Richtungsfilter

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Richtungsfilter, bestehend aus zwei Filtern mit gleichen Filtercharakteristika und mindestens einem 3-dB-Leistungsteiler, der ein Eingangssignal zu gleichen Leistungsanteilen auf die beiden Filter aufteilt und die Ausgangssignale der Filter kombiniert.

[0002] In aktiven Mikrowellenbaugruppen ist eine Frequenzfilterung z.B. zwischen Frequenzumsetzern und Verstärkereinheiten notwendig, um störende Spiegelfrequenz- und Oszillatorsignale zu unterdrücken, wobei das verwendete Filter auch außerhalb des Nutzfrequenzbandes einen weitgehend reflektionsfreien Abschluß für die aktiven Schaltungskomponenten bereitstellen muß. Zu diesem Zweck werden im allgemeinen Richtungsfilter eingesetzt.

[0003] Ein Richtungsfilter, das wie einleitend beschrieben aus zwei Filtern mit gleichen Filtercharakteristika besteht und einen 3-dB-Leistungsteiler zur Aufteilung einer Eingangssignalleistung auf die beiden Filter und einen weiteren 3-dB-Leistungsteiler für die Kombination der Ausgangssignale der beiden Filter aufweist, ist aus "Microwave Filters Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures" von G. L. Matthaei, L. Young, E. M. T. Jones, McGraw-Hill Book Company 1964, S. 966-968 bekannt.

[0004] Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Richtungsfilter der eingangs genannten Art anzugeben, das eine möglichst kompakte Bauform hat und zudem dämpfungsarm ist und gute Selektionseigenschaften aufweist.

Vorteile der Erfindung

[0005] Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Filter mit gleichen Filtercharakteristika als Hohlleiterfilter ausgeführt sind und diese Hohlleiterfilter in eine planare Leitungsstruktur integriert sind, wobei der mindestens eine ein Eingangssignal auf die beiden Filter aufteilende und die Ausgangssignale der Filter kombinierende 3-dB-Leistungsteiler in planarer Leitungstechnik ausgeführt und mit den Hohlleiterfiltern gekoppelt ist.

[0006] Durch die Verwendung von Hohlleiterfiltern lassen sich sehr hohe Selektionsanforderungen erfüllen (Sperrfrequenzband ca. 3% neben dem Nutzfrequenzband). Mit einer planaren Filterstruktur läßt sich eine solch gute Selektion nicht realisieren, ebenso auch nicht eine sehr geringe Einfügungsdämpfung, wie sie mit Hohlleiterfiltern erreichbar ist. Denn bereits geringe Schwankungen der Eigenschaften des Substratmaterials führen zu starken Schwankungen der Filtercharakteristik, was insbesondere sehr nachteilig bei einem Serienprodukt ist. Mit Hohlleiterfiltern lassen sich optimale Filtercharakteristika realisieren, insbesondere weil Dämpfungspole bei beliebigen Frequenzen im Sperrbereich verwirklicht werden können. Dadurch, daß alle übrigen Schaltungskomponenten in planarer Leitungstechnik realisiert werden, resultiert eine sehr platzsparende Schaltungsanordnung, mit der sehr hohe Anforderungen an die Qualität des Richtungsfilters erfüllbar sind.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

[0008] Eine sehr kompakte Anordnung erhält man dadurch, daß die Hohlleiterfilter Teil eines Gehäuses sind, das der Aufnahme eines Substrats der planaren Leitungsstruktur dient. So können z.B. die Hohlleiterfilter aus zwei Halbschalen bestehen, von denen die eine Halbschale im Deckel des Gehäuses und die andere Halbschale im Boden des Gehäuses integriert ist und daß das Substrat mit dem mindestens einen 3-dB-Leistungsteiler in der Trennebene zwischen den beiden Halbschalen liegt.

[0009] Vorzugsweise erfolgt die Ankopplung des mindestens einen planaren 3-dB-Leistungsteilers an die Hohlleiterfilter dadurch, daß sich Ein- bzw. Ausgangsleitungsarme des 3-dB-Leistungsteilers auf zungenartigen Fortsätzen des Substrats erstrecken, welche in die Hohlleiterfilter hineinragen.

[0010] Das Richtungsfilter kann so aufgebaut sein, daß ein erster 3-dB-Leistungsteiler das Eingangssignal auf die zwei Hohlleiterfilter mit Bandpaßcharakteristik aufteilt und daß ein zweiter 3-dB-Leistungsteiler die Ausgangssignale der beiden Hohlleiterfilter kombiniert.

