SE423766B - Filter for mycket korta elektromagnetiska vagor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 #0 7714427-7 2 en löptidsutjämning genom extra kopplingar av filterkretsar, och undanröjes genom den i den offentliggjorde tyska patentansökningen 1.9H2.867 angivna anordningen av resonatorer i intilliggande rader med extra överkopplingar i den gemensamma skiljeväggen mellan tvâ, i olika rader anordnade resonatorer. * Förut känd är även möjligheten att uppbygga mikrovâgsfilter med hjälp av hålrumsresonatorer, vilka samtidigt arbetar i mer än en mod'("Microwave Filters Employing a Single Cavity Excited in More than One Mode", "Journal of Applied Physics", 22(1951): 8(aug.) av Wei-Guan Lin; "A Four Cavity Elliptic Waveguide Filter", "IEEE Trans- actions on Microwave Theory and Techniques", Vol.-MTT 18(1970): 12(dec.) av Williams, A.B.). Företrädesvis används härvid två lika, men ortogonala moder i H101- med varandra (dualmod) med hjälp av en U5° i förhållande till E-vek- torernas riktning anordnad kopplingsskruv. Därigenom kan tvâ elek- eller_H111-resonatorer och hopkopplas triska svängningskretsar hos ett filter tekniskt ändamålsenligt rea- liseras i en enda hålrumsresonator. Tack vare den vid dualmod-driften uppnåeliga vikts- och volyminbesparingen av upp till 50% erhålles härför ett viktigt användningsområde, särskilt inom satellittekniken, i synnerhet som höga elektriska krav ställs på de där använda filtren, vilket yttrar sig i ett förhållandevis stort antal elektriska sväng- ningskretsar.

Eftersom även vid dessa filter dämpningspoler och/eller en löp- tidsutjämning i passbandet erfordras, ligger det önskemålet nära till hands, att finna härför avpassade filteranordningar i dualmod-teknik.

I detta sammanhang är redan ett realiseringsförslag känt ("Nonminimum- Phase Optimum-Amplitude Bandpass Waveguide Pilters", "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", VoL-MIT 220974) p.425-431 av Atia, A.E. och Williams, A.E.), vilketemellertidär begränsat till filteranord- ningar, vilka både med avseende på struktur och elementvärden är sym- metriska, vilka dessutom uppvisar mångfalt övergripande, efter antal och geometriskt läge inom filteranordningen icke förvalbara extra kopp- lingar och vilkas antal av elektriska svängningskretsar måste uppgå till en multipel av H, vilket emellertid ofta icke kan omsättas i prak- tiken. En förutsättning för uppbyggnaden av filtren-med extra koppling- ar i dualmodteknik är nämligen en resonatoranordning, som tillåter en förteckenriktig realisering av alla kopplingar. g .

En möjlighet att förbättra realiserbarheten för, särskilt med avseende pâ elementvärden osymmetriska, i dualmod drivbara filter-T anordningar är känd genom den offentliggjorde tyska patentansökningen 2.511.800 och består däri att resonatorerna anordnas i intilliggande 10 15 25 30 35 7714427-7 rader och att i raderna olika antal resonatorer förefinnes.

Kopplingen av filterkretsar i rumsligt olika resonatorer förut- sätter att de ifrågavarande båda filterkretsarna är rumsligt oriente- rade på samma sätt, så att t.ex. deras E-vektorer löper parallellt med varandra. Eftersom detta villkor begränsar antalet teoretiskt tänkbara hopkopplingar och därmed spektrumet av möjliga realiseringar, respek- tive tillåter realiseringar endast under avstående av i och för sig önskvärda tillsatskopplingar eller endast med tillverkningstekniska nackdelar, är syftet med uppfinningen att på ett enkelt sätt undanröja dessa svårigheter och ange en ytterligare lösning för realisering av filteranordningar med i dualmod drivna resonatorer och extra kopplingar genom vilken lösning nackdelarna hos de kända anordningarna undviks och spektrumet av möjliga realiseringar samtidigt utvidgas.

Ovannämnda syfte uppnås enligt uppfinningen därigenom att det till grund för realiseringen liggande ekvivalenta schemat med avseende på elementvärdena är osymmetriskt valt på sådant sätt att antalet extra kopplingar överensstämmer med det teoretiskt bestämda minimala antalet kopplingar, varvid på i och för sig känt sätt de extra kopplingarna är sinsemellan överkorsningsfria.

Uppfinningen utgår från den insikten att en filterrealisering i dualmodteknik är möjlig med det minimala, redan vid filterberäkningen planerade antalet extra kopplingar, om ett med avseende på element- värdena osymmetriskt ekvivalent schema läggs till grund för en meka- nisk symmetrisk resonatoranordning.

