DE2714181A1 - Microwave filter with resonators in interdigital structure - has additional resonators before and after input and output resonators to give additional finite frequency attenuation peak - Google Patents
Microwave filter with resonators in interdigital structure - has additional resonators before and after input and output resonators to give additional finite frequency attenuation peakInfo
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Abstract
Description
Filter für sehr kurze elektromagnetische WellenFilter for very short electromagnetic waves
Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren miteinander gekoppelten, in Form einer Kammleitungs- oder Interdigitalstruktur ausgebildeten Resonatoren, dessen in Richtung der zu übertragenden Energie jeweils erste und letzte Resonatoren mit Anschlüssen für die Zuführung bzw. Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind und bei dem zur Erzeugung wenigstens eines zusätzlichen Dämpfungspoles bei endlichen Frequenzen der erste und/oder letzte Resonator mit jeweils einem weiteren Resonator gekoppelt ist.The invention relates to a filter for very short electromagnetic Waves with several coupled together, in the form of a combline or interdigital structure trained resonators, each in the direction of the energy to be transmitted first and last resonators with connections for the supply and removal of the electromagnetic energy are provided and in which to generate at least one additional damping poles at finite frequencies the first and / or last resonator is coupled to a further resonator in each case.
Filter der Mikrowellentechnik werden im allgemeinen aus mehreren, miteinander gekoppelten Mikrowellenresonatoren aufgebaut, deren Kopplung kapazitiv, induktiv oder elektromagnetisch erfolgen kann.Microwave filters are generally made up of several microwave resonators coupled to each other, the coupling of which is capacitive, can be done inductively or electromagnetically.
In vielen Anwendungsfällen wird in einem Frequenzbereich oberhalb von etwa 100 MHz bei solchen Filtern im Durchlaßbereich ein kleiner Reflexionsfaktor und zugleich eine möglichst gute Phasenlinearität angestrebt. Weiterhin wird zur Erzielung einer ausreichend hohen Schwingkreisgüte eine Realisierung solcher Filter mittels Leitungselementen gefordert.In many applications, in a frequency range above of about 100 MHz with such filters in the pass band a small reflection factor and at the same time striving for the best possible phase linearity. Furthermore, the Achieving a sufficiently high quality of the resonant circuit is a realization of such filters required by means of line elements.
Besondere Schwierigkeiten treten beispielsweise dann auf, wenn zur Erzielung einer größeren Durchlaßbandbreite und damit einer günstigeren Phasencharakteristik als bei unversteilerten Filtern gleichen Schaltungsaufwandes in der Dämpfungscharakteristik des Filters sogenannte Dämpfungspole, d.h. Unendlichkeitsstellen der Dämpfung zu erzeugen sind. Eine Möglichkeit zur Lösung dieser Schwierigkeiten ist beispielsweise durch die USA-PS 2 749 523 bekannt geworden, und besteht darin, einander in der elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren zusätzlich miteinander zu verkoppeln. Diese Verkopplung kann über Leitungselemente erfolgen, bei denen Jedoch zum einen auf die spezielle Bemessung der Länge geachtet werden muß, und bei denen außerdem ein zusätzlicher Raumverbrauch deshalb auftritt, weil diese Leitungen außerhalb der Filterresonatoren angeordnet sind.Special difficulties arise, for example, when to Achievement of a larger pass bandwidth and thus a more favorable phase characteristic than with undivided filters same circuit complexity in the damping characteristics of the filter, so-called damping poles, i.e. infinity points the attenuation are to be generated. One way of solving these difficulties is known for example from the USA-PS 2 749 523, and consists in not directly following each other in their electrical mode of operation Additionally to couple resonators with each other. This coupling can be via line elements where, on the one hand, attention is paid to the special dimensioning of the length must be, and which also require additional space, because these lines are arranged outside the filter resonators.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung von Bandpässen mit Dämpfungspolen bei endlichen Frequenzen mittels Koaxial-Resonatoren mit zusätzlichen Uberkopplungen ist aus dem in der Druckschrift "Frequenz 26 (1972) 1", erschienen Aufsatz "Realisierung reflexionsfaktor- und laufzeitgeebneter versteilerter Mikrowellenbandpässe mit Uberbruckungen" von G. Pfitzenmaier bekannt geworden. Obwohl die Länge der Innenleiter solcher in diesem Aufsatz beschriebener Mikrowellenfilter wesentlich kleiner als /4 gewählt werden kann, überschreitet die Bauhöhe dieser Filter jedoch im allgemeinen das durch den Einsatz in üblichen Baugruppen geforderte Limit.Another possibility for realizing bandpass filters with attenuation poles at finite frequencies by means of coaxial resonators with additional overcouplings is from the essay "Realization." Increase in reflection factor and time-of-flight leveled microwave bandpasses with bridges " made famous by G. Pfitzenmaier. Although the length of the inner conductor is such in The microwave filter described in this article was chosen to be significantly smaller than / 4 However, the overall height of these filters generally exceeds that by the limit required for use in common assemblies.