[0011] Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß ein einziger 3-dB-Leistungsteiler das Eingangssignal auf die zwei Hohlleiterfilter mit Bandstoppcharakteristik aufteilt und daß derselbe 3-dB-Leistungsteiler die von den beiden Hohlleitern reflektierten Signale kombiniert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

[0012] Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen ersten Querschnitt A-A,

Figur 2 einen zweiten Querschnitt B-B durch ein Richtungsfilter mit zwei 3-dB-Leistungsteilern,

Figur 3 einen Querschnitt durch ein Richtungsfilter mit einem 3-dB-Leistungsteiler und

Figur 4 einen Ausschnitt aus einem Richtungsfilter mit einer Variante zur Ankopplung eines planaren 3-dB-Leistungsteilers an ein Hohlleiterfilter.

[0013] In den Figuren 1 und 2 sind zwei zueinander orthogonale Schnitte durch ein Richtungsfilter dargestellt. Dabei verläuft der in Figur 1 dargestellte Schnitt A-A parallel zu einem ausschnittweise dargestellten Substrat 1 mit einer planaren Leitungsstruktur einer Mikrowellenschaltung. In das Substrat 1 sind zwei Hohlleiterfilter 2 und 3 eingefügt, welche beide dieselbe Filtercharakteristik für ein Richtungsfilter aufweisen. Das Hohlleiterfilter 2 bzw. das Hohlleiterfilter 3 weisen jeweils mehrere Hohlraumresonatoren 21, 22, 23, 24 bzw. 31, 32, 33, 34 auf, welche über Koppelblenden 25, 26, 27, 28 bzw. 35, 36, 37, 38 miteinander gekoppelt sind. Die Zahl und Lage der Hohlraumresonatoren und Koppelblenden der beiden Hohlleiterfilter 2 und 3 wird so gewählt, daß sich eine gewünschte Filtercharakteristik ergibt.

[0014] Auf dem Substrat 1 befindet sich ein in planarer Leitungstechnik ausgeführter erster 3-dB-Leistungsteiler 4, der ein Eingangssignal an seiner Eingangsleitung 41 auf seine beiden Ausgangsleitungen 42 und 43 zu gleichen Teilen aufteilt. Die Ausgangsleitung 42 des 3-dB-Leistungsteilers ist an das Hohlleiterfilter 2 und die Ausgangsleitung 43 an das Hohlleiterfilter 3 angekoppelt. Die Ankopplung jeder Ausgangsleitung 42 bzw. 43 an das jeweilige Hohlleiterfilter 2 bzw. 3 erfolgt dadurch, daß sie sich auf einem zungenförmigen Fortsatz 44 bzw. 45 des Substrats 1 erstreckt, der in den ersten Hohlraumresonator 21 bzw. 31 des Hohlleiterfilters 2 bzw. 3 hineinragt. Wie der in Figur 2 dargestellte Querschnitt B-B verdeutlicht, ragt der zungenförmige Fortsatz 45 durch einen Schlitz 6 in der Hohlleiterwand des Hohlraumresonators 31 in diesen hinein. Das leerlaufende Ende der Ausgangsleitung 43 auf dem zungenförmigen Fortsatz 45 wirkt dabei wie eine Koppelantenne. Das gleiche gilt für den zungenförmigen Fortsatz 74 und das darauf sich erstreckende leerlaufende Ende der Ausgangsleitung 42.

[0015] In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der 3-dB-Leistungsteiler ein sogenannter Wilkinson-Teiler. Dessen beide Ausgangsleitungen 42 und 43 werden von einem ohmschen Widerstand 46 überbrückt. Damit bei diesem Teiler zwischen den Ausgangssignalen der beiden Ausgangsleitungen 42 und 43 eine erforderliche Phasendifferenz von 90° entsteht, besteht zwischen den beiden Ausgangsleitungen 42 und 43 eine Längendifferenz von λ/4. Anstelle eines Wilkinson-Teilers kann aber auch jede Art von 3-dB-Leistungsteilern verwendet werden.

