DE1223900B

DE1223900B - Bandpass filter with a relatively narrow pass band consisting of several filter elements containing resonance circuits

Info

Publication number: DE1223900B
Application number: DES38084A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Klaus Wittmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-03-10
Filing date: 1954-03-10
Publication date: 1966-09-01

Description

Aus mehreren, Resonanzkreise enthaltenden Filtergliedern bestehendes Bandpaßfilter relativ schmalen Durchlaßbereiches Die Erfindung bezieht sich auf ein aus mehreren, Resonanzkreise enthaltenden Filtergliedern bestehendes Bandpaßfilter relativ schmalen Durchlaßbereiches mit geringer Welligkeit und Dämpfungsverzerrung im Durchlaßbereich, für UKW- und Dezimeterwellenbetrieb, bei dem die an sich hohen Wellenwiderstände der Filterglieder durch kopplungsfreie übertrager -dem niedrigen Wellenwiderstandder Anschlußleitungen angepaßt und hierbei sich ergebende negative Induktivitäten bzw. Kapazitäten mit positiven Induktivitäten bzw. Kapazitäten zusammengefaßt sind.Consisting of several filter elements containing resonance circuits Bandpass filter relatively narrow pass band The invention relates to a band-pass filter consisting of several filter elements containing resonance circuits relatively narrow pass band with little ripple and attenuation distortion in the pass band, for VHF and decimeter wave operation, in which the per se high Characteristic impedances of the filter elements due to coupling-free transformers - the low one Characteristic impedance of the connecting lines adapted and the resulting negative Inductivities or capacitances combined with positive inductances or capacitances are.

In der elektrischen Filtertechnik für UKW- und Dezimeterwellenbetrieb werden Filter benötigt, welche einen relativ engen Durchlaßbereich und an den Seiten desselben einen starken Anstieg der Dämpfun.g sowie einen niedrigen Wellenwiderstand besitzen, der dem Wellenwiderstand der Anschlußleitungen, also z. B. 60 Ohm eines koaxialen Kabels, entspricht. Filtergl.ieder, welche aus Bauelementen mit konzentrierten oder mit verteilten Blindwiderstängen bestehen, erfüllen an sich diese Bedingungen infolge ihrer hohen Wellenwiderstände nicht. Man hat sich daher dadurch geholfen, daß man für das Filter hohe Wellenwiderstände zuließ und beispielsweise durch kopplungsfreie übertrager eine Wellenwiderstandsanpassung an den Wellenwiderstand des koaxialen Anschlußkabels vornahm. Im allgemeinen werden hierzu ein- oder mehrgliedrige Filter der Wellenwiderstandsklasse 1 verwendet, da sich diese einfach berechnen lassen und die obigen Bedingungen weitgehend erfüllen. Derartige Filter weisen aber innerhalb -des Durchlaßbereiches eine relativ große Welligkeit auf. Bei dreigliedrigen Filtern der Wellenwiderstandsklasse 1 treten z. B. m-Werte von 1,5 und bei viergliedrigen Filtern solche von 2,6 innerhalb des Durchlaßbereiches auf. Außerdem wird bei diesen Filtern mit zunehmender Gliederzahl der Verlauf der Dämpfung im Durchlaßberfich schlechter.In the electrical filter technology for VHF and decimeter wave operation, filters are required which have a relatively narrow passband and on the sides of the same a strong increase in damping and a low wave impedance, which corresponds to the wave impedance of the connecting lines, so z. B. 60 ohms of a coaxial cable corresponds. Filter elements, which consist of components with concentrated or with distributed reactance, do not meet these conditions due to their high wave resistances. It was therefore helpful to allow high wave impedances for the filter and, for example, to adapt the wave impedance to the wave impedance of the coaxial connection cable using coupling-free transformers. In general, single or multi- element filters of characteristic impedance class 1 are used for this purpose, as these can be calculated easily and largely meet the above conditions. However, such filters have a relatively large ripple within the pass band. With three-part filters of wave resistance class 1 , z. B. m-values of 1.5 and with four-membered filters those of 2.6 within the pass band. In addition, the attenuation curve in the passage area deteriorates with these filters as the number of links increases.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß zur Herstellung von mehrgliedrigen Filtern Filterglieder der Wellenwiderstandsklasse 2 verwendet werden, von deren Benutzung man bisher absah, da sie einen sehr hohen Wellenwiderstand besitzen, der auch bei Einsatz kopplungsfreier übertrager nicht im gewünschten Maße transformiert werden konnte, ohne daß sich rechnungsmäßig negative Blindwiderstände ergaben, die nicht mit Bauelementen der Filterkreise zu positiven Blindwiderständen zusammengefaßt werden konnten.In the invention it is assumed that for the production of multi-element filters filter elements of characteristic impedance class 2 are used, from the use of which has so far been refrained from, as they have a very high wave resistance, which does not transform to the desired extent even when using coupling-free transformers could be without negative reactances resulting from the calculation, the not combined with components of the filter circuits to form positive reactances could become.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die negativen Induktivitäten bzw. Kapazitäten mit positiven Induktivitäten bzw. Kapazitäten von in Kette mit den übertragern geschalteten Hoch-bzw. Tiefpaß-Halbgliedem zusammengefaßt sind, deren Grenzfrequenzen weit unterhalb bzw. weit oberhalb der Bandmittenfrequenz des Filters liegen.The main feature of the invention is that the negative Inductors or capacitances with positive inductances or capacities of in chain with the transformers switched high or. Low-pass half-links combined are whose cut-off frequencies are far below or far above the band center frequency of the filter.

