-
Die Erfindung betrifft ein schaltbares
abstimmbares Bandfilter gemäß dem Oberbegriff
des ersten Anspruchs.
-
In Empfängern, die über einen weiten Frequenzbereich
durchgestimmt werden müssen,
wie z.B. die Hochfrequenzempfänger
in Radio- oder Fernsehtunern, wird der Empfangsbereich in mehrere
Unterbereiche aufgeteilt.
-
Heute übliche Fernsehempfänger müssen Signale
in einem Bereich von 48 MHz bis 860 MHz empfangen können. Die
Eigenschaften von Bauelementen, wie sie üblicherweise in Empfängern verwendet
werden, führen
zu einer Begrenzung des erreichbaren Abstimmbereiches. Der gesamte
von einem Fernsehempfänger
erreichbare Frequenzbereich wird daher z.B. in drei Bereiche aufgeteilt.
Dabei geht ein erster Bereich von 48 bis 150 MHz, ein zweiter Bereich 150 bis
430 MHz und ein dritter Bereich von 430 bis 860 MHz. Die Abstimmung über die drei
Bereiche wird in modernen Empfängern über ein Dreiband- oder ein geschaltetes
Zweibandkonzept durchgeführt.
-
Bei dem in der 1 gezeigten Dreibandkonzept wird das
von einer Antenne empfangene Signal auf drei parallele Zweige B1,
B2 und B3 geleitet. Jeder Zweig ist für einen Frequenzbereich ausgelegt und
besteht aus einem Eingangsfilter EF1, EF2 und EF3, einem Eingangsverstärker A1,
A2 und A3, sowie einem Bandfilter BF1, BF2 und BF3. Die Ausgangssignale
jedes dieser Zweige werden auf je einen Mischer MI1, MI2 und MI3
geführt,
dem je ein Oszillator O1, O2 und O3 zugeordnet ist. Am Ausgang der
Mischer ist jeweils eine Zwischenfrequenz abgreifbar.
-
Zur Verringerung des Schaltungsaufwands findet
auch ein Dreibandkonzept Anwendung, bei dem nur zwei Mischer und
Oszillatoren vorhanden sind. Bei diesem in der 2 gezeigten Konzept wird ein Frequenzbereich,
z.B. B3, wie in dem vorstehend beschriebenen Dreibandkonzept mit
einem Mischer MI3 und einem Oszillator O3 verbunden. Die beiden übrigen Frequenzbereiche
B1 und B2 werden zunächst
wie in dem vorstehend beschriebenen Dreibandkonzept über je einen
individuellen Zweig mit Eingangsfiltern EF1 und EF2, Eingangsverstärkern A1
und A2 sowie Bandfiltern BF1 und BF2 geleitet, wobei am Ausgang
der Bandfilter ein Schalter S jeweils einen der beiden Zweige einem
gemeinsamen Mischer MI1 und Oszillator O1 zuführt.
-
Eine weitere Verringerung des Schaltungsaufwandes
kann durch Verwendung eines geschalteten Zweibandkonzeptes erreicht
werden, wie es in der 3 in
einer schematischen Darstellung gezeigt ist. Wie bei den beiden
vorstehend beschriebenen Konzepten weist das geschaltete Zweibandkonzept
einen individuellen Zweig aus Eingangsfilter EF3, Eingangsverstärker A3
und Bandfilter BF3 für einen
Frequenzbereich, z.B. B3, auf, der auf einen eigenen Mischer MI3
und Oszillator O3 geführt
wird. Die beiden übrigen
Frequenzbereiche B1 und B2 werden über einen gemeinsamen Zweig
aus Eingangsfilter EFl/2, Eingangsverstärker A1 und Bandfilter BFl/2
geführt
und einem eigenen Mischer MI1 und Oszillator O1 zugeführt. Bei
dem geschalteten Zweibandkonzept sind das Eingangsfilter EF1/2 und das
Bandfilter BFl/2 in ihren Eigenschaften umschaltbar. Dadurch können die
Filter an den jeweils ausgewählten
Frequenzbereich angepasst werden.