En speciell fördel med uppfinningen består däri att de vid kända filter av denna typ givna begränsningarna med avseende på reali- serbarheten av komplicerade kretsstrukturer avsevärt reduceras.

Ytterligare fördelar ligger i det minskade antalet av för reali- seringen erforderliga tillsatskopplingar och den därigenom väsentligt förenklade tillverkningen och avstämningen av filtret enligt uppfin- ningen.

En fördelaktig utföringsform av uppfinningen består i ett ut- förande såsom löptidsutjämnat tolvkrets-bandpassfilter med två dämp- ningspoler vid ändliga frekvenser nedanför respektive ovanför pass- bandet, vid vilket utförande resonatorerna är anordnade i två bredvid varandra liggande rader, som vardera innehåller tre resonatorer, och fem extra kopplingar är anordnade.

En ytterligare fördelaktig utföringsform av uppfinningen med 7714427-7' M fyra extra kopplingar kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar.

Pâ ritningarna visar fig. 1 ett struktur- och elementsymmet- riskt ekvivalent schema för ett dualmod-bandpassfilter med tolv kretsar, fig. 2 en känd resonatoranordning för ett filter enligt fig. 1, fig. 3 ett struktursymmetriskt, men elementosymmetriskt ekvi- ,_valent schema för ett dualmod-bandpassfilter med tolv kretsar, fig. 4 10 15 vi ett utföringsexempel på ett tolvkretsfilter enligt uppfinningen, fig._5 en mätkurva för ekodämpningen hos filtret enligt fig. 4 och fig. 6 en mätkurva för driftdämpningen hos filtret enligt fig. 4.

I fig. 1 visas schematiskt ett struktur- och elementsymmetriskt ekvivalent schema för ett exempelvis genom den inledningsvis nämnda artikeln "Nonminimum-Phase Optimum-Amplitude Bandpass Waveguide Filters" känt dualmod-bandpassfilter med tolv kretsar.

Det handlar här om en fyrpolanordning, i vars tvärgrenar de 7 symboliskt såsom ellipser markerade parallellsvängningskretsarna S1 20 25 30 .35 40 till S12 ligger, och vars kopplingar sker över de såsom enkla streck- förbindningar markerade, i längsgrenarna liggande kopplingsreaktanserna 1/2, 2/3 till 11/12. Såsom extra kopplingar är de symmetriskt över anordningens mitt anbragta kopplingsreaktanserna 1/12, 2/11, 3/10, H/9 och 5/É, liksom de likaså symmetriskt i förhållande till anordningens mitt belägna, men sig icke över anordningens mitt sträckande kopplings- reaktanserna 1/4, 3/6, 7/10 och 9/12 införda, Dessa kopplingsreaktanser är i fig. 1 på liknande sätt som de mellan de ifrågavarande parallell- svängningskretsarna förefintliga kopplingsreaktanserna markerade genom enkla streckförbindningar och försedda med hänvisningsbeteckningar, som är sammansatta av symbolerna för de.ifrågavarande berörda parallell- svängningskretsarna med ett snedstreck däremellan. Den igenom anord- ningens mitt löpande elektriska, och för den kända realiseringen en- ligt fig. 2 även mekaniska symmetrilinjen, är i fig. 1 markerad-med en streckprickad linje S. Av symmetriskäl erhålles för detta schema följande krav för kopplingsbandbredderna: A f1,|+ = Afsmz A fana = Afvno - Den till schemat enligt fig. 1 hörande filteruppbyggnaden, exempelvis medelst H1o1-resonatorer är schematiskt angiven i figl 2.

Den förteckenriktiga kopplingen av filterkretsarna sker där på känt sätt genom avpassad positionering av de icke särskilt visade dual- mod-kopplingsskruvarna inom en resonator respektive genom kopplings- slitsar i de gemensamma skiljeväggarna mellan intilliggande resonatorer. 10 15 20 25 30 35 40 7714427-7 Den mekaniskt symmetriska, i två intilliggande rader med vardera tre resonatorer uppbyggda resonatoranordningen är i fig. 2 kompletterad av pilar E1 till E12, vilka anger läget för E-vektorerna i de till- hörande filterkretsarna S1 till S12. Vid en dylik realisering av ett tolvkrets-bandpassfilter erfordras emellertid nio i de gemensamma mel- lanväggarna för resonatorerna belägna tillsatskopplingar, vilket med- för en avsevärd tillverkningsteknisk insats.

Det dualmod-filter med tolv kretsar enligt uppfinningen, som baserar sig på samma elektriska överföringsfunktion såsom det ekviva- lenta schemat enligt fig. 1, består i princip av en med framställ- ningen enligt fig. 2 överensstämmande, mekaniskt symmetrisk resonator- anordning. I motsvarighet till uppfinningen ligger emellertid ett i fig. 3 angivet elektriskt osymmetriskt ekvivalent schema till grund för den mekaniskt symmetriska realiseringen.

