DE977567C - Elektrisches Bandfilter fuer sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bandfilter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere für Dezimeter- und Zentimeterwellen, bei welchem die Filterkreise aus beidseitig kurzgeschlossenen koaxialen Leitungsresonatoren bestehen, die untereinander durch Kopplungsöffnungen in der gemeinsamen Trennwand benachbarter Leitungsresonatoren gekoppelt sind, und bei welchem an den Filterenden zur Ankopplung der jeweiligen koaxialen Koppelleitung an den zugehörigen Leitungsresonator eine einstellbare, wenigstens angenähert stoßfreie galvanische Kopplung vorgesehen ist.

Es sind bereits elektrische Bandfilter bekannt, die für die Übertragung von sehr kurzen elektromagnetischen Wellen vorgesehen sind und bei denen die aus Koaxialleitungsstücken bestehenden Filterkreise an einer geeigneten Stelle einer gemeinsamen Trennwand durch eine einfache Unterbrechung der Trennwand gekoppelt sind. Bei vielen bekannten Bandfiltern erfolgt die Ankopplung der koaxialen Anschlußleitungen durch eine galvanische Kopplung in der Weise, daß der Innenleiter der koaxialen Zuführungsleitung mit dem Innenleiter eines der Filterkreise elektrisch leitend verbunden ist, während der Außenleiter der koaxialen Zuführungsleitung mit dem den Filterkreisen gemeinsamen Außenleiter in Verbindung steht.

Es wurde in der Literatur ferner darauf hingewiesen, daß sich mit einer derartigen sogenannten galvanischen Teilankopplung eine Impedanztransformation zur Anpassung des Resonanzwider-

Standes eines koaxialen Leitungskreises an den Wellenwiderstand eines koaxialen Zuführungskabels erreichen läßt. Bei diesen bekannten Anordnungen ist jedoch der Innenleiter der koaxialen Zuführungsleitung an einem vorgegebenen Punkt mit dem Innenleiter des Resonators verbunden, wodurch gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis der Impedanztransformation festgelegt ist. Auf diese Weise ist eine Korrektur des Übersetzungsverhältnisses, diebeispielsweise durch Fertigungstoleranzen der einzelnen Elemente bzw. durch Änderung der Abschlußwiderstände erforderlich sein kann, praktisch nur schwer vorzunehmen.

Es ist ferner eine Anordnung bekannt, bei der zur Einstellung optimaler Widerstandsanpassung der Innenleiter der koaxialen Zuführungsleitung nach Art eines Schleifkontaktes am Innenleiter des Koaxialleitungsresonators verschoben wird. Derartige Kontakte haben aber den Nachteil, daß das eigentliche Kontaktelement als federndes Element ausgebildet sein muß, das zur sicheren Kontaktgabe einen erheblichen Federdruck auf den feststehenden Innenleiter ausüben muß. Durch diesen Feder druck ist jedoch die exakte Reproduzierbarkeit der Einstellung nicht mit Sicherheit gewährleistet.

Außerdem besteht die Gefahr, daß elektrisch gut leitende Überzüge, wie etwa Silber- oder Kupferschichten, die beispielsweise mittels galvanischer Verfahren auf den Innenleiter des Topfkreises und auf das Kontaktelement aufgebracht sind, verhältnismäßig rasch abgenutzt oder sogar beschädigt werden, wodurch wiederum die Sicherheit der Kontaktgabe in Frage gestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen.

Ausgehend von einem elektrischen Bandfilter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere für Dezimeter- und Zentimeterwellen, bei welchem die Filterkreise aus beidseitig kurzgeschlossenen koaxialen Leitungsresonatoren bestehen, die untereinander durch Kopplungsöffnungen in der gemeinsamen Trennwand benachbarter Leitungsresonatoren gekoppelt sind, und bei welchem an den Filterenden zur Ankopplung der jeweiligen koaxialen Koppelleitung an den zugehörigen Leitungsresonator eine einstellbare, wenigstens angenähert stoßfreie galvanische Kopplung vorgesehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses der galvanischen Kopplung zwischen der jeweiligen koaxialen Koppelleitung und dem zugehörigen koaxialen Leitungsresonator an der der Ankopplungsstelle benachbarten Kurzschlußplatte des Leitungsresonators ein Einstellelement, vorzugsweise in Form einer Schraube, angebracht ist, dessen Abstand von dem mit dem Innenleiter des Leitungsresonators galvanisch verbundenen Innenleiter der Koppelleitung veränderbar ist. In der Regel sind beim Bandfilter nach der Erfindung zur Abstimmung der Leitungsresonatoren Abstimmelemente, insbesondere Schrauben, vorgesehen. Die Abmessungen der Filteranordnung lassen sich, falls erforderlich, in bekannter Weise dadurch verringern, daß die Leitungsresonatoren mit einem dielektrischen Stoff ausgefüllt sind.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Eigenschaften des Bandfilters nach der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor.