Es ist an sich bekannt, daß transformierende Schaltelemente zwischen eine Filterschaltung und eine übertragungseinrichtung eingeschaltet werden können oder daß die entsprechende Transformation in der Filterschaltung selbst durchgeführt wird, indem man die transformierenden Schaltelemente zwischen solche Teile der Filterschaltung einschaltet, welche aus Gründender praktischen Realisierbarkeit der Bauelemente mit unterschiedlichem Wellenwiderstand aufgebaut sind. Hiervon wirdaber beim Erfindungsgegenstand indiesem Sinne nicht Gebrauch #gemacht.It is known per se that transforming switching elements between a filter circuit and a transmission device can be switched on or that the corresponding transformation is carried out in the filter circuit itself is done by placing the transforming switching elements between such parts of the filter circuit switches on, which for reasons of the practical feasibility of the components are constructed with different wave resistance. However, this applies to the subject matter of the invention not used in this sense.

Für Filter im Bereich wesentlich niedrigerer Frequenzen als beim Erlindungsgegenstand ist es bekannt, bei Real-isierungsschwierigkeiten der einzelnen Bauelemente entsprechende Transformatoren in der Schaltung zu verwenden, die Impedanztransfonn-atoren vornehmen. Abgesehen davon, daß es sich hierbei um Filter für einen anderen Frequenzbereich mit anderen Aufgabenstellungen handelt, unterscheiden sich auch die Lösungen für diese Problemstellung wesentlich vondenen des Erfindungsgegenstandes. Das gilt auch für entsprechende Filter mit Schwingquarzen, bei denen es bekannt ist, zur Herstellung eines Filters mit niedrigem Kennwiderstand Induktivitäten an den Netzwerkenden auf der nicht geerdeten Seite zu diesem Zweck in Serie einzufügen. Vorzugsweise sind dabei diese Induktivitäten, die im Eingang und Ausgang des Filters liegen, miteinander induktiv gekoppelt. Die erfindun-s-emäßen Filter bieten gegenüber im CD C den aus Filtergliedern der Wellenwiderstandsklasse 1 aufgebauten Filtern den Vorteil, daß sie im Durchlaßbereich eine geringe Dämpfung und Welligkeit besitzen und ihre Dämpfung-an- den Seiten des Durchlaßbereiches stark ansteigt.For filters in the range of significantly lower frequencies than in the subject of the invention, it is known to use corresponding transformers in the circuit, which implement impedance transformers, if the individual components are difficult to implement. Apart from the fact that these are filters for a different frequency range with different tasks, the solutions to this problem also differ significantly from those of the subject matter of the invention. This also applies to corresponding filters with quartz oscillators, in which it is known to insert inductances in series at the network ends on the non-earthed side for this purpose in order to produce a filter with a low characteristic resistance. In this case, these inductances, which are located in the input and output of the filter, are preferably inductively coupled to one another. The filters according to the invention offer the advantage in comparison to the filters made up of filter elements of characteristic impedance class 1 in the CD C that they have little attenuation and ripple in the pass band and their attenuation increases sharply on the sides of the pass band.

In der F i g. 1 ist als Ausführungsbeispiel die Kettenschaltung eines Hochpaß-Halbgliedes HP mit einem kopplungsfreien übertrager Ue am Eingang und Ausgang eines aus den Filterkreisen K, ... K4 gebildeten Filters F wiedergegeben. Die Grenzfrequenz des Hochpaß-Halbgliedes ist sehr viel kleiner als die Bandmittenfrequenz des Filters gewählt, um di6'Freqüenzabhäne,igkeit des Hochpaßwellenwiderstandes so gering wie möglich zu halten. Ist die Bandmittenfrequenz des Filters etwa 1000 NIHz, so wird man z. B. 500 MHz als Hochpaßgrenzfrequenz einsetzen.In FIG. 1 shows , as an exemplary embodiment, the chain circuit of a high-pass half-link HP with a coupling-free transformer Ue at the input and output of a filter F formed from the filter circuits K,... K4. The cutoff frequency of the high-pass half-element is selected to be very much smaller than the band center frequency of the filter in order to keep the frequency dependency of the high-pass wave resistance as low as possible. If the band center frequency of the filter is about 1000 NIHz, one will z. B. use 500 MHz as the high-pass cutoff frequency.

