DE69424618T2

DE69424618T2 - Dielektrischer Resonator, dielektrisches Bandsperrfilter und dielektrisches Filter

Info

Publication number: DE69424618T2
Application number: DE69424618T
Authority: DE
Inventors: Masami Hatanaka; Toshio Ishizaki; Toshiaki Nakamura; Yuji Saka; Yuki Satoh
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1993-10-12
Filing date: 1994-10-10
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2014-10-11
Also published as: DE69427493D1; EP0647975A2; US6222429B1; US5714919A; US6414572B2; EP0877435A1; EP0877434A1; DE69427493T2; EP0877435B1; DE69424618D1; DE69427780T2; US20010011937A1; EP0647975B1; EP0877434B1; EP0880192B1; EP0880192A1; DE69431412D1; US6107900A; EP0647975A3; DE69431412T2

Description

1. Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dielektrischen Filter zum selektiven bzw. ausgewählten Filtern eines Hochfrequenz-Signals, welches eine gewünschte bzw. bestimmte Frequenz aufweist, welcher hauptsächlich in einer Basisstation eines mobilen Kommunikationssystems verwendet wird, wie zum Beispiel Autotelefone und tragbare Telefone. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen dielektrischen Bandsperr- bzw. Sperr- bzw. Kerb- (notch)Filter. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen dielektrischen Resonator, welcher den dielektrischen Filter bildet.