Det struktursymmetriska, men med avseende på elementvärdena osymmetriska, med schemat enligt fig. 1 likvärdiga ekvivalenta schemat enligt fig. 3 innehåller likaså de symboliskt såsom ellipser markerade parallellsvängningskretsarna S1 till S12, vilkas kopplingar åter sker via de i längsgrenar liggande kopplingsreaktanserna 1/2, 2/3 till 11/12.

Såsom extra kopplingar är de symmetriskt över anordningens mitt anbragta kopplingsreaktanserna 1/12, 4/9 och S/8, liksom de symmetriskt i för- hållande till anordningens mitt liggande, men sig icke över anordning- ens mitt sträckande kopplingsreaktanserna 1/4 och 9/12 införda. Reali- seringen av ett dylikt elementosymmetriskt ekvivalent schema medelst en symmetrisk resonatoranordníng erfordrar fyra tillsatskopplingar färre, än den kända realíseringen enligt fig. 1 och 2. På grund av osymmetrin med avseende på elementvärdena erhålles för bandpassfiltret enligt uppfinningen en avstämning, vid vilken kopplingsbandbredderna A f1 J* och A fgflz avviker från varandra.

Vid utföringsexemplet på uppfinningen enligt fig. H visas en av sex hålrumsresonatorer 1-6 bestående filteranordning, vars fysikaliska ekvivalenta schema är utfört såsom ovan, i enlighet med den i anslut- ning till fig. 3 beskrivna principen. Resonatorerna 1-6 är vid utfö- ringsexemplet såsom vid realiseringen enligt fig. 2 uppdelade i två intilliggande rader på sådant sätt att den ena raden innehåller reso- natorerna 1-3 och den andra raden innehåller resonatorerna 4-6, samt att de i de båda raderna bredvid varandra liggande respektive över varandra liggande resonatorerna vardera har en gemensam skiljevägg.

Utföringsexemplet hänför sig till ett tolvkrets-dualmod-band- passfilter med fyra extra överkopplingar för uppnående av dämpnings- 10 15 20 25 30 35 H0 7714427-7 6 poler vid ändliga frekvenser och en löptidsutjämning i passbandet med användning av H101-resonatorer. Bandpassfiltrets mittfrekvens ligger_vid 4015 MHz och signalbandbredden Ålf uppgår till 36 MHz.

Utföringsexemplet överensstämmer, så när som på den bortfallande tillsatskopplingen 1/12, med ett ekvivalent schema enligt fig. 3 (¿1f1,u 4' ¿lf9,12), vid vilket samtliga extra överkopplingar är induktiva och med undantag av de kapacitiva kopplingsreaktanserna 1/12 och 11/12 de ytterligare i längsgrenarna liggande kopplinga- reaktanserna 2/3 till 10/11 likaså är induktivt utförda.

Vid utföringsexemplet är kopplingsorganen för koppling av de i dualmod drivna resonatorerna utförda såsom slitskopplingar och så anordnade, att den till resonatorn 1 i filtret via ingångsanslut- ningen I tillförda elektromagnetiska energin successivt genomlöper resonatorerna 1-3 i den första raden och resonatorerna 4-6 i den andra raden och åter utkopplas vid utgången 0 på resonatorn 6.

Vid utföringsexemplet är på känt sätt alltid tvâ intilliggande parallellsvängningskretsar hos det ekvivalenta schemat enligt fig. 3 realiserat av en, i dualmod med två ortogonala moder driven resonator.

De till de enskilda moderna tillordande E-vektorerna är i motsvarig- het därtill likaså ortogonala inom en resonator och är i fig. 4 be- tecknade med E1 till E12 i motsvarighet till de tillhörande parallell- svängningskretsarna S1 till S12.

