DE2557809B2 - H DEEP 111 DUAL CIRCULAR FILTER WITH DAMPING POLE ABOVE OR BELOW THE PASSAGE AREA - Google Patents
H DEEP 111 DUAL CIRCULAR FILTER WITH DAMPING POLE ABOVE OR BELOW THE PASSAGE AREAInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Hni-Rundhohlleiterresonator, dessen orthogonale Moden durch ein vorzugsweise in Form eines schraubenförmigen Bolzens ausgebildetes Koppelelement (Koppelschraube) miteinander verkoppelt sind und der mit zwei Koppelpunkten für die Zuführung und die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist.The invention relates to a filter for very short electromagnetic waves, consisting of a Hni circular waveguide resonator, its orthogonal modes by means of a coupling element (coupling screw), preferably in the form of a helical bolt are coupled with each other and with two coupling points for the supply and the removal of the electromagnetic energy is provided.
Mikrowellenbandfilter unter Verwendung von Hohlraumresonatoren, in denen mehrere Eigenschwingungen in einem Hohlraum auftreten, haben in neuerer 2Ieit unter anderem insofern eine große praktische Bedeutung erlangt, als sie den in der Filterwirkung, d. h. hinsichtlich der Durchlaßkurve gleichwertigen, jedoch aus mehreren Einzelhohlräumen bestehenden und jeweils nur eine Schwingungsform ausnützenden konventionellen Mikrowellenbandfiltern vor allem in der Raum-, Gewichts- und Materialersparnis erheblich überlegen sind. Dies spielt vor allem für den Einsatz von Mikrowellenbandfiltern in der Satellitentechnik eine große Rolle.Microwave band filters using cavity resonators in which several natural oscillations occur in a cavity have recently, inter alia, of great practical importance attained when it is the one in the filter effect, d. H. equivalent in terms of the transmission curve, however Conventional ones consisting of several individual cavities and each utilizing only one waveform Microwave band filters, especially in terms of space, weight and material savings are superior. This is particularly important for the use of microwave band filters in satellite technology major role.
Für bestimmte extreme Forderungen hinsichtlich der Sperrdämpfung in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches kann es notwendig sein, Dämpfungspole im Sperrbereich des Filters zu erzeugen. Aus dem Aufsatz von H. j. Butterweck, Institut für Hochfrequenztechnik der TH, Aachen, »Mikrowellenbandfilter unter Verwendung mehrerer Eigenschwingungen in einem Hohlraum«, veröffentlicht in »NTF«, 1961, Band 23, Seiten 46 bis 52, ist beispielsweise ein zweikreisiges Hohlraumbandfilter mit Dämpfungspolen bekanntgeworden, bei dem von einer zweifach entarteten E2io-Schwingung im Kreiszylinder Gebrauch gemacht wird. Die Erzeugung von Dämpfungspolen wird bei diesem Filter durch eine zusätzliche direkte kapazitive Kopplung infolge einer besonderen Ausbildung der Ankoppelsonden vorgenommen. Da bei dieser Anordnung zwei Dämpfuiigspole - einer oberhalb, der andere unterhalb des Durchlaßbereiches - erzeugt werden, ist die Sperrdämpfung wesentlich kleiner als bei einer Anordnung, die nur einen Dämpfungspol auf einer Seite des Durchlaßbereiches erzeugt. Ein Nachteil dieses Hohlraumbandfilters ist außerdem in dem relativ aufwendigen konstruktiven Aufbau, insbesondere der komplizierte.i Ausbildung der Ankoppelsonden, zu sehen.For certain extreme requirements with regard to blocking attenuation in the immediate vicinity of the pass band, it may be necessary to generate attenuation poles in the blocking area of the filter. From the essay by H. j. Butterweck, Institute for High Frequency Technology of the TH, Aachen, "Microwave band filter using multiple natural oscillations in a cavity", published in "NTF", 1961, Volume 23, pages 46 to 52, for example, a two-circuit cavity band filter with damping poles has become known, in which one doubly degenerate E 2 io oscillation is made use of in the circular cylinder. The generation of attenuation poles is carried out in this filter by an additional direct capacitive coupling due to a special design of the coupling probes. Since two damping poles - one above and the other below the passband - are generated in this arrangement, the blocking attenuation is significantly smaller than in an arrangement which produces only one attenuation pole on one side of the passband. A disadvantage of this cavity band filter is also to be seen in the relatively complex construction, in particular the complicated design of the coupling probes.
