DE69432070T2 - Miniaturisierte supraleitende dielektrische Resonatorfilter und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft Mikrowellenbandpaßfilter und insbesondere einen Filteraufbau, der die weitere wesentliche Miniaturisierung erlaubt, und ein verbessertes Verfahren der Abstimmung und des Betriebs bei Tieftemperaturen.
• Die Verwendung dielektrischer Resonatoren in Mikrowellenfiltern führt zu einer bedeutsamen Verringerung der Größe und Masse, während ein Leistungsvermögen beibehalten wird, das mit dem von Wellenleiterfiltern ohne dielektrische Resonatoren vergleichbar ist.
• Ein typisches dielektrisches Resonatorfilter besteht aus einer keramischen Resonatorscheibe, die in einer besonderen Weise innerhalb eines metallischen Hohlraums befestigt ist. Außer der Miniaturisierung sind die Verlustleistung sowie die Wärmebeständigkeit und die mechanische Stabilität ebenfalls wichtige Bauziele für dielektrische Resonatorfilter. Mehrere spezielle Verbesserungen können zur Unterstützung dieser Ziele aufgenommen werden.
• Zum Beispiel kann in dielektrischen Resonatorfiltern die Größe des Hohlraums durch Befestigen des dielektrischen Resonators entlang einer Basiswand des Hohlraums statt durch Befestigen des Resonators in einem Mittelpunkt des Hohlraums im Wesentlichen verringert werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit einer zentrierenden stabartigen Befestigung und es erlaubt eine Verringerung der Größe des Mikrowellenhohlraums. Siehe das US-Patent Nr. 4,423,397, das Nishikawa et al. erteilt wurde. Es ist jedoch schwierig, den dielektrischen Resonator an der Basiswand in solch einer Weise anzubringen, daß der einwandfreie elektrische Kontakt sichergestellt wird. Leitende Klebstoffe und dergleichen können zu einer Änderung der Frequenz des Filters führen, dadurch den Q (d. h. den Gütefaktor) verringern. Außerdem ist dieser Typ der Befestigung für die Wärmeausdehnung, die durch große Temperaturschwankungen verursacht wird, und für mechanische Schwingungen, die ausgehalten werden müssen, wenn das Filter in Raumfahrtanwendungen verwendet wird, anfällig.
• Multimodusfilter können ebenfalls die weitere Miniaturisierung über Einzelmodusfilter bereitstellen. Zum Beispiel sind dielektrische Resonatorwellenleiterfilter für Einzel-, Doppel- und Multimodus bekannt (siehe das US- Patent Nr. 4,142,164 von Nishikawa et al., erteilt am 27. Februar 1979; das US-Patent Nr. 4,028,652 von Wakino et al., erteilt am 7. Juni 1977; Fachartikel von Guillon mit dem Titel "Dielectric Resonator Dual-Mode Filters", Electronic Letters, Vol. 16, Seiten 646 bis 647, 14. August 1980; das US-Patent Nr. 4,675,630 von Tang et al., erteilt am 23. Juni 1987; das US- Patent Nr. 4,652,843 von Tang et al., erteilt am 24. März 1987; und das US-Patent Nr. 5,083,102 von Zaki).
• Die Verwendung von Supraleitern ist eine Verbesserung, die ein gutes Potential bietet. Zum Beispiel ist ein Hochtemperatur-Supraleiterfilter mit hybridem dielektrischem Resonator bekannt, der mehrere Resonatoren in einem Hohlraum verwendet, wo jeder Resonator durch eine supraleitende Schicht mit Zwischenraum von einer leitenden Wand des Hohlraums angeordnet ist. Die supraleitende Schicht ist bei Temperaturen von ungefähr 77ºK supraleitfähig. Vorhandene supraleitende Filter können keine wiederholbaren Ergebnisse liefern, wenn diese Filter bei Tieftemperaturen abgestimmt werden, dann auf Raumtemperatur zurückkehren können und anschließend auf Tieftemperaturen zurückkehren. Folglich ist ein Wärmetauscher notwendig, um die Filtergehäuse bei oder unter der kritischen Temperatur des Supraleiters zu halten, nachdem die Filter abgestimmt wurden. Jede weitere Miniaturisierung, die durch die Verwendung von Supraleitern erreicht wird, wird durch die Notwendigkeit beeinträchtigt, einen großen Wärmetauscher oder ähnliches Kühlmittel zu verwenden.
• Schließlich beschreibt das US-Patent 4,881,051 von W. C. Tang et al., erteilt am 14. November 1989, einen dielektrischen Bildresonatormultiplexer. Die Verwendung von Bildresonatoren, wie in der Patentschrift '051 von Tang offenbart, erlaubt kleinere Sektionsresonatorelemente mit einiger Verschlechterung der Verlustleistung.
• Es wäre höchst vorteilhaft, die Miniaturisierung und die Verlustleistung eines dielektrischen Resonatorfilters durch Einbeziehen von supraleitenden Materialien und Bildresonatoren in einen vereinfachten Aufbau zu verbessern und die Wärmebeständigkeit und die mechanische Stabilität des Filters durch Verwendung von Befestigungsblöcken zu verbessern.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dielektrisches Resonatorfilter bereitzustellen, das in herkömmlichen Anwendungen und Tieftemperaturanwendungen verwendet werden kann.
• Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein dielektrisches Resonatorfilter bereitzustellen, das von kleiner Größe mit einer bemerkenswerten Verlustleistung, verglichen mit vorhergehenden Filtern, ist.
• Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dielektrisches Resonatorfilter bereitzustellen, in dem die Probleme der Wärmebeständigkeit, die mit dem Betrieb der vorhergehenden Filter bei Tieftemperaturen verbunden sind, verringert oder beseitigt wurden. Mit dem Filter können wiederholbare Leistungsergebnisse mit den Temperaturänderungen von Tieftemperatur bis Raumtemperatur und anschließend zurück auf Tieftemperatur erhalten werden, ohne die Abstimmschrauben neu zu justieren.
• Die vorliegende Erfindung sieht ein Mikrowellenfilter, wie in Anspruch 1 definiert, und ein Verfahren zum Betrieb, wie in Anspruch 29 definiert, vor. Ein Filter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus dem US- Patent Nr. 4,630,009 bekannt. Der Gütefaktor ("Q") des Stützblockes verbessert sich mit der Änderung der Umgebungstemperatur von 300ºK auf 77ºK. Als Folge davon verringert die Verwendung des dielektrischen Blockes, um das Resonatorelement bei Tieftemperaturanwendungen zu unterstützen, die Größe des Filters, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.
• Der dielektrische Block ist in der Größe und Form bezüglich des Hohlraums so ausgelegt, daß der Block fest innerhalb des Hohlraums sitzt. Der Block weist ein Inneres auf, das von der Größe und Form so ist, um den dielektrischen Resonator zu halten. Der Stützblock bleibt ebenfalls mit einer Verkürzungsplatte in Kontakt, die innerhalb des Filters angeordnet ist, und der Stützblock hält die Verkürzungsplatte vorzugsweise in einer fixierten Position. Wie vorstehend beschrieben, besteht die Rolle der Verkürzungsplatte darin, die Größe zu verringern und die störfreie Leistung zu verbessern. Das maximal erreichbare störfreie Fenster für dielektrische Resonatorfilter mit C-Band beträgt in der Regel 500 MHz bis 800 MHz. Im Gegensatz dazu weist das Filter der vorliegenden Erfindung ein oberes störfreies Fenster von über 1,2 GHz auf.