2. Beschreibung des technischen Hintergrundes:

In den zurückliegenden Jahren wurde ein Bandsperrfilter, welcher einen dielektrischen Resonator verwendet, mit der Entwicklung von mobilen Kommunikationssystemen, wie zum Beispiel Autotelefonen, zunehmend benötigt.
Hiernach wird ein beispielhafter herkömmlicher dielektrischer Bandsperrfilter unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden. Die Fig. 24A und 24B sind Außenansichten eines herkömmlichen dielektrischen Bandsperrfilters. Fig. 24A ist eine Draufsicht und 24B ist eine Seitenansicht. In diesen Figuren umfasst der dielektrische Bandsperrfilter zylinderförmige Metallausnehmungen bzw. -hohlräume 2401, ein Basiselement 2402, Abstimmelemente 2403, und Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 2404. Der in Fig. 24 gezeigte Bandsperrfilter weist fünf Resonatoren auf. Eine Übertragungsleitung bzw. -weg ist in dem Basiselement 2402 ausgebildet und elektromagnetisch mit den jeweiligen dielektrischen Resonatoren gekoppelt, um so den Bandsperrfilter zu bilden. Fig. 25 zeigt die Innenseite eines dielektrischen Resonators, welcher in dem herkömmlichen dielektrischen Bandsperrfilter, wie in Fig. 24 gezeigt, verwendet wird, auf eine vereinfachte Art. In dem Metallhohlraum 2401 sind ein dielektrischer Block 2501 und eine Koppelschleife 2502 zur elektromagnetischen Kopplung vorgesehen. Fig. 26 ist eine Querschnittsansicht und zeigt einen Einstell- bzw. Abgleichmechanismus zum Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung in dem herkömmlichen dielektrischen Resonator. Wie in Fig. 26 gezeigt, umfasst der Einstellmechanismus ein tragendes bzw. Stützelement 2 zum Tragen des dielektrischen Blocks 2501, eine Schleife 4a der Koppelschleife 2502, ein Erdungs- bzw. Bodenteil 4b der Koppelschleife 2502, einen Griff 4c zum Drehen der gesamten Koppelschleife 2502 und eine Stange bzw. einen Pol 5 der Koppelschleife 2502. Die Stange bzw. der Pol 5 ist aus einem Innenleiter 5a und einem Isolator 5b zusammengesetzt. Das Basiselement 2402 weist eine Übertragungsleitung 7 auf, welche als ein innerer Leiter dient, und äußere Leiter 8. Die Übertragungsleitung 7 wird von einem Stütz- bzw. Tragelement 9 getragen, welches ein Isolator ist. Im allgemeinen ist der dielektrische Block 2501 integral bzw. in einem Stück mit dem Stützelement 2 ausgebildet und wird von diesem getragen, unter Verwendung von Glas mit einem niedrigen Schmelzpunkt. Das Arbeitsprinzip des herkömmlichen dielektrischen Resonators mit der oben beschriebenen Konstruktion wird nachfolgend beschrieben werden. Wenn der dielektrische Block 2501 und die Koppelschleife 2502 in dem Metallhohlraum 2401 gehalten werden und die Übertragungsleitung 7 damit verbunden ist, wird ein elektromagnetisches Feld in dem Hohlraum 2401 erzeugt. Demzufolge weist der herkömmliche dielektrische Resonator eine Resonanzfrequenz auf, welche einem Resonanzmodus entspricht. Der Grad der elektromagnetischen Kopplung des dielektrischen Resonators ist ein kritischer Parameter bei der Bestimmung der elektrischen Eigenschaft bzw. Kennlinie des dielektrischen Resonators. Der Grad der elektromagnetischen Kopplung wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Linien der magnetischen Kraft bzw. des Feldes entlang bzw. durch den Querschnitt der Koppelschleife 2502 bestimmt. Das heißt, dass gemäß der herkömmlichen Technik die Koppelschleife 2502 mechanisch durch den Griff 4c gedreht wird und demzufolge die effektive Querschnittsfläche verändert wird, so dass die Anzahl der (Feld-)Linien der magnetischen Kraft entlang bzw. durch die Koppelschleife 2501 eingestellt wird.
Um die Impedanz des dielektrischen Resonators anzupassen bzw. abzugleichen, wird die elektrische Länge der Koppelschleife präzise bzw. genau so eingestellt, dass sie ein ungeradzahlig ganzzahliges Vielfaches einer Viertel-Wellenlänge ist.
Jedoch weist der oben beschriebene Stand der Technik die folgenden Nachteile auf:
(1) Ein komplizierter Mechanismus zum mechanischen Drehen der Koppelschleife wird benötigt, und demzufolge wird die Anzahl der benötigten Bestandteile erhöht.
(2) Die Vorrichtung zur Impedanzanpassung bzw. -abgleich ist begrenzt; und die Größe der Koppelschleife wird für niedrigere Frequenzen erheblich erhöht. Weiterhin ist es nicht möglich, einen größeren Kopplungsgrad zu erreichen, weil die Kopplungsschleife für höhere Frequenzen klein ist.
(3) Im allgemeinen ist der Bereich der Frequenzen, innerhalb dessen ein Impedanzabgleich erhalten werden kann, schmal.
(4) Um das Glas zum Anheften bzw. Kleben zu schmelzen, ist es erforderlich, das dielektrische Element mit Wärme zu behandeln. Die Haft- bzw. Klebestärke des Glases ist niedrig und die mechanische Stärke bzw. Zuverlässigkeit ist schlecht.
Als Folge entstehen die folgenden Probleme:
(1) Die Koppelschleife wird aufgrund von Vibrationen bzw. Schwingungen und Stößen leicht gedreht, so dass der Grad der elektromagnetischen Kopplung verändert wird.
(2) Das Herstellungsverfahren ist kompliziert.
(3) Die Herstellungskosten sind hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Der dielektrische Bandsperr-(notch)Filter gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Ein dielektrischer Filter gemäß dem Oberbegriff nach Anspruch 1 ist aus der EP-A2-0 501 389 bekannt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Grad der elektromagnetischen Kopplung durch eine elektrische Länge (Ec) der Kopplungs- Abgleich- bzw. -Einstell-Leitung eingestellt.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Impedauzwert der Impedanzabgleichvorrichtung in Abhängigkeit von der elektrischen Länge der Kopplungs-Abgleich- bzw. -Einstell-Leitung eingestellt bzw. abgeglichen.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform wird die Kopplungs-Einstell-Leitung durch eine TEM Moden-Übertragungsleitung gebildet, und der Grad der elektromagnetischen Kopplung wird durch ein dielektrisches Material eingestellt, welches zwischen die TEM Moden-Übertragungsleitung und dem Erd- bzw. Masse-Leiter eingefügt ist.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform ist die Impedanz-Abgleichs- Vorrichtung eine Induktivität bzw. Spule.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform ist die Induktivität eine Luftspule bzw. Spule ohne Kern.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Abgleichen der Impedanz ein Kondensator.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Abgleichen der Impedanz einen. Stich- bzw. Blindleitung.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform wird die Kopplungs-Einstell-Leitung (106) oder die Vorrichtung zum Abgleichen der Impedanz (110) durch ein Leitermuster gebildet, welches in bzw. auf einem dielektrischen Substrat vorgesehen ist.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform weist der dielektrische Bandsperrfilter gemäß der Erfindung mindestens zwei dielektrische Resonatoren und mindestens zwei Vorrichtungen zum Abgleichen der Impedanz auf, wobei jeder der dielektrischen Resonatoren Resonanzfrequenzen der jeweiligen mindestens zwei dieelektrischen Resonatoren aufweist, welche symmetrisch im Bezug auf die Filter- Mittenfrequenz (fo) verteilt sind.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform sind die mindestens zwei dielektrischen Resonatoren erste bis fünfte dielektrische Resonatoren, welche in einer Richtung von dem Eingangsanschluss zu dem Ausgangsanschluss angeordnet sind, und
die ersten bis fünften dielektrischen Resonatoren weisen jeweils Resonanzfrequenzen F1 bis F5 auf, wobei die Resonanzfrequenzen F1 bis F5 die folgenden Bedingungen erfüllen:
F4 = fo + df2
F2 = fo + df1
F1 = fo
F5 = fo - df1
F3 = fo -42
wobei 0 < df1 < df2, und fo die Mittenfrequenz des Filters bezeichnet.
Bei einer weiteren anderen Ausführungsform haben die Übertragungsleitungen zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonatoren und zwischen den vierten und fünften dielektrischen Resonatoren elektrische Längen, welche größer sind als λ/4x(2 m-1) und kleiner sind als λ/4x(2 m-1)+λ/8, die Übertragungsleitungen zwischen den zweiten und den dritten dielektrischen Resonatoren und zwischen den dritten und den vierten dielektrischen Resonatoren weisen elektrische Längen auf, welche größer sind als λ/4x(2 m-1)-λ/8 und kleiner sind als λ/4x(2 m-1), wobei λ eine Wellenlänge bezeichnet und m eine natürliche Zahl ist.
Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile: (1) Schaffen eines dielektrischen Bandsperrfilters mit einem vereinfachten Einstell- bzw. Abgleichmechanismus zum Einstellen des Kopplungsgrades, verglichen mit dem herkömmlichen dielektrischen Bandsperrfilter, wobei der Grad der elektromagnetischen Kopplung leicht eingestellt werden kann, (2) Schaffen eines Verfahrens zum Tragen bzw. Befestigen eines festen bzw. mechanisch stabilen dielektrischen Blockes, welcher mit niedrigerem Energieverlust leicht hergestellt werden kann, (3) Schaffen eines kompakten Hohlraumes mit einer hohen Leistungsfähigkeit, (4) Schaffen eines Abgleich- bzw. Einstell-, (tuning)Mechanismus, welcher mit einer kleineren Anzahl an Bestandteilen aufgebaut ist, und (5) Erzeugen von steilen Bandsperrfilter-Kennlinien.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten offensichtlich werden beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Außenansicht eines dielektrischen Bandsperrfilters gemäß einem Beispiel der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Ansicht, welche den inneren Aufbau bzw. Konstruktion des dielektrischen Bandsperrfilters in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild des dielektrischen Bandsperrfilters gemäß dem Beispiel der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild, bei welchem ein Reaktanz- bzw. Blindwiderstands-Element parallel mit einem seriellen Resonanzschaltkreis verbunden bzw. verschaltet ist.
Fig. 5A bis 5C sind Diagramme der Reflexions- und Übertragungs-Kennlinien mit verschiedenen Reaktanz-Werten des Reaktanz-Elements in dem in Fig. 4 gezeigten Schaltkreis.
Fig. 6A, 6B und 6C sind Ersatzschaltbilder, wenn ein serieller bzw. Serien- Resonanzschaltkreis mit der Übertragungsleitung verbunden ist.
Fig. 7 ist ein Diagramm und zeigt die Frequenzkennlinien der Impedanz des dielektrischen Resonators auf dem Smith-Diagramm und zeigt die Frequenzen zum Erhalten einer Resonanzfrequenz und eines äußeren Q Qext.
Fig. 8 ist ein erläuterndes Schaubild eines Impedanzwandlers.
