DE102006061141B4

DE102006061141B4 - Hochfrequenzfilter mit Sperrkreiskopplung

Info

Publication number: DE102006061141B4
Application number: DE102006061141.1A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Weitzenberger
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: KR20090098822A; WO2008080503A1; CN101563809B; CN101563809A; EP2095459A1; AU2007341704B2; DE102006061141A1; KR101484934B1; AU2007341704A1

Abstract

Hochfrequenzfilter, insbesondere für eine Duplexweiche, mit mehreren elektromagnetisch gekoppelten Koaxialresonatoren (15) mit folgenden Merkmalen, – das Hochfrequenzfilter weist ein koppelimpedanz-abhängiges Übertragungsverhalten auf, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmal, – das koppelimpedanz-abhängige Übertragungsverhalten des Hochfrequenzfilters umfasst zumindest eine Sperrstelle bei einer Frequenz (fS), – die Sperrstelle liegt außerhalb des Durchlassbereiches des Hochfrequenzfilters und innerhalb des Sperrbereiches des Hochfrequenzfilters, und – zwei auf einem Signalweg (10) unmittelbar aufeinander folgende Koaxialresonatoren (15) weisen dazu eine Koppelkapazität und eine Koppelinduktivität derart auf, dass die zumindest eine Sperrstelle bei einer Frequenz (fS) liegt, die von der Mittenfrequenz des Bandpassfilters nicht weiter als ±20% entfernt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter mit Sperrkreiskopplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hochfrequenzfilter werden in einem weiten Bereich eingesetzt.
Beispielsweise in der digitalen Mobilfunktechnik wird die Kommunikation des Mobilteilnehmers mit der Basisstation über Sende-Empfangsantennen abgewickelt, die in der Basisstation vorgesehen sind. Dabei ist es wünschenswert, für die Sende- und Empfangssignale nur eine gemeinsame Antenne zu benutzen.
Sende- und Empfangssignale nutzen dabei unterschiedliche Frequenzbereiche. Die verwendete Antenne muss zum Senden und Empfangen in beiden Frequenzbereichen geeignet sein. Zur Trennung der Sende- und Empfangssignale ist eine geeignete Frequenz-Filterung erforderlich, die sicherstellt, dass einerseits die Sendesignale vom Sender nur zur Antenne (und nicht in Richtung des Empfängers) und andererseits die Empfangssignale von der Antenne nur zum Empfänger weitergeleitet werden.
Zu diesem Zweck kann ein Paar von Hochfrequenzfiltern eingesetzt werden, die beide ein bestimmtes, nämlich das jeweils erwünschte Frequenzband durchlassen (Bandpassfilter). Es kann aber auch ein Paar von Hochfrequenzfiltern verwendet werden, die ein bestimmtes, nämlich das jeweils unerwünschte Frequenzband sperren. Man spricht hier von Bandsperrenfiltern. Möglich ist ferner auch die Verwendung von einem Paar von Hochfrequenzfiltern, bestehend aus einem ersten Filter, das Frequenzen unterhalb einer zwischen dem Sende- und Empfangsband liegenden Frequenz durchlässt und die darüber liegenden Bereiche sperrt (Tiefpassfilter), und einem zweiten Filter, welches Frequenzen unterhalb dieser zwischen dem Sende- und Empfangsband liegenden Frequenz sperrt und die darüber liegenden Frequenzen durchlässt. Es handelt sich dabei dann um ein sogenanntes Hochpassfilter. Weitere Kombinationen aus den genannten Filtertypen können zur Anwendung kommen.
Die Sende-Empfangsbandaufsplittung innerhalb der Basisstation wird dabei in der Regel mit Duplexweichen durchgeführt, die die erwähnte Aufgabe haben, den Sende-Empfangspfad möglichst rückwirkungsfrei auf die gemeinsame Antenne zusammen zu schalten. Die Duplexweiche besteht dabei aus zwei zusammengeschalteten Bandpässen, nämlich dem sogenannten Sendebandpass (TX-Bandpass) und dem Empfangsbandpass (RX-Bandpass), wobei separate Anschlüsse für den Empfangszweig, den Sendezweig und der gemeinsam zugeschalteten Antenne vorgesehen sind.
Die innerhalb der Duplexweiche verwendeten Bandpässe müssen also einerseits die zur Zusammenschaltung des Sende- und des Empfangsbandpasses (TX/RX) nötige Selektion (also die nötige Sperrdämpfung) aufweisen und sollen andererseits in ihrem jeweiligen Durchlassbereich die Nutzsignale möglichst wenig dämpfen.
Die in Duplexweichen verwendeten Bandpassstrukturen werden in den gängigen Mobilfunkfrequenzbereichen (z. B. GSM/UMTS) überwiegend aus Koaxialresonatoren aufgebaut.
Aufbau und Funktionsweise von Koaxialresonatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise ”Ian Hunter: Theory and Design of Microwave Filters”, IEE Electromagnetic Waves Series, No. 48, 1. Microwave filters, Seite 197.
In der Filtertheorie werden Bandpässe (sogenannte Cauerbandpässe) beschrieben, die im Sperrbereich Übertragungsnullstellen (sogenannte Sperrpole) aufweisen. Dieser Filtertyp wird in Verbindung mit Koaxialresonatoren sehr häufig durch sogenanntes Cross-Coupling (Überkopplung) realisiert. Hierbei werden nicht-benachbarte Resonatoren (d. h. also im Signalverlauf nicht unmittelbar aufeinander folgender Resonatoren) innerhalb einer Bandpassstruktur derart kapazitiv oder induktiv miteinander verkoppelt, dass sich bedingt durch Signalsplittung mit anschließender phasenverschobener Zusammenführung Amplitudenauslöschungen (Übertragungsnullstellen bzw. Sperrstellen) in der Übertragungscharakteristik ergeben. Eine derartige Cross-Coupling-Technik wird z. B. beschrieben in IEEE Transactions an microwave theory and techniques, Vol. 51, No. 4, April 2003 ”Cross-Coupling in Coaxial Cavity Filters – A Tutorial Overview”, J. Brian Thomas, Seiten 1368 bis 1376.
