amplitude für die Grundresonanz f noch relativ klein ist, in diesem Bereich X wird also einerseits die Grund­ resonanzfrequenz am wenigsten und die zu unterdrückenden Nebenresonanzen dritter und fünfter Ordnung am größten beeinflußt, dieser Bereich X ist also am besten geeignet für die Anordnung der Verstimmungskondensatoren 7 und 8.

Durch die Verstimmungskondensatoren 7 und 8 wird natürlich auch die Grundresonanzfrequenz der Resonatoren 2, wenn auch in geringerem Maße, beeinflußt. Diese Verstimmung kann auf verschiedene Art und Weise kompensiert werden. Bei einem Filter mit Verkürzungskondensatoren 3 und 4 kann durch entsprechende Änderung dieser Kondensatoren die Grundresonanzfrequenz entsprechend kompensiert werden, auch durch Änderung der Koppelelemente 5 und 6 oder durch entsprechende Änderung der Länge der Resonatoren 2 kann die Kompensation erreicht werden.

In analoger Weise kann die Unterdrückung der unerwünschten Nebenresonanzen auch durch eine induktive Belastung der Resonatoren 2 erreicht werden, die Bemessung hierfür ist dual zu der oben erwähnten kapazitiven Belastung. Sowohl für die kapazitive als auch für induktive Belastung der Resonatoren gibt es die verschiedenartigsten Möglich­ keiten je nach Art und Aufbau des Filters. So könnte beispielsweise auch die unterschiedliche induktive bzw. kapazitive Belastung benachbarter Resonatoren 2 auch durch unterschiedliche Inhomogenitäten des Wellenwider­ standes der Resonatoren realisiert werden, da solche Inhomogenitäten des Wellenwiderstandes je nach Lage als Induktivitäten oder Kapazitäten wirken. Bei Resonatoren in Mikrostrip-Technik können solche Inhomogenitäten einfach durch Änderung der Breite des Leiterstreifens erreicht werden. Auch für ein drei- oder mehrkreisiges Resonatorfilter ist die erfindungsgemäße Maßnahme geeig­ net. Sie ist sowohl für Durchgangsfilter als auch für Sperrfilter beliebiger Bauweise einsetzbar und zwar sowohl für fest abgestimmte Filter oder auch für durchstimmbare Filter, bei denen beispielsweise die Verkürzungskonden­ satoren 3, 4 als Varaktordioden ausgebildet sind.

Die zusätzlichen Verstimmungskondensatoren 7 und 8 können gegebenenfalls auch trimmbar sein, so daß sie beispiels­ weise zusammen mit den trimmbaren kapazitiven Belastungen 3 und 4 der Resonatoren im Gleichlauf abstimmbar sind. So können die Kondensatoren 7 und 8 beispielsweise als Varaktordioden ausgebildet sein, wie dies auch für die Kondensatoren 3 und 4 möglich ist.

Claims (5)

1. Mehrkreisiges Leitungsfilter mit mindestens zwei gekoppelten Resonatoren (2), dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens einer der Resona­ toren (2) in einem Bereich (X), in welchem die Grund­ resonanzfrequenz (f) am wenigsten und die zu unter­ drückenden Nebenresonanzfrequenzen (3f, 5f) am größten beeinflußbar sind, gegenüber dem oder den anderen Resonatoren (2) unterschiedlich kapazitiv und/oder induktiv belastet ist (Verstimmungskondensatoren 7 bzw. 8) und die dadurch entstehende geringe Verstimmung dieses Resonators für die Grundresonanzfrequenz (f) kompensiert ist.

2. Leitungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an benachbarten Resonatoren (2) jeweils an gleicher Stelle unter­ schiedlich große Kondensatoren bzw. Induktivitäten oder an unterschiedlichen Stellen jeweils gleiche oder ebenfalls unterschiedliche große Kondensatoren bzw. Induktivitäten angeschaltet sind.

3. Leitungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Resonatoren unterschiedlich inhomogene Wellenwider­ stände aufweisen.

4. Leitungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstimmungskondensatoren bzw. Verstimmungsindukti­ vitäten einstellbar sind.

5. Leitungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation der Resonatorverstimmung für die Grund­ frequenz (f) durch Änderung der Resonatorstruktur (z. B. der Länge) oder durch trimmbare kapazitive bzw. induktive Belastungen (3, 4) am Ort des Spannungs­ bzw. Strommaximums der Grundresonanzfrequenz (f) erfolgt.