Weiterhin sind im Dual-Mode betriebene Hin-Rundhohlleiterresonatoren bekannt, bei denen der Eingang im rechten Winkel zum Ausgang angeordnet ist und die beiden orthogonalen Moden durch eine feldverzerrende Querschnittsverformung des Resonators, z. B. in Form eines schraubenförmigen Bolzens, miteinander verkoppelt sind. Ein solcher Resonator verhält sich bekanntlich wie ein unversteuertes Zweikreisbandfilter und ergibt für viele Anwendungsfälle einen unzureichenden Dämpfungsanstieg am Rande des Durchlaßbereiches. Furthermore, H in -Rundhohlleiterresonatoren operated in dual mode are known in which the input is arranged at right angles to the output and the two orthogonal modes by a field-distorting cross-sectional deformation of the resonator, z. B. in the form of a helical bolt, are coupled together. As is well known, such a resonator behaves like an uncontrolled two-circuit band filter and, for many applications, results in an insufficient increase in attenuation at the edge of the pass band.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen. Insbesondere soll der Aufbau eines schmalen Bandfilters für hohe Frequenzen mit einem Dämpfungspoi für besonders hohe Sperrdämpfungsanforderungen auf einer Seite des Durchlaßbereiches angegeben werden, das sich unter Ausnutzung einer Ηπι-Schwingung durch eine besonders geringe Verlustdämpfung im Durchlaßbereich auszeichnen soll.The invention is based on the problem of solving the difficulties outlined above in a proportionate manner easy way to remedy. In particular, the construction of a narrow band filter for high Frequencies with a damping poi for particularly high blocking damping requirements on one side of the Passband are specified, which is made using a Ηπι oscillation by a particularly should be characterized by low loss attenuation in the pass band.
Ausgehend von einem Filter für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Hui-Rundhohlleiterresonator, dessen orthogonale Moden durch ein vorzugsweise in Form eines schraubenförmigen Bolzens ausgebildetes Koppelelement (Kcppelschraube) miteinander verkoppelt sind und der mit zwei Koppelpunkten für die Zuführung und die Abnahme der elektromagnetischen Energie versehen ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Winkel zwischen den Koppelpunkten sich um wenigstens 5° von einem rechten Winkel unterscheidet.Based on a filter for very short electromagnetic waves, consisting of a Hui circular waveguide resonator, its orthogonal modes through a coupling element (Kcppelscrew), preferably in the form of a helical bolt are coupled with each other and with two coupling points for the supply and the removal of the Electromagnetic energy is provided, this object is achieved according to the invention in that the The angle between the coupling points differs from a right angle by at least 5 °.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Verändern des 90°-Winkels zwischen Eingang und Ausgang des Resonators eine zusätzliche Kopplung zwischen dem Eingang und dem zweiten Mode bzw. zwischen dem Ausgang und dem ersten Mode bewirkt und dadurch ein Dämpfungspol in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches erzeugt wird.The invention is based on the knowledge that by changing the 90 ° angle between input and output of the resonator an additional coupling between the input and the second mode or causes between the output and the first mode and thereby a pole of attenuation in the immediate vicinity of the pass band is generated.
Vorteilhaft im Vergleich zu bekannten Filtern dieser Art mit zusätzlichen Dämpfungspolen ist die besondere Einfachheit des mechanischen Aufbaus, der sich hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes nicht von üblichen, als Rundhohlleiterresonator ausgeführten unversteuerten Zweikreisbandfiltern unterscheidet.The special one is advantageous compared to known filters of this type with additional attenuation poles Simplicity of the mechanical structure, which does not differ in terms of the design effort common, untaxed dual-circuit band filters designed as a circular waveguide resonator.
Günstig zur Erzeugung eines Dämpfungspoles oberhalb des Durchlaßbereiches ist es, den Winkel zwischen den Koppelpunkten zwischen 50° und 85° zu wählen und die Koppelschrauben zwischen den Koppelpunkten und im Winkel von etwa 45° von einem der Koppelpunkte, im Ort des elektrischen Feldstärkemaximums und damit der maximalen Koppelwii kungIt is beneficial to generate a damping pole above the pass band to adjust the angle to choose between the coupling points between 50 ° and 85 ° and the coupling screws between the Crosspoints and at an angle of about 45 ° from one of the crosspoints, in the location of the maximum electric field strength and thus the maximum coupling force
anzuordnen. Die gleiche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn die Koppelschraube in einem, zu dem zwischen den Koppelpunkten liegenden Bereich diametral gegenüberliegenden weiteren Bereich, ebenfalls vorzugsweise im Ort des elektrischen Feldstärkemaximums, vorgesehen ist.to arrange. The same effect can also be achieved if the coupling screw is in one to the Another area lying diametrically opposite between the coupling points, likewise is preferably provided in the location of the maximum electric field strength.