Fig. 9 ist ein erläuterndes Schaubild eines Impedanzwandlers.
Fig. 10 zeigt das Verhältnis zwischen dem Ersatzschaltbild-Parameter des dielektrischen Resonators und der Länge der Kopplungs-Einstell- Leitung.
Fig. 11 ist eine Ansicht, welche eine beispielhafte Konstruktion bzw. Aufbau einer Kopplungs-Einstell-Leitung 106 in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 12 ist eine Ansicht, welche eine andere beispielhafte Konstruktion einer Kopplungs-Einstell-Leitung 106 in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 13 ist eine Ansicht, welche eine andere beispielhafte Konstruktion einer Kopplungs-Einstell-Leitung 106 in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Halten bzw. Befestigen des dielektrischen Blocks in dem Beispiel der Erfindung.
Fig. 15 ist eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Metallhohlraums in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 16A bis 16C sind Ansichten, welche jeweils ein Beispiel einer Koppelschleife und einer Position einer Koppelsonde in dem Beispiel der Erfindung zeigen.
Fig. 17 ist eine Ansicht, welche eine beispielhafte Konstruktion eines Metallhohlraums in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 18 ist eine Ansicht, welche eine beispielhafte Konstruktion eines dielektrischen Bandsperrfilters in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 19 ist eine Ansicht, welche eine andere beispielhafte Konstruktion eines dielektrischen Bandsperrfilters in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 20 ist eine Ansicht, welche ein beispielhaftes Koppeln zwischen den dielektrischen Resonatoren in dem Beispiel der Erfindung zeigt, was zu einem Bandpassfilter führt.
Fig. 21 ist eine Ansicht, welche eine beispielhafte Konstruktion eines Abgleich- bzw. Einstellmechanismus in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 22 ist eine Ansicht, welche eine beispielhafte Konstruktion eines Abgleich- bzw. Einstell-Mechanismus in dem Beispiel der Erfindung zeigt.
Fig. 23A und 23B sind Diagramme, welche eine Übertragungskennlinie bzw. eine Reflexionskennlinie der Filterkennlinien des dielektrischen Bandsperrfilters in dem Beispiel der Erfindung zeigen.
Fig. 24A ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen dielektrischen Bandsperrfilter, und Fig. 24B ist eine Seitenansicht des herkömmlichen dielektrischen Bandsperrfilters, welcher in Fig. 24A gezeigt ist.
Fig. 25 ist eine Ansicht, welche die innere bzw. Innenseiten-Konstruktion des herkömmlichen dielektrischen Resonators zeigt;
Fig. 26 ist eine Ansicht eines elektromagnetischen Kopplungsmechanismus eines herkömmlichen dielektrischen Resonators im Detail.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Hiernach wird ein Beispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1 ist eine Außenansicht eines dielektrischen Bandsperrfilters in einem Beispiel gemäß der Erfindung. Der dielektrische Bandsperrfilter dieses Beispiels umfasst fünf dielektrische Resonatoren. Jeder dielektrische Resonator enthält bzw. umfasst kasten- bzw. schachtel-artige bzw. -förmige Metallhohlräume 101a - 101e, Abgleich- bzw. Abstimm-(tuning)Schrauben 104a - 104e, dielektrische Blöcke 105a - 105e, Koppelschleifen 107a - 107e, und Trag- bzw. Stützelemente 109a - 109e. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet ein Gehäuseelement einer Übertragungsleitung zum Halten bzw. Tragen eines inneren Leiters einer Übertragungsleitung darin, und die Eingabe/Ausgabe-Verbindungselemente 103 sind auf dem Gehäuseelement 102 vorgesehen. Die dielektrischen Blöcke 105a - 105e und die Koppelschleifen 107a - 107e sind jeweils in den Metallhohlräumen 101a - 101e vorgesehen.
Fig. 2 zeigt die Innenseiten bzw. innere Konstruktion des Bandsperrfilters dieses Beispiels, welche in Fig. 1 gezeigt ist, durch das Entfernen der Abdeckbereiche der Metallhohlräume 101a - 101e. Fig. 2 zeigt auch die elektrische Verbindung in dem Gehäuseelement 102 für die Übertragungsleitung. In den Metallhohlräumen 101a - 101e sind jeweils die dielektrischen Blöcke 105a - 105e, welche durch die Stützelemente 109a - 109e gehalten werden, und die Koppelschleifen 107a - 107e vorgesehen. Die jeweiligen Enden der Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e mit den jeweiligen Längen Ec1 - Ec5 sind mit einer Übertragungsleitung 108 verbunden. Zwischen den Punkten, bei welchen die Übertragungsleitung 108 mit den Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e verbunden ist, sind Übertragungsleitungen 108a - 108d vorgesehen, welche jeweils die Längen E1 - E4 aufweisen. Die anderen Enden der Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e sind jeweils mit den Kopplungsschleifen 107a - 107e innerhalb der Metallhohlräume 101a - 101e verbunden. Bei den Punkten, bei welchen die Übertragungsleitung 108 mit den Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e verbunden ist, sind Reaktanz-Elemente 110a - 110e mit den Kopplungs-Einstell- Leitungen 106a - 106e bzw. den dielektrischen Resonatoren parallel verbunden bzw. verschaltet. Die Reaktanz-Elemente 110a - 110e sind aus Gründen des Einstellens bzw. Abgleichens der Impedanzen der jeweiligen dielektrischen Resonatoren verschaltet bzw. verbunden. Mit der oben beschriebenen Konstruktion sind die Übertragungsleitung 108 und die dielektrischen Blöcke 105a - 105e miteinander verbunden über die elektromagnetische Kopplung durch die jeweiligen Koppelschleifen 107a - 107e.
Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild des Bandsperrfilters. Jeder der oben beschriebenen dielektrischen Resonatoren ist als ein serieller Resonanzschaltkreis dargestellt, wie in Fig. 3 gezeigt. Demzufolge wirkt der dielektrische Bandsperrfilter der Erfindung als ein Band-Dämpfungs- bzw. -Unterdrückungs- Filter zum Entfernen von Signalen mit einer bestimmten Frequenz. Durch das Verändern des Grades der elektromagnetischen Kopplung durch die Koppelschleifen 107a - 107e können die Parameter des Ersatzschaltbildes (Ln, Cn, Rn; n = 1, 2, 3, 4, und 5) zum Bilden des in Fig. 3 gezeigten Resonanzschaltkreises verändert werden. Durch ein geeignetes Auswählen der Parameter des Ersatzschaltbildes und der Längen E1 - E4 können die gewünschten Bandsperrfilter-Kennlinien erhalten werden.
Eines der Hauptmerkmale der Erfindung ist die Verwendung eines Verfahrens, bei welchem die Längen Ec1 - Ec5 der Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e und die Werte der Reaktanz-Elemente 110a - 110e verändert werden durch Verwenden bzw. Übernehmen der Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e als eine Vorrichtung zum Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung des dielektrischen Resonators. Wie die Ersatzschaltbild-Parameter durch die Länge Ec1 - Ec5 der Kopplungs-Einstell-Leitungen 106a - 106e und die Reaktanz-Elemente 110a - 110e eingestellt werden können, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die relevanten Figuren und experimentelle Daten beschrieben werden.
Zuerst wird die Funktion der Reaktanz-Elemente 110a - 110e beschrieben. Die Reaktanz-Elemente 110a - 110e sind vorgesehen zum Abgleichen bzw. Anpassen der Impedanzen der jeweiligen dielektrischen Resonatoren. Ein idealer Resonator weist keinen Reaktanz-Bestandteil bei einer Frequenz auf, welche ausreichend von dem Resonanz-Punkt getrennt bzw. entfernt ist. Mit anderen Worten ist es erforderlich, den Reaktanz-Bestandteil bei der Frequenz zu unterdrücken bzw. herauszunehmen, welche ausreichend von dem Reaktanz-Punkt getrennt bzw. entfernt ist, um es dem dielektrischen Resonator zu ermöglichen als ein idealer Resonator zu arbeiten. Dieses Unterdrücken bzw. unwirksam machen wird durch die Reaktanz-Elemente 110a - 110e erreicht.
Fig. 4 zeigt einen Schaltkreis, bei welchem ein Reaktanz-Element 401 mit einem seriellen Resonanz-Schaltkreis parallel verbunden bzw. verschaltet ist. Fig. 5A - 5C zeigen die Reflexions-Kennlinie (hiernach als S11 bezeichnet) und die Übertragungskennlinie (hiernach als S21 bezeichnet), wenn der Reaktanz-Wert des Reaktanz-Elements 401 in Fig. 4 verändert wird und die Impedanz des gesamten Schaltkreises von einem induktiven Zustand zu einem kapazitiven Zustand verändert wird. Fig. 5A zeigt den Fall, wenn der dielektrische Resonator induktiv ist. Fig. 5B zeigt den Fall, wenn der dielektrische Resonator weder induktiv noch kapazitiv ist, d. h. den Fall, wenn die Impedanz abgeglichen bzw. angepasst ist. Fig. 5C zeigt den dielektrischen Resonator, wenn er kapazitiv ist. Wie in den Fig. 5A und 5C gezeigt, sind beide, S11 und S21, asymmetrisch in Bezug auf die Resonanzfrequenz, wenn die Impedanz des dielektrischen Resonators nicht abgeglichen ist, und der dielektrische Resonator arbeitet nicht als ein idealer Resonator. Entsprechend ist ein Reaktanz-Element 110 parallel mit dem dielektrischen Kondensator verbunden, wenn die Impedanz des dielektrischen Resonators induktiv oder kapazitiv ist (Fig. 5A oder 5C), wodurch der induktive Zustand oder der kapazitive Zustand des dielektrischen Resonators aufgehoben bzw. unterdrückt wird. Als Ergebnis kann der Zustand, bei welchem die Impedanz abgeglichen ist (Fig. 5B) verwirklicht werden. Um die Impedanz des dielektrischen Resonators abzugleichen, wird das Reaktanz-Element 110 so festgelegt bzw. eingestellt, dass es für den induktiven dielektrischen Resonator kapazitiv ist, und das Reaktanz-Element 110 wird so festgelegt, dass es induktiv ist, für einen kapazitiven dielektrischen Resonator.
Als nächstes wird die Impedanz in dem Fall beschrieben werden, wenn ein Reaktanz-Element parallel mit dem seriellen Resonanz-Schaltkreis verbunden ist, welcher mit der Übertragungsleitung verbunden ist. Zum Beispiel ist, wie in Fig. 6A gezeigt, ein serieller Resonanz-Schaltkreis mit einer Übertragungsleitung mit einer Länge Null verbunden (d. h. einer elektrischen Länge von Null). Die Frequenz-Stelle auf dem Smith-Diagramm des seriellen Resonanz-Schaltkreises in diesem Fall ist in Fig. 7 durch die gestrichelte Linie gezeigt. Das Verhältnis zwischen den Schaltkreis-Parametern des seriellen Resonanz-Schaltkreises zu diesem Zeitpunkt und der Stelle bzw. dem Ort in Fig. 7 wird nachfolgend beschrieben. In Fig. 7 bezeichnet f&sub0; die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators, f&sub1; und f&sub2; bezeichnen die Frequenzen, bei welchen der absolute Wert des Reaktanz-Bestandteils des dielektrischen Resonators gleich einem Wert einer äußeren Last ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das äußere Q Qext des dielektrischen Resonators durch die Gleichung (1) erhalten werden.
