DE69726407T2

DE69726407T2 - Bandpassfilter mit gleichzeitiger Kopplung und Methode

Info

Publication number: DE69726407T2
Application number: DE69726407T
Authority: DE
Inventors: Frederick A. Huntington Beach Young; Keith N. Rosemead Loi; Richard L. Torrance Bennett
Original assignee: Hughes Electronics Corp
Current assignee: Com Dev USA LLC
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: EP0878862A1; EP0878862B1; DE69726407D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bandpass-Filter, der eine Vielzahl von Resonanzhohlräumen, eine Eingangskopplung, eine Ausgangskopplung und zumindest eine Hauptkopplung aufweist, wobei die Hohlräume so zusammengekoppelt sind, dass ein Eingangssignal durch die Eingangskopplung in den ersten Hohlraum eintritt, sich durch den ersten Hohlraum und in einen zweiten Hohlraum durch eine der Hauptkopplungen fortpflanzt, sich weiter sequenziell durch dazwischenliegende Hohlräume, einen vorletzten Hohlraum und einen letzten Hohlraum über die Hauptkopplungen fortpflanzt, bevor es aus dem letzten Hohlraum durch die Ausgangskopplung als Ausgangssignal austritt, wobei die gekoppelten Resonanzhohlräume das Bandpass-Filter bilden, zumindest eine zusätzliche Kopplung, wobei jede zusätzliche Kopplung entweder das Eingangssignal mit einem anderen Hohlraum neben dem ersten Hohlraum verbindet, so dass das Eingangssignal gleichzeitig sowohl an den ersten als auch an den anderen Hohlraum gekoppelt ist, wodurch eine erste simultane Kopplung geschaffen wird, oder das Ausgangssignal mit einem anderen Hohlraum neben dem letzten Hohlraum verbindet, so dass das Ausgangssignal gleichzeitig sowohl mit dem letzten als auch dem anderen Hohlraum gekoppelt ist, wodurch eine zweite simultane Kopplung geschaffen wird, wobei jede zusätzliche Kopplung einen Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz in der Frequenzantwort des Bandpass-Filters erzeugt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen von Einfügungsdämpfungspolen mit endlicher Frequenz in der Frequenzantwort des Bandpass-Filters, das die Schritte eines Einkoppelns eines Eingangssignals in einen ersten Resonanzhohlraum, eines sequenziellen Fortschreitens des Signals durch eine Reihe von Resonanzhohlräumen, eines Koppelns des Signals aus dem letzten Resonanzhohlraum an die Außenseite der Reihe von Hohlräumen, um ein Ausgangssignal zu extrahieren, wobei die Reihe von Hohlräumen ein Bandpass-Filter bilden, eines Koppelns des Eingangssignals an einen anderen oder mehrere andere Hohlräume als den ersten Resonanzhohlraum, wodurch eine erste simultane Kopplung geschaffen wird, und/oder eines Koppelns des Ausgangssignals an einen anderen oder mehrere andere Hohlräume als den letzten Hohlraum aufweist, wodurch eine zweite simultane Kopplung geschaffen wird, wobei jede der anderen Kopplungen einen Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz in der Frequenzantwort des Bandpass-Filters erzeugt.
Ein solches Bandpass-Filter und ein solches Verfahren sind aus dem Dokument DE 39 06 286 A1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren einen Diplexer, der ein solches Bandpass-Filter aufweist, und ein Satellitenkommunikationssystem mit einer Vielzahl solcher Diplexer.
Die Erfindung betrifft allgemein elektromagnetische Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter und insbesondere Kopplungsanordnungen und -verfahren, die verwendet werden, um Bandpass-Filter hoher Leistung mit einer quasi-elliptischen Frequenzantwort bereitzustellen.
Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter werden in Satellitenkommunikationssystemen verwendet, die bei Mikrowellenfrequenzen betrieben werden. Um Gewicht und Leistung an Bord eines Satelliten einzusparen, wird häufig eine einzelne Antenne verwendet, um gleichzeitig eine Vielzahl individueller Signale von und zu dem Boden zu senden und zu empfangen. Jedes Signal besetzt ein schmales Band von Frequenzen um eine einzige Trägerfrequenz herum.
Ein Bandpass-Filter ermöglicht idealerweise einen schmalen Bereich von Frequenzen, die ungeschwächt durch es hindurchlaufen, und sperrt alle anderen Frequenzen. Dieser schmale Bereich von Frequenzen ist der „Durchlassbereich" des Filters. Ein Satellitenkommunikationssystem verwendet eine Anzahl von Bandpass-Filtern, wobei jeder Filter einen einzigen Durchlassbereich aufweist, der dem schmalen Band von Frequenzen entspricht, das von einem individuellen Signal verwendet wird. Durch Einspeisen der Vielzahl von Signalen, die von der Antenne durch eine Reihe von Bandpass-Filtern empfangen werden, können die individuellen Signale extrahiert werden. Auf ähnliche Weise werden zu sendende Signale in eine Reihe von Bandpass-Filtern eingespeist, um sicherzustellen, dass jedes Signal innerhalb eines schmalen Bands von Frequenzen bleibt, das diesem Signal zugewiesen ist.
Ein typisches Satellitenkommunikationssystem ist in 1 gezeigt. Eine Anzahl von Antennenelementen 10 teilt sich eine gemeinsame Schüssel 12. Ein „Diplexer" 24 ist mit jedem Element verbunden und besteht aus einem „Empfangs"-Filter 26, das verwendet wird, um ein einzelnes Signal einer bestimmten Trägerfrequenz aus den durch die Antenne empfangenen Signalen zu ex trahieren, und aus einem „Sende"-Filter 28, das sicherstellt, dass ein durch die Antenne zu sendendes Signal sich innerhalb seines zugewiesenen schmalen Frequenzbandes befindet. Die Ausgänge der Empfangsfilter 26 werden durch eine Empfangselektronik 30 verarbeitet. Die Sendefilter 28 werden durch eine Sendeelektronik 32 gespeist.
Einem solchen System ist typischerweise eine begrenzte Bandbreite zugewiesen, die dann in individuelle Datenkanäle geteilt wird, von denen jeder eine einzige Bandbreite aufweist. Einem System könnte beispielsweise eine Gesamtbandbreite von 500 MHz zugewiesen sein, die dann in eine Anzahl von individuellen Datenkanäle geteilt wird, wobei jeder eine Bandbreite von ungefähr 36 MHz mit einem „Sicherheitsband" von ungefähr 5 MHz zwischen den Kanälen aufweist. Ein Sicherheitsband ist ein Teil einer Bandbreite, die unbenutzt bleibt und hilft, die individuellen Signale isoliert zu halten.
Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter werden durch „Zusammenkoppeln" einer Anzahl von Hohlräumen mit einer bestimmten Topologie gestaltet. Bei einem grundlegenden Bandpass-Filter, wie in 2 gezeigt, tritt ein Eingangssignal 40 in einen ersten Hohlraum 42 durch eine „Hauptkopplung" 44 ein, pflanzt sich sequenziell durch einen zweiten Hohlraum 46, einen dritten Hohlraum 48 und einen vierten Hohlraum 50 durch Hauptkopplungen 52, 54 und 56 fort und tritt als gefiltertes Signal 58 aus dem vierten Hohlraum 50 durch eine Hauptkopplung 60 aus. Die Ausmaße und Formen der Hohlräume, die zum Bilden des Filters verwendeten Materialien und der Typ und der Ort der Kopplungen wirken sich alle auf die Frequenzantwort aus. Eine Öffnung, eine Schraube, die zwischen den Hohlräumen verläuft, oder ein Me tallelement, das als „Sonde" bekannt ist, die in einen Hohlraum hineinragt, sind alles Beispiele für Kopplungen. Jede Kopplung hat eine bestimmte Größe und Phaseneigenschaft, die ihr zugeordnet ist. Die in 2 gezeigte Anordnung ist als „gefaltete Leiter" („folded-ladder") bekannt, wobei der dritte Hohlraum 48 und der vierte Hohlraum 50 neben dem zweiten Hohlraum 46 bzw. dem ersten Hohlraum 42 angeordnet sind.
Wie in 3 gezeigt, weist der Graph einer Frequenzantwort eines Bandpass-Filters einen Durchlassbereich-Abschnitt 70 auf jeder Seite einer Trägerfrequenz f_c (71) und Flankenabschnitte bzw. „Randabschnitte" ("skirt portions") 72, 74, d. h. Übergangsbereiche auf jeder Seite des Durchlassbereichs auf. Bandpass-Filter, die in einem Diplexer verwendet werden, weisen vorzugsweise Flanken bzw. Ränder auf, die „scharf" sind und in denen die Frequenzantwortkurve auf jeder Seite des Durchlassbereichs schnell abfällt bzw. „abgeschnitten" ist. Schärfere Ränder lassen Datenkanäle zu, die enger aneinandergrenzend platziert sind, und somit kann eine größere Anzahl von Datenkanälen in ein zugewiesenes Frequenzspektrum eingefügt werden. Die Frequenzantwort in 3 ist die eines grundlegenden Bandpass-Filters mit vier Hohlräumen, wie in 2 gezeigt. Ein solches Filter erzeugt eine Frequenzantwort, wie sie durch eine Chebyshevische Näherung beschrieben wird, bei der die Anzahl der Hohlräume die Ordnung des Chebyshevischen Polynoms und somit die Anzahl der Berge im Durchlassbereich 70 bestimmt. Monotone Ränder 72, 74, die eine sanfte Schrägkante vorsehen, sind ebenfalls charakteristisch für diesen Filtertyp. Filter, die eine Chebyshev-Antwort erzeugen, werden in D. Finks und D. Christiansens Buch Electronic Engineer's Handbook, McGraw-Hill Inc. (1989), Seiten 12–5 bis 12–8 erläutert.
Ein Verfahren zum Schärfen der Ränder eines Bandpass-Filters erfolgt durch Hinzufügen zusätzlicher Hohlräume; allgemein gilt, durch je mehr Hohlräume ein Signal sich fortpflanzen muss, desto schärfer werden die Ränder sein. Jedoch wird ein Hinzufügen von Hohlräumen zu einer Zunahme des Gewichts und des Ausmaßes des Filters führen und könnte auch Signalverluste mit sich bringen. Diese Effekte sind an Bord eines Satelliten unerwünscht.
Ein anderes Verfahren zum Steigern der Schärfe der Ränder eines Bandpass-Filters ist, eine zusätzliche Kopplung zu dem Filter hinzuzufügen, die beispielsweise den ersten Hohlraum mit dem vierten Hohlraum koppelt. Dies ist als „Brückenkopplung" bekannt. Hinzufügen von Brückenkopplungen zu einem Resonanzhohlraum-Filter wird einen oder mehrere Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz in der Frequenzantwort des Filters hervorzurufen und wird die Antwort von einer Chebyshevsche Näherung in eine Näherung umwandeln, die einer elliptischen Näherung ähnlich ist, worauf sich nachfolgend als „quasi-elliptisch" bezogen wird. Dieser Antwortstyp ist durch einen scharfen Abfall an der Seite des Durchlassbereichs gekennzeichnet, auf der ein Pol liegt, und kräuselt sich in dem Bereich direkt nach dem geschärften Rand. Filter mit Antworten, die einer elliptischen Näherung entsprechen, werden in D. Finks und D. Christiansens Buch Electronic Engineer's Handbook, McGraw-Hill Inc. (1989), Seiten 12–29 bis 12–30 erläutert. Somit kann die Verwendung von Brückenkopplungen eine Frequenzantwort mit schärferen Rändern ohne Hinzufügen von Hohlräumen erzeugen. Jedoch befindet sich eine Brückenkopplung im direkten Weg des sich fortpflanzenden Signals. Dies lässt die Phaseneigenschaft der Kopplung kritisch zu der Frequenzantwort des Filters werden, und der Ort der Pole ist stark von den Hauptkopplungen des Filters abhängig. Diese Faktoren machen es extrem schwierig, Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz zu steuern, die mit Brückenkopplungen erzeugt sind.
Eine Frequenzantwort eines Bandpass-Filters kann „symmetrisch" sein, bei der die Ränder an der linken und der rechten Seite des Durchlassbereichs eine gleiche Änderungsrate aufweisen, oder „asymmetrisch" sein, wobei ein Rand schärfer als der andere ist. Sowohl die symmetrische Frequenzantwort als auch die asymmetrische Frequenzantwort kann mit Resonanzhohlraum-Bandpass-Filtern realisiert werden. In einigen Situationen jedoch, wie z. B. bei einer Diplexeranwendung, wie oben erläutert, ist es nicht erforderlich, eine symmetrische Antwort zu haben. 4 zeigt eine Frequenzantwort 80 für ein Empfangsfilter eines Diplexers sowie eine Antwort 82 für ein Sendefilter. Für einen Diplexer, bei dem sich zwei Filter ein gemeinsames Antennenelement teilen, ist es nur wichtig, dass die Ränder im „Überlappungsbereich" 84 zwischen der Bandbreite 86, die dem empfangenen Signal zugewiesen ist, und der Bandbreite 88 scharf sind, die dem gesendeten Signal zugewiesen ist, um ein durch das geteilte Element gesendetes Signal von einem durch das Element empfangenen Signal getrennt zu halten. Für jedes der zwei Filter ist eine asymmetrische Frequenzantwort gezeigt, aber zwei Filter mit symmetrischer Frequenzantwort können die erforderliche Isolation ebenso schaffen. Damit jedoch ein symmetrisches Antwortfilter den gleichen Grad einer Randschärfe im Überlappungsbereich vorsehen kann, wie sie durch ein asymmetrisches Antwortfilter vorgesehen werden kann, müssen zusätzliche Hohlräume oder Brückenkopplungen verwendet werden. Jedoch rufen Brückenkopplungen und zusätzliche Hohlräume Probleme hervor, wie oben erläutert, und sollten möglichst vermieden werden.
