Bandsperre für kurze elektromagnetische Wellen mit Leitungselementen

Abstract

 Im Frequenzbereich der kurzen elektromagnetischen Wellen sind Bandsperren erforderlich, die bei einem möglichst geringen Volumen möglichst gute elektrische Werte haben. Angegeben werden Schaltungen, bei denen die einzelnen Re­sonatoren (LS) über Koppelleitungen (LK2,LK3) verbunden sind, deren Län­gen erheblich vom Wert λ/4 abweichen. Wellenwiderstands­sprünge sind zur einfachen Herstellung nur in der Ein­gangs- und in der Ausgangsleitung (1,2) vorgesehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Bandsperre gemäß dem Oberbe­griff des Patentanspruches.

[0002] Bandsperren der vorgenannten Art sind dem Grundkonzept nach aus der US-PS 4 449 108 bekannt. Bei den dort be­schriebenen Bandsperren werden die Längen der Koppellei­tungsabschnitte abweichend vom Wert λ/4 gewählt, um mit dieser Maßnahme die Sperrdämpfung der Bandsperre zu ver­bessern. Es werden bei dieser Lösung jedoch wenigstens drei Sperrkreise benötigt und es ist die Ausgestaltung der Bandsperre so vorgenommen, daß am Eingang und am Aus­gang ein Sperrkreis anliegt.

[0003] Bekanntlich wird bei Bandsperren im allgemeinen für einen begrenzten Frequenzbereich eine möglichst hohe Sperrdämp­fung gewünscht und für einen weiteren Frequenzbereich eine möglichst geringe Durchlaßdämpfung gefordert, was gleichbedeutend mit einer hohen Echodämpfung ist, während im restlichen Frequenzbereich in der Regel keine speziel­len Anforderungen bestehen. Das Erfüllen der Echodämpfung­forderung stellt bekanntlich ein besonderes technisches Problem dar. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, daß der sogenannte klassische Filterentwurf neben dem ge­wünschten Sperrbereich im restlichen Frequenzbereich einen einheitlichen Durchlaßbereich ergibt. Bei einer Realisierung der Sperrenschaltung aus Leitungselementen ergeben sich aufgrund der Leitungscharakteristik weitere Sperrbereiche bei ungeradzahligen Vielfachen der Sperr­bereichsmittenfrequenz. Zwischen den Sperrbereichen lie­gen Durchlaßbereiche mit gleich großem Dämpfungsrippel, wie dies beispielsweise aus dem Buch von Matthaei, Young, Jones "Design of Microware Filters Impedance-Matching Networks and Coupling Structures" (McGraw-Hill, New York 1964) und dort insbesondere Seite 758 bekannt ist. Die in diesem Zusammenhang bekannten Bandsperren aus Lei­tungselementen bestehen aus Sperrkreisen, die mit Kop­pelleitungen der Länge λ/4 oder ungeradzahligen Vielfa­chen davon versehen sind, wobei λ die Wellenlänge einer im Sperrbereich liegenden Frequenz ist. Wenn man solche Bandsperren aus Leitungselementen gemäß ihrem elektri­schen Ersatzschaltbild aufbaut, die Sperrkreise können auch aus konzentrierten Schaltelementen aufgebaut sein, dann ergeben sich bei einer Reihe von Syntheseverfahren, insbesondere für breitbandige Sperren Leitungsstücke mit unterschiedlichen Wellenwiderständen für die Koppeleitun­gen. Dies führt zu einer komplizierten Realisierung, weil gestufte Übertragungsleitungen verwendet werden müssen. Die Sprünge erschweren nämlich die Herstellung und die Beherrschung der Störreaktanzen.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Realisierungs­möglichkeiten von Bandsperren aus Leitungselementen anzu­geben, bei denen in den Koppelleitungsabschnitten Wellen­widerstandssprünge nicht mehr erforderlich sind. Es wird dadurch erreicht, die Echodämpfung zu optimieren.

[0005] Anhand eines Ausführungsbeispieles wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.

[0006] Es zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 das elektrische Ersatzschaltbild einer Bandsperre aus Leitungselementen,

Fig. 2a Analysekurven für die Echodämpfung AE in Abhängig­keit von der Frequenz f zwischen 8 und 13 GHz,

Fig. 2b Analysekurven für die Betriebsdämpfung AE in Ab­hängigkeit von der Frequenz f zwischen 13 und 14,6 GHz,

Fig. 3a, 3b, 3c die Realisierung einer vierkreisigen Bandsperre aus Leitungselementen, insbesondere zeigt Fig. 3b einen Schnitt von Fig. 3a entlang der Schnittlinie A-B und weiterhin zeigt Fig. 3c einen Schnitt von Fig. 3a entlang der Schnittli­nie E-F.