[0016] Die Ausgangssignale der beiden Hohlleiterfilter 2 und 3 werden über einen zweiten 3-dB-Leistungsteiler 5 kombiniert. Dazu sind die beiden Eingangsleitungen 52 und 53 des 3-dB-Leistungsteilers 5 in gleicher Weise an die beiden Hohlleiterfilter 2 und 3 angekoppelt wie die Ausgangsleitungen 42 und 43 des ersten 3-dB-Leistungsteilers 4. Die Eingangsleitung 52 erstreckt sich auf einem zungenförmigen Fortsatz 54, der in den Hohlraumresonator 24 des ersten Hohlleiterfilters 2 hineinragt, und die Ausgangsleitung 53 erstreckt sich auf einem zungenförmigen Fortsatz 55, der in den Hohlraumresonator 34 des zweiten Hohlleiterfilters 3 hineinragt. Am Beispiel der Eingangsleitung 53 ist in Figur 2 dargestellt, daß der zungenförmige Fortsatz 55 mit dem Ende der Eingangsleitung 53 durch einen Schlitz 7 in den Hohlraumresonator 34 hineinragt. Auch der zweite 3-dB-Leistungsteiler ist beispielsweise als Wilkinson-Teiler ausgeführt, bei dem die Eingangsleitungen 52 und 53 von einem ohmschen Widerstand 56 überbrückt sind.

[0017] Der Querschnitts-Ansicht B-B in Figur 2 ist zu entnehmen, daß das Substrat 1 auf seiner der Leitungsstruktur gegenüberliegenden Seite in bekannter Weise mit einer Massefläche 8 versehen ist. Diese Massefläche 8 ist mit den Hohlleiterfiltern 2 und 3 dort kontaktiert, wo die zungenförmigen Fortsätze 44, 45, 54 55 durch Schlitze 6, 7 in den Hohlleiterwänden in die Hohlraumresonatoren 21, 31, 24, 34 hineinführen. Dabei ist die Massefläche 8 unterhalb der in die Hohlraumresonatoren 21, 31, 24, 34 hineinragenden Enden der Leitungen 44, 45, 54, 55 entfernt.

[0018] Wie Figur 2 zeigt, ist das Substrat 1 in einem Gehäuse 9 untergebracht, das aus einem Bodenteil 91 und aus einem Deckelteil 92 besteht. Eine sehr kompakte Anordnung ergibt sich, wenn die beiden Hohlleiterfilter 2 und 3 derart in zwei Halbschalen aufgeteilt werden, daß die erste Halbschale der beiden Filter 2 und 3 am Bodenteil 91 und die zweite Halbschale am Deckelteil 92 integriert ist. Das Substrat 1 mit der planaren Leitungsstruktur verläuft in der Trennebene 10 zwischen den beiden Halbschalen der Hohlleiterfilter 2 und 3. Dadurch ergibt sich eine sehr einfache Montage der Hohlleiterfilter 2 und 3 mit den 3-dB-Leistungsteilern 4 und 5 auf dem Substrat 1. Durch die Trennung der Hohlleiterfilter 2 und 3 in zwei Halbschalen ergeben sich auch Vorteile bei der Herstellung der Hohlraumresonatoren der Hohlleiterfilter 2 und 3.

[0019] Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Richtungsfilters ist an die beiden Hohlleiterfilter 2 und 3 ein einziger 3-dB-Leistungsteiler (z. B. Ringhybridkoppler) angekoppelt. Dieser 3-dB-Leistungsteiler besitzt vier Tore 111, 112, 113 und 114. Die Leitungsenden der Tore 112 und 113 sind in der oben beschriebenen Weise über die zungenartigen Fortsätze 44 und 45 an die Hohlleiterfilter 2 und 3 angekoppelt. Ein am Tor 111 anstehendes Eingangssignal wird über den 3-dB-Leistungsteiler 11 zu gleichen Leistungsteilen auf die beiden Tore 112 und 113 aufgeteilt. Die beiden Filter 2 und 3, in die die Leistungsanteile eingekoppelt werden, haben im Unterschied zum Ausführungsbeispiel in Figur 3 nicht eine Bandpaßcharakteristik sondern eine Bandstoppcharakteristik. Demnach sind die Hohlraumresonatoren 21, 22, 23, 24 bzw. 31, 32, 33, 34 und die zugehörigen Koppelblenden 25, 26, 27, 28 bzw. 35, 36, 37, 38 der beiden Filter 2, 3 so angeordnet, daß im Nutzfrequenzband das Eingangssignal reflektiert wird. Die reflektierten Signalanteile an den Toren 112 und 113 werden vom 3-dB-Leistungsteiler 11 kombiniert, so daß die gesamte Ausgangsleistung des Nutzfrequenzbandes am Tor 114 zur Verfügung steht.