Ein Brückenkopplungstyp, auf den sich als „Diagonalkopplung" bezogen wird, wurde verwendet, um Bandpass-Filter mit entweder einer symmetrischen quasi-elliptischen Frequenzantwort oder einer asymmetrischen quasi-elliptischen Frequenzantwort zu erzeugen, und ist in dem US Patent Nr. 4,410,865 „Spherical Cavity Microwave Filter" von Young et al. beschrieben. Diese Technik leidet unter den gleichen Problemen wie die oben beschriebenen Brückenkopplungen, die Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz erzeugen, die schwierig zu steuern sind, da sie stark vom Verhalten der Hauptkopplungen abhängen.
Das oben erwähnte Dokument DE 39 06 286 A1 offenbart ein Keramikmikrowellenfilter mit Brückenkapazitäten C1, C2 zum Steigern der Schärfe der Randabschnitte der Frequenzantwort des Filters. Gemäß diesem Dokument werden vier individuelle Resonatoren in einer Reihe angeordnet. Jeder Resonator besteht aus einem hohlen Hohlraum, der aus Hochfrequenzkeramiken hergestellt ist. Die Eingangskopplung ist aus einem Metallstift hergestellt, der sich in den ersten Hohlraum erstreckt. Die Ausgangskopplung ist auf ähnliche Weise aus einem Stift beim letzten Resonator hergestellt. Zwei weitere Stifte erstrecken sich in den mittleren zweiten und dritten Resonator. Der sich in den zweiten Resonator erstreckende Stift ist elektrisch durch eine Leitung dem Stift des ersten (Eingangs-)Resonators verbunden. Auf ähnliche Weise ist der sich in den dritten Resonator erstreckende Stift elektrisch mit dem Ausgangsstift des letzten (Ausgangs-)Resonators verbunden.
Schließlich ist ein Eingangssignal nicht nur in den ersten Resonator eingekoppelt, sondern zusätzlich in einen zweiten Resonator eingekoppelt. Die zusätzliche Kopplung wird durch eine elektrisch leitende Leitung vorgesehen, die außerhalb der Resonatoren angeordnet ist und die die sich in den ersten Resonator und den zweiten Resonator erstreckenden Stifte verbindet. Eine solche externe Kopplung ist auch zwischen den Stiften vorgesehen, die sich in den dritten (vorletzten) Resonator und vierten (letzten) Resonator erstrecken.
Wenn äußere Verbindungsleitungen verwendet werden, ist äußerste Achtsamkeit hinsichtlich ihrer Länge erforderlich, um die Erzeugung unerwünschter Durchlassbereiche zu vermeiden.
Satellitenkommunikationssysteme erfordern „Hochleistungs"-Bandpass-Filter. Ein Hochleistungs-Bandpass-Filter ist ein Bandpass-Filter, in dem ein Signal innerhalb des Durchlassbereichs des Filters, wenn überhaupt, lediglich leicht verzerrt und abgeschwächt wird, wenn es durch das Filter läuft, und Signale außerhalb des Durchlassbereichs scharf abgeschwächt werden. Diese Leistung ist zur Verwendung in einem Satelliten kritisch, beispielsweise wenn verlustarme Bandpass-Filter dazu beitragen, einen Energieverbrauch zu minimieren, und scharf definierte Durchlassbereiche es dem Satelliten ermöglichen, mehr Datenkanäle handzuhaben. Es ist auch wünschenswert, dass solche Filter so leicht und kompakt wie möglich sind.
Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Hochleistungs-Bandpass-Filter mit einer Frequenzantwort mit scharfen Rändern zu schaffen, das es ermög licht, die Erzeugung unerwünschter Durchlassbereiche leichter zu verhindern.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Erzeugen von Einfügungsdämpfungspolen mit endlicher Frequenz in einer Frequenzantwort eines Bandpass-Filters zu schaffen, das es ermöglicht, die Erzeugung unerwünschter Durchlassbereiche einfacher zu verhindern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Diplexer mit einem solchen Bandpass-Filter und ein solches Satellitenkommunikationssystem mit solchen Diplexern zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Bandpass-Filter der eingangs erwähnten Art gelöst, wobei die simultanen Kopplungen innerhalb der Hohlräume implementiert sind.
Diese Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art gelöst, das den Schritt eines Implementieren der simultanen Kopplungen innerhalb der Hohlräume aufweist.
Für einen Diplexer mit Bandpass-Filtern gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Diplexer gelöst, der des Weiteren ein Antenneneinspeiseelement, ein erstes Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter, das an einem Ende mit dem Antenneneinspeiseelement zum Filtern empfangener Signale verbunden ist, und ein zweites Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter aufweist, das an einem Ende mit dem Antenneneinspeiseelement zum Filtern von zu sendenden Signalen verbunden ist, wobei jedes der Filter einen einzigen Durchlassbereich unter Verwendung zumindest einer simultanen Kopplung vorsieht, um jeweilige Einfügungsdämpfungs pole mit endlicher Frequenz zu erzeugen, wobei die Pole jedem Filter eine asymmetrische, quasi-elliptische Frequenzantwort ermöglichen, wodurch die asymmetrischen quasi-elliptischen Frequenzantworten, die durch die simultanen Kopplungen vorgesehen werden, es den Durchlassbereichen ermöglichen, enger zusammenzuliegen als ohne die Verwendung simultaner Kopplungen, wodurch der Diplexer mit einer verbesserten Empfangs-/Sendeisolierung versehen ist.
Für ein Satellitenkommunikationssystem mit einer Vielzahl solcher Diplexer wird diese Aufgabe durch ein Satellitenkommunikationssystem gelöst, das einen Satelliten, der im Orbit um die Erde positioniert ist, eine Antenne an Bord des Satelliten zum Senden von Signalen zur Erde und zum Empfangen von Signalen von der Erde, eine Vielzahl von Antenneneinspeiseelementen, wobei jedes der Elemente Signale in die Antenne einspeist und Signale von der Antenne empfängt, und eine Vielzahl von Diplexern aufweist.
Eine neue Filtertypologie wird dargestellt, die einfache mechanische Mittel zum Konstruieren von Hochleistungs-Bandpass-Filtern vorsieht, die quasi-elliptische Frequenzantworten aufweisen. Die Erfindung ist für Filter nutzbar, die im Mikrowellenbereich des Frequenzspektrums betrieben werden, bei denen Resonanzhohlräume zusammengekoppelt werden, um ein Bandpass-Filter zu bilden. Solche Filter werden beispielsweise in Satellitenkommunikationssystemen verwendet.
