EP0813266A2 - Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren Koaxial-Resonatoren - Google Patents

Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren Koaxial-Resonatoren Download PDF

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EP0813266A2
EP0813266A2 EP96121008A EP96121008A EP0813266A2 EP 0813266 A2 EP0813266 A2 EP 0813266A2 EP 96121008 A EP96121008 A EP 96121008A EP 96121008 A EP96121008 A EP 96121008A EP 0813266 A2 EP0813266 A2 EP 0813266A2
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EP
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coupling
coaxial resonators
main
resonators
microwave filter
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Ulrich Dipl.-Ing. Zinn
Uwe Dipl.-Ing. Rosenberg
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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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
    • H01P1/205—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities
    • H01P1/2053—Comb or interdigital filters; Cascaded coaxial cavities the coaxial cavity resonators being disposed parall to each other

Definitions

  • the present invention relates to a microwave filter consisting of a plurality of coaxial resonators, with main couplings between all electrically adjacent coaxial resonators and at least one coupling between two electrically non-adjacent coaxial resonators being provided.
  • Microwave filters whose resonance circuits are only coupled sequentially from the input to the output - that is, there are only main couplings between electrically adjacent resonance circuits - offer very limited possibilities with regard to the implementation of filter characteristics (e.g. Tschebyscheff, power filter characteristics).
  • Filter characteristics e.g Cauer
  • Filter characteristics which have damping poles in the selection area and a constant group delay in the transmission area, have the advantage that they can be realized with a lower degree of filtering.
  • one or more overcouplings between electrically non-adjacent resonance circuits are additionally provided.
  • a microwave filter consisting of a plurality of coaxial resonators, which is described at the outset and which, in addition to the main couplings, also has at least one coupling between electrically non-adjacent coaxial resonators, is described in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, September 1982, volume MTT-30, p. 1300-1311 known.
  • the skin couplings between electrically adjacent resonators are inductive here, the degree of coupling being determined by the distance between the coaxial resonators to be coupled and by the geometry of the coupling diaphragms between the coaxial resonators.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a microwave filter of the type mentioned in the introduction, in which the influence of parsitary couplings on the desired filter characteristic is reduced as much as possible.
  • this object is achieved according to claim 1 in that at least one main coupling is capacitive in the vicinity of the coupling.
  • This type of coupling requires only a small coupling opening, which largely excludes the parasitic couplings mentioned. Therefore, an almost symmetrical cauer characteristic can be realized with the microwave filter.
  • the filter has good selection properties beyond 1.5 times the filter center frequency.
  • the four resonant circuits of the filter R1, R2, R3 and R4 are coaxial resonators which, in a known manner, consist of cavities 1, 2, 3, 4 with inner conductors 5, 6, 7, 8 arranged therein. Partitions 9, 10 and 11 separate the cavities 1, 2, 3 and 4 so that a pleated filter structure is created.
  • the coaxial resonators 1, 5; 2, 6; 3, 7; 4, 8 a sequential signal path with a coaxial coupling 12 into the cavity 1 and a coaxial coupling 13 out of the cavity 4 in accordance with the ascending sequence of digits.
  • the main coupling between the electrically adjacent coaxial resonators that is to say the coaxial resonators which are sequentially in accordance with their numbering.
  • the main coupling between the coaxial resonator 1, 5 and the coaxial resonator 2, 6 is inductive and consists of an opening made in the partition 10.
  • the main inductive coupling between the coaxial resonator 3, 7 and the coaxial resonator 4, 8 consists of an opening 11 'embedded in the partition 11.
  • the main coupling between the coaxial resonator 2, 6 and the coaxial resonator 3, 7 is capacitive; it consists of a probe 14 which projects through an opening 15 in the partition 9 into the two adjacent cavities 2 and 3.
  • the capacitive coupling probe 14 can be held in the opening 15 by a dielectric. Since this capacitive coupling only requires a relatively small opening 15 in the partition 9, there are fewer parasitic couplings between the coaxial resonators 1, 5 and 3, 7 or between coaxial resonators 2, 6 and 4, 8.
  • the two electrically non-adjacent coaxial resonators 1, 5 and 4, 8 are arranged geometrically next to one another. This makes it easy to implement a coupling between these two coaxial resonators.
  • This coupling is implemented inductively and as an opening 16 in the partition 9 between the two coaxial resonators 1, 5 and 4, 8.
  • This opening 16 for the overcoupling does not require a large extension, so that it also causes almost no parasitic coupling.
  • FIG. 3 shows a coupling scheme for the 4-circuit filter described above. So there is a negative coupling -K iI between the input I and the first resonance circuit R1, there is a main inductive coupling K 12 between the resonance circuits R1 and R2, there is a capacitive main coupling -K 23 between the resonance circuits R2 and R3 and between the resonance circuits R3 and R4 there is an inductive main coupling K 34 . There is a negative coupling -K 4O from the fourth resonance circuit R4 to the output O. The inductive coupling between the first resonance circuit R1 and the fourth resonance circuit R4 is denoted by K 14 .
  • parasitic couplings in the case of higher-circuit filters can also be reduced very greatly by capacitively coupling at least one main coupling in the vicinity of inductive coupling is realized.
  • the main coupling should be designed capacitively through which parasitic couplings are most likely to occur.
  • the main capacitive coupling is designed as a probe between the coaxial resonators to be coupled.
  • Such a coupling probe requires a contact-free bushing, which can be very small.
  • overcoupling generally requires a smaller coupling opening than a main coupling. All in all, there are no openings of such size in the partition walls that favor parasitic couplings.