• Im Betrieb schwingt der Mikrowellenhohlraum in mindestens einem Modus bei seiner Resonanzfrequenz, wobei es eine Abstimmschraube für jeden Modus und für jeden Resonator innerhalb des Hohlraums gibt. Es gibt eine Kopplungsschraube für jeweils zwei Modi, die innerhalb des Hohlraums gekoppelt sind. Das Hohlraumgehäuse weist geeignete Öffnungen auf, um die Abstimmschraube(n) und die Kopplungsschraube(n) aufzunehmen. Einer der wichtigsten Nachteile der vorhandenen Filter mit Abstimmschrauben war ihre thermische Instabilität in großen Temperaturbereichen. Die vorliegende Erfindung ist stabil, um die Wiederholbarkeit der Leistungsfähigkeit mit den Temperaturänderungen von Tieftemperatur (während des Abstimmens und Testens) bis auf Raumtemperatur (während der Lagerung) und anschließend zurück bis auf Tieftemperatur sicherzustellen.
• Die Erfindung sieht ebenfalls ein Verfahren der Verwendung des Mikrowellenfilters wie oben beschrieben vor, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Abstimmen des Filters während der Tieftemperaturen, Erhöhen der Temperatur des Filters auf Umgebungstemperatur zur Lagerung oder zum Transport, und Einsetzen und Betreiben des Filters bei Tieftemperaturen. Ungeachtet der großen Temperaturschwankungen und der Wärmeausdehnung bzw. des Wärmeschwundes kann das Filter wiederholbare Ergebnisse erzeugen, ohne die Abstimmschrauben zu justieren, nachdem das Filter zum ersten Mal bei Tieftemperaturen abgestimmt wurde.
• Andere Vorteile und Ergebnisse der Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung klar, die die Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines dielektrischen Resonatorhohlraums des Standes der Technik mit einem Resonatorelement, das in dem Hohlraum mittig befestigt ist;
• Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines dielektrischen Resonatorhohlraums des Standes der Technik mit einem Resonatorelement, das auf einer Bodenfläche des Hohlraums bündig befestigt ist;
• Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines dielektrischen Resonatorfilters gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei das Filter zwei Hohlräume mit einem dielektrischen Resonator in jedem Hohlraum aufweist und die zwei Hohlräume durch eine Irisblende getrennt werden;
• Fig. 4 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung eines dielektrischen Blockes, der in dem in Fig. 3 gezeigten Filter verwendet wird;
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Blockes von Fig. 4;
• Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Verkürzungsplatte, die aus Invar hergestellt ist, mit einer Oberfläche darauf, die mit einem geeigneten Metall überzogen ist;
• Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Verkürzungsplatte, die aus einem dielektrischen Substrat hergestellt ist, mit einer Oberfläche darauf, die mit einem geeigneten Metall oder Hochtemperatur- Keramikmaterial beschichtet ist;
• Fig. 8 ein Schaubild, das die HF-Leistung eines dielektrischen Resonatorfilters, wie in Fig. 3 beschrieben, veranschaulicht, wo die Blöcke des Filters aus Saphir hergestellt sind;
• Fig. 9 ein Schaubild, das die HF-Leistung des dielektrischen Resonatorfilters von Fig. 3 veranschaulicht, wo die Blöcke des Filters aus "D4" hergestellt sind;
• Fig. 10a ein Schaubild, das die HF-Leistung des in Fig. 3 offenbarten dielektrischen Resonatorfilters vor Vibrationen zeigt;
• Fig. 10b ein Schaubild, das die HF-Leistung des in Fig. 3 offenbarten dielektrischen Resonatorfilters nach Vibrationen zeigt;
• Fig. 11 ein Schaubild, das die HF-Leistung eines dielektrischen Resonatorfilters zeigt, der in Fig. 3 dargestellt ist, wo die Verkürzungsplatten des Filters aus supraleitenden Hochtemperaturfilmen hergestellt sind, die auf einem dielektrischen Substrat abgeschieden wurden;
• Fig. 12 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines dielektrischen Resonatorfilters, der zwei Hohlräume mit zwei dielektrischen Resonatoren in jedem Hohlraum aufweist;
• Fig. 13 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines dielektrischen Resonatorfilters, der vier Hohlräume mit einem dielektrischen Resonator in jedem Hohlraum aufweist;
• Fig. 14 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines dielektrischen Resonatorfilters, der vier Hohlräume aufweist, wo zwei dielektrische Resonatoren in jedem Hohlraum angeordnet sind;
• Fig. 15 ein Schaubild, das die HF-Leistung eines achtpoligen Filters zeigt, das eine Verkürzungsplatte, wie in Fig. 6 beschrieben, aufweist; und
• Fig. 16 ein Schaubild, das die HF-Leistung eines achtpoligen Filters zeigt, das eine Verkürzungsplatte, wie in Fig. 7 beschrieben, aufweist, wobei das Filter bei Tieftemperaturen arbeitet.
• In Fig. 1 ist ein dielektrischer Resonator 2 gezeigt, der auf einer Stütze 4 in einem Hohlraum 6 angeordnet ist. Der Resonator 2 wird in einer Fläche z = 0 gestützt, in der das Tangentialfeld des HEE-, TEE- oder TME- Modus Null wird.
• In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, um die gleichen Komponenten zu beschreiben. Der dielektrische Resonator 2 ist jedoch hier an einem Boden 8 eines Hohlraums 10 befestigt. Der Boden 8 ist eine leitende Wand und bei völliger Leitfähigkeit würde sie die Resonanzfrequenzen der Modi nicht ändern. Folglich kann der leitende Boden 8 verwendet werden, um die Größe des Hohlraums 10 durch Entfernen der Stütze 4 von Fig. 1 zu verringern. Leider ist es schwierig, den dielektrischen Resonator 2 an dem leitenden Boden 8 anzubringen, da Klebstoffe und dergleichen die Schwingungen dämpfen können und auf diese Weise den Gütefaktor Q des Resonators 4 verringern. Es hat sich ebenfalls herausgestellt, daß der elektrische Kontakt zwischen dem dielektrischen Resonator 2 und dem leitenden Boden 8 durch die Wärmeausdehnung nachteilig beeinträchtigt wird, insbesondere da Klebstoffe und dergleichen für Rißbildung bei Tieftemperaturen anfällig sind. Außerdem wird von Natur aus ein kleiner Widerstand vorhanden sein, wenn die leitende Fläche oder der Boden 8 aus herkömmlichen Materialien gebildet ist. Jeder Betrag des Widerstandes wird ebenso den Gütefaktor Q verschlechtern. Es ist daher wichtig, eine Stütze für den Resonator zu konstruieren, welche den resonatorbelasteten Q maximiert, während mechanische Schwingungen ausgehalten und ebenfalls alle Wärmeanforderungen des Filters erfüllt werden.
• Für die Verwendung eines Filters bei Tieftemperaturen wird der belastete Q des Resonators durch Austauschen der leitenden Platte 8, die in Fig. 2 dargestellt ist, durch keramische Materialien, die bei Temperaturen des flüssigen Stickstoffes supraleitend werden, verbessert. Der Verlustfaktor der dielektrischen Resonatormaterialien verringert sich mit abnehmender Temperatur. Demzufolge ist es durch Kombinieren supraleitender Hochtemperaturmaterialien mit dielektrischen Resonatoren möglich, ein dielektrisches Resonatorfilter mit ausgezeichneter Verlustleistung für Tieftemperaturanwendungen zu schaffen.
