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Absorptionsfilter für Dezimeter- und Zentimeterwellen Die Erfindung betrifft ein durchstimmbares Absorptionsfilter nahezu konstanten reellen Eingangswiderstandes für Dezimeter- und Zentimeterwellen.
übliche Filter bieten dem Generator ausserhalb des Durchlassbereiches reaktive Komponenten im Eingangswiderstand. Demgegenüber bietet ein Absorptionsfilter dem Generator für alle Frequenzen konstanten oder nahezu konstanten Ohmschen Eingangswiderstand, indem es seiner Natur nach eine Weiche nahezu kontanten Eingangswiderstandes ist, welche die auftreffende Energie je nach Frequenzlage verteilt.
Es ist bekannt, derartige Absorptionsfilter als Brückenweiche aufzubauen. Jedoch haben diese bekannten Anordnungen den Nachteil, aus umfangreichen Bauelementen zu bestehen oder kompliziert im Aufbau zu sein.
Das erfindungsgemässe Filter kommt demgegen- über mit zwei Schwingkreisen aus, bei denen die Durchstimmung durch einen einzigen Antrieb erfolgt.
Das erfindungsgemässe Absorptionsfilter für Dezimeter- und Zentimeterwellen, welches aus einer Parallelschaltung zweier über Leitungsstücke oder Hohlrohrstücke angekoppelter Schwingungskreise besteht, von denen der eine als Bandpass und der andere als Bandsperre mit gleicher Resonanzlage ausgebildet ist und bei denen die Nutzlast wahlweise der Abschlusswiderstand des Bandpasses oder der Bandsperre sein kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines konstanten, reellen Eingangswiderstandes Bandpass und Bandsperre durch einen gemeinsamen mechanischen Antrieb im Gleichlauf abgestimmt werden, wobei die Ankopplung der Energieleitung an den Bandsperren-Schwingkreis über eine durch diesen geführte Bandleitung erfolgt,
die so dimensioniert ist, dass die Verstimmungen von Bandpass und Bandsperre bei Abstimmung durch den gemeinsamen Antrieb stets gleich gross bleiben. Vorzugsweise werden die Resonanzfrequenzen von Bandpass und Bandsperre im Gleichlauf geändert und können demzufolge durch geeignete mechanische Hilfsmittel mechanisch gekoppelt werden, so dass das Absorptionsfilter einknopf-durchstimmbar ist.
In den Figuren der beiliegenden Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines Absorptionsfilters mit zugehörigem Diagramm zur Erklärung der prinzipiellen Wirkungsweise.
Fig.2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung.
Fig. 3 ist .ein Ersatzschaltbild für einen Teil der Schaltung nach Fig. 2.
Fig. 4 bis Fig. 6 zeigen verschiedene Admittanz- Ortskurven.
Gemäss Fig. 1 ergibt die Parallelschaltung einer mit dem Widerstand R, abgeschlossenen Bandsperre 1 und eines mit dem Widerstand R, abgeschlossenen Bandpasses 2 gleicher Resonanzfrequenz ein Absorptionsfilter konstanten Eingangswiderstandes. Man erkennt dies aus dem linken Teilbild von Fig. 1, in welchem der Verlauf von Impedanz und Admittanz von Pass und Sperre dargestellt ist.
Die untere Hälfte ist die Ortskurve der Impedanz R = R + jX (3') und der Admittanz (4') J = G + jY der Bandsperre i für den Bereich der negativen Verstimmung bis zur Verstimmung 0, also bis zur Resonanzfrequenz;
die angeschriebenen Zahlen 1=2 ... sind das Produkt des auf den Abschlusswiderstand R, bezogenen Schwingungswiderstandes
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und der reziproken Verstimmung. Ausserhalb der Re- sonanzfrequenz ist die Impedanz praktisch frequenz- unabhängig und gleich Ra. Die Verstimmung v ergibt sich bekanntlich aus der Beziehung
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wobei f o die Resonanzfrequenz und feine beliebige, von der Resonanzfrequenz abweichende Frequenz ist.
Bei negativer Verstimmung ist also f. > f. Zur besseren Übersicht sind im Diagramm die Werte für
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negativ aufgetragen (im Diagramm - Um den gleichen Massstab für Bandsperre und
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liandpass verwenden zu können, wird bei der Bandsperre die reziproke Verstimmung und beim Bandpass die Verstimmung zugrunde gelegt. Die obere Hälfte zeigt die Impedanz- und Admittanzkurve des Bandpasses 2, ebenso für den Bereich negativer Verstimmung bis zur Verstimmung 0. Die angeschriebenen Zahlen -0,5 ... sind das Produkt des auf den Abschlusswiderstand bezogenen Schwingwiderstandes und der Verstimmung.
Entgegen der üblichen Darstellung wurde der rechte obere Quadrant zur Darstellung der Ortskurve bei negativen Verstimmungen benutzt, um das Verhalten von Pass und Sperre im gleichen Verstimmungsbereich besser übersehen zu können.