Ein Hochleistungs-Bandpass-Filter wird durch Hinzufügen einer oder mehrerer „simultaner Kopplungen" zu einem herkömmlichen Bandpass-Filter mit mehrfachen Hohlräumen erzeugt. Eine „simul tane Kopplung", wie hier definiert, wird erzeugt, wenn ein Eingangssignal eines Filters, das normalerweise in den ersten Hohlraum des Filters eingekoppelt wird, auch in einen oder mehrere andere Hohlräume eingekoppelt wird, so dass das Eingangssignal gleichzeitig sowohl in den ersten Hohlraum als auch die anderen Hohlräume eingekoppelt wird. Eine simultane Kopplung wird ebenfalls erzeugt, wenn ein Ausgangssignal eines Filters, das normalerweise in den letzten Hohlraum des Filters gekoppelt wird, in einen oder mehrere andere Hohlräume eingekoppelt wird. Jede simultane Kopplung, die einer Filteranordnung hinzugefügt ist, wird die Erzeugung eines Einfügungsdämpfungspols mit endlicher Frequenz hervorrufen. Dieser Pol weist eine Frequenz auf, die verstellbar ist und sich auf jeder Seite des Durchlassbereichs befinden kann, und konvertiert eine Frequenzantwort mit monotonen Rändern in eine Frequenzantwort, die quasi-elliptisch auf ihrer Seite des Durchlassbereichs ist.
Ein bevorzugtes Bandpass-Filter zeichnet sich durch vier Hohlräume in einer gefalteten Leiterstruktur („folded-ladder structure") mit einer simultanen Kopplung, die das Eingangssignal sowohl in den ersten Hohlraum als auch den zweiten Hohlraum einkoppelt, und mit einer simultanen Kopplung aus, die das Ausgangssignal sowohl in den dritten Hohlraum als auch den vierten Hohlraum einkoppelt. Diese zwei simultanen Kopplungen erzeugen jeweils Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz. Die Phaseneigenschaft einer simultanen Kopplung, die durch die vorliegende Erfindung implementiert ist, ist einfach positiv oder negativ. Indem das Vorzeichen der Phaseneigenschaft der simultanen Kopplung manipuliert wird, kann es auf der linken oder der rechten Seite des Durchlassbereichs platziert werden, wie beschrieben. Indem beide Einfügungsdämpfungspole auf einer Seite des Durchlassbereichs platziert werden, erhält man eine asymmetrische quasi-elliptische Frequenzantwort. Eine symmetrische Frequenzantwort könnte erhalten werden, indem ein Pol auf jeder Seite des Durchlassbereichs platziert wird.
Ein Hochleistungs-Diplexer wird aus zwei Bandpass-Filtern gebildet, die durch simultane Kopplungen ausgezeichnet sind. Vorzugsweise weist ein Filter eine asymmetrische Antwort auf, die auf der rechten Seite ihres Durchlassbereichs scharf abgeschnitten ist, und das zweite Filter weist eine asymmetrische Antwort auf, die auf der linken Seite ihres Durchlassbereichs scharf abgeschnitten ist, wobei die zwei Durchlassbereiche durch ein schmales Sicherheitsband getrennt sind. Die extrem scharfe Selektivität, die durch die zwei asymmetrischen Bandpass-Filter geschaffen wird, ermöglicht einen hohen Grad einer Empfangs-/Sendeisolierung.
Weitere Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz können hinzugefügt werden, was in immer schärferen Rändern resultiert, indem zusätzliche simultane Kopplungen verwendet werden. Beispielsweise könnte ein Eingangssignal gleichzeitig in vier Hohlräume einer Filterstruktur mit acht Hohlräumen eingekoppelt werden, was vier Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz erzeugt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen klar werden.
1 stellt, wie oben beschrieben, ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Satellitenkommunikationssystems dar.
2, die oben beschrieben ist, stellt ein vereinfachtes Schema eines herkömmlichen grundlegenden Bandpass-Filters dar.
3, die oben beschrieben ist, stellt einen Graphen einer herkömmlichen Frequenzantwort eines Bandpass-Filters dar.
4, die oben beschrieben ist, stellt einen Graphen einer herkömmlichen Frequenzantwort eines Diplexers dar.
5 stellt ein vereinfachtes Schema eines Bandpass-Filters mit simultanen Kopplungen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt ein vereinfachtes Schema dar, das die Wege angibt, die ein Signal durch das in der 5 gezeigte Bandpass-Filter verfolgen könnte.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bandpass-Filters mit acht Hohlräumen unter Verwendung simultaner Kopplungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
8, 9 und 10 stellen Frequenzantwortsgraphen dar, die mit dem in 5 gezeigten Bandpass-Filter erhalten werden können.
11 stellt einen Graphen einer Frequenzantwort dar, die durch einen Diplexer unter Verwendung zweier Bandpass-Filter, wie in 5 gezeigt, erzeugt wird.
Eine neue Bandpass-Filtertopologie wird zum Erzeugen leichtgewichtiger kompakter Bandpass-Filter hoher Leistung dargestellt. Die Erfindung erreicht diese Ziele unter Verwendung von „simultanen Kopplungen", die die Realisierung von Einfügungsdämpfungspolen mit endlicher Frequenz ermöglichen, die nahezu unabhängig von den Hauptkopplungen des Filters sind. Durch genaues Anpassen dieser Kopplungen kann sowohl ein asymmetrisches als auch ein symmetrisches Bandpass-Filter hoher Leistung erzeugt werden.
Ein bevorzugtes Bandpass-Filter ist in 5 gezeigt, das durch simultane Kopplungen ausgezeichnet ist. Das Filter weist einen ersten resonanten Hohlraum 100, einen zweiten resonanten Hohlraum 102, einen dritten resonanten Hohlraum 104 und einen vierten resonanten Hohlraum 106 auf, die in einer gefalteten Leiterstruktur zusammengekoppelt sind, wobei der dritte Hohlraum und der vierte Hohlraum angrenzend an den zweiten Hohlraum bzw. ersten Hohlraum angeordnet sind. Das Filter weist Hauptkopplungen, vorzugsweise in Form von Öffnungen, auf, wobei eine erste Hauptkopplung 108 zwischen dem ersten Hohlraum und dem zweiten Hohlraum, eine zweite Hauptkopplung 110 zwischen dem zweiten Hohlraum und dem dritten Hohlraum, und eine dritte Hauptkopplung 112 zwischen dem dritten Hohlraum und dem vierten Hohlraum angeordnet ist. Ein Eingangssignal 114 wird an eine Eingangskopplung 115 an der Stelle der Hohlräume 100 und 102 angelegt. Die Kopplung 115 weist eine Übertragungsleitung 116 mit einem Mittelleiter 117 und zwei Metallsonden 118, 120 auf.
