DE10120507B4

DE10120507B4 - Filter mit mehreren Elementen

Info

Publication number: DE10120507B4
Application number: DE10120507A
Authority: DE
Inventors: Shigeki Takeda
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: US20010054943A1; DE10120507A1; US6559741B2

Abstract

Filter mit mehreren Elementen mit:
n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H), die eine Bandpassmittenfrequenz haben, mit geraden und Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (L, H), wobei n eine gerade Zahl größer oder gleich 4 ist, wobei die n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) sequentiell verbunden sind, wobei jeder Resonator mit einem benachbarten Resonator über eine Länge von etwa einer viertel Wellenlänge gekoppelt ist, und
zwei geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung, die jeweils mit dem ersten und dem n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4) gekoppelt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die jeweiligen Anzahlen von geraden und von Haarnadel-Mikrostreifenleitungen (L, H) beide ungerade sind, und eine Spaltkoppelschaltung (C) vorgesehen ist, die entweder mit denjenigen Enden des ersten und des n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifenresonators (L1, L4; H1, H4) verbunden ist, die auf denjenigen Zweigen des ersten und des n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifenresonators (L1, L4; H1, H4) liegen, die jeweils mit den geraden Viertelwellenlängen- Mikrostreifenleitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein in der RF-Stufe (Radiofrequenzstufe), etc. einer mobilen Kommunikationsanlage als Bandpaßfilter oder dergleichen zur Unterdrückung von Rauschen und Störsignalen verwendetes Filter mit mehreren Elementen und insbesondere ein Filter mit mehreren Elementen mit einer flachen Amplitudenkennlinie und einer flachen Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band und Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern, das zur Verringerung von Verlusten zum Zwecke einer Verbesserung der Leistung einen vereinfachten Aufbau aufweist, so daß es vorteilhaft als Bandpaßfilter verwendet werden kann.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den Hochfrequenzschaltungsabschnitten, wie der RF-Stufe von Sender- und Empfängerschaltungen für durch analoge oder digitale tragbare Telephone oder kabellose Telephone repräsentierte, mobile Kommunikationsanlagen, werden häufig Bandpaßfilter (BPF) verwendet, um beispielsweise durch die Nicht-Linearität von Verstärkerschaltungen verursachte harmonische Strahlung zu dämpfen, unerwünschte Signalschwingungen, wie Störschwingungen, Seitenbänder, etc., aus den gewünschten Signalschwingungen zu entfernen oder um bei der Verwendung der gleichen Antenne sowohl für die Sender- als auch für die Empfängerschaltungen das Senderfrequenzband und das sich von dem Senderfrequenzband unterscheidende Empfängerfrequenzband voneinander zu trennen.
Im allgemeinen sollte ein ideales Filter die Eigenschaften haben, die gewünschten Signale durchzulassen ohne Verzerrungen zu erzeugen, und Störsignale außerhalb des Paßbands hinreichend zu dämpfen. Wie in den Diagrammen in den 16A und 16B gezeigt, die die Filteramplituden- und Gruppenverzögerungskennlinien darstellen, weisen die idealen Filterkennlinien eine flache Amplitude 17 sowie eine flache Gruppenverzögerung 18 über das durchgelassene Band auf, während gleichzeitig Dämpfungspole 19, 20, d.h. Übertragungsnullstellen, in den Spenbändern realisiert werden. Beim Stand der Technik war eine komplexe Schaltungskonstruktion zur Realisierung eines derartigen Filters erforderlich.
Techniken zum direkten Realisieren eines Bandpaßfilters mit derartigen Charakteristika auf der Grundlage einer klaren Konstruktionsprozedur sind beim Stand der Technik nicht bekannt, und es ist allgemeine Praxis, die Filter durch die Mischung verschiedener bekannter Techniken empirisch zu konstruieren.
Andererseits werden Bandpaßfilter für derartige Kommunikationsanwendungen im allgemeinen durch Reihenschaltungen oder Parallelschaltungen von aus verschiedenen Schaltungselementen in mehreren Stufen konstruierten Resonanzschaltungen als Filterschaltungen mit den gewünschten Paßband-/Sperrbandcharistika realisiert und konstruiert. In vielen Fällen werden Filterschaltungsblöcke unter Verwendung nicht ausbalancierter verteilter konstanter Übertragungsleitungen, wie gekoppelten Mikrostreifen-Leitungen oder Streifenleitungs-Resonatoren, konstruiert, da sie gute elektrische Charakteristika für Hochfrequenzschaltungen aufweisen, als Schaltungselemente klein sind, etc.
Tatsächlich können unter Verwendung gekoppelter Mikrostreifen-Leitungen Bandpaßfilter mit Charakteristika ohne Dämpfungspole leicht verwirklicht werden. Herkömmliche, aus mehreren durch gekoppelte λ/4-Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (λ ist die Wellenlänge) gekoppelten Resonatoren zusammengesetzte Filter haben eine einheitliche Kopplungsstruktur und lassen im allgemeinen wenig Freiheit bei der Konstruktion zu; das positive oder negative Vorzeichen jedes Kopplungsreaktanzelements kann beispielsweise nicht frei gewählt werden, wie nachstehend beschrieben. Es wird das in den 17A und 17B gezeigte Beispiel gemäß dem Stand der Technik betrachtet. Ein Leiternetzwerk mit parallelen und seriellen Resonatoren gemäß 17A wird unter Ver wendung imaginärer Gyratoren in die Schaltung gemäß 18 umgewandelt, die nur aus leicht zu realisierenden parallelen Resonatoren zusammengesetzt ist. 17A ist die Originalschaltung eines Beispiels für ein Filter dritter Ordnung, und 17B ist die dazu streng äquivalente Schaltung, die unter Verwendung imaginärer Gyratoren 21, 22 abgeleitet wird.
In diesem Fall müssen für eine strenge Transformation des Filters gemäß 17A in das äquivalente Filter gemäß 17B die beiden imaginären Gyratoren 21, 22 entgegengesetzte Vorzeichen erhalten. Dies bedeutet streng genommen, daß die Kopplungsreaktanzelemente beide Vorzeichen haben müssen, positiv und negativ. In der Praxis ist es schwierig, eine Kopplungsstruktur mit gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen zu erhalten, um dies zu erreichen.
Andererseits besteht bei einem Filter mit einfachen Charakteristika ohne Dämpfungspole nicht die Notwendigkeit einer strengen Steuerung der positiven und negativen Vorzeichen der Kopplung, da keine Kreuzkopplung in der Filterschaltung erforderlich ist; dementsprechend können de imaginären Gyratoren nur das positive oder nur das negative Vorzeichen haben, oder das positive und das negative Vorzeichen können ausgetauscht werden. Dadurch kann die gewünschte Filterschaltung selbst bei einem Aufbau problemlos realisiert werden, bei dem mehrere aus gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen ausgebildete Resonatoren auf die gleiche Weise sequentiell gekoppelt sind.
Dagegen ist bei einem Filter mit komplexen Charakteristika, das Dämpfungspole aufweist oder eine Steuerung der Gruppenverzögerungs- und Amplitudencharakteristika erfordert, eine Kreuzkopplungsstruktur in der Filterschaltung erforderlich, und die positiven und negativen Phasen der Kopplungscharakteristika müssen streng gesteuert werden. Dadurch können gekoppelte λ/4-Mikrostreifen-Leitungen nicht beliebig die positiven und negativen Phasen der Übertragungscharakteristika ergeben, und es ist schwierig, sie als Schaltungselemente für eine Filterschaltung zu verwenden, und daher ist es schwierig, durch Filterelemente aus gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen die gewünschten Dämpfungspole zu erzeugen oder vorgeschriebene Amplituden- und Gruppenverzögerungskennlinien zu erhalten.
Bei durch Verbinden derartiger gekoppelter λ/4-Mikrostreifen-Leitungen in mehreren Stufen konstruierten Mehr-Resonatoren-Filtern werden normalerweise gerade Mikrostreifen-Leitungen verwendet; andererseits werden auch aus Mikrostreifen-Resonatoren, die aus als Haarnadel-Übertragungsleitungen bezeichneten, gebogenen Mikrostreifen-Leitungen ausgebildet sind, konstruierte, sogenannte Haarnadel-Mehr-Resonatoren-Filter verwendet. Beispiele sind in den 18A und 18B gezeigt: 18A ist eine Draufsicht, die einen Beispiel eines Mehr-Resonatoren-Filters mit geraden Leitungen zeigt, das durch sequentielles Koppeln von vier aus geraden Mikrostreifen-Leitungen ausgebildeten Mikrostreifen-Resonatoren 1 bis 4 konstruiert wird, und 18B ist eine Draufsicht, die ein Beispiel eines Haarnadel-Mehr-Resonatoren-Filters zeigt, das durch sequentielles Koppeln von vier aus Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen ausgebildeten Mikrostreifen-Resonatore 5 bis 8 konstruiert wird.
Aus der US 3 745 489 ist ein Hochfrequenzfilter mit diskreten Haarnadel-Resonatoren bekannt. Mehrere Haarnadel-Resonatoren sind nebeneinander liegend gekoppelt und geben Signale über gerade Koppelleitungen ab.
Der Artikel „Kauerparameter-Bandpässe in Mikrostreifenleiter-Technik" von Harald Fechner in „Frequenz" 34 (1980) 3, Seiten 78 ff beschreibt Bandpässe, in denen mehrere Streifenleiter nebeneinander liegend gekoppelt sind. Sie können gerade sein oder Haarnadelbereiche aufweisen. Es werden Leitungsabschnitte mit einer elektrischen Länger der halben Wellenlänge beschrieben.
Die DE 195 09 251 A1 beschreibt einen planaren Filter, dem mehrere, auf einem Substrat nebeneinander angeordnete Streifenleiter durch einen Überkopplungsstreifenleiter ergänzt sind, der zwei nicht unmittelbar benachbarte Streifenleiter miteinander verkoppelt.
Bei dem Haarnadel-Mehr-Resonatoren-Filter treten jedoch die gleichen Probleme auf, wie vorstehend beschrieben.
Zur Lösung des vorstehend genannten Problems hat der Erfinder zuvor Filter mit mehreren Elementen vorgeschlagen, die aus durch sequentielles Kaskadieren von Viertelwellenlängen der mittleren Frequenz der gekoppelten Paßband-Mikrostreifen-Leitungen gebildeten Mikrostreifen-Resonatoren in mehreren Stufen aufgebaut waren. Bei diesen Filtern mit mehreren Elementen wird in der Annahme, daß durch Hinzufügen von Kreuzkoppelschaltungen zu den sequentiell gekoppelten Resonatoren die Bildung von Dämpfungspolen und die Steuerung der Amplitudenkennlinie sowie der Gruppenverzögerungszeit möglich werden, ein Verfahren zur sequentiellen Kopplung von Resonatoren verwendet, das eine genaue Ausrichtung der Phase der Übertragungscharakteristika ermöglicht.
Das bei diesen Filtern mit mehreren Elementen zu lösende Problem ist jedoch, wie die Kreuzkoppelschaltung mit den auf der gleichen Ebene ausgebildeten, sequentiell gekoppelten Mikrostreifen-Resonatoren verbunden ist. Genauer muß bei der Erzeugung einer Kreuzkoppelschaltung zum Realisieren der gewünschten Charakteristika und bei einer geraden Anzahl von 4 oder mehr von Resonatoren, die kreuzgekoppelt werden sollen, als Ergebnis die Kreuzkoppelschaltung 11, 14 unangenehmer Weise das Resonatormuster kreuzen, wie unter 1 bis 10, 12, 13 dargestellt, wenn die Kreuzkopplung zwischen den gekoppelten Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen oder auf der gleichen Ebene angeordneten gekoppelten Viertelwellenlängen-Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen erfolgen soll, wie beispielsweise in den Draufsichten gemäß den 19A bis 19B gezeigt, die ein Beispiel eines Filteraufbaus darstellen. Es ist daher erforderlich, daß die Kreuzkoppelschaltung als dreidimensionaler Aufbau gebildet wird, d.h. als Luftbrückenaufbau, der beispielsweise durch den Raum über dem Resonatormuster verläuft. Dies
hinwiederum führt zu dem Nachteil, daß der Vorteil verloren geht, daß dieses Filter mit mehreren Elementen eine ebene Schaltung ist.
Bei den in den 19A und 19B gezeigten Filtern sind der erste und der vierte Resonator 1, 4 unter den vier gekoppelten geraden Mikrostreifen-Resonatoren direkt mit der Kreuzkoppelschaltung 11 (19B) verbunden, oder über mit den jeweiligen Resonatoren gekoppelte Verbindungsleitungen 9, 10 für externe Schaltungen (19A). Ebenso sind bei den in den 19C und 19D gezeigten Filtern der erste und der vierte Resonator 5, 8 unter den vier gekoppelten Haarnadel-Mikrostreifen-Resonatoren direkt (19D) oder über mit den jeweiligen Resonatoren gekoppelte Verbindungsleitungen 12, 13 für externe Schaltungen (19C) mit der Kreuzkoppelschaltung 14 verbunden. Bei jedem dieser Beispiele kreuzt die Kreuzkoppelschaltung 11, 14 einen unter dem ersten bis vierten Resonator 1 bis 4; 5 bis 8, was zu dem Problem führt, daß die Kreuzkoppelschaltung als dreidimensionaler Ausbau erzeugt werden muß, um die Bildung einer elektrischen Verbindung an diesem Kreuzungspunkt zu verhindern.
Auf diese Weise muß bei der Verbindung einer Kreuzkoppelschaltung 11, 14 mit einem aus einer geraden Zahl (die vier oder mehr beträgt) von auf der gleichen Ebene ausgebildeten, sequentiell gekoppelten und verbundenen Mikrostreifen-Resonatoren aufgebauten Filter mit mehreren Elementen die Kreuzkoppelschaltung als dreidimensionaler Aufbau ausgebildet sein, um zu verhindern, daß sie mit einem der Resonatoren 1 bis 4; 5 bis 8 parallelgeschaltet wird. Es ist daher wünschenswert, durch die Verwendung eines nur zweidimensionalen Aufbaus eine Kreuzkopplung des Konstruktionswerts in einem Filter mit mehreren Elementen zu erreichen. Dies würde die Bildung von Dämpfungspolen und die Korrektur der Amplitudenkennlinie und der Gruppenverzögerungszeit bei einem Filter mit einem einfachen, ebenen Ausbau ermöglichen, was den enormen praktischen Vorteil böte, daß unterstützt durch eine genaue Konstruktionstechnik mit einer einfachen Schaltungsanordnung ein Paßbandfilter mit Bandpaßcharakteristika konstruiert und realisiert werden könnte, durch die über das durchgelassene Band sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung erreicht würde, wobei zur gleichen Zeit in den Sperrbändern Übertragungsnullstellen realisiert würden. Es ist daher wünschenswert, die Verbindung einer Kreuzkoppelschaltung auf der gleichen Ebene ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Ausbaus zu realisieren und dadurch ein Filter mit mehreren Elementen zu schaffen, das ohne eine Beeinträchtigung des Vorteils des Filters mit mehreren Elementen mit ebenem Aufbau einfach realisiert und gefertigt werden kann.

