-
Die
Erfindung betrifft einen Mikrowellenresonator des Typs mit Resonanzhohlraum,
der mit einer leitenden Wand versehen ist, in der ein Resonatorelement
aus dielektrischem Material positioniert ist. Sie betrifft auch
einen Mikrowellenfilter, der insbesondere diesen Resonator aufweist.
-
Wie
bekannt und wie insbesondere im Oberbegriff des
französischen
Patents 2734084 angegeben, sind solche Mikrowellenresonatoren
dadurch gekennzeichnet, dass sie nur in einem engen Frequenzband
angeregt werden können,
das sich um eine Resonanzfrequenz erstreckt. Sie werden herkömmlich eingesetzt,
um Mikrowellenfilter auszuführen,
die um einen oder mehrere dieser in Reihe geschalteten Resonatoren
organisiert sind. Wie in diesem Patent
2734084 angegeben, wiesen die gemäß dem Stand
der Technik ausgeführten
Mikrowellenresonatoren und -filter eine Gestaltung auf, die ihre Herstellung
heikel machte. Daneben erwiesen sich die Wärmeaustausche zwischen den
Resonatorelementen und den Hohlräumen,
in denen diese Elemente angeordnet waren, als unzureichend, wobei dies
insbesondere auf dem Vorhandensein von aus wärmeisolierendem Material ausgeführten Organen für das Halten
der Resonatorelemente an Ort und Stelle beruhte. Im vorhergehend
erwähnten
Patent wurden daher verschiedene Resonatorelemente vorgeschlagen,
um die vorhergehend erwähnten
Probleme zu lösen.
Eine der vorgeschlagenen Varianten sieht den Einsatz eines dünnen und
ebenen Resonatorelements vor, das in einem Resonanzhohlraum mit leitender
Wand positioniert ist. Dieses Element ist aus dielektrischem Material
in einer mindestens ungefähren
Form eines Parallelogramms ausgeführt, es ist derart bemessen
und befestigt, dass die Ecken des Parallelogramms durch die leitende
Wand, entweder leitend oder nur für Mikrowellen, untereinander
kurzgeschlossen sind. Der gemäß dieser
Variante erhaltene Resonator hat indes den Nachteil, dass er keine
ausreichende Rückgewinnung
der an ihn gelieferten Energie ermöglicht und relativ schwer zu
regeln ist.
-
Die
vorliegende Erfindung schlägt
daher einen Mikrowellenresonator, insbesondere für Filter, vor, der einen Resonanzhohlraum
mit leitender Wand aufweist, in dem ein ebenes Resonatorelement,
Frequenzabstimmungsmittel und Intermodenkopplungsmittel positioniert
sind, wobei das ebene Resonatorelement, das aus dielektrischem Material
mit der mindestens ungefähren
Form eines Parallelogramms ausgeführt ist, derart quer liegend
im Hohlraum angeordnet ist, dass die Ecken des Parallelogramms,
das es bildet, durch die leitende Wand untereinander mindestens
mikrowellenkurzgeschlossen sind.
-
Gemäß einem
Merkmal der Erfindung weist der Resonator mindestens ein anderes
ebenes Resonatorelement, das aus dielektrischem Material mit der
mindestens ungefähren
Form eines Parallelogramms ausgeführt ist, wobei die Resonatorelemente
nahe aneinander und parallel zueinander und quer liegend zu einer
Mittelachse des Hohlraums angeordnet sind, sowie Frequenzabstimmungsmittel
und Intermodenkopplungsmittel auf, die zwischen den parallelen Resonatorelementen
positioniert sind. Dies führt
dazu, dass der Resonator ein vergrößertes Frequenzband aufweist.
-
Die
Erfindung schlägt
auch einen Mikrowellenfilter vor, der dadurch gekennzeichnet ist,
dass er mindestens einen Mikrowellenresonator, wie vorhergehend
angegeben, aufweist, mit dem Mittel zum Zuführen von Mikrowellenenergie
am Eingang des Filters zum Anregen des oder der Resonatoren und
Mittel zum Abführen
der Resonanzenergie am Ausgang des Filters sowie Mittel zum Koppeln
zwischen in Reihe geschalteten Resonatoren, wenn der Filter mehr als
einen Resonator aufweist, verbunden sind.
