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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Verbundresonator und insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen
Verbundresonator zur Verwendung in bei Mikrowellenfrequenzen arbeitenden
Geräten auf
dem Gebiet der Mobilfunktelekommunikationen.
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Mikrowellen-Resonatoren haben einen
weiten Anwendungsbereich. Insbesondere bei der Mobilfunktelekommunikation
werden Mikrowellen-Resonatoren in Filtern, Multiplexern und Leistungskombinationsnetzen
verwendet.
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Es sind Filter mit exakten Spezifikationen
erforderlich; z. B. enge Bandpassfilter mit geringem Durchlassverlust.
Für die
Anwendungen bei Mobilfunkbasisstationen werden häufig Combline-Filter verwendet,
aber sie haben maximale Resonatorkreisgüten von ein paar Tausend.
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Andererseits haben die elektrische
Resonatoren Kreisgüten
von bis zu 50.000. Jedoch haben sie den Nachteil eines schlechten
Störsignal-Ansprechverhaltens;
d. h. der erste Störmodus
der Resonanz ist nahe der Frequenz des Grundmodus. Folglich ist
die Tiefpassfilterung, welche zum Säubern des Sperrbereichs erforderlich
ist, sehr schwierig zu erzielen. Ferner sind herkömmliche
TE01Δ-Resonatoren
nicht für
Bandbreiten von mehr als 5 MHz bei 900 MHz geeignet, weil das Feld
hauptsächlich auf
das Dielektrikum beschränkt
ist, folglich ist es schwierig, eine starke Eingangskopplung zu
erzielen.
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Die WO-A-96/42118 offenbart einen
in einem Hohlraum eingeschlossenen Doppelmodus-Scheibenresonator
mit parallelen kreisförmigen
Platten, bei dem ein dielektrischer Zylinder an beiden Seiten mit
Elektroden aus einem supraleitenden Film versehen ist.
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Die JP-A-58-173903 offenbart ein
an der Innenfläche
eines Hohlraums platziertes quadratisches dielektrisches Element,
wobei ein Plattenleiter auf der Oberseite des dielektrischen Elements
angeordnet ist.
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Dem Problem der Nebenresonanzen kann man
sich durch Verwenden eines Tiefpassfilters zusammen mit einem Bandpassfilter
widmen, sodass das Tiefpassfilter Nebenresonanzsignale abschneidet.
Jedoch erfordert ein solcher Ansatz eine sehr scharfe Tiefpassfilterkennlinie,
da die Frequenztrennung zwischen der gewünschten Resonanz und den Nebenresonanzen
sehr klein ist. Dies erfordert Tiefpassfilter, die von Gleichstrom
bis zu der höchsten Frequenz
des Durchlassbereichs, z. B. in der Größenordnung von 1 GHz, übertragen,
aber dann innerhalb etwa 100 MHz abschneiden. Die Kante des Tiefpassfilters
muss ausreichend scharf sein, damit das Tiefpassfilter nicht zu
dem Verlust in dem Durchlassbereich beiträgt. Ein Gesamtverlust von 1
dB bei der Mittelfrequenz des Durchlassbereichs ist typischerweise
erforderlich. Solche Erfordernisse stellen strenge Anforderungen
an die Entwicklung des Tiefpassfilters, falls herkömmliche
dielektrische Resonatoren eingesetzt werden sollen.
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Es besteht deshalb Bedarf an einem
Resonator mit hoher Kreisgüte,
sodass ausreichend scharfe Bandpasskennlinien erzielt werden können, und
der nicht das zugehörige
Problem eng beabstandeter Nebenresonanzen zeigt, welche die Verwendung
weiterer Filter mit sehr strengen Filterkennlinien erfordern, um
das gewünschte
Gesamtfilterverhalten bereitzustellen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist
ein Filter gemäß Anspruch
1 vorgesehen.
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Durch Bereitstellen eines Resonators
mit einem dielektrischen Element in einem Resonatorhohlraum und
zwischen einer leitenden Platte und einer Innenseite des den Resonatorhohlraum
bildenden Metallgehäuses
sieht der Frequenzgang des Resonators eine gewünschte Grundeigenresonanz des Resonators
mit einer Resonanzfrequenz vor, die von der Frequenz der nächsten Eigenresonanz
des Resonators gut getrennt ist, und die gewünschte Eigenresonanz weist
ein Paar orthogonaler Resonanzen auf. Die Kreisgüte des Resonators bei seiner
Resonanzfrequenz ist wenigstens gleich derjenigen eines koaxialen
Resonators in einem ähnlichen
physikalischen Volumen.
