DE69618495T2

DE69618495T2 - Verfahren zum Kompensieren der Dispersion und Vorrichtung für Mikrowellenfilter

Info

Publication number: DE69618495T2
Application number: DE69618495T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Cameron
Original assignee: Com Dev Ltd
Current assignee: Com Dev Ltd
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2002-09-12
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: EP0736923B1; EP0736923A1; US5739733A; DE69618495D1; CA2173036A1; GB9506866D0; CA2173036C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft selbstentzerrende und extern entzerrte Mikrowellenfilter sowie ein Verfahren für deren Betrieb. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Filter und ein Verfahren für dessen Betrieb, bei der eine Dispersionsneigung eines Ausgangs des Filters reduziert wird.
Dielektrische Resonatorfilter werden in zunehmendem Maße in Repeater- Subsystemen für Kommunikationssatelliten eingesetzt, die als Eingangsdemultiplexer- (IMUX) Filter für Breitbandkanäle hoher Qualität dienen, die solche Satelliten führen. Die Spezifikationen für Inbandamplitude und Gruppenlaufzeitlinearität sowie die Sperrung von bandnahem Rauschen und Interferenz, sind für IMUX- Filter gewöhnlich sehr streng, und es ist bekannt, dass Hohlleiterfilter hoher Leistung den Anforderungen gerecht werden.
Frühere Filter wurden entweder für eine externe Entzerrung (EE) oder für eine Selbstentzerrung (SE) von Inband-Gruppenlaufzeiten konfiguriert. Externe Entzerrung bedeutet, dass ein Bandpassfilter die Sperrleistung bereitstellt, während separate zirkulatorgekoppelte Entzerrerhohlräume, die auf dieselbe Mittenfrequenz abgestimmt sind wie der Filter, Nichtlinearitäten der Inband- Gruppenlaufzeit von Bandpassfiltern kompensieren, was zu einem insgesamt flachen Inband-Gruppenlaufzeitverhalten führt. Ein selbstentzerrender Filter wird mit internen Kopplungen zwischen nicht benachbarten Resonatoren zusätzlich zu den Sequenzialresonator-Hauptkopplungen versehen, die die Inband- Linearität und die hohe Selektivität ergeben, ohne Notwendigkeit für externe Entzerrerhohlräume. Die Leistungen des EE-Filters sind im Allgemeinen elektrisch geringfügig besser als die des SE-Äquivalents, er ist aber weniger kompakt und temperaturstabil und komplexer in der Herstellung, weil er mehr Teile und Haltevorrichtungen braucht.
Die Leistungen von extern entzerrten oder selbstentzerrenden Filtern sind zwar im Allgemeinen gut, aber ein Nachteil besteht darin, dass sie dazu neigen, recht groß und schwer zu sein, selbst dann, wenn sie mit Doppelmodus- Resonatoren (zwei elektrischen Resonanzen in einem physikalischen Hohlraum) ausgeführt sind. Mit der Entwicklung dielektrischer Materialien hoher Leistung wurde es jedoch möglich, den reinen Hohlleiter-Resonatorhohlraum durch einen dielektrisch geladenen Hohlraum mit gleicher Leistung zu ersetzen, der jedoch eine viel geringere Größe und Masse hat. Dielektrisch geladene Resonatoren können nach Bedarf in derselben Weise zu SE- oder EE-Filtern gekoppelt werden wie reine Hohlleiterresonatoren. Das Ergebnis ist nicht nur ein leichterer und kleinerer Filter mit einer Leistung, die mit der gleichwertig ist, die mit einer reinen Hohlleiterausführung erhältlich ist, sondern auch eine praktischere mechanische Konfiguration (für dichtes Packen oder Stapeln) und eine inhärent robuste Struktur mit weniger Teilen. Außerdem ist mit dielektrischen Filtern ein automatischer Temperaturausgleich möglich, so dass sie aus Aluminium anstatt Invar gebaut werden können, wie dies für die Stabilisierung von Hohlleiterfiltern notwendig ist.
Es sind dielektrische Resonatorfilter im C- und Ku-Band bekannt, insbesondere selbstentzerrende für IMUX-Anwendungen. Es ist auch bekannt, den dielektrischen TEHoi Resonanz-Einzelmodus zu benutzen, unter anderem aufgrund seines hohen ungeladenen Q-Faktors (Qu), seiner einfachen Herstellung und seiner hohen Flexibilität. Die Leistungen dieser Filter waren denen der zuvor bekannten Hohlleiterfilter ebenbürtig, sie hatten jedoch nur etwa 25-30% der Masse und etwa 20% des Volumens der genannten bis dahin bekannten Filter.
