DE69816324T2

DE69816324T2 - Verbundfilter

Info

Publication number: DE69816324T2
Application number: DE69816324T
Authority: DE
Inventors: Ian Hunter; David John RHODES
Original assignee: Filtronic PLC
Current assignee: Filtronic PLC
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-10-15
Also published as: EP1025609B1; AU9449998A; WO1999019933A1; DE69816324D1; US6414571B1; JP2001520467A; GB9721803D0; CN1128483C; EP1025609A1; ATE244938T1; CN1276922A

Description

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.
Mikrowellen-Resonatoren haben einen weiten Anwendungsbereich. Insbesondere bei der Mobilfunktelekommunikation werden Mikrowellen-Resonatoren in Filtern, Multiplexern und Leistungskombinationsnetzen verwendet.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Filter gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
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.
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.
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.
Vorzugsweise liegen die Werte der Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials zwischen 30 und 44, bevorzugter zwischen 36 und 44.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das Filter kann ein Bandpassfilter sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
1a und 1b eine schematische Drauf- und Querschnittsansicht eines Resonators gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
2a und 2b eine schematische Querschnittsansicht eines frei gehaltenen dielektrischen Resonators und sein Frequenzgangspektrum zu Veranschaulichungszwecken;
3a und 3b eine schematische Querschnittsansicht eines Resonators gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung und sein Frequenzgangspektrum;
4 eine schematische Draufsicht eines Zweiresonator-Filters gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
5 eine Darstellung, welche die radialen elektrischen Felder in den Platten eines Filters und das entsprechende Reihenresonatornetz veranschaulicht;
6 eine Darstellung, welche die radialen elektrischen Felder in den Platten eines Filters und das entsprechende kreuzgekoppelte Reihenresonatornetz veranschaulicht;
7 ein Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Filters gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung;
8 einen Querschnitt entlang Linie AA' des Filters von 8;
9 schematisch die Komponenten des elektrischen Feldes und die relative Ausrichtung des Eingangs- und des Ausgangskopplers des in 7 und 8 dargestellten Filters;
10 eine Veranschaulichung der in 11 verwendeten Symbole; und
11 ein schematisches Ersatzschaltbild des in 7 und 8 dargestellten 8-PolFilters.
In den Zeichnungen haben gleiche Gegenstände die gleiche Bezugsziffer.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Filter mit mehr als zwei Resonatoren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls vorstellbar.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Selbstverständlich können auch andere Mehrpol-Filteranordnungen, als nicht-einschränkendes Beispiel 10 Pole, vorgesehen und vorstellbar sein.

Claims

Filter mit einem Mikrowellen-Verbundresonator, wobei der Resonator aufweist: ein Metallgehäuse (11), das eine Innenseite besitzt und einen Resonatorhohlraum definiert; ein im wesentliches kreiszylinderförmiges dielektrisches Element (13); und eine kreisrunde leitende Metallplatte (16), bei welchem das dielektrische Element in dem Resonatorhohlraum auf der Innenseite des Metallgehäuses angeordnet ist, und die leitende Platte auf dem dielektrischen Element angeordnet und derart ausgebildet ist, dass der Resonator in Betrieb bei Resonanz eine zweifache TM-Wellenresonanz aufrechterhält.
Filter nach Anspruch 1, bei welchem eine TE-Wellenresonanz des Resonators eine Resonanzfrequenz höher als die Resonanzfrequenz der TM-Welle besitzt.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einer Eingangskopplung, die elektrische Eingangssignale zu der leitenden Platte einkoppelt.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im Umfang der leitenden Platte eine Einkerbung vorhanden ist.
Filter nach Anspruch 4, bei welchem die Einkerbung in einem Winkel von 45° zu der Richtung einer radialen Komponente des diametral über die leitende Platte gerichteten elektrischen Feldes angeordnet ist.
Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einem Ausgangskoppler, der elektrische Ausgangssignale aus dem Resonator auskoppelt.
Filter nach Anspruch 1, und mit einem zweiten Mikrowellen-Verbundresonator.
Filter nach Anspruch 7, bei welchem ein Eingangskoppler elektrische Eingangssignale zu der leitenden Platte des ersten Resonators einkoppelt und ein Ausgangskoppler elektrische Ausgangssignale von der leitenden Platte des zweiten Resonators auskoppelt.
Filter nach Anspruch 8, bei welchem im Umfang der leitenden Platte des ersten Resonators eine erste Einkerbung und im Umfang der leitenden Platte des zweiten Resonators eine zweite Einkerbung vorhanden ist.
Filter nach Anspruch 9, bei welchem die erste Einkerbung und die zweite Einkerbung in ihrem Winkel derart versetzt sind, dass eine radiale Komponente des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle in dem ersten Resonator nur zu einer einzigen radialen Komponente des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle in dem zweiten Resonator einkoppelt.
Filter nach Anspruch 9, bei welchem die erste Einkerbung und die zweite Einkerbung in ihrem Winkel derart versetzt sind, dass eine radiale Komponente des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle in dem ersten Resonator zu beiden radialen Paarkomponenten des elektrischen Feldes einer Resonanzwelle indem zweiten Resonator einkoppelt, um so den ersten und den zweiten Resonator kreuzzukoppeln, um in dem Filterantwortverhalten Pole vorzusehen.
Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welchem das Filter ein Bandpassfilter ist.