Die zwei Sonden 118, 120 sind an einem Ende zusammengefügt, und diese Verbindung ist mit dem Mittelleiter 117 verbunden. Das andere Ende der Sonde 118 ragt in den ersten Hohlraum 100 hinein, und das andere Ende der Sonde 120 ragt in den zweiten Hohlraum 102 hinein. Das Eingangssignal 114 wandert entlang des Mittelleiters 117 der Übertragungsleitung 116 in die beiden Sonden 118, 120 und wird somit gleichzeitig sowohl in den ersten Hohlraum als auch den zweiten Hohlraum eingekoppelt; die Kopplung 115 wird deshalb als simultane Kopplung bezeichnet. Eine „simultane Kopplung", wie sie hier verwendet wird, existiert, falls ein Eingangssignal eines Filters zusätzlich zum ersten Hohlraum in irgendeinen Hohlraum eingekoppelt wird oder falls das Ausgangssignal des Filters zusätzlich zu dem letzten Hohlraum in irgendeinen Hohlraum eingekoppelt wird.
Die Ausgangsseite des Filters ist auf ähnliche Weise konstruiert. Eine simultane Kopplung 121 weist eine Übertragungsleitung 122 mit einem Mittelleiter 123 auf, der mit zwei Sonden 124, 126 verbunden ist, die an einem Ende mit dem Mittelleiter verbunden sind. Die Sonde 124 ragt in den dritten Hohlraum 104 hinein, und die Sonde 126 ragt in den vierten Hohlraum 116 hinein. Das Ausgangssignal 128 des Filters wird somit gleichzeitig sowohl in den dritten Hohlraum als auch in den vierten Hohlraum eingekoppelt.
Auf Grund der Anwesenheit der Sonde 120 werden zwei Signalwege für das Eingangssignal 114 erzeugt. Wie in 6 gezeigt, trägt der erste Signalweg 140 das Signal sequenziell durch die Hohlräume, tritt in den ersten Hohlraum 100 über die Sonde 118 ein und verlässt den letzten Hohlraum 106 über die Sonde 126. Dieser Weg ermöglicht eine einfache Frequenzantwort des Band pass-Filters Chebyshevscher Art ohne monotone Ränder. Der zweite Signalweg 142 koppelt das Eingangssignal 114 in den zweiten Hohlraum 102 über die Sonde 120 ein. Wenn das Eingangssignal auf diese Weise in den zweiten Hohlraum eingekoppelt wird, ist ein Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz erzeugt. Die Frequenz, bei der der Pol erzeugt ist, ist anpassbar (wie unten beschrieben) und kann auf jeder Seite des Durchlassbereichs angeordnet werden. Durch Anordnen eines Pols an dem Rand des Durchlassbereichs des Filters wird ein viel schärferer Rand erzeugt, als er durch den ersten Weg 140 allein ermöglicht ist. Der Pol ist erzeugt, da der zweite Hohlraum das Eingangssignal bei der Polfrequenz auf Grund eines simultanen Resonanzverhaltens des zweiten Hohlraums abweist. Dieser Effekt ermöglicht das, was im Wesentlichen eine Sperrfilterfunktion bei der Polfrequenz ist. Das Eingangssignal wird annähernd sofort beim Eintritt in den zweiten Hohlraum abgewiesen und befindet sich deshalb nicht im direkten Weg der Signalausbreitung, wie es bei einer Brücke und diagonalen Brückenkopplungen der Fall ist. Im Ergebnis ist die Platzierung des Pols annähernd unabhängig von den Hauptkopplungen des Filters, entgegengesetzt zur starken Abhängigkeit wie sie sich bei Brückenkopplungen darstellt. Wenn die durch die simultane Kopplung hervorgerufene sperrähnliche Funktion mit der Chebyshev-Frequenzantwort des ersten Wegs kombiniert wird, ergibt sich eine quasi-elliptische Frequenzantwort mit einem sehr scharfen Rand an der Seite des Durchlassbereichs, in dem der Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenzantwort liegt.
Auf ähnliche Weise ermöglicht die Hinzufügung der Sonde 124 einen zweiten Weg 144 für das Ausgangssignal 128 des Filters. Der erste Weg 140 trägt das sich fortpflanzende Signal durch den dritten Hohlraum 104 und den vierten Hohlraum 106, wo es in die Außenseite des Filters durch die Sonde 126 einkoppelt und zu dem Ausgangssignal 128 des Filters wird. Die Sonde 124 koppelt das Ausgangssignal in den dritten Hohlraum 104 ein, wobei ein Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz bei einer bestimmten Frequenz erzeugt wird. Dieser Pol weist die gleichen vorteilhaften Merkmale auf wie der durch die Sonde 120 erzeugte: Er ist fast unabhängig von den Hauptkopplungen und könnte so eingestellt werden, dass er sich am Rand des Durchlassbereichs des Filters befindet.
Lediglich ein einziger solcher Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz muss erzeugt werden, um die Schärfe der Frequenzantwort auf einer einzigen Seite des Durchlassbereichs zu verbessern. Somit wird ein Filter, das durch lediglich eine einzige simultane Kopplung ausgezeichnet ist, die Filterleistung wesentlich verbessern. Zusätzliche Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz sind jedoch wünschenswert, da jeder Pol die Schärfe der Antwort weiter verbessert. Die Ausführungsform des in 5 gezeigten Filters ermöglicht zwei simultane Kopplungen und somit zwei Pole. Durch Verwendung von mehr als zwei simultanen Kopplungen sind noch größere Verbesserungen hinsichtlich der Leistung möglich. Eine Realisierung eines solchen Filters könnte jedoch schwieriger sein als das oben beschriebene Filter mit vier Hohlräumen und zwei simultanen Kopplungen.
7 zeigt eine Filteranordnung mit acht Hohlräumen, bei der eine zweite gefaltete Leiterschicht mit vier Hohlräumen oben auf eine erste Schicht mit vier Hohlräumen aufgesetzt wurde, wodurch eine würfelförmige Anordnung ausgebildet ist. Hauptkopplungen verbinden die acht Hohlräume in Reihe. Das Eingangs signal 150 wird über eine simultane Eingangskopplung 159, die eine Übertragungsleitung 160 mit einem Mittelleiter 161 aufweist, in einen ersten Hohlraum 152, einen zweiten Hohlraum 154, einen dritten Hohlraum 156 und einen vierten Hohlraum 158 eingekoppelt, wobei der Mittelleiter mit vier Sonden 162 verbunden ist. Diese simultane Kopplung 160 erzeugt sechs Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz, die annähernd unabhängig von den Hauptkopplungen des Filters sind.
