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Wellensieb aus zwei oder mehr Teilfiltern.
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Quergliedern oder in beiden. Briickenanordnungen mit Sehwingungskreisen in den einzelnen Zweigen u. dgl. Zur Erhöhung der Steilheit der Dämpfungskurve an den Lochgrenzen ist es bekannt. solche Filter direkt oder durch Vermittlung eines Übertragers in Kette zu sehalten.
Gemäss der Erfindung wird ein neuer Weg eingeschlagen. der darin besteht. dass ein Wellensieb aus zwei oder mehr Teilfiltern zusammengesetzt ist, wobei die einzelnen Teilfilter gleiche oder annähernd gleiche Lochmitte und mehrwellige Resonanzkurven und analogen bzw. diesem äquivalenten Aufbau besitzen, und dass die Eingangs- und Ausgangsklemmenpaare der Teilfilter parallel oder hintereinander. teilweise mit abwechselnd entgegengesetzter Polung der Klemmenpaare einer Seite der Teilfilter geschaltet sind.
Unter Lochmitte ist dabei die geometrische Mitte der Lochgrenzen zu verstehen.
Filter, die an ihrem Eingangs- und Ausgangsklemenpaare parallel geschaltet sind. sind als elektrische Weichen an sieh schon bekanntgeworden. B : i diesen Weichen besitzen jedoch die einzelnen Filter verschiedene Lochmitte. Durch die Parallelsehaltung dieser Filter ist daher die Aufgabe der Erfindung'. einen steilen Anstieg an den Lochgrenzen zu bekommen. nicht lösbar. Bei Parallelschalten der Teilfilter an den Eingangsklemmen und Parallelschalten der Teilfilter an den Ausgangsklemmen wird aber bei
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grenzen bewirkt.
Die Siebkurve dieser Wellensiebe hängt von der Polung ab, mit der die Teilfilter aneinander- geschlossen werden.
Es sind bereits Filter bekanntgeworden, die aus der Vereinigung mehrerer Glieder mit einwelliger
Resonanzkurve bestehen. wobei die einzelnen Glieder mit entgegengesetzter Polung an den gemeinsamen
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mit annähernd rechteckiger Form, ausgegangen, deren Vereinigung zu einem Wellensieb, besonders bei Anschluss der Teilfilter mit abwechselnd entgegengesetzter Polung, eine bedeutende Verbesserung der
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bereich und Dämpfungsverlauf und Wellenwiderstandsverlauf hätten. Diese Vereinigung geschieht in der Weise. dass die Teilfilter bei Anschluss aneinander in einer der genannten Arten (Eingangsklemmenpaar parallel oder hintereinander und Ausgangsklemmenpaare hintereinander oder parallel) abwechselnd auf einer Seite entgegengesetzt gepolt werden.
Die Figuren sollen die Erfindung an Ausfuhrungsbeispielen näher erläutern. Die Fig. 1. 111. Ib.
2, Ba. Bb zeigen verschiedene Sehaltungsarten der Teilfilter zum Aufbau eines Wellensiebes nach der Erfindung. Fig. 4 gibt ein Schaltungsschema für die Teilfilter wieder.
In den Fig. 5 5b. 5e, 6, 7. 8,9, 10,11, 12. 13 und 14 sind Teilfilter gezeigt, wie sie in den Fig. 1. la, Ib. 2, 3 ( ( und 3b eingesetzt zu denken sind.
Die Fig. 15, 16. 17,18. 19. 20,21, 24 und 25 zeigen einfache Ausfuhrungsformen von Wellensieben nach der Erfindung.
Die Fig. 26 zeigt eine elektrische Weichenanordnung.
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einander geschaltet, Fig. 3b zeigt den umgekehrten Fall mit Parallelschaltung auf der Eingangs-und Hintereinanderschaltung auf der Ausgangsseite. Die Filter FI und Fs der Fig. 1-3b sind dabei so auf-
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selbst symmetrisch sind. Hingegen haben die in Fig. 3a und 3b gezeigten Siebketten Einangs- und Aus- gangswellenwiderstände. deren Verlauf, symmetrische Teilfilter vorausgesetzt, reziprok symmetrisch ist.
