DE60209671T2

DE60209671T2 - Mikrowellen-Bandpassfilter mit kanonischer allgemeiner Filterkurve

Info

Publication number: DE60209671T2
Application number: DE60209671T
Authority: DE
Inventors: Isidro Hidalgo Carpintero; Elvira Cervera Cruanes; Manuel Jesus Padilla Cruz
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2022-07-30
Also published as: US20040056737A1; CA2434614C; EP1411582B1; ATE320087T1; JP2005175516A; US6927652B2; JP4283055B2; DE60209671D1; EP1411582A1; CA2434614A1

Description

AUFGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Mikrowellenfilter und speziell Mikrowellen-Bandpaßfilter mit allgemeiner Filterkurve zur Verwendung in Sendern und Empfängern für Kommunikationssatellitensysteme und drahtlose Kommunikationssysteme.
STAND DER TECHNIK
Die kanonische Topologie für Bandpaßfilter ist bekannt, um allgemeine Frequenzgänge sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch, mit der maximalen Anzahl von endlichen Nullen für eine gegebene Anzahl von Resonatoren bereitzustellen, indem ermöglicht wird, daß scharfe Selektivität und lineare Phasengänge implementiert werden können.
Ein Dokument des Standes der Technik XP000563261 beschreibt die Synthese und Realisierung des kanonischen Schmalband-Mikrowellen-Bandpaßfilters, das lineare Phasen- und Übertragungsnullen zeigt.
Ein Monomode-Mehrkammer-Mikrowellenfilter ist in der US-Patentschrift Nr. 5,608,363 von Cameron et al. beschrieben, in welchem ein Mehrkammergehäuse mit einer Mehrzahl von Wänden gebildet ist, die eine Mehrzahl von Hohlräumen definieren, die nacheinander in ersten und zweiten nebeneinanderliegenden Reihen angeordnet sind, wobei jede Reihe eine Mehrzahl von Hohlräumen aufweist.
Das Filtergehäuse weist einen Eingang und einen Ausgang auf, so daß ein Eingabegerät benachbart angeordnet zu und verbunden mit einem ersten Hohlraum in der ersten Reihe ist, und ein Ausgabegerät benachbart angeordnet zu und mit einem Hohlraum in der zweiten Reihe verbunden ist. Sowohl der Eingang als auch der Ausgang des Filters sind parallel und liegen auf der gleichen Seite des Filters.
Ein zylindrisch geformter dielektrischer Resonator wird innerhalb jedem der Hohlräume abgestützt. Die Wand zwischen jedem der zwei aufeinanderfolgenden Hohlräume ist mit Schlitzen versehen, nämlich der Irisblende, um benachbarte aufeinanderfolgende und nicht aufeinanderfolgende benachbarte Resonatoren zu koppeln.
Das Filtergehäuse stützt eine Mehrzahl von verstellbaren Rippen oder Stiften, die sich in die Irisblenden erstrecken, eine Rippe zu jeder Irisblende, um selektiv die Größe der Irisblende einzustellen. Folglich sind Hohlräume vorhanden, die mindestens zwei Kopplungen aufweisen, nämlich in Reihe, wenn die gekoppelten Hohlräume aufeinanderfolgend und benachbart sind; parallel oder kreuzgekoppelt, wenn die gekoppelten Hohlräume nicht aufeinanderfolgend und benachbart sind.
Verschieden geformte Stifte werden verwendet, um die Hohlräume zu koppeln. Folglich wird ein Stift in der Wand zwischen mindestens zwei nicht aufeinanderfolgenden benachbarten Hohlräumen angeordnet, einem Hohlraum in der ersten Reihe und dem anderen Hohlraum in der zweiten Reihe, indem somit zwei nicht aufeinanderfolgende Hohlräume kreuzgekoppelt werden, wobei der Stift gegenüberliegende Enden aufweist, die sich jeweils in einer Richtung im Allgemeinen parallel zu der Krümmung der zylindrisch geformten Resonatoren erstrecken.
Jedoch leiden diese bekannten Mikrowellenfilter unter verschiedenen Nachteilen wie zum Beispiel einer Verzerrung, die in dem Frequenzgang auftritt, die zu einem asymmetrischen Frequenzgang führt. Diese Verzerrung verhindert, daß das Filter die vorgeschriebenen Spezifikationen der flachen Einfügungsdämpfungen und der linearen Phase erfüllt.
Folglich ist es nötig, zusätzliche Freiheitsgrade mittels diagonaler Kreuzkopplungen hinzuzufügen, um derartige Verzerrung zu kompensieren. Die diagonale Kreuzkopplung ist als die Kopplung zwischen nicht aufeinanderfolgenden, nicht benachbarten Resonatorhohlräumen definiert, die die Vorverzerrung des Frequenzganges und die weitere Regelung des Frequenzgangverhaltens ermöglichen.
Diagonale Kreuzkopplungen sind schwierig zu charakterisieren, herzustellen und abzustimmen und sie erhöhen die mechanische Komplexität und die Anzahl der Elemente des Filters, folglich erhöhen sich die Kosten des Filters.