Qext = f&sub0;/ (f&sub1; - f&sub2;) .... (1)
Das Verhältnis zwischen Qext und der Konstanten Lr, Cr und Kr des Resonanz- Ersatzschaltbildes, wie in Fig. 6A gezeigt, kann durch unten stehende Gleichung (2) erhalten werden.
Lr = Qext · ZL/2πf&sub0;
Cr = 1/(2πf&sub0;)²/Lr
Kr = 2πf&sub0;Lr I Qu... (2)
wobei ZL eine Last-Impedanz bezeichnet und Qu ein nicht belastetes Q des dielektrischen Resonators bezeichnet.
Wenn der Kopplungsgrad des dielektrischen Resonators erhöht wird, wird der Wert von (f&sub1; -f&sub2;) erhöht (d. h. das Band wird verbreitert) und der Wert Qext wird verringert.
Des weiteren wird, wenn eine Übertragungsleitung mit einer Länge von Le verschaltet bzw. verbunden wird, wie in Fig. 6B gezeigt, der Ort bzw. die Stelle um 4πLe/λ (λ ist eine Wellenlänge) bezüglich des Ortes gedreht, welcher durch die gestrichelte bzw. unterbrochene Linie angezeigt ist, zu einem Ort, welcher durch eine strich-punktierte Linie in dem Smith-Diagramm, wie in Fig. 7 gezeigt, dargestellt ist. Um die Impedanzanpassung bzw. -abgleich zu erhalten, wie in Fig. 6C gezeigt, ist ein Reaktanz-Element, welches eine Induktivität Ls in diesem Fall ist, parallel mit dem seriellen Resonanz-Schaltkreis verbunden, der Ort wird um (1/ωLs) auf einer Linie mit gleicher Konduktanz bzw. Wirkleitwert auf dem in Fig. 7 gezeigten Smith-Diagramm bewegt, und der erhaltene Ort wird durch die durchgezogene Linie angezeigt. Die Resonanz-Kennlinien zu diesem Zeitpunkt sind die Serien-Resonanz-Kennlinien von L, C und R, wie in Fig. 6C gezeigt.
Zu diesem Zeitpunkt wird Qext' wie folgt ausgedrückt:
Qext' = f&sub0;'/(f&sub3; - f&sub4;) ...(3)
wobei f&sub0;' eine Resonanzfrequenz bezeichnet, f&sub3; und f&sub4; sind Frequenzen, bei welchen der absolute Wert des Reaktanz-Bestandteils bzw. -Komponente gleich einem äußeren Last-Wert in den Resonanz-Kennlinien, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 dargestellt, ist. Wie aus Fig. 7 gesehen wird, ist (f&sub3; -f&sub4;) größer als (f&sub1; - f&sub2;). Mit anderen Worten ist das Band in dem in Fig. 6C gezeigten Fall breiter als dasjenige in dem in Fig. 6A gezeigten Fall. Wie oben beschrieben wurde, kann die Impedanz des Resonanz-Schaltkreises verändert werden. Das heißt, wenn der Resonanz-Schaltkreis durch den dielektrischen Resonator gebildet wird, kann der Grad der elektromagnetischen Kopplung durch den oben beschriebenen Vorgang eingestellt werden.
Die oben beschriebenen Tatsachen werden durch ein Experiment ermittelt bzw. festgestellt, welches unter Bezugnahme auf die Fig. 8, 9 und 10 beschrieben werden wird. Fig. 8 zeigt einen Schaltkreis eines dielektrischen Resonators, welcher in dem Experiment verwendet wird. Der Schaltkreis entspricht einer der fünf Stufen der dielektrischen Resonatoren in dem oben beschriebenen Bandsperr- Filter. Demzufolge ist der Schaltkreis ein 1-stufiger Bandsperrfilter, mit welchem eine Übertragungsleitung 108 mit einer gewünschten Länge und Eingabe/Ausgabe- Verbindungselemente 103 verbunden sind. Zusätzlich ist ein Reaktanz-Element 110 parallel mit dem dielektrischen Resonator bei dem Punkt verbunden, bei welchem eine Kopplungs-Einstell-Leitung 106 mit einer Übertragungsleitung 108 verbunden ist, um die Impedanz des dielektrischen Resonators abzugleichen bzw. anzupassen. Fig. 9 zeigt ein Ersatzschaltbild des in Fig. 8 gezeigten dielektrischen Resonators. Die Länge Ec der verwendeten Kopplungs-Einstell-Leitung 106 wird so ausgewählt, dass sie 66, 68, 70 und 72 Millimeter (mm) beträgt. Der verwendete Hohlraum 101 hat eine innere Größe von 108 (Breite) · 140 (Tiefe) · 110 (Höhe) mm. Der Seitenbereich davon ist aus mit Kupfer beschichtetem bzw. plattiertem Eisen hergestellt, und der Deckenbereich und der Bodenbereich sind aus Aluminium hergestellt. Der dielektrische Block 105 weist einen äußeren Durchmesser von 62 mm, eine Höhe von 40 mm, und eine relative Dielektrizitätskonstante von 34 auf. Der dielektrische Block wird von einem 96% Aluminiumoxid (alumina) Tragelement 109 getragen, welches einen äußeren Durchmesser von 35 mm und eine Höhe von 30 mm aufweist. Die Koppelschleife 107 hat einen Querschnitt mit einer Fläche von 650 mm² und ist horizontal an dem Mittelpunkt des Seitenbereiches des Hohlraumes 101 in der Richtung der Breite (W) davon befestigt.
Fig. 10 zeigt das experimentelle Ergebnis des Verhältnisses zwischen dem Induktivitätswert L des Ersatzschaltbild-Parameters des dielektrischen Resonators und der Länge Ec der Kopplung-Einstell-Leitung. Die vertikale Achse gibt den Wert von L an, und die horizontale Achse gibt Ec an. Hierin entspricht die vertikale Achse dem Grad der elektromagnetischen Kopplung des dielektrischen Resonators. Der Grad der elektromagnetischen Kopplung wird erhöht, wenn der Wert von L verringert wird. Wie in Fig. 10 gezeigt, wurde festgestellt, dass wenn die Länge der Übertragungsleitung von 66 mm zu 72 mm verändert wird, der Wert von L von 10,3 · 10&supmin;&sup6; (H) zu 6,7 · 10&supmin;&sup6; (H) verändert wird. Der Wert von L wird im Bezug auf die Länge Ec (mm) der Kopplungs-Einstell-Leitung 106 linear verändert. Wenn der Wert von L genauer durch eine quadratische Gleichung angenähert wird, wird dieser durch nachfolgende Gleichung (4) ausgedrückt:
L = 78,097 - 1,4266Ec + 6,0531 · 10&supmin;³Ec² (· 10&supmin;&sup6; (H)) ...(4)
Wie oben beschrieben wurde, wurde experimentell festgestellt, dass die Schaltkreisparameter des Resonanz-Schaltkreises elektrisch verändert werden können, nicht durch das mechanische Verändern der wirksamen Querschnittsfläche der Koppelschleife, sondern durch Verändern der Länge Ec der Koppel-Einstell- Leitung 106. Insbesondere wird bei der Konstruktion dieses Beispiels, wie in Fig. 2 gezeigt, die Koppel-Einstell-Leitung 106 immer benötigt und die Koppel-Einstell- Leitung 106 wird eindeutig für die Impedanzwandlung des dielektrischen Resonators verwendet (das Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung) was das Hauptmerkmal der Erfindung ist. Das Verhältnis zwischen L und Ec, wie in Gleichung (4) gezeigt, ist nur ein Beispiel in dem Fall, wenn der verwendete Hohlraum, die Koppelschleife, und der dielektrische Block die oben definierten Größen aufweisen. Es wird festgestellt, dass wenn ein Hohlraum, eine Koppelschleife und eine dielektrische Schleife mit anderen Größen und Formen verwendet werden, es möglich ist, die Schaltkreis-Parameter des dielektrischen Resonators zu verändern mittels der Länge der Kopplungs-Einstell-Leitung.
In diesem Beispiel können die Längen Ec1 - Ec5 der Koppel-Einstell-Leitungen 106a - 106e durch die nachfolgenden Verfahren eingestellt werden. Bei dem ersten Verfahren kann ein Substrat, auf welchem ein Muster, wie zum Beispiel in den Fig. 11 und 12 gezeigt, aufgedruckt ist, als die Koppel-Einstell-Leitung verwendet werden. Durch Abschneiden bzw. Abschaben eines Teils des Musters, wie in Fig. 11 gezeigt, wird der Pfad bzw. Weg, durch welchen der Strom fließt, verändert, und demzufolge wird die elektrische Länge verändert. In Fig. 12 ist ein langes Muster und ein kurzes Muster parallel verbunden. Deshalb fließt in dem Zustand, wenn das Muster nicht abgeschabt bzw. abgeschnitten ist, der Strom hauptsächlich durch das kurze Muster. Wenn das kurze Muster abgeschält bzw. abgeschnitten wird, beginnt der Strom durch das lange Muster zu fließen, so dass die elektrische Länge verändert wird. Diese Verfahren erzielen eine hohe mechanische Festigkeit bzw. Zuverlässigkeit, und können sehr leicht die Länge verändern. Als das Substrat wird ein Aluminium-Substrat, ein Polytetrafluorethylen-Substrat, ein Glas-Epoxid- (glass epoxy) Substrat oder ähnliches verwendet, und das Substrat hat zum Beispiel eine Länge von 30 bis 50 mm und eine Breite von 20 bis 30 mm. Als Material des Musters wird Kupfer oder ähnliches verwendet und die Breite des Musters beträgt zum Beispiel 5 mm.
Auf dem Substrat können zusätzlich zu dem Elektroden-Muster der Kopplung- Einstell-Leitungen 106a - 106e die Impedanz-Abgleich-Elemente 110a - 110e ausgebildet werden. In einem solchen Fall kann die Anzahl der Bestandteile verringert werden.
Bei dem zweiten Verfahren, wie in Fig. 13 gezeigt, wird ein dielektrisches Material so ausgebildet, dass es näher bei dem Leiter der Kopplungs-Einstell- Leitung liegt, oder das dielektrische Material um den Leiter der Kopplungs- Einstell-Leitung wird ausgetauscht. In diesem Fall wird die elektrische Länge Ec der Leitung durch Gleichung (5) ausgedrückt unter Verwendung einer effektiven Dielektrizitätskonstante s um die Leitung.
Ece = Ec · &epsi;1/2 ... (5)
insbesondere kann die elektrische Länge Ece der Übertragungsleitung verändert werden, indem das dielektrische Material näher bei dem dielektrischen Material um die Übertragungsleitung ausgebildet wird, oder durch Austauschen des dielektrischen Materials. Gemäß diesem Verfahren kann die elektrische Länge genau eingestellt werden, ohne dass ein nicht gewünschtes Schneiden bzw. Abschaben erforderlich ist bzw. verursacht wird.
