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Filter für sehr kurze elektromagEnetische Wellen Die Erfindung betrifft
ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens sechs miteinander
gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen
für die Zuführung bzvr. die Abnahme der elektromagnetischenEnergie versehen sind,
und bei dem zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen isto Filter
der Mikrowellentechnik werden bekanntlich aus mehreren, miteinander gekoppelten
Mikrowellenresonatoren aufgebaut, deren Kopplung entweder kapazitiv oder induktiv
erfolgen kann. Die Resonatoren selbst können dabei beispielsweise als sogenannte
Koaxialleitungsresonatoren oder aus Hohlleiterresonatoren bestehen Entgegen den
mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Piltern läßt sich aufgrund der geometrisch
fest vorgegebenen Konfiguration der Resonatoren nicht jede in konzentrierter Technik
realisierbare Schaltung ohne weiteres auf das Frequenzgebiet der Mikrowellen übertragen.
Diese Schwierigkeit wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn es darauf
ankomrat, in der Dämpfungscharakteristik des y ters sogenannte Dämpfungspole, d.h.
also Unendlichkeitsstellen der Dämpfung, zu erzeugen. Um diese Schrrierigkeit wenigstens
teilweise zu beheben, ist es durch die USA-Patentschrift 2 749 523 bereits bekannt
geworden, bei einem Mikrovrellenfilter einander in der elektrischen Wirkungsweise
nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Resenatoren
zusätzlich miteinander
zu verkoppeln. Abgesehen davon, daß nach dieser bekannten Anordnung nur Resonatoren
bestimmter unterschiedlicher Gruppen miteinander gekoppelt werden können, tritt
dor-t noch die Schwierigkeit auf, daß die zusätzliche Kopplung von nicht miteinander
benachbarten Resonatoren über Leitungselemente erfolgt, bei denen zum einen auf
die spezielle Bemessung der Länge geachtet werden muß und bei denen zum anderen
ein zusätzlicher Raumverbrauch deshalb auftritt, weil diese Beitungen außerhalb
der Filterresonatoren angeordnet sind Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
den vorerähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelf en.
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Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen
mit wenigstens sechs miteinander gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der
erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen für die Zuführung bzw die Abnahme
der elektxomagnetischen Energie versehen sind, und bei dem- zwisch.en wenigstens
zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgendenResonatoren
eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung
in der Weise gelöst, daß die einzelnen Resonatoren in wenigstens zvrei übereinanderliegenden
Zeilen derart angeordnet sind, daß die in beiden Zeilen nebeneinander bzw. übereinander
liegenden Resonatoren jeweils eine gemeinsame Trennwand haben, daß die in den Trennwänden
zur Kopplung der Resonatoren vorgesehenen Organe derart angeordnet sind, daß die
dem-Filter zugeführte elektromagnetische Energie nacheinander die Resonatoren der
ersten und zweiten Zeile durchläuft, und daß die zusätzlichen Kopplungen zwischen
in der elektrischen WirkungsweiSe nicht unmittelbar auf einanderfolgenden Resonatoren
in der gemeinsamen Trennwand
jezweier, in unterschiedlichen Zeilen
angeordneten Resonatoren vorgesehen sind.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch
näher erläutert.
