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Filter -ür sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung betrifft
ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit wenigstens vier miteinander
gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der erste und letzte Resonator mit Anschlußleitungen
für die Zuführung bzw. die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind,
und bei dem zwischen wenigstens zwei in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist.
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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 Hokilleiterresonatoren bestehen.
Entgegen den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern 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 Schwierigkeib wird insbesondere dann.als störend empfunden, wenn
es darauf ankommt, in der Dämpfungscharakteristik des Filters sogenannte Dämpfungopole,
d.h. also Unendlichkeitsstellen der Dämpfung, zu erzeugen. Um-diese Schwierigkeit
wenigstens teilweise zu beheben, ist es durch die USA-Patentschrift 2 749 523 bereits
bekannt geworden, bei einem. Mikrowellenfilter einander in der elel;trischen Wirkungsweise
nicht unmittelbar aufeinanderfolgende
Resonatoren zusätzlich. miteinander
zu verkoppeln. Abgesehen davon, daß nach dieser belcannten Anordnung nur Resonatoren
bestimmter unterschiedlicher Gruppen miteinander gekoppelt werden können, tritt
dort 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 Raumverbrauchdeshalb auftritt, weil diese Leitungen außerhalb der
Filtcrresonatoren angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten
in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen.
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Ausgehend, von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen
mit wenigstens .vier miteinander gekoppelten Resonatoren, von denen jeweils der
erste und letzte Resonator mit Anschl.ußleitungen für die Zuführung bzw.
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die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind, und bei
dem zwischen wenigstens- zwei in der, elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgenden Resonatoren eine zusätzliche Kopplung vorgesehen ist, wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die einzelnen Resonatoren
in 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 Trennvränden zur Kopplung der Resonatoren vorgesehenen
Organe derart angeordnet sind, daß die dem Filter zugeführc elektromagnetische Energie
abwechselnd von übereinander auf nebeneinander liegende Resonatoren gekoppelt wird,
und daß die zusätzliche Kopplung zwischen in der elektrischen Wirkungsweise nicht
unmittelbar
aufeinanderfolgenden Resonatoren in der gemeinsamen
Trenmiand von in der gleichen Zeile liegenden Resonatoren vorgesehen ist.
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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-A9 von Fig.1; Fig.3 das elektrische
Ersatzschaltbild eines Filters gemäß den Fig.1 und 2; Fig. 4 eine zu Fig.3 äquivalente
Schaltung bei relativ schmalbandigen Filtern; Fig.5 den schematischen Dämpfungsverlauf
eines Filters nach Fig.1 und 2.
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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 letzte Resonator 8 sind
im Ausführungsbeispiel mit koaxialen Anschlußleitungen 9 bzw. 9' verstehen, 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 bekannte Kopplungsarten denkbar. Die Resonatoren
1 bis 8 sind in zwei übereinanderliegenden Zeilen derart angeordnet,
daß
die in beiden Zeilen nebeneinander bzw. übereinanderliegenden Resonatoren jeweils
eine gemeinsame Trenrnvand haben, d..h. also, daß die Resonatoren 1 und 2, die Resonatoren
1 und 4, die Resonatoren 2 und 3 und ebenso die Resonatoren- 3 und 4 immer eine
gemeinsame Trennwand haben. Genau die gleichen Überlegungen gelten auch für die
Resonatoren 5 bis 8. Die Koppelorgane zur Kopplung der einzelnen Resonatoren sind
so angeordnet, daß die dem Filter beispielsweise am Anschluß 9 zugeführte elektromagnetische
Energie abwechselnd von übereinanderliegenden Resonatoren auf nebeneinanderliegende
Resonatoren weitergeleitet wird. Im Ausführungsbeispiel sind diese Koppelorgane
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 darüberliegenden Resonator
4 über die Koppelöffnung 34 und schließlich s-ind die Resonatoren 4 bis 8 über die
Koppelöffnungen 45, 56, 67 und 78 gekoppelt Die Koppelorgarie sind also derart angeordnet,
daß sie jeweils einer nach Art eines Mäanders ausgebildeten Linie folgen.
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In der den Resonatoren 1 und 4 gemeinsamen Trennwand, cbenso wie in
der den Resonatoren 5 und 8 gemeinsamen Trennwand ist jeweils ein zusätzliches Koppelelement
14 bzw. 58 angeordnet, durch das-in der elektrischen Wirkullgsweise nicht unmittelbar
aufeinanderfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander gekoppelt werden. Die zusätzlichen
Koppelelemente 14 und 58 liegen alsQ zwischen- jeweils in der gleichen Zeile angeordneten
Resonatoren.
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Im Ausführungsbeispiel sind die zusätzlichen Koppelelemente 14 und
58 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.
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In der Schnittzeichnung nach Fig. 2 sind noch die Innenleiter 1',
4?, 5' und 8' der Resonatoren 1, 4, 5 und 8 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 erden
kann.