Durch die Zeichnung ist ein Bandfilter veranschaulicht, das drei in axialer Richtung hintereinanderliegende, beidseitig j eweils kurzgeschlossene koaxiale Leitungsresonatoren aufweist. Die Länge der einzelnen Resonatoren entspricht etwa der Hälfte der Wellenlänge der von dieser Siebanordnung mit möglichst geringer Durchlaßdämpfung zu übertragenden elektromagnetischen Wellen. Die Kopplung aneinandergrenzender Resonatoren erfolgt jeweils durch eine Kopplungsöffnung M mit dem Durchmesser d₀ in der diesen Resonatoren gemeinsamen Kurzschlußebene. Die Resonatoren sind dadurch induktiv gekoppelt. Die Verwendung eines dritten, zwischen den beiden Endresonatoren angeordneten Resonators bringt den Vorteil mit sich, daß der Wellenwiderstand des Bandfilters im Durchlaßbereich gleichmäßiger verläuft. Das Ersatzschaltbild des Filters läßt sich auf zwei in Kette geschaltete π-Glieder mit Parallelschwingkreisen in den Querzweigen und Induktivitäten in den Längszweigen zurückführen. Beim konstruktiven Aufbau des Filters ist somit zu beachten, daß das L-C-Verhältnis (also auch der Wellenwiderstand) des mittleren Resonators halb so groß wie das L-C-Verhältnis der beiden Endresonatoren zu sein hat.

Für die Verbindung des Eingangs und des Ausgangs von Filteranordnungen dieser Art mit Koppelleitungen ist es von Bedeutung, daß der Resonanzwiderstand Z der Filter-Endresonatoren von beispielsweise 20 000 Ohm auf den Betrag transformiert wird, der mit dem Wellenwiderstandswert dieser Koppelleitungen, der vielfach 70 Ohm beträgt, möglichst genau übereinstimmt. Das Bandfilter nach der Erfindung gehört der Gattung von Siebanordnungen an, bei welchen diese Transformation durch eine hinsichtlich ihres Übersetzungsverhältnisses einstellbare galvanische Kopplung erfolgt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist jeweils der Innenleiter der Koppelleitung mit dem außenliegenden Endabschnitt des Resonator-Innenleiters galvanisch fest verbunden. Diese Lage des Anschlußpunktes ist eine Folge des geforderten hohen Transformationsverhältnisses sowie der Art der gegenseitigen Kopplung der Resonatoren. Unbeschadet der mechanisch starren Verbindung zwischen den Innenleitern der Koppelleitung und des Resonators an jedem der beiden Filterenden ist erfindungsgemäß das Übersetzungsverhältnis der Kopplungsanordnung am Filtereingang und am iao Filterausgang dadurch veränderbar, daß jeweils an der der Ankopplungsstelle benachbarten Kurzschlußplatte des Leitungsresonators ein Einstellelement in Form einer Schraube Ü angeordnet ist, deren dem Resonatorinnenraum zugewandtes Ende auf den Innenleiter der Koppelleitung weist und

deren Abstand vom Innenleiter der Koppelleitung veränderbar ist. Um zu vermeiden, daß der im Resonatorinnenraum verlaufende Innenleiterabschnitt der Koppelleitung störend in Erscheinung tritt, wird zweckmäßig der Wellenwiderstand Z^ des Leitungsstückchens, das aus diesem Innenleiterabschnitt der Koppelleitung und der Kurzschlußplatte besteht, passend bemessen. Das Feldbild dieses Leitungsstückchens gleicht näherungsweise

ίο demjenigen einer Leitung, die aus einem Draht von Kreisquerschnitt und einer parallelen, in kurzem Abstand angeordneten leitenden Ebene besteht. Dieses Feldbild ist durch die Schraube Ü veränderbar.

Die Abstimmung der Resonatoren wird vorzugsweise durch die Schrauben A durchgeführt, die jeweils am Ort des Spannungsbauches angeordnet sind. Alle diese Abstimmöglichkeiten können mechanisch gekoppelt werden und gestatten dann,

ao beispielsweise bei Frequenzwechsel, eine rasche Einstellung.

Bei dem durch die Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Resonatoren durch Lochblenden induktiv gekoppelt. Die Kopplungsöffnungen befinden sich dabei an Stellen des Strommaximums aneinandergrenzender Resonatoren. Die Lehre nach der Erfindung ist jedoch ohne weiteres auch auf Bandfilter anwendbar, bei welchen die Resonatoren untereinander durch Loch- oder Schlitzblenden verbunden sind, die kapazitive oder gemischt induktiv-kapazitive Kopplungen ergeben, was davon abhängt, ob die Kopplungsöffnungen an Stellen der Spannungsmaxima aufeinanderfolgender Resonatoren oder an Stellen angeordnet sind, die zwischen den Spannungs- und Strommaxima der zu koppelnden Resonatoren liegen. Diese Kopplungsmöglichkeiten sind z. B. besonders dann gegeben, wenn die Leitungsresonatoren achsparallel zueinander verlaufen.