• In der Regel weisen Mikrowellenhohlraumfilter Abstimmschrauben auf, die bei Temperaturen abgestimmt werden müssen, die sich denen annähern, bei denen das Filter schließlich eingesetzt wird. Als Folge davon müssen supraleitende Filter, die für Raumfahrtanwendungen bestimmt sind, bei Tieftemperaturen abgestimmt werden. Die Filter müssen jedoch, nachdem sie abgestimmt wurden, vor dem Einsatz gelagert werden. Am günstigsten wäre es, die Filter bei Raumtemperatur zu lagern, aber das große Zurückschwingen der Temperatur auf Raumtemperatur würde eine erhebliche Wärmeausdehnung verursachen. Mit supraleitenden Filtern des Standes der Technik ist die Wärmeausdehnung von Komponententeilen ungleichförmig und diese Filter verlieren ihre anfängliche Abstimmung, wenn sie sich auf Umgebungstemperaturen erwärmen. Aus diesem Grund müssen Wärmetauscher oder andere Mittel der Temperaturregelung verwendet werden, um die Filter des Standes der Technik bei Tieftemperaturen zu halten, nachdem die Filter abgestimmt wurden.
• Die einzigartige Filterstruktur der vorliegenden Erfindung fördert die gleichförmige Wärmeausdehnung, beseitigt dadurch die Notwendigkeit der Temperaturregelung. Die Filterstruktur der vorliegenden Erfindung bewahrt die Leistung wiederholbar, wenn sich die Temperatur von Tieftemperatur auf Raumtemperatur und anschließend wieder zurück auf Tieftemperatur ändert.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Hier weist ein dielektrisches Resonatorfilter 12 zwei Hohlräume 14, 16 auf, die durch eine Irisblende 18 getrennt sind, in der eine Öffnung 20 vorhanden ist. Die Irisblende 18 kann die Form eines rechteckigen Schlitzes, eines Kreuzschlitzes oder verschiedener anderer bekannter Formen aufweisen. Die veranschaulichte Öffnung ist nur teilweise dargestellt, sie ist aber eine kreuzförmige Öffnung. Das Filter 12 weist ein Gehäuse 22 auf, das einen Deckel 24 und zwei Endplatten 26 umfaßt. Das Gehäuse 22 kann aus allen bekannten metallischen Materialien, die für Wellenleitergehäuse geeignet sind, zum Beispiel aus Invar, hergestellt sein. Die Schrauben zum Befestigen des Deckels 24 und der Endplatten 26 am Gehäuse 22 sind nicht dargestellt. Das Filter weist einen Eingang 28 und einen Ausgang 30 auf, die beide beispielhaft als Mikrowellensonden dargestellt sind, welche entsprechend in den Bohrungen 32, 34 des Gehäuses 22 befestigt werden.
• Jeder Hohlraum 14, 16 enthält einen dielektrischen Block 36, welcher seinerseits einen dielektrischen Resonator 38 und eine Verkürzungsplatte 40 enthält, die daran angeschlossen sind. Der Block 36 weist eine Größe und Form auf, um den Hohlraum auszufüllen, in dem er angeordnet wird. Der Block 36 der vorliegenden Ausführungsform ist mit Ausnahme einer Aussparung 42, die einer Größe und Form jedes Resonators 38 und jeder Verkürzungsplatte 40 entspricht, massiv. Vorzugsweise paßt jeder Block 36 in den Hohlraum, in welchem er angeordnet wird, und der Resonator 38 und die Verkürzungsplatte 40 werden in einer fixierten Position anliegend ihrerseits innerhalb des Blockes 36 gehalten. Der dielektrische Block 36 kann handelsübliches Material der Reihe TRANS-TECH D- 450 mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 2,4 ppm/ºC sein. Andere Materialien sind jedoch auch geeignet, wie zum Beispiel Saphir mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 8,4 ppm/ºC oder Quarzeinkristall mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7,10 ppm/ºC parallel zur Z-Achse und 13,24 ppm/ºC senkrecht zur Z-Achse.
• Um die Leistung wiederholbar zu halten, wenn sich die Außentemperaturen von Tieftemperatur auf Raumtemperatur und anschließend zurück auf Tieftemperatur ändern, sollte der Wärmeausdehnungskoeffizient des dielektrischen Blockes 36 im Wesentlichen dem des Gehäuses 22 entsprechen. Hierdurch werden sich die Komponenten mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit ausdehnen und zusammenziehen, und dies wird die Wiederholbarkeit der Leistung sicherstellen, wenn sich die Umgebungstemperatur von Tieftemperaturen auf Raumtemperaturen (d. h. während des Versandes und der Lagerung) und anschließend zurück auf Tieftemperaturen (während des Testens und Betriebs) ändert. Die dielektrischen Resonatoren können aus handelsüblichem Material der Reihe Murata M mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7,0 ppm/ºC hergestellt sein. In einigen Filtern werden die dielektrischen Blöcke 36, das Gehäuse 22 und die dielektrischen Resonatoren 38 aus verschiedenen Materialien hergestellt, die im Wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Während es bevorzugt wird, die gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Resonatoren und den Blöcken zu haben, können die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Filter dielektrische Resonatoren mit einem im Wesentlichen von den dielektrischen Blöcken verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
• Die angepaßten Wärmeausdehnungskoeffizienten stellen die Wärmebeständigkeit in einem großen Temperaturbereich sicher. Während des Testens wurde ein Filter, wie in Fig. 3 beschrieben, zuerst bei Tieftemperatur abgestimmt. Das Filter wurde anschließend mehrere Male zwischen Tieftemperatur und Raumtemperatur erwärmt und abgekühlt. Es wurde keine Leistungsverschlechterung beobachtet, als das Filter bei Tieftemperaturen erneut getestet wurde. Nach der anfänglichen Abstimmung (sowie während des Versandes und der Lagerung) besteht nicht mehr die Notwendigkeit, einen Wärmetauscher oder Kühlmittel zu verwenden, um das Filter bei Tieftemperaturen zu halten. Das Filter der vorliegenden Erfindung bleibt ungeachtet der Schwankungen der Umgebungstemperatur stabil.
• Die Verkürzungsplatten 40 sind vorzugsweise mit einem nichtoxidierenden Metall hoher Leitfähigkeit, wie Gold oder einem supraleitenden Hochtemperaturmaterial, beschichtet. Die Rolle der Verkürzungsplatte 40 besteht darin, die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonatorelementes nach unten zu verschieben, wodurch die Verwendung es kleineren Resonators erlaubt wird. Außerdem beseitigt das bündige Befestigen die Notwendigkeit des Distanzstückes bzw. der Stütze 4 von Fig. 1, und dies trägt auch dazu bei, die Filtergröße zu verringern. Federringe (z. B. Tellerfedern) 44 werden verwendet, um die dielektrischen Resonatoren 38 und die Verkürzungsplatten 40 an ihrem Platz innerhalb des Stützblockes 36 zu stützen und zu halten. Die Federringe 44 werden zwischen den Endplatten 26 und den Verkürzungsplatten 40 eingesetzt, um die Verkürzungsplatte 40 in guten Kontakt mit dem Resonator 38 zu drücken. Hierdurch tragen die Federringe 44 dazu bei, einen starken und konstanten Druck zwischen den dielektrischen Resonatoren 38 und den Verkürzungsplatten 40 bereitzustellen. Der konstante Druck sorgt ungeachtet der großen Beträge der Wärmeausdehnung und des Wärmeschwundes, die auftreten können, für guten elektrischen Kontakt. Die Federringe 44 können aus einem beliebigen Metall oder anderen Material sein. Um jedoch die Verlustleistung zu verbessern, sollten die Federringe 44 mit einem Material hoher Leitfähigkeit, wie Silber, Gold oder Kupfer, überzogen sein. Silberüberzogene Edelstahlfederringe 44 erreichen gute Ergebnisse.
• Das Gehäuse 22 sowie der Block 36 enthalten geeignete Öffnungen 46, um die Abstimm- und Kopplungsschrauben 48, 50 aufzunehmen.
