EP0226951A1

EP0226951A1 - Bandsperre für kurze elektromagnetische Wellen mit Leitungselementen

Info

Publication number: EP0226951A1
Application number: EP86117196A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Langer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1987-07-01
Anticipated expiration: 2006-12-10
Also published as: DE3673622D1; EP0226951B1; ATE55847T1

Abstract

Im Frequenzbereich der kurzen elektromagnetischen Wellen sind Bandsperren erforderlich, die bei einem möglichst geringen Volumen möglichst gute elektrische Werte haben. Angegeben werden Schaltungen, bei denen die einzelnen Resonatoren (LS) über Koppelleitungen (LK2,LK3) verbunden sind, deren Längen erheblich vom Wert λ/4 abweichen. Wellenwiderstandssprünge sind zur einfachen Herstellung nur in der Eingangs- und in der Ausgangsleitung (1,2) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bandsperre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Bandsperren der vorgenannten Art sind dem Grundkonzept nach aus der US-PS 4 449 108 bekannt. Bei den dort beschriebenen Bandsperren werden die Längen der Koppelleitungsabschnitte abweichend vom Wert λ/4 gewählt, um mit dieser Maßnahme die Sperrdämpfung der Bandsperre zu verbessern. Es werden bei dieser Lösung jedoch wenigstens drei Sperrkreise benötigt und es ist die Ausgestaltung der Bandsperre so vorgenommen, daß am Eingang und am Ausgang ein Sperrkreis anliegt.
Bekanntlich wird bei Bandsperren im allgemeinen für einen begrenzten Frequenzbereich eine möglichst hohe Sperrdämpfung gewünscht und für einen weiteren Frequenzbereich eine möglichst geringe Durchlaßdämpfung gefordert, was gleichbedeutend mit einer hohen Echodämpfung ist, während im restlichen Frequenzbereich in der Regel keine speziellen Anforderungen bestehen. Das Erfüllen der Echodämpfungforderung stellt bekanntlich ein besonderes technisches Problem dar. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, daß der sogenannte klassische Filterentwurf neben dem gewünschten Sperrbereich im restlichen Frequenzbereich einen einheitlichen Durchlaßbereich ergibt. Bei einer Realisierung der Sperrenschaltung aus Leitungselementen ergeben sich aufgrund der Leitungscharakteristik weitere Sperrbereiche bei ungeradzahligen Vielfachen der Sperrbereichsmittenfrequenz. Zwischen den Sperrbereichen liegen Durchlaßbereiche mit gleich großem Dämpfungsrippel, wie dies beispielsweise aus dem Buch von Matthaei, Young, Jones "Design of Microware Filters Impedance-Matching Networks and Coupling Structures" (McGraw-Hill, New York 1964) und dort insbesondere Seite 758 bekannt ist. Die in diesem Zusammenhang bekannten Bandsperren aus Leitungselementen bestehen aus Sperrkreisen, die mit Koppelleitungen der Länge λ/4 oder ungeradzahligen Vielfachen davon versehen sind, wobei λ die Wellenlänge einer im Sperrbereich liegenden Frequenz ist. Wenn man solche Bandsperren aus Leitungselementen gemäß ihrem elektrischen Ersatzschaltbild aufbaut, die Sperrkreise können auch aus konzentrierten Schaltelementen aufgebaut sein, dann ergeben sich bei einer Reihe von Syntheseverfahren, insbesondere für breitbandige Sperren Leitungsstücke mit unterschiedlichen Wellenwiderständen für die Koppeleitungen. Dies führt zu einer komplizierten Realisierung, weil gestufte Übertragungsleitungen verwendet werden müssen. Die Sprünge erschweren nämlich die Herstellung und die Beherrschung der Störreaktanzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Realisierungsmöglichkeiten von Bandsperren aus Leitungselementen anzugeben, bei denen in den Koppelleitungsabschnitten Wellenwiderstandssprünge nicht mehr erforderlich sind. Es wird dadurch erreicht, die Echodämpfung zu optimieren.
Anhand eines Ausführungsbeispieles wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild einer Bandsperre aus Leitungselementen,
Fig. 2a Analysekurven für die Echodämpfung AE in Abhängigkeit von der Frequenz f zwischen 8 und 13 GHz,
Fig. 2b Analysekurven für die Betriebsdämpfung AE in Abhängigkeit von der Frequenz f zwischen 13 und 14,6 GHz,
Fig. 3a, 3b, 3c die Realisierung einer vierkreisigen Bandsperre aus Leitungselementen, insbesondere zeigt Fig. 3b einen Schnitt von Fig. 3a entlang der Schnittlinie A-B und weiterhin zeigt Fig. 3c einen Schnitt von Fig. 3a entlang der Schnittlinie E-F.