Die Berechnung und Dimensionierung der Kopplungslöcher läßt sich bekanntlich ableiten aus der Laplaceschen Differentialgleichung des Feldpotentials, deren Lösung eine Kugelfunktion ist. Die Lösung gibt den Durchgriff des elektrischen oder magnetischen Feldes durch ein Kreisloch an. Die mathematische Untersuchung der Wirkung eines Loches in einer leitenden Trennwand ergibt, daß sich ein Loch in dieser Trennwand so benimmt, als ob in seinem Mittelpunkt ein Dipol vorhanden wäre, dessen Achse senkrecht auf der Trennwand steht. Vermittels der Vorstellung vom Ersatzdipol des Loches ist es möglich, die Frage nach der Wirkung des Loches in einer Hochfrequenzschirmung, in einer leitenden Trennwand oder in einem Resonanztopf in mathematischer Form zu beantworten.

Bei längeren Wellenlängen, z. B. im Dezimetergebiet, kann man dazu übergehen, die koaxialen Resonanzfilter mit dielektrischen Stoffen auszufüllen. Durch diese Maßnahme erhält man wesentlich kleinere Ausmaße der Filteranordnung, da die

Längsabmessungen um den Faktor -p=-- abnehmen,

V Brei

wobei e_rei die Dielektrizitätskonstante der betreffenden Stoffe, bezogen auf Luft, ist.

Die durch die Zeichnung wiedergegebene Ausführungsform eines Bandfilters nach der Erfindung läßt auch den konstruktiven Vorteil erkennen, der bei der dort benutzten induktiven Lochblenden-Kopplung der Resonatoren (wo die beiden Lochblenden M in den Kurzschlußplatten des mittleren Resonators vorgesehen sind) erzielbar ist. Es besteht dann nämlich die Möglichkeit, die Resonatoren in einem gemeinsamen Rohr anzuordnen, das zugleich als Außenleiter dieser Resonatoren dient. Dies ergibt eine verbilligte und sehr zweckmäßige Bauweise.

Durch die zweckmäßige Ausbildung dieser Filteranordnungen lassen sich Filter aufbauen, die eine sehr kleine Durchlaßdämpfung bei großer Sperrdämpfung aufweisen; insbesondere lassen sich Bandfilter für sehr schmale Bandbreiten aufbauen, wobei der mechanische Aufwand verhältnismäßig gering ist.

Claims (5)

85 PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrisches Bandfilter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere für Dezimeter- und Zentimeterwellen, bei welchem die Filterkreise aus beidseitig kurzgeschlossenen koaxialen Leitungsresonatoren bestehen, die untereinander durch Kopplungsöffnungen in der gemeinsamen Trennwand benachbarter Leitungsresonatoren gekoppelt sind, und bei welchem an den Filterenden zur Ankopplung der jeweiligen koaxialen Koppelleitung an den zugehörigen Leitungsresonator eine einstellbare, wenigstens angenähert stoßfreie galvanische Kopplung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses der galvanischen Kopplung zwischen der jeweiligen koaxialen Koppelleitung und dem zugehörigen koaxialen Leitungsresonator an der der Ankopplungsstelle benachbarten Kurzschlußplatte des Leitungsresonators ein Einstellelement, vorzugsweise in Form einer Schraube (Ü), angebracht ist, dessen Abstand von dem mit dem Innenleiter des Leitungsresonators galvanisch verbundenen Innenleiter der Koppelleitung veränderbar ist.

2. Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung der Leitungsresonatoren Abstimmelemente, insbesondere Schrauben (A), am Ort des jeweiligen Spannungsbauches vorgesehen sind.

3. Bandfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsresonatoren mit einem dielektrischen Stoff ausgefüllt sind.

4. Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplungsstelle in die unmittelbare Nähe der einen Kurzschlußplatte des jeweiligen Leitungsresonators verlegt ist.

5. Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder

mehr Leitungsresonatoren in einem gemeinsamen Rohr, das zugleich als Außenleiter der Leitungsresonatoren dient, angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2277638, 2410656; »Very High-Frequency Techniques«, Vol. II,

I.Auflage, 3. Nachdruck, New York und London, 1947, S. 785;

F. Staub, »Eine Ultrakurzwellen-Frequenzweiche aus quasistationaren Schwingtöpfen« (Heft 9 der »Mitteilungen aus dem Institut für Hochfrequenztechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich«, herausgegeben von Prof. Dr. F. Tank), Verlag Leemann, Zürich, 1948, S. 33 bis 35;

»Elektrische Nachrichten-Technik« (E. N. T.), Bd. 20, Heft 7, S. 159 bis 169 (Juli 1943).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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