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Ein solcher Resonator hat eine Resonanzfrequenz,
die in der Frequenz von der Frequenz der nächsten Eigenfrequenz gut getrennt
ist. Daher kann ein Tiefpassfilter mit einem weniger scharfen Verhalten
zusammen mit einem Filter mit Resonatoren gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, um so ein gewünschtes
Gesamtfilterverhalten vorzusehen.
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Der Resonanzmodus ist ein Dualmodus
mit einer Kreisgüte
von ähnlichem
Wert wie derjenigen eines Combline-Resonators ähnlicher physikalischer Größe. Folglich
sieht dies eine 2 : 1-Verbesserung der Kreisgüte je Einheitsvolumen vor.
Somit kann ein Filter mit etwa der halben physikalischen Größe eines
Combline-Filters mit der gleichen elektrischen Leistung oder mit
einer ähnlichen
Größe und stark verbesserter
Leistung, d. h. geringerem Verlust, konstruiert werden.
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Vorzugsweise liegen die Werte der
Dielektrizitätskonstante
des dielektrischen Materials zwischen 30 und 44,
bevorzugter zwischen 36 und 44.
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Das Filter kann so aufgebaut sein,
dass eine TM-Wellenresonanz des Resonators eine Resonanzfrequenz
höher als
die Resonanzfrequenz der TM-Welle besitzt. Durch Anordnen der Geometrie des
Resonators in einer geeigneten Weise kann die Frequenztrennung einer
TM-Welle des Resonators und einer nächstkommenden TE-Welle des
Resonators invertiert werden. In einem frei aufgehängten dielektrischen
Resonator hat die TE-Welle eine niedrigere Frequenz als die nächstkommende
TM-Welle. Jedoch können
die Anordnung und die Geometrie des Resonators geeignet gewählt werden,
sodass die TM-Welle eine niedrigere Frequenz als die TE-Welle erhält, d. h.
die zwei Wellen kreuzen sich in der Frequenz, und die Frequenztrennung
der TE-Welle und der TM-Welle kann im Vergleich zu der Trennung,
wenn die TE-Welle eine niedrigere Frequenz als die TM-Welle hat, erhöht werden.
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Das Filter kann einen Eingangskoppler
aufweisen, welcher elektrische Eingangssignale zu der leitenden
Platte einkoppelt. Dies sieht eine Einkopplungseinrichtung eines
elektrischen Signals in den Resonator und das Einkoppeln elektrischer
Energie in den Resonator vor, um so den Resonator anzuregen.
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Der Eingangskoppler und die leitende
Platte können
derart angeordnet sein, dass die radiale Komponente des elektrischen
Feldes der Resonanzwelle bei der Resonanz von dem Eingangskoppler
diametral über
die leitende Platte gerichtet ist. Wegen der Anordnung und der Geometrie
der leitenden Platte, des dielektrischen Elements und des Resonatorhohlraums
errichtet der an der leitenden Platte angebrachte Eingangskoppler
ein elektrisches Feld, dessen radiale Komponente von dem Punkt,
an dem der Eingangskoppler an der leitenden Platte angebracht ist,
diametral über
die leitende Platte verläuft.
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Im Umfang der leitenden Platte kann
eine Einkerbung vorgesehen sein. Das Vorsehen einer Einkerbung im
Umfang der leitenden Platte bewirkt die Erzeugung einer zweiten
radialen Komponente des elektrischen Feldes über der Platte; d. h. eine Komponente
der zweiten der zwei orthogonalen Wellen der Doppelmodus-TM-Wellenresonanz.
Die Winkelposition der Einkerbung um den Umfang bestimmt die Orientierung
der zweiten radialen Komponente des elektrischen Feldes bezüglich der
ersten radialen Komponente des elektrischen Feldes. Damit kann der
einzelne physikalische Resonator als ein Paar gekoppelter Resonatoren
wirken.
