EP0751579A1 - Mikrowellenfilter - Google Patents

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EP0751579A1
EP0751579A1 EP96106894A EP96106894A EP0751579A1 EP 0751579 A1 EP0751579 A1 EP 0751579A1 EP 96106894 A EP96106894 A EP 96106894A EP 96106894 A EP96106894 A EP 96106894A EP 0751579 A1 EP0751579 A1 EP 0751579A1
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resonators
resonator
microwave filter
filter according
mode
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Franz-Josef Dipl.-Ing. Goertz
Uwe Dipl.-Ing. Rosenberg
Dietmar Dr.-Ing. Schmitt
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Tesat Spacecom GmbH and Co KG
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Robert Bosch GmbH
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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
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H01P1/2082—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure with multimode resonators

Definitions

  • the invention relates to a microwave filter consisting of at least two resonators, wherein in a first of these resonators at least two degenerate wave types are capable of resonance.
  • Such microwave filters are from IEEE MTT, Vol. 20, No. April 15, 1972, pages 258 to 265; IEEE MTT-32, No. November 11, 1984, pages 1449 to 1454 or from US 36 97 898, US 45 13 264 or US 47 92 771.
  • Such filters are characterized in that several wave types are used simultaneously in resonators. In the aforementioned cases, the degenerate wave types are coupled to one another in each resonator, this coupling being carried out in accordance with the main signal path (main coupling path), that is to say the wave types located in a resonator form electrically adjacent resonant circuits.
  • main coupling path main coupling path
  • new filter structures can be implemented in a simple manner.
  • a coupling of the degenerate wave types located in this resonator is necessary in at least one resonator.
  • the invention manages without such a coupling of degenerate wave types within resonators.
  • the implementation of other wave types and resonator shapes can also result in further advantageous configurations which, under certain circumstances, can have better selection properties through the use of different wave types. For example, you can optimally adjust the polarization of the input and output interface. In addition, the adjustment effort of such a filter is reduced, since one can do without coupling means for coupling degenerate wave types, which detune the wave types during the adjustment.
  • the microwave filter according to the invention can be easily combined with previous resonators, which have conventional coupling mechanisms, to form complex filter structures.
  • the microwave filter according to the invention consists of at least two neighboring ones Resonators, of which two degenerate resonance wave types are capable of resonance in at least one resonator, which are not directly electrically adjacent in the main coupling path.
  • the microwave filter according to the invention can be constructed from cavity resonators, dielectric resonators or coaxial resonators or possible combinations thereof.
  • a three-circuit filter is to be described as the first exemplary embodiment.
  • This filter consists of two cylindrical resonators, which are arranged axially ( Figure 1).
  • R1 At the first resonator R1 is the coupling b rotated by 90 ° with respect to the coupling a.
  • two degenerate, decoupled wave types H 111 (dual mode) should be capable of resonance.
  • the frequency tuning elements c and d which are only symbolically indicated here, lie.
  • An aperture for magnetic coupling with openings e and f is located in the partition between the two resonators.
  • the openings e and f consist of radial slots that stand perpendicular to each other and extend essentially from the outer wall of the cylinder towards the center.
  • the H 011 wave type (single mode) is capable of resonance, which can be adjusted using the frequency tuning element g.
  • the H 011 wave type has parallel field components in the diaphragm plane both to the first and to the second H 111 wave type of the first resonator. Due to the position and size of the coupling openings e and f in the aperture, a magnetic coupling of the circles can be realized in the following way: Mode 1 in the first resonator R1 couples to single mode 2 in the second resonator R2 via the diaphragm slot e. The single mode couples to mode 3 in the first resonator R1 via the aperture slot f. In this way, a main coupling path 1-2-3 is obtained.
  • the resonators R1 and R2 are thus operatively connected to one another in such a way that an energy transfer takes place from the first degenerate wave type which is capable of resonance in the first resonator R1 to a second degenerate wave type which is also capable of resonance there, outside this first resonator R1 and that the possible couplings of these degenerate wave types to one another only overcouplings are.
  • the second exemplary embodiment shows a four-circuit Cauer filter, consisting of two cavity resonators, which are used in dual-mode operation.
  • the two degenerate H 111 wave types (modes 1 and 3) should be capable of resonance and in the second resonator R2 the degenerate H 011 - (mode 2) and H 221 - (mode 4) wave types.
  • the peculiarity is that different wave types in the resonators are capable of resonance, which are not coupled within the resonators.
  • the diaphragm openings for each corresponding coupling are positioned in such a way that undesired couplings are suppressed by orthogonal or equally large opposite field components of other wave types in the area of the corresponding coupling openings.
  • the modes 2 and 3 within the coupling opening k23 only have orthogonal field components to the modes 1 and 4.
  • the modes 3 and 4 have in the coupling opening k34 field components orthogonal to mode 1 and the same size opposite or orthogonal field components to mode 2.
  • Figure 3 shows an embodiment of a four-circuit filter, which is constructed with three resonators.
  • the first resonator R1 is operated in dual mode (H 111 ) and the other two R2, R3 in single mode (H 211 ).
  • Magnetic couplings are implemented by means of diaphragms (k12, k23, k34).
  • any other combinations that work according to the principle of the invention can be found, e.g. Triple dual mode resonators.
  • the microwave filter according to the invention can be constructed with waveguide resonators, dielectric resonators, coaxial resonators or resonators using superconductivity or from combinations thereof.
  • capacitive couplings or combinations of magnetic and capacitive couplings can also be used. It is only necessary to observe the main principle here that the possible couplings of the degenerate shaft types are essentially couplings with one another. Normally one will endeavor to provide only overcouplings for the coupling of the degenerate shaft types; this means that the degenerate wave types are not coupled to one another via main couplings.