Man erkennt nun, dass die Admittanzen von Pass 2 und Sperre 1 gleicher Güte bei gleicher Verstimmung komplementär sind, das heisst die Blindanteile 5', 6' haben gleichen Betrag und entgegengesetztes Vorzeichen, und die Summe der Wirkanteile 8', 9' ist jeweils gleich der Leitwertseinheit. Zusammengehörige Admittanzwerte von Pass und Sperre liegen also diametral gegenüber.
Wegen der Ähnlichkeit der Dreiecke (0, -0,5, s) und (0, -1j0,5, s) verhalten sich X, zu R, wie R, zu Xs. Es sind also die zwei Impedanzen von Bandsperre und Bandpass, sofern sie gleiche Kreisgüten haben, zueinander widerstandsreziprok und ihre Admittanzen sind komplementär.
Bei jeder beliebigen Frequenz ist die Summe der Admittanzen gleich 1 IR, bzw. G.. Die eben diskutierte Parallelschaltung von Pass und Sperre hat also für alle Frequenzen kontanten reellen Eingangswiderstand und stellt eine Weiche dar, indem die Energie je nach Frequenzlage entweder ganz in den Abschlusswiderstand des Passes, oder ganz in den Abschluss der Sperre oder zu einem Teil in den Abschluss des Passes, zum anderen in den der Sperre geleitet wird. Ein solches Netzwerk kann an Stelle eines üblichen Filters verwendet werden, ohne jedoch Blindkomponenten im Eingangswiderstand zu enthalten; es wird Absorptionsfilter genannt.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels für ein Absorptionsfilter. Der Bandpass ist als ein d/4-Leitungskreis 4 ausgebildet. Er besteht aus einer einseitig kurzgeschlossenen Koaxialleitung, deren Innenleiter 17 ein schwächeres Innenleiterstück 19 aufweist, das ohne galvanische Berührung nur kapazitiv angekoppelt ist und in dem Innenleiter 17 verschiebbar angeordnet ist. Der Innenleiter ist also in seiner elektrischen Länge veränderbar, wodurch eine Abstim- mung des Bandpasses ermöglicht wird.
An dem Bandpass ist ein Absorberwiderstand 5 oder eine Antenne angeschlossen. Zur mechanischen Halterung des Absorbers sind Isolierstützen 6 vorgesehen. Über die Stammleitung 7, die als Koaxialleitung ausgebildet ist, ist zu dem Bandpass 4 die Bandsperre 8 parallel geschaltet. Letztere ist ähnlich wie der Bandpass aufgebaut. Sie weist ebenfalls einen Innenleiter 16 und ein kapazitiv angekoppeltes Innenleiterstück 18 auf. Der Innenleiter 9 der Koaxialleitung im Inneren der Bandsperre 8 ist als Bandleitung 10 weitergeführt und wird wieder als Koaxialleitung 11 aus dieser herausgeführt.
An ihrem Ende weist sie eine Exponen- tialrichterform auf und ist mit einer Last 12 vom Wert R, = Z abgeschlossen. Die Wellenenergie beispielsweise die des Senders (Fig. 1, 13 = 13) wird bei 14 eingekoppelt. Ein mechanischer Parallelantrieb 15, z. B. in Form einer durch .eine Brille abgedeckten Rollenkette dient zur gleichmässigen Durchstimmung der Filter 4 und 8, das heisst einer derartigen Durchstimmung, dass die Verstimmungen der beiden Filter als Funktion des Verdrehungswinkels des Parallelantriebes den gleichen Verlauf aufweisen.
In Fig. 3 ist die Ersatzschaltung der Bandsperre 8 für die Resonanzfrequenz gezeigt. Die Bandsperre lässt sich als eine Energieleitung darstellen, die fre- quenzunabhängig mit einer Last R, .= Z abgeschlossen ist und an die ein Schwingungskreis 20 magnetisch durch die Bandleitung angekoppelt ist. Ein Teil 21 der Parallelbandleitung, der als 74-Filter wirkt, ist als Koppelschleife an diesem Schwingungskreis wirksam.
Fig. 4 zeigt die am Ort ihrer Zusammenschaltung 13-13 gemessenen Admittanzen von Pass und Sperre. Ein Absorptionsfilter lässt sich also durch die Parallelschaltung zweier über die Zuleitung parallel geschalteter Schwingkreise 4 und 8, von denen der eine als Bandpass, der andere als Bandsperre gleicher Resonanzlage ausgebildet ist, realisieren.
Man kann bekanntlich durch verschieden starke Ankopplung der Last an einem Bandpass den Ort der Frequenzmarken auf der in der Fig. 1 dargestellten Admittanzortskurve des Bandpasses so variieren, dass in jeder Stellung des Antriebes beim Bandpass und bei der Bandsperre die Verstimmung gleich gross ist. Das Gleiche ist auch bei der Bandsperre möglich, wenn man sie gemäss Fig. 2 durch Ankopplung eines Schwingkreises an eine Energieleitung realisiert. Dort ist eine koaxiale Energieleitung üblichen Wellenwiderstandes z.