-
Die
Erfindung, ihre Merkmale und ihre Vorteile werden in der folgenden
Beschreibung in Verbindung mit den unten angegebenen Figuren genauer erklärt; es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Mikrowellenresonators.
-
2 eine
Darstellung eines Querschnitts des Resonators gemäß 1.
-
3 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts eines Mikrowellenfilters,
der erfindungsgemäße Resonatoren
aufweist.
-
4 ein
Diagramm, das die Übertragungsantwort
und die Reflexionsverluste eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Filters
veranschaulicht.
-
Der
in 1 dargestellte Mikrowellenresonator weist einen
Resonanzhohlraum 1 auf, dessen Wand 2 elektrisch
leitend ist. Wie bekannt, kann dieser Hohlraum einen viereckigen
Querschnitt aufweisen; in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform
weist dieser Hohlraum einen runden Querschnitt auf und erstreckt
sich innen über
die Länge
eines zylindrischen Umdrehungsrohrelements 3, dessen Enden
verschlossen sind. Das Rohrelement ist zum Beispiel aus einem gut
leitenden Metall ausgeführt.
-
Ebene
Resonatorelemente, wie 4 und 4', sind im zentralen Bereich des
Hohlraums, wo sie parallel angeordnet sind, quer zur zentralen Längsachse
YY' dieses Hohlraums
und nahe aneinander befestigt. Diese Resonatorelemente sind aus
einem dielektrischen Material ausgeführt, das vorzugsweise eine
hohe Dielektrizitätskonstante
E, einen hohen Gütefaktor
Q und einen geringen Frequenzabweichungskoeffizienten in Abhängigkeit
der Temperatur besitzt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Resonator im TE 101 Grundmodus angeregt, was tatsächlich das
Erhalten der vergleichsweise tiefstmöglichen Nutzungsfrequenzen
für die
gegebenen Abmessungen des Resonators ermöglicht.
-
Die
Resonatorelemente sind im Wesentlichen eben, auch wenn sie zu Kopplungszwecken Öffnungen
des Typs Iris und stellenweise Abweichungen der Dicke, wie insbesondere Überdicken
in den thermischen Verbindungsbereichen, aufweisen können. Wie
bereits im
französischen
Patent 2734084 vorgeschlagen, weisen sie vorzugsweise und
mindestens ungefähr
die Form von Parallelogrammen auf. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel
sind die Resonatorelemente von quadratischer Form. Die Ecken der
Parallelogramme oder Quadrate sind abgeschwächt, um sich an die Form der
Innenwand des Hohlraums anzupassen, an der sie positioniert sind
und mit der sie den Hauptteil der Wärmeaustausche für das Resonatorelement,
dessen Bestandteil sie sind, gewährleisten,
wenn dieses angeregt wird. Im veranschaulichten Beispiel sind die Ecken
der Quadrate, die die Resonatorelemente
4,
4' bilden, daher
ergänzend
im Verhältnis
zur Innenwand
2 des Drehzylinders, der den Hohlraum
1 umgrenzt, abgerundet.
Die Verbindung zwischen den Ecken der Wand
2 erfolgt entweder über Direktleitung,
wenn die Resonatorelemente direkt in Auflage gegen diese Wand befestigt
sind, wie in
2 gezeigt. Sie erfolgt über Mikrowellen,
wenn jede Ecke durch ein dünnes Befestigungszwischenelement
auf eine bekannte und hierin nicht näher erläuterte Weise gegen die Wand
in Auflage kommt. Dieses Element ist zum Beispiel von elastischer
Beschaffenheit, um jedes Resonatorelement an seiner Position zu
halten und gleichzeitig die Abmessungsabweichungen aufgrund der Temperaturschwankungen
auszugleichen. Eine solche Baugruppe kann auf bekannte Weise konstruiert werden,
um die Ausführung
einer Mikrowellenkopplung zwischen den Resonatorelementen und der
Innenwand eines Resonanzhohlraums bei der Betriebsfrequenz zu ermöglichen.