Var och en av resonatorerna är för inställning av kopplingen mellan de däri drivna ortogonala moderna försedd med en mellan de tillhörande E-vektorerna under en vinkel av H5° anordnad kopplings- skruv K12, K34, K56, K78, K91O och K1112. Genom dessa skruvar realise- ras kopplingen mellan två intilliggande och i en resonator realiserade parallellsvängningskretsar hos det ekvivalenta schemat. 7 A Vidare är i utföringsexemplet kopplingsorganen i de gemensamma mellanväggarna mellan de enskilda resonatorerna utförda såsom slits- kopplingar, vilka eventuellt även, åtminstonde delvis kan ersättas av hålkopplingar. Därvid sker kopplingen från resonatorn 1 till resonatorn 2 genom kopplingsslitsarna C81/H och CS2/3, varvid genom kopplings- slitsen CS1/4 den extra kopplingen 1/H och genom kopplingsslitsen CS2/3 den i längsgrenen liggande kopplingsreaktansen 2/3 hos det ekvivalenta schematrealiseras. Härvid äger kopplingen alltid rum mellan tvâ moder, vilkas tillhörande E-vektorer är i intilliggande resonatorer och parallellt riktade i förhållande till varandra, via vinkelrätt till dessa E-vektorer i den gemensamma skiljeväggen mellan dessa resonatorer anordnade kopplingsslitsar. Dessa överläggningar beträffande anordnandet 10 15 20 7 av kopplingsslitsarna gäller även för de följande resonatorerna72~d, _ med de tillhörande E-vektorerna E3 till E12. I motsvarighet därtill befinner sig i den gemensamma skíljeväggen mellan resonatorerna 2 och 3 kopplingsslitsen CSN/5, i den gemensamma skiljeväggen mellan resonatorerna 3 och H kopplingsslitsarna CSS/7 och CSS/8, i den ge- mensamma skiljeväggen mellan resonatorerna U och 5 kopplingsslitsen *CSS/9 och i den gemensamma skiljeväggen mellan resonatorerna 5 och 6 kopplingsslitsarna CS9/12 och CS10/11. I den gemensamma skiljeväggen mellan resonatorerna 2 och 5 är dessutom ytterligare en vinkelrätt mot E-vektorerna EH och E9 riktad kopplingsslits CSN/9 anordnad.

Realiseringen av tolvkrets-dualmodfiltret enligt uppfinningen kräver fyra tillsatskopplingarfärreän vid en kändrealisering enligt fig. 1 och 2 och erbjuder därmed elektriska och särskilt stora till- verkningstekniska fördelar.

Pig. 5 visar en mätkurva för ekodämpningsförloppet vid ett ut- föringsexempel enligt fig. H. Såsom framgår av denna figur ligger den uppmätta ekodämpningskurvan inom ettfâf = HN,3 MHz brett frekvensområ- de ovanför ett värde av 23 dB, vilket motsvarar en reflektionsfaktor av é 7%.

Av den i fig. 6 visade mätkurvan för driftdämpningen i spärrom- rådet framgår de tvâ tydligt utpräglade polarna nedanför respektive ovanför passbandet. 7714427-7

Claims (3)

7714427-7 pa Eíïflëïiëí

1. Filter för mycket korta elektromagnetiska vågor,'vi1ket består av ett jämnt antal om minst fyra med varandra kopplade, i dualmod drivna resonatorer (1-6), av vilka, betraktat i det elek- triska ekvivalentschemat (fig. 5), varje resonator (t.ex. 1) rea- liserar två elektriska filterkretsar (t.ex. S1, S3) och därvid de i den överförda energins riktning första och sista filterkret- sarna (S1 resp; S12) är försedda med anslutningsledningar (I, 0) för tillföring respektive uttagning av den elektromagnetiska energin, och vid vilket mellan minst två med avseende på det elektriska verkningssättet icke omedelbart efter varandra följan- de filterkretsar (t.ex. S1, S4) en extra koppling (1/4) är anord- nad och de enskilda resonatorerna (1-6) i invid varandra liggande rader är anordnade mekaniskt symmetriskt med avseende på filter- anordningens mitt, k ä n n e t e c k n a t av att det till grund för realiseringen liggande ekvivalenta schemat (fig. 3) med avseende på-elementvärdena är osymmetriskt valt pä sådant sätt att antalet extra kopplingar (1/4; 5/8; 9/12; 4/9; l/12) överens- stämmer med det teoretiskt bestämda minimala antalet extra kopp- lingar, varvid på i och för sig känt sätt de extra kopplingarna (1/4; 5/S; 9/12; 4/9; 1/12) är sinsemellan överkorsningsfria.

2. Filter enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det är utfört såsom löptídsutjämnat bandpassfilter med två dämp- ningspoler vid ändliga frekvenser nedanför respektive ovanför passbandet, att resonatorerna är anordnade i tvâ bredvid varandra liggande rader, som vardera innehåller tre resonatorer, och att fem extra kopplingar är anordnade.

3. Filter enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att det är utfört såsom löptidsutjàmmt bandpassfilter med två dämp- ningspoler vid ändliga frekvenser nedanför respektive ovanför passbandet, att resonatorerna är anordnade i tvâ bredvid varandra liggande rader, som vardera innehåller tre resonatorer, och att -fyra extra kopplingar är anordnade. ANFORDA PUBLIKATIONER: Tyskland 2 056 528, 2 511 800 - Andra publikationer: 2 IEEE Transactíons on Microwave Theory and Techniques, vol MTT-20, nr 20, april 1972, p 258-265. 'IEEE Transactions on Circuits and Systems, vol CAS-21, nr 5, september 1974, p 649-655. -