Das sogenannte Cross-Coupling hat aber den Nachteil, dass die notwendige Verkopplung Resonatoren benötigt, die nicht benachbart zueinander sind, also nicht aufeinander folgend angeordnet sind. Dadurch werden aber Filter-Topologien gefordert, die diese Verkopplung mechanisch erst möglich machen.
Aufgrund der begrenzten Anzahl der geeigneten Resonatoren-Paare für das Cross-Coupling kann von daher nur eine begrenzte Zahl von Sperrpolen erzeugt werden.
Ein gattungsbildendes Hochfrequenzfilter mit Sperrkreiskopplung insbesondere in Form einer Duplexweiche ist grundsätzlich aus der WO 2004/100305 A1 als bekannt zu entnehmen. Es handelt sich dabei um einen Hochfrequenzfilter mit mehreren Resonatoren, die zwischen drei Anschlüssen angeordnet sind, nämlich zwischen einem Anschluss für einen Sendezweig, einem Anschluss für den Empfangszweig und einem Anschluss für die gemeinsame Antenne.
Gemäß dem gattungsbildenden Stand der Technik ist zur Verbesserung einer derartigen Duplexweiche vorgesehen, dass sie zumindest ein stark miteinander verkoppeltes Resonatorpaar aufweist, wobei die stark miteinander verkoppelten Resonatoren im gekoppelten Zustand in zwei voneinander verschiedenen Koppelresonanzfrequenzen schwingen, die unterschiedlich sind zur Resonanzfrequenz, die die beiden stark verkoppelten Resonatoren für sich alleine betrachtet jeweils im Frequenzbereich zwischen Sende- und Empfangsband aufweisen bzw. auf die die Resonatoren abgestimmt sind.
So ist es beispielsweise aus der WO 02/054527 A2 bekannt, bei einem koaxialen Hochfrequenzfilter Maßnahmen vorzusehen, wodurch eine Verkopplung zwischen zwei benachbarten Resonatoren unterschiedlich eingestellt werden kann. Dazu sind beispielsweise auf einer zwischen zwei Innenleiter zweier benachbarter Koaxialresonatoren befindlichen Trennungswand, oberhalb der zur oberen Hohlleiterwand ein Koppelfenster gebildet ist, Koppelabstimmelemente vorgesehen, die verstellt werden können, um die Verkopplung zu verändern.
Eine insoweit grundsätzlich vergleichbare Lösung ist auch aus der JP 09-199906 A bekannt geworden, welche die Verwendung von Einstellschlaufen zwischen zwei Resonatoren beschreibt, um die Kopplung zu verändern.
Gemäß der US 4 216 448 wird auf einer Koppelstrecke, die vier Koaxialresonatoren umfasst, durch Eindrehen von Schrauben (in axialer Verlängerung des Innenleiters) das Resonanzverhalten des Filters entsprechend eingestellt. Zudem ist in dieser Vorveröffentlichung eine Verkopplung zwischen dem ersten und letzten Resonator auf dem Übertragungsweg (also nicht zwischen zwei auf dem Übertragungsweg benachbart hintereinander liegenden Resonatoren) vorgesehen, und zwar mittels eines zusätzlichen Koppelfensters und in Richtung dieses zusätzlichen Koppelfensters hineinragenden Vorsprüngen.
Schließlich wird auch noch auf das Hochfrequenzfilter gemäß dem US 5 389 903 A verwiesen, welches T-förmige Innenleiter mit einem zylindrischen Kopf aufweist, der einen größeren Durchmesser als der darunter befindliche, den Kopf tragende Innenleiter aufweist. Dieser zylindrische Kopf kann exzentrisch zum Schaft des Innenleiters verschoben werden. Die Resonanzfrequenz eines jeden Resonators kann zusätzlich durch Schrauben ähnlich wie im vorstehend genannten Stand der Technik eingestellt werden. Die Resonatoren sind untereinander induktiv oder kapazitiv verkoppelt, wobei die induktive oder die kapazitive Kopplung primär durch Veränderung des Verhältnisses bezüglich der Entfernung zwischen den Schäften und der Entfernung zwischen den Köpfen der Innenleiter eingestellt werden kann. Zur Feineinstellung dienen zudem Stellschrauben zwischen den einzelnen Resonatoren.
All diese Vorveröffentlichungen zeigen, worauf bereits einleitend hingewiesen wurde, dass es durchaus bekannt ist, einzelne Koaxialresonatoren miteinander zu verkoppeln und die Verkopplung der Resoantoren zu verändern und unterschiedlich einzustellen.
Sollen allerdings insbesondere bei dem Aufbau von Bandpässen Sperrbereiche mit Übertragungsnullstellen (sog. Sperrpole) erzeugt werden, so ist es bisher notwendig, zwei nicht unmittelbar benachbart zueinander liegende Resonatoren (also auf einem Signalübertragungsweg nicht unmittelbar aufeinander folgender Resonatoren) durch zusätzliche Maßnahmen kapazitiv oder induktiv so miteinander zu verkoppeln, dass sich bedingt durch Signalsplitting mit anschließender phasenverschobener Zusammenführung Amplitudenauslöschungen (Übertragungsnullstellen bzw. Sperrstellen) in der Übertragungscharakteristik ergeben. Dies erfolgt im Rahmen der eingangs erwähnten sog. Coupling-Technik.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein verbessertes Hochfrequenzfilter zu schaffen, das eine verbesserte Durchlass- und/oder Sperrwirkung für vorgebbare Frequenzen oder Frequenzbereiche aufweist, wobei Einschränkungen bezüglich der Filter-Topologie möglichst nicht gegeben sein sollen.