-
Die
im Inneren eines Hohlraums untergebrachten Resonatorelemente sind
vorzugsweise nahe beieinander im Mittelbereich des Hohlraums positioniert
und Frequenzabstimmungsmittel sowie Kopplungsmittel sind in einem
für ihre
Positionierung zwischen den parallelen Resonatoren eingerichteten Zwischenraum
vorgesehen, wie in 1 ersichtlich.
-
Diese
verschiedenen bekannten Mittel sind hier durch eine erste Regelungsschraube 5 zur
Abstimmung auf einen ersten Modus symbolisch dargestellt. Diese
erste Schraube ist senkrecht zur Achse YY' des Hohlraums, dessen Wand sie durchquert, angeordnet,
derart, dass sie mehr oder weniger in den Hohlraum hervorragt. Eine
zweite Regelungsschraube 6 zur Abstimmung auf einen zweiten
Modus ist koplanar und auf analoge Weise gemäß einer Achse senkrecht zu
derjenigen der Schraube 5 befestigt. Eine dritte Abstimmungsschraube 7 ermöglicht das
Verändern
der Energiekopplung zwischen den Anregungsmoden des Resonators,
sie ist in der Ebene der zwei anderen Schrauben in einem 45°-Winkel in
Bezug auf die Achse von jeder davon befestigt.
-
Wie
angegeben, ermöglicht
die parallele Anordnung der Resonatorelemente, wie 4 und 4', die Erweiterung
des Nutzbands des Mikrowellenresonators, der sie aufweist, indem
eine bessere Anregung der Moden ermöglicht wird. Es wird zum Beispiel
mit einem Mikrowellenresonator mit zylindrischem Umdrehungshohlraum,
der zwei ebene Resonatorelemente von quadratischer Form aufweist,
deren Ecken durch die Innenwand des Hohlraums kurzgeschlossen sind,
ein Gewinn in der Größenordnung von
3,4 erhalten.
-
Mit
diesem Typ von Resonator können
für den
Grundmodus TE 101 ein hoher Gütefaktor
Q0 und eine gute Isolation erhalten werden.
-
Die
Tatsache, dass zwei Resonatorelemente parallel verwendet werden,
bietet insbesondere den Vorteil, dass dadurch auf der Stufe eines
Resonators, der diese zwei Elemente aufweist, ein Ergebnis erhalten
werden kann, das demjenigen entspricht, das mit einem einzigen dickeren
Resonatorelement erhalten würde.
Dies ist besonders interessant, wenn ein solches dickes Element
nicht verfügbar
ist. Die Verwendung von parallel angeordneten Resonatorelementen,
die unterschiedliche Dicken aufweisen, ermöglicht auch das Erhalten einer
Palette von Mikrowellenresonatoren durch Kombination von Resonatorelementen,
die sich in ihren jeweiligen Dicken und infolgedessen in ihren Resonanzfrequenzen
unterscheiden. Eine solche Palette kann insbesondere durch die Kombination
eines Resonatorelements von einer gegebenen Dicke mit Resonatorelementen,
die jeweils eine unterschiedliche, zum Beispiel zunehmende Dicke
aufweisen, in Kombinationen erhalten werden, die jeweils aus zwei
Resonatorelementen gebildet sind. Auch die Kombination einer Anzahl
von Resonatorelementen, die größer ist
als zwei, ist bei Bedarf vorgesehen.
-
3 stellt
einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Mikrowellenfilter 8 dar,
der mehrere Mikrowellenresonatoren, wie 1A bis 1N,
aufweist. Diese Resonatoren sind auf einer gleichen Achse ausgerichtet,
die die Längs-
und Mittelachse des Filters bildet. Querwände, wie 9A bis 9N,
sind in einem Rohrelement angeordnet, das die Folge von Mikrowellenresonatoren
bildet, und trennen die Hohlräume von
jeweils zwei dieser Resonatoren. Diese Trennwände sind derart eingerichtet,
dass sie die Kopplung zwischen den Hohlräumen der Resonatoren, die sie trennen,
ermöglichen.
