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Bandfilter.
Diese Erfindung bezieht sich auf Bandfilter und besonders auf zusammengesetzte Bandfilter, die eine Mehrzahl von Einzelfiltern enthalten, um durch ihr Zusammenwirken ein breiteres Band durchzulassen, als dies mittels eines einzelnen Filters möglich ist.
Die Erfindung eignet sich besonders für die Antennenankopplung eines Radioempfängers, wenn diese Kopplung ein breites Band oder eine Mehrzahl von Bändern innerhalb des Hochfrequenzspektrums übertragen soll.
Z. B. kann ein solches breites Band durch Frequenzen begrenzt werden, die in einem Verhältnis von 40 : 1 zueinander stehen. Die Verwirklichung dieser Forderung bietet jedoch gewisse Schwierigkeiten sowohl in bezug auf die Anzahl der erforderlichen Filterelemente als auch in bezug auf die Erzeugung einer leidlich gleichförmigen Übertragung innerhalb des Bandes. Die Schwierigkeit wird noch erhöht, wenn der"Breitbandfilter"einen Transformator enthalten muss, um die Eingangs-und Ausgangskreise zu trennen oder ihre Impedanzen einander anzupassen ; es ist nämlich schwierig, wenn nicht unmöglich, einen Transformator zu entwerfen, der fähig ist, ein so breites Frequenzband durchzulassen ; für einen derartigen Transformator würde ein Kopplungskoeffizient nahe dem Wert eins erforderlich sein.
Mit andern Worten : ein bestimmter Kopplungskoeffizient in einem Transformator setzt eine Grenze fest für das Verhältnis der Grenzfrequenzen des durch den Transformator durchgelassenen Bandes.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein zusammengesetztes Bandfilter, das ein breites Frequenzband durchlässt, das die obengenannten Schwierigkeiten der bekannten Anordnungen. überwindet und das ein Minimum an Schaltelementen enthält.
Gegenstand der Erfindung ist besonders ein zusammengesetztes Bandfilter, das ein breites Frequenzband bedeckt und eine Mehrzahl von einzelnen Sandfiltern enthält, von denen jedes einen Transformator aufweist ; er ist dabei so dimensioniert, dass er eine Mehrzahl von Frequenzbändern durchlässt, die durch dazwischen liegende Frequenzbänder getrennt sind ; die zusammenwirkenden Filter sind so dimensioniert und geschaltet, dass sie zusammengefasst ein kontinuierliches Band durchlassen, das die von den einzelnen Filtern durchgelassenen Bänder und die dazwischen liegenden Bänder enthält.
Gemäss der Erfindung sind zwei oder mehr Bandfilter vorgesehen, von denen jeder wenigstens aus zwei Bindfilterhälften irgendeiner geeigneten Art und aus einem Transformator besteht. Beide Abschlusskreise (Eingang und Ausgang) jedes einzelnen Filters sind so dimensioniert, dass die einander entsprechenden Klemmen aller Filter direkt sowohl mit dem Eingangsende als auch mit dem Ausgangsende der sich ergebenden Schaltung verbunden werden können.
Die einzelnen Filter sind jeder für sich geeignet, mehrere durch dazwischen liegende Bänder getrennte Bänder durchzulassen und beim Durchlass der dazwischen liegenden Bänder zusammenzuwirken, so dass eine Übertragungscharakteristik wie die eines einzigen kontinuierlich arbeitenden Bandfilters mit konstantem Kopplungskoeffizienten k über den ausgedehnten Frequenzbereich resultiert.
Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vollständigen Antennen- kopplung, die ein zusammengesetztes Bandfilter gemäss der Erfindung enthält ; Fig. 2 a-2 b sind Schaltschemen, die zur Illustration der Filterentwicklung in bezug auf die Übertragung der höheren Frequenzen dienen. Fig. 3 a-3 b sind entsprechende Schemen in bezug auf die Übertragung der tieferen Frequenzen. Fig. 4 ist ein aus den Schaltungen der Fig. 2 b und 3 b zusammengesetztes Schaltschema.