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Abstract

Bei einem aus mehreren Koaxial-Resonatoren (1, 5; 2, 6; 3, 7; 4, 8) bestehenden Mikrowellenfilter sollen parasitäre Kopplungen möglichst weitgehend reduziert werden, um eine breitbandige symmetrische Filtercharakteristik realisieren zu können. Dazu ist mindestens eine induktive Überkopplung (16) zwischen zwei elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren (1, 5; 4, 8) vorgesehen, und mindestens eine Hauptkopplung (14, 15) zwischen elektrisch benachbarten Koaxial-Resonatoren (2, 6; 3, 7) in der Umgebung der Überkopplung (16) ist kapazitiv. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren Koaxial-Resonatoren, wobei zwischen allen elektrisch benachbarten Koaxial-Resonatoren Hauptkopplungen bestehen und mindestens eine Überkopplung zwischen zwei elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren vorgesehen ist.
  • Mikrowellenfilter, deren Resonanzkreise nur sequenziell vom Eingang bis zum Ausgang gekoppelt sind - d.h. es gibt nur Hauptkopplungen zwischen elektrisch benachbarten Resonanzkreisen - bieten sehr eingeschränkte Möglichkeiten hinsichtlich der Realisierung von Filtercharakteristika (z. B. Tschebyscheff, Potenzfilter-Charakteristika). Filtercharakteristika (z.B. Cauer), welche Dämpfungspole im Selektionsbereich und eine konstante Gruppenlaufzeit im Transmissionsbereich aufweisen, haben den Vorteil, daß sie mit einem niedrigeren Filtergrad realisiert werden können. Um solche speziellen Filtercharakteristika erzeugen zu können, müssen neben den Hauptkopplungen zwischen den elektrisch benachbarten Resonanzkreisen zusätzlich ein oder mehrere Überkopplungen zwischen elektrisch nicht benachbarten Resonanzkreisen vorgesehen werden.
  • Ein eingangs dargelegtes, aus mehreren Koaxial-Resonatoren bestehendes Mikrowellenfilter, das neben den Hauptkopplungen auch mindestens eine Überkopplung zwischen elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren aufweist, ist aus IEEE-Transactions on Microwave Theory and Techniques, September 1982, Band MTT-30, S. 1300-1311 bekannt. Die Hautkopplungen zwischen elektrisch benachbarten Resonatoren sind hier induktiv, wobei der Koppelgrad durch den Abstand der zu koppelnden Koaxial-Resonatoren zueinander und durch die Geoemtrie der Koppelblenden zwischen den Koaxial-Resonatoren bestimmt ist. Zur Realsisierung von Dämpfungspolen unterhalb des Nutzfrequenzbandes als auch von Dämpfungspolpaaren (je ein Pol symmetrisch unter- und oberhalb des Nutzfrequenzbandes) sind mehrere Überkopplungen zwischen elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren vorgesehen, wobei diese Überkopplungen kapazitiv sind. Um alle Haupt- und Überkopplungen mit einem möglichst geringen Aufwand an mechanischen Mitteln realisieren zu können, wird eine sogenannte gefaltete Filterstruktur verwendet, bei der die Koaxial-Resonatoren so angeordnet sind, daß miteinander zu koppelnde Resonatoren nebeneinander liegen. Die induktiven Hauptkopplungen erfordern relativ große Koppelöffnungen in den Trennwänden zwischen den Koaxial-Resonatoren. In den erwähnten, gefalteten Filterstrukturen führen solche großen Koppelöffnungen aber zu zusätzlichen parasitären Kopplungen, die die Realisierung der gewünschten Filtercharakteristika beeinträchtigen können. Beispielsweise ist in der genannten Druckschrift die in Abbildung 12 zu entnehmende Differenz von ca. 9 dB bei der Wiederkehrdämpfung (minimale Dämpfung unterhalb des unteren bzw. oberhalb des oberen Dämpfungspoles) auf solche parasitären Kopplungen zurückzuführen. Zudem führen die großen Koppelöffnungen im Hauptkoppelweg zu einer erheblichen Verschlechterung der Selektionseigenschaften bei Frequenzen oberhalb des 1,5-fachen der Filtermittenfrequenz.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Mikrowellenfilter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Einfluß parsitärer Kopplungen auf die gewünschte Filtercharakteristik möglichst weitgehend reduziert ist.
    • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, daß mindestens eine Hauptkopplung in der Umgebung der Überkopplung kapazitiv ist. Diese Art der Kopplung erfordert nur eine kleine Koppelöffnung, welche die erwähnten parasitären Kopplungen weitgehend ausschließt. Deshalb kann mit dem Mikrowellenfilter eine nahezu symmetrische Cauercharakteristik realisiert werden. Und außerdem besitzt das Filter gute Selektionseigenschaften über das 1,5-fache der Filtermittenfrequenz hinaus.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
    • Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 eine Draufsicht und
    • Figur 2 einen Querschnitt A-A durch ein Mikrowellenfilter mit vier Koaxial-Resonatoren und
    • Figur 3 ein Koppelschema dieses Mikrowellenfilters.
  • In den Figuren 1 und 2 sind eine Draufsicht und ein Querschnitt A-A durch ein 4-kreisiges Mikrowellenfilter dargestellt. Die vier Resonanzkreise des Filters R1, R2, R3 und R4 sind Koaxial-Resonatoren, die in bekannter Weise aus Hohlräumen 1, 2, 3, 4 mit darin angeordneten Innenleitern 5, 6, 7, 8 bestehen. Trennwände 9, 10 und 11 separieren die Hohlräume 1, 2, 3 und 4 so, daß eine gefaltete Filterstruktur entsteht. Dabei bilden die Koaxial-Resonatoren 1, 5; 2, 6; 3, 7; 4, 8 entsprechend der aufsteigenden Ziffernfolge einen sequenziellen Signalpfad mit einer koaxialen Einkopplung 12 in den Hohlraum 1 und einer koaxialen Auskopplung 13 aus dem Hohlraum 4.
  • Zwischen den elektrisch benachbarten Koaxial-Resonatoren, das sind die gemäß ihrer Nummerierung sequentiell aufeinanderfolgenden Koaxial-Resonatoren, bestehen Hauptkopplungen. Die Hauptkopplung zwischen dem Koaxial-Resonator 1, 5 und dem Koaxial-Resonator 2, 6 ist induktiv und besteht aus einer in der Trennwand 10 eingelassenen Öffnung. In gleicher Weise besteht die induktive Hauptkopplung zwischen dem Koaxial-Resonator 3, 7 und dem Koaxial-Resonator 4, 8 aus einer in der Trennwand 11 eingelassenen Öffnung 11'. Die Hauptkopplung zwischen dem Koaxial-Resonator 2, 6 und dem Koaxial-Resonator 3, 7 ist kapazitiv; sie besteht aus einer Sonde 14, die durch eine Öffnung 15 in der Trennwand 9 in die beiden benachbarten Hohlräume 2 und 3 hineinragt. Die Sonde 14 für die kapazitive Kopplung kann in der Öffnung 15 durch ein Dielektrikum gehalten werden. Da diese kapazitive Kopplung nur eine relativ kleine Öffnung 15 in der Trennwand 9 benötigt, kommt es weniger zu parasitären Kopplungen zwischen den Koaxial-Resonatoren 1, 5 und 3, 7 bzw. zwischen Koaxial-Resonatoren 2, 6 und 4, 8.
  • Durch die gefaltete Struktur des Filters sind die beiden elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren 1, 5 und 4, 8 geometrisch nebeneinander angeordnet. Somit läßt sich leicht eine Überkopplung zwischen diesen beiden Koaxial-Resonatoren realisieren. Diese Überkopplung ist induktiv und als eine Öffnung 16 in der Trennwand 9 zwischen den beiden Koaxial-Resonatoren 1, 5 und 4, 8 realisiert. Auch diese Öffnung 16 für die Überkopplung benötigt keine große Ausdehnung, so daß auch sie nahezu keine parasitären Kopplungen verursacht.
  • Dadurch, daß wenigstens eine der Hauptkopplungen kapazitiv und die Überkopplung induktiv ist, werden parasitäre Kopplungen weitgehend vermieden. Somit können nahezu symmetrische Filtercharakteristika mit Dämpfungspolen realisiert werden.
  • In der Figur 3 ist ein Koppelschema für das vorangehend beschriebene 4-kreisige Filter dargestellt. So besteht zwischen dem Eingang I und dem ersten Resonanzkreis R1 eine negative Kopplung -KiI, zwischen den Resonanzkreisen R1 und R2 besteht eine induktive Hauptkopplung K12, zwischen den Resonanzkreisen R2 und R3 besteht eine kapazitive Hauptkopplung -K23 und zwischen den Resonanzkreisen R3 und R4 besteht eine induktive Hauptkopplung K34. Vom vierten Resonazkreis R4 zum Ausgang O besteht eine negative Kopplung -K4O. Die induktive Überkopplung zwischen dem ersten Resonanzkreis R1 und dem vierten Resonanzkreis R4 ist mit K14 bezeichnet.
  • Abweichend von dem beschriebenen 4-kreisigen Filter können auch parasitäre Kopplungen bei höher-kreisigen Filtern sehr stark reduziert werden, indem in der Umgebung von induktiven Überkopplungen mindestens eine Hauptkopplung kapazitiv realisiert ist. Dabei sollte diejenige Hauptkopplung kapazitiv ausgeführt sein, über die am ehesten parasitäre Kopplungen entstehen können.
  • Die kapazitive Hauptkopplung ist als Sonde zwischen den zu koppelnden Koaxial-Resonatoren ausgeführt. Eine solche Koppelsonde benötigt eine kontaktfreie Durchführung, die sehr klein sein kann. Außerdem erfordert eine Überkopplung generell eine kleinere Koppelöffnung als eine Hauptkopplung. Insgesamt sind also keine so großen Öffnungen in den Trennwänden vorhanden, welche parasitäre Kopplungen begünstigen.