Die Erfindung dient der Lösung des vorstehend ausgeführten Problems, und ihre Aufgabe ist es, durch Realisieren der Verbindung einer Kreuzkoppelschaltung auf der gleichen Ebene ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Aufbaus und ohne Beeinträchtigung des Vorteils des Filters mit mehreren Elementen mit ebenen Aufbau ein Filter mit mehreren Elementen zu schaffen, das Paßbandcharakteristika aufweist, durch die über das durchgelassenen Band sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung erzielt werden, wobei gleichzeitig Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern realisiert werden, und das eine geringe Empfindlichkeit und niedrige Verlustcharakteristika aufweist und unterstützt von einer genauen Konstruktionstechnik aus einfachen Schaltungsanordnungen konstruiert und realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Filter gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Filter mit mehreren Elementen basiert auf einem Filter mit mehreren Elementen mit Bandpaßcharakteristika, realisiert durch eine unsymmetrische verteilte konstante Schaltung und erhalten durch eine Frequenztransformation eines Prototypen eines Tiefpaßfilters, dessen Transferfunktion durch eine Schaltungsnetzfunktion ausgedrückt wird, die aus einem rationalen Numerator-Polynom, das eine gerade Funktion einer komplexen Frequenz s ist und ein Paar reeller Plus- und Minus-Nullstellen oder ein Paar rein imaginärer konjugierter Nullstellen aufweist, und einem rationalen Denominator-Polynom besteht, das ein Hurwitz-Polynom der komplexen Frequenz s ist.

Wie in den später beschriebenen Figuren 1A bis 1D gezeigt, wird durch die Erfindung ein Filter mit mehreren Elementen geschaffen, das umfaßt:
n Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) für Halbwellenlängen einer Paßband-Mittenfrequenz aus geraden und Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (L, H), wobei n eine gerade Zahl größer oder gleich 4 ist, die n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) sequentiell verbunden sind, jeder Resonator über einen Abstand von etwa einer viertel Wellenlänge mit einem benachbarten Resonator gekoppelt ist und die jeweiligen Anzahlen sowohl der geraden Mikrostreifen-Leitungen (L) als auch der Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (H) der n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) ungerade sind;
geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zum Anschließen externer Schaltungen, die jeweils mit dem ersten und dem n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4) gekoppelt sind, und
einer Kreuzkoppelschaltung (C), die entweder mit den Enden des ersten und des n-ten halben Mikrostreifen-Resonators (L1, L4; H1, H4) verbunden ist, wobei die Enden auf der Seite liegen, auf der der erste und der n-te halbe Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4) mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zum Verbinden externer Schaltungen gekoppelt sind (1B, 1D), oder mit den Enden der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zum verbinden externer Schaltungen (1A, 1C).

Bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen sind die n geraden oder Haarnadel-Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren sequentiell mit jedem mit den danebenliegenden Resonatoren über einen Abstand von etwa einer Viertel Wellenlänge gekoppelten Resonator verbunden, wobei sowohl die Anzahl der geraden Mikrostreifen-Leitungen als auch die Anzahl der Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen ungerade eingestellt sind, die geraden Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung externer Schaltungen, die jeweils etwa eine viertel Wellenlänge aufweisen, jeweils mit dem ersten und dem n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator gekoppelt sind und die Kreuzkoppelschaltung mit den Enden des ersten und des n-ten halben Mikrostreifen-Resonators verbunden ist, die in diesem Fall auf der Seite liegen, auf der der erste und der n-te halbe Mikrostreifen-Resonator mit dem geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen zur Verbindung der externen Schaltungen gekoppelt sind, oder mit den Enden der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung der externen Schaltungen liegen. Dadurch wird eine Verbindung der Kreuzkoppelschaltung auf der gleichen Ebene ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Aufbaus ermöglicht, und die Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms, d.h. die Übertragungsnullstellen, können als Übertragungsnullstellen der Übertragungskennlinien des Filters verwendet werden.

Überdies werden durch Hinzufügen einer Kreuzkoppelschaltung mit elektrischem Feld oder Magnetfeld zu einem aus n Resonatoren aufgebauten Mehr-Resonatoren-Bandpaßfilter die Bildung der gewünschten Dämpfungspole und eine Einstellung der Amplitudenkennlinie und der Gruppenverzögerungszeit möglich. Überdies können durch die Verwendung der Kreuzkoppelschaltung zur Steuerung der Phase der Übertragungskennlinie zwischen den Resonatoren die gewünschten Dämpfungspole gebildet und die Amplitudenkennlinie und die Gruppenverzögerungszeit unter Verwendung nur einer Kreuzkoppelschaltung des annähernd gleichen Typs korrigiert werden, wodurch die Realisierung eines Filters mit mehreren Elementen mit den gewünschten Charakteristika vereinfacht wird.

Wenn n 6 beträgt oder größer ist, kann die Kreuzkopplung ferner in Form einer Mehrfachkreuzkopplung, wie einer doppelten oder dreifachen, oder selbst in Form einer Kaskadenverbindung mehrerer Mehr-Resonatoren-Filter mit der Kreuzkopplung implementiert werden.

Dadurch kann ein Filter mit mehreren Elementen geschaffen werden, das Bandpaßcharakteristika aufweist und ohne eine Beeinträchtigung des Vorteils des Filters mit mehreren Elementen mit ebenem Aufbau sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung über das durchgelassene Band erreicht, wobei gleichzeitig Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern realisiert werden, und das eine geringe Empfindlichkeit und niedrige Verlustcharakteristika aufweist und unterstützt von einer genauen Konstruktionstechnik durch eine einfache Schaltungsanordnung konstruiert und realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß wird, wie in den 2A bis 2D gezeigt, vorzugsweise zumindest einer der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (H 11) ersetzt.

Da bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen durch das Ersetzen von zumindest einem der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau auf kontrollierte Weise die Wirkung einer Umkehrung der Phase der Übertragungscharakteristika des Mehr-Resonatoren-Filters erzielt wird, kann eine Kreuzkoppelschaltung hinzugefügt werden, die genau wie beabsichtigt aufgebaut ist.

Da bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen gemäß der Konstruktionstheorie der den reellen Nullstellen oder den imaginären Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms der die Übertragungskennlinie beschreibenden Schaltungsnetzfunktion entsprechende Schaltungsblock durch das Mehr-Resonatoren-Filter mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau implementiert wird, kann eine Filterschaltung konstruiert und implementiert werden, die theoretisch akkurat ist, einen einfachen Aufbau aufweist, bei einem Zulassen von Verlusten eine verbesserte Leistung bietet, die gewünschten Filtercharakteristika aufweist und ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Aufbaus unter Verwendung verteilter mehrerer Elemente auf der gleichen Ebene konstruiert und realisiert werden kann.

Die der Nullstelle auf der imaginären Achse der Übertragungsfunktion entsprechende Übertragungsnullstelle kann durch Anwenden von Krouzkopplungen für die Kopplung/Verbindung zwischen den Resonatoren realisiert werden, und die den Nullstellen auf der reellen Achse der Übertragungsfunktion entsprechende Amplitude kann verändert werden. Die Nullstelle auf der imaginären Achse und die Nullstelle auf der reellen Achse können durch Kreuzkoppelschaltung mit annähernd dem gleichen Aufbau realisiert werden. Dementsprechend kann die Phase der Übertragungskennlinien leicht gesteuert werden. Dadurch kann durch eine einfache Schaltungsanordnung ein Bandpaßfilter mit Charakteristika realisiert werden, durch die sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung über das durchgelassene Band erreicht werden und durch die Übertragungsnullstellen (Dämpfungspole) in den Spenbändern realisiert werden.

Erfindungsgemäß weist das Filter mit mehreren Elementen vorzugsweise Bandpaßcharakteristika auf, bei denen sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie des durchgelassenen Bands flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Spenband derselben vorhanden ist.

Wie vorstehend beschrieben kann erfindungsgemäß ein Filter mit mehreren Elementen geschaffen werden, das Bandpaßcharakteristika aufweist, durch die ohne eine Beeinträchtigung des Vorteils eines Filters mit mehreren Elementen mit ebenem Aufbau sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung über das durchgelassene Band erreicht werden, wobei gleichzeitig Übertragungsnullstellen im Spenband realisiert werden, und das eine geringe Empfindlichkeit und niedrige Verlustcharakteristika aufweist und unterstützt von einer akkuraten Konstruktionstechnik durch eine einfache Schaltungsanordnung konstruiert und realisiert werden kann.

Wie in den später beschriebenen 12A bis 15 gezeigt, wird durch die Erfindung ein Filter mit mehreren Elementen geschaffen, das umfaßt:
n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) aus geraden und Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (L, H), wobei n eine gerade Zahl größer oder gleich 4 ist, entsprechend einer Bandpaßmittenfrequenz, wobei die n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) sequentiell verbunden sind, jeder Resonator über einen Abstand von etwa einer viertel Wellenlänge mit einem benachbarten Resonator gekoppelt ist und die jeweiligen Anzahlen sowohl der geraden Mikrostreifen-Leitungen (L) als auch der Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (H) der n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) ungerade sind; gerade Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung, die jeweils mit dem ersten und dem n-ten Halbwellenlängen- Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4; H1a, H4a; H1b, H4b) gekoppelt sind; und
einer Kreuzkoppelschaltung (C, C1, C1a, C1b) aus einer a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung (u1, u3, u5, u7, u9, u11, u3a, u9b) und einer b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung (u2, u4, u6, u8, u10, u12, u4a, u10b), die über einen Schlitz (g1, g2, g1a, g1b) kapazitiv gekoppelt sind (wobei a und b natürliche Zahlen sind), wobei die Kreuzkoppelschaltung (C) entweder mit den Enden des ersten und des n-ten halben Mikrostreifen-Resonators (L1, L4; H1, H4) verbunden ist, wobei in diesem Fall die Enden auf einer Seite liegen, auf der der erste und der n-te halbe Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4) mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung gekoppelt sind, oder mit den Enden der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1a, M4a, M1b, M4b) zur Verbindung einer externen Schaltung.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen sind die n geraden oder Haarnadel-Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren sequentiell an jeden über einen Abstand von etwa einer Viertel Wellenlänge mit den daneben liegenden Resonatoren gekoppelten Resonator angeschlossen, wobei sowohl die Anzahl der geraden Mikrostreifen-Leitungen als auch die Anzahl der Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen ungerade eingestellt sind, während die geraden Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung einer externen Schaltung mit jeweils etwa einer Viertel Wellenlänge jeweils mit dem ersten und n-ten halben Wellenlängen-Mikrostreifen-Resonator gekoppelt sind und die aus einer a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung und einer b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung (wobei a und b natürliche Zahlen sind), die über einen Schlitz kapazitiv gekoppelt sind, bestehende Kreuzkoppelschaltung mit den Enden des ersten und des n-ten halben Mikrostreifen-Resonators verbunden ist, wobei die Enden in diesem Fall auf der Seite liegen, auf der der erste und der n-te halbe Mikrostreifen-Resonator mit dem geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen zur Verbindung einer externen Schaltung gekoppelt sind, oder mit den Enden der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung einer externen Schaltung. Dadurch wird die Bildung der Kreuzkoppelschaltung auf der gleichen Ebene ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Aufbaus ermöglicht, und die Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms, d.h. die reellen Übertragungsnullstellen oder die imaginären Übertragungsnullstellen, können realisiert werden.

