Filter für Dezimeterwellen. Die Erfindung betrifft eine neue Aus führung von Dezimeterwellenfiltern, die als Hochpass-, Tiefpass- und Bandpassfilter aus geführt sein können.
Der Aufbau von Hoch pass-, Tiefpass- und Bandpassfiltern für Dezi- meterwellen macht erhebliche Schwierigkei ten, da die einzelnen Längs- und Q1uer- reaktanzen sich im allgemeinen nicht mehr sauber herstellen lassen. wegen der räum lichen Ausdehnung besitzen die als Induk- tivitäten benutzten Spulen für die sehr kur zen Wellen stets eine Parallelkapazität, ebenso treten die Zuleitungsinduktivitäten zu den Kondensatoren bereits merklich in Er scheinung.
Man hat daher Filter für ultra kurze Wellen aus Leitungsstücken mit ver teilter lnduktivitätund Kapazität hergestellt, und zwar sowohl aus Koagialleitungen als auch aus Paralleldrahtleitungen. Diese An ordnungen haben jedoch den Nachteil, dass sie einen erheblichen Platz beanspruchen, so dass sie schwer und unhandlich werden. Auch sind . sie meist nur für recht schmale Frequenzgebiete brauchbar.
Es sind auch so- genannte Laufzeitspulen bekannt geworden, die als Tiefpassfilter angesehen werden kön nen. Diese bestehen z. B aus einer auf einem geschlitzten Metallzylinder aufgewundenen Drahtspule.
Diese Spule bildet die gleich mässig verteilte Längsinduktivität, während die ebenfalls gleichmässig verteilte Quer kapazität durch die Kapazität der Spule gegenüber dem Metallzylinder gebildet wird. Die Grenzfrequenz derartiger Tiefpassfilter liegt aber, für Dezimeterwellen zu niedrig. Der erfindungsgemässe Filter mit koaxialer Anordnung der Filterelemente innerhalb eines Abschirmrohres bezweckt, die Nachteile der eingangs erwähnten Filter zu beseitigen.
Die Merkmale der Erfindung bestehen darin, dass die Induktivitäten durch mit Aus- fräsungen versehene, senkrecht zur Rohr achse und damit auch senkrecht zur Fort pflanzungsrichtung im Rohr stehende Metall- scheiben gebildet werden. Insbesondere kön nen die Ausfräsungen die Form einer ein- oder mehrgängigen Spirale besitzen.
An Hand der Figuren sollen Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Fig.l zeigt einen Ausschnitt aus einem Tiefpassssfilter mit zwei Filtergliedern. In einem Metallrohr 1 ist in der Achse ein Isolierstab 2, z. B. aus Keramik, angebracht. Auf diesen Keramikstab sind die als Filter glieder dienenden Bauelemente, welche mit je einer zentrischen Bohrung versehen sind, aufgeschoben. Jedes Filterglied besteht aus einer mit Ausfräsungen versehenen Metall scheibe 3, einem Metallbecher 4 und einem den Keramikstab eng umschliessenden Metall ring 5.
Die Längsinduktivität wird durch die ausgefräste Metallscheibe 3 gebildet. Die Querkapazität ist zwischen dem Umfang des Metallbechers 4 und der Innenoberfläche des Abschirmrohres 1 wirksam. Es ergibt sich also-das aus der Fig. la ersichtliche Ersatz schaltbild eines Tiefpassfilters.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass sich eine beliebige Anzahl derartiger Filterglieder in -einfacher Weise .aneinanderreihen lässt. Um Verbiegungen. zu vermeiden, ist zwischen dem Boden des Bechers 4 und der Scheibe 3 noch ein Isolierring 7 vorgesehen. Bei die- zer Anordnung werden die einzelnen Ele mente einfach auf den Keramikstab 2 auf gefädelt.
Das Ganze wird dann in das Me tallrohr 1 hineingeschoben und beidseitig mittels Verschraubungen an den Enden des Metallrohres befestigt. Die einzelnen Filter glieder und die Verbindungskontaktfläehen werden dann durch den Druck der Verschrau bungen zusammengepresst, so dass weiter keine Befestigungsmittel notwendig sind. Versuche mit einer solchen Anordnung haben ergeben, dass man pro Filterglied im Sperr bereich eine Dämpfung von rund 1 Np erhält, während im Durchlassbereich eine Dämpfung von rund 1,ro auftritt.
Wünscht man also z. B. einen Filter von 10 Np Sperrdämpfung, so ordnet man 10 Filterglieder der beschrie benen Art in dem Rohr an. Im Durchlass- Bereich hat man dann mit einer Dämpfung von ungefähr 10% zu rechnen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der als Induktivität verwendeten Scheibe 3, welche eine Ausfräsung in Form einer Spirale besitzt. Zur Einstellung des Induktivitätswertes ist eine in der spiraligen Ausfräsung verschiebbare und mit einer Gegenmutter mit Steg als Sicherung versehene Klemmschraube 8 vor gesehen, welche einen Teil der Windungen kurzschliesst. Gegebenenfalls können auch mehrere solcher einstellbarer Klemmschrau ben verwendet werden.