Was insbesondere anmerkenswert ist, ist der Verbindungs- bzw. Anschlussort des Reaktanz-Elements. Bei den Fällen, wenn ein Bandsperrfilter aus zwei oder mehr Stufen zusammengesetzt ist, wie in diesem Beispiel, wird das Reaktanz-Element 110 vorzugsweise bei einer Position angeschlossen bzw. verbunden, wo die Übertragungsleitung 108 und die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 verbunden sind. Der Grund dafür liegt darin, dass, wenn von der Seite betrachtet, auf welcher die Übertragungsleitung 108 vorgesehen ist, der Teil auf der Seite, auf welcher der dielektrische Block von der Kopplungs-Einstell-Leitung 106 vorgesehen ist, d. h. der Teil auf der Seite, auf welcher der dielektrische Block vorgesehen ist, von dem Verbindungs- bzw. Anschlusspunkt der Übertragungsleitung 108 und der Kopplungs-Einstell-Leitung 106 als ein dielektrischer Resonator angesehen werden kann. Das Reaktanz-Element 110 ist zum Abgleichen der Impedanz des dielektrischen Resonators vorgesehen. Selbst wenn die Impedanz abgeglichen wird durch das Verschalten bzw. Verbinden des Reaktanz-Elements 110 bei einem Punkt, bei welchem die Übertragungsleitung 108 und die Kopplungs-Einstell- Leitung 106 nicht verbunden sind, arbeitet der dielektrische Resonator nicht als idealer Resonator, weil der dielektrische Resonator nicht im Hinblick auf den Verbindungspunkt der Übertragungsleitung 108 und der Kopplungs-Einstell- Leitung 106 abgeglichen bzw. angepasst ist. Es ist wichtig, die Übertragungsleitung 108, die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 und das Reaktanz- Element 110 bei "einem Punkt" zu verbinden. Wenn ein Bandsperrfilter konstruiert wird unter Verwendung mehrerer Stufen von dielektrischen Resonatoren wirken die Längen der Übertragungsleitungen zwischen den Punkten, bei welchen die jeweiligen dielektrischen Resonatoren verbunden bzw. verschaltet sind (zum Beispiel E1, E2, E3 und E4 in Fig. 3) als Impedanz-Inverter, und die Längen sind kritische bzw. wesentliche Parameter zum Entwerfen des Bandsperrfilters. Entsprechend kann ein gewünschter Impedanz-Inverter als eine elektrische Länge zwischen den jeweiligen Punkten, bei welchen die Übertragungsleitung 108, die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 und das Reaktanz-Element 110 verbunden sind, realisiert werden durch das Verbinden des Reaktanz-Elements 110 bei einem Punkt, bei welchem die Übertragungsleitung 108 und die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 verbunden sind. Als Ergebnis können die Bandsperrfilter-Kennlinien, welche während des Entwurfes bestimmt bzw. festgelegt werden, erhalten werden.
Als Reaktanz-Element 110 wird zum Beispiel eine Luft- (air-core) Spule, ein Kondensator mit parallelen Platten-Elektroden, eine Übertragungs-Stich- bzw. - Blindleitung, oder ähnliches verwendet. Wenn die Luftspule als das Reaktanz- Element 110 verwendet wird, kann die Impedanz-Kennlinie des dielektrischen Resonators leicht durch Verformen der Luftspule eingestellt werden.
Bei diesem Beispiel kann die gesamte Länge der Kopplungs-Einstell-Leitung und der Kopplungsschleife so festgelegt werden, dass sie um ein Achtel der Wellenlänge oder weniger größer ist als eine Viertel Wellenlänge oder ein ungeradzahlig ganzzahliges Vielfaches einer Viertel Wellenlänge. Als Ergebnis wird eine Induktivität parallel mit dem offenen Ende der Koppelschleife verbunden, und demzufolge kann die Impedanz des dielektrischen Resonators abgeglichen bzw. angepasst werden. Des weiteren wird das Verfahren sehr leicht durchgeführt.
Ein Verfahren zum Anbringen des dielektrischen Blockes 105 an dem Metall- Hohlraum 101 in diesem Beispiel wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die relevanten Figuren. Fig. 14 zeigt ein Verfahren zum Anbringen des dielektrischen Blockes 105 an dem Metall-Hohlraum 101, und zeigt den Querschnitt des zylinderförmigen dielektrischen Blockes 105 entlang seiner Mittelachse. In Fig. 14 wird der dielektrische Block 105 durch ein zylinderförmiges Stütz- bzw. Tragelement 109 getragen, welches in einen ausgenommenen bzw. Vertiefungsbereich 1405 des dielektrischen Blockes 105 eingreift. Der dielektrische Block 105 und das Stütz- bzw. Tragelement 109 sind miteinander mit einem Bolzen 1401, einer Mutter 1402, und einer Unterlegscheibe 1403, welche aus einem Harz hergestellt sind, befestigt. Eine Bolzen-Druck-Platte 1404 weist ein Mittelloch auf, durch welches der Bolzen 1401 befestigt wird, und die Bolzen-Druck-Platte 1404 ist mit dem Metall-Hohlraum 101 mittels Schrauben 1406 befestigt. Der Bolzen 1401 tritt durch die Bolzen-Druck-Platte 1404, das Tragelement 109, den dielektrischen Block 105, die Unterlegscheibe 1403 und die Mutter 1402 in dieser Reihenfolge hindurch, um diese so zu einer einstückigen Einheit zu machen. Die Unterlegscheibe 1403 weist einen Vorsprung auf, welcher in das Durchgangsloch des dielektrischen Blockes 105 eingepasst wird, zum Positionieren des dielektrischen Blockes 105. Anstelle des Vorsprunges der Unterlegscheibe 1403 kann die Mutter 1402 einen Vorsprung aufweisen, welcher sicherstellt, dass der dielektrische Block 105 in seiner Position fixiert bzw. angeordnet werden kann. Der Metall-Hohlraum 101 weist ein Loch zum Aufnehmen des Kopfes des Bolzens 1401 auf, und Löcher, durch welche die Schrauben 1406 zum Befestigen der Bolzen-Druck-Platte 1404 durchgeführt sind.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion ist es möglich, den dielektrischen Block 105 und das Tragelement 109 als eine einstückige bzw. integrale Einheit auszubilden, und die Einheit kann leicht an dem Metall-Hohlraum 101 befestigt werden. Gemäß dem Halterungs-Verfahren für den dielektrischen Block in diesem Beispiel tritt der Bolzen 1401 durch einen Mittelbereich des dielektrischen Blockes 105 durch, mit einer niedrigeren magnetischen Flussdichte in den elektromagnetischen Feld, welches in dem Metall-Hohlraum 101 erzeugt wird, zum Befestigen des dielektrischen Blockes 105. Als Ergebnis ist es möglich, den Wert von Q des Resonanz-Schaltkreises zu erhöhen. Als Material für den Bolzen 1401, die Mutter 1402, und die Unterlegscheibe 1403 wird ein Material mit einer nedrigeren Dielektrizitätskonstante bevorzugt, zum Erhöhen des Wertes von Q. Insbesondere werden im Hinblick auf den Wert von Q und die mechanische Festigkeit Polycarbonat, Polystyren, Polytetrafluorethylen oder mit Glas gemischte Materialien davon vorzugsweise verwendet. Wenn das Tragelement 109 aus einem Material mit einer relativ kleinen Dielektrizitätskonstante gebildet wird, kann die magnetische Flussdichte in der Umgebung der unteren Oberfläche des Metallhohlraumes 101 verringert werden, so dass es möglich ist, einen dielektrischen Resonator mit einem höheren Wert von Q zu realisieren bzw. verwirklichen. Als Material des Stützelements 109 kann ein Material mit einer Dielektrizitätskonstante, welche ein Drittel der Dielektrizitätskonstante (30 bis 45) des dielektrischen Blockes 105 beträgt, wie zum Beispiel Aluminiumoxid (alumina), Magnesia, Forsterit (die Dielektrizitätskonstante davon beträgt ungefähr 10) oder ähnliches verwendet werden. Der Metall-Hohlraum 101 weist ein Loch zum Aufnehmen des Kopfes des Bolzens 1401 auf und die Dicke des Metall-Hohlraumes 101 um das Loch wird so festgelegt, dass sie größer ist als die Dicke des Kopfes des Bolzens 1401. Demzufolge ist es möglich zu verhindern, dass der Kopf des Bolzens 1401 oberhalb der Oberfläche des Metall-Hohlraumes 101 herausragt bzw. vorsteht. Aufgrund dieser Struktur kann verhindert werden, dass eine Belastung direkt an den Bolzen während des Transports des Filters selbst angelegt wird. Als Ergebnis ist es möglich, das Verschieben der Position des dielektrischen Blockes und eine physikalische Beschädigung des Bolzens zu verhindern.
Der ausgenommene bzw. vertiefte Bereich 1405 ist auf der unteren Oberfläche des dielektrischen Blockes 105 ausgebildet, und der Vorsprung ist auf dem Mittelbereich der Unterlegscheibe 1403 vorgesehen, so dass die Positionierung des dielektrischen Blockes 105 in Bezug auf den Metall-Hohlraum 101 leicht und genau durchgeführt werden kann. Des weiteren ist es möglich zu verhindern, dass die Resonanzfrequenz und der Kopplungsgrad verändert werden.
Wenn ein elektromagnetischer Resonanz-Modus des TE Modus verwendet wird, wird es dem Bolzen ermöglicht, durch das Durchgangsloch hindurchzutreten, welches parallel zu der Richtung der Ausbreitungsachse ist, und er wird durch die Unterlegscheibe und die Mutter befestigt, wodurch es möglich ist, den dielektrischen Block mit dem Hohlraum zu verbinden. Als Ergebnis ist es möglich, eine Verschlechterung des Wertes von Q zu minimieren, welche durch den Bolzen, die Unterlegscheibe und die Mutter verursacht wird.
Der Metall-Hohlraum 101, welcher in diesem Beispiel verwendet werden kann, wird unter Bezugnahme auf Fig. 15 beschrieben werden. Fig. 15 zeigt die Form des Metall-Hohlraumes 101 und die Form des dielektrischen Blockes 105 in diesem Beispiel. Der Metall-Hohlraum 101 weist eine rechteckige Parallelepiped-Form auf mit einer Breite (W) · einer Tiefe (D) · einer Höhe (H). Der Metall-Hohlraum 101 ist mit einer Abdeckung 1501 abgedeckt.
Für den Wert von Qu für das nicht belastete Q werden der herkömmliche zylinderförmige Hohlraum und der rechteckförmige Parallelepiped-Hohlraum in diesem Beispiel gemäß der Erfindung miteinander verglichen. Um den dielektrischen Bandsperrfilter, welcher den rechteckförmigen Parallelepiped- Hohlraum in diesem Beispiel der Erfindung verwendet, mit dem dielektrischen Bandsperrfilter, welcher den herkömmlichen zylinderförmigen Hohlraum verwendet, zu vergleichen, werden die tatsächlich gemessenen Ergebnisse von Qu, welche den gleichen dielektrischen Block verwenden, in Tabelle 1 wie nachfolgend gezeigt. Tabelle 1
In Tabelle 1 entspricht Spalte A dem dielektrischen Resonator der Erfindung, welcher einen rechteckförmigen Parallelepiped-Hohlraum mit einer Größe von 120 · 160 · 110 mm verwendet, Spalte B entspricht dem dielektrischen Resonator der Erfindung, welcher einen rechteckförmigen Parallelepiped-Hohlraum mit einer Größe von 100 · 160 · 110 verwendet, Spalte C entspricht dem dielektrischen Resonator der Erfindung, welcher einen rechteckförmigen Parallelepiped-Hohlraum mit einer Größe von 120 · 120 · 110 mm verwendet, und Spalte D entspricht dem dielektrischen Resonator der Erfindung, welcher einen rechteckförmigen Parallelepiped-Hohlraum mit einer Größe von 100 · 120 · 110 mm verwendet. Spalte E entspricht dem dielektrischen Resonator, welcher einen zylinderförmigen Hohlraum mit einer Größe von 140 φ· 105 mm verwendet, und Spalte F entspricht dem dielektrischen Resonator, welcher einen zylinderförmigen Hohlraum mit einer Größe von 120 φ·72 mm verwendet. Der dielektrische Block weist die spezifische Dielektrizitätskonstante von 33,4, die Höhe (h) von 30 mm, den äußeren Durchmesser (d) von 60 mmφ, und ein Material-Q von 53.000 auf. Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 1 gesehen wird, sind die Werte von Qu in allen Hohlräumen von A, B, C und D in diesem Beispiel der Erfindung besser bezüglich des Wertes von Qu (39.000) unter Verwendung des Hohlraumes von E. Durch das Volumenverhältnis ausgedrückt, ist das Volumenverhältnis der Bandsperrfilter in diesem Beispiel der Erfindung niedriger und besser als das eines herkömmliches Bandsperrfilters.
