DE1942909A1

DE1942909A1 - Filter for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1942909A1
Application number: DE19691942909
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl-Phys Wittmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1969-08-22
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1971-03-04

Description

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.Filters - for very short electromagnetic waves The invention relates to a filter for very short electromagnetic waves with at least four interconnected coupled resonators, of which the first and last resonator with connecting lines are provided for the supply or removal of electromagnetic energy, and not directly between at least two in terms of electrical operation successive resonators an additional coupling is provided.

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.As is well known, filters in microwave technology are made up of several, with one another coupled microwave resonators, the coupling of which is either capacitive or can be done inductively. The resonators themselves can for example exist as so-called coaxial line resonators or from hollow conductor resonators. In contrast to the filters constructed with concentrated switching elements, the geometrically fixed predetermined configuration of the resonators not each in more concentrated Technology realizable circuit easily on the frequency range of the microwaves transfer. This difficulty is particularly annoying when it is important to have so-called damping poles in the damping characteristics of the filter, i.e. to generate infinity points of damping. To-this difficulty It is already at least partially remedied by US Pat. No. 2,749,523 became known to one. Microwave filters interact with each other in the elel; tric mode of operation not consecutive Additional resonators. together to couple. Apart from the fact that according to this belcanned arrangement only resonators certain different groups can be coupled with each other occurs there still the difficulty that the additional coupling of not with each other neighboring resonators via line elements, in which on the one hand the special dimensioning of the length must be taken into account and with which on the other hand additional space consumption occurs because these lines are outside the Filter resonators are arranged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen.The invention is based on the problem of the aforementioned difficulties remedy in a relatively simple manner.

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.Starting from a filter for very short electromagnetic waves with at least four resonators coupled to one another, each of which is the first and last resonator with connection lines for the supply resp.

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.the decrease in electromagnetic energy are provided, and at that between at least two in the electrical mode of action not directly successive resonators an additional coupling is provided this object is achieved according to the invention in that the individual resonators are arranged in zvrei superimposed lines in such a way that the.in both Rows next to each other or on top of each other resonators each have a common one Partition wall that are provided in the partition walls for coupling the resonators Organs are arranged in such a way that the electromagnetic energy supplied to the filter is alternately coupled from one above the other to adjacent resonators, and that the additional coupling between in the electrical mode of operation is not right away successive resonators in the common Trenmiand is provided by resonators lying in the same row.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.The invention will be explained below with the aid of an exemplary embodiment explained in more detail.

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.The drawings show: FIG. 1 a sectional view of a filter; FIG. 2 shows a section along section line A-A9 of FIG. 1; Fig. 3 the electrical Equivalent circuit diagram of a filter according to FIGS. 1 and 2; FIG. 4 shows an equivalent to FIG. 3 Switching with relatively narrow-band filters; 5 shows the schematic attenuation curve a filter according to FIGS. 1 and 2.

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.In the embodiment of FIG. 1 there is one of eight coaxial line resonators 1 to 8 existing filters are shown, their inner conductors with the reference numerals 1 'to 8' are provided. The first resonator 1 and the last resonator 8 are understand in the embodiment with coaxial connection lines 9 and 9 ', their Inner conductors continued directly and with the inner conductors 1 'and 8' of the resonators 1 or 8 are galvanically connected. Instead of this coupling to the first one or the last resonator, other known types of coupling are also conceivable. The resonators 1 to 8 are arranged in two superimposed rows in such a way that that the resonators lying next to or one above the other in both rows have a common partition, i.e. So that the resonators 1 and 2, the resonators 1 and 4, the resonators 2 and 3 and also the resonators 3 and 4 always one have a common partition. Exactly the same considerations apply to the Resonators 5 to 8. The coupling organs for coupling the individual resonators are arranged so that the filter fed to the filter, for example at terminal 9 electromagnetic Energy alternating from superimposed resonators to adjacent ones Resonators is passed. In the exemplary embodiment, these are coupling organs designed as hole couplings, possibly also by means of a loop coupling can be replaced, and there is the coupling from the resonator 1 to the resonator 2 through the coupling opening 12, from the resonator 2 to the adjacent resonator 3 via the coupling opening 23, from the resonator 3 to the resonator above 4 via the coupling opening 34 and finally s-ind the resonators 4 to 8 via the Coupling openings 45, 56, 67 and 78 coupled The coupling bodies are thus arranged in such a way that that they each follow a line formed in the manner of a meander.

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.In the partition common to resonators 1 and 4, c as in the partition common to the resonators 5 and 8 is an additional coupling element 14 or 58 arranged, due to the fact that not directly in the electrical mode of operation successive resonators are additionally coupled to one another. The additional Coupling elements 14 and 58 are asQ between - each arranged in the same row Resonators.

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.In the exemplary embodiment, the additional coupling elements 14 and 58 designed as capacitive pin couplings, the pins each made of dielectric Material existing discs 11 are attached, their attachment in turn to the Partition walls of the resonators can be done for example by gluing.

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.In the sectional drawing according to FIG. 2, the inner conductors 1 ', 4?, 5 'and 8' of the resonators 1, 4, 5 and 8 can be seen, as well as the tuning elements acting screws 10, which the inner conductors on the front side opposite are arranged and the final capacitance of the resonators is still due to their immersion depth changed and thus set the resonance frequency of the individual circuits can.