Inbandneigungen in der Gruppenlaufzeitleistung dieser dielektrischen Filter haben sich als problematisch erwiesen, besonders in den Breitbandversionen. Gruppenlaufzeitneigungen werden durch ein Dispersion genanntes Phänomen verursacht, das bei dielektrisch geladenen Filtern dadurch verursacht wird, dass sie näher an der Grenzfrequenz arbeiten als Hohlleiterfilter.
Dispersionsgruppenlaufzeitneigungen können durch "Gegenabstimmung" oder durch den Einbau einer speziellen asymmetrischen Kreuzkopplung in SE-Filter beim Entwurf des Prototyps entgegengewirkt werden, um die Gruppenlaufzeitkennkurve in der entgegengesetzten Richtung zur Dispersionsneigung vorzuverzerren, um so die Neigung zu beseitigen. Beide Verfahren wurden zwar mit einigem Erfolg angewendet, sie sind aber recht empfindlich und führen häufig zu einer gewissen Verringerung der Filterleistung in anderen Bereichen. Die CA-A-1189154 beschreibt einen Dreifachmodus-Allpassfilter, der so gestaltet werden kann, dass er als Gruppenlaufzeitentzerrer fungieren kann. M. H. Chen beschreibt in einem Artikel in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Band 30, Nr. 9, September 1982, New York, auf den Seiten 1380-1383 den Aufbau eines Mehrhohlraum-Entzerrers. In einem Artikel der 9t" European Microwave Conference - proceedings, 17.-20. September 1979 in Brighton (GB), beschreiben L. F. Fronti et al auf den Seiten 402-406 einen pseudoelliptischen, phasenentzerrten Filter.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Mikrowellenfilter und ein Verfahren zum Reduzieren einer Dispersionsneigung eines Ausgangs des Mikrowellenfilters bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Mikrowellenfilter bereitgestellt, der mindestens einen Hohlraum mit einem dielektrischen Resonator aufweist, wobei der genannte Hohlraum Selbstentzerrungssonden und/oder Selbstentzerrungsöffnungen darin aufweist, wobei der genannte Filter einen Eingang und einen Ausgang aufweist, die betriebsmäßig daran angeschlossen sind, wobei der genannte Ausgang des genannten Filters mit einem Eingang eines Zirkulators verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator einen Eingang/Ausgang und einen Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators an einen Entzerrer angeschlossen ist, wobei der genannte Filter dadurch gekennzeichnet ist, dass der genannte Entzerrer einen dielektrischen Resonator enthält, wobei der Resonator des genannten Entzerrers sich von dem Resonator des genannten Filters geringfügig unterscheidet, so dass der genannte Entzerrer auf eine geringfügig andere Frequenz abgestimmt werden kann als der genannte Filter, wobei der genannte Entzerrer und die genannten Selbstentzerrungssonden und/oder Selbstentzerrungsöffnungen so arbeiten können, dass sie eine Dispersionsneigung des genannten Filters verringern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Mikrowellenfilter mit wenigstens einem Resonanzhohlraum bereitgestellt, wobei der genannte Filter einen Hohlleiter sowie einen Eingang und einen Ausgang aufweist, die betriebsmäßig damit verbunden sind, wobei der genannte Ausgang des genannten Filters mit einem Eingang eines Zirkulators verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator einen Eingang/Ausgang und einen Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators mit einem Entzerrer verbunden ist, wobei der genannte Filter durch extrahierte Polhohlräume gekennzeichnet ist, wobei sich die genannten extrahierten Polhohlräume in dem genannten Filter zwischen dessen Eingang und Ausgang befinden, wobei die genannten extrahierten Polhohlräume Übertragungsnullen innerhalb des genannten Filters erzeugen, wobei der genannte Entzerrer eine andere Frequenz hat als eine Frequenz des genannten Filters.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verringern einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters bereit, wobei der genannte Filter wenigstens einen Hohlraum mit einem dielektrischen Resonator in dem genannten wenigstens einen Hohlraum aufweist, wobei sich in dem genannten Filter Selbstentzerrungssonden und/oder Selbstenterrungsöffnungen befinden, wobei mit dem genannten Filter betriebsmäßig ein Eingang und ein Ausgang verbunden sind, wobei der genannte Ausgang mit einem Eingang eines Zirkulators verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator einen Ausgang und einen Eingang/Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators mit einem Entzerrer verbunden ist, wobei der genannte Entzerrer einen dielektrischen Resonator enthält, wobei das genannte Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Abstimmen des genannten Filters auf eine bestimmte Frequenz, Durchführen einer Kreuzkopplung zum Selbstentzerren des genannten Filters, Abstimmen des genannten Entzerrers auf eine geringfügig andere Frequenz als diejenige des genannten Filter um eine Dispersionsneigung eines Ausgangs des genannten Filters zu verringern.
Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Verringern einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters bereit, wobei der genannte Filter einen Hohlleiter und wenigstens einen Resonanzhohlraum aufweist, wobei der genannte Filter einen betriebsmäßig damit verbundenen Eingang und Ausgang aufweist, wobei der genannte Ausgang des genannten Filters mit einem Eingang eines Zirkulators verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator einen Ausgang und einen Eingang/Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators mit einem Entzerrer verbunden ist, wobei der genannte Filter eine Mehrzahl von extrahierten Polhohlräumen aufweist, die mit dem genannten Hohlleiter verbunden sind und die sich zwischen dem Eingang und dem Ausgang des genannten Filters befinden, wobei das genannte Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Abstimmen des genannten Filters auf eine geringfügig andere Frequenz als eine Frequenz des genannten Entzerrers, Erzeugen von Übertragungsnullen in dem genannten Filter mit den genannten extrahierten Polhohlräumen.
Gemäß einem fünften Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters bereit, wobei der genannte Filter wenigstens einen Hohlraum aufweist, wobei der genannte Filter Selbstentzerrungssonden und/oder Selbstentzerrungsöffnungen darin aufweist, wobei der genannte Filter einen betriebsmäßig damit verbundenen Eingang und Ausgang aufweist, wobei der genannte Ausgang mit einem Eingang eines Zirkulators verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator einen Ausgang und einen Eingang/Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators mit einem Entzerrer verbunden ist, wobei der genannte Filter und/oder der genannte Entzerrer eine Abstimmschraube in seiner/ihrer Wand aufweist/aufweisen, wobei das genannte Verfahren gekennzeichnet ist durch Abstimmen des Entzerrers und des Filters auf andere Frequenzen durch Variieren der Tiefe der genannten Abstimmschraube.
Die vorliegende Erfindung stellt unter Verwendung eines Zirkulators und eines einzelnen, in einem Entzerrer montierten dielektrischen Resonators ein verbessertes Verfahren zum Beseitigen von Gruppenlaufzeit-Dispersionsneigungen in dielektrischen Filtern unter Vermeidung der Probleme in Verbindung mit früheren Verfahren bereit. Der Filter verfügt über Selbstentzerrung, und der Entzerrer ist auf eine ähnliche, aber geringfügig andere Frequenz abgestimmt als der Filter. Der Frequenzunterschied zwischen Entzerrer und Filter wird vorzugsweise dadurch erzielt, dass für den Entzerrer ein Resonator mit einer geringfügig anderen Größe gewählt wird für den Filter. Alternativ können Entzerrer und Filter unterschiedlich abgestimmt werden, indem die Tiefe von Abstimmschrauben im Entzerrer und/oder im Filter variiert wird. Die Entzerrerfrequenz wird gewöhnlich geringfügig höher sein als die Filterfrequenz. Der Entzerrer hat nur eine Eingangskopplung und wird zu einem "Alles-Reflexions-Netz" (d. h. die gesamte Eingangsleistung wird reflektiert, minus dem geringen Betrag, der vom Resonator selbst durch den nichtinfiniten Q-Faktor absorbiert wird). Das aus dem Hohlraum reflektierte Signal wird relativ zum Eingangssignal verzögert, was typischerweise mit der Frequenz variiert (s. Fig. 1). Die Mittenfrequenz und die Form der Gruppenlaufzeitkennkurve können verstellt werden, indem die Resonanzfrequenz des Hohlraums sowie die Stärke der Eingangskupplung verändert werden.
Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Kurve einer typischen Gruppenlaufzeit und von Amplitudenkennwerten eines Reflexionsentzerrerhohlraums;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Entzerrerhohlraums gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2b eine schematische Seitenansicht eines Filters, Zirkulators und Entzerrers;