Überdies werden durch Hinzufügen einer Kreuzkoppelschaltung mit elektrischem Feld oder magnetischem Feld zu einem aus n Resonatoren aufgebauten Mehr-Resonatoren-Bandpaßfilter die Bildung gewünschter Dämpfungspole und die Einstellung der Amplitudenkennlinie und der Gruppenverzögerungszeit möglich. Darüber hinaus können durch die Verwendung einer ähnlichen Kreuzkoppelschaltung zur Einstellung der Phase der Übertragungscharakteristik zwischen den Resonatoren auch gewünschte Dämpfungspole gebildet werden. Die Amplitudenkennlinie und die Gruppenverzögerungszeit können daher unter Verwendung von Kreuzkoppelschaltungen mit annähernd dem gleichen Aufbau eingestellt werden, wodurch die Realisierung eines Filters mit mehreren Elementen mit den gewünschten Charakteristika vereinfacht wird.

Ferner kann, wenn n 6 beträgt oder größer ist, die Kreuzkopplung in Form einer Mehrfach-Kreuzkopplung, wie einer doppelten oder dreifachen, implementiert werden, wobei die Kreuzkopplung auch in Form einer Kaskadenverbindung mehrerer Mehr-Resonatoren-Filter mit einer einzigen Kreuzkopplung implementiert wird.

Dadurch kann ein Filter mit mehreren Elementen hergestellt werden, das Bandpaßcharakteristika aufweist, durch die ohne eine Beeinträchtigung des Vorteils des Filters mit mehreren Elementen mit ebenem Aufbau sowohl eine flache Amplitude als auch eine flache Gruppenverzögerung über das durchgelassene Band erzielt werden, wobei gleichzeitig Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern realisiert werden, und das eine geringe Empfindlichkeit und niedrige Verlustcharakteristika aufweist und unterstützt von einer akkuraten Konstruktionstechnik durch eine einfache Schaltungsanordnung konstruiert und realisiert werden kann.

Erfindungsgemäß sind, wie in 14 dargestellt, bei den mehreren Filtern (71, 72,) mit mehreren Elementen die Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1a, M4a) zum Verbinden einer externen Schaltung kaskadengeschaltet, und mindestens einer der jeweiligen Werte (a + b) für die Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1a, M4a) in der Kreuzkoppelschaltung (C1, Cla) aus den mehreren Filtern (71, 72) mit mehreren Elementen ist ungerade, und mindestens eine davon ist gerade.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen sind mehrere erfindungsgemäße Filter mit mehreren Elementen als Filterblöcke kaskadengeschaltet; wenn diese Filterblöcke einen identischen Aufbau aufweisen, werden die jeweiligen Kreuzkoppelschaltungen äquivalent zu einer elektrischen Feldkopplung und einer Magnetfeldkopplung oder einer Magnetfeldkopplung und einer elektri schen Feldkopplung, da der Wert (a + b) für die Kreuzkoppelschaltung so ausgewählt wird, daß er in einem Filterblock ungerade und in einem anderen Filterblock gerade ist, und daraus folgt, daß die Filterblöcke mit komplementärer Kreuzkopplung kaskadengeschaltet sind.

Erfindungsgemäß sind, wie in 15 gezeigt, bei mehreren der Filter (73, 74) mit mehreren Elementen die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1b, M4b) zur Verbindung einer externen Schaltung vorzugsweise kaskadengeschaltet, und mindestens einer der Halbwellenlängen-Mikrostrei-fen-Resonatoren wird durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (H21 b) ersetzt.

Bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen sind bei mehreren der erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung einer externen Schaltung kaskadengeschaltet, und mindestens einer der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren ist durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator ersetzt. Dementsprechend ermöglicht das Hinzufügen nahezu desgleichen Typs von Kreuzkoppelschaltungen die Bildung gewünschter Dämpfungspole und die Einstellung der Amplitudenkennlinien und der Gruppenverzögerungszeiten, wodurch ein Filter mit mehreren Elementen mit den gewünschten Charakteristika realisiert werden kann. Da dadurch durch die Verwendung der Kreuzkoppelschaltung in jedem Filterblock die Bildung von Dämpfungspolen, das Abflachen der Amplitude oder die Einstellung der Gruppenverzögerungszeit ermöglicht werden, wodurch die Amplitude und die Gruppenverzögerungskennlinien über das durchgelassene Band abgeflacht werden, während Dämpfungspole in den Spenbändern realisiert werden, können durch das derart aufgebaute Filter mit mehreren Elementen als Ganzes die gewünschten Paßbandcharacteristika sowie Sperrbandcharakteristika erzielt werden.

Erfindungsgemäß weist das Filter mit mehreren Elementen vorzugsweise Bandpaßcharakteristika auf, bei denen sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennline des Paßbands flach sind und in einem Spenband derselben Übertragungsnullstellen gebildet werden.

Da bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen der den reellen Nullstellen oder den imaginären Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms der die Übertragungskennlinie beschreibenden Schaltungsnetzfunktion entsprechende Schaltungsblock gemäß der Konstruktionstheorie durch das Mehr-Resonatoren-Filter mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau implementiert wird, kann ohne die Verwendung eines dreidimensionalen Aufbaus unter Verwendung verteilter konstanter Elemente auf der gleichen Ebene eine theoretisch akkurate Filterschaltung mit einem einfachen Aufbau konstruiert werden, die bei einer Zulässigkeit von geringen Verlusten eine verbesserte Leistung bietet und die gewünschten Filtercharakteristika aufweist.

Wie vorstehend beschrieben, können erfindungsgemäß durch Erzeugen einer Kreuzkoppelschaltung für die Kopplung/Verbindung zwischen den Mikrostreifen-Resonatoren Nullstellen auf der imaginären Achse der Übertragungsfunktion entsprechende Übertragungsnullstellen realisiert werden, und die Amplitude kann entsprechend Nullstellen auf der reellen Achse der Übertragungsfunktion eingestellt werden. Im Zusammenhang mit dieser Einstellung kann auch die Phase der Übertragungskennlinie leicht gesteuert werden. Dadurch kann durch eine einfache Schaltungsanordnung ein Filter mit mehreren Elementen realisiert werden, das sowohl eine flache Amplitudenkennlinie als auch eine flache Gruppenverzögerungskennlinie über das durchgelassene Band sowie Übertragungsnullstellen (Dämpfungspole) in den Sperrbändern aufweist.

Ferner kann erfindungsgemäß ein Filter mit mehreren Elementen hergestellt werden, das Bandpaßcharakteristika aufweist, durch die ohne eine Beeinträchtigung des Vorteils des Filters mit mehreren Elementen mit ebenem Aufbau sowohl eine flache Amplitude als auch eine Flache Gruppenverzögerung über das durchgelassene Band erzielt werden, wobei gleichzeitig Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern realisiert werden, und das eine geringe Empfindlichkeit und niedrige Verlustcharakteristika aufweist und unterstützt von einer akkuraten Konstruktionstechnik durch eine einfache Schaltungsanordnung konstruiert und realisiert werden kann.

