EP0440661A1 - A high-frequency band-pass filter. - Google Patents

A high-frequency band-pass filter.

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EP0440661A1
EP0440661A1 EP89908824A EP89908824A EP0440661A1 EP 0440661 A1 EP0440661 A1 EP 0440661A1 EP 89908824 A EP89908824 A EP 89908824A EP 89908824 A EP89908824 A EP 89908824A EP 0440661 A1 EP0440661 A1 EP 0440661A1
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EP
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resonator
bandpass filter
input
output
length
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EP89908824A
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Dieter Seitzer
Thomas Brockdorff
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20363—Linear resonators

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency bandpass filter according to the preamble of patent claim 1.
  • a generic high-frequency bandpass filter is already known from the textbook "Zinke / Brunswig: Textbook of High Frequency Technology, Volume 1, 3rd Edition, Springer-Verlag 1986, page 209, Figure 4.14 / 9".
  • This known high-frequency band-pass filter is a so-called interdigital filter with capacitively shortened resonator inner conductors.
  • an input line resonator, a center line resonator and an output line resonator lie parallel to one another in such a way that a coupling between the input line resonator nator and the center line resonator and a coupling between the center line resonator and the output line resonator occurs.
  • This coupling is a so-called coupling of parallel lines.
  • a desirable shift of the next pass band which in the case of lambda half-resonators is twice the resonance frequency, to higher frequencies, so that good attenuation at the first harmonic of the center frequency occurs of the passband can be achieved.
  • the degree of coupling of this known interdigital filter cannot be increased arbitrarily and thus the damping at the resonance frequency cannot be reduced to low damping values without undesired direct coupling of the input resonator to the output resonator, which in turn inhibits the characteristics of the Inter ⁇ digital filter would affect.
  • a bandpass filter with parallel coupled lambda half resonators is also known from the textbook on radio frequency technology cited above, page 207, Figure 4.14 / 6.
  • the known bandpass filter is implemented using strip technology or micro-strip technology and comprises a plurality of lambda half-strip line resonators on a substrate, which are mutually offset in the longitudinal direction by lambda quarters.
  • Such a high-frequency band-pass filter structure has large external dimensions. Furthermore, such an unabridged high-frequency bandpass filter cannot be tuned and has a relatively low attenuation at the first harmonic.
  • FIG. 1 a high-frequency bandpass filter using stripline technology is known, which has an input coupling line, two center resonators and an output coupling line.
  • the input coupling line and the output coupling line are each designed as idling lines and capacitive coupling elements, which are arranged parallel to one another and unaligned in the direction of their longitudinal extension, that is to say arranged at the same height.
  • the two center resonators are designed as U-shaped, capacitively shortened lambda half resonators, the ends of which are connected to the ground potential and the center of which are each connected to a capacitor.
  • the high-frequency bandpass filter according to the invention prevents a direct coupling of the input resonator to the output resonator by means of their arrangement which is offset in the longitudinal direction of the central resonator, as a result of which a high degree of coupling can be achieved, with a through loss of only 1 to 2.5 dB. of the pass-through frequency is possible without the usual wave formation of the attenuation curve in the frequency range with such a high degree of coupling.
  • the high-frequency bandpass filter according to the invention not only shows the very high passband attenuation just mentioned, but also has, depending on the degree of coupling and bandwidth of the passband, an attenuation of up to -70 dB at the first harmonic.
  • An important advantage of the filter according to the invention is that its characteristics can be simulated by computer, which is not the case with many known filter structures or can only be carried out approximately with considerable effort.
  • the filter according to the invention is suitable for tuning capacitors with adjustable capacitance values or trimmers and can be constructed compactly and inexpensively using microstrip technology. Because of its low pass-through attenuation, the field of application of the line filter according to the invention not only appears to be limited to frequency processing, but it also seems to be possible in principle to use the filter according to the invention also in the power range.
  • FIG. 2 shows a computational simulation of the damping curve of the embodiment according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a measurement result of the damping curve of the embodiment according to FIG. 1.
  • the third-order high-frequency bandpass filter which is designated in its entirety by reference number 1, comprises an input resonator 2, a center resonator 3 and an output resonator 4.
  • the resonators 2, 3, 4 are designed as line resonators in strip technology or microstrip technology on a substrate by means of the etching technology which is conventional per se.
  • the substrate has a thickness of approximately 1.5 mm with a relative permeability or effective dielectric constant
  • the input resonator 2 is coupled to the central resonator 3 in parallel.
  • the center resonator 3 is in turn coupled to the output resonator 4 in parallel.
  • the mutually turned ends 5, 6 of the input resonator 2 and the output resonator 4 are connected to ground.
  • the two ends 7, 8 of the center resonator 3 are connected to ground.
  • the center of the center resonator 3 is connected to ground via a first adjustable capacitor 9.
  • the opposite ends 10, 11 of the input resonator 2 and the output resonator 4 are also connected to ground via a second or third adjustable capacitor 12, 13.
  • the input resonator 2 is parallel to the center resonator 3 between one end 7 and the center 14 of the center resonator 3.