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Die Einkerbung kann in einem Winkel
von 45° zu
der Richtung der radialen Komponente des elektrischen Feldes positioniert
sein. Eine solche Winkelposition der Einkerbung erzeugt eine zweite radiale
Komponente des elektrischen Feldes in einer Richtung senkrecht zu
der ersten radialen Komponente des elektrischen Feldes; d. h. die
zweite orthogonale Komponente der dualen TM-Welle. Die Stärke der
zweiten Querresonanz ist dann maximiert und etwa gleich derjenigen
der ersten Resonanz.
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Das Filter kann einen Ausgangskoppler
haben, welcher elektrische Signale aus dem Resonator auskoppelt.
Der Ausgangskoppler gibt die elektrische Energie im Resonator als
ein elektrisches Signal aus. Die Position des Ausgangskopplers wird
so gewählt, dass
sie einer passenden radialen Komponente des elektrischen Feldes über der
leitenden Platte entspricht.
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Das Filter kann einen zweiten Mikrowellen-Verbundresonator
haben. Eine Anzahl Resonatoren kann in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen
sein, um ein Filter mit einer gewünschten Filterkennlinie vorzusehen.
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Das Filter kann einen Eingangskoppler,
welcher elektrische Eingangssignale der Platte des ersten Resonators
einkoppelt, und einen Ausgangskoppler, welcher elektrische Ausgangssignale
aus der leitenden Platte des zweiten Resonators auskoppelt, aufweisen.
Der erste und der zweite Resonator können derart angeordnet sein,
dass zwischen dem ersten physikalischen Resonator und dem zweiten physikalischen
Resonator eine Kopplung existiert. Ein elektrisches Signal kann
im ersten Resonator eingegeben und dann von dem zweiten Resonator
nach Durchlaufen des durch die Resonatoren gebildeten Filternetzes
ausgegeben werden.
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Das Filter kann eine erste Einkerbung
im Umfang der leitenden Platte des ersten Resonators und eine zweite
Einkerbung im Umfang der leitenden Platte des zweiten Resonators
haben. Durch Vorsehen einer Einkerbung in der leitenden Platte eines ersten
Resonators wird eine zweite radiale Komponente des elektrischen
Filters in dem ersten physikalischen Resonator erzeugt. Dieses elektrische
Feld kann dann in den zweiten Resonator einkoppeln und ein radiales
elektrisches Feld in der leitenden Platte des zweiten Resonators
induzieren. Die Einkerbung in der Platte des zweiten physikalischen
Resonators bewirkt dann die Erzeugung eines zweiten radialen elektrischen
Feldes in der leitenden Platte. Auf diese Weise wirken die zwei
physikalischen Resonatoren als vier gekoppelte Resonatoren.
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Das Filter kann eine erste Einkerbung
und eine zweite Einkerbung aufweisen, die in ihrem Winkel derart
versetzt sind, dass eine radiale Komponente des elektrischen Feldes
einer Resonanzwelle im ersten Resonator nur zu einer einzigen radialen
Komponente des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle im zweiten
Resonator einkoppelt. Auf diese Weise können die physikalischen Resonatoren
als Reihe von nicht-kreuzgekoppelten Resonatoren wirken, bei denen
die Reihen von Resonatoren größer als
die Anzahl physikalischer Resonatoren ist.
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Das Filter kann eine erste Einkerbung
und eine zweite Einkerbung aufweisen, die in ihrem Winkel derart
versetzt sind, dass eine radiale Komponente des elektrischen Feldes
einer Resonanzwelle im ersten Resonator zu beiden eines Paares radialer Komponenten
des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle im zweiten Resonator
einkoppelt, um so den ersten und den zweiten Resonator kreuzzukoppeln,
um in dem Filteransprechverhalten Pole vorzusehen. Auf diese Weise
kann eine Reihe von Resonatoren vorgesehen sein, aber mit einer
Kreuzkopplung zwischen den Resonatoren, um ein Vorsehen von Polen
in dem Filterverhalten zu erlauben, sodass die Filterkennlinie modifiziert
werden kann. Die Stärke
der Kreuzkopplung zwischen den Resonatoren kann durch Verändern des
Relativwinkels zwischen den Einkerbungen in der ersten und der zweiten
Platte verändert
werden.
