DE6933227U

DE6933227U - Filter fuer sehr kurze elektromagnetische wellen.

Info

Publication number: DE6933227U
Application number: DE6933227U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1977-06-02

Description

lcurj3e_ ^J.ekjjoma^nejtis^he, Wellen

Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens vier miteinander gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind, und bei dem zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist.

Filter der Mikrowellentechnik werden bekanntlich aus mehreren, miteinander gekoppelten Mikrov/ellenresonatoren aufgebaut, deren Kopplung entweder kapazitiv oder induktiv erfolgen kann. Die Resonatoren selbst können dabei beispielsweise als sogenannte Koaxialleitungsresonatoren oder aus Hohlleiterresonatoren bestehen. Entgegen den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern läßt sich aufgrund der geometrisch fest vorgegebenen Konfiguration der Resonatoren nicht jede in konzentrierter Technik realisierbare Schaltung ohne weiteres auf das Frequenzgebiet der Mikrowellen übertragen. Diese Schwierigkeit wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn es darauf ankommt, in der Dämpfungscharakteristik des Filters sogenannte Dämpfungspole, d.h. also Unendlichkeitsstellen der Dämpfung» zu erzeugen. Um diese Schwierigkeit wenigstens teilweise zu beheben, ist es durch die USA-Patentschrift 2 749 523 bereits bekannt geworden, bei einem Mikrowellenfilter einander in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinan-

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derfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander zu verkoppeln. Abgesehen davon, daß nach dieser bekannten Anordnung nur Resonatoren bestimmter unterschiedlicher Gruppen miteinander gekoppelt werden können, tritt dort noch die Schwierigkeit auf, daß die zusätzliche Kopplung von nicht miteinander benachbarten Resonatoren über Leitungselemente erfolgt, bei denen zum einen auf die spezielle Bemessung der länge geachtet werden muß und bei denen zum anderen ein zusätzlicher Raumverbrauch deshalb auftritt, v/eil diese leitungen außerhalb der Filterresonatoren angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen.

Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens vier miteinander gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die Zuführung "bzwo die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind, und bei dem zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfol» genden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst t daß die sinzclnen Resonatoren in zwei übereinanderliegenden Zeilen derart angeordnet sind, daß die in beiden Zeilen nebeneinander bzw. übereinander liegenden Resonatoren jeweils eine gemeinsame Trennwand haben, daß die in den Trennwänden aur Kopplung der Resonatoren vorgesehenen Organe derart angeordnet sind, daß die dsm Filter zugeführte elektromagnetische Energie abwechselnd von übereinander auf nebeneinander liegende Resonatoren gekoppelt wird, und daß die zusätzliche Kopplung zwisehen in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittel-

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bar aufeinanderfolgenden Resonatoren in der gemeinsamen Trennwand von in der gleichen Zeile liegenden Resonatoren vorgesehen ist.

5 Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.

Es zeigen in der Zeichnung:
10 Pig.1 ein Schnittbild eines Filters;

Fig.2 einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A' von Fig.1;

15 Fig.3 das elektrische Ersatzschaltbild eines Filters gemäß den Fig.1 und 2;

Fig.4 eine 2u Fig.3 äquivalente Schaltung bei relativ schraa!bändigen Filtern; 20

Fig. 5 den schematischen Dämpfungsverlauf eines Filters nach Fig.1 und 2.

Im Ausführungsbeispiex nach Fig.1 ist ein aus acht

25 Koaxialleitungsresonatoren 1 bis 8 bestehendes Filter

j dargestellt, deren Innenleiter mit den Bezugsziffern 1'

j bis 8' versehen sind. Der erste Resonator 1 sowie der

j letzte Resonator 8 sind im Ausführungsbeispiel mit ko-

j axialen Anschlußleitungen 9 bzw. 9' versehen, deren In-

I 30 nenleiter unmittelbar weitergeführt und mit den Innen-

I leitern 1' bzw. 8^f der Resonatoren 1 bzw. 8 galvanisch

S verbunden sind. Anstelle dieser Ankopplung an den je-

i weils ersten bzw. letaten Resonator sind auch andere

! bekannte Kopplungsarten denkbar. Die Resonatoren 1 bis 8

j 35 sind in zwei übereinanderliegenden Zeilen derart ange-

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ordnet, daß die in beiden Zeilen nebeneinander bzw. übereinanderliegenden Resonatoren jeweils eine gemeinsame Trennwand haben, d.h. also, daß die Resonatoren 1 und 2, die Resonatoren 1 und 4, die Resonatoren 2 und 3 und ebenso die Resonatoren 3 und 4 immer eine gemeinsame Trennwand haben. Genau die gleichen Überlegungen gelten auch für die Resonatoren 5 bis 8. Die Koppelorgane zur Kopplung der einzelnen Resonatoren sind so angeordnet, daß die dem Filter beispielsweise am Anschluß 9 zugeführte elektromagnetische Energie abwechselnd von übereinanderliegenden Resonatoren auf nebeneinanderliegende Resonatoren weitergeleitet wird. Im Ausführungsbeiopiel sind diese Koppelorgane als Lochkopplungen ausgebildet, die gegebenenfalls auch durch eine Schleifenkopplung ersetzt sein können, und es erfolgt die Kopplung vom Resonator 1 auf den Resonator 2 durch die Koppelöffnung 12, vom Resonator 2 auf den danebenliegenden Resonator 3 über die Koppelöffnung 23, vom Resonator 3 auf den darüberliegenden Resonator 4 über die Koppelöffnung 34 und schließlich sind die Resonatoren 4 bis 8 über die Koppelöffnungen 45, 56, 67 und 78 gekoppelt» !Die Koppelorgane sind also derart angeordnet, daß sie jeweils einer nach Art eines Mäanders ausgebildeten Linie folgen.