  • the output resonator 4 is parallel to the center resonator 3 between the center 14 of the center resonator 3 and the other end 8 thereof Offset of the input resonator and the output resonator largely prevents an undesired, direct coupling from the input resonator to the output resonator, which would lead to a weakening of the damping outside the pass frequency.
  • the center resonator 3 in conjunction with the first capacitor 9 assigned to it forms a shortened lambda half-line resonator, the length of which, by suitable selection of the capacitance value of the first capacitor, is likewise from 10 to 30%, but preferably approximately 16%, of the length of a lambda Half resonator is set.
  • the capacitance value of the first capacitor 9 corresponds with approximately 2% accuracy to twice the capacitance value of the second or third capacitor 12, 13.
  • the ratio of the capacitance values results from the line lengths.
  • the lengths can be changed independently of one another within certain limits, which is accompanied by a corresponding change in the capacitance values.
  • the outer line elements 2, 4 can be shifted slightly parallel to the middle line 3, which facilitates the placement of the middle capacitor 9.
  • the input resonator 2 is connected to an input connection line 15 by means of a direct tap.
  • the output resonator 4 is connected to an output connection line 16 by means of a direct tap.
  • any other coupling can be used in deviation from the exemplary embodiment shown.
  • the computational attenuation curve shows a transmission loss of less than -1 dB and an attenuation of -65 dB at twice the transmission frequency
  • FIG. 3 shows the actually measured attenuation curve of the embodiment of the high-frequency band-pass filter according to the invention with the above-mentioned direction
  • the computed attenuation curve according to FIG. 2 coincides relatively well with that actually measured Attenuation curve according to FIG. 3.
  • a transmission loss of -1.2 dB was achieved at the transmission frequency f of 400 MHz.
  • the attenuation curve shown in FIG. 3 shows that a very high degree of coupling is achieved at the pass frequency f without the wave formation of the attenuation curve in the frequency range which is usual with such high degrees of coupling being accepted must be taken, as occurs in filters with two resonators coupled in parallel.
  • the illustrated embodiment of the bandpass filter according to the invention has a very wide tuning range from 360 MHz to 960 MHz with an approximately constant quality.
  • a decisive advantage of the high-frequency bandpass filter according to the invention is that its damping behavior can be simulated with little effort using programs known per se. B. is not possible with an interdigital filter with more than two resonators.
  • Preferred areas of application of the filter according to the invention are in the field of frequency processing technology at frequencies between approximately 50 MHz and 10 GHz. It is also conceivable to use the filter according to the invention as an output filter for transmitters with low power to suppress harmonics.

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Abstract

Filtre passe-bande haute fréquence comportant un résonateur d'entrée, un résonateur central et un résonateur de sortie couplés en parallèle. Le résonateur d'entrée et le résonateur de sortie sont des résonateurs quart d'onde à capacité diminuée. Pour améliorer les caractéristiques d'amortissement, le résonateur central se présente sous la forme d'un résonateur demi-onde à capacité diminuée. Le résonateur d'entrée s'étend sur une première partie de la longueur du résonateur central. Le résonateur de sortie s'étend sur une deuxième partie de la longueur du résonateur central.A high frequency bandpass filter comprising an input resonator, a central resonator and an output resonator coupled in parallel. The input resonator and the output resonator are quarter wave capacitance reduced resonators. To improve the damping characteristics, the central resonator is in the form of a half-wave resonator with reduced capacity. The input resonator extends over a first part of the length of the central resonator. The output resonator extends over a second part of the length of the central resonator.

Description

Hochfrequenz-Bandpaßfil er High frequency bandpass filter
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenz-Band- paßfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a high-frequency bandpass filter according to the preamble of patent claim 1.