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Das Filter kann ein Abstimmelement
aufweisen. Die Relativposition des Abstimmelements und eines Resonators
kann geändert
werden, um so die Resonanzfrequenz des Resonators abzustimmen. Das
Abstimmelement kann eine an einem Isolierelement angebrachte leitende
Scheibe aufweisen, und die Trennung der leitenden Scheibe und der
leitenden Platte eines Resonators kann verändert werden. Auf diese Weise
kann das Filterverhalten korrigiert werden, indem ein Weg des Abstimmens
der Resonanzfrequenz der Resonatoren in dem Filter vorgesehen wird.
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Das Filter kann ein Bandpassfilter
sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nun
nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Darin zeigen:
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1a und 1b eine schematische Drauf-
und Querschnittsansicht eines Resonators gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
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2a und 2b eine schematische Querschnittsansicht
eines frei gehaltenen dielektrischen Resonators und sein Frequenzgangspektrum
zu Veranschaulichungszwecken;
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3a und 3b eine schematische Querschnittsansicht
eines Resonators gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung und sein Frequenzgangspektrum;
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4 eine
schematische Draufsicht eines Zweiresonator-Filters gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung;
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5 eine
Darstellung, welche die radialen elektrischen Felder in den Platten
eines Filters und das entsprechende Reihenresonatornetz veranschaulicht;
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6 eine
Darstellung, welche die radialen elektrischen Felder in den Platten
eines Filters und das entsprechende kreuzgekoppelte Reihenresonatornetz
veranschaulicht;
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7 ein
Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Filters gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung;
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8 einen
Querschnitt entlang Linie AA' des
Filters von 8;
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9 schematisch
die Komponenten des elektrischen Feldes und die relative Ausrichtung
des Eingangs- und des Ausgangskopplers des in 7 und 8 dargestellten
Filters;
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10 eine
Veranschaulichung der in 11 verwendeten
Symbole; und
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11 ein
schematisches Ersatzschaltbild des in 7 und 8 dargestellten 8-PolFilters.
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In den Zeichnungen haben gleiche
Gegenstände
die gleiche Bezugsziffer.
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Bezug nehmend auf 1a,b ist eine Drauf- und eine Querschnittsansicht
eines allgemein durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichneten
Resonators gemäß der Erfindung
gezeigt. Der Resonator besitzt ein rechteckiges Gehäuse 11,
das einen Resonatorhohlraum 12 definiert. Vorzugsweise
ist das Gehäuse aus
Aluminium. Ein dielektrisches Element
13 in der Form eines
geraden Zylinders ist in dem Resonatorhohlraum angeordnet. Das dielektrische
Element hat eine Oberseite 14 und eine Unterseite 15.
Der Resonator besitzt auch eine kreisförmige leitende Metallplatte 16.
Die kreisförmige
leitende Metallplatte stößt direkt
an die Oberseite des dielektrischen Elements, und die Unterseite
des dielektrischen Elements stößt direkt
an eine Innenfläche 17 des
Metallgehäuses. Die
Platte, das dielektrische Element und das Gehäuse werden durch eine Schraube 18 aus
Isoliermaterial gehalten. Ein Eingangskoppler 19 verbindet
die Metallplatte mit einem Koaxialstecker 20 an der Außenseite
des Gehäuses.
Der Resonator besitzt auch einen Deckel, der nicht dargestellt ist.
Ein Ausgangskoppler, nicht dargestellt, ähnlich dem Eingangskoppler,
verbindet die Metallplatte mit einem Ausgangs-Koaxialstecker an
der Außenseite
des Gehäuses.
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Geeignete Maße für den Resonator sind wie folgt:
das Gehäuse
ist 60 mm im Quadrat und 28 mm tief; das dielektrische Element ist
40 mm im Durchmesser und 20 mm hoch; die Metallplatte ist 30 mm im
Durchmesser und 3 mm dick, und der Spalt zwischen der Oberseite
der Platte und dem Deckel beträgt
5 mm. Ein geeignetes Material für
das dielektrische Element ist ZTS. Indem ein dielektrisches Material
mit einer Dielektrizitätskonstante
von 44 verwendet wird, kann ein Resonator mit einer Kreisgüte von etwa
4.000 und mit einer Resonanzfrequenz von 915 MHz mit einer ersten
Nebenresonanz bei 1.360 MHz realisiert werden.