Weitere und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlicher. Es zeigen: Die 1A bis 1D Draufsichten, die Beispiele einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigen; die 2A bis 2D Draufsichten, die Beispiele einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigen;
3 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Tiefpaßfilterprototypen achter Ordnung zeigt;
4 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel einer äquivalenten Umwandlung des in 3 dargestellten Tiefpaßfilterprototypen zeigt; die 5A und 5B Schaltungsdiagramme, die ein Beispiel einer äquivalenten Transformation der Schaltung gemäß 5A in die in 5B gezeigte Form zeigen, die eine Kreuzkoppelschaltung enthält;
6 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines durch Umwandlung der in 4 gezeigten Schaltung in die in den 5A und 5B gezeigte äquivalente Schaltung mit der Kreuzkoppelschaltung erhaltenen Tiefpaßfilterprototypen zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines durch Umwandlung von Induktoren in der in 6 gezeigten Schaltung in äquivalente Kondensatoren erhaltenen Tiefpaßfilterprototypen zeigt; die 8A und 8B Schaltungsdiagramme, die ein Beispiel einer äquivalenten Umwandlung eines imaginären Gyrators gemäß 8A in eine in 8B gezeigte äquivalente Schaltung des n-Typs aus konstanten Reaktanzelementen zeigt;
9 ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines durch eine äquivalente Umwandlung des Tiefpaßfilterprototypen erhaltenen Bandpaßfilters zeigt;
10 eine Draufsicht, die zwei einen Mikrostreifen-Resonator bildende gekoppelte λ/4-Mikrostreifen-Leitungen zeigt;
11 ein Schaltungsdiagramm, das eine äquivalente Schmalbandschaltung aus gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen zeigt; die 12A bis 12C Draufsichten, die Beispiele einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigen; die 13A bis 13C Draufsichten, die alternative Beispiele der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigen;
14 ein Diagramm, das ein Bandpaßfilter achter Ordnung als vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigt;
15 ein Diagramm, das ein Bandpaßfilter achter Ordnung als fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen zeigt; die 16A und 16B Diagramme, die jeweils eine Amplitudenkennlinie und eine Gruppenverzögerungskennline im durchgelassenen Band eines Bandpaßfilters zeigen;
17A ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines Filters dritter Ordnung zeigt, und 17B ein Schaltungsdiagramm, das ein zu 17A äquivalentes, unter Verwendung von Gyratoren konstruiertes Filter dritter Ordnung zeigt; die 18A und 18B Draufsichten, die jeweils den Aufbau von Beispielen eines Mehr-Resonatoren-Filters mit gerader Leitung und eines Haarnadel-Mehr-Resonatoren-Filters zeigen; und die 19A bis 19D Draufsichten, die Beispiele für den Aufbau von Mehr-Resonatoren-Filtern mit geraden Leitungen und Haarnadel-Mehr-Resonatoren-Filtern zeigen, die jeweils eine Kreuzkoppelschaltung enthalten.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun nachstehend bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Beispiele eines Filters mit mehreren Elementen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind in den 1A bis 1D und 3 bis 11 gezeigt.
In der folgenden Beschreibung sind Schaltungsnetzfunktionen unter Verwendung von s Parametern ausgedrückt, wie nachstehend in Gleichung (1) gezeigt.
Ein Beispiel für die Konstruktion eines Filters, durch das sowohl eine flache Amplituden- als auch flache Gruppenverzögerungskennlinien über das durchgelassene Band erzielt werden und das Übertragungsnullstellen in den Sperrbändern aufweist, wird nachstehend als ein Beispiel des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen beschrieben.
Bei diesem Beispiel eines Filters ist das rationale Numerator-Polynom f(s) der die Übertragungskennlinie des Filters beschreibenden Schaltungsnetzfunktion s₂₁ ein Polynom vierter Ordnung, und das rationale Denominator-Polynom g(s) ist ein Polynom achter Ordnung.
Wenn das Filter verlustfrei ist, ist die Matrix S eine einheitliche Matrix, und das verbleibende Polynom h(s) wird bestimmt. Dadurch wird die Eingangsimpedanz oder Eingangsadmittanz bestimmt, und durch Erweiterung dieser zu einer Leiterschaltung wird ein Tiefpaßfilterprototyp erhalten. Ein Beispiel hierfür ist in dem Schaltungsdiagramm gemäß 3 gezeigt.
Hierbei entspricht die Ordnung des Denominators g(s) der Anzahl der Stufen in der Leiterschaltung; bei dem gezeigten Beispiel ist die Anzahl der Stufen 8, da die Ordnung 8 ist. Die Anzahl der Nullsteilenpaare des rationalen Numerator-Polynoms repräsentiert die Anzahl der zum Ermöglichen der Bildung von Übertragungsnullstellen (Dämpfungspolen) parallel oder in Reihe geschalteten Resonatorschaltungen; bei dem dargestellten Beispiel ist die Anzahl 2.
Dieser Tiefpaßfilterprototyp wird unter Verwendung imaginärer Gyratoren 21 bis 24 äquivalent in einen Tiefpaßfilterprototyp umgewandelt, wie in dem Schaltungsdiagramm gemäß 4 gezeigt. Gemäß 4 ist das positive oder negative Vorzeichen für die imaginären Gyratoren nicht angegeben, da es entweder nutzlos ist, die Vorzeichen der imaginären Gyratoren anzugeben, oder die imaginären Gyratoren sowohl positive oder negative Vorzeichen annehmen können. Diese Übereinkunft wird über sämtliche nachstehend beschriebenen Zeichnungen verwendet.
Die beiden in 4 gezeigten parallelen Resonatorschaltungen 25, 26 entsprechen den Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms f(s) von s₂₁. Ferner wird jeder der in 4 von gestrichelten Linien umschlossenen Abschnitte 27, 28 von der in 5A gezeigten in eine äquivalente, in 5B gezeigte Schaltung umgewandelt, die eine Kreuzkoppelschaltung enthält. Bei der äquivalenten Umwandlung von 5A zu 5B werden die positiven/negativen Vorzeichen der imaginären Gyratoren bei dem Fall des Nullstellenpaars auf der reellen Achse und dem Fall des Nullstellenpaars auf der imaginären Achse entgegengesetzt. Durch Anwenden der äquivalenten Umwandlung von 5A zu 5B wird die Schaltung gemäß 4 in einen äquivalenten Tiefpaßfilterprototypen umgewandelt, wie in dem Schaltungsdiagramm gemäß 6 gezeigt.
Ferner werden unter Verwendung imaginärer Gyratoren 37, 38; 39, 40 die Induktoren 31, 32; 35, 36 gemäß 6 in äquivalente Kondensatoren umgewandelt. Das Schaltungsdiagramm des resultierenden Tiefpaßfilterprototypen ist in 7 gezeigt.
Gemäß 7 ist Freiheit bei der Auswahl der positiven/negativen Vorzeichen der imaginären Gyratoren 29, 30, 3, 34, 37 bis 40 zulässig. Zunächst werden die imaginären Gyratoren 30, 34 der sequentiell gekoppelten Schaltungen gemäß 6 äquivalent umgewandelt, so daß die Gyratoren das gleiche Vorzeichen aufweisen, wo immer dies möglich ist. Bei dem dargestellten Beispiel erhalten beide Gyratoren ein negatives Vorzeichen. Andererseits weisen die imaginären Gyratoren 29, 33 für die Kreuzkopplung gemäß 6 bei dem dargestellten Beispiel einander entgegengesetzte Vorzeichen auf.
Da sich die imaginären Gyratoren 29, 33 der Kreuzkoppelschaltungen hinsichtlich des Vorzeichens unterscheiden, ist die Schaltung gemäß 6 in der Praxis als Schaltung schwer zu implementieren. Bei dem erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen werden daher ferner die folgenden Umwandlungen ausgeführt.
Zunächst erhalten die sequentiell gekoppelten imaginären Gyratoren 37, 30, 38, 39, 34, 40, wie in 7 gezeigt, durch Ausführen äquivalenter Transformationen soweit möglich identische Vorzeichen. Bei dem dargestellten Beispiel erhalten so viele Gyratoren wie möglich ein positives Vorzeichen. Ferner erhalten die imaginären Kreuzkopplungsgyratoren 29, 33 gemäß 7 identische Vorzeichen. Bei dem dargestellten Beispiel erhalten beide Gyratoren ein positives Vorzeichen.
Unter Berücksichtigung des Vorzeichens eines imaginären Gyrators kann der in 8A gezeigte imaginäre Gyrator 44 als die in 8B gezeigte äquivalente Schaltung des n-Typs aus konstanten Reaktanzelementen 4S bis 47 implementiert werden.
Hierbei wird, wenn zur Umwandlung des Tiefpaßfilterprototypen gemäß 7 in ein Bandpaßfilter eine Frequenztranformation angewendet wird, das in dem Schaltungsdiagramm gemäß 9 gezeigte Bandpaßfilter erhalten. Bei dem dargestellten Beispiel wird zur Verbesserung der Symmetrie des Ausbaus zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen an jedem Eingangsanschluß ein imaginärer Gyrator 41 eingefügt. In diesem Fall wird die Eingangsimpedanz in die Eingangsadmittanz umgewandelt, doch die Übertragungskennlinie des Filters bleibt unverändert. Bei dem gezeigten Bandpaßfilter werden acht Resonatoren 51 bis 58 durch die imaginären Gyratoren 41, 37, 30, 38, 22, 29, 34, 40, 24 sequentiell gekoppelt, und durch die zwei Kreuzkoppelschaltungen 29, 33 werden Übertragungsnullstellen realisiert. Die beiden als Kreuzkoppelschaltungen dienenden Gyratoren 29, 33 erhalten positive Vorzeichen.
Bei der Schaltung gemäß 9 weisen die rechte Hälfte 61 und die linke Hälfte 62 des Schaltungsdiagramms einen ähnlichen Aufbau auf, obwohl sie durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei der einzige Unterschied ist, daß die in den jeweiligen sequentiellen Kopplungsschaltungen in der Mitte angeordneten imaginären Gyratoren 30, 34 einander entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Daher können bei dem Bandpaßfilter mit einem derartigen Schaltungsaufbau die rechte halbe Schaltung 61 und die linke halbe Schaltung 62 aus identischen Schaltungen aufgebaut sein, wenn in der Mitte der sequentiell gekoppelten Schaltung eine Schaltung zur Umkehrung des Vorzeichen des imaginären Gyrators 30, 34 hinzugefügt wird. Dadurch wird die Realisierung einer Schaltung in der Praxis vereinfacht, da die Kreuzkoppelschaltungsblöcke 29, 33 einen identischen Ausbau erhalten können.
Da die Schaltung 61 in der rechten Hälfte und die Schaltung 62 in der linken Hälfte durch Hinzufügen einer Schaltung zur Umkehrung des Vorzeichens des imaginären Gyrators 30, 34 in der Mitte der sequentiell gekoppelten Schaltung aus identischen Schaltungen aufgebaut sein können, wie vorstehend beschrieben, können die Kreuzkopplungsblöcke 29, 33 einen identischen Schaltungsaufbau erhalten, was die Realisierung der Schaltung vereinfacht. Dies bedeutet, daß durch Hinzufügen einer Schaltung mit der Funktion der Umkehrung der Phase der Übertragungskennlinie in dem mittleren Abschnitt 30, 34 des aus sequentiell gekoppelten Elementen aufgebauten Filters mit mehreren Elementen die Phase der Übertragungskennlinie des Bandpaßfilters gesteuert werden kann und daß durch Verbinden der Kreuzkoppelschaltungen, bei denen eine elektrische oder magnetische Feldkopplung verwendet wird, eine Steuerung der Dämpfungspole, der Amplitude und der Gruppenverzögerungszeit ermöglicht werden. Auf diese Weise kann durch Hinzufügen einer Schaltung mit der Funktion einer Umkehrung der Phase der Übertragungskennlinie im mittleren Abschnitt des sequentiell gekoppelten Filters die Phase der Übertragungskennlinie des Filters gesteuert werden.
Als nächstes wird ein Fall betrachtet, in dem die sequentiell gekoppelte Schaltung 61 in der rechten Hälfte und die sequentiell gekoppelte Schaltung 62 in der linken Hälfte gemäß dem Schaltungsdiagramm in 9 aus Schaltungen aufgebaut sind, die einen im wesentlichen identischen Aufbau aufweisen, sich jedoch lediglich hinsichtlich des Aufbaus der in der Mitte enthaltenen Phasenumkehrungsvorrichtung 30, 34 unterscheiden.