Die Erfindung wird entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es hat sich als völlig überraschend erwiesen, dass es möglich ist, zumindest eine Sperrstelle (also zumindest einen Sperrpol) bei einer Frequenz zu erzeugen, die weniger als ±50% von der Mittenfrequenz eines Bandfilters entfernt ist, und zwar durch eine entsprechende Verkopplung von zwei unmittelbar auf einem Signalweg benachbart zueinander vorgesehenen Koaxialresonatoren.
Erfindungsgemäß wird die Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik im Wesentlichen dadurch erzielt, dass das Hochfrequenzfilter, das elektromagnetisch gekoppelte Koaxialresonatoren umfasst, bezüglich zumindest eines ausgewählten Koaxialresonatorpaares, dessen beide Koaxialresonatoren im Übertragungsweg unmittelbar benachbart zueinander liegen, eine speziell vorwähl- und/oder voreinstellbare Koppelimpedanz zugeordnet wird, die so dimensioniert ist, dass sich aufgrund der Kombination von kapazitiver und induktiver Kopplung eine Koppelimpedanzresonanz mit einer definierten Sperrfrequenz ergibt. Da diese Art der Verkopplung im Übertragungsverhalten des Hochfrequenzfilter eine Sperrstelle erzeugt, wird sie im Folgenden auch als Sperrkreiskopplung bezeichnet.
Mit anderen Worten lässt sich also im Rahmen der Erfindung diese Sperrkreiskopplung, also die Sperrfrequenz, so legen, dass sie zum einen außerhalb des Durchlassbereiches des HF-Filters, und zum anderen innerhalb des Sperrbereiches eines HF-Filters liegt.
Bevorzugt lässt sich die Sperrfrequenz vor allem durch Veränderung und/oder Einstellung und/oder Vorwahl von zwei die Sperrfrequenz im Wesentlichen beeinflussenden bzw. bestimmenden Größen vorgeben. Entscheidend ist dabei, dass neben einer definierten induktiven Resonatorkopplung eine definierte kapazitive Kopplung erfolgt. Die definierte induktive Kopplung kann dabei z. B. über den Abstand der zu verkoppelnden Resonatoren eingestellt werden. Die geforderte kapazitive Kopplung lässt sich demgegenüber z. B. durch eine längliche Erweiterung an der Oberseite der zu verkoppelnden Resonatoren realisieren. Auch wenn die Veränderung jeder der beiden vorstehend genannten Größen einen gewissen Einfluss auch auf die jeweils andere Größe ausübt, so lässt sich doch durch Vorgabe der induktiven sowie der kapazitiven Kopplung die gewünschte Verkopplung benachbarter Resonatoren so verändert einstellen, dass die gewünschte Dämpfung außerhalb des Durchlassbereiches eines HF-Filters und innerhalb eines Sperrbereiches eines HF-Filters liegt.
Im Rahmen der Erfindung lassen sich also somit folgende wesentliche Vorteile realisieren:

• Erstmals können nunmehr benachbarte Resonatoren so verkoppelt werden, dass darüber Sperrstellen erzeugt werden. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, dass bei der Realisierung von Hochfrequenzfiltern keine derartigen Einschränkungen bei der Konzeption von Filter-Topologien, also bezüglich der Anordnung der Koaxialresonatoren, vorliegen, wie beim Stand der Technik. Beim Stand der Technik bestand der gravierende Nachteil, dass beim sogenannten ”Cross-Coupling” (also bei der Herstellung einer Überkopplung) die notwendige Verkopplung nicht zwischen benachbarten Resonatoren durchgeführt werden konnte. Dies erforderte dann ganz spezifische Filter-Topologien, um eine Verkopplung zwischen zwei nicht benachbarten Resonatoren zu ermöglichen.
• Da im Rahmen der Erfindung eine Verkopplung zweier benachbarter Resonatoren möglich ist, bietet dies grundsätzlich auch die Option, beliebige mehrere benachbarte Paare von Resonatoren miteinander zu verkoppeln. Es können im Rahmen der Erfindung bei n-Resonatoren sogar n – 1 Sperrstellen erzeugt werden, also viel mehr als bei einem konventionellem Cross-Coupling.
• Im Rahmen der Erfindung kann zur entsprechenden Einstellung der kapazitiven Kopplung der Abstand zwischen zwei Innenleitern dadurch verringert werden, dass diese mit radialen Verlängerungen an ihrer Oberseite versehen sind. Dies kann auch zu einer Verringerung der Gesamtbauhöhe des Filters genutzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
1: Den schematischen Aufbau eines Hochfrequenzfilters im Falle einer Duplexweiche in schematischer Grunddarstellung;
2: eine schematische Draufsicht auf einen Hochfrequenzfilter mit einem Signalweg;
3: eine schematische Axialschnittdarstellung längs der Linie III-III in 2;
4: ein Ersatzschaltbild bezüglich des Ausführungsbeispiels nach 2 und 3;
5: ein Diagramm zur Wiedergabe des Durchlass- und Dämpfungsverhaltens eines erfindungsgemäßen Bandpassfilters für eine Duplexweiche; und
6a bis 6f: verschiedene Darstellungen zu unterschiedlichen Einstellungen einer Koppelkapazität bzw. Koppelinduktivität.
In 1 ist in schematischer Darstellung ein Hochfrequenzfilter in Form einer Duplexweiche 3 gezeigt, wobei das HF-Filter 1 drei Anschlüsse 5, 7 und 9 umfasst, nämlich einen Anschluss TX, RX und einen Anschluss für den Antennenport AP, so dass Sendesignale über einen ersten Signalweg vom Sendeanschluss 5 kommend dem Antennenport AP (von dort der gemeinsamen Antenne) und umgekehrt die von der Antenne empfangenen Signale über den Antennenport AP (Anschluss 9) dem Empfangsanschluss 7 zugeführt werden können.