Ein gattungsgemäßes Hochfrequenz-Bandpaßfilter ist bereits bekannt aus dem Lehrbuch "Zinke/Brunswig: Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, Band 1, 3. Auflage, Springer-Verlag 1986, Seite 209, Abbildung 4.14/9". Bei diesem bekannten Hochfrequenz-Bandpaßfilter handelt es sich um ein sogenann¬ tes Interdigitalfilter mit kapazitiv verkürzten Resonator- Innenleitern.. Bei diesem Hochfrequenz-Bandpaßfilter liegen ein Eingangsleitungsresonator, ein Mittenleitungsresonator und ein Ausgangsleitungsresonator parallel zueinander in der Weise, daß eine Kopplung zwischen dem Eingangsleitungsreso- nator und dem Mittenleitungsresonator sowie eine Kopplung zwischen dem Mittenleitungsresonator und dem Ausgangslei¬ tungsresonator auftritt. Bei dieser Kopplung handelt es sich um eine sogenannte Kopplung paralleler Leitungen. Bei diesem bekannten Interdigitalfilter mit drei kapazitiv verkürzten Lambda- Viertel-Resonatoren tritt eine wünschenswerte Verschiebung des nächsten Durchlaßbereiches, der bei Lambda- Halbe- Resonatoren bei der zweifachen Resonanzfrequenz liegt, zu höheren Frequenzen auf, so daß eine gute Dämpfung bei der ersten Harmonischen der Mittenfrequenz des Durch¬ laßbereiches erzielt werden kann. Andererseits kann der Kopplungsgrad dieses bekannten Interdigitalfilters nicht beliebig erhöht werden und damit die Dämpfung bei der Resonanzfrequenz nicht auf niedrige Dämpfungswerte herab¬ gesenkt werden, ohne daß es zu einer unerwünschten direkten Kopplung des Eingangsresonators- mit dem Ausgangsresonator kommt, die ihrerseits die Sperrcharakteristika des Inter¬ digitalfilters beeinträchtigen würde. Aus dem oben zitierten Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, Seite 207, Abbildung 4.14/6 ist ferner ein Bandpaßfilter mit parallel gekoppelten Lambda-Halbe-Resonatoren bekannt. Das bekannte Bandpaßfilter ist in Streifentechnik oder Mikro- striptechnik realisiert und umfaßt auf einem Substrat eine Mehrzahl von Lambda-Halbe-Streifenleitungsresonatoren, die gegeneinander in Längsrichtung um Lambda-Viertel versetzt sind. Eine derartige Hochfrequenz-Bandpaßfilter-Struktur hat große Außenabmessungen. Ferner ist ein derartiges unverkürz¬ tes Hochfrequenz- Bandpaßfilter nicht abstimmbar und hat eine relativ niedrige Dämpfung bei der ersten Harmonischen.A generic high-frequency bandpass filter is already known from the textbook "Zinke / Brunswig: Textbook of High Frequency Technology, Volume 1, 3rd Edition, Springer-Verlag 1986, page 209, Figure 4.14 / 9". This known high-frequency band-pass filter is a so-called interdigital filter with capacitively shortened resonator inner conductors. In this high-frequency band-pass filter, an input line resonator, a center line resonator and an output line resonator lie parallel to one another in such a way that a coupling between the input line resonator nator and the center line resonator and a coupling between the center line resonator and the output line resonator occurs. This coupling is a so-called coupling of parallel lines. In this known interdigital filter with three capacitively shortened lambda quarter-resonators, a desirable shift of the next pass band, which in the case of lambda half-resonators is twice the resonance frequency, to higher frequencies, so that good attenuation at the first harmonic of the center frequency occurs of the passband can be achieved. On the other hand, the degree of coupling of this known interdigital filter cannot be increased arbitrarily and thus the damping at the resonance frequency cannot be reduced to low damping values without undesired direct coupling of the input resonator to the output resonator, which in turn inhibits the characteristics of the Inter¬ digital filter would affect. A bandpass filter with parallel coupled lambda half resonators is also known from the textbook on radio frequency technology cited above, page 207, Figure 4.14 / 6. The known bandpass filter is implemented using strip technology or micro-strip technology and comprises a plurality of lambda half-strip line resonators on a substrate, which are mutually offset in the longitudinal direction by lambda quarters. Such a high-frequency band-pass filter structure has large external dimensions. Furthermore, such an unabridged high-frequency bandpass filter cannot be tuned and has a relatively low attenuation at the first harmonic.
Aus dem Standardlehrbuch "Meinke/Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 4. Auflage, Springer-Verlag 1986", Abschnitte F 14 bis F 19 in Verbindung mit Bild 27 sind verschiedene gekoppelte Leitungsschaltungen, die einen Band¬ paß bilden, bekannt.Various coupled line circuits, which form a bandpass, are known from the standard textbook "Meinke / Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, 4th edition, Springer-Verlag 1986", sections F 14 to F 19 in conjunction with Figure 27.