Hierbei wird, wie in der Draufsicht gemäß 10 gezeigt, ein Paar gekoppelter λ/4-Mikrostreifen-Leitungen 64, 65 betrachtet, das einen Mikrostreifen- Resonator 63 bildet, bei dem die Verbindungsanschlüsse am einen Ende durch Anschluß 1 und Anschluß 3 und die Anschlüsse am anderen Ende durch Anschluß 2 und Anschluß 4 bezeichnet sind. Bei diesen beiden gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen 64, 65 sind der Anschluß 2 und der Anschluß 4 offen, und der Anschluß 1 und der Anschluß 2 werden als Satz von Anschlüssen betrachtet. Z_c,i und k_i bezeichnen jeweils die charakteristische Impedanz und den Kopplungskoeffizienten. Dann ist die Matrix F zwischen dem Anschluß 1 und dem Anschluß 2 durch die nachstehende Gleichung (2) gegeben.
Ein Beispiel einer äquivalenten Schaltung für die Matrix F ist eine angenäherte äquivalente Schmalbandschaltung aus gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitungen, wie in dem Schaltungsdiagramm gemäß 11 gezeigt. Die Matrix F für die in 11 gezeigte Schaltung ist durch die Gleichung (3) gegeben.
Als nächstes gilt bei dem Tiefpaßfilterprototypen y_i = jω·p_i, und zur Umwandlung des Tiefpaßfilterprototypen in ein Bandpaßfilter mit einer Mittenfrequenz ω0 und einer Bandbreite Δ wird eine Frequenztransformation angewendet. Dies bedeutet eine Umwandlung der parallelen Kondensatoren gemäß 7 in die parallelen Resonanzschaltungen 51 bis 58 gemäß 9. Durch direktes Anwenden dieser Bedingung auf die Gleichungen (2) und (3) und durch Anwendung einer Schmalband-Annäherung an diese Matrixkomponenten werden der Kopplungskoeffizient k_i und die charakteristische Impedanz Z_c,i bestimmt, die nachstehend in den Gleichungen (4) und (5) gezeigt sind.
Dies bedeutet, daß die jeden imaginären Gyrator 37, 30, 38, 22, 29, 34, 40, 29, 33 enthaltende Schaltung und die parallel mit jedem imaginären Gyrator verbundenen parallelen Resonatoren 51 bis 58 in etwa äquivalent zu einer gekoppelten λ/4-Mikrostreifen-Leitung sind.
Vier Beispiele der ersten Ausführungsform des unter Verwendung der vorstehend ausgeführten Annäherung konstruierten erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen sind in den Draufsichten gemäß den 1A bis 1D gezeigt, gemäß denen vier Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L und H sequentiell verbunden sind, gerade Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M zur Verbindung mit einer externen Schaltung mit dem ersten und dem vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator gekoppelt sind und eine Kreuzkoppelschaltung mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M ( 1A bis 1C) oder mit den Enden des mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M gekoppelten ersten und vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators (1B und 1D) verbunden ist.
Bei diesen Beispielen werden auch gebogene, haarnadelartige Streifenleitungs-Resonatoren H verwendet; die Abweichung des Parameters kann nicht in einer einfachen analytischen Form ausgedrückt werden, doch im Grunde kann der Parameter durch eine Umwandlung der Gleichungen (4) und (5) abgeleitet werden. Wie dies erfolgt, wird hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Die den imaginären Gyrator 34 in der Mitte enthaltende rechte Schaltungshälfte 62 der in 9 gezeigten äquivalenten Schaltung ist ein aus vier Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren aufgebautes Mehr-Resonatoren-Bandpaßfilter. Die Resonatoren sind unter Verwendung von Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen 64, 65, wie den in 10 gezeigten, sequentiell gekoppelt; verschiedene Realisationen der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen sind in den Beispielen gemäß den 1A bis 1D gezeigt.
Bei dem Beispiel gemäß 1A sind drei jeweils aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L und ein aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H sequentiell verbunden, wobei die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M zur Verbindung einer externen Schaltung mit dem ersten und dem vierten Halbwellenlängen-Resonator L1, L4 gekoppelt sind und die Kreuzkoppelschaltung C mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M verbunden ist. Im folgenden kann allgemein über den ersten alphabetischen Buchstaben auf Bezugszeichen mit numerischem Suffix bezug genommen werden, indem das Suffix weggelassen wird.
Bei dem Beispiel gemäß 1B sind drei jeweils aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Resonatoren L und ein aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Resonator H sequentiell verbunden, und die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M sind mit dem ersten und dem vierten Resonator L1, L4 und der mit den Enden des mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M gekoppelten ersten und vierten Resonators L1, L4 verbundenen Kreuzkoppelschaltung C gekoppelt.
Bei dem Beispiel gemäß 1C sind ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L und drei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikro-streifen-Resonatoren H sequentiell verbunden, wobei die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M zur Verbindung mit einer externen Schaltung mit dem ersten und dem vierten Resonator H1, H4 gekoppelt sind und die Kreuzkoppelschaltung C mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M verbunden ist.
Bei dem Beispiel gemäß 1D sind ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Resonator L und drei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Resonatoren H sequentiell verbunden, die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M sind mit dem ersten und vierten Resonator H1, H4 gekoppelt, und die Kreuzkoppelschaltung C ist mit den Enden des ersten und des vierten Resonators H1, H4 verbunden, die mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M gekoppelt sind.
Wie anhand der obigen Realisierungen des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen ersichtlich, kann die Kreuzkoppelschaltung C mit den gewünschten Anschlüssen verbunden werden, ohne daß einer der Resonatoren L, H gekreuzt wird, und daher kann das Bandpaßfilter unter Beibehaltung seines ebenen Schaltungsaufbaus realisiert werden.
Im Vergleich zu den in den 1A bis 1D gezeigten Beispielen des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen sind in den Draufsichten gemäß den 2A bis 2D vier Beispiele einer zweiten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen dargestellt; bei der zweiten Ausführungsform wird einer der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren gemäß der ersten Ausführungsform durch Hinzufügen eines Halbwellenlängen-Phasenschiebers durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator ersetzt. Die dargestellten Schaltungen entsprechen hier jeweils der linken halben Schaltung 61, die in der in 9 gezeigten äquivalenten Schaltung den mittleren imaginären Gyrator 30 enthält.
Die in den 2A bis 2D dargestellten Beispiele unterscheiden sich dadurch von den in den 1A bis 1D gezeigten, daß ein aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H durch einen ebenfalls aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeten Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H 11 ersetzt wird.
Da das Ersetzten von mindestens einem der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren durch den Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H11 die Wirkung einer gesteuerten Umkehrung der Phase der Übertragungscharakteristika der sequentiell gekoppelten Mehr-Resonatoren-Filter hat, kann eine Kreuzkoppelschaltung C hinzugefügt werden, die genau so aufgebaut ist, wie beabsichtigt.
Beim Ersetzen von mindestens einem der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren durch den Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H11 sollte die Anzahl der Ersatzresonatoren H11 vorzugsweise ungerade gehalten werden, da die Funktion des Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators H11 äquivalent zu der eines Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators mit einem dazugefügten Halbwellenlängen-Phasenschieber ist.
Jedes in den 1A bis 1D gezeigte Filter mit mehreren Elementen und jedes in den 2A bis 2D gezeigte Filter mit mehreren Elementen ist ein Schaltungsblock, der jeweils Schaltungen entspricht, die Nullstellen auf der reellen Achse und Nullstellen auf der imaginären Achse des Numerator-Polynoms der die Übertragungsfunktion repräsentierenden Schaltungsnetzfunktion s₂₁ enthalten. Durch eine Kaskadenschaltung jeder in den 1A bis 1D gezeigten Schaltung mit jeder der in den 2A bis 2D Schaltungen kann das in der äquivalenten Schaltung gemäß 9 gezeigte Bandpaßfilter als auf der gleichen Ebene ausgebildete ebene Schaltung realisiert werden.
Sechs Beispiele einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen sind in den Draufsichten gemäß den 12A bis 12C und 13A bis 13C gezeigt.
Bei jedem der Beispiele gemäß den 12A bis 12C wird eine aus einer a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u1, u3, u5 und einer b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u2, u4, u6 (wobei a und b natürliche Zahlen sind) bestehende, über einen Schlitz g1 kapazitiv gekoppelte Kreuzkoppelschaltung C zu einem sequentiell verbundenen Bandpaßfilter L, H vierter Ordnung hinzugefügt. Die Kreuzkoppelschaltung C ist gemäß 12A zwischen dem ersten und dem vierten geraden Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L1, L4, gemäß 12C zwischen den Halbwellenlängen-Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen H1, H4 und gemäß 12B zwischen den zusammen mit dem ersten und dem vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H1, H4 ausgebildeten, geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1, M4 zur Verbindung einer externen Schaltung ausgebildet.
Bei jedem Filter mit mehreren Elementen enthält die Kreuzkoppelschaltung einen zwischen der a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung und der b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeten Schlitz g1, und durch eine kapazitive Kopplung über diesen Schlitz g1 wird die Schaltung äquivalent zu einer Anordnung, bei der ein kapazitives Element als Reaktanzelement in Reihe geschaltet ist. Der erste bis vierte Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L, H sind sequentiell mit jedem über einen Abstand von etwa einer Viertel Wellenlänge mit daneben liegenden Resonatoren gekoppelten Resonator verbunden; da hier keine Phaseninvertierschaltung eingesetzt ist, erfolgt das Umschalten des Vorzeichens des Reaktanzelements in der Kreuzkoppelschaltung C durch Umschalten des Werts (a + b) zwischen einer ungeraden Zahl und einer geraden Zahl.