Fig. 3 zeigt eine andere Form der Induk- tivitätsscheibe 3, bei welcher drei. Sektoren ausgefräst sind, so dass ein innerer und ein äusserer Ring stehen bleiben, welche durch drei Stege miteinander verbunden sind. Diese Scheibe besitzt eine -wesentlich geringere In duktivität als die Scheibe nach Fig.2. Es sind natürlich noch viele andere Formen für die Induktivität möglich.
Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Hoch passfilters. Hier ist ein. kapazitiv unterteilter Innenleiter innerhalb des Metallrohres 1 angebracht, wobei jeweils zwischen zwei Innenleiterteilen eine Induktivitätsscheibe 3 zum Aussenleiter führt. Das Filter ist aus einfachen Bauelementen aufgebaut, die im folgenden näher bezeichnet werden sollen. Die Fig. 4 zeigt von links nach rechts ein Anfangsglied, ein Mittelglied und ein End- glied. Natürlich können zwischen dem An fang und dem Endglied beliebig viele Mit telglieder eingeschaltet sein.
In der Fig. 4 bezeichnet 10 das Ende des Innenleiters einer Koaxialleitung, wel ches durch den Isolierring 11 koaxial in- dem Rohr 1 gehalten wird. An diesem Innenleiter 10 ist eine Metallschale 9 befestigt, die innen einen Becher 12 trägt, welcher mit dem Zylinder 13 und dem Stempel 14 zusammen die erste Längskapazität von doppelter Grösse der übrigen Längskapazitäten bildet. Der Zylinder 13, der Stempel 14 und die Induk- tivitätsplatte 3 sind z.
B. durch Schrauben miteinander verbunden und bilden mit dem Becher 12 und der Schale 9 das Anfangs- halbglied des Filters, also eine Längskapa zität und eine Querinduktivität. An ihrer Peripherie liegt die Platte 3 an einem metal lischen Ring 15 an, welcher den Kontakt mit dem Aussenleiter herstellt. Ein Isolierstoff ring 16 mit einer ausgefrästen Ringnut dient zur Übertragung des mechanischen Druckes auf die weiteren Filterglieder.
An der rechten Stirnfläche des Stempels 14 ist wieder ein Becher 12' befestigt, welcher mit den Teilen 13' und 14' die Kapazität des nächsten Filter gliedes herstellt.
Zwischen dem Metallring 15 eines Glie des und dem Isolierring 16 des nächsten Gliedes ist jeweils ein Abschirmblech 17 vor gesehen, welches die induktive Kopplung der Querin duktivitäten zweier benachbarter Filterglieder unterbindet. Dieses AbscUirm- blech bedingt noch eine gewisse, wenn auch geringe Querkapazität,
die parallel zu der Induktivität von 3 liegt, so dass das Filter im strengen Sinne nicht als Hochpassfilter, sondern. als Bandpassfilter anzusprechen ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist diese Kapazität jedoch so ge ring, dass die obere Grenzfrequenz sehr hoch, also oberhalb des interessierenden Frequenz bereiches liegt.
Wie an einem weiteren Aus führungsbeispiel unten erläutert werden soll, kann man diese Kapazität aber auch so gross bemessen, dass eine gewünschte Bandpass- charakteristik erzielt wird.
Das letzte Glied des Filters ist etwas anders gestaltet wie die vorhergehenden Filterglieder, um zwecks Anpassung die dop pelte Kapazität zu erzeugen. Es handelt sich also wieder um ein sogenanntes Halbglied. Der Becher 12" und der Stempel 14" sind daher länger ausgebildet als bei den normalen Filtergliedern. Der Stempel 14" und der ent sprechende Zylinder 13" gehen in den Innen leiter 17 der angeschlossenen Koagialleitung über.
Auch dieses Hochpassfilter lässt sich mit ,jeder gewünschten Anzal von Filtergliedern leicht aus gleichartigen Elementen aufbauen: Zunächst werden die Elemente 12, 13, 14, 3 unter Zwischenlage eines Ringes 16 mit- einander verschraubt und dann in das Rohr 1 eingeschoben. Dann wird ein Ring 15 und eine Abschirmscheibe 17 eingeschoben und darauf wieder die obengenannte zusammen gefügte Kombination und so fort. Durch Verschraubungen an den Enden des Rohres 1 werden diese Elemente zusammengepresst.