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Abstract

Bei einem Mikrowellenfilter sind mindestens zwei Resonatoren (R1, R2, R3) vorgesehen, wobei in einem Resonator (R1) mindestens zwei entartete Wellentypen resonanzfähig sind. Die Resonatoren (R1, R2, R3) stehen derart in Wirkverbindung, daß die möglichen Kopplungen entarteter Wellentypen nur Überkopplungen sind, wobei diese Überkopplungen außerhalb jenes Resonators stattfinden, in welchem die zwei entarteten Wellentypen resonanzfähig sind. Durch diese Maßnahmen lassen sich Mikrowellenfilter aufbauen, die beispielsweise eine höhere Güte, bessere Selektionseigenschaften oder eine optimale Polarisationsanpassung ermöglichen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mikrowellenfilter bestehend aus mindestens zwei Resonatoren, wobei in einem ersten dieser Resonatoren mindestens zwei entartete Wellentypen resonanzfähig sind.
    • Stand der Technik
  • Derartige Mikrowellenfilter sind aus IEEE MTT, Vol. 20, No. 15, April 1972, Seiten 258 bis 265; IEEE MTT-32, No. 11, November 1984, Seiten 1449 bis 1454 oder aus der US 36 97 898, US 45 13 264 oder der US 47 92 771 bekannt. Solche Filter sind dadurch gekennzeichnet, daß in Resonatoren mehrere Wellentpyen gleichzeitig ausgenutzt werden. In vorgenannten Fällen sind die entarteten Wellentypen in jedem Resonator miteinander verkoppelt, wobei diese Verkopplung entsprechend dem Hauptsignalweg (Hauptkoppelweg) durchgeführt ist, das heißt, die in einem Resonator befindlichen Wellentypen bilden elektrisch benachbarte Resonanzkreise. Im Falle der aus der IEEE MTT. Vol. 25, No. 12, Dezember 1977, Seiten 1021 bis 1026 bekannten Filterstruktur spricht man von der kanonischen Form, bei der eine Hauptkopplung zwischen den Wellentypen eines kurzgeschlossenen Resonators durchgeführt wird, während die Verkopplung der Wellentypen innerhalb der anderen Resonatoren zur Überkopplung (Querkopplung) je einer geradzahligen Anzahl von Resonanzkreisen dient.
    • Vorteile der Erfindung
  • Mit den Maßnahmen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 lassen sich auf einfache Weise neue Filterstrukturen realisieren. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Filterstrukturen, die unter anderem entartete Wellentypen innerhalb von Resonatoren verwenden, ist mindestens in einem Resonator eine Verkopplung der in diesem Resonator befindlichen entarteten Wellentypen notwendig. Die Erfindung kommt ohne eine solche Verkopplung entarteter Wellentypen innerhalb von Resonatoren aus. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Wellentypen, insbesondere durch Kombination von höhermodigen Resonatoren mit Single-Mode-Resonatoren, die eine höhere Güte aufweisen, kann eine geringere Einfügungsdämpfung im Vergleich zu einem Filter erreicht werden, welches für alle Kreise den gleichen Wellentyp ausnutzen würde. Durch die Realisierung anderer Wellentypen und Resonatorformen können sich zudem weitere vorteilhafte Konfigurationen ergeben, die unter Umständen bessere Selektionseigenschaften durch die Verwendung von unterschiedlichen Wellentypen aufweisen können. Zum Beispiel kann man damit die Polarisation der Ein- und Ausgangsschnittstelle optimal anpassen. Zudem wird der Abgleichaufwand eines solchen Filters reduziert, da man auf Koppelmittel zur Verkopplung entarteter Wellentypen verzichten kann, die beim Abgleich die Wellentpyen verstimmen. Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung läßt sich mit bisherigen Resonatoren, die herkömmliche Koppelmechanismen aufweisen, auf einfache Weise zu komplexen Filterstrukturen kombinieren. Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung besteht aus mindestens zwei benachbarten Resonatoren, von denen in mindestens einem Resonator zwei entartete Resonanzwellentypen resonanzfähig sind, die im Hauptkoppelweg elektrisch nicht unmittelbar benachbart sind. Im Hauptkoppelweg zwischen den Resonanzwellentypen sind mögliche entartete Wellentypen innerhalb anderer Resonatoren nicht miteinander verkoppelt. Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung läßt sich aus Hohlraumresonatoren, dielektrischen Resonatoren oder Koaxial-Resonatoren oder möglichen Kombinationen davon aufbauen.
    • Zeichnungen
  • Anhand der Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
    • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Dreikreisfilters mit Lage der Blenden und Feldvektoren,
    • Figur 2 ein Ausführungsbeispiel eines Vierkreis-Cauer-Filters mit Lage der Blenden und Feldvektoren,
    • Figur 3 ein Ausführungsbeispiel eines Vierkreisfilters mit drei Resonatoren.
    Beschreibung der Erfindung