Die drei in den Draufsichten gemäß den 12A bis 12 C gezeigten Beispiele der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen sind, wie bei der unter Bezugnahme auf die 1 A bis 1 D beschriebenen ersten Ausführungsform, unter Verwendung der durch die Gleichungen (1) bis (5) gegebenen Annäherungen konstruiert; d.h. die vier Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L, H sind sequentiell verbunden, die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen zur Verbindung einer externen Schaltung sind mit dem ersten und dem vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L1, H1; L4, H4 gekoppelt, und die aus der a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u1, u5; u3 und der b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u2, u6; u4 bestehende Kreuzkoppelschaltung ist mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M (12B) oder mit den Enden des mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostrei fen-Leitungen M gekoppelten ersten und vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators (12A und 12C) verbunden.
Gemäß diesen Beispielen werden auch gebogene, haarnadelartige Streifenleitungs-Resonatoren H verwendet; die Ableitung des Parameters kann nicht in einer einfachen analytischen Form ausgedrückt werden, doch grundsätzlich können die Parameter durch eine Transformation der Gleichungen (4) und (5) abgeleitet werden. Wie dies erfolgt, wird hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Daher ist die bei der in 9 gezeigten äquivalenten Schaltung den mittleren imaginären Gyrator 34 enthaltende rechte halbe Schaltung 62 ein mit vier Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L, H konstruiertes Mehr-Resonatoren-Bandpaßfilter. Jedes der in den 12A bis 12C gezeigten Beispiele und jedes der in den 13A bis 13C gezeigten Beispiele ist ein jeweils Nullstellen auf der reellen Achse und Nullstellen auf der imaginären Achse des Numerator-Polynoms der die Transferfunktion repräsentierenden Schaltungsnetzfunktion s₂₁ entsprechender Schaltungsblock. Wenn jedes der in den 12A bis 12C gezeigten Filter mit mehreren Elementen und jedes der in den 13A bis 13C gezeigten Filter mit mehreren Elementen als Filterblöcke durch Teilen der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M zur Verbindung externer Schaltungen zwischen ihnen kaskadengeschaltet werden, kann das in dem Schaltungsdiagramm gemäß 9 gezeigte Bandpaßfilter realisiert werden.
Die 13A und 13C zeigen auch Beispiele eines Filters mit mehreren Elementen, bei dem die aus einer a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u7, u9, u11 und einer b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u8, u10, u12 bestehende Kreuzkoppelschaltung C mit dem sequentiell verbundenen Bandpaßfilter L, H vierter Ordnung verbunden ist. Die Kreuzkoppelschaltung C ist gemäß 13A zwischen dem ersten und dem vierten geraden Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L1, L4, gemäß 13C zwischen der Halbwellenlängen-Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung H4 und der Ganzwellenlängen-Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung H21 und gemäß 13B zwischen den zusammen mit dem ersten und vierten Mikrostreifen-Resonator H1, H4 ausgebildeten geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1, M4 zur Verbindung externer Schaltungen ausgebildet.
Wie bei den Beispielen gemäß den 12A bis 12C ist bei den Beispielen gemäß den 13A bis 13C ebenfalls ein Schlitz g2 zwischen der a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung u7, u9, u11 und der b/2-Mikrostreifen-Leitung u8, u10, u12 ausgebildet, und durch eine kapazitive Kopplung über diesen Schlitz g2 wird die Schaltung einer Anordnung äquivalent, bei der ein kapazitives Element als Reaktanzelement in Reihe geschaltet ist.
Bei diesen Beispielen wird einer unter den ersten bis vierten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L, H durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H21 ersetzt, und die Resonatoren L, H, H21 werden sequentiell mit jedem über einen Abstand von etwa einer Viertel Wellenlänge mit den daneben liegenden Resonatoren gekoppelten Resonator verbunden; wobei hier der einen der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren ersetzende Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H21 als Phaseninvertierschaltung fungiert.
Wie anhand der Beispiele gemäß den 13A bis 13C gezeigt, kann das Umschalten des Vorzeichens des Reaktanzelements in der Kreuzkoppelschaltung C entweder innerhalb der sequentiell verbundenen Resonanzschaltungen oder durch Verändern des Werts (a + b) für die Mikrostreifen-Leitungen der Kreuzkoppelschaltung C erfolgen; auf jeden Fall sollte das bei der Konstruktion des Filters mit mehreren Elementen mit den gewünschten Charakteristika leichter zu implementierende Verfahren gewählt werden.
Als nächstes werden eine vierte und eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters mit mehreren Elementen beschrieben.
Da bei dem Filter mit mehreren Elementen gemäß der vierten und fünften Ausführungsform der Erfindung der den reellen Nullstellen oder den imaginären Nullstellen des rationalen Numerator-Polynoms der Schaltungsnetzfunktion entsprechende Schaltungsblock durch einen aus dem ersten erfindungsgemäßen Filter mit mehreren Elementen konstruierten Filterblock implementiert wird, kann eine Filterschaltung konstruiert und realisiert werden, die theoretisch akkurat ist, einen einfachen Aufbau aufweist und eine durch die Unterdrückung von Verlusten verbesserte Leistung bietet.
14 ist eine Draufsicht, die ein Filter mit mehreren Elementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der das Filter mit mehreren Elementen aus einer Kombination von zwei Filterblöcken aufgebaut ist, von denen jeder mit dem in 12B gezeigten Filter mit mehreren Elementen identisch ist, wobei sich jedoch der Wert (a + b) für die die Kreuzkoppelschaltungen bildenden Mikrostreifen-Leitungen zwischen den beiden Blöcken unterscheidet. 15 ist eine Draufsicht, die ein Filter mit mehreren Elementen gemäß einer weiten Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der das Filter mit mehreren Elementen aus einer Kombination der Filter mit mehreren Elementen gemäß den 12B und 13B aufgebaut ist. Das in 14 gezeigte Filter mit mehreren Elementen entspricht dem Filter mit mehreren Elementen gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung, wogegen das in 15 gezeigte Filter mit mehreren Elementen dem Filter mit mehreren Elementen gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung entspricht.
Bei der in 14 gezeigten vierten Ausführungsform umfaßt das Filter mit mehreren Elementen einen Filterblock 71, bei dem drei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren H1, H2, H4 und ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L3 sequentiell verbunden sind und eine Kreuzkoppelschaltung C1 mit Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1, M4 zur Verbindung externer Schaltungen verbunden ist, und einem ähnlichen Filterblock 72, bei dem drei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren H1a, H2a, H4a und ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L3a sequentiell verbunden sind und eine Kreuzkoppelschaltung C1a mit Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1a, M4a zur Verbindung externer Schaltungen verbunden ist, wobei die zwei Filterblöcke durch Teilen der zwischen ihnen liegenden geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M (d.h. M4 und M4a) kaskadengeschaltet sind.
Bei dem Beispiel gemäß 14 sind die Werte (a + b) für die Kreuzkoppelschaltungen C1, C1a in den jeweiligen Filterblöcken 71, 72 voneinander unterschiedlich und so eingestellt, daß die Differenz zwischen den Werten eine ungerade Zahl wird.
Bei der in 15 gezeigten fünften Ausführungsform umfaßt das Filter mit mehreren Elementen einen Filterblock 73, in dem drei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren H1, H2, H4 und ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L3 sequentiell verbunden sind und eine Kreuzkoppelschaltung C 1 mit Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1, M4 zur Verbindung externer Schaltungen verbunden ist, und einen Filterblock 74, in dem zwei jeweils aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildete Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren H1b, H2b, ein ebenfalls aus einer Haarnadel-Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator H21b und ein aus einer geraden Mikrostreifen-Leitung ausgebildeter Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator L3b sequentiell verbunden sind und eine Kreuzkoppelschaltung C1b zwischen Viertelwellenlängen-Mikrostreifen- Leitungen M1b, M4b zum Verbinden externer Schaltungen verbunden ist, wobei die beiden Filterböcke durch Teilen der zwischen ihnen liegenden geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M (d.h. M4 und M4b) kaskadengeschaltet sind.
Bei dem Beispiel gemäß 15 können die Werte (a + b) für die Kreuzkoppelschaltungen C1, C1b in den jeweiligen Filterblöcken 73, 74 miteinander übereinstimmend oder voneinander unterschiedlich so eingestellt werden, daß die Differenz zwischen den Werten eine gerade Zahl wird.
Da bei der in 15 gezeigten Ausführungsform mindestens einer der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (H1, H2, L3, H4; H1b, H21b, L3b, L4b) in den Filterblöcken 73, 74 durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator ersetzt wird, wird die Wirkung einer gesteuerten Umkehrung der Phase der Übertragungscharakteristika der sequentiell gekoppelten Mehr-Resonatoren-Filter 73, 74 erzielt, und es können Kreuzkoppelschaltungen hinzugefügt werden, die genau so aufgebaut sind, wie beabsichtigt. Wird zumindest einer der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator ersetzt, sollte die Anzahl der Ersatzresonatoren vorzugsweise auf einen ungeraden Wert eingestellt werden, da die Funktion des Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators zu der eines Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonators mit einem dazugefügten Halbwellenlängen-Phasenschieber äquivalent ist.
Wie aus den vorstehend beschriebenen Realisierungen erfindungsgemäßer Filter mit mehreren Elementen ersichtlich, kann die Kreuzkoppelschaltung C mit den gewünschten Anschlüssen verbunden werden, ohne einen der Resonatoren zu kreuzen, und dadurch kann ein Bandpaßfilter unter Beibehaltung seines ebenen Schaltungsaufbaus realisiert werden.
Bei den in den 14 und 15 gezeigten Beispielen ist die Kreuzkoppelschaltung C1, C1a; C1b jeweils mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M1, M4; M1a, M4a; M1b, M4b verbunden, bei einer alternativen Ausführungsform kann die Kreuzkoppelschaltung C jedoch mit den Enden der Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren L, H oder einem äquivalenten Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator verbunden sein, die mit den geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen M gekoppelt sind.
Die Erfindung kann in weiteren spezifischen Formen ausgeführt sein, ohne daß von ihrem Geist oder ihren wesentlichen Merkmalen abgewichen würde. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in jeder Beziehung als illustrativ und nicht als restriktiv zu werten, wobei der Rahmen der Erfindung durch die beiliegen den Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung vorgegeben ist; und alle Veränderungen, die in den Sinn und Rahmen der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sind daher als darin enthalten zu deuten.