Die Duplexweiche 3 umfasst dazu in den beiden Signalwegen ein entsprechendes Bandpassfilter 11 bzw. 13, die die notwendige Selektion (also Sperrdämpfung) aufweisen, damit vom Sendeanschluss keine Signale in den Empfangszweig gelangen können. Andererseits sollen die Durchlassbereiche für die Nutzsignale möglichst wenig gedämpft sein.
In 2 ist dazu beispielsweise in schematischer Draufsicht (unter Weglassung einer oberen Abdeckung) ein Hochfrequenzfilter 1 mit einem Signalweg 10 gezeigt, der beispielsweise von einem Anschluss 5 zu einem Anschluss 9, also von einem Sendeanschluss zu einem Antennenportanschluss verläuft (also nur den einen Zweig einer Duplexweiche zeigt) und dabei sechs Koaxialresonatoren 15 umfasst.
Die Koaxialresonatoren 15 sind dabei in einem leitfähigen Gehäuse 17 mit mehreren Resonatorenkammern 19 angeordnet, wo sich im gezeigten Ausführungsbeispiel mittig oder eher im mittigen Bereich senkrecht zum Gehäuseboden 17a jeweils ein leitfähiger Innenleiter 21 erstreckt – wie es sich aus der Darstellung gemäß 3 ergibt – der in einem geeigneten Abstand unterhalb eines auf das Gehäuse 17 aufsetzbaren elektrisch leitfähigen Gehäusedeckels 17b endet.
Jeder Koaxialresonator 15 weist somit eine umlaufende Gehäusewand 17c auf, wobei längs des Signalweges Koppelöffnungen 23, sogenannte Blenden, in der betreffenden Gehäusewand 17c vorgesehen sind, wodurch Fenster gebildet werden, durch die hindurch sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten können.
An den koaxialen Anschlüssen 5 und 9 sind in bekannter Weise Innenleiter 5a bzw. 9a vorgesehen, die in die zugeordneten Resonatorkammern 19 hinein ragen und beispielsweise in einem leitenden Flächenelement 5b bzw. 9b enden, worüber mit dem zugeordneten Innenleiter in den betreffenden Koaxialresonatoren 15 durch die so gebildete Kapazität die Einkopplung des elektrischen Feldes beim Anschluss 5 und die entsprechende Auskopplung des elektrischen Feldes beim Anschluss 9 folgt (wobei beispielsweise umgekehrt das von der Antenne empfangene Signal über das leitende Flächenelement 9b in den zugeordneten Resonator auf dem zweiten Signalweg eingekoppelt wird, und über einen zweiten Signalweg zu einem in 2 nicht näher gezeigten Anschluss 7 führt). Von daher ist in 3 nur eine schematische Schnittdarstellung beispielsweise durch einen Abschnitt für den für den Sendezweig vorgesehenen Bandpassfilter 11 dargestellt, wobei über das in 3 links liegende Blendentor 23a sich der Signalweg für den zweiten in 3 nicht gezeigten Empfangszweig der Duplexweiche anschließen könnte.
Bezüglich des erläuterten Signalweges vom Anschluss 5 zum Anschluss 9 sind auf diese Weise sechs Koaxialresonatoren 15.1 bis 15.6 miteinander verkoppelt.
Das entsprechende Ersatzschaltbild ist in 4 wiedergegeben, und zwar mit dem Signalweg 10 vom Anschluss 5 zum Anschluss 9, wobei die sechs Resonatoren 11 als Parallelschwingkreise 111 dargestellt sind, deren einer Ausgang auf Masse liegt und der gegenüber liegende Ausgang in der entsprechenden Reihenfolge an dem Signalweg 10 angeschlossen ist. Die Parallelschwingkreise 24 sind dabei in bekannter Weise durch einen Kondensator und eine Induktivität gekennzeichnet. Die Wegstrecken zwischen den Anschlusspunkten 25 der einzelnen Parallelschwingkreise 24 können ebenfalls durch Induktivitäten 27 beschrieben werden, soweit es sich um herkömmliche Kopplungen zwischen Koaxialresonatoren handelt, also nicht um die nachfolgend noch erläuterte erfindungsgemäße Verkopplung. Soweit eine erfindungsgemäße Verkopplung zum Tragen kommt, kann die Verbindung zwischen zwei miteinander erfindungsgemäß verkoppelten benachbarten Parallelschwingkreisen nicht durch eine induktive Kopplung, sondern durch eine Sperrkreiskopplung in Form eines Parallelschwingkreises mit einer Kapazität und einer Induktivität beschrieben werden, wie dies in 4 dargestellt ist. Zwischen dem ersten und fünften Koaxialresonator 15.1 bzw. 15.5 ist wie im Stand der Technik eine kapazitive Cross-Coupling unter Verwendung eines Kondensators C zusätzlich realisiert (siehe 2 und 4).
Gemäß diesem Ersatzschaltbild nach 4 ist gezeigt, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Koaxialresonator 15.1 und 15.2 sowie zwischen dem zweiten und dritten Koaxialresonator 15.2 und 15.3 sowie dem dritten und vierten Koaxialresonatoren 15.3 und 15.4 eine erfindungsgemäße Verkopplung realisiert ist. Daneben ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch eine nach dem Stand der Technik herkömmliche Verkopplung (Cross-Coupling) zwischen dem ersten und dem fünften Koaxialresonatoren 15.1 und 15.5 gezeigt, worauf nachfolgend ebenfalls eingegangen wird.