  • Als erstes Ausführungsbeispiel soll ein Dreikreisfilter beschrieben werden. Dieses Filter besteht aus zwei Zylinderresonatoren, die axial angeordnet sind (Figur 1). Am ersten Resonator R1 befindet sich die gegenüber der Einkopplung a um 90° gedrehte Auskopplung b. In diesem Resonator sollen zwei entartete entkoppelte Wellentypen H111 (Dual-Mode) resonanzfähig sein. Gegenüber der Einkopplung und der Auskopplung liegen die hier nur symbolisch angedeuteten Frequenzabstimmelemente c und d. Eine Blende zur magnetischen Kopplung mit den Öffnungen e und f befindet sich in der Trennwand zwischen den beiden Resonatoren. Die Öffnungen e und f bestehen aus radialen Schlitzen, die senkrecht aufeinanderstehen und sich im wesentlichen von der Zylinderaußenwand in Richtung Zentrum hin erstrecken.
  • Im zweiten Resonator R2 ist der H011-Wellentyp (Single-Mode) resonanzfähig, der durch das Frequenzabstimmelement g abgleichbar ist. Der H011-Wellentyp weist parallele Feldkomponenten in der Blendenebene sowohl zum ersten als auch zum zweiten H111-Wellentyp des ersten Resonators auf. Durch die Lage und Größe der Koppelöffnungen e und f in der Blende kann man z.B. eine magnetische Verkopplung der Kreise in folgender Weise realisieren:
    Der Mode 1 im ersten Resonator R1 koppelt auf den Single-Mode 2 im zweiten Resonator R2 über den Blendenschlitz e. Der Single-Mode koppelt auf den Mode 3 im ersten Resonator R1 über den Blendenschlitz f. Auf diese Weise erhält man einen Hauptkoppelweg 1-2-3.
  • Die Resonatoren R1 und R2 stehen demnach derart in Wirkverbindung miteinander, daß ein Energietransfer von dem im ersten Resonator R1 resonanzfähigen ersten entarteten Wellentyp auf einen zweiten dort ebenfalls resonanzfähigen entarteten Wellentyp außerhalb dieses ersten Resonators R1 stattfindet und daß die möglichen Verkopplungen dieser entarteten Wellentypen untereinander nur Überkopplungen sind.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel (Figur 2) zeigt einen Vierkreis-Cauer-Filter, bestehend aus zwei Hohlraumresonatoren, die im Dual-Mode-Betrieb verwendet werden. Im ersten Resonator R1 sollen die beiden entarteten H111-Wellentypen (Mode 1 und 3) resonanzfähig sein und im zweiten Resonator R2 die entarteten H011-(Mode 2) und H221-(Mode 4)Wellentypen. Die Besonderheit besteht darin, daß verschiedene Wellentypen in den Resonatoren resonanzfähig sind, die innerhalb der Resonatoren nicht verkoppelt sind.
  • Auch in diesem Beispiel werden ausschließlich magnetische Kopplungen über Blenden realisiert. Bemerkenswert ist hierbei, daß ein weitgehend unabhängiges Blendendesign für die Hauptkopplungen k12, k23 und k34 und positive oder negative Nebenkopplung k14 möglich ist.
  • Die Blendenöffnungen für jede entsprechende Kopplung sind so positioniert, daß unerwünschte Kopplungen durch orthogonale oder gleich große entgegengesetzte Feldkomponenten anderer Wellentypen im Bereich der entsprechenden Koppelöffnungen unterdrückt werden. So haben z.B. die Moden 2 und 3 innerhalb der Koppelöffnung k23 nur orthogonale Feldkomponenten zu den Moden 1 und 4. Die Moden 3 und 4 weisen in der Koppelöffnung k34 Feldkomponenten orthogonal zum Mode 1 und gleich große entgegengesetzte bzw. orthogonale Feldkomponenten zum Mode 2 auf.
  • Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Vierkreisfilters, welches mit drei Resonatoren aufgebaut ist. Der erste Resonator R1 wird dabei im Dual-Mode (H111) betrieben und die anderen beiden R2, R3 im Single-Mode (H211). Durch Blenden werden magnetische Kopplungen realisiert (k12, k23, k34).
  • Zu beachten ist, daß die Zeichnungen nur das Prinzip der Erfindung darstellen. Die unterschiedlichen Wellentypen bedingen natürlich unterschiedliche Dimensionen der Resonatoren, bei den gezeigten zylindrischen Hohlraumresonatoren insbesondere unterschiedliche Durchmesser.
  • Neben den gezeigten Wellentyp-Kombinationen lassen sich noch beliebige weitere Kombinationen finden, die nach dem Prinzip der Erfindung arbeiten, z.B. Tripel-Dual-Mode-Resonatoren. Das Mikrowellenfilter nach der Erfindung kann mit Hohlleiter-Resonatoren, dielektrischen Resonatoren, Koaxial-Resonatoren oder Resonatoren unter Verwendung der Supraleitung aufgebaut werden oder aus Kombinationen hiervon.
  • Anstelle der magnetischen Kopplung der Resonatoren können auch kapazitive Kopplungen oder Kombinationen von magnetischen und kapazitiven Kopplungen verwendet werden. Es ist hierbei nur das Hauptprinzip zu beachten, daß die möglichen Verkopplungen der entarteten Wellentypen untereinander im wesentlichen Überkopplungen sind. Normalerweise wird man bestrebt sein, für die Verkopplung der entarteten Wellentypen ausschließlich Überkopplungen vorzusehen; das heißt, daß die entarteten Wellentypen nicht über Hauptkopplungen miteinander gekoppelt sind.