Bei Wellensieben mit mehr als zwei Teilfiltern werden diese auf einer Seite fortgesetzt abwechselnd gepolt, wie Fig. l a für beiderseitige Parallelschaltung bei vier Teilfiltern zeigt. Die Schaltung kann natur- lich für sechs und mehr Bandfilter beliebig fortgesetzt werden.
Ist eine gerade Anzahl (grösser als zwei) von Teilfiltern in der angegebenen Weise geschaltet und
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so können diese durch ein einziges Teilfilter elektrisch ersetzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Siebkette auch aus einer ungeraden Zahl von Bandfiltern aufzubauen. In Fig.] a ist beispielsweise ein Wellensieb aus vier Teilfiltern F1, F2, F3, F4 nach dem Schaltschema der Fig. 1 dargestellt, wobei die Teilfilter auf der linken Seite parallel, auf der rechten Seite mit wechselnder Polung parallel geschaltet sind. Durch Vereinigung der beiden Teilfilter F1 und F3 (Fig. 1a) zu einem den beiden gleichwertigen F1. Fa gelangt man zu einem Wellensieb mit drei Teilfiltern, wie in Fig. l A gezeigt.
Als besonders geeignet erweisen sich Wellensiebe, die aus einzelnen Bandfiltern bestehen, an deren
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oder aus einer Parallel- bzw. Hintereinanderschaltung von solchen oder umgekehrt. Dabei sind P und P' die Inversionspotenzen der widerstandsreziproken Impedanzen.
Der Ausgang der Bandfilter kann in verschiedener Weise gestaltet werden, wie in den Ausführungs- formen der Fig. 5a, b, c und 6-13 beispielsweise gezeigt ist. Nach Fig. an liegen in den parallelen Zweigen Stromtransformatoren t1 und @2, deren Sekundärwickhingen entgegengesetzt parallel geschaltet sind. Fig. 5 zeigt den Spezialfall, bei dem die widerstandsreziproken Impedanzen durch den Kondensator C und die Spule L bzw. C'und L'gebildet werden. Statt der beiden Transformatoren 11 und 12 kann auch
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liegt der Abgriff der Klemmen 7'und 2'der Fig. 6c an den Enden der genannten Spule.
Man erhält ein mit Fig. 5b bzw. 5c elektrisch gleichwertiges Bandfilter, wenn man die Gesamtspannung des Filters durch einen Transformator um 180 in der Phase dreht und die Summe der Ströme beider Zweige dem Verbraucher zuführt. Diese Schaltung zeigt Fiv. 6.
In Fig. 7 ist der Fall gezeigt, in dem parallel zu je zwei gleichartigen Impedanzen der parallelen
Zweige die Primärseiten von zwei Transformatoren gelegt sind. deren Sekundärwicklungen mit entgegengesetzter Polung hintereinander geschaltet und zu dem Klemmenpaar 1' und 2' geführt sind. Wird die
Spannung von zwei nicht gleichartigen Impedanzen abgegriffen, wie in Fig. 8 gezeigt, dann werden die Sekundärwicklungen der Transformatoren einfach hintereinander geschaltet. Fig. 9 zeigt ein Teilfilter. bei dem primärseitig an den gemeinsamen Punkten der Impedanzen in beiden Zweigen ein Transformator angeschlossen ist. dessen Sekundärwicklungen zu den Ausgangsklemmen 1' und 2' führen.