Es ist bevorzugt, wenn eine simultane Kopplung, wie hier erläutert, mit Kopplungen implementiert wird, die sich innerhalb der Hohlräume befinden. Eine innere Kopplung weist im Wesentlichen keine ihr zugeordnete Leitungslänge auf, und somit ist ein gleichzeitig in einen Hohlraum eingekoppeltes Signal einfach entweder in Phase oder außer Phase mit dem sich durch diesen Hohlraum ausbreitenden Signal. Eine simultane Kopplung könnte mit einer äußeren Verbindung erhalten werden, dann ist jedoch eine sehr große Sorgfalt hinsichtlich der Länge der externen Leitung erforderlich, um die Erzeugung unerwünschter Durchlassbereiche zu verhindern.
Solange sich die Sonden innerhalb der Hohlräume befinden, wird diese einfache Phasenbeziehung aufrechterhalten werden. Länge, Form, Winkel und Materialleitfähigkeit der Sonden wird sich jedoch auf die Größeneigenschaft der Kopplung auswirken und muss beim Entwerfen und Herstellen des Filters berücksichtigt werden.
Eine asymmetrische Frequenzantwort wird erzeugt, wenn sich mehr Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz auf einer Seite des Durchlassbereichs als auf der anderen Seite befinden. Für die oben beschriebene, erste Filterausführungsform erzeugt ein Platzieren der zwei Pole, die durch die Sonden 120 und 124 (Bezug nehmend auf 5) auf der gleichen Seite des Durchlassbereichs erzeugt sind, eine asymmetrische Antwort. Dieser Antworttyp ist in 8 gezeigt. Die Einfügungsdämpfungspole 170, 172 mit endlicher Frequenz befinden sich auf der linken Seite des Durchlassbereichs 174, wodurch der auf der linken Seite gelegene Rand 176 viel schärfer als der auf der rechten Seite gelegene Rand 178 wird. 9 zeigt eine ähnliche Antwort, jedoch sind die zwei Sonden 180, 182 so eingestellt, dass sie auf die rechte Seite des Durchlassbereichs 184 fallen. 10 zeigt eine symmetrische Frequenzantwort, bei der ein einziger Einfügungsdämpfungspol 190 mit endlicher Frequenz eingestellt ist, um auf die linke Seite des Durchlassbereichs 192 zu fallen, und ein Einfügungsdämpfungspol 194 eingestellt ist, um auf die rechte Seite zu fallen. Das Platzieren eines einzigen Pols auf jeder Seite des Durchlassbereichs wird die Ränder des Durchlassbereichs schärfen und eine quasi-elliptische Antwort erzeugen, jedoch keine Ränder erzeugen, die schärfer als die sind, die mit zwei Polen auf einer Seite ermöglicht werden. Jede der in 8, 9 und 10 gezeigten Frequenzantworten ist mit der ersten Ausführungsform des oben beschriebenen Bandpass-Filters erhältlich.
Filter, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, zeigen eine exzellente Leistung. Ein Bandpass-Filter mit vier Hohlräumen und mit zwei simultanen Kopplungen hatte einen Durchlassbereich, der ungefähr 40 MHz um eine Trägerfrequenz von 1,64 GHz herum breit war, wobei die zwei Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz durch die simultanen Kopplungen erzeugt sind, die auf der linken Seite des Durchlassbe reichs in der Nähe des Rands des Durchlassbereichs platziert sind, wobei beide Pole größer als 90 db unterhalb des Durchlassbereichs sind. Ähnliche Ergebnisse wurden für Filter erhalten, bei denen beide Pole auf der rechten Seite des Durchlassbereichs platziert sind. Ein Filter, der angepasst ist, um eine symmetrische Antwort zu liefern, hatte eine Bandbreite von ungefähr 40 MHz um eine 1,64 GHz-Trägerfrequenz herum, wobei sich ein Pol auf jeder Seite des Durchlassbereichs in der Nähe des Rands des Durchlassbereichs befindet.
Um einen Filter unter Verwendung von Einfügungsdämpfungspolen mit endlicher Frequenz herzustellen, die mit simultanen Kopplungen erzeugt sind, wie sie durch die vorliegende Erfindung ermöglicht werden, werden zuerst die gewünschten Bandpasseigenschaften des Filters definiert. Dann wird eine Netzwerk-Topologiematrix vorbereitet, die die Zuordnung von allen Schleifenströmen und Knotenspannungen eines Netzwerks mittels einer komplexen Matrixgleichung beschreibt. Die Lösung dieser komplexen Matrixgleichung ermöglicht es dem Filterkonstrukteur, zu bestimmen, ob die Filtertransferfunktion die gewünschten Bandpasseigenschaften erfüllt oder nicht. Die Einträge dieser Matrix, die einen Satz simultaner linearer Gleichungen repräsentieren und die Schaltungsschleifenströme mit den Knotenspannungen verbinden, enthalten die Kopplungskoeffizienten aller definierten Kopplungswege. Die Lösung dieser komplexen Matrixgleichung liefert alle Filterentwurfselemente, einschließlich der Amplitude und der Phase jedes Kopplungskoeffizienten. Dieser Entwurfsvorgang eines Filters ist auf diesem Gebiet bekannt und in I. Bahls und P. Bhartias Buch Microwave Solid State Circuit Design, John Wiley & Sons (1988), Seiten 271–276 beschrieben. Es könnte ein Computerprogramm unter Verwendung numerischer Optimierungstechniken verwendet werden, um eine Lösung für die komplexe Matrixgleichung zu bestimmen. Wenn eine Lösung erhalten wurde, könnte ein darauf basierendes Filter unter Verwendung herkömmlicher Techniken konstruiert werden. Die Ausmaße und die Formen der Hohlräume, die zum Herstellen des Filters verwendeten Materialien und die physikalischen Eigenschaften jeder Kopplung beeinflussen alle die Frequenzantwort des Filters.
Ein Kopplungskoeffizient beschreibt eine Größe einer Kopplung und Phaseneigenschaften, die durch viele Faktoren beeinflusst werden, wie z. B. durch einen Kopplungstyp, -ausmaße, und -form. Für die oben in Verbindung mit 5 beschriebenen simultanen Kopplungen der ersten Filterausführungsform ist die Phaseneigenschaft einfach entweder „positiv", d. h. in Phase mit den Hauptkopplungen, oder „negativ", d. h. außer Phase mit den Hauptkopplungen, abhängig von den oben erwähnten Faktoren. Diese positive oder negative Phaseneigenschaft bestimmt, auf welcher Seite des Durchlassbereichs sich ein bestimmter Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz befinden wird. Es wird angenommen, dass die Hauptkopplungen des Filters einen positiven Wert darstellen. Falls die Phaseneigenschaft für beide simultane Kopplungen negativ ist, dann werden die zwei Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz auf der rechten Seite des Durchlassbereichs liegen und eine asymmetrische Frequenzantwort erzeugen, wobei der auf der rechten Seite gelegene Rand viel schärfer ist als der auf der linken Seite gelegene Rand. Falls beide simultanen Kopplungen eine positive Phaseneigenschaft aufweisen, werden die zwei Pole auf der linken Seite des Durchlassbereichs liegen und ebenfalls eine asymmetrische Antwort erzeugen. Falls eine einzige simultane Kopplung eine posi tive Phaseneigenschaft aufweist und eine eine negative Phaseneigenschaft aufweist, wird der eine Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz auf jeder Seite des Durchlassbereichs liegen und eine symmetrische Frequenzantwort erzeugen. Jede dieser möglichen Antworten wird eine quasi-elliptische Antwort auf der Seite des Durchlassbereichs sein, wo die Pole liegen.