Aus der EP-Bl-0117178, Fig. 1, ist ein Hochfrequenz-Bandpa߬ filter in Streifenleitungstechnik bekannt, das eine Eingangskoppelleitung, zwei Mittenresonatoren und eine Ausgangskoppelleitung aufweist. Die Eingangskoppelleitung und die Ausgangskoppelleitung sind jeweils als leerlaufende Leitungen und kapazitive Koppelelemente ausgebildet, welche parallel zueinander und in Richtung ihrer Längserstreckung unversetzt, also auf gleicher Höhe angeordnet sind. Die beiden Mittenresonatoren sind als U-förmige , kapazitiv verkürzte Lambda-Halbe-Resonatoren ausgestaltet, deren Enden mit dem Massepotential und deren Mitte mit jeweils einem Kondensator verbunden sit. Die Eingangskoppelleitung und die Ausgangskoppelleitung bilden rein kapazitive Einkopplungen an einem relativ niederohmigen Punkt der Mittenresonatoren. Die gesamte Filterstruktur ist nicht abstimmbar und hat keinen einstellbaren Kopplungsgrad. Erst recht ist es mit diesem Filter nicht möglich, dieses in seinen Mittenfrequenz über einem größeren Frequenzbereich durchzustimmen. Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hochfrequenz-Bandpa߬ filter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bei einfacher Herstellbarkeit und geringen Außenabmessungen des Filters eine niedrige Durchlaßdämpfung bei hoher Dämpfung insbesondere im Bereich der ersten Harmonischen bzw. der ersten Oberschwingung erzielt wird.From EP-B1-0117178, FIG. 1, a high-frequency bandpass filter using stripline technology is known, which has an input coupling line, two center resonators and an output coupling line. The input coupling line and the output coupling line are each designed as idling lines and capacitive coupling elements, which are arranged parallel to one another and unaligned in the direction of their longitudinal extension, that is to say arranged at the same height. The two center resonators are designed as U-shaped, capacitively shortened lambda half resonators, the ends of which are connected to the ground potential and the center of which are each connected to a capacitor. The input coupling line and the output coupling line form purely capacitive couplings at a relatively low-resistance point of the center resonators. The entire filter structure cannot be tuned and has no adjustable degree of coupling. It is all the more impossible with this filter to tune its center frequency over a larger frequency range. Compared to this prior art, the object of the present invention is to develop a high-frequency bandpass filter of the type mentioned at the outset in such a way that, with simple manufacture and small external dimensions of the filter, low transmission loss with high attenuation, in particular in the area of the first harmonic or first harmonic is achieved.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Hochfre¬ quenz-Bandpaßfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by a high-frequency bandpass filter according to the preamble of patent claim 1 by the features specified in the characterizing part of patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Bandpaß ilter verhindert eine direkte Kopplung des Eingangsresonators mit dem Aus¬ gangsresonator durch deren in Längsrichtung des Mittelreso¬ nators versetzte Anordnung, wodurch ein hoher Kopplungsgrad erzielbar ist, der eine Durchgangsdämpfung von lediglich 1 bis 2,5 dB bei. der Durchgangsfrequenz ermöglicht, ohne daß es zu einer bei einem derart hohen Kopplungsgrad üblichen Wellenbildung des Dämpfungsverlaufes im Frequenzbereich kommt. Das erfindungsgemäße Hochfrequenz-Bandpaßfilter zeigt nicht nur die soeben angesprochene, sehr hohe Durchla߬ dämpfung, sondern verfügt ferner, je nach Kopplungsgrad und Bandbreite des Durchlaßbereiches, über eine Dämpfung von bis zu -70 dB bei der ersten Harmonischen.The high-frequency bandpass filter according to the invention prevents a direct coupling of the input resonator to the output resonator by means of their arrangement which is offset in the longitudinal direction of the central resonator, as a result of which a high degree of coupling can be achieved, with a through loss of only 1 to 2.5 dB. of the pass-through frequency is possible without the usual wave formation of the attenuation curve in the frequency range with such a high degree of coupling. The high-frequency bandpass filter according to the invention not only shows the very high passband attenuation just mentioned, but also has, depending on the degree of coupling and bandwidth of the passband, an attenuation of up to -70 dB at the first harmonic.
Ein bedeutender Vorzug des erfindungsgemäßen Filters liegt darin, daß dessen Charakteristika rechnerisch simulierbar sind, was bei vielen bekannten Filterstrukturen nicht der Fall ist oder nur näherungsweise bei erheblichen Aufwand durchführbar ist.An important advantage of the filter according to the invention is that its characteristics can be simulated by computer, which is not the case with many known filter structures or can only be carried out approximately with considerable effort.
Das erfindungsgemäße Filter eignet sich für eine Abstimmung bei Kondensatoren mit einstellbaren Kapazitätswerten oder Trimmern und kann kompakt und kostengünstig in Mikrostrip- technologie aufgebaut werden. Aufgrund seiner niedrigen Durchlaßdämpfung erscheint der Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Leitungsfilters nicht nur auf die Frequenzaufbereitung beschränkt, sondern es scheint grundsätzlich möglich, das erfindungsgemäße Filter auch im Leistungsbereich einzusetzen.The filter according to the invention is suitable for tuning capacitors with adjustable capacitance values or trimmers and can be constructed compactly and inexpensively using microstrip technology. Because of its low pass-through attenuation, the field of application of the line filter according to the invention not only appears to be limited to frequency processing, but it also seems to be possible in principle to use the filter according to the invention also in the power range.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fil¬ ters wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the filter according to the invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Struktur einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters;1 shows a structure of an embodiment of the filter according to the invention;