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Alternativ kann ein Resonator wie
oben, aber mit einer Gehäusetiefe
von 45 mm, einer Dicke des dielektrischen Elements von 30 mm und
einem Deckel-Metallplatten-Spalt von 12 mm aufgebaut werden. Ein
solcher Resonator hat eine Kreisgüte von etwa 6.000, eine Resonanzfrequenz
von 925 MHz und eine erste Nebenresonanz bei 1.145 MHz. Wie für den Fachmann
selbstverständlich,
können
die Maße
der Komponenten des Resonators gewählt werden, um einen Resonator
mit einer Geometrie vorzusehen, die so konstruiert ist, um die gewünschte Resonanzfrequenz,
Kreisgüte
und Nebenbandbreite, d. h. die Frequenztrennung der Resonanzfrequenz
und der ersten Nebenresonanz, vorzusehen.
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Es wird nun das Verhalten des Resonators unter
Bezugnahme auf 2a, 2b, 3a und 3b beschrieben. 2a zeigt eine schematische
Darstellung eines dielektrischen Resonators 20, bei dem
ein dielektrisches Element 21 frei in einem Resonatorhohlraum 22 eines
Metallgehäuses 23 aufgehängt ist.
Das dielektrische Element ist mit einer Innenfläche des Metallgehäuses nicht
direkt in Kontakt, sondern es wird durch Isolierelemente gehalten,
die nicht dargestellt sind. 2b zeigt
das Frequenzgangspektrum eines solchen Resonators. Der Resonator
hat eine Eigenresonanz 24 bei einer ersten Frequenz, welche
eine stehende TM-Mikrowellenresonanz ist. Der Resonator hat auch eine
Eigenresonanz 25 bei einer zweiten höheren Frequenz, welche eine stehende
duale TM-Mikrowellenresonanz mit zwei orthogonalen Wellen ist, sodass
um die Frequenz der TM-Welle beide Wellen der Resonanz durch ein
Signal mit einer ähnlichen
Frequenz angeregt werden können.
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3a zeigt
eine schematische Darstellung eines Resonators 30 gemäß der Erfindung
und 3b das Frequenzgangspektrum
eines solchen Resonators. Durch Setzen eines dielektrischen Elements 31 direkt
in Kontakt mit der Innenfläche
eines Metallgehäuses 32 des
Resonatorhohlraums, kreuzkoppeln die Relativposition der dualen
TM-Welle und der TE-Welle des Resonators, sodass die TM-Welle zu
einer niedrigeren Frequenz als die TE-Welle wird. Ferner erhöht sich
durch Setzen einer Metallplatte direkt in Kontakt mit einer Oberseite
des dielektrischen Elements die Frequenztrennung der TM- und der TE-Welle.
Die TM-Welle besteht aus einem Paar orthogonaler Resonanzwellen
und so verdoppelt sich die Kreisgüte eines Resonators mittels
der Frequenz der dualen TM-Welle bei seiner Resonanzfrequenz effektiv.
Durch Verändern
der Größe der Metallplatte bezüglich des
dielektrischen Elements kann die Frequenztrennung der TM- und der
TE-Welle verändert werden.
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Damit stellt der Resonator einen
Resonator mit einer verbesserten Kreisgüte im Vergleich zu ähnlich dimensionierten
Resonatoren und mit einer verbesserten Nebenbandbreite bereit. Ein
solcher Resonator kann als Resonator in einem Einresonator-Mikrowellenfilter
verwendet werden, wie für
den Fachmann der Mikrowellenfiltertechnik offensichtlich.
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Es wird nun ein Filter mit Resonatoren
gemäß der Erfindung
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Ein allgemein mit der Bezugsziffer 40 gekennzeichnetes
Mikrowellenfilter enthält
einen ersten Resonator 41 und einen zweiten Resonator 42 in
einem gemeinsamen Gehäuse 43.
Der erste Resonator hat einen Eingangskoppler 44 zum Einkoppeln von
elektronischen Eingangssignalen in eine erste Platte 48 des
ersten Resonators. Die erste Platte besitzt eine Einkerbung 45 in
ihrem Umfang an einer speziellen Position relativ zu dem Eingangskoppler, wie
später
beschrieben. Der zweite Resonator besitzt einen Ausgangskoppler 46 zum
Ausgeben eines elektrischen Signals von einer zweiten Platte 49 des zweiten
Resonators. Die zweite Platte weist eine zweite Einkerbung 47 in
ihrem Umfang an einer speziellen Position relativ zu der ersten
Einkerbung 45 und auch zu dem Ausgangskoppler 46 auf.