Zur Erzeugung eines Dämpfungspoles unterhalb des Durchlaßbereiches ist es vorteilhaft, die Koppelschraube in einem zu dem zwischen den Koppelpunkten liegenden Bereich von 50° bis 85° um 90° versetzten ι ο weiteren Bereich, vorzugsweise im Winkel von 45°, zu einem der Koppelpunkte anzuordnen.To generate a damping pole below the transmission range, it is advantageous to use the coupling screw in a range from 50 ° to 85 ° offset by 90 ° to the area between the coupling points ι ο further area, preferably at an angle of 45 °, to one of the coupling points.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Winke! zwischen den Koppelpunkten im Bereich zwischen 95° und 175° zu wählen. Es entstehen auch bei dieser Anordnung entsprechend der Lage dei Koppelschraube Pole unterhalb bzw. oberhalb des Durchlaßbereiches.Furthermore there is the possibility of the wink! between the crosspoints in the range between 95 ° and 175 ° to choose. With this arrangement, too, the coupling screw is created according to the position Poles below or above the pass band.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary embodiments.
In der Fig. 1 ist ein Hm-Rundhohlleiterresonator perspektivisch dargestellt, bei dem die Abweichung Φ des Winkels zwischen den Koppelpunkten von einem rechten Winkel etwa 20° beträgt. Der Resonator ist mit einem Eingang t, einem Ausgang 2 und mit einer gegenüber dem Ausgang 2 um etwa 45° versetzt angeordneten Koppelschraube 3 versehen.In Fig. 1, a Hm round waveguide resonator is shown in perspective, in which the deviation Φ of the angle between the coupling points from a right angle is about 20 °. The resonator is provided with an input t, an output 2 and a coupling screw 3 which is offset from the output 2 by approximately 45 °.
In F i g. 2 ist der Resonator nach F i g. 1 schsmatisch im Querschnitt dargestellt. Dabei ist der Winkel Φ entsprechend der im vorstehenden getroffenen Festlegung als Differenz des zwischen den Koppelpunkten 1 und 2 auftretenden Winkels und eines rechten Winkels eingetragen. Der so aufgebaute Hui-Rundhohlleiterresonator verhält sich wie ein versteuertes Zweikreisbandfilter mit einem Dämpfungspol oberhalb, in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches. Der Abstand des Dämpfungspols von der Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches beträgt dabei nur wenige Promille.In Fig. 2 is the resonator according to FIG. 1 schsmatic shown in cross section. The angle Φ is in accordance with the definition made above as the difference between the angle occurring between the coupling points 1 and 2 and a right angle registered. The Hui circular waveguide resonator constructed in this way behaves like a taxed two-circuit band filter with a pole of attenuation above, in in the immediate vicinity of the pass band. The distance of the attenuation pole from the center frequency of the Pass range is only a few parts per thousand.
In F i g. 3 ist ein als überbrücktes T-Glied aufgebautes elektrisches Ersatzschaltbild für den Resonator nach den F i g. 1 und 2 dargestellt. Es enthält im Eingangslängszweig eine Kapazität Gn, in den anschließenden Querzweigen zwei über eine Längszweiginduktivität L gekoppelte Parallelresonanzkreise und im Ausgangslängszweig eine weitere Kapazität. Der den Eingangslängszweig und die Längszweiginduktivität L überbrükkende Überbrückungszweig enthält eine Kapazität Q0. Da elektrische Felder miteinander verkoppelt werden, müßte das Koppelelement zwischen den beiden Parallelresonanzkreisen im Fall von F i g. 1 bis 3 exakt als negative Kapazität bezeichnet werden. Wegen der größeren Anschaulichkeit wird dieses Element imIn Fig. 3 is an electrical equivalent circuit, constructed as a bridged T element, for the resonator according to FIGS. 1 and 2 shown. It contains a capacitance Gn in the input longitudinal branch, two parallel resonance circuits coupled via a series branch inductance L in the subsequent shunt branches and a further capacitance in the output longitudinal branch. The bridging branch bridging the input longitudinal branch and the series branch inductance L contains a capacitance Q 0 . Since electric fields are coupled to one another, the coupling element between the two parallel resonance circuits would have to be in the case of FIG. 1 to 3 can be referred to exactly as negative capacitance. For greater clarity, this element is used in the
Ersatzschaltbild wie eine Längszweiginduktivität behandelt. Equivalent circuit treated like a series branch inductance.