Außerdem sind Kreuzkopplungen zwischen nicht aufeinanderfolgenden benachbarten Hohlräume sehr schlecht in der Größe für Filter höherer Ordnung, was zu einem schwierigen elektrischen Charakterisierungsverfahren, einer komplexen Fertigung und Abstimmung und schlechtem Temperaturverhalten führt.
CHARAKTERISIERUNG DER ERFINDUNG
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bandpaßfilter mit allgemeiner kanonischer Filterkurve bereitzustellen, das einen symmetrischen Frequenzgang bereitstellt, ohne diagonale Kreuzkopplungen zu verwenden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, höhere Kreuzkopplungswerte bereitzustellen, um die Charakterisierung und Herstellung von Kreuzkopplungen zu vereinfachen.
Die vorher erwähnten Aufgaben und andere werden durch die Verwendung einer kanonischen Struktur wie zum Beispiel eines Mikrowellenfilters erreicht, die Anordnung einer Mehrzahl von Resonatorhohlräumen in mehr als zwei benachbarten Reihen und mehr als zwei benachbarten Spalten umfaßt; jeder Resonatorhohlraum ist mit mindestens einem aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlraum gekoppelt, um einen Hauptweg für eine elektromagnetische Energie bereitzustellen, die von einem ersten Resonatorhohlraum an einen letzten Resonatorhohlraum zu übertragen ist, wobei die elektromagnetische Energie in den ersten Resonatorhohlraum von einem Eingangsgerät über eine Eingangskopplung injiziert und die elektromagnetische Energie aus dem letzten Resonatorhohlraum von einem Ausgangsgerät durch eine Ausgangskopplung extrahiert wird, wobei der erste und der letzte Resonatorhohlraum nicht aufeinanderfolgende, kreuzgekoppelte benachbarte Hohlräume sind.
Unter Verwendung dieser Erfindung werden die Verzerrungen minimiert und sind keine Kreuzkopplungen erforderlich, um einen symmetrischen Frequenzgang zu implementieren.
Außerdem ermöglicht die Erfindung das Anordnen einiger Kreuzkopplungen zwischen dem i-ten und dem (i+z)-ten Resonator für 1≤ i ≤ n-z, wo z eine ungerade Zahl ist. Solche Kreuzkopplungen weisen höhere Werte auf und folglich sind sie leicht und genau elektrisch charakterisiert, demzufolge weniger kritisch bezüglich des Entwurfs, der Herstellung und der Temperaturabhängigkeit. Dies bedeutet ein billigeres Filter mit leichterer Abstimmung und stabilerer Leistung in einem breiten Temperaturbereich.
KURZÜBERSICHT DER FIGUREN
Eine detaillierte Erläuterung der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung auf der Basis der beigefügten Figuren gegeben, in welchen zeigen:
1 – eine Draufsicht eines Monomode-Mikrowellenfilters nach dem Stand der Technik,
2 – eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung,
3 – eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
4 – eine Draufsicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, und
5 und 6 – einen Frequenzgang von einem Filter gemäß der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt ein Monomode-Mikrowellenfilter mit dielektrischem Resonator dar, dessen Gehäuse mit einem Eingangsgerät 20 und einem Ausgangsgerät 21 bereitgestellt ist, die entsprechend an einen Resonatorhohlraum angeschlossen sind, so daß jeder Resonatorhohlraum eine Reihe definiert. Das Filtergehäuse weist mehrere Resonatorhohlräume auf, die in zwei Reihen angeordnet sind.
Nach 2 ist ein Mikrowellenfilter gemäß der Erfindung beschrieben, in welchem die Resonatorhohlräume in mehreren Reihen und mehreren Spalten angeordnet sind, das heißt, die Resonatorhohlräume definieren mehr als zwei Reihen und Spalten.
Der erste Hohlraum 1 ist mit dem Filtereingang 20 verbunden, welcher nicht aufeinanderfolgend benachbart zu einem Hohlraum 10 ist, der mit dem Filterausgang 21 verbunden ist. Ein Resonator (nicht gezeigt) ist innerhalb jedes Resonatorhohlraumes angeordnet, so daß die dielektrischen Resonatoren miteinander mittels einer Irisblende in der Wand, die einen Hohlraum von dem anderen trennt, gekoppelt sind.
Ein Resonatorhohlraum kann mit einem anderen Resonatorhohlraum und/oder mehreren Resonatorhohlräumen gekoppelt sein. Folglich sind mehrere Kopplungen definiert. Zum Beispiel ist der Resonatorhohlraum 1 in Reihe mit einem Resonatorhohlraum 2 gekoppelt. Außerdem ist der Resonatorhohlraum 1 mit einem Resonatorhohlraum 10 mittels einer Kreuzkopplung gekoppelt. Darüberhinaus kann ein Resonatorhohlraum mit mehreren Hohlräumen gekoppelt sein, um einen Hauptweg zu definieren.