Der mechanische Druck geht vom Innen- leiterende 10 über die Metallschale 9, die Teile 16, 3, 15, 17, 16', 3' und so fort über 16" auf das Innenleiterende 17 auf der an dern Seite.
Fig. 5 zeigt das Ersatzschaltbild des so ausgebildeten Hochpassfilters, in welches die entsprechenden Bezugszeichen eingetragen sind. Punktiert ist die Parallelkapazität zur Induktivität 3 eingezeichnet, die durch die Abschirmplatte 17 bedingt ist und durch welche man dem Filter den Charakter eines Bandpasses geben kann.
Auch Bandpassfilter mit einem Ersatz bild, wie es Fig. 6 zeigt, sind mittels der be schriebenen Konstruktionselemente aufzu bauen. Dazu benutzt man gemäss dem Schema der Fig. 7 immer abwechselnd ein Hoch passglied HP und ein Tiefpassglied TP. <I>Zu</I> diesem Zweck eignen sich besonders Hoch passglieder, die etwas anders konstruiert sind als dies in Fig. 4 dargestellt ist,
so dass sie ebenso wie die Tiefpassglieder gemäss Fig. 1 auf einen Isolierstab, der sich in der Achse des Abschirmrohres befindet, aufgereiht wer den können. Fig.8 zeigt ein Ausführungs- beispiel eines Bandpassfilters.
Das Tiefpassglied TP ist ähnlich aufgebaut wie in Fig.l. Es kannabernoch,wiedieFig.8 zeigt, eine veränderbare Querkapazität besit zen. Zu diesemZwecksind auf dieMetallschale 4 gemäss- Fig.1 Sektoren 20 aufgeschraubt, die in radialer Richtung verstellbar sind. Durch diese Verstellung wird die Kapazität gegen den Aussenleiter 1 verändert.
In Fig. 9 ist eine solche Verstellkapazität für ein Tiefpass- füterglied, welches die Fig.8 im Schnitt zeigt, nochmals in Ansicht dargestellt. Sie besteht aus, der Metallschale 4, auf welcher die drei Sektaren 20 aufgeschraubt sind und radial verstellt werden können.
Das Hochpass- filterglied <I>HP</I> ist im Prinzip ähnlich auf gebaut wie das nach Fig. 4, so dass eine nähere Erläuterung sich erübrigt. Die Längs kapazität
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nach Fig. 6 wird durch den Metallring 21 und den Becher 22 gebildet, die beim Zusammenbau des Filters ineinan- dergeschoben werden. In der Figur sind sie der Übersichtlichkeit halber etwas auseinan- dergeschoben dargestellt.
Durch die Tiefe des Bechers 22 bezw. die Länge des Ringes 21 kann man dieser Kapazität den gewünschten Wert geben. Zu diesem Zweck kann der Ring 21 mit einem Gewinde versehen sein, mittels dessen man ihn mehr oder weniger tief in den Ring 28 hineinschrauben kann.
Die an Hand der Fig. 8 beschriebenen Tiefpass- und Hochpassglieder können auch für sich allein zum Aufbau von Tiefpass- bezw. Hochpassfilterketten ausgenutzt wer den.
Bei dem Hochpassglied nach Fig. 8 kann man insbesondere auch die Kapazität zwi schen der Spiralscheibe3 und einer Abschirm- scheibe 24 so gross machen, dass man ein abgeleitetes Filter von der Art der Fig. 10 erhält, welches eine Bandpasscharakteristik aufweist.
Die Erfindung ist nicht auf die dar gestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind noch viele andere Durehfüh- rungsmögliclikeiten denkbar.
Die Oberflächen der leitenden Teile, ins besondere der Induktivitäten, überzieht man vorteilhaft mit einer gut leitenden, nicht oxydierenden Schicht, z. B. Gold. Doch kann man auch eine gut leitende Schicht zum Schutz von Oxydation noch zusätzlich mit einer dünnen Lackschicht versehen, die wenig dielektrische Verluste erzeugt. Dazu eignet sich vorzüglich eine Auflösung von Kunst harz in Aceton oder dergleichen.
Vorteilhaft ist im beschriebenen Filter die besondere Form der Induktivitäten, wel che so gut ausgebildet sind, dass sie eine ge ringe Parallelkapazität besitzen und dass die Zuleitungen zu den Induktivitäten und den Kapazitäten durch die gedrängte Bauart auf ein Mindestmass herabgesetzt werden. Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Filters besteht darin, dass, er aus einzelnen, einfach geformten, maschinell leicht herstellbaren Bauelementen zusammengesetzt ist und dass man je nach der gewünschten Steilheit der Filterflanke und Dämpfung im zu sper renden Frequenzgebiet eine beliebige Anzahl dieser Bauelemente zu einer gedrängten An ordnung zusammensetzen kann.