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.FIG. 3 shows the physical equivalent circuit diagram of that shown in FIG The filters shown in FIGS. 1 and 2 are shown and those with the filter according to FIG. 1 have the same effect Elements in Fig. 3 are provided with the same reference numerals.

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.The equivalent circuit diagram shows a four-pole connection in its shunt branches the parallel resonance circuits 1 to 8 lie. The input 9 and the output 9r are ais a tap on the coils of the resonance circuits 1 and 8 shown, because how can be seen from Figure 2, the inner conductor de supply lines 9 and 9 'to a Section of the resonator inner conductor 1 'and 8' are brought up. The coupling the parallel resonance circuits 1 to 8 take place via the coils, 12, 23, 34, 45, 56, 67 and 78, through which the inductively acting Lech coupling, as can be seen in FIG is, is replicated. In addition, the parallel resonance circuits 1 and 4 are above a capacitor 14 and the parallel resonance circuits 5 and 8 through a capacitor 58 coupled together, capacitors 14 and 58 form the pin couplings 14th or 58 in the exemplary embodiment -according to FIG.

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.It can be shown that the physical equivalent circuit shown in FIG can be replaced with a good approximation by the equivalent circuit diagram shown in FIG can.

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.The circuit according to Fig. 4 is a four-pole circuit, in the input shunt arm a parallel resonance circuit is located, the two parallel resonance circles in the longitudinal branch are connected downstream, one of which on the frequency f + # 1 and the other on the frequency f- # 1 is tuned.

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.This is followed by another parallel resonance circuit in the cross branch, which is followed by a coil in the series branch. In the one adjoining the coil In turn, there is a parallel resonance circuit in the transverse branch and two follow in the longitudinal branch parallel resonance circuits connected in series with the resonance frequency f + # 2 and the resonance frequency f- # 2. These two resonance circles are connected in the shunt branch another parallel, resonance circuit.

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.The electrical equivalent circuit shown in Fig. 4 is without further to infer that through the two overcouplings 14 and 58 in the filter after Fig. 1 two pairs of damping poles are generated, which correspond to Fig.5, in the schematically the course of the operational attenuation as a function of the frequency f is plotted at the frequencies f + # 1, f + # 2, f- # 1 and f - # 2 in pairs are above and below the pass band DB.

Ans telle von Koaxiallei t:ungsreso'natoren lassen sich auch Hohlleiterresonatoren oder Streifenleitungsesonatoren in der beschriebenen Weise anordnen.Waveguide resonators can also be used instead of coaxial line resonators or arrange strip line resonators in the manner described.

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.If, with resonators of the same type, the coupling of the resenators inductive takes place and the additional coupling capacitive or vice versa, the coupling of the Resonators capacitive and the additional coupling inductive, then pole points can are generated at real frequencies, which appear as poles in the attenuation curve to express. According to the rules of filter theory, it is also possible to Coupling means of the same type for the coupling of the resonators and the additional couplings to use, whereby Polc can be generated at so-called complex frequencies. It is known that such poles are expressed by influencing the runtime behavior of a filter and can therefore be used to achieve special runtime properties can be used with a micronelle filter. For this reason it is for example possible, in the embodiment of Figure 1, the additional coupling elements 14 or 58 to be replaced by a hole coupling, which then has the same inductive effect as the Coupling layers 12, 23, 34 etc. Damping poles at complex frequencies can also be used achieve if instead of the hole couplings, capacitive pin couplings for Coupling of the resonators are used and those shown in Fig. 1 capacitive Acting pin couplings 14 and 58 are retained as additional couplings.

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.By the filter described above, which is used to achieve the The desired effect must consist of at least four individual resonators a mechanically compact structure can be achieved with only a small amount of space required. In addition, filters with poles of attenuation also have the advantage that the Laufze-St within a relatively large area of the pass band runs relatively small and almost independent of frequency. As the resonators If you have a common partition wall, you will find resonators with a rectangular or circular shape Use cross-section, creating a relatively easy Manufacturing and thus only a small spread of the individual specimens during manufacture can be achieved.

4 Patentansprüche 5 Figuren4 claims 5 figures

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e filters for very short electromagnetic Waves with at least four resonators coupled together, each of which the first and last resonator with connecting lines for the supply and the Decrease in electromagnetic energy are provided, and in which between at least two resonators that are not directly consecutive in their electrical mode of operation an additional coupling is provided, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the individual resonators (1 to 8) in two superimposed rows are arranged in such a way that the two rows next to each other (1,4,5,8; 2,3,6,7) respectively.

one above the other (1,2,3,4,5,6,7,8) lying resonators have common partition that in the partition walls for coupling the resonators (1 to 8) provided organs (12,23,34,45,56,67,78) are arranged in such a way that the electromagnetic energy supplied to the filter alternately from one another is coupled to adjacent resonators, and that the additional coupling between in the electrical mode of operation not directly consecutive Resonators (14,58) in the common partition-of lying in the same row Resonators (1.4; 5.8) is provided.

2. Filter according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the organs provided for coupling the resonators (1 to 8) (z.3. 12,23w34) as inductive couplings and the additional coupling (e.g. 14) as capacitive acting coupling is formed.

3. Filter according to claim 1, d-a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the organs provided for coupling the resonators (1 to 83 (e.g. 12, 23, 34) as capacitive couplings and the additional coupling (e.g. 14) as inductive acting coupling is formed.

4. Filter according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the coupling of the resonators (-1 to 8) and the additional coupling (e.g. 14) are similar to one another.

L e r s e i t e