• Im Betrieb kann das Filter 12 in einem doppelten HE-Modus, um ein vierpoliges Doppelmodusverhalten zu verwirklichen, oder in einem TE- Modus, um ein zweipoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen, oder in einem TM-Modus, um ein zweipoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen, betrieben werden. Das in Fig. 3 dargestellte Filter 12 arbeitet in einem Doppelmodus. Die Energie wird in den Hohlraum 14 durch die Eingangssonde 28 gekoppelt. Die Energie wird zwischen den zwei Modi innerhalb des Hohlraums 14 durch die Kopplungsschraube 50 gekoppelt und wird durch die Öffnung 20 in den Hohlraum 16 gekoppelt. Die Energie innerhalb des Hohlraums 16 wird zwischen den beiden Modi durch die Kopplungsschraube 50 gekoppelt und verläßt den Hohlraum 16 durch den Ausgang 30. Es ist ersichtlich, dass die Blöcke 36 in der Größe und Form so sind, um im Wesentlichen jeden der Hohlräume 14, 16 auszufüllen.
• In Fig. 4 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Blockes 36 Von Fig. 3 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist der hohle Abschnitt 42 eine zylinderförmige Sektion, die so groß ist, um den Resonator 38 aufzunehmen, und eine viereckige Sektion daran angrenzend, die so groß und so geformt ist, um die Verkürzungsplatte 40 aufzunehmen, auf. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass der Resonator 38 und die Verkürzungsplatte 40 (in Fig. 4 nicht dargestellt) im eingesetzten Zustand anliegend innerhalb des ausgehöhlten Abschnittes 42 passen werden.
• In Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Blockes 52 dargestellt, der als eine Alternative zu dem Block 36 von Fig. 4 verwendet werden kann. Der Block 52 weist ein Inneres 54 auf, das so eine Größe und Form hat, um einen zylindrischen Resonator 38 (in Fig. 5 nicht dargestellt) und eine Verkürzungsplatte 40 (in Fig. 5 nicht dargestellt) aufzunehmen.
• Der Block 52 weist vier einander identische Füße 56 auf. Jeder Fuß 56 weist eine bogenförmige Innenfläche 58 auf. Der Resonator 36 liegt an diesen bogenförmigen Oberflächen 58 und an einem Boden 60 an, so dass der Resonator innerhalb des Blockes 52 anliegend gestützt wird. Die Verkürzungsplatte wird auf Ansätzen 62 von jedem der Füße 56 anliegend gestützt. Die Verkürzungsplatte wird ebenfalls auf den Ansätzen gestützt. Der Block 56 weist Öffnungen 46, 64 auf, um die Abstimm- und Kopplungsschrauben 48, 50 (in Fig. 5 nicht dargestellt) aufzunehmen. Die Öffnungen 46 können blind oder durchgehend sein. Die äußeren Abmessungen des Blockes 52 sind so gewählt, dass der Black anliegend in den Hohlraum paßt. Die inneren Abmessungen sind in den Hohlraum paßt. Die inneren Abmessungen sind so gewählt, dass der Resonator und die Verkürzungsplatte anliegend in den Block passen. Im Vergleich mit dem Block 36 wurde mit dem Block 52 Material weggenommen, um die Masse zu verringern und um die Verlustleistung zu verbessern.
• In Fig. 6 ist eine Verkürzungsplatte 40 dargestellt, die eine Oberfläche 66 aufweist, die den Resonator 38 (in Fig. 6 nicht dargestellt) berührt, wenn die Verkürzungsplatte und der Resonator innerhalb eines Blockes (nicht dargestellt) eingebaut sind. Die Kontaktoberfläche 66 ist mit Silber oder Gold überzogen, um die HF-Verluste zu verringern.
• In Fig. 7 weist in einer weiteren Ausführungsform eine Verkürzungsplatte 68 eine Kontaktoberfläche 70 auf, die eine aus Gold oder Silber hergestellte Dünnfilmschicht ist, die auf einem dielektrischen Substrat 72 abgeschieden wird. Die Verkürzungsplatten 40, 68, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, können in dem Filter 12 für Tieftemperaturanwendungen oder herkömmliche Raumtemperaturanwendungen verwendet werden. Für Tieftemperaturanwendungen kann die Dünnfilmschicht für die Kontaktoberfläche der Verkürzungsplatte aus keramischen Hochtemperaturmaterialien, wie Yttrium-Barium-Kupferoxid (YBCO) oder Thallium- Barium-Kupfer-Calciumoxid (TBCCO), hergestellt werden, die bei Tieftemperaturen (z. B. 77ºK oder niedriger) zu Supraleitern werden. Das dielektrische Substrat 72 kann aus Lanthanaluminat oder Saphir oder jedem anderen geeigneten dielektrischen Substratmaterial hergestellt werden.
• Wie vorhergehend erwähnt, besteht die Rolle der Verkürzungsplatte 40 darin, die Resonanzfrequenz des dielektrischen Resonators nach unten zu verschieben, da dies die Filtergröße verringert. Die Verkürzungsplatten 40 wirken wie Bildplatten und dies ist in der Grundidee dem dielektrischen Bildresonatormultiplexer ähnlich, der in dem US-Patent Nr. 4,881,051, das W. C. Tang et al. am 14. November 1989 erteilt wurde, offenbart ist.
• Eine wahre Bildplatte würde jedoch eine ganze Wand des Mikrowellenhohlraums (zum Beispiel wie in Fig. 2 der vorliegenden Patentanmeldung) bedecken und dies erlaubt wiederum, den Resonator 2 zu halbieren. Die Verkürzungsplatten 40 der vorliegenden Erfindung bedecken einen bedeutsamen Abschnitt einer Wand des Mikrowellenhohlraums. Sie können daher als Bildplatten, obgleich nicht als vollständige Bildplatten, wie oben beschrieben, betrachtet werden. Nichtsdestoweniger kann die Bildresonanz in sich ändernden Graden integriert werden, und dies ist für Ausführungsformen mit Einzel- und Doppelmodusfilter richtig.
• Die Verwendung von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien an Stelle von Gold oder Silber verbessert die Verlustleistung des dielektrischen Resonatorfilters für Tieftemperaturanwendungen bedeutsam. Es ist nicht notwendig, dass die Verkürzungsplatte eine viereckige Form aufweist. Die Verkürzungsplatte könnte rechteckig, kreisförmig oder von jeder anderen Form oder Größe sein, solange wie sie groß genug ist, um die kreisförmige Querschnittsform der dielektrischen Resonatoren zu bedecken. Die dielektrischen Blöcke könnten ebenfalls von jeder geeigneten Form sein, solange sie von der Größe und Form so sind, um innerhalb des Hohlraums anliegend zu passen, und weisen ein Inneres auf, das so groß und so geformt ist, um den dielektrischen Resonator und die Verkürzungsplatte sicher zu stützen. Zum Beispiel könnten die Blöcke eine zylindrische Form aufweisen und weiterhin in einem viereckigen oder rechteckigen Hohlraum verwendet werden, solange wie sie so groß sind, um in den Hohlraum anliegend zu passen. Weiterhin könnten die Blöcke, wenn der Hohlraum eine zylindrische Form hätte, eine viereckige, rechteckige Form oder eine zylindrische Form aufweisen, solange wie sie so eine Größe und Form hätten, um in den Hohlraum anliegend zu passen.
• Fig. 8 und 9 veranschaulichen den Einfügungsverlust und die Rückflußdämpfung eines Vierpolfilters, wie in Fig. 3 beschrieben, gemessen bei Raumtemperaturen. Die Ergebnisse in Fig. 8 wurden mit den Blöcken 36 erzielt, die aus Saphir hergestellt sind, während die in Fig. 9 mit den Blöcken 36 erzielt wurden, die aus "D4" hergestellt sind. Die Verkürzungsplatten 40, die sowohl für Fig. 8, als auch Fig. 9 verwendet werden, wurden aus silberbeschichtetem Invar hergestellt. Obgleich herkömmliche dielektrische Resonatoren so konstruiert sein können, um eine ähnliche HF-Leistung bereitzustellen, werden sie in Größe und Masse erheblich größer sein. Die Verringerung der Größe und der Masse von Filtern, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, kann, verglichen mit herkömmlichen dielektrischen Resonatorfiltern, über 50% betragen. Beim Vergleich mit dem planaren Doppelmodusfilterentwurf, der in dem US-Patent Nr. 4,652,843 beschrieben ist, wurden Größeneinsparungen von 80% und Masseeinsparungen von 50% erreicht.