Folglich umfaßt das Filter eine Mehrzahl von n Resonatorhohlräumen, die durch Ordnungszahlen von 1 bis 10 geordnet sind, die der Reihe nach miteinander mittels Öffnungen gekoppelt sind, die in der Wand hergestellt sind, die einen Hohlraum von einem anderen trennt und in welchem der erste Hohlraum 1 mit dem Eingangsgerät 20 verbunden ist, welches benachbart zu dem anderen Hohlraum 10 ist, der mit dem Ausgangsgerät 21 verbunden ist und es ist eine Kreuzkopplung zwischen ihnen vorhanden. Die Kopplungen sind mit Hilfe von Linien dargestellt.
In dieser Weise stellt das Filter die maximale Anzahl von Übertragungsnullen mit der minimalen Anzahl von Elementen bereit und ist folglich ein kanonisches Filter.
Das Mikrowellenfilter beinhaltet ein einheitliches Gehäuse, das vier Reihen und drei Spalten aufweist, in welchem das Eingangsgerät 20, das mit dem Hohlraum 1 verbunden ist, nicht aufeinanderfolgend benachbart zu dem Hohlraum 10 ist, der mit dem Ausgangsgerät 21 verbunden ist.
Für die gleiche Anzahl von Reihen und Spalten, zum Beispiel vier Reihen und drei Spalten, können die Resonatorhohlräume 1 bis 10 in verschiedenen Formen angeordnet sein. Dies ist in 2 und 3 gezeigt.
Jedoch kann das Gehäusefilter die gleiche Anzahl von Reihen und Spalten aufweisen, wie in 4 gezeigt ist. Außerdem kann das Gehäusefilter eine andere Anzahl von Reihen als die Spalten oder umgekehrt aufweisen.
Der Hauptweg für die Ausbreitung der elektromagnetischen Energie verläuft von dem Eingang 20 zu dem Ausgang 21, indem hintereinander nur einmal alle aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlräume 1, 2, 3, ... 10 durchlaufen werden, und die Kopplungen zwischen ihnen sind mehrfach gefaltet, das heißt die elektromagnetische Energie geht sozusagen durch mehr als zwei Reihen und mehrere Spalten von Resonatorhohlräumen.
In jedem Fall umfaßt das Gehäusefilter der Erfindung mehrere Resonatorhohlräume, in welchem einige Resonatorhohlräume vorhanden sind, die nur Kopplungen in Reihe aufweisen, zum Beispiel Resonatorhohlraum 3; ein anderer Resonatorhohlraum kann zwei Kopplungen in Reihe und zwei Kreuzkopplungen aufweisen, zum Beispiel Resonatorhohlraum 2; ebenfalls kann ein anderer Resonatorhohlraum zwei Kopplungen in Reihe und eine Kreuzkopplung aufweisen, zum Beispiel Resonatorhohlraum 5, siehe 2.
Als eine Folge ermöglicht das Gehäusefilter die Anordnung von einigen Kreuzkopplungen zwischen dem i-ten und dem (i+z)-ten Resonator für 1 ≤ i ≤ n-z, wo z eine ungerade Zahl ist, wie zum Beispiel in 2 und 3 gezeigt.
Außerdem ermöglicht das Gehäusefilter, daß die Anzahl der Resonatorhohlräume pro Reihe verschieden sein kann, das heißt, nicht alle Reihen müssen die gleiche Anzahl von Resonatorhohlräumen aufweisen. Ebenfalls müssen nicht alle Spalten die gleiche Anzahl von Resonatorhohlräumen aufweisen, wie in 2 und 3 gezeigt.
Zum Beispiel weist Spalte 1 zwei Resonatorhohlräume auf, die die Hohlräume 1 und 10 sind, und die Spalte 2 weist vier Resonatorhohlräume auf, die die 3, 2, 9 und 8 sind, wie in 2 gezeigt.
Nach 3 weist die Reihe 1 zwei Resonatorhohlräume auf, die die Hohlräume 9 und 8 sind, und die Reihe 2 weist drei Resonatorhohlräume auf, die die 10, 7 und 6 sind.
Nach 5 und 6 zeigen diese den Übertragungsfrequenzgang eines zehnpoligen Filters, das die dielektrische Resonatortechnologie verwendet, unter Verwendung der in 3 dargestellten Ausführungsform.
Es ist zu beachten, daß jeder Resonatorhohlraum einen dielektrischen Resonator beinhalten kann. Das Gehäusefilter ist ohne diagonale Kreuzkopplung gewesen, jedoch kann diese Art der Kreuzkopplung zwischen zwei Resonatorhohlräumen aufgebaut werden, die nicht aufeinanderfolgende, nicht benachbarte Hohlräume sind, zum Beispiel kann der Hohlraum 2 mit dem Hohlraum 8 mittels einer diagonalen Kreuzkopplung gekoppelt sein, siehe 4. Außerdem kann die diagonale Kreuzkopplung in dem Mikrowellenfilter der Erfindung definiert sein.
Die vorliegende Erfindung ist mittels eines Beispiels beschrieben worden, um ihre Vorteile in praktischen Anwendungen zu zeigen, aber sie sollte in keinerlei Weise als einschränkend betrachtet werden, folglich müssen Änderungen oder Modifikationen, die zu anderen Ausführungsformen führen, die für den Fachmann auf dem Gebiet der Mikrowellenfilter offensichtlich sind, in den Anwendungsbereich dieser Erfindung einbezogen sein.