Der Zusammenhang zwischen dem Winkel Φ nach F i g. 2 und dem Ersatzschaltbild ist durch die GleichungThe relationship between the angle Φ according to F i g. 2 and the equivalent circuit is given by the equation
tan Φ = tan Φ =
--02--02
gegeben, aus der entsprechend den Filteranforderungen und den sich daraus ergebenden Elemernewerten des Ersatzschaltbildes die erforderliche Winkelabweichung Φ von 90° ermittelt werden kann. given, from which the required angular deviation Φ of 90 ° can be determined in accordance with the filter requirements and the resulting element values of the equivalent circuit diagram.
In der Fig.4 ist ein weiterer Hui-Rundhohlleiierresonator perspektivisch dargestellt, der sich hinsichtlich des konstruktiven Aufbaues von dem Resonator nach den F i g. 1 und 2 lediglich dadurch unterscheidet, daß die Koppelschraube 3 um 90° versetzt angeordnet ist.In the Fig.4 is another Hui-Rundhohlleiierresonator shown in perspective, which in terms of the structural design of the resonator according to the F i g. 1 and 2 differ only in that the coupling screw 3 is arranged offset by 90 °.
F i g. 5 zeigt einen Querschnitt des Resonators nach F i g. 4 und unterscheidet, sich von der Darstellung nach F i g. 2 sinngemäß ebenfalls nur in der um 90° versetzten Anordnung der Koppel schraube 3. Dieser Hn !-Rundhohlleiterresonator verhält sich wie ein versteuertes Zweikreisfilter mit einem Dämpfungspol unterhalb, in unmittelbarer Nähe des Durchlaßbereiches.F i g. 5 shows a cross section of the resonator according to FIG. 4 and differs from the illustration according to F i g. 2 accordingly only in the 90 ° offset arrangement of the coupling screw 3. This Hn! -Round waveguide resonator behaves like a taxed two-circuit filter with a pole of attenuation below, in in the immediate vicinity of the pass band.
In F i g. 6 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild für den Resonator nach den Fig.4 und 5 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem Ersatzschaltbild der F i g. 3 dadurch, daß die Längszweiginduktivität L durch eine Längszweigkapazität C ersetzt ist. Es gilt auch für diesen Resonator die BeziehungIn Fig. 6 shows an electrical equivalent circuit diagram for the resonator according to FIGS. 4 and 5. It differs from the equivalent circuit diagram in FIG. 3 in that the series branch inductance L is replaced by a series branch capacitance C. The relationship also applies to this resonator
tan Φ =tan Φ =
-02-02
aus der entsprechend den Filteranforderungen die erforderliche Winkelabweichung Φ von 90° ermittelt werden kann.from which the required angular deviation Φ of 90 ° is determined in accordance with the filter requirements can be.
Die Fig.7 enthält eine Gegenüberstellung einer Dämpfungskurve' t eines Resonators mit einem Pol unterhalb des Durchlaßbereiches nach den F i g. 4 und 5 und einer Dämpfungskurve 2 eJnes bekannten zweikreisigen Hohlraumbandfilters mit je einem Dämpfungspol unter- und oberhalb des Durchlaßbereiches. Es läßt sich aus dieser Darstellung, bei der die Durchlaßbereiche in ihrer Lage übereinstimmen, unschwer erkennen, daß der Dämpfungsanstieg für den erfindungsgemäßen Resonator an seinem, dem Dämpfungspol benachbarten Rand des Durchlaßbereiches wesentlich steiler und die Poldämpfung größer ist als beim einen Resonator mit zwei Dämpfungspolen.7 contains a comparison of a damping curve 't of a resonator with one pole below the pass band according to FIGS. 4 and 5 and a damping curve 2 eJnes known two-circle Cavity band filter with one attenuation pole each below and above the transmission range. It can be from this representation, in which the passbands match in their position, it is easy to see that the Attenuation increase for the resonator according to the invention at its edge adjacent to the attenuation pole of the pass band is much steeper and the pole attenuation is greater than with a resonator two damping poles.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (6)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4014541A1 (en) * | 1990-05-07 | 1991-11-14 | Ant Nachrichtentech | Microwave filter with cavity resonator(s) - has input and output coupling for simultaneous handling of several resonance modes |
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| US6297715B1 (en) * | 1999-03-27 | 2001-10-02 | Space Systems/Loral, Inc. | General response dual-mode, dielectric resonator loaded cavity filter |
-
1975
- 1975-12-22 DE DE19752557809 patent/DE2557809B2/en active Granted
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