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des zusammengesetzten Filters der Fig. 4.
In Fig. 1 ist schematisch eine Hochfrequenzempfangsanlage gezeigt, für welche die Erfindung besonders geeignet ist und in der ein zusammengesetzter Filter zur Kopplung einer Übertragungsleitung von der Antenne zu einem Belastungskreis dient, der aus einer weiteren Übertragungseinrichtung oder einem Radioempfänger bestehen kann.
Die Anlage umfasst eine Antenne 10 a--M b, die zur Benutzung bei den höheren Frequenzen (Kurzwellen) des aufzunehmenden Bandes als Dipolantenne und zur Benutzung bei den tieferen Frequenzen als einfache Antenne ausgebildet ist. Diese Antenne ist mit einer Übertragungsleitung 12 durch einen Bandfilter 11 von geeigneter Art gekoppelt.
Das andere Ende der Übertragungsleitung 12 ist mit einem Belastungskreis 14, beispielsweise einem Radioempfänger, der einen Eingangskreis mit der Impedanz 15 hat,, mittels' eines zusammengesetzten Filters 13 gemäss der Erfindung gekoppelt. Das zusammengesetzte Filter. Mist so dimensioniert, dass es ein breites Frequenzband, z. B. von 0'5 bis-20 Megahertz durchlässt. Das zusammengesetzte Filter 13 soll annähernd an den konstanten Wellenwiderstand der Leitung 12 und die Impedanz 15 des Eingangskreises der Belastungseinrichtung 14 angepasst sein.
Es ist erwünscht, dass das zusammengesetzte Filter Transformatorwicklungen enthält, welche direkte Verbindungen zwischen den Primärund Sekundärkreisen des Filters vermeiden und eine Impedanztransformation erlauben, weil im allgemeinen der Wellenwiederstand der Leitung einen von dem des Belastungskreises 14 verschiedenen Wert hat.
Das zusammengesetzte Filter 13 enthält eine Mehrzahl von Filtern, die zwischen gemeinsamen Klemmen eingeschaltet und einzeln so eingerichtet sind, dass sie bestimmte Frequenzbänder durchlassen, die durch dazwischen liegende Frequenzbänder voneinander getrennt sind Obgleich die Erfindung für eine beliebige Lage der einzelnen Durchlassbänder'und der dazwischen liegenden Bänder anwendbar ist, kann sie doch mit besonderem Vorteil in einem solchen zusammengesetzten Filter gebraucht werden, in welchem die Grenzfrequenzen annähernd in einer arithmetischen oder geometrischen Progression zueinander in Beziehung stehen, d. h.
die Breite jedes der dazwischen liegenden Bänder ist das arithmetische oder geometrische Mittel der benachbarten Bänder. Wenn die benannte arithmetische Reihe zwischen den Grenzfrequenzen besteht, werden bei dem sich so ergebenden Filter die Übertragungsgeschwindigkeiten für alle Frequenzen innerhalb des gesamten Bandes nahezu gleich sein, was die Bedingung für minimale Verzerrung einer zusammengesetzten Welle ist. Für die Erklärung und Berechnung wird vorausgesetzt, dass das ganze Frequenzband, z.
B. 0'5-20 Megahertz in drei Bänder durch die Grenzfrequenzen i,/s,/g und/mit den Werten 0'5, 1'7, 5'8 und 20 Megahertz eingeteilt ist ; diese Frequenzen entsprechen annähernd einer geometrischen Reihe, in welcher der konstante Faktor 3'4 ist.