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In Fig. 3 ist das physikalische Ersatzschaltbild des in den Fig. 1
und 2 dargestellten Filter gezeigt und es sind die mit dem Filter nach Fig. 1 wirkungsgleichen
Elemente in Fig. 3 mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Das Ersatzschaltbild zeigt eine Vierpolschaltung, in deren Querzweigen
die Parallelresonanzkreise 1 bis 8 liegen. Der Eingang 9 bzw. der Ausgang 9r sind
ais eine Anzapfung an die Spulen der Resonanzkreise 1 und 8 dargestellt, da, wie
aus Fig.2 zu erkennen ist, die Innenleiter de Zuführungsleitungen 9 bzw. 9' an einen
Teilabschnitt der Resonatorinnenleiter 1' bzw. 8' herangeführt sind. Die Kopplung
der Parallelresonanzkreise 1 bis 8 orfolgt über die Spulen, 12, 23, 34, 45, 56,
67 und 78, durch die die induktiv wirkende Lechkopplung, wie sie in Fig. 1 erkennbar
ist, nachgebildet wird. Zusätzlich sind die Parallelresonanzkreise 1 und 4 über
einen Kondensator 14 und die Parallelresonanzkreise 5 und 8 über einen Kondensator
58 miteinander gekoppelt, die Kondensatoren 14 und 58 bilden die Stiftkopplungen
14
bzw. 58 im Ausführungsbeispiel -nach Fig.1 nach.
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Es läßt sich zeigen, daß das in Fig. 3 gezeigte physikalische Ersatzschaltbild
mit guter Näherung durch das in Fig. 4 dargestellte Ersatzschaltbild ersetzt werden
kann.
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Die Schaltung nach Fig. 4 ist eine Vierpolschaltung, in deren Eingangsquerzweig
ein Parallelresonanzkreis liegt, dem im Längs zweig zwei Parallelresonanzkreise
nachgeschaltet sind, von denen der eine auf die Frequenz f+# 1 und der andere auf
die Frequenz f-# 1 abgestimmt ist.
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Anschließend daran folgt im Querzweig ein weiterer Parallelresonanzkreis,
dem im Längszweig eine Spule nachgeschaltet ist. In dem sich an die Spule anschließenden
Querzweig liegt wiederum ein Parallelresonanzkreis und es folgen im Längszweig zwei
in Serie 'geschaltete Parallelresonanzkreise mit der Resonanzfrequenz f+# 2 und
der Resonanzfrequenz f-# 2. An diese beiden Resonanzkreise schließt sich im Querzweig
ein weiterer Parallel--, resonanzkreis an.
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Dem in Fig. 4 dargestellten elektrischen Ersatzschaltbild ist ohne
weiteres zu entnehmen, daß durch die beiden Überkopplungen 14 und 58 im Filter nach
Fig. 1 zwei Dämpfungspolpaare erzeugt werden, die entsprechend der Fig.5, in der
schematisch der Verlauf er Betriebsdämpfung ab in Abhängigkeit von der Frequenz
f aufgetragen ist, bei den Frequenzen f+# 1, f+# 2, f-# 1 und f -# 2 jeweils paarvreise
ober- und un-terhalb des Durchlaßbereiches DB liegen.
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Ans telle von Koaxiallei t:ungsreso'natoren lassen sich auch Hohlleiterresonatoren
oder Streifenleitungsesonatoren in der beschriebenen Weise anordnen.
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Wenn bei gleichartigen Resonatoren die Kepplung der Resenatoren
induktiv
erfolgt und die zusätzliche Kopplung kapazitiv bzw. umgekehrt, die Kopplung der
Resonatoren kapazitiv und die, zusätzliche Kopplung induktiv, dann können Polstellen
bei reellen Frequenzen erzeugt werden, die sich als Polstellen im Dämpfungsverlauf
äußern. Nach den an sich belrannten Rcgeln der Fil.tertheorie ist es auch möglich,
für die Kopplung der Resonatoren und die Zusatzkopplungen gleichartige Kopplungsmittel
zu verwenden, wodurch Polc bei sogenannten komplexen Frequenzen erzeugt worden können.
Solche Polstellen äußern sich bekanntlich durch eine Beeinflussung des Laufzeitverhaltens
eines Filters und können demzufolge zur Erzielung besonderer Laufzeiteigenschaften
bei einem Mikronellenfilter verwendet werden. Aus diesem Grund ist es beispielsweise
möglich, im Ausführungsbeispiel der Fig.1 die zusätzlichen Koppelelemente 14 bzw.
58 durch eine Lochkopplung zu ersetzen, die dann -ebenso induktiv wirkt wie die
Kopplmlgen 12, 23, 34 usw. 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 kapazitiv
wirkenden Stiftkopplungen 14 bzw. 58 als Zusatzkopplungen erhalten bleiben.
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Durch das im vorstehenden beschriebene Filter, das zur Erzielung der
gewünschten Wirkung aus wenigstens vier 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
Laufze-St innerhalb 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.
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4 Patentansprüche 5 Figuren