Ein Diplexer wird unter Verwendung von zwei Bandpass-Filtern konstruiert, wobei ein Filter eine in 8 gezeigte Antwort aufweist und das zweite Filter eine in 9 gezeigte Antwort aufweist. 11 zeigt diese Kombination von Frequenzantworten für einen geeignet entworfenen Diplexer. Das Empfangsfilter ist ausgelegt, einen Durchlassbereich 200 um eine Trägerfrequenz f_el (202) bereitzustellen und weist zwei Einfügungsdämpfungspole 204, 206 auf, die sich auf der rechten Seite ihres Durchlassbereichs 200 befinden, um die nötige Schärfe und Asymmetrie zu ermöglichen. Das Sendefilter stellt einen Durchlassbereich 210 um eine Trägerfrequenz f (212) bereit, die typischerweise so eng wie möglich zu f_el liegt und wie es die Filter erlauben, und legt seine Pole 214, 216 auf die linke Seite des Durchlassbereichs. Diese Antworten könnten durch einen Diplexer ermöglicht werden, der aus zwei Filtern mit vier Hohlräumen hergestellt ist, wobei jedes Filter zwei simultane Kopplungen aufweist, wie oben beschrieben. Der Diplexer bietet eine exzellente Isolierung zwischen gesendeten und empfangenen Signalen, wie es für einen Diplexer erforderlich ist, der mit dem gleichen Antennenelement sowohl für eine Übertragung als auch einen Empfang verbunden ist, und bietet eine geringe Verzerrung und Abschwächung in den Bereichen des Durchlassbereichs. Die Verwendung eines Diplexers mit diesen Eigenschaften ermöglicht es den Kommunikationsnutzlasten an Bord eines sich in einem Orbit befindlichen Satelliten, lediglich einen einzigen Aperturstrahler zu verwenden, was ein bedeutender Kostenvorteil ist, während sowohl eine Empfangsfunktion als auch eine Sendefunktion zufriedenstellend sind.

Claims

Bandpass-Filter, das aufweist: eine Vielzahl von Resonanzhohlräumen (100–106; 152– 158), eine Eingangskopplung (118; 162), eine Ausgangskopplung (126) und zumindest eine Hauptkopplung (108, 110, 112), wobei die Hohlräume (100–106, 152–158) so zusammengekoppelt sind, dass ein Eingangssignal (114; 150) in einen ersten Hohlraum (100; 152) durch die Eingangskopplung (118; 162) eintritt, sich durch den ersten Hohlraum (100; 152) und in einen zweiten Hohlraum (102; 154) durch eine (108) der Hauptkopplungen fortpflanzt, sich weiter sequentiell durch dazwischen liegende Hohlräume (156, 158), einen vorletzten Hohlraum (104) und einen letzten Hohlraum (106) über die Hauptkopplungen (110, 112) fortpflanzt, bevor es aus dem letzten Hohlraum (106) durch die Ausgangskopplung (126) als Ausgangssignal (128) austritt, wobei die gekoppelten Resonanzhohlräume (100–106; 152–158) das Bandpass-Filter bilden, zumindest eine zusätzliche Kopplung (120, 124; 162), wobei jede zusätzliche Kopplung (120, 124; 162) entweder das Eingangssignal (114; 150) mit einem anderen Hohlraum (102; 154– 158) neben dem ersten Hohlraum (100; 152) verbindet, so dass das Eingangssignal (114; 150) gleichzeitig sowohl an den ersten (100; 152) als auch den anderen Hohlraum (102; 154–158) gekoppelt ist, wodurch eine erste simultane Kopplung (115; 159) geschaffen wird, oder das Ausgangssignal (128) mit einem anderen Hohlraum (104) neben dem letzten Hohlraum (106) verbindet, so dass das Ausgangssignal (128) gleichzeitig sowohl mit dem letzten (106) als auch dem anderen Hohlraum (104) gekoppelt ist, wodurch eine zweite simultane Kopplung (12) geschaffen wird, wobei jede zusätzliche Kopplung (120, 124; 162) einen Einfügungsdämpfungspol (170, 172; 180, 182; 190, 194; 204, 206; 214, 216) mit endlicher Frequenz in der Frequenzantwort des Bandpass-Filters erzeugt, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die simultanen Kopplungen (115, 121; 159) im Inneren der Hohlräume (100–106; 152–158) implementiert sind.
Bandpass-Filter gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die simultane Kopplung (115, 121; 159) zumindest zwei Sonden (118, 120; 124, 126; 162) aufweist, die an einem Ende ohne eine externe Verbindungsleitung zwischen den Enden miteinander verbunden sind, wobei die simultane Kopplung (115, 121; 159) daher im Wesentlichen keine ihr zugeordnete Leitungslänge aufweist.
Bandpass-Filter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzantwort einen Durchlassbereich-Abschnitt (174; 184; 192; 200; 210) umfasst und das Filter zumindest eine zusätzliche Kopplung der zusätzlichen Kopplungen (120, 124; 162) umfasst, wobei die zusätzlichen Kopplungen (120, 124; 162) konfiguriert sind, um jeweils Einfügungsdämpfungspole (170, 172; 180, 182; 190; 194; 204, 206; 214, 216) mit endlicher Frequenz zu erzeugen, so dass entweder eine ungerade Anzahl der Einfügungsdämpfungspole (170, 172; 180, 182; 190; 194; 204, 206; 214, 216) auf der linken und rechten Seite des Bandpass-Abschnitts (174; 184; 200; 210) liegt und ein asymmetrisches Bandpass-Filter mit einer quasi-elliptischen Frequenzantwort geschaffen wird oder dass eine gerade Anzahl der Dämpfungspole (190, 194) auf der linken und rechten Seite des Durchlassbereich-Abschnitts (192) liegt und ein symmetrisches Bandpass-Filter mit einer quasi-elliptischen Frequenzantwort geschaffen wird.