B. 60,0- dargestellt, die im Inneren des Leitungskreises als Bandleitung verläuft, stossfrei aus dem Leitungskreis als Koaxialleitung herausgeführt wird und mit einer Last von der Grösse des Leitungswellenwiderstandes abgeschlossen ist.
Bei dieser Ausführung verlangt eine vorgegebene Breite des Bandes im Kreis wegen der Wellenwiderstandsforderung einen bestimmten Abstand des Bandes von der Topfwand, wodurch die Ankopplung des Sches ingungskreises an die Leitung also ii2 festgelegt ist. In Fig. 5 ist die Admittanzkurve für eine breite
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Bandleitung in grösserem Abstand von der Topfwand, also für eine relative feste Kopplung dargestellt. Der Ortskurve der Fig. 6 liegt eine schmale Bandleitung in kleinerem Abstand von der Topfwand, also lose Ankopplung zugrunde.
Je loser die Kopplung ist, um so mehr werden die Eigenverluste des Schwingkreises bemerkbar, so dass die Admittanz- Ortskurve bei der Resonanzfrequenz die reelle Achse dann nicht mehr im Nullpunkt, sondern vielmehr bei einem endlichen positiven Wert schneidet.
Die als Bandpass und Bandsperre verwendeten Schwingkreise des Absorptionsfilters zeigen nun die gleiche Abhängigkeit der Resonanzlage von der Frequenz. Bildet man diese beiden Kreise durchstimmbar aus, so ist durch Kupplung der Antriebe dieser beiden Kreise unschwer ein durchstimmbares Absorptionsfilter herstellbar; es sei dabei offen gelassen, ob die Nutzlast den Bandpass oder die Bandsperre abschliesst, oder jeder der beiden Abschlüsse von Pass und Sperre als Nutzlast anzusprechen ist.
Die Verwendung des Absorptionsfilters ist auch dann möglich, wenn man aus einem Frequenzgemisch einen Teil herausfiltern will, und man nicht zulässt, dass der restliche Teil der Energie durch reaktive Filterflanken zum Generator reflektiert wird. Ist der Generator selbsterregt, so könnte er z. B. durch reflektierte Energiebeträge labilisiert werden und eventuell in seiner Frequenz springen. Aber auch in Zusammenwirkung mit fremderregten Generatoren ist das Absorptionsfilter verwendbar. Man kann sich z.
B. das Absorptionsfilter zwischen einer Umsetzerstufe von der Zwischenfrequenz auf eine Mikrowellenfrequenz und einer nachfolgenden Verstärkerstufe für Mikrowellen geschaltet denken, so dass das erwünschte Seitenband zur Verstärkerstufe gelangt, während der Träger und das unerwünschte Seitenband vom Absorber aufgenommen werden.
Man kann das Absorptionsfilter mit Vorteil aber auch am Eingang eines ZF-Deziumsetzers (Mischstufe, in welcher Dezimeterwellen in eine Zwischenfrequenz umgesetzt werden) verwenden, wobei die Kathode des Umsetzers an den bisherigen Eingang des Absorptionsfilters, der Trägererzeuger an den bisherigen Ausgang angeschlossen und das Absorptionsfilter auf die Trägerfrequenz abgestimmt wird; der Umsetzer sieht dann kathodenseitig in dem ihn interessierenden Frequenzgebiet des erwünschten Seitenbandes einen frequenzunabhängigen konstanten Ge- genkopplungswiderstand.
Mit einem erfindungsgemäss ausgebildeten Filter und z. B. einem Dreikreisfilter lässt sich beispielsweise auch eine durchstimmbare Antennenweiche aufbauen. In der Leitung zwischen den Filtern kann die Anschlussbuchse für die Antenne und am Absorptionsfilter der Anschluss für den Sender vorgesehen sein.
Durch den gedrängten Aufbau der Weiche ist es ferner möglich, diese unmittelbar an einen Mikrowellenempfänger aufzubauen. Dadurch lässt sich die Leitung zwischen der Mischstufe des Empfängers und der Weiche sehr kurz ausführen, so dass sie so dimensioniert werden kann, dass die im Mischdetektor erzeugte Spiegelfrequenz in Richtung zur Weiche für ein breites Frequenzband leer läuft, was für optimale Empfindlichkeit vorteilhaft ist. Diese Möglichkeit des breitbandigen Spiegelfrequenzabschlusses besteht bei längerer Leitung zwischen Mischer und Empfangsteil der Weiche nicht.
Einen ausserordentlichen Vorteil weist die Antennenweiche auch insofern auf, als sie über einen grösseren Frequenzbereich durchstimm- bar ist, ohne dass sich die Anpassung merklich ändert.