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Es wird nun das Verhalten des Filters
unter Bezugnahme auf 5 beschrieben,
die eine Darstellung der ersten und der zweiten Platte 48, 49 des Filters
und ein entsprechendes Resonatornetz zeigt. Ein elektrisches Eingangssignal
wird durch den Eingangskoppler 44 in die erste Platte eingekoppelt.
In Abwesenheit der ersten Einkerbung 45 besitzt die durch
den Resonator gehaltene stehende Resonanz der TM-Welle eine radiale
Komponente des elektrischen Feldes, die wegen der Natur der TM-Welle
diametral über
die Platte gerichtet ist, und die kreisförmige Symmetrie der Platte
(wie durch eine gestrichelte Linie 50 angezeigt). Durch
Platzieren einer Einkerbung im Umfang der Platte in einem Winkel
von 45° bezüglich der
Richtung der radialen Komponente des elektrischen Feldes wird eine
zweite radiale Komponente des elektrischen Feldes über die
Platte und quer zu der ersten elektrischen Feldrichtung (angezeigt
durch eine gestrichelte Linie 51) erzeugt. Die erste und
die zweite radiale Komponente des elektrischen Feldes entsprechen
den zwei orthogonalen Wellen der dualen TM-Wellenresonanz. Die zweite radiale
Komponente des elektrischen Feldes koppelt in die zweite Platte 49 des
zweiten Resonators ein und induziert in der zweiten Platte ein erstes
radiales elektrisches Feld (angezeigt durch eine gestrichelte Linie 52).
Die zweite Einkerbung 47 bewirkt die Erzeugung eines zweiten
radialen elektrischen Feldes in der zweiten Platte quer zu der Richtung
des ersten Feldes (angezeigt durch eine gestrichelte Linie 53). Das
zweite elektrische Feld erzeugt dann über den Ausgangskoppler 46 ein
Ausgangssignal.
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Diese Anordnung der Einkerbungen
bedeutet, dass sich jeder der physikalischen Resonatoren 41 und 42 verhält, als
ob er aus zwei Resonatoren besteht. Ein entsprechendes Resonatornetz
ist in 5 dargestellt.
Das Filter 40 ist äquivalent
zu einem zu einer Reihe von vier Resonatoren 54 bis 57 gekoppelten
Eingang, mit einem Endausgang, wobei der erste Resonator 54 dem
radialen elektrischen Feld 50 entspricht, usw.. Damit kann
aus einem Filter mit zwei physikalischen Resonatoren ein Vier-Resonator-Filter
erzeugt werden. Die Entwicklung eines Filters zum Bereitstellen
eines speziellen Filteransprechverhaltens, z. B. Bandpass, aus den
Resonatoren der vorliegenden Erfindung ist für den Fachmann selbstverständlich.
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6 zeigt
eine Darstellung eines Filters, bei dem eine Kreuzkopplung in das
Resonatornetz integriert worden ist. Die Winkelposition der zweiten
Einkerbung 58 in der zweiten Platte 49 des zweiten
Resonators wurde bezüglich
sowohl der ersten Einkerbung 45 in der ersten Platte 48 als
auch des Ausgangskopplers 46 der zweiten Platte verändert. Wenn
bei diesem Aufbau das radiale elektrische Feld entlang der Richtung 51 in
die Platte 49 einkoppelt, induziert es ein elektrisches
Feld entsprechend der parallelen Komponenten der elektrischen Felder
entlang der Richtungen 52 und 53 in dem vorherigen
Fall (veranschaulicht durch eine gestrichelte Linie 59). Die
Einkerbung 58 erzeugt dann eine elektrisches Feld entsprechend
der Querkomponenten der Komponenten der elektrischen Felder entlang
der Richtungen 52 und 53 in dem vorherigen Fall,
was ein resultierendes elektrisches Feld entlang einer durch eine
gestrichelte Linie 60 veranschaulichten Richtung erzeugt.
