EP0732762A1 - Planares Filter - Google Patents

Abstract

Es wird ein planares Filter vorgeschlagen, bei dem mehrere, auf einem Substrat nebeneinander angeordnete Streifenleiter durch einen Überkopplungsstreifenleiter ergänzt sind, der zwei nicht unmittelbar benachbarte Streifenleiter miteinander verkoppelt. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einem planaren Filter nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Aus dem Artikel "Parallel-Coupled Transmission-Line-Resonator Filters" in den IRE Trans.on Microwave Theory and Techniques, 1958, S. 223ff., S.B. Cohn, ist ein Mikrostreifenleiterfilter bekannt, bei dem mehrere Streifenleiter nebeneinander angeordnet sind. Die Streifenleiter überschneiden sich dabei auf einem Anteil ihrer Länge und sind dadurch mit ihrem jeweiligen Nachbarn verkoppelt. Aus dem Aufsatz "Filters with Single Transmission Zeros at Real or Imaginary Frequencies" in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-24, No. 4, April 1976, Seiten 172-181 sind außerdem Hohlleiterfilter bekannt, bei denen Polstellen in der Dämpfung durch Überkopplung von Moden zwischen nicht adjazenten Resonatoren mittels Schlitzblenden erzeugt werden.
Vorteile der Erfindung
• Das planare Filter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Verkopplung nicht adjazenter, d.h. benachbarter, Streifenleiter Nullstellen in der Übertragungsfunktion H(s) und somit Polstellen im Sperrbereich des Filters erzeugt werden können. Durch diese Singularitäten in der Dämpfung weisen diese Filter eine höhere Flankensteilheit auf.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen planaren Filters möglich.
• Wenn der Überkopplungsstreifenleiter gleichfalls auf dem Substrat angeordnet ist, so vermindert sich der Herstellungsaufwand für das planare Filter.
• Der Überkopplungsgrad und damit die Wirksamkeit der Überkopplung wächst vorteilhaft an, wenn die Streifenleiter an den Seitenflächen mit dem Überkopplungsstreifenleiter verkoppelt sind.
• Wenn der Überkopplungsstreifenleiter so geführt ist, daß nur eine geringe Verkopplung zwischen dem Überkopplungsstreifenleiter und dem zwischen den beiden zu verkoppelnden Streifenleitern liegenden Streifenleiter resultiert, so verbessert sich die Filtercharakteristik, da dadurch unerwünschte Überkopplungen reduziert werden.
• Weist der Überkopplungsstreifenleiter eine möglichst geringe Länge auf, so ist dieser auch nur gering verlustbehaftet, wodurch ebenfalls wieder der Überkopplungsgrad ansteigt.
• Eine Anpassung des Wellenwiderstands des Überkopplungsstreifenleiters verringert unerwünschte Reflektionen bei der Verkopplung und erhöht dadurch wiederum den Ankopplungswirkungsgrad.
Zeichnung
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
• Figur 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines planaren Filters,
• Figur 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines planaren Filters.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• In Figur 1 ist ein Substrat 1 mit einer flachen Oberfläche abgebildet, auf dessen Oberseite mehrere Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6 angeordnet sind. Dabei bildet ein Streifenleiter 2 den Eingangsstreifenleiter und wiederum ein Streifenleiter 6 den Ausgangsstreifenleiter. Zwischen dem Eingangsstreifenleiter 2 und dem Ausgangsstreifenleiter 6 sind der linke Streifenleiter 3, der mittlere Streifenleiter 4 und der rechte Streifenleiter 5 angeordnet. Die Streifenleiter weisen alle eine längliche, annähernd rechteckige Form auf und überschneiden sich in ihrer Querprojektion jeweils auf einem Stück ihre Länge. Im Bereich dieser Überschneidungen sind die Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6 jeweils paarweise voneinander nur durch einen geringen Spalt getrennt, wodurch eine Verkopplung der sich in diesem Bereich überschneidenden Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6 resultiert. Außerdem ist ein Überkopplungsstreifenleiter 7 vorgesehen, der an der Stirnseite des linken Streifenleiters 3 angekoppelt und durch einen Spalt von diesem getrennt ist, und der diese Stirnseite des linken Streifenleiters 3 mit der Stirnseite des rechten Streifenleiters 5 verbindet, wobei ebenfalls zwischen dem Überkopplungsstreifenleiter 7 und dem rechten Streifenleiter 5 ein Spalt vorhanden ist.
• Diese Anordnung bildet ein planares Filter zur Filterung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen. Durch die Geometrie des planaren Filters sowie durch die Materialeigenschaften der Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6 und des Substrats 1 wird die Durchlaß- und die Sperrcharakteristik des planaren Filters festgelegt. Diese ist durch die Übertragungsfunktion H(s) ausdrückbar. Durch den Überkopplungsstreifenleiter 7 erfolgt eine Verkopplung von einander nicht benachbart liegenden Streifenleitern 3, 5, die ohne den Überkopplungsstreifenleiter 7 miteinander nur indirekt über den mittleren Streifenleiter 4 verkoppelt sind. Aufgrund der Verkopplung des linken Streifenleiters 3 mit dem rechten Streifenleiter 5 entstehen Nullstellen in der Übertragungsfunktion H(s), die als Dämpfungspole im Sperrbereich des planaren Filters in Erscheinung treten. Durch diese Anwesenheit von Singularitäten im Dämpfungsbereich kann bei diesem planaren Filter eine wesentlich höhere Flankensteilheit erzeugt werden, als bei bekannten planaren, seitengekoppelten Filtern.
• Es ist vorteilhaft, wenn der Überkopplungsstreifenleiter 7 die gleiche, normierte Breite aufweist, wie der Eingangsstreifenleiter 2 und der Ausgangsstreifenleiter 6. Dadurch weisen diese drei Streifenleiter 2, 6, 7 einen normierten Wellenwiderstand Z₀ auf, der üblicherweise 50 Ω beträgt. Außerdem ist es vorteilhaft, die Länge des Überkopplungsstreifenleiters 7 als ein ganzes Vielfaches der halben Wellenlänge λ der Mittenfrequenz des Filters zu wählen, um eine optimale Ankopplung an die miteinander zu verkoppelnden Streifenleiter 3, 5 zu bewirken.
• In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein planares Filter angegeben, wobei die Numerierung der Elemente aus der Figur 1 übernommen wurde. Das gezeigte Filter weist einen zusätzlichen Streifenleiter 8 auf, der bezüglich der Koppelreihenfolge zwischen dem mittleren Streifenleiter 4 und dem rechten Streifenleiter 5 angeordnet ist. Zusätzlich ist in dieser Figur eine Dimensionierungsregel für das hier dargestellte planare Bandfilter beispielhaft angegeben, die auch für andere Filter ihre Anwendung finden kann. Sämtliche Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8 weisen dabei eine elektrische Länge von λ auf, wobei λ die Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Bandfilters ist. Die Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8 überschneiden sich dabei jeweils auf einer Länge von λ/4. Der Überkopplungsstreifenleiter 7 ist hier zur Verkopplung des Eingangsstreifenleiters 2 mit dem rechten Streifenleiter 5 angeordnet. Der Überkopplungsstreifenleiter 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht über die Stirnflächen der beiden Streifenleiter 2, 5 sondern ebenfalls über deren Seitenflächen an diese angekoppelt. Auch hier beträgt die Länge der Überkopplungszonen jeweils λ/4. Der gesamte Überkopplungsstreifenleiter 7 weist eine Länge von allgemein$\text{l=(n+1)·λ/2}$