Eine in dem Aufsatz "The Digital Elliptic Filter - A Compact Sharp-Cutoff Design for Wide Bandstop or Bandpass Requirements" von M.C. Horton und R.J. Wenzel (IDEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-15, Nr. 5, Mai 1967) beschriebene Realisierungsmöglichkeit von Elliptic-Filtern ist nur auf Filter anwendbar, deren Innenleiter mit einer Länge von ho/4 bemessen sind. Durch die bei einem solchen Aufbau nötige Schæ Delung von Innenleitern wird jedoch die zweite Dimension eines solchen Filters im allgemeinen unzulässig groß.One in the article "The Digital Elliptic Filter - A Compact Sharp-Cutoff Design for Wide Bandstop or Bandpass Requirements "by M.C. Horton and R.J. Wenzel (IDEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.MTT-15, No. 5, May 1967) The described implementation of elliptic filters is only applicable to filters whose inner conductors are dimensioned with a length of ho / 4. With such a However, the construction of the necessary shaping of inner conductors becomes the second dimension such a filter is generally unacceptably large.
Weiterhin ist es bekannt, daß Interdigitalfilter, die sich sowohl durch einfachen Aufbau als auch durch hohe GUte auszeichnen, dann Dämpfungspole unterhalb und/oder oberhalb des Durchlaßbereiches aufweisen, wenn an den ersten und/oder letzten Innenleiter je ein weiterer Innenleiter angekoppelt ist. Solche Filter sind beispielsweise durch den in der Zeitschrift "The Radio and Electronic Engineer", Juli 1967, erschienen Aufsatz "The Practical Design of Interdigital and Comb-Line Filters" von B.F.Furthermore, it is known that interdigital filters, which are both characterized by simple structure and high quality, then attenuation poles have below and / or above the pass band if at the first and / or a further inner conductor is coupled to the last inner conductor. Such Filters are, for example, by the one in the magazine "The Radio and Electronic Engineer ", July 1967, published article" The Practical Design of Interdigital and Comb-Line Filters "by B.F.
Nicholson beschrieben. Ein derartiger Aufbau ist weiterhin auch aus dem Aufsatz "Design Equations for a Class of Wide-Band Bandpass Filters" von E.G. Cristal (erschienen im Oktober 1972 in IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques) entnehmbar.Nicholson described. Such a structure is also still off the article "Design Equations for a Class of Wide-Band Bandpass Filters" by E.G. Cristal (published in October 1972 in IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques).
Zur Anpassung des Wellenwiderstandes von Kamm- und Interdigitalfilterstrukturen an die Abschlußwiderstände eines Filters ist es ferner bekannt, die Auskoppelung in platzsparenderweise am ersten und letzten Innenleiter vorzunehmen, wodurch am Filterein- und -ausgang jeweils ein ansonsten notwendiger, der Widerstandstransformation dienender Innenleiter entfallen kann. Hinweise hierfür finden sich beispielsweise in dem Tabellenbuch Mikrowellenbandpässe von G. Pfitzenmaier, herausgegeben 1972 durch die Siemens AG, Berlin und München, sowie in dem in KIESE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-23", Dez. 1975 veröffentlichten Aufsatz "Tapped-Line Coupled Transmission Lines with Applications to Interdigital and Combline Filters" von E.G. Cristal.For adapting the wave resistance of comb and interdigital filter structures to the terminating resistors of a filter, it is also known, the decoupling to be carried out in a space-saving manner on the first and last inner conductor, whereby the Filter input and output each an otherwise necessary, the resistance transformation serving inner conductor can be omitted. Notes on this can be found, for example in the table book Microwave Band Passes by G. Pfitzenmaier, published in 1972 by Siemens AG, Berlin and Munich, as well as in KIESE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-23 ", Article published Dec. 1975 "Tapped-Line Coupled Transmission Lines with Applications to Interdigital and Combine Filters "by E.G. Cristal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend erwähnten Schwierigkeiten nach Möglichkeit abzuhelfen und für Mikrowellenfilter einen Aufbau anzugeben, der sich unter Gewährleistung eines kleinen Reflexionsfaktors und einer möglichst guten Phasenlinearität durch eine besonders geringe Bauhöhe auszeichnet.The invention is based on the object mentioned above To remedy difficulties as far as possible and to set up a structure for microwave filters specify, which is guaranteed to have a small reflection factor and a The best possible phase linearity is characterized by a particularly low overall height.
Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehreren miteinander gekoppelten, in Form einer Kammleitungs- oder Interdigitalstruktur ausgebildeten Resonatoren, dessen in Richtung der zu übertragenden Energie jeweils erste und letzte Resonatoren mit Anschlüssen für die Zuführung bzw. Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen sind und bei dem zur Erzeugung wenigstens eines zusätzlichen Dämpfungspoles bei endlichen Frequenzen der erste und/oder letzte Resonator mit jeweils einem weiteren Resonator gekoppelt ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß alle Resontoren in einer Reihe derart angeordnet sind, daß ihre Innenleiter in einer gemeinsamen Ebene verlaufen, und daß die Anschlüsse für die Zuführung bzw. Abnahme der elektromagnetischen Energie galvanisch an die Innenleiter der ursprünglich ersten, bzw. letzten Resonatoren angekoppelt sind.Starting from a filter for very short electromagnetic waves with several coupled together, in the form of a comb line or interdigital structure trained resonators, each in the direction of the energy to be transmitted first and last resonators with connections for the supply or Decrease in electromagnetic energy are provided and in which to generate at least one additional damping pole at finite frequencies, the first and / or the last resonator is coupled to a further resonator in each case This object is achieved according to the invention in that all resonators in a row are arranged in such a way that their inner conductors run in a common plane, and that the connections for the supply or removal of electromagnetic energy galvanically to the inner conductor of the originally first or last resonators are coupled.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Filteraufbaus besteht in seiner durch die besonders geringe Bauhöhe erzielbaren Kompaktheit, die sich auch durch die Möglichkeit der Verwendung von gegenüber Ao/4 verkürzten Innenleitern ergibt. Dadurch ist das erfindungsgemäße Filter auch für den Einbau in besonders flache Baugruppen geeignet.There is a particular advantage of the filter structure according to the invention in its compactness, which can be achieved through the particularly low overall height, which also through the possibility of using inner conductors that are shorter than Ao / 4 results. As a result, the filter according to the invention is also particularly suitable for installation in suitable for flat assemblies.
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 eine Schnittbilddarstellung eines gemäß der Erfindung aufgebauten achtkreisigen Interdigitalfilters Fig. 2 eine Darstellung eines senkrecht zur Schnittbilddarstellung nach Fig. 1 gelegten Schnittes Fig. 3 eine Meßkurve der Dämpfungscharakteristik und des Reflexionsfaktors des Filters nach den Fig. 1 und 2.In the drawing, FIG. 1 shows a sectional illustration of a eight-circuit interdigital filter constructed according to the invention FIG. 2 shows a representation of a section placed perpendicular to the sectional illustration according to FIG. 1, FIG. 3 a trace of the attenuation characteristics and the reflection factor of the filter according to FIGS. 1 and 2.
Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein achtkreisiges, durch jeweils einen Dämpfungspol unter- und oberhalb des Durchlaßbereiches versteilertes Interdigitalfilter dargestellt, dessen runde Innenleiter 1 bis 8 abwechselnd mit aufeinander gegenüberliegenden Gehäuseseiten verbunden und dadurch jeweils einseitig geerdet sind. Die Fig. 1 zeigt einen durch die Mittelachsen der Innenleiter 1 bis 8 der Resonatoren gelegten Schnitt. In dem rechteckigen Resonatorgehäuse, das eine gemeinsame Filterbodenplatte 9 und mit dieser Bodenplatte fest verbundene Stirn- und Seitenwände 10 aufweist, sind die Schwingkreise in Interdigitalbauweise derart angeordnet, daß die Innenleiter 1 bis 8 der Resonatoren jeweils auf der einen Seite elektrisch leitend mit einer Stirnseite des Gehäuses verbunden sind, während sie auf ihrer anderen Seite als Zylinderkondensatoren enden. Das "ursprUngllche" sechskreisige Interdigitalfilter ist durch Resonatoren realisiert, deren Innenleiter 2 bis 6 in einer Reihe derart angeordnet sind, daß ihre Mittelachsen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die Anschlüsse 21 und 71 für die Zuführung bzw.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, an eight-circle, steepened by one pole of attenuation below and above the pass band Interdigital filter shown, its round inner conductor 1 to 8 alternately connected to opposite housing sides and thereby are grounded at one end. Fig. 1 shows a through the central axes of the Inner conductor 1 to 8 of the resonators laid section. In the rectangular resonator case, the one common filter base plate 9 and firmly connected to this base plate Has end and side walls 10, the oscillating circuits are interdigital arranged such that the inner conductors 1 to 8 of the resonators each on the one Side are electrically conductively connected to an end face of the housing, while they end up on their other side as cylindrical capacitors. The "original" six-circle interdigital filter is realized by resonators, the inner conductor of which 2 to 6 are arranged in a row such that their central axes are in a common Run level. Connections 21 and 71 for the supply or
Abnahme der elektromagnetischen Energie sind koaxial ausgebildet, und ihre Innenleiter sind an die Innenleiter 2 bzw. 7 der ursprünglich ersten bzw. letzten Resonatoren galvanisch angekoppelt und verlaufen hinsichtlich ihrer Mittelachse senkrecht zu der durch die Mittelachsen der Resonatorinnenleiter 2 bis 7 gebildeten gemeinsamen Ebene. Die Filteranschlüsse erfolgen also durch Anzapfen am zweiten bzw. siebten Innenleiter. Die durch die Innenleiter 1 und 8 dargestellten zusätzlichen Resonanzkreise dienen zur Erzeugung der Dämpfungspole bei endlichen Frequenzen.Decrease in electromagnetic energy are coaxial, and their inner conductors are connected to inner conductors 2 and 7 of the originally first or galvanically coupled last resonators and run with respect to their central axis perpendicular to that formed by the central axes of the inner resonator conductors 2 to 7 common level. The filter connections are made by tapping on the second or seventh inner conductor. The additional ones represented by the inner conductors 1 and 8 Resonance circles are used to generate the damping poles at finite frequencies.
Es wird also durch die zusätzlich angekoppelten Innenleiter 1 und 8 die Struktur des ursprünglichen Interdigitalfilters über den Anfang und das Ende des Filters hinaus fortgesetzt. Zur Erzielung einer geringen Bauhöhe sind auch die Innenleiter 1 und 8 in einer Reihe neben den ursprünglichen Innenleitern 2 bis 7 angeordnet, derart, daß ihre Mittelachsen in der durch die Mittelachsen der Innenleiter 2 bis 7 gebildeten gemeinsamen Ebene verlaufen.It is therefore through the additionally coupled inner conductor 1 and 8 the structure of the original interdigital filter over the beginning and the end of the filter continued. To achieve a low overall height are also the Inner conductors 1 and 8 in a row next to the original inner conductors 2 to 7 arranged so that their central axes in the through the central axes of the inner conductor 2 to 7 formed common level run.
Die Innenleiter 1 bis 8 können jeweils auf einer Seite durch eine Schraubverbindung mittels einer Gegenschraube elektrisch leitend mit den Stirnseiten des Filtergehäuses verbunden und dadurch gegebenenfalls achsial justierbar sein, was in der Figur nicht näher dargestellt ist. Auf der nicht geerdeten Seite können die Innenleiter 1 bis 8 auch einen Abschnitt größeren Durchmessers aufweisen, der durch eine entsprechende Bohrung in der Stirnseite des Filtergehäuses aufgenommen ist, wodurch die Wirkung eines Zylinderkondensators entsteht. Dadurch ist es möglich, die Länge der Innenleiter weiter zu reduzieren und beispielsweise um den Faktor 2,84 kürzer als Ao/4 zu bemessen. Für die Abstimmung der Schwingkreise auf eine beim Ausführungsbeispiel gewählte Mittenfrequenz von beispielsweise f =480 MHz sind die Zylinderkondensatoren wie vorstehend beschrieben veränderbar ausgeführt. In der Fig. 1 sind die abstimmbaren Kondensatoren symbolisch dargestellt und tragen die Bezugszeichen C1 bis C8.The inner conductors 1 to 8 can each on one side by a Screw connection by means of a counter screw electrically conductive with the end faces connected to the filter housing and thus axially adjustable if necessary, what is not in the figure is shown in more detail. On the ungrounded On the side, the inner conductors 1 to 8 can also have a section with a larger diameter have, through a corresponding hole in the face of the filter housing is recorded, creating the effect of a cylinder capacitor. Through this it is possible to further reduce the length of the inner conductor and for example shorter than Ao / 4 by a factor of 2.84. For tuning the oscillating circuits to a center frequency selected in the exemplary embodiment of, for example, f = 480 MHz, the cylinder capacitors are designed to be variable as described above. In Fig. 1, the tunable capacitors are shown symbolically and wear the reference characters C1 to C8.