Dieses elektrische Feld koppelt zu dem Ausgangskoppler 56,
um ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen. Der Effekt hiervon
ist das Einleiten einer Kreuzkopplung zwischen den einzelnen Resonatorwellen
des radialen elektrischen Feldes entlang der Richtungen 51 und 53.
Die Stärke
der Kreuzkopplung hängt
von dem Relativwinkel zwischen den Einkerbungen 45 und 58 und
dem Ausgang von der Platte 49 an der Position des Ausgangskopplers 46 relativ
zu den Einkerbungen 45 und 58 ab.
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Das entsprechende Resonatornetz ist
in 6 gezeigt, bei dem
das Filter einer Reihe von Resonatoren 61 bis 64 entsprechend
den radialen elektrischen Feldern entlang den Richtungen 50, 51, 52 bzw. 53 entsprechen,
aber mit einer Kreuzkopplung zwischen den Resonatoren 62 und 64,
wobei die Stärke
der Kopplung zwischen den Resonatoren 62, 63 und 64 von
der relativen Winkelausrichtung der Einkerbungen 45 und 58 abhängt. Das
Bereitstellen der Kreuzkopplung in einem Resonatornetz erlaubt das
Integrieren von Polen in die Übertragungsfunktion
des Filters und damit eine Veränderung
der Filtercharakteristik, wie gewünscht. Damit kann die Filtercharakteristik
in einer gewünschten
Weise durch Verändern
der relativen Winkelposition der Einkerbungen geändert werden.
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Filter mit mehr als zwei Resonatoren
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind ebenfalls vorstellbar.
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Unter Bezugnahme auf 7 und 8 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Filters, allgemein durch die Bezugsziffer 70 gekennzeichnet,
gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist das Filter 70 ein Acht-Pol-Filter.
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Das Filter besitzt vier Resonatoren 71, 72, 73, 74,
die in einem gemeinsamen Gehäuse 75 aus mit
Silber überzogenem
Aluminium vorgesehen sind. Jeder Resonator enthält eine Ausnehmung 76–79,
in welcher ein dielektrisches Element 80–83 in
Form eines geraden Kreiszylinders angeordnet ist. Eine kreisförmige leitende
Platte 84–87 ist
an jedem dielektrischen Element positioniert. Jede leitende Platte besitzt
ein Paar Einkerbungen 95, 96 darin. Die leitende
Platte und das dielektrische Element sind aneinander und an dem
Boden des Ausnehmungsgehäuses
durch eine Isolierschraube 88–91 befestigt.
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Die Ausnehmungen sind 60 mm im Quadrat und
40 mm tief. Der dielektrische Zylinder hat einen Durchmesser von
40 mm und eine Tiefe von 23 mm. Die leitenden Platten haben einen
Durchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 3 mm. Solche Maße stellen einen
Resonator mit einer Kreisgüte
von etwa 5.000 bereit.
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Jeder Resonator weist auch ein Abstimmelement 92 in
der Form eines Paares kreisförmiger
Metallplatten 93, die an Isoliergewindehalterungen 94 in den
Seitenwänden
des Gehäuses
der jeweiligen Resonatorhohlräume
befestigt sind, auf.
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Die Gehäusewände, welche den ersten und den
zweiten, den zweiten und den dritten, und den dritten und den vierten
Resonator trennen, weisen eine Iris 97 darin auf, durch
welche ein Kopplungselement 98 verläuft. Der Eingangskoppler 99 ist
in der Form eines Koaxialsteckers 101 mit einer Übertragungsleitung 102,
welche sich zu einem an der Basis des Gehäuses befestigten Pfosten 103 verläuft, wobei
sich von dem Pfosten über
die leitende Scheibe des Resonators eine kapazitive Sonde 104 erstreckt. Der
Ausgangskoppler 100 ist ähnlich aufgebaut.
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Es wird nun die Funktionsweise des
Filters unter Bezugnahme auf 9 bis 11 beschrieben. 9 zeigt schematisch die
tatsächlichen
Resonanzeigenwellen der physikalischen Resonatoren und ihren jeweiligen
Aufbau zusammen mit dem Eingangs- und
dem Ausgangskoppler. 10 zeigt
die herkömmlichen
Symbole für
die Komponententeile des Filternetzes und die in 11 verwendeten Kurzsymbole. 11 zeigt das Ersatzschaltbild
des in 7 und 8 dargestellten Filters.