Die Anordnung ist elektrisch gleichwertig mit Fig. 7 im Falle. dass die Transformatoren der Fig. 7 untereinander gleiches Übersetzungsverhältnis besitzen. das mit dem des Transformators in Fig. 9 übereinstimmt. Eine den Fig. 7 und 9 entsprechende Misehform ist in Fig. 10 dargestellt, bei der in einem Zweige ein Transformator zu der einen Impedanz parallel geschaltet ist und die Sekundärwicklung mit einem Pol an den Mittelpunkt des ändern Zweiges mit dem andern Pol an die Klemme l'angeschlossen ist. Eine einfache Form der Teilfilter gibt Fig. 11. nach der die parallelen Zweige einfach aus einer Hintereinanderschaltung eines Kondensators und der Primärwicklung eines Transformators bestehen. Die Sekundärseiten der Transformatoren sind entgegengesetzt hintereinander geschaltet.
Fig. 12 zeigt eine Abart der in Fig. 11 angegebenen Form, bei der im zweiten Zweige statt eines Transformators eine Spule verwendet ist und die Sekundärwicklungen des Transformators des ersten Zweiges mit dem Mittelpunkt des zweiten Zweiges und der Ausgangsklemme l'verbunden ist. Die zweite Ausgangsklemme 2'ist mit der Klemme 2 verbunden. Eine Gestalt der Bandfilter zur Erreichung von Erdsymmetrie ist in Fig. 13 wiedergegeben. Die Impedanzen x und t' sind in zwei Teile zu beiden Seiten der widerstandsreziproken Impedanzen aufgestellt. An den gemeinsamen Punkten je zweier entsprechender Impedanzen in beiden Zweigen sind Transformatoren primärseitig angeschlossen. Die Sekundärwicklungen dieser beiden Transformatoren Tl und T2 sind entgegengesetzt hintereinander geschaltet.
Man erhält neue, für den Bau von Siebketten
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formen verwendeten Transformatoren in der reziproken Schaltung wieder durch Transformatoren ersetzt werden, wenn man sie ideal, d. h. streuungslos und mit unendlicher Querimpedanz, voraussetzt. Stromtransformatoren gehen in Spannungstransformatoren über und umgekehrt. In Fig. 14 ist beispielsweise
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schaltetem Stromtransformator entspricht. Hiebei bedeutet Pi die Invensionspotenz bei Umwandlung des Filters von Fig. 7 in das der Fig. 14, P die Inversionspotenzen der Elemente des Zweiges von Fiv Eine ebensolche Umwandlung in eine Parallelschaltung zweier Impedanzen erfährt der zweite Zweig.
Der Parallelschaltung der beiden Zweige der Fig. 7 entspricht eine Hintereinanderschaltung der jedem Zweige entsprechenden Glieder. Die Sekundärwicklungen oder Stromtransformatoren sind mit ent-
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In Fig. 15 ist ein Wellensieb, das aus einzelnen Teilfiltern von Typ der Fig. 11 nach dem Schema der Fig. 1 entstanden ist. dargestellt. Die Fig. 16 entspricht einer Siebkette aus einzelnen Teilfiltern vom Typus der Fig. 11. aber nach dem Schema der Fig. 3 geschaltet. Die Fig. 17 stellt ein Wellensieb dar, das aus den Teilfiltern nach Fig. 11 durch Anordnung des Schaltschemas nach der Fig, 3 zustande kommt. Fig. 18 zeigt ein Wellensieb mit Teilfiltern nach Fig. 7 im Falle von Spulen und Kondensatoren als widerstandsreziproke Impedanzen.
In einem Teilfilter sind die Transformatoren an die Spulen, im andern Teilfilter an die Kondensatoren angeschlossen. Zur Erzielung besserer Symmetrie des Ein-und Ausgangswellenwiderstandes können zu den einzelnen Transformatoren Kondensatoren, wie in der Fig. 18 gezeigt, parallel geschaltet werden. Fig. 19 zeigt eine Zusammenschaltung nach dem Schema von Fi ?. l
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Fig. 19 auch durch einen gemeinsamen ersetzt werden.