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Es zeigen in der Zeichnung: Fig. 1 ein Schnittbild eines Filters;
Fig.2 einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A von Fig. 1; Fig.3 das elektrische
Ersatzschaltbild eines Filters gemäß den Fig.1 und 2; Fig.4 den schematischen Dämpfungsverlauf
eines Filters nach Fig. 1.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein aus acht Koaxialleitungsresonatoren
1 bis 8 bestehendes Filter dargestellt, deren Innenleiter mit den Bezugsziffern
1 bis 8' versehen sind. Der erste Resonator 1 sowie der le-tzte Resonator 8 sind
im Ausführungsbeispiel mit koaxialen Anschlußleitungen 9 bzw. 9' versehen, deren
Innenleiter unmittelbar weitergeführt und mit den Innenleitern 1' bzw. 8' der Resonatoren
1 bzw. 8 galvanisch verbunden sind. Anstelle dieser Ankopplung an den jeweils ersten
bzw. letzten Resonator sind auch andere bekann-te Kopplungsarten denkbar. Die Resonatoren
1 bis 8 sind in zwei übereinanderliegenden Zeilen B und C derart angeordnet, daß
die in beiden Zeilen nebeneinander bzw. übereinander liegenden Resonatoren jeweils
eine gemeinsame Trennwand haben, d.h. also, daß die Resonatoren 1 und 2, die Resonatoren
1 und 8, die Resonatoren 2 und 7 und
ebenso die Resonatoren 7 und
8 immer eine gemeinsame Trennwand haben. Genau die gleichen Überlegungen gelten
auch für die Resonatoren 3 bis 6. Die Koppelorgane zur Kopplung der einzelnen Resonatoren
sind so angeordnet, daß- die dem Filter beispielsweise am Anschluß 9 zugeführte
elektromagnetische Energie nacheinander die Resonatoren der ersten und zweitenZeile
durchläuft, d.-ho also, daß die elektromagnetische Energie zunäch-st die Resonatoren
1 bis 4 der Zeile B durchläuft, im Resonator 4 in den ersten Resonator 5 der zweiten
Zeile C umgelenkt wird und anschließend die Resonatoren 5 bis 8 der zweiten Zeile
durchläuft. Im Ausführungsbeispiel sind diese Kqppelorgane als Lochkopplungen ausgebildet,
die gegebenenfalls auch durch eine Schleifenkopplung ersetzt sein können und es
erfolgt die Kopplung vom Resonator 1 auf den Resonator 2 durch die Koppelöffnung
12, vom Resonator 2 auf den danebenliegenden Resonator 3 über die Koppelöffnung
23, vom Resonator 3 auf den Resonator 4 über die Koppelöffnung 34 und schließlich
sind die Resonatoren 4 bis 8 über die Koppelöffnungen 45, 56, 67 und 78 gekoppelt.
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Ln der den Resonatoren 1 und 8 gemeinsamen Trennwand, ebenso wie in
der den Resonatoren 2 und 7 und in der den Resonatoren 3 und 6 gemeinsamen Trennwand
ist jeweils ein zusätzliches Koppelelement 18 bzw. 27 bzwo 36 angeordnct, durch
das in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren
zusätzlich miteinander gekoppelt werden. Die zusätzlichen Koppelelemente 18, 27
und 36 liegen also in der gemeinsamen Trennwand je zweier in den unterschiedlichen
Zeilen B und C angeordneter Resonatoren.
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Im Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Koppelelementc 18 und
36 als kapazitive Stiftkopplungen ausgebildet,
wobei die Stifte
jeweils in aus dielektrischem Material bestehenden Scheiben 11 befestigt sind, deren
Befestigung wiederum an den Trennwänden der Resonatoren beispielsweise durch eine
Klebung erfolgen kann. Das zusätzliche Koppelorgan 27 verkoppelt die Resonatoren
2 und 7 und ist als induktive Lochkopplung, d.h. also, gleichartig wie die Kopplung
der Resonatoren, ausgebildet.
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In der Schnittzeichnung nach Pig.2 sind noch die Innenleiter 1', 2',
3' und 4' der Resonatoren 1, 2, 3 und 4 zu erkennen, sowie auch die als Abstimmelemente
wirkenden Schrauben 10, die den Innenleitern an deren Stirnseite gegenüberliegend
angeordnet sind und durch deren Eintauchtiefe die Endkapazität der Resonatoren noch
verändert und damit die Resonanzfrequenz der einzelnen Kreise eingestellt werden
kann.
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In Fig.3 ist das physikalische Ersatzschaltbild des in den Fig. 1
und 2 dargestellten Filters gezeigt und es sind die mit dem Filter nach Fig. 1 wirkungsgleichen
Elemente in Fig.3 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Das Ersatzschaltbild zeigt
eine Vierpolschaltung, in deren Querzeigen die Parallelresonanzkreise 1 bis 8 liegen0
Der Eingang 9 bzw. der Ausgang 9' sind als eine Anzapfung an die Spulen der Resonanzkreise
1 und 8 dargestellt, da, wie aus Fig.2 zu erkennen ist, die Innenleiter der Zuführugsleitungen
9 bzw. 9' an einen Teilabschnitt der Resonatorinnenleiter 1' bzw. 8' herangeführt
sind0 Die Kopplung der Parallelresonanzkreise 1 bis 8 erfolgt über die Spulen 12,
23, 34, 45, 56, 67 und 78, durch die die induktiv wirkende Lochkopplung, wie sie
in Fig0 1 erkennbar ist, nachgebildet wird. Zusätzlich sind die Parallelresonanzkreise
3 und 6 über einen Kondensator 36, die Parallelresonanzkreise 2 und 7 über eine
Spule 27 und die
Parallelresonanzkreise 1 und 8 über einen weiteren
Kondensator 18 miteinander gekoppelt. Die Kondensatoren- 36 und 18 bilden dieStitkopplungen
36 und 18 im Ausführungsbeispiel nach Fig.1 nach, die Spule 27 bildet die Lochkopplung
27 nach.