Fig. 2 eine rechnerische Simulation des Dämpfungs¬ verlaufes der Ausführungsform gemäß Fig. 1; undFIG. 2 shows a computational simulation of the damping curve of the embodiment according to FIG. 1; and
Fig. 3 ein Meßergebnis des Dämpfungsverlaufes der Ausführungsform gemäß Fig. 1.3 shows a measurement result of the damping curve of the embodiment according to FIG. 1.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt das erfindungsgemäße Hoch¬ frequenz-Bandpaßfilter dritter Ordnung, das in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, einen Eingangsresonator 2, einen Mittenresonator 3 und einen Aus¬ gangsresonator 4. Die Resonatoren 2, 3, 4 sind als Leitungs¬ resonatoren in Streifentechnik bzw. Mikrostriptechnik auf einem Substrat mittels der an sich üblichen Ätztechnik aus¬ gestaltet. Bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform hat das Substrat eine Dicke von etwa 1,5 mm bei einer rela¬ tiven Permeabilität bzw. effektiven DielektrizitätszahlAs shown in FIG. 1, the third-order high-frequency bandpass filter according to the invention, which is designated in its entirety by reference number 1, comprises an input resonator 2, a center resonator 3 and an output resonator 4. The resonators 2, 3, 4 are designed as line resonators in strip technology or microstrip technology on a substrate by means of the etching technology which is conventional per se. In the preferred embodiment shown, the substrate has a thickness of approximately 1.5 mm with a relative permeability or effective dielectric constant
EPSILON von etwa 4,0. REPSILON of about 4.0. R
Der Eingangsresonator 2 ist mit dem Mittenresonator 3 paral¬ lel gekoppelt. Der Mittenresonator 3 ist seinerseits mit dem Ausgangsresonator 4 parallel gekoppelt. Die einander zuge- wandten Enden 5, 6 des Eingangsresonators 2 und des Aus¬ gangsresonators 4 sind mit Masse verbunden. Gleichfalls sind die beiden Enden 7, 8 des Mittenresonators 3 mit Masse ver¬ bunden. Der Mittelpunkt des Mittenresonators 3 ist über einen ersten einstellbaren Kondensator 9 mit Masse verbun¬ den. Die einander entgegengesetzten Enden 10, 11 des Ein¬ gangsresonators 2 und des Ausgangsresonators 4 sind über einen zweiten bzw. dritten einstellbaren Kondensator 12, 13 gleichfalls mit Masse verbunden.The input resonator 2 is coupled to the central resonator 3 in parallel. The center resonator 3 is in turn coupled to the output resonator 4 in parallel. The mutually turned ends 5, 6 of the input resonator 2 and the output resonator 4 are connected to ground. Likewise, the two ends 7, 8 of the center resonator 3 are connected to ground. The center of the center resonator 3 is connected to ground via a first adjustable capacitor 9. The opposite ends 10, 11 of the input resonator 2 and the output resonator 4 are also connected to ground via a second or third adjustable capacitor 12, 13.
Der Eingangsresonator 2 liegt parallel zum Mittenresonator 3 zwischen einem Ende 7 und dem Mittelpunkt 14 des Mitten¬ resonators 3. Der Ausgangsresonator 4 liegt parallel zum Mittenresonator 3 zwischen dem Mittelpunkt 14 des Mitten¬ resonators 3 und dessen anderem Ende 8. Durch diesen gegen¬ seitigen Versatz des Eingangsresonators und des Ausgangs¬ resonators wird eine unerwünschte, direkte Kopplung vom Eingangsresonator auf den Ausgangsresonator, die zu einer Schwächung der Dämpfung außerhalb der Durchgangsfrequenz führen würde, weitgehend vermieden.The input resonator 2 is parallel to the center resonator 3 between one end 7 and the center 14 of the center resonator 3. The output resonator 4 is parallel to the center resonator 3 between the center 14 of the center resonator 3 and the other end 8 thereof Offset of the input resonator and the output resonator largely prevents an undesired, direct coupling from the input resonator to the output resonator, which would lead to a weakening of the damping outside the pass frequency.
Der Eingangsresonator 2 und der Ausgangsresonator 4 bilden in Verbindung mit dem ihnen zugeordneten zweiten bzw. dritten Kondensator 12, 13 kapazitiv verkürzte Lambda- Viertel-Leitungsresonatoren, deren elektrische Länge durch geeignete Wahl des Kapazitätswertes des zweiten bzw. drit¬ ten Kondensators 12, 13 auf 10 bis 30 %, vorzugsweise etwa 15 % der Länge eines Lambda-Viertel-Leitungsresonators ein¬ gestellt ist.The input resonator 2 and the output resonator 4, in conjunction with their assigned second or third capacitor 12, 13, form capacitively shortened lambda quarter-line resonators, the electrical length of which is formed by a suitable choice of the capacitance value of the second or third capacitor 12, 13 10 to 30%, preferably about 15% of the length of a quarter-wave line resonator is set.
Der Mittenresonator 3 in Verbindung mit dem ihm zugeordne¬ ten ersten Kondensator 9 bildet einen verkürzten Lambda- Halbe-Leitungsresonator, dessen Länge durch geeignete Wahl des Kapazitätswerts des ersten Kondensators gleichfalls auf 10 bis 30 %, vorzugsweise jedoch etwa 16 % der Länge eines Lambda-Halbe-Resonators eingestellt ist. Der Kapazitätswert des ersten Kondensators 9 entspricht mit etwa 2% Genauigkeit dem zweifachen Kapazitätswert des zweiten bzw. dritten Kondensators 12, 13. Das Verhältnis der Kapazitätswerte ergibt sich aus den Leitungslängen. Man kann die Längen in gewissen Grenzen unabhängig voneinander verändern, was mit einer entsprechenden Änderung der Kapazitätswerte einhergeht.The center resonator 3 in conjunction with the first capacitor 9 assigned to it forms a shortened lambda half-line resonator, the length of which, by suitable selection of the capacitance value of the first capacitor, is likewise from 10 to 30%, but preferably approximately 16%, of the length of a lambda Half resonator is set. The capacitance value of the first capacitor 9 corresponds with approximately 2% accuracy to twice the capacitance value of the second or third capacitor 12, 13. The ratio of the capacitance values results from the line lengths. The lengths can be changed independently of one another within certain limits, which is accompanied by a corresponding change in the capacitance values.