• Bei Verwendung in der Raumfahrt muß das Filter starke mechanische Vibrationen aushalten können. Fig. 10a zeigt die Ergebnisse des Einfügungsverlustes und der Rückflußdämpfung eines Filters, das gemäß Fig. 3 aufgebaut ist, bevor es typischen Raumfahrtanwendungs- Vibrationspegeln ausgesetzt wird, und Fig. 10b zeigt die Ergebnisse des Einfügungsverlustes und der Rückflußdämpfung nach der Vibration. Es ist ersichtlich, dass die Ergebnisse in Fig. 10a und 10b im Wesentlichen die gleichen sind und dass folglich ein Filter, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut wird, fähig ist, den Raumfahrtanwendungs- Vibrationspegeln standzuhalten.
• Fig. 11 zeigt die Ergebnisse des Einfügungsverlustes und der Rückflußdämpfung eines vierpoligen Doppelmodusfilters, der gemäß Fig. 3 bei Tieftemperaturen aufgebaut ist. Die Verkürzungsplatte 40, die im Filter verwendet wird, war die in Fig. 7 beschriebene Platte 68 mit einer Dünnfilmschicht 70 aus Hochtemperatursupraleiter TBCCO, die das Substrat 72 bedeckt. Es ist ersichtlich, dass das Filter eine relativ schmale Bandbreite (dicht an 1%) aufweist und einen geringen Einfügungsverlust zeigt. Durch Vergleichen der Ergebnisse von Fig. 9 und 11 ist ersichtlich, dass die Verwendung von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien die Verlustleistung des Filters erheblich verbessert.
• In Fig. 12 ist ein dielektrisches Resonatorfilter 74 mit zwei Hohlräumen 76, 78 in einem Gehäuse 80 dargestellt. Es werden die gleichen Bezugszeichen für diese Komponenten in Fig. 12 verwendet, die die gleichen oder ähnlichen wie für die Komponenten des Filters 12 in Fig. 3 sind. Das Gehäuse 80 umfaßt eine Abdeckplatte 82 und zwei Endplatten 84. Die Hohlräume 76, 78 sind durch eine Irisblende 86 getrennt, die eine Öffnung 88 enthält. Genauso wie beim Filter 12 kann die Öffnung jede geeignete Form haben, aber die veranschaulichte Öffnung 88 ist von der Form ein Schlitz. Das Gehäuse 80, das die Abdeckung 82 und Endplatten 84 umfaßt, kann aus jedem geeigneten Metall, zum Beispiel Invar, hergestellt sein. Die Abdeckung 82 weist zwei Gewindebohrungen 89 für das Aufnehmen der Abstimmschrauben (nicht dargestellt) auf.
• Jeder der Hohlräume 76, 78 enthält einen dielektrischen Block 90, der zwei ausgehöhlte Abschnitte 42 aufweist. Jeder ausgehöhlte Abschnitt 42 nimmt einen Resonator 38 und eine Verkürzungsplatte 40 auf. Federn 44 stellen sicher, dass ein guter Kontakt zwischen der Verkürzungsplatte 40 und dem benachbarten Resonator 38 aufrechterhalten wird. Jeder Block 90 weist eine Bohrung 91 in einer oberen Fläche davon auf, um die Abstimmschraube (nicht dargestellt) aufzunehmen, die sich durch jede Bohrung 89 der Abdeckung 82 erstreckt. Die Blöcke 90 enthalten, wie das Filter 12, mehrere Öffnungen 46 zum Aufnehmen der Abstimmschrauben (nicht dargestellt) und der Kopplungsschrauben (nicht dargestellt). Die Abstimmschrauben treten in den Block 90 unter einem Winkel von 90º ein und die Kopplungsschrauben treten in den Block 90 unter einem Winkel von 45º ein. Das Filter 74 weist einen Eingang 28 und einen Ausgang 30 auf, die entsprechend in den Bohrungen 32, 34 im Hohlraum 78 befestigt werden. Der Eingang und der Ausgang sind Sonden. Kleine Bohrungen 92 auf dem Rand des Gehäuses 80, einschließlich der Abdeckung 82 und den Endplatten 84, sind so groß, um Schrauben (nicht dargestellt) aufzunehmen, so dass die verschiedenen Komponenten zusammengehalten werden können. Die Abstimm- und Kopplungsschrauben, falls vorhanden, wurden in Fig. 12 weggelassen, weil sich die Anzahl der Schrauben mit der Anzahl der Modi ändert, in denen das Filter betrieben werden soll, und die Lage der Schrauben dem Fachmann bekannt ist.
• Im Betrieb können die dielektrischen Resonatoren 38a, 38b, 38c und 38d in dem HE-Modus arbeiten, um ein achtpoliges Doppelmodusfilter zu verwirklichen oder entweder dem TE-Modus oder dem TM-Modus, um ein vierpoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen. Die Blöcke 90 stützen die Resonatoren 38a, 38b, 38c und 38d in einem Bodenabschnitt in jedem der Hohlräume 76, 78. Die ausgehöhlten Abschnitte 42 sind von der Größe und Form so, um die Resonatoren 38a, 38b, 38c und 38d und die Verkürzungsplatten 40 anliegend aufzunehmen. Die Kopplung zwischen den dielektrischen Resonatoren innerhalb des gleichen Hohlraums könnte durch Einstellen des Zwischenraums zwischen den Resonatoren geregelt werden, wird aber vorzugsweise unter Verwendung von Abstimmschrauben (nicht dargestellt) geregelt, die durch die Abdeckung 82 durch die Gewindebohrungen 89, eine Bohrung 89 für jeden Hohlraum, gesteckt werden. Die Bohrungen 89 werden an den Bohrungen 91 in den Blöcken 90 ausgerichtet. Die Kopplung zwischen den Resonatoren 38b und 38c von verschiedenen Hohlräumen 76, 78 entsprechend wird durch die Öffnung 88 erreicht. Die Energie tritt in den Resonator 38a des Hohlraums 76 und in 38b des Hohlraums 76 durch die Abstimmschraube (nicht dargestellt) in den Bohrungen 89, 91 des Hohlraums 76 ein. Die Energie wird von dem Resonator 38b an den Resonator 38c über die Öffnung 88 gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38c an den Resonator 38d innerhalb des Hohlraums 78 durch die Abstimmschraube (nicht dargestellt) in den Bohrungen 89, 91 des Hohlraums 78 gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38d aus dem Hohlraum 78 durch die Ausgangssonde 30 gekoppelt.
• In Fig. 13 ist ein dielektrisches Resonatorfilter 94 dargestellt, das vier Hohlräume 96, 98, 100, 102 und entsprechend vier dielektrische Resonatoren 38a, 38b, 38c und 38d aufweist. Die Komponenten des Filters 94, die die gleichen oder ähnlichen wie die des Filters 12 oder des Filters 74 sind, wurden unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben. Im Allgemeinen ist das Filter 94 dem Filter 12 mit der Ausnahme sehr ähnlich, dass das Filter 94 zwei Gehäuse 104, 1 O6 aufweist, die praktisch mit Ausnahme der Lage der Bohrungen 32, 34, welche die Eingangs- und Ausgangssonden 28, 30 entsprechend aufnehmen, identisch sind. Jedes der Gehäuse 104, 106 nutzt gemeinsame Endplatten 26 und nutzt eine gemeinsame Abdeckplatte 24. Die Hohlräume 96, 98 des Gehäuses 104 sind durch eine Irisblende 18 getrennt, die eine Öffnung 20 enthält. Die Hohlräume 100, 102 sind ebenfalls durch eine Irisblende 18 (nicht dargestellt) getrennt, die eine Öffnung (nicht dargestellt) enthält. Jeder der Hohlräume weist einen dielektrischen Block 36 mit einem ausgehöhlten Abschnitt 42, einer Verkürzungsplatte 40 und einer Feder 44 auf. Die Gehäuse 104, 106, der Deckel 24 und die Endplatten 26 weisen alle dünne Bohrungen 92 auf ihren Rändern auf, so dass sie unter Verwendung von Schrauben (nicht dargestellt) miteinander befestigt werden können. Die Abstimm- und Kopplungsschrauben wurden in den Zeichnungen aus den gleichen Gründen, wie für Fig. 12 angegeben, weggelassen.