Diese Kopplung kann durch jedes geeignete Mittel und zum Beispiel
durch eine Öffnung,
wie 10A oder 10N, des Typs Schlitz oder Iris erhalten
werden, von der hier angenommen wird, dass sie in der Mitte der
Trennwand ausgeführt
ist. Die Trennwände
wie auch das Rohrelement sind in den Materialien ausgeführt, die
gewöhnlich
in diesem Bereich verwendet werden.
-
Wie
bekannt, weist der Mikrowellenfilter 8 einen Eingangshohlraum
auf, der hier durch den Resonanzhohlraum eines erfindungsgemäßen Resonators
gebildet ist, wie hier der Hohlraum 1A. Dieser weist externe
Kopplungsmittel auf, die seine Verbindung mit einer Mikrowellenenergiequelle
ermöglichen,
die das zu verarbeitende Signal liefert. Diese Kopplungsmittel befinden
sich den Resonatorelementen 4A, 4A', die der Hohlraum enthält, vorgelagert,
und sind zum Beispiel in der Form eines Fühlers 11 gebildet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird die Erregung des Eingangshohlraums gemäß einem TE-Modus, wie TE 101,
ausgeführt,
der das Erhalten einer relativ niedrigen Resonanzfrequenz für gegebene
Abmessungen sowie eines Nutzbandes ermöglicht, das im Verhältnis zu
einem gleichwertigen Resonator mit einem einzigen Resonatorelement
verbessert ist, wie bereits vorhergehend angegeben.
-
Einer
oder mehrere Mikrowellenresonatoren können nach dem Eingangsresonator,
entweder im gleichen Rohrelement, oder wie dargestellt möglicherweise
in fluchtenden und angefügten
Rohrelementen in Reihe geschaltet werden. Jeder Resonator weist
erfindungsgemäß zwei Resonatorelemente
in einem Hohlraum, wie 4A und 4A' für einen Resonator, dessen Hohlraum 1A ist,
und Abstimmungs- und Kopplungsmittel auf, wie die Bezugszeichen 5A, 6A, 7A oder 5N, 6N, 7N für die Resonatoren,
deren Hohlräume 1A bis 1N sind.
-
Der
Resonator, dessen Hohlraum hier mit dem Bezugszeichen 1N gekennzeichnet
ist und der sich in der Folge der Resonatoren des Filters 8 an letzter
Stelle befindet, weist Mittel auf, die das Abführen der Mikrowellen-Resonanzenergie
des Filters ermöglichen,
die durch diesen gefiltert werden konnte. Diese Abführungsmittel
sind hier durch einen Fühler 12 gebildet.
-
In 4 wird
als nicht einschränkendes
Beispiel ein Diagramm dargestellt, das die Wirksamkeit eines erfindungsgemäßen Filters
zeigt. Die für
die Ordinaten auf diesem Diagramm gewählten Einheiten sind 10 dB
pro Kästchen
für die Übertragungskurve,
5 dB pro Kästchen
für die
Kurve der Verluste sowie 200 MHz pro Kästchen für die Abszissen. Dieser Filter
weist vier Pole mit 47 MHz Nutzband auf und es wird angenommen,
dass er eine Mittenfrequenz von 1655 MHz aufweist. Die Übertragungskurve
T des Filters als Funktion der Frequenz zeigt, dass sein Übertragungsfenster
für das
Maximalübertragungsfenster
in der Größenordnung
von 47 MHz und in der Größenordnung
von 94 MHz bis 25 dB liegt. Die Kurve R zeigt dementsprechend den
Verlauf der Reflexionsverluste als Funktion der Frequenz.
-
Die
Wahl der Dicken der Resonatorelemente und die durch die Verbindung
der Elemente, insbesondere in Paaren, erhaltene Flexibilität ermöglicht die
Ausführung
und Nutzung von erfindungsgemäßen Filtern
in einem Frequenzbereich, der im Verhältnis zu dem, was vorher bekannt
war, erweitert ist.