Claims

Mikrowellen-Bandpaßfilter mit kanonischer allgemeiner Filterkurve, umfassend eine Mehrzahl von Resonatorhohlräumen, die in einer Mehrzahl von Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jeder Resonatorhohlraum, der mit mindestens einem aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlraum gekoppelt ist, der eine Folge von Hohlräumen (1, 2, 3, ... 10 oder 12) bildet, die einen Hauptweg für die Ausbreitung der elektromagnetischen Energie bereitstellen, die von einem ersten Resonatorhohlraum (1) an einen letzten Resonatorhohlraum (10, 12) zu übertragen ist, wobei die elektromagnetische Energie in einem ersten Resonatorhohlraum (1) von einem Eingangsgerät (20) über eine Eingangskopplung injiziert wird, die elektromagnetische Energie aus dem letzten Resonatorhohlraum (10, 12) von einem Ausgangsgerät (21) durch eine Ausgangskopplung extrahiert wird, wobei die Mehrzahl der Resonatorhohlräume in mehr als zwei benachbarten Reihen und mehr als zwei benachbarten Spalten angeordnet wird; dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten und dem letzten Resonatorhohlraum benachbarte, nicht aufeinanderfolgende kreuzgekoppelte Hohlräume mit einer Trennwand dazwischen vorhanden sind.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, beinhaltend mehr Reihen als Spalten.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, umfassend mehr Spalten als Reihen.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, beinhaltend eine gleiche Anzahl von Spalten und Reihen.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, umfassend mindestens einen Resonatorhohlraum, welcher angepaßt ist, um mit einem aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlraum und einem nicht aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlraum zu koppeln.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 5, beinhaltend mindestens einen Resonatorhohlraum, welcher angepaßt ist, um mindestens zwei aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume und mindestens einen nicht aufeinanderfolgenden benachbarten Resonatorhohlraum zu koppeln.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 6, beinhaltend mindestens einen Resonatorhohlraum, welcher angepaßt ist, um mindestens zwei aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume und mindestens zwei nicht aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume zu koppeln.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 6, umfassend mindestens einen Resonatorhohlraum, welcher angepaßt ist, um mindesten zwei aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume, mindestens einen nicht aufeinanderfolgenden, benachbarten Resonatorhohlraum und mindestens einen nicht aufeinanderfolgenden, nicht benachbarten Resonatorhohlraum zu koppeln.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 7, umfassend mindestens einen Resonatorhohlraum, welcher angepaßt ist, um mindesten zwei aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume, mindesten zwei nicht aufeinanderfolgende benachbarte Resonatorhohlräume und mindestens einen nicht aufeinanderfolgenden, nicht benachbarten Hohlraum zu koppeln.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, beinhaltend mindestens eine Reihe, welche angepaßt ist, um eine kleinere Anzahl von Resonatorhohlräumen als eine andere Reihe aufzuweisen.
Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, beinhaltend mindestens eine Spalte, welche angepaßt ist, um eine kleinere Anzahl von Resonatorhohlräumen als eine andere Spalte aufzuweisen.
Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem jeder Resonatorhohlraum einen dielektrischen Resonator umfaßt.
Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem jeder Resonatorhohlraum ein leerer Wellenleiterhohlraum ist.
Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, in welchem jeder Resonatorhohlraum ein koaxialer Resonator ist.