Fig. 3a eine Kurve, die die gemessenen Gruppenlaufzeitkennwerte eines Ku-Band-Filters ohne Dispersionsentzerrung zeigt;
Fig. 3b eine Kurve der gemessenen Gruppenlaufzeitkennwerte eines Ku- Band-Filters mit Dispersionsentzerrung;
Fig. 4a eine Kurve der gemessenen Inband-Amplitudenkennwerte eines Ku-Band-Filters ohne Dispersionsentzerrung;
Fig. 4b eine Kurve der gemessenen Inband-Amplitudenkennwerte eines Ku-Band-Filters mit Dispersionsentzerrung;
Fig. 5 einen dielektrischen Resonatorfilter mit einem Zirkulator und einem Dispersionsentzerrungshohlraum an einem Filterausgang;
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Mikrostreifen-Zirkulators und eines Entzerrungshohlraums;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines Koaxialfilters, wobei ein Zirkulator und ein Entzerrungshohlraum mit einem Filterausgang verbunden sind;
Fig. 8 einen Hohlleiterfilter mit einem Zirkulator und einem Entzerrungshohlraum, die mit einem Filterausgang verbunden sind; und
Fig. 9 einen selbstentzerrenden Doppelmodusfilter mit einem Dispersionsentzerrungshohlraum.
Gemäß Fig. 2a beinhaltet ein Entzerrungshohlraum 20 einen auf einer Auflage 24 montierten dielektrischen Resonator 22. Der Entzerrungshohlraum 20 hat eine Kopplungssonde 26 und eine Abstimmschraube 28, die jeweils die Wände 30, 32 des Hohlraums 20 durchqueren.
Wenn der Entzerrungshohlraum 20 wie in Fig. 2b gezeigt über einen Zirkulator 36 in Reihe mit einem Filterausgang 34 geschaltet ist, dann werden die von Amplituden- und Gruppenlaufzeit-Ansprechverhalten des Entzerrers 20 effektiv direkt zu denen eines Filters 38 addiert. Der Filter 38 hat einen Eingang 40. Wenn die Resonanzfrequenz des Entzerrers 20 so eingestellt wird, dass sie über dem Passband des Filters liegt, dann ist die Gruppenlaufzeitneigung des Entzerrers 20 positiv über der nutzbaren Bandbreite (somit "UBW") des Filters 38 und neigt dazu, die negative Gruppenlaufzeitneigung über UBW zu löschen, die durch Dispersion in den Resonanzhohlräumen des Filters verursacht wird. Durch Einstellen der Mittenfrequenz des Entzerrers und der Stärke der Kopplung kann die Gruppenlaufzeit-Dispersionsneigung des Filters fast vollständig beseitigt werden. Dies ist in Fig. 3a und 3b ersichtlich, die Kurven der gemessenen Gruppenlaufzeitkenndaten eines selbstentzerrten Ku-Band-Filters jeweils mit und ohne Entzerrer 2 zeigen. Ohne Entzerrer weist die Gruppenlaufzeit eine ausgeprägte Inband-Gruppenlaufzeitneigung auf, die für durch den Filter passierende Kommunikationssignale schädlich wäre. Durch richtiges Einstellen des Entzerrers kann die Neigung praktisch beseitigt werden, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Der Entzerrereinstellvorgang kann sehr schnell erfolgen und hat aufgrund des Zirkulators keinen Einfluss auf die Sperr- oder Reflexionsdämpfungsleistung des Filters. Da das Gerät eine relativ hohe Bandbreite hat, ist es gegenüber Einrichtungsgenauigkeits- und Wärmevariationen unempfindlich.
Ein Nebenvorteil, der sich aus dem externen Neigungsentzerrer ergibt, ist eine Entzerrung der Inbandamplitudenneigung. Dispersion in Anwesenheit von Verlustleistungen neigt dazu, eine Neigung der Amplitudenkennkurve eines Bandpassfilters über seinem Passband zu erzeugen. In derselben Weise, in der die Gruppenlaufzeitneigung beseitigt wird, neigt auch die Amplitudenneigung des Entzerrers dazu, die dispersionsinduzierte Amplitudenneigung des Filters zu löschen. Die Amplitudenneigung des Entzerrers kann dadurch verstellt werden, dass Verlustelemente in den Hohlraum eingebaut werden, wie z. B. eine ungalvanisierte Stahlschraube. Fig. 4 zeigt die gemessene Inbandamplitudenleistung desselben Filters wie in Fig. 3, mit und ohne Entzerrer.
Im Ku-Band addiert der Entzerrer etwa 16 g zum Gesamtfilter. Der Zirkulator trägt keine zusätzliche Masse bei, da es normal ist, einen Isolator am Ausgang eines IMUX-Filters einzubauen, um ihn an nachfolgende Kabel, Verstärker usw. anzupassen. Der Entzerrer kann am Port des Zirkulators installiert werden, wo gewöhnlich eine Last zum Bilden des Isolators angeschlossen ist.