• Im Betrieb können die dielektrischen Resonatoren 38a, 38b, 38c und 38d entweder in einem HE-Modus, TE-Modus oder TM-Modus arbeiten, um entweder ein achtpoliges Filter oder ein vierpoliges Filter, wie vorhergehend bezüglich des Filters 74 erörtert wurde, zu erreichen. Die in Fig. 13 dargestellte Ausführungsform ist wegen des Vorhandenseins von Öffnungen 46 unter einem Winkel von 45 für den Doppelmodusbetrieb aufgebaut, um Kopplungsschrauben aufzunehmen. Die Energie wird in den Hohlraum 96 durch die Eingangssonde 28 an den dielektrischen Resonator 38a gekoppelt. Die Energie wird zwischen den Resonatoren 38a und 38b durch die Öffnung 20 der Irisblende 18 gekoppelt, die in dem Gehäuse 104 angeordnet ist. Die Energie wird zwischen dem Resonator 38b und dem Resonator 38c durch einen Schlitz 108 in dem Deckel 24 gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38c an den Resonator 38d durch die Öffnung 20 gekoppelt, die in dem Gehäuse 106 angeordnet ist. Die Energie wird von dem Resonator 38d an den Ausgang durch die Ausgangssonde 30 gekoppelt. Die Öffnungen 20 sind kreuzförmig dargestellt, können aber jede geeignete Form aufweisen und können so angeordnet sein, um jede Filterausführung, wie zum Beispiel die Tschebyscheffsche, elliptische oder lineare Phasenfunktion bereitzustellen.
• Fig. 14 zeigt ein achtpoliges dielektrisches Einzelmodusresonatorfilter 110. Das Filter 110 weist acht dielektrische Resonatoren 38a, 38b, 38c, 38d, 38e, 38f, 38g, 38h auf und weist den allgemeinen Aufbau von zwei Filtern 74 auf, wie in Fig. 12 zusammengefaßt dargestellt ist. Die gleichen Bezugszeichen wurden für das Filter 110 für die Komponenten verwendet, die die gleichen oder ähnlichen wie die Komponenten sind, die im Filter 74 verwendet werden. Ein Gehäuse 112 weist zwei Hohlräume 114, 116 auf, die durch eine Irisblende 118 getrennt werden, in der eine Öffnung 120 enthalten ist. Die Gehäuse 112, 122 nutzen gemeinsam eine Abdeckplatte 124, die einen Schlitz 126 enthält, und nutzen gemeinsame Endplatten 84. Das Gehäuse 122 weist eine Irisblende 118 mit einer Öffnung 120 (in Fig. 14 nicht dargestellt) auf, wobei die Öffnung zwischen den Resonatoren 38b und 38c angeordnet wird. Die Abstimm- und Kopplungsschrauben wurden in den Zeichnungen aus den gleichen Gründen, wie für Fig. 12 angegeben, weggelassen. Das Filter 110 kann in einem Einzelmodus oder Doppelmodus betrieben werden. Bei Verwendung des Filters 110 als ein Einzelmodusfilter, wurden die Öffnungen 46, die sich in die Blöcke 90 unter einem Winkel von 45º erstrecken, weggelassen, weil Kopplungsschrauben nicht erforderlich sind. Im Betrieb wird die Energie in den Resonator 38a durch die Eingangssonde 28 gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38a an den Resonator 38b durch Regelung des Zwischenraums zwischen den Resonatoren gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38b an den Resonator 38c durch die Öffnung 120 (nicht dargestellt) in dem Gehäuse 122 gekoppelt. Die Energie wird zwischen dem Resonator 38c und dem Resonator 38d gekoppelt und wird durch Regelung des Zwischenraums zwischen diesen Resonatoren geregelt. Die Energie wird von dem Resonator 38d durch den Schlitz 126 an den Resonator 38e gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38e an den Resonator 38f durch den Zwischenraum zwischen diesen zwei Resonatoren gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38f durch die Öffnung 120 des Gehäuses 112 durch den Resonator 38g gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38g an den Resonator 38h durch Regelung des Zwischenraums zwischen diesen Resonatoren gekoppelt. Die Energie wird von dem Resonator 38h aus dem Filter durch die Ausgangssonde 30 gekoppelt. Die Kopplung zwischen benachbarten Resonatoren innerhalb des gleichen Blockes 90 kann alternativ unter Verwendung von Abstimmschrauben (nicht dargestellt) geregelt werden.
• Fig. 15 zeigt die gemessene Leistung des achtpoligen Filters, der gemäß dem in Fig. 13 dargestellten Filter 94 aufgebaut ist. Das Filter wurde unter Verwendung der Verkürzungsplatte aufgebaut, die in Fig. 6 dargestellt ist. In Fig. 16 wurde das gleiche Filter 94 mit der Ausnahme verwendet, dass die in Fig. 7 dargestellte Verkürzungsplatte durch die in Fig. 6 dargestellte Verkürzungsplatte ersetzt wurde und dass das Filter bei Tieftemperaturen betrieben wurde. Durch Vergleichen der Fig. 15 und 16 ist ersichtlich, dass die Einfügungsverlustleistung des Filters 94 erheblich verbessert wird, wenn das Filter bei Tieftemperaturen unter Verwendung von Hochtemperatur-Supraleitermaterialien für die Verkürzungsplatten 40 betrieben wird. Die in den Schaubildern dieser Patentanmeldung dargestellten Ergebnisse sind nur Beispiele.
• Während in den Zeichnungen verschiedene Ausführungen der Filter dargestellt sind, wird für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, daß andere Ausführungen ebenso gemäß den beigefügten Ansprüchen genutzt werden könnten. Zum Beispiel könnte ein Filter drei dielektrische Resonatoren aufweisen und könnte ein dreipoliges oder ein sechspoliges Filter sein, oder ein Filter könnte fünf, sechs oder sieben Resonatoren oder mehr als acht Resonatoren aufweisen. Das Filter kann entweder in einem Einzelmodus oder einem Doppelmodus betrieben werden. Ein Filter kann bei Umgebungstemperaturen betrieben werden oder das Filter kann unter Verwendung von Verkürzungsplatten, die darauf einen dünnen Film von Hochtemperatur-Supraleiterfilm aufweisen, bei Tieftemperaturen betrieben werden.
• Gemäß des oben beschriebenen Aufbaus ist es möglich, ein Filter durch sein Abstimmen bei Tieftemperaturen (annähernd denen, bei denen das Filter schließlich eingesetzt wird) zu verwenden und anschließend das Filter bei Raumtemperatur vor seinem Einsatz zu lagern. Dies ist für Satellitenanwendungen am günstigsten, da die Filter vom Hersteller abgestimmt werden können, lange bevor die Filter in Betrieb genommen werden. Die Wärmeausdehnung von Komponententeilen ist gleichförmig und das Filter verliert nicht seine anfängliche Abstimmung, wenn es sich bis auf Umgebungstemperaturen erwärmt. Die vorliegende Erfindung umfaßt ebenfalls das oben beschriebene Verfahren der Verwendung eines Filters durch: 1) Abstimmen bei Tieftemperatur; 2) Lagern bei Raumtemperatur; und 3) Einsetzen bei Tieftemperatur (im Weltraum).
• Verschiedene Änderungen des Aufbaus des Filters oder seines Einsatzverfahrens gemäß den beigefügten Ansprüchen sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Zum Beispiel können die Hohlräume eine zylindrische Form mit Blöcken aufweisen, die viereckig oder rechteckig bleiben, oder die Blöcke können eine zylindrische Form mit viereckigen, rechteckigen oder zylindrischen Hohlräumen aufweisen. Verschiedene Formen sind für die Blöcke geeignet.
• Indem nun ein detailliertes Beispiel und bestimmte Modifikationen vollständig beschrieben wurden, die die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Konzeption enthalten, werden dem Fachmann offenkundig verschiedene andere Modifikationen einfallen, nachdem er mit der zugrundeliegenden Konzeption vertraut ist. Obgleich die vorliegende Erfindung besonders für Tieftemperaturanwendungen geeignet ist, versteht es sich zum Beispiel, dass das Filter der vorliegenden Erfindung gleichermaßen gut für den Einsatz bei Raumtemperatur geeignet ist. Eine kleinere Größe und bessere Verlustleistung werden immer noch erreicht.