Der Wert von Q des dielektrischen Resonators wurde bisher als hauptsächlich durch die Wand des Metall-Hohlraumes, welche am nächsten bei dem dielektrischen Block liegt, bestimmt angesehen, d. h. bestimmt durch den kürzesten Abstand zwischen dem dielektrischen Block und dem Metall-Hohlraum, selbst wenn der gleiche dielektrische Block verwendet wird. Jedoch wird das elektromagnetische Feld, welches in dem Hohlraum erzeugt wird, in der longitudinalen bzw. Längsrichtung des Hohlraumes versetzt bzw. verschoben, wenn der Hohlraum die rechteckförmige Parallelepiped-Form aufweist, wie in dem Beispiel der Erfindung gezeigt. Entsprechend wurde festgestellt, dass wenn der Abstand zwischen dem dielektrischen Block und dem Hohlraum verkürzt wird, das elektromagnetische Feld in der longitudinalen Richtung ausweicht, so dass die Verschlechterung des Wertes von Q unterdrückt werden kann.
Wie oben beschrieben, kann der Hohlraum, welcher für den Bandsperrfilter dieses Beispiels verwendet wird, mit einer kleineren Größe realisiert werden als derjenigen eines herkömmlichen, und kann die Verschlechterung von Qu unterdrücken.
Die Formen des in Tabelle 1 gezeigten Hohlraumes sind solche, welche in dem Experiment verwendet wurden. In dem Hohlraum gemäß der Erfindung können die oben erwähnten Effekte nur erhalten werden, wenn der rechteckförmige Parallelepiped-Hohlraum zur Begrenzung des elektromagnetischen Feldes eine bestimmte Größe aufweist. Als Ergebnisse von verschiedenen ähnlichen Experimenten können die Effekte aufgrund des rechteckförmigen Parallelepiped- Hohlraumes bemerkbar bzw. deutlich erhalten werden, in dem Fall, wenn ein Metall-Hohlraum mit der rechteckförmigen Parallelepiped-Form mit einer Größe einer Breite (W) · einer Tiefe (D) · einer Höhe (H) und einem säulenförmigen oder zylinderförmigen dielektrischen Block mit einem Durchmesser (d) und einer Höhe (h) verwendet werden, wenn das Verhältnis der Tiefe (D) des Hohlraumes zu dem Durchmesser (d) des dielektrischen Blockes in dem Bereich von 1,3 bis 2,0, das Verhältnis der Breite (W) des Hohlraumes zu dem Durchmessers (d) des dielektrischen Blockes in dem Bereich von 2,0 bis 4,0 und das Verhältnis der Breite (W) des Hohlraumes zu der Tiefe (D) des Hohlraumes in dem Bereich von 1,2 bis 2,5 festgelegt wird.
Bei diesem Beispiel ist der dielektrische Block 105 elektromagnetisch unter Verwendung der Koppelschleife 107 gekoppelt. Wie bei anderen Kopplungs- Verfahren kann eine Kopplung unter Verwendung einer Kopplungs-Sonde 1601, wie in den Fig. 16A und 16C gezeigt, auch verwendet werden. Wie in Fig. 16A gezeigt, ist die Verteilung bzw. Richtung der Linie einer magnetischen Kraft in dem Hohlraum in einem Bereich mit relativ hoher Dichte gekoppelt, wenn die Koppelschleife 107 oder die Koppelsonde 1601 in der Richtung der Breite (der Richtung, welche durch W gekennzeichnet ist) des Metall-Hohlraumes 101 angebracht ist, so dass eine Kopplung mit einer höheren Dichte erhalten werden kann. Andererseits, wie in den Fig. 16A und 16C gezeigt, wenn die Koppelschleife 107 oder die Koppelsonde 1601 in der Richtung der Tiefe (der Richtung, welche durch D gezeigt ist) des Metall-Hohlraumes 101 angebracht ist, ist die Verteilung der Linien der magnetischen Kraft in dem Hohlraum in einem Bereich mit relativ geringer Dichte gekoppelt, so dass der Feinabgleich bzw. die Feineinstellung des Grades der Kopplung durchgeführt werden kann. Wenn als Kopplungsschleife 107 ein Metallstreifen mit einer Dicke von 0,3 bis 1 mm und einer Breite von ungefähr 3 bis 8 mm verwendet wird, und die Koppelschleife 107 mit dem Metall-Hohlraum 101 mittels Schrauben befestigt ist, können diese fest elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden.
Fig. 17 zeigt eine beispielhafte Konstruktion des rechteckförmigen Parallelepiped- Metall-Hohlraumes 101 dieses Beispiels. Bei dem Metall-Hohlraum 101 wird ein Körper-Element 1702 durch das Biegen einer Metallplatte so konstruiert, dass es rechteckförmige Öffnungen an den oberen und unteren Enden davon entlang der Umfangsrichtung des dielektrischen Blockes 105 aufweist. Die Öffnungen des Körperelements 1702 werden durch ein Abdeckelement 1701 und ein Basiselement 1703 geschlossen. Es wird angemerkt, dass der Metall-Hohlraum 101 nicht notwendig die in Fig. 17 gezeigten Bestandteile aufweisen muss. Jedoch, wenn ein TE&sub0;&sub1;δ Modus verwendet wird, wird ein elektrisches Wechsel-(AC)Feld in der Umfangsrichtung dem dielektrischen Blockes 105 erzeugt, so dass es bevorzugt wird, dass die Konstruktion den Wechselstrom nicht daran hindert, in der Umfangsrichtung in den Metall-Hohlraum 101 zu fließen, um weiter den Wert von Q in dem Hohlraum zu erhöhen. Bei der in Fig. 17 gezeigten Konstruktion ist das Körperelement 1702 integral bzw. einstückig als eine Schleife konstruiert, um es so einem Strom zu ermöglichen, in dem Hohlraum zu fließen. Wenn das Körperelement 1702 konstruiert wird, kann eine Verbindung 1706 nach dem Biegen der Metallplatte einfach mittels Schrauben verbunden werden. Alternativ können diese miteinander durch Schweißen, Löten, Silber-Löten oder Verkämmen bzw. Verhaken (tabling) verbunden werden, so dass der Verbindungswiderstand bei der Verbindung 1706 weiter verringert werden kann, und ein Resonator mit einem höheren Q verwirklicht werden kann. Des weiteren sind in Fig. 17 das Abdeckelement 1701, das Körperelement 1702 und das Basiselement 1703 als getrennte Elemente gezeigt. Alternativ können diese als eine integrale bzw. einstückige Einheit zum Zweck der Vereinfachung des Verfahrens ausgebildet werden. Bei diesem Beispiel kann der Metall-Hohlraum 101 zum Beispiel aus einer Metall-Platte hergestellt werden. Wenn eine solche Metall-Platte verwendet wird, kann der Hohlraum leichter bei geringeren Kosten hergestellt werden, verglichen mit einem herkömmlichen Dreh-Verfahren oder ähnlichem.
Fig. 18 zeigt eine Explosionsansicht der entwickelten Konstruktion des dielektrischen Bandsperrfilters in diesem Beispiel. In Fig. 18 weist der dielektrische Bandsperrfilter ein Basiselement 1801 und ein Abdeckelement 1802, ein Gehäuseelement 1803 für eine Übertragungsleitung 108 und ein Paar von Verbindungs-Füßen bzw. -Sockeln 1804 zum Tragen bzw. Halten der Eingabe/Ausgabe-Verbindungselemente 103 auf. Die Löcher 1805a - 1805e sind jeweils in den Metall-Hohlräumen 101a - 101e vorgesehen. Die Metall-Hohlräume 101 weisen jeweils Koppelschleifen 107a - 107e darin auf. Ein Ende von jeder Koppelschleife 107a - 107e ist mit dem korrespondierenden der Metall-Hohlräume 101a - 101e geerdet und das andere Ende davon ist nach außen durch das entsprechende der Löcher 1805a - 1805e geführt. Jeder der Metall-Hohlräume 101a - 101e weist rechteckförmige Öffnungen mit einem Längenverhältnis von 1,0 bis 2,0 als obere und untere Oberflächen auf. Das Abdeckelement 1802 weist Einstell-(tuning)Elemente 104a - 104e für die jeweiligen dielektrischen Resonatoren auf. Die Metall-Hohlräume 101a - 101e, welche jeweils die oben beschriebene Konstruktion aufweisen, sind in einer Richtung angeordnet und das Basiselement 1801 und das Abdeckelement 1802 sind integral bzw. einstückig so ausgebildet, um die oberen und unteren Öffnungen der Metall-Hohlräume 101a - 101e zu schließen. Das Gehäuseelement 1803 bildet ein Abschirm-(shielding)Metall für eine hochfrequente Übertragungsleitung eines abgeschirmten bzw. Triplate- Typs, durch vertikales Aufnehmen der Übertragungsleitung 108 dazwischen. In dem Gehäuseelement 1803 sind die Übertragungsleitung 108, die Kopplungs- Einstell-Leitungen 106a --106e und die Reaktanz-Elemente ll0a - 110e vorgesehen. Als Beispiel von solchen Reaktanz-Elementen 110a - 110e wird eine Luft-(air-core)Spule mit einem geerdeten Ende in diesem Beispiel verwendet.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion ist es möglich, die folgenden Effekte unter Verwendung einer minimalen Anzahl von notwendigen Bestandteilen zu erhalten.
(1) Es ist möglich, einen Metall-Hohlraum 101 mit einem hohen Wert von Q aus den oben beschriebenen Gründen zu bilden.
(2) Es ist möglich, eine Übertragungsleitung mit einem niedrigen Leistungsverlust zu verwirklichen.
(3) Es ist möglich, den Inverter zwischen den Resonatoren leicht einzustellen, durch Verändern des Punktes, bei welchem die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 verbunden wird.
(4) Es ist möglich, einen dielektrischen Bandsperrfilter zu bilden, welcher mechanisch extrem stabil bzw. fest ist.
Anstelle der Konstruktion des Metall-Hohlraumes 101, wie in Fig. 18 gezeigt, kann ein Metall-Körper-Element 1901 einer schachtelähnlichen bzw. kistenähnlichen Form und mit einer Kapazität bzw. Umfang von mehreren Hohlräumen verwendet werden und durch Unterteilungsplatten 1902 abgeteilt werden, und dann wird das Körperelement 1901 durch ein Abdeckelement 1903 geschlossen, wie in Fig. 19 gezeigt.
Das oben beschriebene Beispiel der Erfindung ist für einen Bandsperrfilter beschrieben. Zusätzlich kann die Konstruktion des Metall-Hohlraumes der Erfindung bei einem Bandpassfilter und ähnlichem angewandt werden. Fig. 20 zeigt schematisch die Konstruktion eines beispielhaften Bandpassfilters. Hierin umfasst der Bandpassfilter die Koppelschleifen 107 und Koppel-Fenster 2001. Wie oben beschrieben, kann das Verfahren zum Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung der Koppelschleife, das Verfahren zum Abgleichen der Impedanz, und die Metall-Hohlraum-Konstruktion verwendet werden, und die gleichen Effekte können erhalten werden. Bei diesem Beispiel kann ein Einstell- bzw. Abgleich-(tuning)Mechanismus für den Metall-Hohlraum 101 vorgesehen werden.
Das Abgleichelement bei diesem Beispiel wird unter Bezugnahme auf die Fig. 21 und 22 beschrieben werden.
Die Fig. 21 und 22 zeigen beispielhafte Konstruktionen des Abgleichelements in diesem Beispiel. In den Fig. 21 und 22 ist eine scheibenförmige bzw. - ähnliche Metall-Abstimm- bzw. Abgleichplatte 2101 integral bzw. einstückig mit einer Abgleichschraube 2102 ausgebildet. Das Abdeckelement 1802 und die Feststellmuttern 2103 und 2201 weisen jeweils mit Gewinde versehene Mittelöffnungen auf. Durch das Drehen der Abgleichschraube 2102 kann die Abgleichplatte 2101 nach oben oder nach unten bewegt werden. In Fig. 21 weist die Feststellmutter 2103 ein Durchgangsloch auf, damit eine Schraube 2104 hindurchtreten kann, und das Abdeckelement 1802 weist ein mit Gewinde versehenes Loch auf, welches spiralförmig mit der Schraube 2104 zusammenwirkt bzw. eingreift. In Fig. 22 weist die Feststellmutter 2201 ein Gewindeloch auf, welches spiralförmig mit der Schraube 2104 eingreift.