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Elektrische Energie gelangt über den
Eingangskoppler in das Filternetz. Der Pfosten 103 dient als
induktiver Blindwiderstand, und die an dem Pfosten befestigte kapazitive
Sondenkopplung koppelt die elektrischen Felder der leitenden Platte
ein. Wie früher
beschrieben, existieren in Abwesenheit irgendeiner Einkerbung in
der leitenden Platte zwei entartete TM-Resonanzwellen. Das Integrieren
einer Einkerbung in den Umfang der Platte hebt die Entartung auf
und verbreitert das Spektrum. Das Vertiefen der Einkerbung erhöht die Kopplungsbandbreite, aber
schließlich
wird das Feldmuster verzerrt. Die Verwendung von zwei Einkerbungen
kann eine erhöhte
Bandbreite mit weniger Feldverzerrung vorsehen.
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Jeder Resonator unterstützt zwei
orthogonale Wellen des radialen elektrischen Feldes. Das Ausmaß, bis zu
dem der Eingangskoppler in die zwei Wellen des ersten Resonators
einkoppelt, wird durch den zwischen der ersten radialen Welle und
dem kapazitiven Koppler gehaltenen Winkel θ01 bestimmt. Falls
dieser Winkel Null ist, dann erfolgt die Einkopplung direkt in die
erste Welle. Falls dieser Winkel größer als Null ist, dann gibt
es eine Kreuzkopplung in sowohl die erste als auch die zweite radiale
Welle. In Abwesenheit irgendeiner Kreuzkopplung besitzt das Filter
eine Standard-Chebychev-Antwort.
Das Einbauen eine Kreuzkopplung integriert einen Dämpfungspol
und verändert die
Filtercharakteristik, sodass sie nicht länger symmetrisch ist, und sieht
eine steilere Antwort zu einer Seite vor, wie es für den Fachmann
offensichtlich ist.
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Damit sieht, wie in 10 und 11 veranschaulicht,
der Eingangskoppler einen induktiven Blindwiderstand und eine Kapazität vor, die
zusammen als Inverter wirken, was einen ersten Knoten 0 des Filternetzes
und eine Inverterkopplung zu den zwei Wellen des ersten Resonators
vorsieht. Ein Generator ist mit der ersten und der zweiten Resonatorwelle über Inverter
K01, und K02 gekoppelt,
die durch den Pfosten/Sonde-Eingangskoppler
realisiert sind, und die Stärke
der Kopplung wird durch den Relativwinkel zwischen dem Eingangskoppler
und den Resonatorwellen bestimmt. Analog hängt die Ausgangskopplung von
dem Relativwinkel θ8,9 zwischen dem
radialen elektrischen Feld des letzten Resonators und dem kapazitiven
Ausgangskoppler ab, sodass die Stärke irgendeiner Kreuzkopplung
geändert werden
kann. Wieder wirken der Pfosten/die kapazitive Sonde als Inverter
K79 und K89, was
einen Ausgangsknoten 9 bereitstellt, mit dem ein Verbraucher verbunden
werden kann.
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Die Kopplung zwischen den Resonatoren kann
durch Vorsehen von Irisblenden 97 und Kopplungselementen 98 verbessert
werden. Die Irisblenden helfen einer Abschirmung von ungewollten Kopplungen
zwischen Wellen der Resonatoren. Die Kopplungselemente helfen der
Verstärkung
der gewünschten
Kopplung zwischen den Resonatoren aufgrund ihrer physikalischen
Nähe und
der Konzentrierung von Ladung, sodass die gewünschten radialen Wellen stark
koppeln.
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Ein jeweiliges Abstimmelement 92 ist
für jede Welle
jedes Resonators vorgesehen. Da das radiale elektrische Feld das
stärkste
ist, sind die Abstimmelement in den Seitenwellen des Gehäuses vorgesehen,
sodass eine Oberfläche
der kreisförmigen
Platten so groß wie
möglich
im wesentlichen senkrecht zu den radialen Feldern präsentiert
wird.
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Selbstverständlich können auch andere Mehrpol-Filteranordnungen,
als nicht-einschränkendes
Beispiel 10 Pole, vorgesehen und vorstellbar sein.