Wie aus der senkrecht zur Darstellung nach Fig. 1 gelegten Schnittdarstellung der Fig. 2 zu ersehen ist, enthält das rechteckig ausgebildete Metallgehäuse eine gemeinsame Filterbodenplatte 9 mit hochgezogenen Seitenwänden 10 bzw. Stirnwänden, auf die eine der Filterbodenplatte gegenüberliegende Deckplatte 11 aufgesetzt ist.As from the sectional illustration placed perpendicular to the illustration according to FIG. 1 2 can be seen, the rectangular metal housing contains a common filter base plate 9 with raised side walls 10 or end walls, on which one of the filter base plate opposite cover plate 11 is placed.
Das Metallgehäuse enthält in seinem Inneren die jeweils parallel zur Filterbodenplatte 9 ausgerichteten Resonator-Innenleiter 1 bis 8, deren Mittelachsen in einer gemeinsamen Ebene verlaufen.The metal housing contains in its interior each parallel to Filter base plate 9 aligned resonator inner conductor 1 to 8, the central axes of which run in a common plane.
Die Filterdeckplatte 11 ist mit den koaxialen Anschlüssen 21 bzw. 71 versehen, deren Innenleiter mit den Innenleitern 2 und 7 der ursprünglich ersten und letzten Resonanzkreise des Filters galvanisch verbunden sind und hinsichtlich ihrer Mittelachse senkrecht zu der durch die Mittelachsen der Resonator-Innenleiter 1 bis 8 gebildeten gemeinsamen Ebene verlaufen. Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich ist, zeichnet sich das Filter infolge seiner geometrischen Struktur durch eine besonders geringe Bauhöhe mit dem Innenmaß h aus und ist wegen der gegenüber Ao/4 verkürzten Innenleiter sehr kompakt und besonders für den Einbau in flache Baugruppen geeignet. Dieser Vorteil ergibt sich unter anderem auch bei einer Realisierung des erfindungsgemäßen Filters in Streifenleitungstechnik bzw. in Microstriptechnik.The filter cover plate 11 is connected to the coaxial connections 21 or 71 provided, the inner conductor with the inner conductors 2 and 7 of the original first and last resonance circuits of the filter are galvanically connected and with respect to its central axis perpendicular to that through the central axes of the resonator inner conductor 1 to 8 formed common level run. As can also be seen from FIG is, the filter is characterized by a special due to its geometric structure low overall height with the inside dimension h and is shortened because of the Ao / 4 Inner conductor very compact and particularly suitable for installation in flat assemblies. This advantage also arises, inter alia, when the inventive concept is implemented Filters in stripline technology or in microstrip technology.
Fig. 2 zeigt eine Meßkurve der Betriebsdämpfung ab und des Reflexionsfaktors r bei einem Filter gemäß den Fig. 1 und 2 in Abhängigkeit von der Frequenz. Wie aus der Figur ersichtlich, ist für eine Mittenfrequenz von fo=480 MHz innerhalb der Bandbreite von f-f, |# 115 MHz die Betriebsdämpfungabt 20 dB. Die Nutzbandbreite #f für einen Reflexionsfaktor r von r' 9,' beträgt beim Ausführungsbeispiel 160 MHz. Innerhalb der im Frequenzbereich zwischen 400 MHz und 560 t4Hz liegenden Nutzbandbreite ist die Abweichung von der linearen Phase beim erfindungsgemäßen Filter deutlich kleiner als bei einem bezüglich Sperrdämpfung und Reflexionsfaktor entsprechenden achtkreisigen unversteilerten Interdigitalfilter.Fig. 2 shows a curve of the operational attenuation ab and the reflection factor r in a filter according to FIGS. 1 and 2 as a function of the frequency. As can be seen from the figure, for a center frequency of fo = 480 MHz within the bandwidth of f-f, | # 115 MHz the operating attenuation ab 20 dB. The usable bandwidth #f for a reflection factor r of r '9,' is 160 in the exemplary embodiment MHz. Within the useful bandwidth in the frequency range between 400 MHz and 560 t4Hz the deviation from the linear phase in the filter according to the invention is clear smaller than with a corresponding one with regard to blocking attenuation and reflection factor eight-circle undivided interdigital filter.
7 Patentansprüche 3 Figuren7 claims 3 figures
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