Die äußeren Leitungselemente 2,4 können parallel geringfügig zur mittleren Leitung 3 verschoben sein, wodurch die Plazierung des mittleren Kondensators 9 erleichtert wird.The outer line elements 2, 4 can be shifted slightly parallel to the middle line 3, which facilitates the placement of the middle capacitor 9.
Wie allgemein bekannt ist, geht die relative, effektive elektrische Permeabilität mit der Wurzel ihres Kehrwertes in die Länge der Leitungsresonatoren 2, 3, 4 ein. ( vergl. " Erich Pehl: Mikrowellentechnik ", S. 87 ff ).As is generally known, the relative, effective electrical permeability is rooted in the reciprocal of the length of the line resonators 2, 3, 4. (see "Erich Pehl: Microwave Technology", p. 87 ff).
Dies führt bei einer relativen Permeabilität von etwa 4,0 bei einem Verhältnis von Leiterbreite zu Substratdicke von 1,33 zu einer weiteren Verringerung der Abmessungen auf etwa 58 % des Wertes, der sich bei einer relativen Permeabilität von 1 ergeben würde.With a relative permeability of approximately 4.0 and a ratio of conductor width to substrate thickness of 1.33, this leads to a further reduction in the dimensions to approximately 58% of the value that would result with a relative permeability of 1.
Der Eingangsresonator 2 ist mittels einer direkten Anzapfung mit einer Eingangsanschlußleitung 15 verbunden. Entspre¬ chend ist der Ausgangsresonator 4 mittels einer direkten Anzapfung mit einer Ausgangsanschlußleitung 16 verbunden. Anstelle der Ankopplung der Eingangsanschlußleitung 15 und der Ausgangsanschlußleitung 16 mittels einer direkten An¬ zapfung kann in Abweichung von dem gezeigten Ausführungs¬ beispiel auch jede andere Ankopplung verwendet werden.The input resonator 2 is connected to an input connection line 15 by means of a direct tap. Correspondingly, the output resonator 4 is connected to an output connection line 16 by means of a direct tap. Instead of coupling the input connection line 15 and the output connection line 16 by means of a direct tap, any other coupling can be used in deviation from the exemplary embodiment shown.
Bei einer praktisch realisierten Ausführungsform in Mikro- striptechnik für eine Durchlaßfrequenz f von 400 MHz undIn a practically implemented embodiment in micro-strip technology for a pass frequency f of 400 MHz and
B bei einer relativen Permeabilität des Substrates vonB with a relative permeability of the substrate of
EPSILON = 4,0 wurden folgende Dimensionen gewählt: Die K. Kapazität des zweiten und dritten Kondensators 12, 13 be¬ trägt 18,6 pF, diejenige des ersten Kondensators 9 beträgt 36,6 pF. Die Längen des Eingangsresonators und des Ausgangs¬ resonators 2, 4 betragen 17 mm. Die Länge des Mittenreso¬ nators 3 beträgt 34 mm. Die Anschlußleitungen 15, 16 mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm sind um 4,8 mm von den entgegengesetzten Enden 10, 11 des Eingangsresonators 2 bzw. Ausgangsresonators 4 beabstandet.EPSILON = 4.0 the following dimensions were chosen: The K. The capacitance of the second and third capacitors 12, 13 is 18.6 pF, that of the first capacitor 9 is 36.6 pF. The lengths of the input resonator and of the output resonator 2, 4 are 17 mm. The length of the center resonator 3 is 34 mm. The connecting lines 15, 16 with a characteristic impedance of 50 ohms are spaced 4.8 mm from the opposite ends 10, 11 of the input resonator 2 and output resonator 4.
Ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Hochfrequenz- Bandpaßfilters 1 besteht darin, daß dessen Dämpfungsverlauf rechnerisch simulierbar ist. Das Ergebnis einer derartigen Simulation ist in Fig. 2 dargestellt.An important advantage of the high-frequency bandpass filter 1 according to the invention is that its attenuation curve can be simulated by computer. The result of such a simulation is shown in FIG. 2.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, zeigt der rechnerische Dämp¬ fungsverlauf eine Durchlaßdämpfung von weniger als -1 dB und eine Dämpfung von -65 dB bei der doppelten DurchlaßfrequenzAs can be seen in FIG. 2, the computational attenuation curve shows a transmission loss of less than -1 dB and an attenuation of -65 dB at twice the transmission frequency
2 f . B2 f. B
Aus einem Vergleich mit Fig. 3, die den tatsächlich gemes¬ senen Dämpfungsverlauf der Ausführungsform des erfindungs¬ gemäßen Hochfrequenz-Bandpaßfilters mit der oben angegebe¬ nen Diraensionierung wiedergibt, deckt sich der rechnerische Dämpfungsverlauf gemäß Fig. 2 relativ gut mit dem tatsäch¬ lich gemessenen Dämpfungsverlauf gemäß Fig. 3. Bei der der Fig. 3 zugrundeliegenden Messung wurde eine Durchlaßdämpfung von -1,2 dB bei der Durchlaßfrequenz f von 400 MHz er-From a comparison with FIG. 3, which shows the actually measured attenuation curve of the embodiment of the high-frequency band-pass filter according to the invention with the above-mentioned direction, the computed attenuation curve according to FIG. 2 coincides relatively well with that actually measured Attenuation curve according to FIG. 3. In the measurement on which FIG. 3 is based, a transmission loss of -1.2 dB was achieved at the transmission frequency f of 400 MHz.
B reicht. Die Dämpfung bei der ersten Harmonischen 2 f istB is enough. The attenuation at the first harmonic is 2 f
B besser als -70 dB.B better than -70 dB.
Besonders auffällig an dem in Fig. 3 gezeigten Dämpfungs¬ verlauf ist es für den Fachmann, daß ein sehr hoher Kopp¬ lungsgrad bei der Durchlaßfrequenz f erzielt wird, ohne daß hierfür die bei derart hohen Kopplungsgraden übliche Wellen¬ bildung des Dämpfungsverlaufes im Frequenzbereich in Kauf genommen werden muß, wie es bei Filtern mit zwei parallel gekoppelten Resonatoren auftritt. Das gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Band¬ paßfilters weist einen sehr weiten Abstimmungsbereich von 360 MHz - 960 MHz bei annähernd konstanter Güte auf.It is particularly striking for the person skilled in the art that the attenuation curve shown in FIG. 3 shows that a very high degree of coupling is achieved at the pass frequency f without the wave formation of the attenuation curve in the frequency range which is usual with such high degrees of coupling being accepted must be taken, as occurs in filters with two resonators coupled in parallel. The illustrated embodiment of the bandpass filter according to the invention has a very wide tuning range from 360 MHz to 960 MHz with an approximately constant quality.
Ein entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Hochfre¬ quenz-Bandpaßfilters besteht darin, daß dessen Dämpfungsver¬ halten mit geringem Aufwand mit an sich bekannten Program¬ men rechnerisch simuliert werden kann, was z. B. bei einem Interdigitalfilter mit mehr als zwei Resonatoren nicht mög¬ lich ist.A decisive advantage of the high-frequency bandpass filter according to the invention is that its damping behavior can be simulated with little effort using programs known per se. B. is not possible with an interdigital filter with more than two resonators.
Das gezeigte, bevorzugte Ausführungsbeispiel ist in Strei- fentechπik realisiert. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Hochfrequenztechnik ist es jedoch offensichtlich, daß neben dieser Technologie auch andere geeignete Techniken, wie beispielsweise die Technik der Luftleitungen, eingesetzt werden können. Eine Realisierung in Streifenleitungstechnik bzw. Mikrostriptechnik erscheint jedoch als kostengünstigste Lösung.The preferred exemplary embodiment shown is implemented in strip technology. However, it is obvious to a person skilled in the field of high-frequency technology that, in addition to this technology, other suitable techniques, such as, for example, the technique of air lines, can also be used. However, implementation in stripline technology or microstrip technology appears to be the most cost-effective solution.
Bevorzugte Einsatzbereiche des erfindungsgemäßen Filters liegen im Bereich der Frequenzaufbereitungstechnik bei Frequenzen zwischen etwa 50 MHz und 10 GHz. Gleichfalls ist es denkbar, das erfindungsgemäße Filter als Ausgangsfilter für Sender geringer Leistung zur Unterdrückung von Ober¬ wellen einzusetzen. Preferred areas of application of the filter according to the invention are in the field of frequency processing technology at frequencies between approximately 50 MHz and 10 GHz. It is also conceivable to use the filter according to the invention as an output filter for transmitters with low power to suppress harmonics.

Claims

Hochfrequenz-Bandpaßfilter Patentansprüche High-frequency bandpass filter patent claims
Hochfrequenz-BandpaßfilterHigh frequency bandpass filter
- mit einem Eingangsresonator (2), einem Mittenresonator (3) und einem Ausgangsresonator (4),- with an input resonator (2), a center resonator (3) and an output resonator (4),
- wobei der Eingangsresonator (2) mit dem Mittenresona¬ tor (3) und der Mittenresonator (3) mit dem Ausgangs¬ resonator (4) parallel gekoppelt sind, und- wherein the input resonator (2) is coupled in parallel to the center resonator (3) and the center resonator (3) to the output resonator (4), and
- wobei der Eingangsresonator (2) und der Ausgangsreso¬ nator (4) als kapazitiv verkürzte Lambda-Viertel- Leitungsresonatoren ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenresonator (3) als kapazitiv verkürzter- wherein the input resonator (2) and the output resonator (4) are designed as capacitively shortened lambda quarter line resonators, characterized in that the center resonator (3) is designed as a capacitively shortened
Lambda-Halbe-Leitungsresonator ausgebildet ist, der an seinen beiden Enden (7, 11) mit einem Bezugspotential und an seiner Mitte (14) mit einem ersten KondensatorLambda half-line resonator is formed, which has a reference potential at both ends (7, 11) and a first capacitor at its center (14).