-
Das umschaltbare Bandfilter ist als
induktiv fußpunktgekoppeltes
zweikreisiges Bandfilter ausgeführt
und ist in 4 in einer
vereinfachten Ausführung
dargestellt. Ein Signal S gelangt von einer in der 4 nicht dargestellten Antenne und einem
ebenfalls nicht dargestellten Eingangsfilter über den Eingangsverstärker A1
an einen ersten primären
Resonanzkreis. Der erste primäre
Resonanzkreis besteht aus der veränderbaren Kapazität C1 und
der Reihenschaltung der Induktivitäten L1 und L2. Die Schalter und
S1 und S2 sind hierbei geöffnet.
Ein Anschluss der Induktivität
L2 ist mit einem ersten Anschluss einer Induktivität L3 verbunden
und komplettiert die Serienschaltung des ersten primären Resonanzkreises. Der
zweite Anschluss der Induktivität
L3 liegt auf einem festen Potential. Ein erster sekundärer Resonanzkreis
bestehend aus der Reihenschaltung der Induktivitäten L4 und L6 sowie einer veränderbaren Kapazität C2 ist
ebenfalls an den ersten Anschluss der Induktivität L3 angeschlossen, so dass
sich insgesamt ein T-förmiger
Aufbau ergibt. Am ausgangsseitigen Ende des Bandfilters sind die
Koppelelemente RK und CK angeschlossen, die das Bandfilter BF1/2
mit dem Mischer MI1 verbinden. Zur Umschaltung des Frequenzbereiches
des Bandfilters BF1/2 können
die beiden Schalter S1 und S2 geschlossen werden. Die Induktivitäten L2 und
L4 werden somit kurzgeschlossen und die Schaltung erhält eine
neue gemeinsame Fußpunktinduktivität L5. Dabei
wird zweckmäßigerweise
die Induktivität
L5 kleiner gewählt
als die Induktivitäten
L2 und L4, so dass die an diese Elemente angeschlossenen Bauteile
im weiteren vernachlässigbar
sind. In einer beispielhaften Ausführung unterscheiden sich die
Werte der Induktivitäten
um den Faktor drei. Der so entstandene zweite primäre Resonanzkreis
besteht nunmehr aus der veränderlichen
Kapazität
C1 sowie der Reihenschaltung der Induktivitäten L1 und L5. Der zweite sekundäre Resonanzkreis
besteht aus der Reihenschaltung der Induktivitäten L6 und L5 sowie der veränderlichen
Kapazität
C2. Das solcherart frequenzmäßig umgeschaltete
Bandfilter bleibt weiterhin an die Koppelelemente RK und CK angeschlossen
und somit mit dem Mischer verbunden. Dem Vorteil des geringsten
Aufwands verglichen mit den ersten beiden Konzepten steht der Nachteil gegenüber, dass die
Koppelelemente CK und RK nur für
einen Bereich optimal einstellbar sind. Dadurch können größere Pegelunterschiede über die
beiden Frequenzbereiche auftreten und die Eigenschaften eines Tuners beeinträchtigen.
-
Um diesen Effekt zu vermeiden, ist
es zwar möglich,
die Koppelelemente umschaltbar zu gestalten, wodurch jedoch der
Schaltungsaufwand wieder steigt.
-
Aus diesen Gründen besteht Bedarf für ein schaltbares
abstimmbares Bandfilter, welches mit geringem Schaltungsaufwand
einen gleichmäßigen Pegelverlauf über die
beiden Frequenzbereiche aufweist.
-
Die Erfindung schlägt hierfür das nachfolgend
beschriebene umschaltbare, abstimmbare Bandfilter vor. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Bei dem Aufbau eines Tuners mit einem schaltbaren,
abstimmbaren Bandfilter gemäß der Erfindung
weist das Bandfilter einen primären
Resonanzkreis und zwei sekundäre
Resonanzkreise auf. Ein Eingangssignal von einer Antenne gelangt
an einen Eingangsverstärker,
von dessen Ausgang es auf den primären Resonanzkreis geleitet
wird. Der primäre
Resonanzkreis ist solcherart schaltbar ausgeführt, dass jeweils ein erster
oder zweiter sekundärer
Resonanzkreis auswählbar
ist. In einer ersten Schalterstellung des Schalters besteht ein
erster primärer Resonanzkreis
aus einer ersten veränderbaren
Kapazität
sowie der Reihenschaltung einer ersten und einer zweiten Induktivität. Die zweite
Induktivität
ist an eine erste Fußpunktinduktivität angeschlossen. Der
erste sekundäre
Resonanzkreis besteht aus einer dritten Induktivität, die ebenfalls
an die gemeinsame erste Fußpunktinduktivität angeschlossen
ist, und einer zweiten veränderbaren
Kapazität.