Aus der Seitendarstellung gemäß 3 ist zu ersehen, dass zur Verkopplung der unmittelbar benachbarten, d. h. im Signallauf unmittelbar aufeinander folgenden Resonatoren 15.1 und 15.2 die zugehörigen Innenleiter in ihrer Verbindungsrichtung liegend jeweils mit aufeinander zu weisenden, radial vorstehenden Innenleiterabschnitten 21a versehen sind. Dadurch wird der lichte Abstand 121 zwischen den beiden Innenleitern 21 so eingestellt, dass sich hierüber eine gewünschte kapazitive Kopplung ergibt.
Diese kapazitive Kopplung ist beispielsweise zwischen Innenleiterabschnitten 21a an den beiden Innenleitern 21 der beiden ersten Koaxialresonatoren 15.1 und 15.2 in 3 dargestellt, und zwar durch entsprechend eingezeichnete E-Feld-Vektoren 121' (2).
Darüber hinaus ist in 3 auch für die beiden ersten Resonatoren 15.1 und 15.2 eine induktive Verkopplung durch eine H-Feld-Linie 121'' dargestellt. Durch Vorgabe des Abstandes 321 zwischen den beiden Innenleitern 21 (ohne Berücksichtigung der erwähnten radial vorstehenden Innenleiterabschnitte 21a) wird letztlich die induktive Verkopplung entsprechend vorgewählt und/oder eingestellt.
Die induktive Verkopplung kann aber durch andere alternative oder ergänzende, also zusätzliche Maßnahmen unterschiedlich voreingestellt oder vorgewählt werden. Ganz allgemein wird angemerkt, dass die für die Einstellung der Sperrkreiskopplung notwendigen Koppelkapazitäten und Koppelinduktivitäten durch bekannte Koppeleinstellvarianten eingestellt werden können. So können beispielsweise die Koppelblenden (also die Durchtrittsöffnungen zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren) in der Höhe und/oder Breite unterschiedlich eingestellt werden, wodurch sich der Grad der Kopplung ändert. Ebenso- können Koppelstifte zwischen den Resonatoren vorgesehen sein, Koppelschleifen oder Koppelstege. Die Koppelstege würden beispielsweise in einer Teilhöhe zwischen zwei Innenleitern verlaufen, also sich ebenfalls parallel zu den Innenleitern erstrecken (bevorzugt senkrecht zur Bodenwandung) und dabei mit dem Boden der Koppelresonatoren elektrisch verbunden sein. Die Koppelschleifen können in Art eines umgekehrten U-Bügels zwischen zwei Innenleitern am Boden elektrisch und mechanisch verbunden sein. Möglich ist auch, dass eine Koppelschleife in Vertikalausrichtung (also in einer Vertikalebene liegend) oder in einer dazu leicht geneigten Ebene über eine vertikale Drehachse gegenüber dem Boden positioniert ist und dabei in Umfangsrichtung verdreht werden kann. Je größer die von den Magnetflächen durchsetzte Fläche ist, um so größer ist die Koppelwirkung. Die erwähnten Effekte können auch in Kombination oder Teile davon in Kombination verwendet werden, um die gewünschten Koppeleinstellmöglichkeiten entsprechend zu realisieren und umzusetzen.
Die vorstehend erwähnten Einstellmöglichkeiten sind beispielsweise anhand von 6a unter Verwendung von elektrisch leitfähigen Koppelstiften 301 wiedergegeben, wobei ein beispielsweise im oberen Deckel 17b vorgesehener Stift 301 zur Veränderung der Koppelkapazität zwischen zwei Innenleitern 21 in unterschiedlicher Höhenlage, also unterschiedlich weit in das Innere zwischen zwei Resonatoren eingedreht werden kann, wobei in 6a auch ein im Boden 17a eingedrehter oder dort positionierter elektrisch leitfähiger Koppelstift 302 angeordnet ist, dessen Höhe und Durchmesser zur Veränderung der Koppelinduktivität beiträgt. Anhand von 6b ist in Draufsicht dargestellt, dass längs der Verbindungslinie zweier benachbarter Innenleiter 21 ein sich vom Boden erhebender Steg vorgesehen ist, der sich dort gegenüber der Höhe der Innenleiter in einer Teilhöhe erstreckt. Es handelt sich dabei um einen sogenannten Koppelsteg 307. Dieser Koppelsteg 307 ist dabei mit dem Boden 17a des Gehäuses 17 des HF-Filters elektrisch verbunden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 6c in Draufsicht und gemäß 6d im vertikalen Schnitt ist gezeigt, dass beispielsweise eine erste Fensteröffnung 303 (Koppelblende) zwischen dem Koaxialresonator 15.1 und 15.2 deutlich verringert ist und demgegenüber eine weitere Koppelblende 303 zwischen dem Resonator 15.2 und 15.3 deutlich vergrößert ist, so dass die Koppelblende auf jeden Fall eine größere Breite parallel zur Boden- oder Deckelfläche aufweist.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6e ist eine Koppelschleife 305 zur Veränderung der Koppelinduktivität gezeigt, die nach Art eines umgekehrten ”U” im Boden positioniert ist. Alternativ ist anhand von 6f die Verwendung einer Koppelschleife gezeigt, die um ihre Vertikalachse 305' verdreht werden kann, so dass sich die Magnetfeldstärke, die die Schleife durchsetzt, verändert, wodurch die Koppelinduktivität verändert und unterschiedlich eingestellt werden kann.
Ganz allgemein wird angemerkt, dass die verschiedensten Möglichkeiten zur Erzeugung einer gewünschten kapazitiven, wie aber auch einer gewünschten induktiven Kopplung beliebig kombiniert werden können, eher sogar alle vorstehend genannten Varianten kumulativ angewendet werden können. Einschränkungen bestehen insoweit nicht.