Die Konstruktion des Abgleich- bzw. Abstimm-Mechanismus, welche in Fig. 21 gezeigt ist, wird beschrieben werden. Bei diesem Beispiel ist das Abdeckelement 1802 mit einem Gewinde bei einer Position versehen, welche dem Durchgangsloch in der Feststellmutter 2103 entspricht. Die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators kann durch Bewegen der Abstimmplatte 2101 nach oben oder nach unten eingestellt werden. In diesem Beispiel ist das Abdeckelement 1802 so mit einem Gewinde versehen, dass es spiralförmig in das Gewinde der Abstimmschraube 2102 eingreift, so dass die Abstimmplatte 2101 nach oben und nach unten durch das Drehen der Abstimmschraube 2102 bewegt werden kann. Nachdem die Frequenz durch das oben beschriebene Verfahren abgestimmt wurde, wird die Abstimmschraube 2102 durch die Feststellmutter 2103 festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird, mit einem kleinen Zwischenraum bzw. Abstand (in dem Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm) zwischen der Feststellmutter 2103 und dem, Abdeckelement 1802, das Durchgangsloch der Feststellmutter 2103 mit dem Gewinde des Abdeckelements 1802 ausgerichtet, und die Schraube 2104 wird von oberhalb der Feststellmutter 2103 befestigt. Durch das Festziehen der Schraube 2104 wird die Feststellmutter 2103 gedrückt, so dass die Abstimmschraube 2102 sicher festgestellt werden kann.
Eine andere Konstruktion des Abstimmmechanismus, welche in Fig. 22 gezeigt ist, wird beschrieben werden. Bei diesem Beispiel wird die Feststellmutter 2201 so mit einem Gewinde versehen, dass sie spiralförmig mit dem Gewinde der Schraube 2104 eingreifen kann. Nachdem die Frequenz abgestimmt wurde, wird die Schraube 2104 unter Verwendung des Gewindes der Feststellmutter 2201 befestigt, so dass eine Kraft nach oben an die Feststellmutter 2201 angelegt wird, und demzufolge kann die Abstimmschraube 2102 sicher festgestellt bzw. befestigt werden.
Wie bei dem dielektrischen Bandsperrfilter dieses Beispiels der Erfindung wird ein Verfahren zum Festlegen der Schaltkreis-Parameter unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 beschrieben werden. Die Resonanzfrequenzen der dielektrischen Bandsperrfilter werden durch F1 bis F5 von der linken Seite in den Fig. 2 und 3 dargestellt, und die Werte von F1 bis F5 und die Übertragungsleitungen 108a - 108d werden wie in nachfolgender Gleichung (7) festgelegt.
F1 = fo
F2 = fo + df1
F3 = fo - df2
F4 = fo + df2
F5 = fo - df1
wobei 0< df1 < df2 ...(7)
Die Übertragungsleitungen 108a - 108d arbeiten als die Impedanz-Inverter, und die Kennlinien von jedem Inverter werden durch seine elektrische Länge bestimmt. Um steilere Auswahl-Kennlinien zu erhalten, werden die elektrischen Längen E1 - E4 der Übertragungsleitungen 108a - 108d jeweils festgelegt, wie in nachfolgender Gleichung (8).
E1 = λ/4 · (2m-1) + de1
E2 = λ/4 · (2m-1) - de2
E3 = λ/4 · (2m-1) - de3
E4 = λ/4 · (2m-1) + de4. (g)
wobei λ eine Wellenlänge einer Mittenfrequenz bezeichnet, m eine natürliche Zahl ist, und de1 bis de4 sind reelle Zahlen gleich λ/8 oder weniger.
Auf diese Art wird der Bandsperrfilter konstruiert durch Festlegen der Resonanzfrequenzen, so dass diese symmetrisch in Bezug auf die Mittenfrequenz sind, und durch Verschieben der elektrischen Längen der Übertragungsleitungen 108a - 108d, welche als Inverter funktionieren bzw. wirken, um 90º (λ/4). Wenn der Bandsperrfilter auf die oben beschriebene Art aufgebaut wird, können gleiche Welligkeits-(ripple)Kennlinien in dem Sperrbereich bzw. Sperrband in den Übertragungskennlinien erhalten werden. Weiterhin ist es möglich, einen Pol in der Nähe bzw. Umgebung des Sperrbandes in den Reflexions-Kennlinien zu erzeugen. Als Ergebnis können steile Filter-Kennlinien erhalten werden.
Das heißt, dass das Verfahren zum Erhalten der steilen Bandsperrfilter-Kennlinien, wenn fünf Stufen von Resonatoren verwendet werden, durch die Gleichungen (7) und (8) dargestellt wird, und das Verfahren wird nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Die Resonanzfrequenz des erststufigen Resonators wird so festgelegt, dass sie die Mittenfrequenz des Filterbandes ist, die Resonanzfrequenz des Resonators der zweiten Stufe wird so festgelegt, dass sie um df1 höher liegt als die Mittenfrequenz, die Resonanzfrequenz des Resonators der vierten Stufe wird so festgelegt, dass sie um df2 höher liegt als die Mittenfrequenz, die Resonanzfrequenz des Resonators der fünften Stufe wird so festgelegt, dass sie um df1 niedriger liegt als die Mittenfrequenz, und die Resonanzfrequenz des Resonators der dritten Stufe wird so festgelegt, dass sie um df2 niedriger liegt als die Mittenfrequenz. Die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen zwischen den Resonatoren der ersten Stufe und der zweiten Stufe und zwischen den Resonatoren der vierten Stufe und der fünften Stufe werden so festgelegt, dass sie größer sind als ein ungeradzahlig ganzzahliges Vielfaches von λ/4 um λ/8 beim Maximum. Die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen zwischen den Resonatoren der zweiten Stufe und der dritten Stufe und zwischen den Resonatoren der dritten Stufe und der vierten Stufe werden so festgelegt, dass sie kleiner sind als ein ungeradzahliges ganzzahliges Vielfaches von λ/4 um λ/8 bei dem Maximum.
Zum Beispiel wird der Entwurf bzw. die Auslegung eines Bandsperrfilters mit einer Mittenfrequenz der Dämpfung von 845,75 MHz, einer Sperrbandbreite von 1,1 MHz und einer Dämpfungsgröße von 21 dB in Gleichung (9) gezeigt werden.
F1 = 845,75 MHz = fo
F2 = 846,16 MHz = fo + df1
F3 = 845,20 MHz = fo - df2
F4 = 846,31 MHz = fo + df2
F5 = 845,36 MHz = fo - df1
wobei df1 = 0,40 ± 0,02 MHz und
df2 = 0,55 ± 0,02 MHz,
Qext1 = 1263
Qext2 = 1235
Qext3 = 1752
Qext4 = 3493
Qext5 = 2046
E1 = 117º = λ/4 + 3/40
E2 = 75º = λ/4 - λ/24
E3 = 83º = λ/4 - 7/360
E4 = 130º = λ/4 - λ/9 ... (9)
wobei λ eine Wellenlänge einer Mittenfrequenz bezeichnet.
Hierin sind Qext1 bis Qext5 äußere Q der dielektrischen Resonatoren, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt. In den Fig. 2 und 3 sind die äußeren Q's der dielektrischen Resonatoren aufeinanderfolgend bezeichnet als Qext1, Qext2, Qext3, Qext4 und Qext5 von der linken Seite der Figuren. Als tatsächlich gemessene Werte der Kennlinien des Bandsperrfilters mit dem oben beschriebenen Aufbau sind die Übertragungskennlinie (S21) und die Reflexionskennlinie (S11) in den Fig. 23A bzw. 23B gezeigt. Wenn ein Bandsperrfilter auf die oben beschriebene Art konstruiert ist, können die gleichen Welligkeits-Kennlinien in dem Band in den Durchlass-Kennlinien erhalten werden, und Pole können in der Umgebung bzw. Nähe des Bandes in den Reflexions-Kennlinien erzeugt werden (d. h. Senken zwischen den Markern 1 und 2 und zwischen den Markern 3 und 4 in Fig. 23B). Als Ergebnis können steile Bandsperrfilter-Kennlinien erhalten werden.
Zusammengefasst ist das nachfolgende das Verfahren zum Erhalten steiler Bandsperrfilter-Kennlinien, wenn fünf Stufen der Resonatoren verwendet werden. Wie in den Gleichungen (3) und (4) gezeigt, wird die Resonanzfrequenz des Resonators der ersten Stufe so festgelegt, dass es die Mittenfrequenz des Filterbandes ist und die Resonanzfrequenz des Resonators der zweiten Stufe wird so festgelegt, dass sie höher liegt als die Mittenfrequenz, die Resonanzfrequenz des Resonators der vierten Stufe wird so festgelegt, dass sie viel höher liegt, die Resonanzfrequenz des Resonators der fünften Stufe wird so festgelegt, dass sie niedriger liegt als die Mittenfrequenz, und die Resonanzfrequenz des Resonators der dritten Stufe wird so festgelegt, dass sie viel niedriger liegt. Zusätzlich werden die elektrischen Längen der Übertragungsleitungen zwischen den Resonatoren der ersten Stufe und der zweiten Stufe und zwischen den Resonatoren der vierten Stufe und der fünften Stufe so festgelegt, dass sie größer sind als ein ungeradzahlig ganzzahliges Mehrfaches von λ/4 um λ/8 bei dem Maximum, und die elektrische Länge der Übertragungsleitung zwischen den Resonatoren der zweiten Stufe und der dritten Stufe und zwischen den Resonatoren der dritten Stufe und der vierten Stufe werden so festgelegt, dass sie niedriger sind als ein ungeradzahlig ganzzahliges Mehrfaches von λ/4 um λ/8 beim Maximum.
Gemäß diesem Beispiel sind bei der Übertragungsleitung 108, welche in dem Filter enthalten ist, die Segmente bzw. Abschnitte (E2 und E3), welche Inverter bilden, mit einer kürzeren elektrischen Länge und die Segmente (E1 und E4), welche Inverter bilden, mit einer längeren elektrischen Länge, symmetrisch angeordnet. Das heißt, die Übertragungsleitung 108 ist in dem Mittel- bzw. Mittenbereich der gesamten Filterkonstruktion angeordnet, und im wesentlichen symmetrisch positioniert. Es gibt keinen Fall, bei welchem ein Seitenbereich extrem lang oder kurz ist. Dies ist praktisch zum Verbinden der Übertragungsleitung 108 mit der Koppelschleife 107 mit der bzw. durch die Kopplungs-Einstell-Leitung 106 mit einer durchschnittlichen Länge (ungefähr 60 mm) und zum Einstellen des Kopplungsgrades. Wenn ein Teil der Übertragungsleitung 108, welcher einen Inverter bildet, erheblich länger ist, ist es physikalisch nicht möglich, die Übertragungsleitung 108 mit der Koppelschleife 107 mit der Kopplungs-Einstell- Leitung 106 mit einer durchschnittlichen Länge zu verbinden, und es ist schwierig, den Kopplungsgrad durch das Einstellen der Länge der Kopplungs-Einstell-Leitung 106 zu verändern. Bei diesem Beispiel kann anstelle der Koppelschleife eine koppelnde Sonde (probe) verwendet werden. In einem solchen Fall können die gleichen Effekte erhalten werden.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zum Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung in einem dielektrischen Resonator mit einer kleineren Anzahl an Bestandteilen und mit einer verbesserten mechanischen Zuverlässigkeit zu schaffen.
Weiterhin ist es möglich, einen dielektrischen Resonator mit einem vereinfachten Aufbau und idealen Impedanz-Kennlinien zu verwirklichen, und ein dielektrischer Bandsperrfilter kann leicht entworfen bzw. entwickelt und konstruiert werden.
Des weiteren ist es möglich, ein Verfahren zum Tragen eines dielektrischen Blockes auf eine mechanische und eine elektrisch verbesserte Art zu erhalten, unter Verwendung einer kleineren Anzahl an Bestandteilen.
Weiterhin ist es möglich, einen kompakten Metall-Hohlraum mit einem höheren Wert für Q zu erhalten.