Die F i g. 2 zeigt die äquivalente Umwandlung der Kettenschaltung von Hochpaß-Halbglied HP und übertrager Ue. Da die Filter (F i g. 1) mit Querschwingkreisen (K, bzw. K4) beginnt und endet, können die errechnete negative Kapazität - . C und die Induktivität Lü2 in diese Querschwingkreise mit einbezo-en werden. Allerdinas darf die Grenzt> C frequenz des Horlipaß-Halbgliedes HP nicht so tief Erewählt werden, aaß diese negative Kapazität ihrem C Betrag nach größer als die Kreiskapazität des ersten bzw. letzten Querschwingkreises wird. Die kleinste Grenzfrequenz f, ist gleich f. - B - (ii - 1). Hierbei ist fo die Bandmittenfrequenz des Filters F, B die relative Bandbreite desselben und ü die übersetzung des kopplungsfreien übertragers Ue. Bei durchstimmbare - n Bandfiltern mit kapazitiver Kopplung kann man durch geeignete Wahl der Hochpaßgrenzfrequenz den Wellenwiderstand inder Bandmitte innerhalb eines größeren Bereiches konstant halten. Es muß dann fg # f. sein, wobei f. die Mittenfrequenz des Durchstimmbereiches ist.The F i g. 2 shows the equivalent conversion of the chain circuit of high-pass half-link HP and transformer Ue. Since the filter ( Fig. 1) begins and ends with transverse oscillating circuits (K or K4), the calculated negative capacitance - . C and the inductance Lü2 are included in these transverse oscillating circuits. However, the limit> C frequency of the Horlipass half-link HP must not be chosen so low that this negative capacitance becomes greater in its amount than the circular capacitance of the first or last transverse oscillating circuit. The smallest cut-off frequency f i is equal to f - B - (ii - 1). Here fo is the band center frequency of the filter F, B the relative bandwidth of the same and ü the translation of the coupling-free transmitter Ue. In tunable - n band-pass filters with capacitive coupling can keep the characteristic impedance inthe Mb within a substantial range constant by suitable choice of the highpass. It must then fg # f., where f. is the center frequency of the tuning range.

In der F i g. 3 ist die engültige Schaltung für ein vierkreisiges Bandfilter wiedergegeben. In dieser ist angenähert Q C, Q. Voraussetzung ist hierbei, daß durch übersetzung innerhalb des Filters alle Kreise gleiches -Verhältnis haben.In FIG. 3 shows the final circuit for a four-circuit band filter. In this one is approximately Q C, Q. The prerequisite here is that through translation within the filter, all circles are the same -Proportion.

Bei induktiver Ankopplung des Filters wird, wie die F i g. 4 zeiA statt je eines Hochpaß-Halbgliedes am Eingang und am Ausgang ein T.ie4>aß-Halbglied TP verwendet. In diesem Fall muß die Grenzfrequenz f, des Tiefpaß-Halbgliedes weit Oberhalb der Bandmittenfrequenz des Filters liegen. Ist die letztere etwa 1000 AdHz so wählt man f,=2000 NU-Iz. Dies bedeutet, daß die Induktivität des T.iefpaß-I-Ialbgliedes TP einen Widerstand kleiner als i - 0,5 haben muß, wenn der Anpassungswiderstand auf 1 normiert ist. Die äquivalente Umwandlung der Kettenschaltung von Tiefpaß-Halbglied, kopplungsfreiem übertrager Ue und erstem Filterkreis K, ist in F i g. 5 gezeigt. Die F i g. 6 zeigt eine Realisierung durch einen angezapften Topfkreis, dessen Gesamtinduktivität L, ist, während mit 1-s die Eigeninduktivität der Einkopplungsschleife berücksichtigt ist.With inductive coupling of the filter, as shown in FIG. 4 zeiA instead of a high-pass half-element at the input and at the output a T.ie4> aß-half-element TP is used. In this case, the cut-off frequency f 1 of the low-pass half-element must be well above the band center frequency of the filter. If the latter is around 1000 AdHz, then f, = 2000 NU-Iz is chosen. This means that the inductance of the low-pass filter element TP must have a resistance less than i - 0.5 if the matching resistance is normalized to 1. The equivalent conversion of the chain circuit of the low-pass half-link, coupling-free transformer Ue and first filter circuit K is shown in FIG . 5 shown. The F i g. 6 shows a realization by means of a tapped cup circle, the total inductance of which is L, while the self-inductance of the coupling loop is taken into account with 1-s.

CC.

Claims

Claims: 1. A bandpass filter consisting of several filter elements containing resonance circuits, relatively narrow pass band with low ripple and attenuation distortion in the pass band, for VHF and decimeter wave operation, in which the inherently high characteristic impedances: the filter elements are adapted to the low characteristic impedance of the connecting lines through coupling-free transmitters and this resulting negative inductances or capacities are combined with positive inductances or capacities, characterized in that the negative inductances or capacities are combined with positive inductances or capacities of high-pass or low-pass half-links connected in a chain with the transformers, whose cut-off frequencies are far below or far above the band center frequency of the filter.

2. Bandpass filter according to claim 1 for tunable filters, characterized in that the cutoff frequency (f,) of the high-pass half-member is the same . times the mean frequency of the tuning range is. Documents considered: German Patent No. 742 179; German patent application S 25200 VIII e / 21 g (published on June 25, 1953); British Patent No. 381856; Electronics, Vol. 7, No. 3, pp. 84, 85 and 90 (March 1934).