Claims

Filter mit mehreren Elementen mit: n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H), die eine Bandpassmittenfrequenz haben, mit geraden und Haarnadel-Mikrostreifen-Leitungen (L, H), wobei n eine gerade Zahl größer oder gleich 4 ist, wobei die n Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonatoren (L, H) sequentiell verbunden sind, wobei jeder Resonator mit einem benachbarten Resonator über eine Länge von etwa einer viertel Wellenlänge gekoppelt ist, und zwei geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung, die jeweils mit dem ersten und dem n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (L1, L4; H1, H4) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anzahlen von geraden und von Haarnadel-Mikrostreifenleitungen (L, H) beide ungerade sind, und eine Spaltkoppelschaltung (C) vorgesehen ist, die entweder mit denjenigen Enden des ersten und des n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifenresonators (L1, L4; H1, H4) verbunden ist, die auf denjenigen Zweigen des ersten und des n-ten Halbwellenlängen-Mikrostreifenresonators (L1, L4; H1, H4) liegen, die jeweils mit den geraden Viertelwellenlängen- Mikrostreifenleitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung gekoppelt sind, oder mit Enden der geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifenleitungen (M) zur Verbindung einer externen Schaltung.
Filter mit mehreren Elementen nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Filter zumindest ein Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (H11) ersetzt ist.
Filter nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Bandpass-Kennlinie hat, bei der sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Sperrband liegt.
Filter nach Anspruch 2, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Bandpass-Kennlinie hat; bei der sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Sperrband liegt.
Filter nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Filter die Spaltkoppelschaltung (C, C1, C1a, C1b) eine a/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung (u1, u3, u5, u7, u9, u11, u3a, u9b) und eine b/2-Wellenlängen-Mikrostreifen-Leitung (u2, u4, u6, u8, u10, u12, u4a, u10b) aufweist, die über einen Schlitz (g1, g2, g1a, g1b) kapazitiv gekoppelt sind (wobei a und b natürliche Zahlen sind).
Filter nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Filter die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1a, M4a) zur Verbindung einer externen Schaltung kaskadierend verbunden sind, wobei zumindest einer der jeweiligen Werte von (a) und (b) für die Mikrostreifenleitungen (M1, M4, M1a, M4a) in der Spaltkoppelschaltung (C1, C1a) der Filter (71, 72) mit mehreren Elementen ungerade und zumindest einer davon gerade ist.
Filter nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Filter die geraden Viertelwellenlängen-Mikrostreifen-Leitungen (M1, M4, M1b, M4b) kaskadierend verbunden sind, wobei zumindest ein Halbwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator durch einen Ganzwellenlängen-Mikrostreifen-Resonator (H21b) ersetzt ist.
Filter nach Anspruch 5, ferner dadurch gekennzeichnet, dass dem, das Filter eine Bandpass-Kennlinie hat, bei der sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Sperrband liegt.
Filter nach Anspruch 6, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Bandpass-Kennlinie hat, bei der sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Sperrband liegt.
Filter nach Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass das Filter eine Bandpass-Kennlinie hat, bei der sowohl die Amplitudenkennlinie als auch die Gruppenverzögerungskennlinie im durchgelassenen Band flach sind und eine Übertragungsnullstelle in einem Sperrband liegt.