[0007] In Fig. 1 ist das allgemeine elektrische Ersatzschaltbild einer Bandsperre aus Leitungselementen dargestellt. Zwi­schen den ein- und ausgangsseitigen Abschlußwiderständen Z_A liegen die einzelnen Leitungselemente. Es folgt also dem eingangsseitigen Widerstand Z_A eine Leitung der Län­ge lK1 mit dem Wellenwiderstand ZK1. Nach dieser Koppel­leitung ist ein Leitungselement, z.B. in Form eines Reso­nators, mit der Leitungslänge lS1 und dem Wellenwider­stand ZS1 parallel angeschaltet. Im Verlauf der Gesamt­schaltung folgen dann in Kette nachgeschaltet weitere Koppelleitungen, wie dies auch durch die gestrichelten Linien angedeutet ist. Das letzte Blindwiderstandselement ist durch eine kurzgeschlossene Leitung der Länge lSn und des Wellenwiderstandes ZSn kenntlich gemacht, an den sich wiederum der letzte Koppelleitungsabschnitt mit der Länge lK, n+1 anschließt. Danach folgt der Abschlußwiderstand Z_A.

[0008] Die Berechnung solcher Schaltungen kann beispielsweise nach dem Buch von Matthaei, Young, Jonas "Design of Mi­crowaves Filters Impedance-Matching Networks and Coupling Structures" (McGraw-Hill, New York 1964) erfolgen, wobei insbesondere auf die Seiten 733 bis 737 und die Seiten 757 bis 759 verwiesen sei. Dort ist im einzelnen eine näherungsweise Berechnung mit einem schmalen Sperrbereich und eine genaue Berechnung für Filter mit breiten und schmalen Sperrbereich dargestellt. Tabelle A läßt in den Spalten I, II und III folgendes erkennen. Die Spalten I und II bringen die Werte für die Übertragungsleitung (lk1′-...) und für die Sperrkreise (lS1′-...) und die jeweiligen Wellenwiderstände ZK1′-ZK5′ der Übertragungs­leitungen und die Wellenwiderstände der Sperrkreise Zs1′-Zs4′ bei einem klassischen Entwurf für eine Echo­dämpfung AE=30dB und AE=60dB. In Spalte III sind die entsprechenden Werte zu erkennen, wenn bei der Reali­sierung der Bandsperre nur Wellenwiderstandssprünge (Zk-Sprünge) vorgenommen werden. Die Erfindung löst nun das technische Problem in der Weise, daß nur am Ein- und Ausgang einer mindestens zweikreisigen Bandsperre ein Wellenwiderstandssprung vorliegt und die Längen der Ein­koppel-und Koppelleitungsabschnitte vom Wert λ/4 erheb­lich abweicht. In bekannter Weise können auch Leitungen der Länge λ/2 zugeschaltet werden.

[0009] Für das gezeigte Beispiel ist dies in Spalte IV von Ta­belle A zu erkennen.

[0010] Mit Hilfe von Analyse- bzw. Optimierungsprogrammen können der Wellenwiderstandssprung und die Längen bestimmt wer­den, bei denen sich ein gewünschter Verlauf der Echodämp­fung einstellt.

[0011] Die Analysekurven in den Fig. 2a und 2b zeigen den Ge­winn an Echodämpfung und die Veränderung der Sperrdämp­fung bei einer vierkreisigen Bandsperre. Die gestrichel­ten Kurven I und II zeigen dabei den Verlauf nach dem klassischen Filterentwurf, die gepunktete Kurve III zeigt den Verlauf, wenn nur Zk-Sprünge vorgenommen werden und die ausgezogene Kurve IV zeigt, wenn nur ein Zk-Sprung vorgenommen wird, wobei die Leitungslänge Lk gestuft ist.

[0012] Ein vierkreisiges Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Leitungselementen ist in Fig. 3a, 3b und 3c ange­zeigt. Für die dargestellte Bandsperre sind wiederum die einzelnen Längen der Koppelleitungen lK1, lK2, lK3, lK2 und schließlich lK1 zu erkennen. Die Sperrkreise sind ebenso wie in der Tabelle A mit lS bezeichnet. Durch die dargestellten Schnittzeichnungen in den Fig. 3b und 3c als Schnitt A-B bzw. als Schnitt E-F ist auch die kon­struktive Ausgestaltung der Bandsperre erkennbar. In den Koppelleitungen ist ein Wellenwiderstandssprung also nicht mehr erforderlich, während nur am Eingang 1 und am Ausgang 2 die Leitungen breiter werden und dort sich also der Wellenwiderstand ändert. Die Leitungslängen lK wei­chen erheblich vom Wert λ/4 ab, wie dies in Spalte IV von Tabelle A erkennbar ist.

[0013] Die beschriebene Bandsperre hat den Vorteil, daß sich bei einer verhältnismäßig raumsparenden und einfachen Herstellung auch eine ausreichend große Fertigungsge­nauigkeit erreichen läßt.

Ansprüche

Bandsperre für kurze elektromagnetische Wellen mit Lei­tungselementen, bestehend aus wenigstens zwei Resonato­ren, einer Eingangs- und einer Ausgangsleitung, bei der die einzelnen Resonatoren über Koppelleitungen miteinan­der verbunden sind, die eine von λ/4 abweichende elek­trische Länge haben, wenn λ die Wellenlänge einer im Sperrbereich liegenden Frequenz ist,
dadurch gekennzeichnet , daß Wellenwiderstandssprünge nur in der Eingangs- und in der Ausgangsleitung vorgesehen sind und die Längen der Einkoppel- und Koppelleitungsabschnitte vom Wert λ/4 erheblich abweichen.

Zeichnung