Claims (5)

  1. Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren Koaxial-Resonatoren, wobei zwischen allen elektrisch benachbarten Koaxial-Resonatoren Hauptkopplungen bestehen und mindestens eine Überkopplung zwischen zwei elektrisch nicht benachbarten Koaxial-Resonatoren vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Hauptkopplung (14, 15) in der Umgebung der Überkopplung (16) kapazitiv ist.
  2. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vier Koaxial-Resonatoren (1, 5; 2, 6; 3, 7; 4, 8) eine induktive Überkopplung (16) zwischen dem ersten und vierten Koaxial-Resonator besteht und daß die Hauptkopplung (14, 15) zwischen dem zweiten und dritten Koaxial-Resonator (2, 6; 3, 7) kapazitiv ist.
  3. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Überkopplung aus einer Öffnung (16) in der Trennwand (9) zwischen den beiden überkoppelten Koaxial-Resonatoren (1, 5; 4, 8) besteht.
  4. Mikrowellenfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Hauptkopplung aus einer Öffnung (15) in der Trennwand (9) zwischen den gekoppelten Koaxial-Resonatoren (2, 6; 3, 7) besteht, in der eine in beide Koaxial-Resonatoren hineinragende Sonde (14) angeordnet ist.
  5. Mikrowellenfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein in die Öffnung (15) eingesetztes Dielektrikum die Sonde (14) hält.
EP96121008A 1996-06-10 1996-12-31 Mikrowellenfilter, bestehend aus mehreren Koaxial-Resonatoren Withdrawn EP0813266A3 (de)

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