[0020] In Abwandlung gegenüber den Filtern 2 und 3 des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist an den Hohlraumresonator 24 bzw. 34 des Filters 2 bzw. 3 ein weiterer Hohlraum 244 bzw. 344 über eine Koppelblende 244 bzw. 345 angekoppelt. Dieser zusätzliche Hohlraum 244 bzw. 344 ist zumindest teilweise mit einem Absorbermaterial 246 bzw. 346 gefüllt, um Frequenzanteile außerhalb des Nutzfrequenzbandes zu absorbieren.

[0021] In Figur 4 ist am Beispiel des Hohlleiterfilters 2 gezeigt, daß die Ankopplung der planaren Leitungen 42 des 3-dB-Leistungsteilers nicht unmittelbar an den ersten Resonator 21 des Filters erfolgen muß, sondern daß die Ankopplung auch über ein kurzgeschlossenes Hohlleiterstück 211 an das Filter 2 erfolgen kann. Das Hohlleiterstück 211 ist wiederum über eine Koppelblende 212 an den ersten Hohlraumresonator 21 des Filters 2 angekoppelt. Somit ist die Ankopplung des 3-dB-Leistungsteilers an das Filter unabhängig von der planaren Leitung auf der zungenartigen Fortsetzung 44 des Substrats 1. Auf diese Art kann jede planare Leitung an das Filter 2 oder 3 angekoppelt werden.

Ansprüche

1. Richtungsfilter, bestehend aus zwei Filtern (2, 3) mit gleichen Filtercharakteristika und mindestens einem 3-dB-Leistungsteiler (4, 5, 11), der ein Eingangssignal zu gleichen Leistungsanteilen auf die beiden Filter (2, 3) aufteilt und die Ausgangssignale der Filter (2, 3) kombiniert, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Filter (2, 3) als Hohlleiterfilter realisiert sind und daß diese Hohlleiterfilter (2, 3) in eine planare Leitungsstruktur (1) integriert sind, wobei der mindestens eine 3-dB-Leistungsteiler (4, 5, 11) in planarer Leitungstechnik ausgeführt und mit den Hohlleiterfiltern (2, 3) gekoppelt ist.

2. Richtungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterfilter (2, 3) Teil eines Gehäuses (9) sind, das der Aufnahme eines Substrats (1) der planaren Leitungsstruktur dient.

3. Richtungsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster 3-dB-Leistungsteiler (4) das Eingangssignal auf die zwei Hohlleiterfilter (2, 3) mit Bandpaßcharakteristik aufteilt und daß ein zweiter 3-dB-Leistungsteiler (5) die Ausgangssignale der beiden Hohlleiterfilter (2, 3) kombiniert.

4. Richtungsfiltern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger 3-dB-Leistungsteiler (11) das Eingangssignal auf die zwei Hohlleiterfilter (2, 3) mit Bandstoppcharakteristik aufteilt und daß derselbe 3-dB-Leistungsteiler (11) die von den beiden Hohlleiterfiltern (2, 3) reflektierten Signale kombiniert.

5. Richtungsfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterfilter (2, 3) aus zwei Halbschalen bestehen, von denen die eine Halbschale im Deckelteil (92) des Gehäuses (9) und die andere Halbschale im Bodenteil (91) des Gehäuses (9) integriert ist und daß das Substrat (1) mit dem mindestens einen 3-dB-Leistungsteiler (4, 5, 11) in der Trennebene (10) zwischen den beiden Halbschalen liegt.

6. Richtungsfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung des mindestens einen planaren 3-dB-Leistungsteilers (4, 5, 11) an die Hohlleiterfilter (2, 3) sich Ein- bzw. Ausgangsleitungsarme (42, 43, 52, 53, 112, 113) des 3-dB-Leistungsteilers (4, 5, 11) auf zungenartigen Fortsätzen (44, 45, 54, 55) des Substrats (1) erstrecken, welche in die Hohlleiterfilter (2, 3) hineinragen.

Claims

1. A directional filter consisting of two filters (2, 3) with the same filter characteristics and at least one 3 dB power divider (4, 5, 11) which divides an input signal between the two filters (2, 3) in equal power proportions and combines the output signals of the filters (2, 3), characterised in that the two filters (2, 3) are realised as hollow waveguide filters; and in that these hollow waveguide filters (2, 3) are integrated into a planar line structure (1), wherein the at least one 3 dB power divider (4, 5, 11) is made in planar line technology and is coupled to the hollow waveguide filters (2, 3).