Claims (30)

1. Mikrowellenfilter, welches in Kombination aufweist:

(a) mindestens einen Hohlraum (14), der darin mindestens einen dielektrischen Resonator (38) aufweist;

(b) wobei der Hohlraum in mindestens einem Modus bei der Resonanzfrequenz des Hohlraums in Resonanz schwingt, wobei es eine entsprechende Abstimmschraube (48) für jeden Modus und für jeden Resonator innerhalb des Hohlraums, und eine Kopplungsschraube (50) für alle beide Modi gibt, die in dem Hohlraum gekoppelt sind;

(c) wobei das Filter einen Eingang (28) und einen Ausgang (30) aufweist und funktionsfähig daran angeschlossen ist;

(d) wobei das Filter gekennzeichnet ist durch mindestens einen dielektrischen Block (36), der in dem mindestens einen Hohlraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine dielektrische Resonator daran angeschlossen und in dem Block angeordnet ist, wobei der mindestens eine Resonator eine zugehörige Verkürzungsplatte (40) aufweist, die daran angeschlossen ist, wobei sich die Verkürzungsplatte innerhalb des Blockes befindet, wobei der Block eine Größe und Form bezüglich des Hohlraums derart aufweist, dass der Block innerhalb des Hohlraums fest sitzt, wobei der Block ein Inneres mit einer Größe und Form hat, um den dielektrischen Resonator und die Verkürzungsplatte innerhalb des Blockes in einer fixierten Position zu halten, wobei der Block geeignete Öffnungen aufweist, um die Abstimmschrauben und die Kopplungsschrauben aufzunehmen.

2. Filter nach Anspruch 1, bei dem der entsprechende Block (36) mindestens drei Kontaktbereiche mit dem entsprechenden Hohlraum aufweist.

3. Filter nach Anspruch 2, bei dem mindestens zwei dielektrische Resonatoren (38), die innerhalb eines Blockes getrennt sind, vorhanden sind, wobei jeder Resonator eine zugehörige Verkürzungsplatte (40) aufweist.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der entsprechende Block (36) eine Größe und Form hat, um den entsprechenden Hohlraum im Wesentlichen auszufüllen.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der entsprechende Block (36) eine Größe und Form aufweist, um den entsprechenden Hohlraum (14) im Wesentlichen auszufüllen, wobei der entsprechende Block ein fester Körper ist, abgesehen von einem ausgehöhlten Teilbereich (42), der einer Größe und Form jedes Resonators (38) und der zugehörigen Verkürzungsplatte (40), welche darin enthalten ist, entspricht, und abgesehen von Öffnungen, um die Abstimmschrauben (48) und alle Kopplungsschrauben (50) aufzunehmen.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem mindestens zwei Hohlräume (14, 16) vorhanden sind und mindestens einer der Hohlräume eine rechteckige Form aufweist, und der entsprechende Block (36) eine ähnliche rechteckige Form hat, welche einem Inneren des entsprechenden Hohlraums entspricht.

7. Filter nach Anspruch 1, bei dem jeder dielektrische Resonator (38) mit einer zugehörigen Verkürzungsplatte (40) unter Verwendung einer entsprechenden Feder in Kontakt gehalten wird.

8. Filter nach Anspruch 7, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte (40) ein metallisches Material umfasst.

9. Filter nach Anspruch 8, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte (40) supraleitende Hochtemperaturdünnschichten umfasst, die auf einem dielektrischen Substrat aufgebracht sind.

10. Filter nach Anspruch 8, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte (40) eine supraleitende Hochtemperaturdünnschicht umfasst, die auf einem dielektrischen Substrat aufgebracht ist.

11. Filter nach Anspruch 1, bei dem die dielektrischen Resonatoren (38) in einem Einzelmodus arbeiten, der aus der Gruppe eines TEE-Modus oder eines TME-Modus ausgewählt ist.