Durch die abweichende Gestaltung der Koaxialresonatoren 15 mit der erläuterten abweichenden Resonatorform kann die gewünschte Sperrstelle mit einer definierten Sperrfrequenz außerhalb des. Durchlassbereiches eines HF-Filters erzeugt werden. Entscheidend ist dabei, dass neben der erwähnten definierten induktiven Resonatorkopplung eine definierte kapazitive Kopplung vorliegt. Die erwähnte induktive Kopplung kann dabei wie erwähnt durch den Abstand 321 der zu verkoppelnden Resonatoren (Position des Innenleiters 21 des betreffenden Resonators) eingestellt werden, wohingegen die kapazitive Kopplung über den lichten Abstand 121 zwischen zwei benachbarten Innenleitern 21 zweier benachbarter Resonatoren eingestellt wird, deren Größe durch den lichten Abstand der erwähnten länglichen (radial vorstehenden) Innenleitererweiterungen 21 vorgebbar ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist neben der Verkopplung zwischen dem ersten und zweiten Koaxialresonator 15.1 und 15.2 in der Folge eine weitere unmittelbar anschließende Verkopplung zwischen dem zweiten und dritten Koaxialresonator 15.2 und 15.3 realisiert.
In Abweichung zum ersten Innenleiter 21 des ersten Koaxialresonators 15.1, der in Querschnittsdarstellung nach Art eines umgekehrten L gebildet ist, ist nunmehr der zweite Innenleiter des zweiten Koaxialresonators 15.2 nach Art eines T gebildet, nämlich mit einer weiteren, in der Regel parallel zum Boden und damit quer oder radial zum Innenleiter vorstehenden, gegenüberliegenden Innenleitererweiterung 21a. Auch der dritte damit zu verkoppelnde Innenleiter 21 des dritten Koaxialresonators 15.3 könnte ebenfalls mit einer entsprechenden Innenleitererweiterung 21a versehen sein, wobei der Abstand zwischen diesen beiden benachbarten Innenleitererweiterungen 21a sehr viel größer ist, als der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Koaxialresonator. In dem Beispiel der Verkopplung des zweiten und dritten Koaxialresonators ist dazu ferner ein zusätzliches Überbrückungsglied 221 vorgesehen, welches isoliert gegenüber dem Gehäuse gehalten und positioniert ist. Dadurch ergeben sich zwei Abstandsspalten 121a und 121b, in welchen die elektrischen Feldvektoren sich über Luft ausbreiten. Der Summen-Abstand gebildet aus den beiden Einzelabständen 121a und 121b ergibt jene Größe, die für die Vorgabe der gewünschten definierten Kapazitätenkopplung entscheidend ist.
Schließlich ist aus der Draufsicht gemäß 2 auch zu ersehen, dass nunmehr durch die weitere Verkopplung zwischen dem dritten und vierten Koaxialresonator 15.3 und 15.4 der zugehörige Innenleiter 21 nicht zwei um 180° gegenüberliegende Innenleitererweiterungen (wie der zweite Innenleiter 21 des zweiten Koaxialresonators 15.2), sondern zwei Innenleitererweiterungen 21a aufweist, die in einem 90° Winkel zueinander angeordnet sind, nämlich entsprechend des um 90° abgewinkelten Signalweges der elektromagnetischen Wellen. Dass die beiden Innenleiter 21 bezüglich des zweiten und dritten Resonators 15.2 und 15.3 dichter positioniert sind, ergibt sich aus der Darstellung gemäß 2 in Draufsicht.
Stellt der erläuterte Signalweg beispielsweise den einen Signalweg einer Duplexweiche dar, so kann dadurch ein Bandpassfilter realisiert werden, wie es in 4 wiedergegeben ist, und zwar mit einer oder mehreren Sperrfrequenzen f_S, also einem oder mehreren sogenannten Sperrpolen. Diese Übertragungscharakteristik zeigt, dass entsprechend der Anzahl der im Rahmen der Erfindung verkoppelten Koaxialresonatoren die mehreren Sperrpole (Sperrfrequenzen) so erzeugbar sind, dass diese Sperrfrequenzen beispielsweise in dem Durchlassbereich (Frequenzbereich) eines benachbarten, also versetzt liegenden, Bandpassfilters liegen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann an jeder weiteren beliebigen Stelle, also beispielsweise auch zwischen dem vierten und fünften und/oder dem fünften und sechsten Koaxialresonator ebenfalls noch eine weitere erfindungsgemäße Verkopplung realisiert sein. Allgemein lassen sich bei n-Koaxialresonatoren also fünf, nämlich n – 1 Koppelimpedanzen so dimensionieren, dass sich aufgrund der Kommunikation von kapazitiver und induktiver Kopplung eine Koppelimpedanzresonanz mit jeweils definierter Frequenz f_S ergibt, also durch die Art der Verkopplung im Übertragungsverhalten des Hochfrequenzfilters eine Sperrstelle bei der zumindest einen oder der mehreren versetzt zueinander liegenden Frequenzen f_S1, f_S2, f_S3 usw. bis f_Sn ergibt, die als Sperrkreiskopplung bezeichnet werden kann.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich auch eine herkömmliche Verkopplung realisiert, die auch weiterhin bei dem erfindungsgemäßen HF-Filter zusätzlich vorgesehen sein kann. Diese herkömmliche Verkopplung (Cross-Coupling) ist auch in dem Ersatzschaltbild gemäß 4 eingezeichnet, nämlich dort über die Verbindungsstrecke 131 mit dem dort vorgesehenen Kondensator C.
Dazu ist beispielsweise in 2 ein Verkopplungsglied 31 gezeigt, welches zwischen dem ersten und fünften Koaxialresonator wirkt und üblicherweise durch ein elektrisch leitfähiges, in den jeweiligen Hohlraum des zugehörigen Resonators hineinragendes, in Seitenansicht ”knochenförmig” gestaltetes Koppelelement gebildet ist, welches in der Regel durch seinen vergrößerten gegenüber liegenden Abschluss mit dem zugeordneten Innenleiter in dem betreffenden Koaxialresonator eine kapazitive Verkopplung erzeugt. Dies ist ebenfalls in dem Ersatzschaltbild eingezeichnet, nämlich durch den kapazitiven Verkopplungsweg 131.