  

  auf, wobei n eine natürliche Zahl ist.
• Die in den beiden Ausführungsbeispielen dargestellten planaren Filter weisen Überkopplungsstreifenleiter 7 auf, die ebenso wie die anderen Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8 direkt auf dem Substrat 1 angeordnet sind. Es sind jedoch ebenfalls Ausführungsformen realisierbar, bei denen der Überkopplungsstreifenleiter 7 in einer anderen Ebene als die Streifenleiter 2, 3, 4, 5, 6, 8 angeordnet ist. Dies wird hier anhand der Figur 1 näher erläutert. So ist es bei dem dort dargestellten Beispiel ebenfalls möglich, den mittleren Streifenleiter 4 mit einer Isolierschicht zu überdecken und über diese Isolierschicht den Überkopplungsstreifenleiter 7 zu führen. Dadurch kann die Länge des Überkopplungsstreifenleiters 7 besonders kurz gehalten werden.
• Es sollte insbesondere darauf geachtet werden, daß der Überkopplungsstreifenleiter 7 eine geringe Länge aufweist und außerdem von dem zwischen den beiden miteinander zu verkoppelnden Streifenleitern 3, 5 liegenden Streifenleiter 4 einen Abstand aufweist, der eine möglichst geringe Verkopplung mit diesem Streifenleiter 4 bewirkt. Je niedriger diese störende Verkopplung in ihrem Grad ist, desto verlustfreier und exakter funktioniert das Filter. Des weiteren sollte der Überkopplungsstreifenleiter 7 an den Wellenwiderstand Z₀ angepaßt sein, um Reflexionen zu vermeiden. Diese Anpassung wird am ehesten erreicht, wenn der Überkopplungsstreifenleiter 7 eine konstante Breite W(Z₀) aufweist. Dagegen müssen die Streifenleiter 3, 4, 5 nicht unbedingt einen einheitlichen Wellenwiderstand besitzen und können daher auch in ihrer Breite variieren.

Claims (7)

1. Planares Filter mit mehreren auf einem Substrat (1) nebeneinander angeordneten Streifenleitern (2, 3, 4, 5, 6, 8), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Überkopplungsstreifenleiter (7) vorgesehen ist, der zwei nicht unmittelbar benachbarte Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) miteinander verkoppelt.
2. Planares Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) gleichfalls auf dem Substrat (1) angeordnet ist.
3. Planares Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) an den Seitenflächen der Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) jeweils über einen Spalt an diese angekoppelt ist.
4. Planares Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) in einem Abstand von dem wenigstens einen zwischen den beiden miteinander zu verkoppelnden Streifenleitern (2, 3, 4, 5, 6, 8) liegenden Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) so geführt ist, daß eine geringe Verkopplung zwischen dem Überkopplungsstreifenleiter (7) und diesem Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) resultiert.
5. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) eine möglichst geringe Länge aufweist.
6. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überkopplungsstreifenleiter (7) eine konstante Breite aufweist.
7. Planares Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) als Eingangsstreifenleiter (2) dient und einer der Streifenleiter (2, 3, 4, 5, 6, 8) als Ausgangsstreifenleiter (6) dient und daß der Wellenwiderstand des Überkopplungsstreifenleiters (7), der Wellenwiderstand des Eingangsstreifenleiters (2) und der Wellenwiderstand des Ausgangsstreifenleiters (6) in etwa gleich sind.

Images