(9) verbunden ist, daß der Eingangsresonator (2) und der Ausgangsresonator(9) is connected to the input resonator (2) and the output resonator
(4) in Richtung ihrer Längserstreckung zueinander versetzt sind, und daß sich der Eingangsresonator (2) über einen ersten(4) are offset from one another in the direction of their longitudinal extent, and that the input resonator (2) has a first
Teil der Länge des Mittenresonators (3) und sich derPart of the length of the center resonator (3) and the
Ausgangsresonator (4) über einen zweiten Teil der Länge des Mittenresonators (3) erstrecken.Output resonator (4) extend over a second part of the length of the center resonator (3).
Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsleitung (15) und eine Ausgangsleitung (16) mit einer direkten Anzapfung an den Eingangsreso¬ nator High-frequency bandpass filter according to claim 1, characterized in that an input line (15) and an output line (16) with a direct tap to the input reso¬ nator
(2) bzw. den Ausgangsresonator (4) an jeweils einem Anschlußpunkt angeschlossen sind, der zwischen den / 0(2) or the output resonator (4) are each connected to a connection point between the / 0
Enden (5, 10; 6, 11) dieser Resonatoren (2, 4) liegt.Ends (5, 10; 6, 11) of these resonators (2, 4).
3. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangsresonator (2) und der Ausgangsresonator (4) mit ihren einander zugewandten Enden (5, 6) an ein Bezugspotential und mit ihren einander entgegengesetzten Enden (10, 11) an einen zweiten bzw. dritten Kondensa¬ tor (12, 13) angeschlossen sind.3. High-frequency bandpass filter according to claim 1 or 2, characterized in that the input resonator (2) and the output resonator (4) are connected with their mutually facing ends (5, 6) to a reference potential and with their mutually opposite ends (10, 11) are connected to a second or third capacitor (12, 13).
4. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten bzw. dritten Kondensators (12, 13) derart gewählt ist, daß die Länge des Eingangs¬ resonators (2) bzw. des Ausgangsresonators (4) l'O % bis 30 % der Länge eines Lambda- Viertel-Resonators beträgt.4. High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the capacity of the second or third capacitor (12, 13) is selected such that the length of the input resonator (2) or the output resonator (4 ) l'0% to 30% of the length of a quarter lambda resonator.
5. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Eigangsresonators (2) bzw. die des Ausgangsresonators (4) etwa 15 % der Länge eines Lambda- Viertel-Resonators beträgt.5. High-frequency bandpass filter according to claim 4, characterized in that the length of the input resonator (2) or that of the output resonator (4) is approximately 15% of the length of a quarter lambda resonator.
6. Hochfrequenz-Bandpaßf lter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des ersten Kondensators (9) derart ge¬ wählt ist, daß die Länge des Mittenresonators (3) 10 % bis 30 % der Länge eines Lambda-Halbe-Resonators beträgt.6. High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 5, characterized in that the capacitance of the first capacitor (9) is selected such that the length of the center resonator (3) is 10% to 30% of the length of a lambda Half resonator is.
7. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Mittenresonators (3) etwa 15 % der Länge eines Lambda-Halbe-Resonators beträgt. 7. High-frequency bandpass filter according to claim 6, characterized in that the length of the center resonator (3) is approximately 15% of the length of a lambda half resonator.
8. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des ersten Kondensators (9) dem dop¬ pelten Kapazitätswert des zweiten oder dritten Kondensa¬ tors (12, 13) entspricht.8. High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 7, characterized in that the capacitance of the first capacitor (9) corresponds to twice the capacitance value of the second or third capacitor (12, 13).
9. Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (1) in Streifenleitungstechnik auf einem Substrat ausgebildet ist.9. High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the filter (1) is formed on a substrate using stripline technology.
10.Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter mit von einem Grundkörper beabstandeten von Luft als Dielektrikum umgebenen Leitungen ausgebildet ist.10.High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 8, characterized in that the filter is designed with lines spaced from a base body and surrounded by air as a dielectric.
11.Hochfrequenz-Bandpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (9, 12, 13) zum Zwecke der Ab¬ stimmung des Bandpaßfilters (1) in ihrem Kapazitäts¬ wert einstellbar sind. 11.High-frequency bandpass filter according to one of claims 1 to 10, characterized in that the capacitance value of the capacitors (9, 12, 13) can be adjusted for the purpose of tuning the bandpass filter (1).
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