Bei dem Gebrauch von Sandfiltern in der Praxis haben sich bereits gewisse Standardtypen herausgebildet. Zum Zwecke der Vorherberechnung kann ein willkürlicher Wert für die Eingangsund Ausgangskennwiderstände vorausgesetzt werden. Im allgemeinen wird eine Type gewählt, deren Eingangs-'und Ausgangsimpedanzen den gleichen nominellenwertund ähnlichefrequenzeharakteristiken haben. Dieser nominelle Wert ist durch das Symbol R bezeichnet und kann mit 100 Ohm für die Zwecke der Vorausberechnung angenommen werden. Ein Filter, das die Forderungen dieser Erfindung erfüllt, ist in Fig. 2 a gezeigt und sei als Type A bezeichnet.
Für eine vollständigere Beschreibung verschiedener Typen von symmetrischen Bandfilterteilen, die für den Gebrauch in den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung geeignet sind, wird auf ein Buch von T. E. Shea Transmission Networks and Wave Filters", D. van NostTand Co., 1929, Bezug genommen. Der Filterteil der Type A wird auf S. 316 dieses Buches als Type 1113 behandelt.
Der Filterteil der Type A in Fig. 2 a enthält einen Mittelnebenschlusskondensator 16 und eine Induktivität 17, eine Serieninduktivität 18 und einen Mittelnebenschlusskondensator 19 mit der Induktivität 9. Ein derartiger Filterteil erlaubt die Einfügung eines Transformators, weil er sowohl Serien-als auch Parallelinduktivitäten enthält, welche durch die Selbst-und Gegeninduktivitäten der Transformatorwicklungen in entsprechender Schaltung ersetzt werden können. Es wird vorausgesetzt,
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gangs-als auch'im Ausgangskreis angepasst ist.
Die Werte der Kreisreaktanzen können dann in Gliedern von R und den Grenzfrequenzen des von diesem Teil zu übertragenden Bandes entweder nach den Formeln berechnet werden, die in dem Buch von Shea auf S. 316 angegeben sind, oder mit Hilfe der für einen Filterteil der Type A modifizierten Formeln, die in der Formeltabelle am Schluss dieser Beschreibung für Fig. 2'a (Type A) angegeben sind.
Mit Hilfe der bekannten Grundsätze über äquivalente Kettenleiter kann Teil A der Fig. 2 a in den in Fig. 2 b dargestellten Teil, der hinfort als Type B bezeichnet wird, verwandelt werden. Bei dieser Verwandlung werden die Induktivitäten 17, 18 und 9 in die gleichwertigen Induktivitäten 21 und 23 und die dazwischen befindliche gegenseitige Induktivität verwandelt ; diese Induktivitäten
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<tb> f1 <SEP> = <SEP> 0#5 <SEP> Megahertz
<tb> 12 <SEP> = <SEP> 1'7 <SEP> Megahertz
<tb> f3 <SEP> = <SEP> 5#8 <SEP> Meganhertz
<tb> f4 <SEP> = <SEP> 20 <SEP> Megahertz
<tb> Leitungsimpedanz <SEP> RL <SEP> = <SEP> 500 <SEP> Ohm <SEP> Widerstand
<tb> Belastungsimpedanz <SEP> RA <SEP> = <SEP> 400 <SEP> Ohm <SEP> Widerstand
<tb> Elemente <SEP> :
<SEP> 21 <SEP> a <SEP> + <SEP> 21 <SEP> b <SEP> = <SEP> 27 <SEP> Mikrohenry
<tb> 23 <SEP> = <SEP> 21 <SEP> Mikrohenry
<tb> 30 <SEP> = <SEP> 262 <SEP> Mikrohenry
<tb> 32 <SEP> = <SEP> 210 <SEP> Mikrohenry
<tb> 20 <SEP> = <SEP> 16 <SEP> Mikromikrofarad
<tb> 22. <SEP> = <SEP> 20 <SEP> Mikromikrofarad
<tb> 29 <SEP> a, <SEP> 29 <SEP> b <SEP> = <SEP> 386 <SEP> Mikromikrofarad
<tb> 31 <SEP> = <SEP> 242 <SEP> Mikromikrofarad
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