Claims

1. Dielektrischer Bandsperr-(notch)Filter mit:

einer Übertragungsleitung (108) zum Übertragen eines hochfrequenten Signals;

einem Eingangs- bzw. Eingabeanschluss und einem Ausgangs- bzw. Ausgabeanschluss (103), welche bei beiden Enden der Übertragungsleitung (108) vorgesehen sind;

einem Erdungs- bzw. Masse-Leiter zum Bereitstellen bzw. Liefern eines Erdungs-Potentials; und

mindestens einem dielektrischen Resonator, welcher zwischen dem Erdungsleiter und der Übertragungsleitung (108a-e) vorgesehen ist, wobei jeder der mindestens einen dielektrischen Resonatoren aufweist:

einen Hohlraum (101a-e), welcher mit dem Erdungsleiter verbunden ist;

einen dielektrischen Block (105a-e), welcher in dem Hohlraum (101a-e) vorgesehen ist;

eine Kopplungsvorrichtung (107a-e), welche mit dem elektromagnetischen Feld gekoppelt ist, welches in dem Hohlraum (101a-e) erzeugt wird; und

eine Kopplungs-Einstell- bzw. -Abgleich-Leitung (106a-e) zum Verbinden der Kopplungsvorrichtung (107a-e) mit der Übertragungsleitung (108a-e) und

zum Einstellen des Grades der elektromagnetischen Kopplung des dielektrischen Resonators, dadurch gekennzeichnet, dass

der dielektrische Bandsperrfilter weiter mindestens eine Impedanz-Abgleich- Vorrichtung (110a-e) aufweist, welche mit dem Erdungsleiter und der Übertragungsleitung (108a-e) verbunden ist, wobei jede der mindestens einen Impedanz-Abgleich-Vorrichtungen (110a-e) jeweils einem der mindestens einen dielektrischen Resonatoren entspricht.

2. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei der Grad der elektromagnetischen Kopplung durch die elektrische Länge (Ec) der Kopplungs- Einstell-Leitung (106) eingestellt wird.

3. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei der Impedanz-Wert der Impedanz-Abgleich-Vorrichtung (110) in Abhängigkeit von der elektrischen Länge der Kopplungs-Einstell-Leitung (106) eingestellt wird.

4. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei die Kopplungs-Einstell- Leitung (106) aus einer TEM Moden-Übertragungsleitung gebildet wird und der Grad der elektromagnetischen Kopplung wird durch ein dielektrisches Material eingestellt, welches zwischen der TEM Moden-Übertragungsleitung und dem Erdungsleiter eingefügt bzw. dazwischen angeordnet ist.

5. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei die Impedanz-Abgleich- Vorrichtung (110) eine Induktivität bzw. Spule ist.

6. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 5, wobei die Induktivität (110) eine Luft-(air-core)Spule ist.

7. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei die Impedanz-Abgleich- Vorrichtung (110) ein Kondensator ist.

8. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei die Impedanz-Abgleich- Vorrichtung eine Stich- bzw. Blindleitung ist.

9. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, wobei die Kopplungs-Einstell- Leitung (106) oder die Impedanz-Abgleich-Vorrichtung (110) durch ein Leitungsmuster gebildet wird, welches auf einem dielektrischen Substrat vorgesehen bzw. ausgebildet ist.

10. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 1, mit mindestens zwei dielektrischen Resonatoren (106a-e) und mindestens zwei Impedanz-Abgleich- Vorrichtungen (110a-e), wobei jeder der dielektrischen Resonatoren Resonanzfrequenzen der jeweils mindestens zwei dielektrischen Resonatoren enthält, welche symmetrisch in Bezug auf die Filter-Mittenfrequenz (fo) verteilt sind.

11. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 10, wobei die mindestens zwei dielektrischen Resonatoren erste bis fünfte dielektrische Resonatoren (106a-e) sind, welche in einer Richtung von dem Eingabeanschluss zu dem Ausgabeanschluss (103) angeordnet sind, und

die ersten bis fünften dielektrischen Resonatoren (106a-e) weisen jeweils Resonanzfrequenzen F1 bis F5 auf, wobei die Resonanzfrequenzen F1 bis F5 die Bedingungen erfüllen:

F4 = fo + df2

F2 = fo + df1

F1 = fo

F5 = fo - df1

F3 = fo - df2

wobei 0 < df1 < df2 und fo die Filter-Mittenfrequenz bezeichnet.

12. Dielektrischer Bandsperrfilter nach Anspruch 11, wobei die Übertragungsleitungen zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Resonatoren (106a, 106b) und zwischen den vierten und fünften dielektrischen Resonatoren (106d, 106e) elektrische Längen aufweisen, welche größer sind als λ/4 · (2m-1) und kleiner sind als λ/4 · (2m-1) + λ/8, die Übertragungsleitungen zwischen den zweiten und dritten dielektrischen Resonatoren (106b-106c) und zwischen den dritten und vierten dielektrischen Resonatoren (106c-106d) weisen elektrische Längen auf, welche größer sind als λ/4 · (2m-1) - λ/8 und kleiner sind als λ/4 · (2m-1), wobei λ eine Wellenlänge bezeichnet und m eine natürliche Zahl ist.