Der Ausgang des ersten sekundären
Resonanzkreises ist mittels ersten Koppelelementen an einen Mischer
angeschlossen. Zweckmäßigerweise
weist die Reihenschaltung der ersten und der zweiten Induktivität in dem
ersten Primärkreis
die gleiche Induktivität
auf, wie die dritte Induktivität
in dem ersten Sekundärkreis.
Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise die gewünschte T-förmige Filterkonfiguration.
-
In einer zweiten Schalterstellung
besteht ein zweiter primärer
Resonanzkreis aus der ersten veränderbaren
Kapazität
und der ersten Induktivität
des oben beschriebenen ersten primären Resonanzkreises. Der nunmehr
geschlossene Schalter verbindet die erste Induktivität mit einer
zweiten gemeinsamen Fußpunktinduktivität. An die
zweite gemeinsame Fußpunktinduktivität ist ein
zweiter sekundärer
Resonanzkreis angeschlossen, welcher aus einer vierten Induktivität und einer
dritten veränderbaren
Kapazität besteht.
Der Ausgang des zweiten sekundären
Resonanzkreises ist in bekannter Weise mittels zweiter Koppelelemente
an den Mischer angeschlossen. Da die zweite gemeinsame Fußpunktinduktivität, die bei geschlossenem
Schalter wirksam ist, kleiner ist als die verbleibende zweite Induktivität des ersten
primären
Resonanzkreises in der ersten Schalterstellung, können die über die
verbleibende zweite Induktivität an
die Schaltung angeschlossenen Elemente vernachlässigt werden. Die Werte der
Induktivitäten
unterscheiden sich beispielsweise um den Faktor drei, wobei auch
andere zweckmäßige Verhältnisse
möglich
sind. Ein zweiter Schalter zum Abtrennen des nicht benötigten Schaltungsteils
ist somit überflüssig.
-
Mit der Erfindung kann in vorteilhafter
Weise ein gleichförmiger
Verstärkungsgang über die
beiden schaltbaren Frequenzbereiche erzielt werden, ohne den Gesamtaufwand
wesentlich zu erhöhen.
-
Die Erfindung ist dabei nicht auf
die Anwendung in Radio- und
Fernsehtunern beschränkt,
sie kann vielmehr überall
dort eingesetzt werden, wo ein großer zu empfangender Frequenzbereich
zur Realisierung eines Empfängers
in mehrere Bänder
unterteilt ist. Dies können
unter anderem auch Satellitenempfänger oder Empfänger für drahtlose
Datennetze sein.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand
der Schaltungsskizzen eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Es zeigt:
-
1 die
Prinzipdarstellung eines Dreibandkonzeptes, wie es aus dem Stand
der Technik bekannt ist;
-
2 die
Prinzipdarstellung eines Dreibandkonzeptes mit Zweibandmischer/-Oszillator,
wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist;
-
3 die
Prinzipdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten geschalteten Zweibandkonzeptes;
-
4 eine
schematische Darstellung der praktischen Ausführung eines Bandfilters nach
dem geschalteten Zweibandkonzept aus 3;
-
5 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen geschalteten
Bandfilters;
-
6 eine
beispielhafte Schaltung des erfindungsgemäßen schaltbaren Bandfilters
aus 5.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder ähnliche
Elemente.
-
Die 1 bis 4 sind weiter oben in der
Beschreibung des Standes der Technik erläutert worden.
-
5 zeigt
eine schematische Darstellung einer vereinfachten praktischen Ausführung des
erfindungsgemäßen schaltbaren
abstimmbaren Bandfilters. Ein Eingangssignal S gelangt von einer
in der Figur nicht gezeigten Antenne über ein in der Figur ebenfalls
nicht dargestelltes Eingangsfilter an einen Eingangsverstärker A1.
In einer ersten Schalterstellung eines Schalters S1 ist der Schalter
S1 geöffnet. Das
Signal gelangt vom Ausgang des Eingangsverstärkers A1 auf einen ersten primären Resonanzkreis.