In Fig. 5 hat ein zehnpoliger planarer Einmodusfilter 42 einen dielektrischen Resonator 44 in jedem Hohlraum 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Ein Isolator 46 ist mit einem Filtereingang 48 verbunden. Ein Zirkulator 50 und ein Entzerrungshohlraum D sind mit einem Filterausgang 52 verbunden. Der Entzerrungshohlraum D enthält einen dielektrischen Resonator 56 und fungiert als Entzerrer. Der Hohlraum D ist zwar im Filter 42 eingebaut, aber er könnte auch vom Filter 42 getrennt sein. Zu Kreuzkopplung kommt es zwischen Hohlräumen 2 und 9, 3 und 8 sowie zwischen Hohlräumen 4 und 7 jeweils durch die Kreuzkopplungsöffnungen 58, 60, 62. Die Hohlräume 1 bis 10 können auf konventionelle Weise durch Sonden und/oder Öffnungen selbstentzerrend sein. Zu sequenziellen Kopplungen kommt es durch Öffnungen 64 zwischen den Hohlräumen 1 und 2, 2 und 3, 3 und 4, 4 und 5, 6 und 7, 7 und 8, 8 und 9 sowie 9 und 10. Für nachfolgende Kopplungen können Sonden anstatt Öffnungen verwendet werden.
In Fig. 6 werden ein Drop-in-Zirkulator 66 und ein dielektrischer Resonator 68 durch einen Mikrostreifen auf ein Substrat 70 aufgedruckt. Der Zirkulator 66 hat einen Eingang/Ausgang 74 und einen Eingang 76. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann an einem Filterausgang mit Mikrostreifen oder mit Stripline-Filtern eingesetzt werden. In Fig. 7 hat ein zehnpoliger Koaxialfilter 78 zehn Hohlräume 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, wobei jeder Hohlraum einen dielektrischen Resonator 44 enthält. Es wurden dieselben Bezugsziffern für dieselben Komponenten verwendet wie in Fig. 5. Selbstentzerrung wird mit Kreuzkopplungen durch Sonden 80, 82 zwischen Hohlräumen 3 und 8 bzw. 2 und 9 sowie durch eine Öffnung 84 zwischen Hohlräumen 4 und 7 erzielt. Am Filterausgang 52 sind ein Zirkulator 50 und ein Dispersionsentzerrungshohlraum D angeschlossen. Der Hohlraum D fungiert als Entzerrer und enthält einen dielektrischen Resonator 54, wie für Fig. 5 beschrieben wurde. Der Filter 78 hat einen Eingang 48, und der Zirkulator hat einen Eingang/Ausgang 86 sowie einen Ausgang 88.
Fig. 8 zeigt einen selbstentzerrenden Hohlleiterfilter 90 mit extrahiertem Pol und sechs Hohlräumen 1, 2, 3, 4, 5, 6. Die Hohlräume enthalten keine dielektrischen Resonatoren. Sequenzielle Kopplungen erfolgen durch Öffnungen 91. Der Filterausgang 92 hat einen Zirkulator 94 und einen Dispersionsentzerrungshohlraum D, eingebaut im Filtergehäuse 96. Auch der Dispersionsentzerrungshohlraum D enthält keinen dielektrischen Resonator. Die Selbstentzerrung des Filters 90 wird mit einer Kreuzkopplung zwischen den Hohlräumen 2 und 5 durch eine Öffnung 98 zwischen den Filtern 2 und 5 gesteuert. Der Filter 90 hat einen Eingang 100, der ein rechtwinkliger Hohlleiter wie der Ausgang 92 ist. Der extrahierte Polhohlraum E1 befindet sich zwischen dem Eingang 100 und dem Hohlraum 1. Der extrahierte Polhohlraum E2 befindet sich zwischen dem Hohlraum 6 und dem Dispersionsentzerrungshohlraum D.
Ein extrahierter Pol ist ein Resonanzhohlraum mit einer einzelnen Kopplungsöffnung und einem kurzen Stück Hohlleiter, über einen "T"-Übergang mit dem Hohlleiter verbunden, der bis zum Eingang oder Ausgang des Hauptkörpers des Filters verläuft. Ein Filter kann eine Mehrzahl extrahierter Polhohlräume aufweisen, die willkürlich zwischen Eingang und Ausgang des Filters verteilt sein können. Die Längen des Hohlleiters zwischen Eingangs- oder Ausgangsöffnung des Filters und dem ersten extrahierten Polhohlraum sowie zwischen den extrahierten Polhohlräumen selbst, wenn mehr als ein extrahierter Polhohlraum auf demselben Hohlleiterstück vorhanden ist, sind wesentlich.
Die extrahierten Polhohlräume erzeugen jeweils eine Übertragungsnull zu den Transferkenndaten des Hauptkörpers des Filters, ohne Notwendigkeit für Kreuzkopplungen im Hauptkörper des Filters. Diese Kreuzkopplungen sind in der Ausführung zuweilen unpraktisch. Es steht ein Konstruktionsverfahren zur Verfügung, um die äquivalente elektrische Schaltung des Hauptfilters und ihrer extrahierten Polhohlräume von einer vorbestimmten Filtertransferfunktion zu synthetisieren.
Kopplungsschrauben und Abstimmschrauben wurden der Deutlichkeit halber in den Fig. 5 bis 8 weggelassen. Die Einbauorte von Abstimm- und Kopplungsschrauben sind konventionell und für die fachkundige Person offensichtlich. Die in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Filter sind Einmodusfilter.