In Fig. 21 ist eine Siebkette dargestellt, die nach dem Schema von Fig. 1 mit Bandfiltern nach Fig. 6 dadurch entstanden ist. dass die beiden Quertransformatoren in einen einzigen zusammengefasst wurden : Die Eigenschaften der Siebkette nach FÜr. 11) sollen im folgenden näher erörtert und an Hand dieses Beispieles die Vorteile gezeigt werden, die sieh aus dieser Schaltungsart der Teilfilter zu einem Wellensieb gemäss der Erfindung ergeben. Alle folgenden Kurven gelten in symmetrischer Form nur unter der Voraussetzung, dass die Loehbreite der Teilfilter klein gegenüber der Loehfrequenzmitte bleibt.
Der Dämpfungsverlauf des Teilfilters nach Fig. 11 ist in Fig. 22, Kurve a, dargestellt. Er ist gleich- mässig und ziemlich flach. Vereinigt man dieses Filter mit einem ähnlich gebauten mit gleicher Loehfrequenz, das aber nur eine halb so grosse Loehbreite besitzt, wie dies in Fig. 16 geschehen ist. so erhält man ein Wellensieb, das einen dreimal so steilen Dämpfungsanstieg, wie das Einzelglied. besitzt Fig. 22, Kurve b). Bei einfacher Hintereinanderschaltung zweier gleicher Bandfilter ergibt sieh bei dem-
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Fig. 22, Kurve b, dargestellten Dämpfungskurve mit gleichmässigem Anstieg noch etwa verdoppeln.
Bei noch weiterer Versteigerung der Dämpfungskurve durch Annäherung des Unendlichkeitspunktes an die Lochgrenze geht allerdings das Dämpfungsminimum jenseits der Unendlichkeitsstelle @s. Fig. 22 bei. 1) stark zurück.
Wie Fig. 23 zeigt, ist der Wellenwiderstandsverlauf dieser Siebkette ein unsymmetrischer bezüg- lich des Ein- und Ausganges. Durch bestimmte Bemessung der Kette ist aber zu erreichen, dass die beiden Wellenwiderstände der Kette zueinander reziprok symmetrisch verlaufen und in der Lochmitte für beide Seiten gleiche Wellenwiderstände besitzen.
Der Dämpfungsverlauf einer Siebkette nach Fig. 19 bzw. der nach dem Schema der Fig. 1 aus
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Dämpfungsverlauf des Wellensiebes nach Fig. 16 unter der Voraussetzung, dass die Lochbreite klein ist gegen die Lochfrequenz. Auch bei diesem Wellensieb (Fig. 19. 20) kann die Lage des Unendlichkeitspunktes durch die Wahl der Lochbreiten der einzelnen Teilfilter bestimmt und damit auch die Steilheit an den Lochgrenzen des Wellensiebes verändert werden, da die Steilheit mit Annäherung der Unendlichkeitsstellen an die Lochgrenzen steigt. Aber selbst dann, wenn man die Unendlichkeitsstelle ins Unend- liche rückt, ist der Dämpfungsanstieg auch bei dieser Kette noch dreimal so steil wie der eines einzelnen Teilfilters.
Die Wellenwiderstände einer solchen Siebkette haben aber zum Unterschied vom Wellensieb nach Fig. 16 auf beiden Seiten den gleichen Verlauf. u. zw. ähnlich dem von @1, in Fig. 23.
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Bei den beiden genannten : 3iebketten. sowohl bei der reziprok symmetrischen (Fig. 16) wie bei der symmetrischen (Fig. 19 oder 20) ist der Verlauf des Wellenwiderstandes vollständig unabhängig
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verhältnisses 1 der Transformatoren übergehen. ist in Fig. 24 gezeigt. Diese Siebkette besteht aus vier Kondensatoren und vier Spulen. die mit ihnen in Serie geschaltet sind. Eine einfache Spule mit Mittelabgriff ersetzt die vier Transformatoren. Der Dämpfungsverlauf entspricht, wie bereits erwähnt, der Kurve in Fig. 23 mit einem Unendlichkeitspunkt. Die Steilheit bzw. die Lage des Unendlichkeitspunktes kann durch Wahl der Resonanzfreqzuenzen der vier Zweige mit den Seriensehaltungen aus Kapazitäten und Induktivitäten vorherbestimmt werden.