Der erste primäre
Resonanzkreis wird gebildet aus einer veränderbaren Kapazität C1, der
Reihenschaltung zweier Induktivitäten L1 und L2 sowie einer Induktivität L3. Die
Induktivität
L3 ist dabei eine gemeinsame Fußpunktinduktivität für den ersten
primären
und einen ersten sekundären
Resonanzkreis. Der erste sekundäre
Resonanzkreis wird in dieser Schalterstellung des Schalters S1 von
der Induktivität L4
und der veränderbaren
Kapazität
C2 gebildet. Um die gewünschte
Eigenschaft des Bandfilters zu erhalten, ist die aus der Reihenschaltung
der Induktivitäten
L1 und L2 des ersten Primärkreises
gebildete Induktivität
zweckmäßigerweise
genauso groß wie
die Induktivität
L4 des ersten sekundären
Resonanzkreises. Die Induktivität
L3 bildet eine sogenannte induktive Fußpunktkopplung für die beiden
ersten Resonanzkreise. Die ersten Resonanzkreise sind durch Verändern der
Kapazitäten
C1 und C2 abstimmbar. Der Ausgang des ersten sekundären Resonanzkreises
ist über
Koppelelemente RK1 und CK1 mit dem Eingang eines Mischers MI verbunden,
dem das Signal zur weiteren Verarbeitung zugeführt ist.
-
In einer zweiten Schalterstellung
des Schalters S1 ist der Schalter geschlossen. Der solcherart entstehende
zweite primäre
Resonanzkreis wird nunmehr von der veränderbaren Kapazität C1 und
der Induktivität
L1 gebildet, die an eine neue gemeinsame Fußpunktinduktivität L5 angeschlossen
sind. Die Induktivität
L1 ist dabei eine Teilinduktivität
des ersten primären
Resonanzkreises wie er bei geöffnetem Schalter
S1 besteht. Der zweite sekundäre
Resonanzkreis wird von einer Induktivität L6 und einer veränderbaren
Kapazität
C3 gebildet, die an die gemeinsame Fußpunktinduktivität L5 angeschlossen
sind. Der Ausgang des zweiten sekundären Resonanzkreises ist über Koppelelemente
RK2 und CK2 mit dem Eingang des Mischers MI verbunden. Um auch in
dieser Schalterstellung die gewünschte
Eigenschaft des Bandfilters zu erhalten, ist die Induktivität L1 zweckmäßigerweise
genauso groß wie
die Induktivität
L6. In der erfindungsgemäßen Ausführung des Bandfilters
wird der bei geschlossenem Schalter S1 nicht benötigte Teil der Schaltung nicht
abgetrennt. Dies ist möglich,
weil die Fußpunktinduktivität L5 sehr viel
kleiner als die Induktivität
L2 ist. Die weiterhin an die Induktivität L2 angeschlossenen Bauteile,
die zu den ersten primären
und sekundären
Resonanzkreisen gehören,
können
somit im wesentlichen vernachlässigt
werden. Die zweiten Resonanzkreise sind durch Verändern der
Kapazitäten
C1 und C3 abstimmbar. Besonders vorteilhaft wirkt sich hier aus, dass
die Koppelelemente RKl, RK2, CK1 und CK2 für den jeweiligen Frequenzbereich
optimierbar sind und somit ein gleichbleibender Amplitudengang über beide
Frequenzbereiche erzielbar ist.
-
In einer beispielhaften Schaltung
des erfindungsgemäßen schaltbaren
Bandfilters in 6 gelangt
ein Signal S von einer in der Figur nicht dargestellten Antenne über ein
in der Figur ebenfalls nicht dargestelltes Eingangsfilter und über einen
Koppelkondensator 5 an einen Eingangsverstärker A1.