Demgegenüber ist im Rahmen der Erfindung eine Sperrkreiskopplung 35 mit einer parallel geschalteten Induktivität und einer Kapazität realisiert, wie dies in dem Ersatzschaltbild gemäß 4 ebenfalls gezeigt ist.
Abschließend wird noch auf 5 Bezug genommen, in der ein Diagramm über das Bandpassverhalten eines Bandpassfilters 11 für einen Sendezweig und für einen Bandpassfilter 13 für einen Empfangszweig (in strichlierten Linien) wiedergegeben ist. Daraus sind die mehreren Sperrpole f_Rs _, f_TS zu ersehen, in Abhängigkeit der Anzahl der verwendeten Sperrkreiskopplungen. In 5 ist dabei auf der X-Achse die zunehmende Frequenz F und auf der Y-Achse die Dämpfung D wiedergegeben.
Für den einen Bandpassfilter ist zudem gezeigt, wie die Dämpfung verlaufen würde, wenn nicht die erfindungsgemäße Kopplung realisiert werden würde (strichpunktierte Kurve).
Bei dem erfindungsgemäßen Bandpassfilter kann der zumindest eine oder die mehreren Sperrpole so gelegt werden, dass sie beispielsweise in einem zu dem Durchlassbereich des betreffenden Bandpasses versetzt liegenden Frequenzbereich eines benachbarten Bandpasses liegen. Auf jeden Fall können noch ausreichende erfindungsgemäße Vorteile dann realisiert werden, wenn der eine oder die mehreren Sperrpole ganz oder teilweise zumindest so angeordnet sind, dass sie außerhalb des eigentlichen Durchlassbereiches des Bandpassfilters in einem Frequenzbereich liegen, der von der Mittenfrequenz des betreffenden Bandpassfilters weniger als ±50%, insbesondere weniger als ±40%, ±30%, ±20% und insbesondere weniger als ±10% entfernt ist.
Im Falle zweier versetzt zueinander liegender Bandpassdurchlassfrequenzbereiche, wie sie im häufigsten Fall im Rahmen einer Duplexweiche eingesetzt werden, können die erfindungsgemäßen Vorteile auch dann immer noch in ausreichenden Maße realisiert werden, wenn zumindest einer oder mehrere der Sperrpole (Sperrstellen) von einem betreffenden Bandpassfilter aus betrachtet durch entsprechende Wahl geeigneter Kopplungskapazitäten und Kopplungsinduktivitäten so gelegt wird bzw. werden, dass dieser zumindest eine Sperrpol in einem Frequenzbereich erzeugt wird, der nicht weiter als das fünffache des Duplexabstandes (also des Frequenzmittenabstandes zweier benachbarter Bandpässe) von der Mittenfrequenz des betreffenden Bandpasses entfernt liegt. Bevorzugt sollen also die Sperrpole von einem Bandpassfilter aus betrachtet außerhalb des Durchlassbereiches des Bandpassfilters so angeordnet sein, dass die Sperrpole nicht weiter als das fünffache, insbesondere nicht weiter als das vierfache, dreifache, zweifache oder das einfache des Duplexabstandes (also des Mittenfrequenzabstandes zweiter benachbarter Bandpässe) zu liegen kommen.
Unabhängig davon können natürlich einzelne oder mehrere der Sperrpole auch in einem Frequenzbereich des benachbarten Bandpasses positioniert werden.
Abschließend wird angemerkt, dass bei entsprechender Wahl der induktiven bzw. der kapazitiven Kopplung festgelegt werden kann, ob der jeweilige Sperrpol unterhalb eines Bandpassfilters oder oberhalb eines Bandpassfilters (also mit zum Bandpassfilter niedrigerer Frequenz oder höherer Frequenz) ausgebildet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Koppelkapazität und die Koppelinduktivität der Sperrkreiskopplung so gewählt werden, dass die resultierende Resonanzfrequenz je nach Bedarf entweder unterhalb oder oberhalb des Bandpassdurchlassbereiches liegt.

Claims

Hochfrequenzfilter, insbesondere für eine Duplexweiche, mit mehreren elektromagnetisch gekoppelten Koaxialresonatoren (15) mit folgenden Merkmalen, – das Hochfrequenzfilter weist ein koppelimpedanz-abhängiges Übertragungsverhalten auf, gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmal, – das koppelimpedanz-abhängige Übertragungsverhalten des Hochfrequenzfilters umfasst zumindest eine Sperrstelle bei einer Frequenz (f_S), – die Sperrstelle liegt außerhalb des Durchlassbereiches des Hochfrequenzfilters und innerhalb des Sperrbereiches des Hochfrequenzfilters, und – zwei auf einem Signalweg (10) unmittelbar aufeinander folgende Koaxialresonatoren (15) weisen dazu eine Koppelkapazität und eine Koppelinduktivität derart auf, dass die zumindest eine Sperrstelle bei einer Frequenz (f_S) liegt, die von der Mittenfrequenz des Bandpassfilters nicht weiter als ±20% entfernt ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrstelle bei der Frequenz (f_S) durch Vorgabe und/oder Vorwahl einer Koppelkapazität und einer Koppelinduktivität zwischen zwei auf dem Signalweg (10) unmittelbar aufeinander folgenden Koaxialresonatoren (15) einstellbar ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Koppelkapazität und die zumindest eine Koppelinduktivität so gewählt sind, dass die zumindest eine Sperrstelle bei einer Frequenz (f_S) liegt, die von der Mittenfrequenz des Bandpassfilters nicht weiter als ±10% von der Frequenz des Bandpassfilters entfernt liegt.