In der den Resonatoren 1 und 4 gemeinsamen Trennwand, ebenso wie in der den Resonatoren 5 und 8 gemeinsamen Trennwand ist jeweils ein zusätzliches Koppelelement bzw. 58 angeordnet, durch das in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander gekoppelt werden. Die zusätzlichen Koppelelemente 14 und 58 liegen also zwischen jeweils in der gleichen Zeile angeordneten Resonatoren»

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Im Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Koppelelemente 14 und 58 als kapazitive Stiftkopplungen ausgebildet, wobei die Stifte jeweils in aus dielektrischem Material bestehenden Scheiben 11 befestigt sind, deren Befestigung wiederum an den Trennwänden der Resonatoren beispielsweise durch eine Klebung erfolgen kann.

In der Schnittzeichnung nach Pig.2 sind noch die Innenleiter 1', 4^f, 5' und 8' der Resonatoren 1, 4, 5 und 8 zu erkennen, sowie auch die als Abstimmelemente wirkenden Schrauben 10, dio den Innenleitern an deren Stirnseite gegenüberliegend angeordnet sind und durch deren Eintauchtiefe die Endkapazität üer Resonatoren noch verändert und damit die Resonanzfrequenz der einzelnen Kreise eingestellt werden kann.

In Pig.3 ist das physikalische Ersatzschaltbild des in deii Pig. 1 und 2 dargestellten Pilters gezeigt und es sind die mit dem Filter nach Pig.1 wirkungsgleichen Elemente in Pig.3 mit gleichen Bezugsziffern versehen» Das Ersatzschaltbild zeigt eine Vierpolschaltung, in deren Querzweigen die Parallelresonanzkreise 1 bis 8 liegen. Der Eingang 9 bzw. der Ausgang 9' sind als eine Anzapfung an die Spulen der Resonanzkreise 1 und 8 dargestellt, da, wie auc Pig.2 au erkennen ist, die Innenleiter der Zuführungsleitungen 9 bzw. 9' an einen Teilabschnitt der Resonatorinnenleiter 1' bzw. 8^! herangeführt sind. Die Kopplung der Parallelresonanzkreise 1 bis 8 erfolgt über die Spulen 12, 23, 34, 45, 56, 67 und 78, durch die die induktiv wirkende Lochkopplung, wie sie in Pig.1 erkennbar ist, nachgebildet wird» Zusätzlich sind die Parallelresonanzkreise 1 und 4 über einen Kondensator 14 und die Parallelresonanzkreise 5 und 8 über einen Kondensator 58 miteinander gekoppelt, die Kondensatoren 14 und 58 bilden die' Stiftkopplungen

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bar/. 58 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 nach.

Bs läßt sich zeigen, daß das in Fig.3 gezeigte physikalische Ersatzschaltbild mit guter Näherung durch das in Pig. 4 dargestellte Ersatzschaltbild ersetzt v/erden kann« Die Schaltung nach Fig.4 ist eine Vierpolschaltung, in deren Eingangs quer zv/eig ein Parallelresonanzkreis liegt, dem im längszweig zwei Parallelresonanzkreise nachge-. schaltet sind, von denen der eine auf die Frequenz; £_+co-, und der andere auf die Frequenz f__0Q1 abgestimmt ist. Anschließend daran folgt im Querzweig ein weiterer Parallelresonanzkreis, dem im Längszweig eine Spule nach geschaltet ist. In dem sich an die Spule anschließenden Querzweig liegt wiederum ein Parallelresonanzkreis und es folgen im Längszweig zwei in Serie geschaltete Parallelresonanzkreise mit der Resonanzfrequenz f g und der Resonanzfrequenz f __ _o. An diese beiden Resonanz kreise schließt sich im Querzweig ein weiterer Parallelresonanzkreis an.

Dem in Fig.4 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbild ist ohne weiteres zu entnehmen, daß durch die beiden Überkopplungen 14 und 58 im Filter nach Fig. 1 zv/ei Dämpfungspolpaare erzeugt werden, die entsprechend der Fig.5, in der schematisch der Verlauf der Betriebsdämpfung a^ in Abhängigkeit von der Frequenz f aufgetragen ist, bei den Frequenzen £,„.,, f,_m9, f „ ₁

τOO ι τ OO £- ""OO I

und f ρ jeweils paarweise ober- und unterhalb des Durchlaßbereiches DB liegen.
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Anstelle von Koaxialleitungsresonatoren lassen sich auch Hohlleiterresonatoren oder Streifenleitungsresonatoren in der beschriebenen Weise anordnen.