2. A directional filter in accordance with claim 1, characterised in that the hollow waveguide filters (2, 3) are part of a housing (9) which serves for the reception of a substrate (1) of the planar line structure.

3. A directional filter in accordance with claim 1, characterised in that a first 3 dB power divider (4) divides the input signal between the two hollow waveguide filters (2, 3) with a band pass characteristic; and in that a second 3 dB power divider (5) combines the output signals of the two hollow waveguide filters (2, 3).

4. A directional filter in accordance with claim 1, characterised in that an individual 3 dB power divider (11) divides the input signal between the two hollow waveguide filters (2, 3) with a band stop characteristic; and in that the same 3 dB power divider (11) combines the signals reflected from the two hollow waveguide filters (2, 3).

5. A directional filter in accordance with claim 2, characterised in that the hollow waveguide filters (2, 3) consist of two half shells of which the one half shell is integrated in the cover part (92) of the housing (9) and the other half shell is integrated in the base part (91) of the housing (9); and in that the substrate (1) comprising the at least one 3 dB power divider (4, 5, 11) lies in the separation plane (10) between the two half shells.

6. A direction filter in accordance with any one of the preceding claims, characterised in that input line arms or output line arms (42, 43, 52, 53, 112, 113) of the 3 dB power divider (4, 5, 11) extend on tongue-like projections (44, 45, 54, 55) of the substrate (1), which project into the hollow waveguide filters (2, 3), for the coupling of the at least one planar 3 dB power divider (4, 5, 11) to the hollow waveguide filters (2, 3).

Revendications

1. Filtre directionnel, constitué de deux filtres (2, 3) ayant les mêmes caractéristiques de filtrage et d'au moins un diviseur de puissance de 3 dB (4, 5, 11) qui répartit, dans des proportions de puissance identiques, un signal d'entrée vers les deux filtres (2, 3) et qui combine les signaux de sortie des filtres (2, 3), caractérisé en ce que les deux filtres (2, 3) sont réalisés sous forme de filtres-guides d'ondes et en ce que ces filtres-guides d'ondes (2, 3) sont intégrés dans une structure conductrice plane (1), le ou les diviseurs de puissance de 3 dB (4, 5, 11) étant réalisés selon la technique de conduction plane et étant couplés aux filtres-guides d'ondes (2, 3).

2. Filtre directionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que les filtres-guides d'ondes (2, 3) font partie d'un boîtier (9) qui sert à loger un substrat (1) de la structure conductrice plane.

3. Filtre directionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier diviseur de puissance de 3 dB (4) répartit le signal d'entrée vers les deux filtres-guides d'ondes (2, 3) à caractéristique passe-bande et en ce qu'un deuxième diviseur de puissance de 3 dB (5) combine les signaux de sortie des deux filtres-guides d'ondes (2, 3).

4. Filtre directionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un seul diviseur de puissance de 3 dB (11) répartit le signal d'entrée vers les deux filtres-guides d'ondes (2, 3) à caractéristique coupe bande et en ce que le même diviseur de puissance de 3 dB (11) combine les signaux réfléchis par les deux filtres-guides d'ondes (2, 3).

5. Filtre directionnel selon la revendication 2, caractérisé en ce que les filtres-guides d'ondes (2, 3) se composent de deux demi-coques parmi lesquelles une première demi-coque est intégrée dans la partie formant couvercle (92) du boîtier (9) et l'autre demi-coque est intégrée dans la pièce formant fond (91) du boîtier (9) et en ce que le substrat (1) comportant le ou les diviseurs de puissance de 3 dB (4, 5, 11) se trouve dans le plan de séparation (10) situé entre les deux demi-coques.

6. Filtre directionnel selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour coupler le ou les diviseurs de puissance de 3 dB plans (4, 5, 11) aux filtres-guides d'ondes (2, 3), des branches de ligne d'entrée ou de ligne de sortie (42, 43, 52, 53, 112, 113) du diviseur de puissance de 3 dB (4, 5, 11) s'étendent sur des prolongements en forme de languette (44, 45, 54, 55) du substrat (1), lesquels pénètrent à l'intérieur des filtres-guides d'ondes (2, 3).

Zeichnung