Der Eingangsverstärker
A1 wird im wesentlichen durch einen Transistor gebildet. Am Ausgang
des Verstärkers
A1 wird die veränderliche
Kapazität
C1 aus 5 durch eine
Abstimmdiode 1 und einen Kondensator 2 gebildet,
die in Reihe vom Ausgang des Verstärkers gegen Masse geschaltet
sind. Eine Abstimmspannung U1 wird über einen Widerstand 3 an die
Kathode der Abstimmdiode 1 geführt. Das Signal gelangt weiterhin
an einen Anschluss der Induktivität L1, an deren zweiten Anschluss
eine Schaltdiode 4 und eine Induktivität L2 angeschlossen sind. Die Schaltdiode 4 bildet
zusammen mit einem Widerstand 6 und einem Kondensator 7 den
Schalter S1 aus 5. Zum Öffnen oder
Schließen
des Schalters S1 wird eine Schaltspannung U2 über den Widerstand 6 an
die Kathode der Schaltdiode 4 angelegt. Je nachdem ob der
p-n-Übergang
der Schaltdiode 4 in Fluss- oder in Sperrichtung geschaltet
ist, ist der Schalter geschlossen oder geöffnet. Der Kondensator 7 dient
dabei zur Entkopplung der übrigen
Schaltung von der Schaltspannung.
-
Wenn die Schaltspannung U2 mindestens um
die Vorwärtsspannung
der Diode kleiner ist als eine Betriebsspannung UB, welche über eine
Induktivität
L3 an die Induktivität
L2 und somit an die Schaltdiode 4 gelangt, ist der Schalter
geschlossen und der zweite sekundäre Resonanzkreis ist zugeschaltet.
Ein Kondensator 8 dient hierbei zur Vermeidung eines Kurzschlusses
zwischen der Betriebsspannung UB und Masse und stellt gleichzeitig
einen HF-mäßigen Anschluss
der Fußpunktinduktivität L3 an
Masse dar. Wie in der Beschreibung der 5 erwähnt,
ist die Induktivität
L2 sehr viel größer als
die Induktivität
L5. Daher können
L2 und die weiteren an die Induktivität L2 angeschlossenen Komponenten des
ersten sekundären
Resonanzkreises für
die weitere Funktion vernachlässigt
werden. Die Kapazität C1
und die Induktivität
L1 bilden einen Teil des zweiten primären Resonanzkreises aus 5. Über den geschlossenen Schalter
S1 gelangt das Signal an die Fußpunktinduktivität L5 sowie
eine Induktivität
L6 des zweiten sekundären
Resonanzkreises. Von der Induktivität L6 gelangt das Signal weiterhin
an eine veränderbare
Kapazität
C3, die ebenso wie die veränderbare
Kapazität
C1 aus der Reihenschaltung einer Abstimmdiode 11 und einer
Kapazität 12 gebildet ist.
Eine weitere Abstimmspannung U3 ist über einen Widerstand 13 an
die Kathode der Abstimmdiode 11 angelegt. Von der Induktivität L6 gelangt
das Signal dann über
Koppelelemente RK2 und CK2 an den Eingang eines Mischers MI.
-
Wenn die Schaltspannung U2 des Schalters S1
gleich oder größer als
die Betriebsspannung UB ist, sperrt die Schaltdiode 4 und
der Schalter ist geöffnet.
In diesem Fall gelangt das Signal von dem Eingangsverstärker A1 über die
Reihenschaltung der Induktivitäten
L1 und L2 an einen ersten Anschluss der Fußpunktinduktivität L3. Der
Kondensator C1 und die Induktivitäten L1 und L2 bilden nun einen
Teil des ersten primären
Resonanzkreises aus 5.
Ein zweiter Anschluss der Fußpunktinduktivität L3 liegt auf
Betriebsspannungspotenzial und ist HF-mäßig mittels des Kondensators 8 auf
Masse gelegt. Von dem ersten Anschluss der Fußpunktinduktivität L3 gelangt
das Signal über
eine Induktivität
L4 an eine veränderbare
Kapazität
C2. Die veränderbare
Kapazität
C2 wird ebenso wie die vorstehend beschriebenen veränderbaren
Kapazitäten
C1 und C3 aus der Reihenschaltung einer Abstimmdiode 16 und
eines Kondensators 17 gebildet. Eine Abstimmspannung U4
wird über
einen Widerstand 18 an die Kathode der Abstimmdiode 16 angelegt.
Von der Induktivität
L4 gelangt das Signal über
Koppelelemente RK1 und CK1 an den Eingang des Mischers MI.
-
Die Abstimmspannungen U1, U3 und
U4 können
zweckmäßigerweise
zu einer einzigen Abstimmspannung zusammengefasst werden, dies ist aber
für die
Funktion der Schaltung nicht notwendig.