Worin bei gleichartigen Resonatoren die Kopplung der Re-PA 9/433/97 - 7 -

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■■ sonatoren induktiv erfolgt und die zusätzliche Kopplung kapazitiv bzw. umgekehrt, die Kopplung der Resonatoren kapazitiv und die zusätzliche Kopplung induktiv, dann . können Polstellen bei reellen Frequenzen erzeugt werden, die sich als Polstellen im Därapfungsverlauf äußern. Nach den an sich bekannten Regeln der Filtertheorie ist es auch möglich, für die Kopplung der Resonatoren und die Zusatzkopplungen gleichartige Kopplungsmittel zu verwenden, wodurch Pole bei sogenannten komplexen Frequenzen erzeugt werden kennen. Solche Polstellen äußern sich bekanntlich durch eine Beeinflussung des Laufzeitverhaltens eines Filters und können demzufolge zur Erzielung besonderer Laufzeiteigenschaften bei einem Mikrowellenfilter verwendet werden. Aus diesem Grund ist es beispielsweise möglich, im Ausführungsbeispiel der Fig.1 die zusätzlichen Koppelelemente 14 bzw. 58 durch eine Lochkopplung zu ersetzen, die dann ebenso induktiv wirkt wie die Kopplungen 12, 23, 34 usw. Dämpfungspole bei komplexen Frequenzen lassen sich auch erzielen, wenn anstelle der Lochkopplungen kapazitiv wirkende Stiftkopplungen zur Kopplung der Resonatoren verwendet werden und die in Fig. 1 gezeichneten kapazitiv v/irkenden Stiftkopplungen bzw. 58 als Zusatzkopplungen erhalten bleiben.

Durch das im vorstehenden beschriebene Filter, das sur Erzielung der gewünschten Wirkung aus wenigstens vier einzelnen Resonatoren bestehen muß, läßt sich ein mechanisch kompakter Aufbau bei einem nur geringen Raumverbrauch erzielen. Darüberhinaus haben Filter mit Polstellen der Dämpfung auch den Vorteil, daß die Laufzeit innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereiches des Durchlaßbereiches verhältnismäßig klein und nahezu frequenzunabhängig verläuft, Da die Resonatoren eine gemeinsame Trennwand haben, wird man Resonatoren mit rechteck- oder kreisförmigem Querschnitt verwenden, wodurch sich eine

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verhältnismäßig einfache Fertigung und damit eine nur geringe Streuung der einzelnen Exemplare bei der Fertigung erzielen läßt.

4 'Lnsprüche

5 Figuren

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Claims

S c h u t ζ a η s ρ r ü c h e

1. Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens sechs miteinander gekoppelten Resonatoren, die in zwei übereinanderliegenden Zeilen derart angeordnet sind, daß die in beiden Zeilen nebeneinander bzxv. übereinander liegenden Resonatoren jeweils eine gemeinsame Trennwand haben, bei dem der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind, bei dem ferner die dem Filter zugeführte Energie abwechselnd über ein Koppelorgan in der gemeinsamen Trennwand übereinanderliegender Resonatoren und über ein Koppelorgan, in der gemeinsamen Trennwand nebeneinanderliegender Resonatoren auf einer Linie nach Art eines Mäanders übertragen wird, und weiterhin zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesshen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Resonatoren als einseitig kurzgeschlossene, mittels Schrauben (10) kapazitiv abstimmbare Koaxialleitungsresonatoren ausgebildet und mit einer gemeinsamen Kurzschlußebene versehen sind, daß die Innenleiter der koaxialen Anschlußleitungen (9,9') mit den Innenleitern (1¹, 8¹) des jeweils ersten und letzten Resonators (1,8) galvanisch verbunden sind, daß die zusätzliche Kopplung (14, 58) zwischen in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgenden Resonatoren in der gemeinsamen Trennwand von der gleichen Zeile liegenden Resonatoren (1, 45 5, 8) vorgesehen ist, und daß der erste Resonator (1) und der letzte Resonator (8) nicht unmittelbar benachbart angeordnet sind.

Bfk 1 Wis / 17. Febr. 1977

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2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h η et , daß die zur Kopplung der Resonatoren (1 bis 8) vorgesehenen Organe (z.B. 12, 23, 34) als induktiv wirkende Kopplungen und die zusätzliche Kopplung (z.B. 14) als kapazitiv wirkende Kopplung ausgebildet ist.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kopplung der Resonatoren (1 bis 8) vorgesehenen Organe (z.B. 12, 23, 34) als kapazitiv wirkende Kopplungen und die zusätzliche Kopplung (z.B. 14) als induktiv wirkende Kopplung ausgebildet ist.

4» Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungen der Resonatoren (1 bis 8) und die zusätzliche Kopplung (z.B. 14) untereinander gleichartig ausgebildet sind.