Hochfrequenzfilter nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass n-Koaxialresonatoren (15) auf einem Signalweg (10) miteinander verkoppelt sind, wobei mehr als eine und weniger als n – 1 Sperrkreiskopplungen vorgesehen sind.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzfilter (1) zumindest zwei Bandpassfilter umfasst, wobei das pro Bandpassfilter zumindest eine Paar von im Signalweg unmittelbar aufeinander folgenden, benachbarten Koaxialresonatoren (15) eine Sperrkreiskopplung mit einer Frequenz (f_S) derart aufweist, dass die Sperrstelle außerhalb des Durchlassbereiches des betreffenden Bandpassfilters liegt, wobei bevorzugt zumindest eine Sperrstelle in dem Durchlassbereich des jeweils anderen Bandpassfilters liegt.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest beiden Bandpassfilter Teil einer Duplexweiche (3) sind.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sperrstelle oder vorzugsweise die mehreren Sperrstellen von der Mittenfrequenz eines Bandpassfilters aus betrachtet nicht weiter als das fünffache des Duplexabstandes, d. h. der Mittenfrequenzabstand der beiden Bandpassfilter einer Duplexweiche entfernt sind, vorzugsweise weniger als das vierfache, dreifache, zweifache oder insbesondere das einfache des Duplexabstandes entfernt liegt bzw. liegen.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere auf einem Signalweg (10) unmittelbar aufeinander folgende Koaxialresonator-Paare unter Erzeugung mehrerer definierter Sperrkreiskopplungen mit definierten Frequenzen (f_S1, f_S2 _, f_S3,...) vorgesehen sind, wobei die Sperrfrequenzen zumindest teilweise unterschiedlich oder zumindest teilweise gleich sind.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kapazitive und die induktive Kopplung so vorgebbar sind, dass die zumindest eine Frequenz (f_S) der zugehörigen Sperrkreiskopplung eine niedrigere Frequenz oder eine höhere Frequenz als das Bandpassfilter aufweist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der kapazitiven Verkopplung zwischen zwei benachbarten Innenleitern (21) zweier benachbarter Koaxialresonatoren (15) durch radial in Richtung des jeweils gekoppelten benachbarten Innenleiters (21) mit radial vorstehender Innenleitererweiterung (21a) und damit durch entsprechende Vorgabe des lichten Abstandes (121; 121a, 121b) zwischen zwei entsprechenden Innenleitern (21) bzw. zugehörigen Innenleitererweiterungen (21a) vorgebbar ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenleitererweiterung (21a) quer und vorzugsweise senkrecht zur Axialerstreckung eines zugehörigen Innenleiters (21) im oberen Endbereich des Innenleiters (21) gebildet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (21) mit einer entsprechenden Innenleitererweiterung (21a) nach Art eines umgekehrten L-gebildet ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenleiter (21) mit einem in der Signalstrecke (10) vorausgehenden und nachfolgenden Koaxialresonator (15) unter Erzeugung zweier Sperrkreiskopplungen verkoppelt ist, wozu der zugehörige Innenleiter (21) sowohl in Richtung des vorausgehenden als auch des nachfolgenden verkoppelten Koaxialresonators (15) mit einer Innenleitererweiterung (21a) versehen ist.
Hochfrequenzfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenleiter (21) mit der zugehörigen Innenleitererweiterung (21a) T-förmig gebildet ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Innenleitern (21), vorzugsweise in deren oberen freien Endbereich, ein die freie Wegstrecke zwischen den beiden Innenleitern (21) verkürzendes, elektrisch leitfähiges Brückenglied (221) vorgesehen ist, welches im Abstand zu den jeweiligen Innenleitern (21) bzw. den dort ausgebildeten Innenleitererweiterungen (21a) angeordnet ist, wodurch ein vorgebbarer Summen-Abstand, bestehend aus den beiden lichten Abständen (121a, 121b) zwischen dem Brückenglied (221) und den angrenzenden Innenleitern (21) oder der zugehörigen Innenleitererweiterungen (21a), vorgebbar ist, wodurch die kapazitive Kopplung einstellbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass von der gegenüberliegenden Gehäuseseite (Deckel 17b) des Gehäuses (17) des Koaxialresonators (15) ein Koppelstift (301) zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) in den Resonatorinnenraum zur veränderten Einstellung der Koppelkapazität ragt.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) durch Vorgabe des Abstandes (321) zwischen der Position der Innenleiter (21) und/oder dem sich vom Gehäuseboden oder der Gehäuseabdeckung (17a, 17b) quer erstreckenden Innenleiter (21) vorgeb- und/oder veränderbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) durch eine unterschiedliche Größe eines Koppelfensters (303) oder einer Koppelblende (303) zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren vorgeb- und/oder veränderbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) durch Koppelstifte (302) vorgeb- und/oder veränderbar ist, die an der gleichen Seite des Gehäuses (17) wie die Innenleiter (21) am Gehäuse (17; 17a) positioniert sind.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) durch einen Koppelsteg (307) vorgeb- und/oder veränderbar ist, der sich zwischen zwei Innenleitern (21) in einer Teilhöhe gegenüber der Innenleiter erstreckt und bevorzugt auf der gleichen Gehäusewandung (Gehäuseboden 17a) positioniert ist, auf der die Innenleiter (21) elektrisch und mechanisch angebunden und gehalten sind.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen zwei benachbarten Koaxialresonatoren (15) durch zumindest eine Koppelschleife (305) vorgeb- und/oder veränderbar ist, die zwischen zwei Innenleitern (21) zweier benachbarter Koaxialresonatoren (15) angeordnet ist, wobei die Koppelschleife (305) zur Veränderung der Koppelinduktivität verbiegbar und/oder verdrehbar ist.
Hochfrequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzfilter neben einer oder mehrerer Sperrkreiskopplungen eine oder mehrere kapazitive Überkopplungen (Cross-Coupling) aufweist.