In Fig. 9 hat ein achtpoliger selbstentzerrender Doppelmodusfilter 110 vier Hohlräume 112, 114, 116, 118, die jeweils eine einzelne dielektrische Resonatorscheibe 120 enthalten. Jede Scheibe 120 trägt zwei elektrische, orthogonal polarisierte HEH&sub1;&sub1;-Modus-Resonanzen. Selbstentzerrung in einem Doppelmodusfilter wird mit Hilfe von Intrahohlraum- Kopplungsschrauben 122 und Intrahohlraum-Kopplungsöffnungen 124 erzielt. Ein Zirkulator 126 und ein Entzerrungshohlraum 128 sind mit einem Filterausgang 130 verbunden. Der Filter 110 hat einen Eingang 132. Die Abstimmschrauben 134 befinden sich an den gezeigten Stellen. Der Entzerrungshohlraum 128 hat einen Resonator 136 und eine Kopplungsschraube 138.
Wie aus der Beschreibung hervorgeht, können Zirkulator und Entzerrer am Filterausgang verschiedener Filtertypen und -größen verwendet werden. Entzerrer und Zirkulator können auch mit Doppel- oder Mehrmodusfiltern eingesetzt werden. Die Hohlräume können dielektrische Resonatoren enthalten, die Hohlräume des Filters können aber auch resonatorfrei sein.
In jedem Hohlleiterübertragungsmedium werden die Gruppenlaufzeit eines sich in einem Stück der Übertragungsleitung ausbreitenden Signals und die Frequenz des Signals auf die folgende Formel bezogen:
Tg = L/C
Darin gilt:
Tg = Gruppenlaufzeit des sich ausbreitenden Signals
L = Länge der Übertragungsleitung
fc = Grenzfrequenz des Übertragungsmediums
f = Frequenz des sich ausbreitenden Signals
C = Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals im Dielektrikum des Übertragungsmediums (z. B. Luft, Vakuum).
Wenn f = fc, Tg = ∞, und wenn f → ∞, dann ist Tg→L/C, die Gruppenlaufzeit einer Entfernung L im freien Raum. Wenn fc = 0 (z. B. TEM oder Koaxialleitung), dann ist ebenfalls Tg = L/C.
Diese nichtlineare Variation der Gruppenlaufzeit mit der Frequenz für eine Übertragungsleitung mit Grenzfrequenz > 0 wird als Dispersion bezeichnet. Wenn ein Bandpassfilter aus gekoppelten Dispersionsübertragungsleitungslängen konstruiert wird, dann hat ein Signal mit der Frequenz an der unteren Flanke der nutzbaren Bandbreite (UBW) des Filters eine größere Laufzeit als ein Signal an der oberen Flanke der UBW. Somit hat eine Dispersion die Auswirkung, eine Gruppenlaufzeitneigung mit der filtereigenen Gruppenlaufzeitkennlinie zu überlagern. Je näher die UBW an der Grenzfrequenz der Resonanzhohlräume des Filters liegt, desto größer ist die Dispersionsneigung über UBW. Filterresonatoren werden gewöhnlich so ausgelegt, dass sie Grenzfrequenzen haben, die so weit wie möglich unter ihrem UBW-Wert liegen, um die Gruppenfaufzeitneigung über UBW zu minimieren.
Weitere anwendbare Gleichungen lauten:
Dabei gilt:
&epsi;r ist die dielektrische Konstante eines dielektrischen Resonators
λg ist die geführte Wellenlänge
λ ist die Wellenlänge im freien Raum
λc ist die Wellenlänge von EM-Strahlung, die sich im freien Raum mit der Grenzfrequenz des Übertragungsmediums ausbreitet.
Der Zweck des Beladens eines Hohlleiter-Resonanzhohlraums mit einer dielektrischen Scheibe besteht hauptsächlich darin, seine Größe zu reduzieren. Die Grenzfrequenz des Hohlraums selbst wird dann gewöhnlich oberhalb UBW (Fcw2) eingestellt, um ein breites Sperrband zu erzeugen, bevor sich reine Hohlleitermodi auszubreiten beginnen (über Fcw2). Wenn der Hohlraum mit der dielektrischen Scheibe beladen wird, dann wird die Grenzfrequenz der Kombination auf unterhalb UBW (Fcd) reduziert.
Physikalische Beschränkungen sowie Überlegungen in Bezug auf Breitbandsperrung und Q-Faktor diktieren gewöhnlich, dass der Frequenzabstand von Fcd und Fcw2 relativ gering ist, und sie werden in einem etwa gleichen Abstand unterhalb und oberhalb der UBW platziert. Dies bedeutet, dass der UBW- Wert des Filters näher an der Grenzfrequenz Fcd liegt als bei der reinen Hohlleiterlösung, und demzufolge, dass Gruppenlaufzeit-Dispersionsneigungen über UBW höher sind. Die Entzerrerfrequenz wird zwar stets geringfügig höher sein als die Mittenfrequenz des Filters für Hohlleiterfilter und dielektrisch beladene Filter, für Koaxialfilter könnte der Entzerrerfilter jedoch höher oder niedriger liegen, es wird aber wahrscheinlich niedriger sein als die Mittenfrequenz des Filters.