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Durch die zusätzlichen Überkopplungen 18, 27 und 36 lassen sich drei
Dämpfungspolpaare erzeugen. Die Dämpfung ab eines Filters nach Fig.1 ist schematisch
in Pig.4 in Abhängigkeit von der Frequenz f aufgetragen. Wie aus Fig.4 zu erkennen
ist, entstehen durch die zusätzlichen Kopplungen Dämpfungspole im Sperrbereich bei
den Frequenzen f+001, f-oo1, f+ 2' f- 2' +oo 3 und f co-co3' die jeweils paarweise
ober- und unterhalb des Durchlaßbereiches DB liegen.
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Anstelle von Koaxialleitungsresonatoren lassen sich auch Hohlleiterresonatoren
oder Streifenleitungsresonatoren in der beschriebenen Weise anordnen. Weiterhin
ist es möglich, die Resonatoren in mehr als zwei Zeilenübereinanderliegend in der
beschriebenen Weise anzuordnen.
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Wenn bei gleichartigen Resonatoren die Kopplung der Resonatoren induktiv
erfolgt und die zusätzlichen Kopplungen abwechselnd kapazitiv und induktiv bzw.
umgekehrt, die Kopplung der Resonatoren kapazitiv und die zusätzlichen Kopplungen
abwechselnd induktiv und kapazitiv, dann können Polstellen bei reellen Frequenzen
erzeugt werden, die sich als Polstellen im Dämpfungsverlauf äußern. Nach den an
sich bekannten Regeln der Filtertheorie ist es auch möglich, für die Kopplung der
Resonatoren und die Zusatzkopplung gleichartige Kopplungsmittel zu verwenden, wodurch
auch Pole bei sogenannten komplexen Frequenzen erzeugt werden können. Solche Polstellen
äußern sich bekanntlich durch eine Beeinflussung
des Laufzeitverhaltens
eines Filters und können demzufolge zur Erzielung besonderer Laufzeiteigenschaften
bei einem Mikrowellenfilter verwendet werden. Aus diesem Grund ist es beispielsweise
möglich, im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die zusätzlichen Koppelelemente 18 und
36 durch eine Lochkopplung zu ersetzen, die dann ebenso induktiv wirkt wie die Kopplungen
12, 23, 34 usw., wobei gegebenenfalls die zusätzliche Kopplung 27 als kapazitive
Stiftkopplung ausgebildet sein kann Dämpfungspole bei komplexen Frequenzen lassen
sich auch erzielen, wenn anstelle der Lochkopplungen kapazitiv wirkende Stiftkopplungen
zur Kopplung der Resonatoren verwendet werden und die in Fig. 1 gezeichneten Kopplungen
18, 27 und 36 als Zusatzkopplungen erhalten bleiben.
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Durch das im vorstehenden beschriebene Filter, das zur Erzielung der
gewünschten Wirkung aus wenigstens sechs einzelnen Resonatoren bestehen muß, läßt
sich ein mechanisch kompakter Aufbau bei einem nur geringen Raumverbrauch erzielen.
Darüberhinaus haben Filter mit Polstellen der Dämpfung auch den Vorteil, daß die
Laufzeit in nerhalb eines verhältnismäßig großen Bereiches des Durchlaßbereiches
verhältnismäßig klein und nahezu frequenzunabhängig verläuft. Da die Resonatoren
eine gemeinsame trennwand haben, wird man Resonatoren mit rechteck- oder kreisförmigem
Querschnitt verwenden, wodurch sich eine verhältnismäßig einfache Fertigung und
damit eine nur geringe Streuung der einzelnen Exemplare bei der Fertigung erzielen
läßt. Da die Kopplung der Resonatoren in der Weise erfolgt, daß die -elektromagnetische
Energie nacheinander jeweils in der gleichen Zeile liegende Resonatoren durchläuft
und die Zusatzkopplungen jeweils in unterschiedlichen Zeilen liegende Resonatoren
koppeln, läßt. sich die bei einem derartigen Filteraufbau maximal
erzielbare
Anzahl von Dämpfungspolen realisieren, ohne daß ein zusätzlicher Raumverbrauch auftritt.
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6 Patentansprüche 4 Figuren