12. Filter nach Anspruch 1, bei dem die dielektrischen Resonatoren (38) in einem doppelten HEE-Modus arbeiten.

13. Filter nach einem der Ansprüche 3, 7 oder 9, bei dem zwei Hohlräume (76, 78) mit einem Block (90) in jedem Hohlraum vorhanden sind, wobei jeder Block zwei dielektrische Resonatoren (38) und entsprechende Verkürzungsplatten (40) enthält, wobei die dielektrischen Resonatoren in einem Modus betrieben werden, der ausgewählt ist aus der Gruppe eines HEE-Modus, um ein achtpoliges Doppelmodusfilter zu verwirklichen, eines TEE-Modus, um ein vierpoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen, und eines TME-Modus, um ein vierpoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen, wobei ausreichend Abstimmschrauben und Kopplungsschrauben, wie benötigt vorhanden sind, mit Mitteln, um die Kopplung zwischen den Resonatoren, die sich innerhalb des gleichen Blockes befinden, zu steuern, und einer Irisblende (86), welche eine Öffnung (88) aufweist, die sich zwischen den Hohlräumen befindet, um die Kopplung zwischen den Resonatoren in den verschiedenen Blöcken zu steuern, wobei die Blöcke Kanäle (46) aufweisen, um die Abstimmschrauben und die Kopplungsschrauben aufzunehmen.

14. Filter nach einer der Ansprüche 1 oder 2, bei dem vier Hohlräume (96, 98, 100, 102) vorhanden sind, wobei ein Block und ein entsprechender dielektrischen Resonator (38a, 38b, 38c, 38d) und die zugehörige Verkürzungsplatte (40)in jedem Block montiert sind, wobei zwei Irisblenden vorhanden sind, wobei jede Irisblende zwei Seiten aufweist, wobei sich die eine Irisblende (86) zwischen zwei der Hohlräume befindet, und sich die eine andere Irisblende zwischen dem anderen Hohlraum befindet, wobei jede Irisblende (86) eine Öffnung (88) aufweist mit einer Form, um die Kopplung zwischen den dielektrischen Resonatoren zu erlauben, die sich auf beiden Seiten der Irisblende befinden, wobei das Filter (94) in einem Modus betrieben wird, der ausgewählt ist aus der Gruppe eines HEE-Modus, um ein achtpoliges Doppelmodusfilter zu verwirklichen, eines TEE-Modus, um ein vierpoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen, und eines TME-Modus, um ein vierpoliges Einzelmodusfilter zu verwirklichen.

15. Filter nach einer der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem zwei Blöcke (36) vorhanden sind, wobei zwei dielektrische Resonatoren (38) in dem einem Block und drei dielektrische Resonatoren (38)in dem anderen Block montiert sind, wobei sich eine Irisblende zwischen den Blöcken befindet, wobei die Kopplung zwischen den Resonatoren in benachbarten Blöcken von einer Öffnung (88) gesteuert wird, die sich in der Irisblende (86) befindet, mit Mitteln, um die Kopplung zwischen den Resonatoren, die sich in dem gleichen Block befinden, zu steuern.

16. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem zwei Hohlräume vorhanden sind, wobei jeder Hohlraum (76, 78) zwei dielektrische Resonatoren (38) und zugehörige Verkürzungsplatten (40) enthält, die im jeweiligen Block jedes Hohlraums enthalten sind.

17. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 8, bei dem vier Hohlräume (96, 98, 100, 102) mit einem dielektrischen Resonator (38) und zugehöriger Verkürzungsplatte (40) in jedem entsprechenden Block vorhanden sind, wobei sich ein Block in jedem Hohlraum befindet.

18. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem vier Hohlräume mit zwei dielektrischen Resonatoren (38a, 38b) und zugehörigen Verkürzungsplatten (40) vorhanden sind, die sich in einem entsprechenden Block in jedem Hohlraum befinden, wobei ein Block in jedem Hohlraum vorhanden ist.

19. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die Blöcke (90) keramische Materialien mit niedrigem Verlustfaktor umfassen, die aus der Gruppe D4 und Saphir ausgewählt sind.

20. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte (68) ein dielektrisches Substrat (72) aufweist, wobei die zugehörige Verkürzungsplatte eine Kontaktoberfläche (70) aufweist, die mit einem dielektrischen Resonator in Kontakt ist, wobei die Oberfläche einen Überzug aus einem Material aufweist, das aus der Gruppe Silber, Gold und keramischen Hochtemperaturmaterialien ausgewählt ist.

21. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte eine Oberfläche (66) aufweist, die mit dem dielektrischen Resonator in Kontakt ist, wobei die Oberfläche eine Beschichtung aus einer dünnen Filmschicht aus einem Material aufweist, das aus der Gruppe Yttrium-Barium-Kupferoxid und Thallium-Barium-Kupfer-Calciumoxid ausgewählt ist.

22. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte ein dielektrisches Substrat (72) umfasst, das aus der Gruppe Lanthanaluminat und Saphir ausgewählt ist.

23. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der dielektrische Resonator (38) eine zylindrische Form aufweist und die zugehörige Verkürzungsplatte (40) eine Querschnittsgröße aufweist, die ausreichend ist, um einen Querschnittsbereich des Resonators abzudecken.

24. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die zugehörige Verkürzungsplatte (40) eine Oberfläche aufweist, die dem dielektrischen Resonator (38) benachbart ist, der eine Beschichtung aus einem supraleitenden Hochtemperaturfilm aufweist, so dass das Filter bei Tieftemperaturen betrieben werden kann.

25. Filter nach Anspruch 7, bei dem sich die Feder (44) für jede zugehörige Verkürzungsplatte (40) zwischen einer Hohlraumwand und der zugehörigen Verkürzungsplatte angeordnet ist, um die zugehörige Verkürzungsplatte gegen den entsprechenden Resonator zu drücken.

26. Filter nach Anspruch 2, bei dem der Block und das Gehäuse verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten vom Resonator aufweisen.

27. Filter nach Anspruch 2, bei dem der Block, das Gehäuse und der Resonator aus Materialien hergestellt sind, die im Wesentlichen gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.

28. Filter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem die entsprechenden Blöcke keramische Materialien umfassen.

29. Verfahren zum Betrieb eines Mikrowellenfilters, das mindestens einen Hohlraum (14) mit einem dielektrischen Block (36) darin aufweist, welcher Hohlraum mindestens einen dielektrischen Resonator (38) und eine zugehörige Verkürzungsplatte (40), die daran angeschlossen ist, aufweist, wobei der dielektrische Resonator und die zugehörige Verkürzungsplatte innerhalb des Blockes angeordnet sind, wobei der Block bezüglich des Hohlraums in Größe und Form so angepasst ist, dass der Block innerhalb des Hohlraums fest sitzt, wobei der Block ein Inneres aufweist, das in Größe und Form angepasst ist, um den dielektrischen Resonator und die zugehörige Verkürzungsplatte in einer fixierten Position zu halten, wobei der Hohlraum in mindestens einem Modus bei seiner Resonanzfrequenz schwingt, wobei ausreichend Abstimmschrauben und Kopplungsschrauben vorhanden sind, wobei das Filter einen Eingang (28) und Ausgang (30) aufweist, wobei der Block aus Materialien mit niedrigem Verlustfaktor hergestellt ist, wobei die zugehörige Verkürzungsplatte eine Oberfläche (66) aufweist, die zu dem Resonator benachbart ist, die mit keramischen Hochtemperaturmaterialien überzogen ist, die bei Tieftemperaturen supraleitend werden, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Absenkung der Temperatur der zugehörigen Verkürzungsplatte auf Tieftemperaturen, durch Abstimmen des Filters, durch Erhöhen der Temperatur der zugehörigen Verkürzungsplatte auf Raumtemperatur, durch Absenken der Temperatur der Verkürzungsplatte auf Tieftemperaturen beim Betrieb des Filters bei Tieftemperaturen.

30. Verfahren nach Ansprüch 29, nach dem das Filter betrieben wird, um ein Ergebnis zu verwirklichen, das aus der Gruppe der Tschebyscheff'schen, der elliptischen und der linearen Phasenfunktionen ausgewählt ist.