Claims

1. Mikrowellenfilter mit wenigstens einem Hohlraum (1) mit einem dielektrischen Resonator (44), wobei der genannte Hohlraum (1) Selbstentzerrungssonden (80, 82) und/oder Selbstentzerrungsöffnungen (58, 60, 62) darin aufweist, wobei der genannte Filter (42) einen Eingang (48) und einen Ausgang (52) aufweist, die betriebsmäßig daran angeschlossen sind, wobei der genannte Ausgang (52) des genannten Filters (42) mit einem Eingang eines Zirkulators (50) verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator (50) einen Eingang/Ausgang und einen Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators (50) an einen Entzerrer (D) angeschlossen ist, wobei der genannte Filter dadurch gekennzeichnet ist, dass der genannte Entzerrer (D) einen dielektrischen Resonator (56) enthält, wobei der Resonator (56) des genannten Entzerrers (D) sich von dem Resonator (44) des genannten Filters (42) geringfügig unterscheidet, so dass der genannte Entzerrer (D) auf eine geringfügig andere Frequenz abgestimmt werden kann als der genannte Filter (42), wobei der genannte Entzerrer (D) und die genannten Selbstentzerrungssonden (80, 82) und/oder Selbstentzerrungsöffnungen (58, 60, 62) so arbeiten können, dass sie einer Dispersionsneigung des genannten Filters (42) verringern.

2. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, bei dem der dielektrische Resonator (56) im Entzerrer (D) mit Hilfe des Zirkulators (50) in Reihe mit dem Filterausgang geschaltet ist.

3. Mikrowellenfilter nach Anspruch 2, bei dem die Frequenz des Entzerrers (D) höher als das Passband des Filters (42) ist.

4. Mikrowellenfilter nach Anspruch 3, bei dem der Filter (42) im Ku-Band resoniert.

5. Mikrowellenfilter nach Anspruch 4, bei dem ein Isolator (46) mit dem Eingang (48) des Filters (42) verbunden ist.

6. Mikrowellenfilter nach Anspruch 4, bei dem Selbstentzerrung durch Kreuzkopplung erzielt wird.

7. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem Filter (42), Zirkulator (50) und Entzerrer (D) in Mikrostreifen auf einem Substrat (70) ausgebildet sind.

8. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der Filter (42) eine Mehrzahl von Hohlräumen (1, 2, 3) hat, wobei jeder Hohlraum (1, 2, 3) einen dielektrischen Resonator (44) enthält.

9. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, bei dem der Filter (42) in einem Einzelmodus resoniert

10. Mikrowellenfilter nach einer der Ansprüche 1, 3 oder 4, bei dem der Filter (42) in einem Doppelmodus resoniert.

11. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der Filter (42) eine Mehrzahl von Hohlräumen (1 bis 10) hat, wobei die genannten Hohlräume (1 bis 10) in zwei Reihen unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, wobei jeder Hohlraum (1 bis 10) einen dielektrischen Resonator (44) mit Mitteln (58) zum Kreuzkoppeln von wenigstens zwei der Hohlräume (2, 9) beinhaltet.

12. Mikrowellenfilter (90) mit wenigstens einem Resonanzhohlraum (1 bis 6), wobei der genannte Filter (90) einen Hohlleiter sowie einen Eingang (100) und einen Ausgang (92) aufweist, die betriebsmäßig damit verbunden sind, wobei der genannte Ausgang (92) des genannten Filters (90) mit einem Eingang eines Zirkulators (94) verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator (94) einen Eingang/Ausgang und einen Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators (94) mit einem Entzerrer (D) verbunden ist, wobei der genannte Filter (90) durch extrahierte Polhohlräume (E1, E2) gekennzeichnet ist, wobei sich die genannten extrahierten Polhohlräume (E1, E2) in dem genannten Filter (90) zwischen dessen Eingang (100) und Ausgang (92) befinden, wobei die genannten extrahierten Polhohlräume (E1, E2) Übertragungsnullen innerhalb des genannten Filters (90) erzeugen, wobei der genannte Entzerrer (D) eine andere Frequenz hat als eine Frequenz des genannten Filters (90).

13. Mikrowellenfilter nach Anspruch 12, bei dem eine Mehrzahl von Resonanzhohlräumen (1 bis 6) und zwei extrahierte Polhohlräume (E1, E2) vorhanden sind.

14. Mikrowellenfilter nach Anspruch 13, bei dem der Filter (90) in wenigstens einem Modus resoniert.

15. Mikrowellenfilter nach Anspruch 13, bei dem der Filter (90) sechs Hohlräume (1 bis 6) enthält und wobei Mittel (98) für eine Kreuzkopplung zwischen dem zweiten und dem fünften Hohlraum (2, 5) vorhanden sind.

16. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, bei dem jeder Resonanzhohlraum (1 bis 6) des Filters (90) einen dielektrischen Resonator (44) enthält und der Zirkulator (50) einen dielektrischen Resonator (56) enthält, wobei sich der dielektrische Resonator (56) des Zirkulators (50) geringfügig von jedem dielektrischen Resonator (44) in einem Resonanzhohlraum (1 bis 6) unterscheidet.

17. Mikrowellenfilter nach Anspruch 12, bei dem der Filter (90) eine Mehrzahl von Resonanzhohlräumen (1 bis 6) enthält, wobei die genannten Hohlräume (1 bis 6) Selbstentzerrungssonden (80, 82) und/oder Selbstentzerrungsöffnungen (58, 60, 62) haben.