Claims (10)

  1. Mikrowellenfilter, bestehend aus mindestens zwei Resonatoren (R1, R2, R3), wobei in einem ersten dieser Resonatoren (R1) mindestens zwei entartete Wellentypen resonanzfähig sind und wobei die Resonatoren (R1, R2, R3) derart in Wirkverbindung stehen, daß ein Energietransfer von einem im ersten Resonator (R1) resonanzfähigen ersten entarteten Wellentyp auf einen dort ebenfalls resonanzfähigen weiteren entarteten Wellentyp im wesentlichen außerhalb dieses ersten Resonators (R1) stattfindet und daß die möglichen Verkopplungen der entarteten Wellentypen untereinander Überkopplungen sind.
  2. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) im Dual-Mode und der diesem elektrisch benachbarte Resonator (R2) im Single-Mode betrieben ist.
  3. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) wie auch der ihm elektrisch benachbarte weitere Resonator (R2) im Dual-Mode betrieben ist.
  4. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonator (R1) im Tripel-Mode und der ihm elektrisch benachbarte Resonator (R2) im Dual-Mode betrieben ist.
  5. Mikrowellenfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Resonator (R1) ein weiterer im Single-Mode betriebene Resonator (R3) elektrisch benachbart ist.
  6. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß entartete Wellentypen in den Resonatoren (R1, R2, R3) nicht über Hauptkopplungen miteinander gekoppelt sind.
  7. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellenfilter (R1, R2, R3) mit weiteren Resonatoren kombiniert ist, die herkömmliche Koppelmechanismen aufweisen.
  8. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrowellenfilter aus Hohlraumresonatoren, dielektrischen Resonatoren, Koaxial-Resonatoren und/oder Resonatoren unter Verwendung der Supraleitung besteht.
  9. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren durch Blenden in ihren Wänden jeweils magnetisch gekoppelt sind.
  10. Mikrowellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Einkopplung und Auskopplung des Mikrowellenfilters nur an einem der Resonatoren angeordnet sind, wobei diese um 90° gegeneinander gedreht angeordnet sind.
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