Bandpass-Filter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch: einen ersten (100), einen zweiten (102), einen dritten (104) und einen vierten (106) Resonanzhohlraum und drei Hauptkopplungen (108, 110, 112), wobei die Hohlräume (100–106) zusammengekoppelt sind, so dass das Eingangssignal (114) in den ersten Hohlraum (100) durch die Eingangskopplung (118) eintritt, sich sequentiell durch den ersten, zweiten, dritten und vierten Hohlraum (100–106) über die Hauptkopplungen (108, 110, 112) fortpflanzt und aus dem vierten Hohlraum (106) durch die Ausgangskopplung (126) als das Ausgangssignal (128) austritt, wobei die Hohlräume (100–106) das Bandpass-Filter mit einer Frequenzantwort bilden, die einen Durchlassbereich-Abschnitt (174; 184; 192; 200; 210) und einen Randabschnitt (176, 178) auf beiden Seiten des Durchlassbereich-Abschnitts (174; 184; 192; 200; 210) umfasst, eine erste zusätzliche Kopplung (120), die das Eingangssignal (114) mit dem zweiten Hohlraum (102) verbindet, so dass das Eingangssignal (114) sowohl an den ersten (100) als auch an den zweiten Hohlraum (102) gekoppelt ist, wobei eine erste simultane Kopplung (115) geschaffen ist, und eine zweite zusätzliche Kopplung (124), die das Ausgangssignal (128) mit dem dritten Hohlraum (104) verbindet, so dass das Ausgangssignal (128) sowohl an den dritten (104) als auch den vierten Hohlraum (106) gekoppelt ist, wobei eine zweite simultane Kopplung (121) geschaffen ist, wodurch jede der zusätzlichen Kopplungen (115, 121) einen Einfügungsdämpfungspol (170, 172; 180, 182; 190, 194; 204, 206; 214, 216) mit endlicher Frequenz bildet, wobei jeder der Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz den Randabschnitt (176, 178) der Frequenzantwort auf der Seite des Durchlassbereichs (174; 184; 192; 200; 210) schärft, auf dem der Pol (170, 172; 180, 182; 190; 194; 204, 206; 214, 216) liegt.
Bandpass-Filter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (120) und die zweite zusätzliche Kopplung (124) jeweils einen Einfügungsdämpfungspol (170, 172; 180, 182; 190; 194; 204, 206; 214, 216) mit endlicher Frequenz erzeugt, so dass entweder die beiden Pole (170, 172; 180, 182; 214, 216) auf der gleichen Seite des Durchlassbereichs (174; 184; 200; 210) liegen und eine asymmetrische quasi-elliptische Frequenzantwort erzeugen, oder ein Einfügungsdämpfungspol (190) der Einfügungsdämpfungspole mit endlicher Frequenz auf der linken Seite des Durchlassbereichs (122) ist und der andere (194) der Pole auf der rechten Seite des Durchlassbereichs (192) ist, wobei die Pole (190, 194) eine symmetrische, quasielliptische Frequenzantwort erzeugen.
Bandpass-Filter gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (100–106) in einer gefalteten Leiter-Anordnung („folded-ladder structure") angeordnet sind, wobei der dritte (104) und der vierte Hohlraum (106) benachbart zum zweiten (102) bzw. zum ersten Hohlraum (100) sind.
Bandpass-Filter gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste simultane Kopplung (115) eine metallische Sonde (118), die in den ersten Hohlraum (100) hineinragt, und eine weitere metallische Sonde (120) umfasst, die in den zweiten Hohlraum (102) hineinragt, und dass die zweite simultane Kopplung (121) eine metallische Sonde (124), die in den dritten Hohlraum (12) hineinragt, und eine weitere metallische Sonde (126) umfasst, die in den vierten Hohlraum (106) hineinragt, und wobei die Hauptkopplungen (108, 110, 112) Öffnungen aufweisen.
Bandpass-Filter gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter im Mikrowellenbereich des Frequenzspektrums arbeitet.
Diplexer (24) mit Bandpass-Filtern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der aufweist: ein Antenneneinspeisungselement, ein erstes Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter (26) zum Filtern empfangener Signale, das an einem Ende mit dem Antenneneinspeisungselement verbunden ist, ein zweites Resonanzhohlraum-Bandpass-Filter (28) zum Filtern von zu übertragenden Signalen, das an einem Ende mit dem Antenneneinspeisungselement verbunden ist, wobei jedes der Filter (26, 28) einen eindeutigen Durchlassbereich (200, 210) unter Verwendung zumindest einer simultanen Kopplung (115, 121) bereitstellt, um jeweils einen Einfügungsdämpfungspol (204, 206, 214, 216) mit endlicher Frequenz zu schaffen, wobei die Pole jedem Filter eine asymmetrische, quasi-elliptische Frequenzantwort geben, wodurch die asymmetrischen, quasielliptischen Frequenzantworten, die durch die simultanen Kopplungen (115, 121) ermöglicht werden, es den Durchlassbereichen (200, 210) ermöglichen, näher zusammen zu sein als ohne die Verwendung simultaner Kopplungen (115, 121), wobei dem Diplexer (24) eine verbesserte Empfangs-/Übertragungsisolation bereitgestellt wird.
Satellitenkommunikationssystem mit einer Vielzahl von Diplexern gemäß Anspruch 9, das aufweist: einen Satelliten, der in einem Orbit um die Erde positioniert ist, eine Antenne (12) an Bord des Satelliten zum Übertragen von Signalen an die Erde und zum Empfangen von Signalen von der Erde, eine Vielzahl von Antenneneinspeisungselementen (10), wobei jedes der Elemente (10) Signale an die Antenne (12) einspeist und Signale von der Antenne (12) empfängt, und einer Vielzahl von Diplexern (24).
Verfahren zum Erzeugen vom Einfügungsdämpfungspolen mit endlicher Frequenz (170, 172; 180, 182; 190, 194; 204, 206; 214, 216) in einer Frequenzantwort eines Bandpass-Filters, das die folgenden Schritte aufweist: Einkoppeln eines Eingangssignals (114; 150) in einen ersten Resonanzhohlraum (100, 152), sequentielles Fortschreiten des Signals (114, 150) durch eine Reihe von Resonanzhohlräumen (100–106; 152–158), Koppeln des Signals aus einem letzten Resonanzhohlraum (106) an die Außenseite der Reihe von Hohlräumen (100–106; 152– 158), um ein Ausgangssignal (128) zu extrahieren, wobei die Reihe von Hohlräumen (100–105; 152–158) ein Bandpass-Filter bilden, Koppeln (120; 162) des Eingangssignals (114; 150) an einen anderen oder mehrere andere Hohlräume (102; 154–158) als den ersten Resonanzhohlraum (100; 142), wodurch eine erste simultane Kopplung (115; 159) geschaffen wird, und/oder Koppeln (125) des Ausgangssignals (128) an einen anderen oder mehrere andere Hohlräume (104) als den letzten Hohlraum (106), wodurch eine zweite simultane Kopplung (121) geschaffen wird, wobei jede der anderen Kopplungen (120, 124; 162) einen Einfügungsdämpfungspol mit endlicher Frequenz (170, 172; 180, 182; 190; 194; 204, 206; 214, 216) in der Frequenzantwort des Bandpass-Filters erzeugt, gekennzeichnet durch Implementieren der simultanen Kopplungen (115, 121; 159) im Inneren der Hohlräume (100–106; 152–158).