18. Verfahren zum Reduzieren einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters (42), wobei der genannte Filter (42) wenigstens einen Hohlraum (1) mit einem dielektrischen Resonator (44) in dem genannten wenigstens einen Hohlraum (1) aufweist, wobei sich in dem genannten Filter (42) Selbstentzerrungssonden (80, 82) und/oder Selbstentzerrungsöffnungen (58, 60, 62) befinden, wobei mit dem genannten Filter (42) betriebsmäßig ein Eingang (48) und ein Ausgang (52) verbunden sind, wobei der genannte Ausgang (52) mit einem Eingang eines Zirkulators (50) verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator (50) einen Ausgang und einen Eingang/Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators (50) mit einem Entzerrer (D) verbunden ist, wobei der genannte Entzerrer (D) einen dielektrischen Resonator (56) enthält, wobei das genannte Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Abstimmen des genannten Filters (42) auf eine bestimmte Frequenz, Durchführen einer Kreuzkopplung zum Selbstentzerren des genannten Filters (42), Abstimmen des genannten Entzerrers (D) auf eine geringfügig andere Frequenz als den genannten Filter (42), um eine Dispersionsneigung eines Ausgangs des genannten Filters (42) zu verringern.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der dielektrische Resonator (44) in dem genannten wenigstens einen Hohlraum (1) des Filters (42) sich geringfügig vom dielektrischen Resonator (56) des genannten Entzerrers (D) unterscheidet, wobei das genannte Verfahren die Schritte des Abstimmens des genannten Filters (42) und des genannten Entzerrers (D) auf geringfügig unterschiedliche Frequenzen aufgrund der Differenz in den genannten dielektrischen Resonatoren (44, 56) beinhaltet.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, das den Schritt des Betreibens des genannten Filters (42) in einem Einzelmodus beinhaltet.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, das den Schritt des Betreibens des genannten Filters (42) in einem Doppelmodus beinhaltet.

22. Verfahren zum Verringern einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters (90), wobei der genannte Filter (90) einen Hohlleiter und wenigstens einen Resonanzhohlraum (1 bis 6) aufweist, wobei der genannte Filter (90) einen betriebsmäßig damit verbundenen Eingang (100) und Ausgang (92) aufweist, wobei der genannte Ausgang (92) des genannten Filters (90) mit einem Eingang eines Zirkulators (50) verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator (50) einen Ausgang (88) und einen Eingang/Ausgang (86) aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang (86) des genannten Zirkulators (50) mit einem Entzerrer (D) verbunden ist, wobei der genannte Filter (90) eine Mehrzahl von extrahierten Polhohlräumen (E1, E2) aufweist, die mit dem genannten Hohlleiter verbunden sind und die sich zwischen dem Eingang (100) und dem Ausgang (92) des genannten Filters (90) befinden, wobei das genannte Verfahren durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Abstimmen des genannten Filters (90) auf eine geringfügig andere Frequenz als eine Frequenz des genannten Entzerrers (D), Erzeugen von Übertragungsnullen in dem genannten Filter (90) mit den genannten extrahierten Polhohlräumen (E1, E2).

23. Verfahren zum Reduzieren einer Dispersionsneigung eines Ausgangs eines Mikrowellenfilters (110), wobei der genannte Filter (110) wenigstens einen Hohlraum (112) aufweist, wobei der genannte Filter (110) Selbstentzerrungssonden (80, 82) und/oder Selbstentzerrungsöffnungen (58, 60, 62) darin aufweist, wobei der genannte Filter (110) einen betriebsmäßig damit verbundenen Eingang (132) und Ausgang (132) aufweist, wobei der genannte Ausgang (130) mit einem Eingang eines Zirkulators (126) verbunden ist, wobei der genannte Zirkulator (126) einen Ausgang und einen Eingang/Ausgang aufweist, wobei der genannte Eingang/Ausgang des genannten Zirkulators (126) mit einem Entzerrer (D) verbunden ist, wobei der genannte Filter (110) und/oder der genannte Entzerrer (D) eine Abstimmschraube (134) in seiner/ihrer Wand aufweist/aufweisen, wobei das genannte Verfahren gekennzeichnet ist durch Abstimmen des Entzerrers (D) und des Filters (110) auf andere Frequenzen durch Variieren der Tiefe der genannten Abstimmschraube (134).

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Filter (110) mehr als einen Hohlraum (112, 114, 116, 118) hat und bei dem Abstimmschrauben (134) für jeden Hohlraum (112, 114, 116, 118) des Filters (110) und für den Entzerrer (D) vorgesehen sind, wobei das genannte Verfahren die Schritte des Abstimmens des genannten Filters (110) und des genannten Entzerrers (D) auf unterschiedliche Frequenzen durch Variieren der Tiefe der genannten Abstimmschrauben (134) beinhaltet.