In Fig. 1 ist das allgemeine elektrische Ersatzschaltbild einer Bandsperre aus Leitungselementen dargestellt. Zwischen den ein- und ausgangsseitigen Abschlußwiderständen Z_A liegen die einzelnen Leitungselemente. Es folgt also dem eingangsseitigen Widerstand Z_A eine Leitung der Länge lK1 mit dem Wellenwiderstand ZK1. Nach dieser Koppelleitung ist ein Leitungselement, z.B. in Form eines Resonators, mit der Leitungslänge lS1 und dem Wellenwiderstand ZS1 parallel angeschaltet. Im Verlauf der Gesamtschaltung folgen dann in Kette nachgeschaltet weitere Koppelleitungen, wie dies auch durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Das letzte Blindwiderstandselement ist durch eine kurzgeschlossene Leitung der Länge lSn und des Wellenwiderstandes ZSn kenntlich gemacht, an den sich wiederum der letzte Koppelleitungsabschnitt mit der Länge lK, n+1 anschließt. Danach folgt der Abschlußwiderstand Z_A.
Die Berechnung solcher Schaltungen kann beispielsweise nach dem Buch von Matthaei, Young, Jonas "Design of Microwaves Filters Impedance-Matching Networks and Coupling Structures" (McGraw-Hill, New York 1964) erfolgen, wobei insbesondere auf die Seiten 733 bis 737 und die Seiten 757 bis 759 verwiesen sei. Dort ist im einzelnen eine näherungsweise Berechnung mit einem schmalen Sperrbereich und eine genaue Berechnung für Filter mit breiten und schmalen Sperrbereich dargestellt. Tabelle A läßt in den Spalten I, II und III folgendes erkennen. Die Spalten I und II bringen die Werte für die Übertragungsleitung (lk1′-...) und für die Sperrkreise (lS1′-...) und die jeweiligen Wellenwiderstände ZK1′-ZK5′ der Übertragungsleitungen und die Wellenwiderstände der Sperrkreise Zs1′-Zs4′ bei einem klassischen Entwurf für eine Echodämpfung AE=30dB und AE=60dB. In Spalte III sind die entsprechenden Werte zu erkennen, wenn bei der Realisierung der Bandsperre nur Wellenwiderstandssprünge (Zk-Sprünge) vorgenommen werden. Die Erfindung löst nun das technische Problem in der Weise, daß nur am Ein- und Ausgang einer mindestens zweikreisigen Bandsperre ein Wellenwiderstandssprung vorliegt und die Längen der Einkoppel-und Koppelleitungsabschnitte vom Wert λ/4 erheblich abweicht. In bekannter Weise können auch Leitungen der Länge λ/2 zugeschaltet werden.
Für das gezeigte Beispiel ist dies in Spalte IV von Tabelle A zu erkennen.
Mit Hilfe von Analyse- bzw. Optimierungsprogrammen können der Wellenwiderstandssprung und die Längen bestimmt werden, bei denen sich ein gewünschter Verlauf der Echodämpfung einstellt.
Die Analysekurven in den Fig. 2a und 2b zeigen den Gewinn an Echodämpfung und die Veränderung der Sperrdämpfung bei einer vierkreisigen Bandsperre. Die gestrichelten Kurven I und II zeigen dabei den Verlauf nach dem klassischen Filterentwurf, die gepunktete Kurve III zeigt den Verlauf, wenn nur Zk-Sprünge vorgenommen werden und die ausgezogene Kurve IV zeigt, wenn nur ein Zk-Sprung vorgenommen wird, wobei die Leitungslänge Lk gestuft ist.
Ein vierkreisiges Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Leitungselementen ist in Fig. 3a, 3b und 3c angezeigt. Für die dargestellte Bandsperre sind wiederum die einzelnen Längen der Koppelleitungen lK1, lK2, lK3, lK2 und schließlich lK1 zu erkennen. Die Sperrkreise sind ebenso wie in der Tabelle A mit lS bezeichnet. Durch die dargestellten Schnittzeichnungen in den Fig. 3b und 3c als Schnitt A-B bzw. als Schnitt E-F ist auch die konstruktive Ausgestaltung der Bandsperre erkennbar. In den Koppelleitungen ist ein Wellenwiderstandssprung also nicht mehr erforderlich, während nur am Eingang 1 und am Ausgang 2 die Leitungen breiter werden und dort sich also der Wellenwiderstand ändert. Die Leitungslängen lK weichen erheblich vom Wert λ/4 ab, wie dies in Spalte IV von Tabelle A erkennbar ist.
Die beschriebene Bandsperre hat den Vorteil, daß sich bei einer verhältnismäßig raumsparenden und einfachen Herstellung auch eine ausreichend große Fertigungsgenauigkeit erreichen läßt.

Claims

Bandsperre für kurze elektromagnetische Wellen mit Leitungselementen, bestehend aus wenigstens zwei Resonatoren, einer Eingangs- und einer Ausgangsleitung, bei der die einzelnen Resonatoren über Koppelleitungen miteinander verbunden sind, die eine von λ/4 abweichende elektrische Länge haben, wenn λ die Wellenlänge einer im Sperrbereich liegenden Frequenz ist,
dadurch gekennzeichnet , daß Wellenwiderstandssprünge nur in der Eingangs- und in der Ausgangsleitung vorgesehen sind und die Längen der Einkoppel- und Koppelleitungsabschnitte vom Wert λ/4 erheblich abweichen.