Die Wellensiebe nach der Erfindung können mit Vorteil zur Bildung elektrischer Weichen benutzt werden. wobei sieh bei einigen Typen der Wellensiebe eine wesentliche Vereinfachung durch das Zu- sammenschalten ergibt. Fig. 25 zeigt z. B. die verallgemeinerte Form des in Fig. 24 dargestellten Wellensiebes.
Das Wellensieb besteht aus vier Zweigen mit je zwei widerstandsreziproken Impedanzen J'l und
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Klemmenpaares. Die Eigenschaften eines solchen Wellensiebes sind für den besonderen Fall der Kondensatoren und Spulen als widerstandsreziproke Impedanzen bereits früher näher beschrieben worden.
Es ist an sieh bekannt, dass man beispielsweise bei Mehrfachausnutzung von Leitungen eine grössere Anzahl von Siebketten in Form von elektrischen Weichen auf der einen Seite parallel schaltet. Werden beispielsweise die Klemmenpaare l', 11'der einzelnen Wellensiebe für einzelne Kanäle eines Mehrfach- übertragungssystems parallel geschaltet, so tritt an den Mittelanzapfungen der Spule A der einzelnen Wellensiebe mit verschiedenem Durchlässigkeitsbereich immer dasselbe Potential auf. Die einzelnen parallel geschalteten Spulen mit Mittelanzapfung können somit gemäss weiterer Erfindung durch eine einzige Spule ersetzt werden.
Die Spulen mit Mittelanzapfung können dabei auch durch Transformatoren ersetzt werden, deren den Wellensieben zugekehrte Wicklungen einen Mittelabgriff besitzen.
Fig. 2G zeigt beispielsweise eine solche Ausführung der elektrischen Weiche gemäss weiterer Er- finding. Die Eingangsklemmen I', II' führen zur Primärwicklung eines Transformators, dessen Sekundärwicklung einen Mittelabgriff besitzt, der mit der Klemme 1 verbunden ist. Der Ausgang der Weiche für den ersten Kanal ist durch die Klemmen 7 und 77 gegeben, wobei an 77 die vier Zweige des ersten Wellen-
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zweiten Kanal, wobei an 111 die einzelnen Zweige des zweiten Wellensiebes mit den Impedanzen .... angeschlossen sind. Die Zahl der so angeschlossenen Wellensiebe ist nach rechts beliebig weiter fortgesetzt zu denken.
Die Bemessung der Elemente der Wellensiebe erfolgt entsprechend den gemachten Angaben, so dass
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besitzen.
Bei der genannten Ausführungsform der Erfindung, bei der die einzelnen Transformatoren der Wellensiebe durch einen gemeinsamen, im Eingang der elektrischen Weiche liegenden Transformator ersetzt sind, wird eine Ersparnis an Elementen erzielt. Im allgemeinen kann durch Parallelschalten von Siebketten mit verschiedenen Durchlässigkeitsbereichen. soweit dies zulassig ist. zwar kein Gewinn an Schaltelementen erreicht werden, in dem speziellen Fall ist aber eine Ersparnis deshalb möglich, weil der Transformator kein wahres Element des Siebes ist. d. h. die Siebeigenschaften nicht mitbestimmt,
Die elektrische Weiche nach der Erfindung besitzt gegenüber den aus andern Filtern zusammen- gesetzten die gleichen Vorteile wie die angegebenen Wellensiebe gegenüber den bekannten Siebketten.
Gegenüber den Campbell-Filtern besitzen diese beispielsweise den Vorteil, bei gleichem Aufwand an Schaltelementen zwar Dämpfungskurven gleicher Ordnung (gleich steiler Anstieg des Phasenwinkels im Durch-
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benutzt werden.
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