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Als Bandsperre wirksame Schaltungsanordnung mit einem oder mehreren
Schwingkristallen Die Erfindung betrifft eine als Bandsperre wirksame Schaltungsanordnung
mit einem oder mehreren Schwingkristallen, deren Nebenwellen auf das Übertragungsverhalten
der Schaltung ohne Einfluß sind.
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Es ist bekannt, in Trägerstromfernsprechanlagen ein Überwachungs-
oder Steuerzeichen in Form einer sinusförmigen Schwingung konstanter Frequenz zur
Pegelregelung vom Leitungsanfang aus an das Leitungsende oder an eine Zwischenstation
der Anlage zu übertragen. Das Steuersignal kann mit den trägerfrequenten Signalen
als Frequenzmultiplex kombiniert werden. Am Ende oder an einer Zwischenstation der
Anlage ist das Steuersignal von den Übertragungseinrichtungen für die trägerfrequenten
Signale fernzuhalten. Dies kann mit einer Bandsperre geschehen. Jedoch ist es unerwünscht,
wenn eine solche Sperre nur mäßige Flankensteilheiten und einen zuwenig geebneten
Dämpfungsverlauf in den zwei Durchlaßbereichen zu beiden Seiten des Sperrbandes
hat.
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Häufig finden zur Eliminierung des Steuersignals Bandsperren mit piezoelektrischen
Kristallen Anwendung. Ein Schwingkristall hat die Eigenschaft, daß er für Signale
einer Frequenz, die mit seiner Reihenresonanzfrequenz übereinstimmt, eine geringe
Impedanz aufweist. Jedoch ergeben sich bei der Verwirklichung von Kristall-Bandsperren
insofern Schwierigkeiten, als die Kristalle infolge ihrer aNebenwelligkeit# auch
bei Frequenzen, die zum Teil auf der Frequenzskala einen geringen Abstand von der
nominellen Kristall-Reihenresonanzfrequenz haben, niedrige Reaktanzwerte zeigen.
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Zunächst wäre denkbar, daß bereits ein in eine Leitung als Querzweig
eingefügter Schwingkristall eine Bandsperren-Schaltungsanordnung mit dem gewünschten,
verhältnismäßig schmalen Sperrbereich ergeben würde, der beispielsweise 300 Hz auf
jeder Seite der Serienresonanzfrequenz des Schwingkristalls umfaßt. Es ist aber
außerdem noch mit anderen Sperrbereichen durch die unerwünschten Nebenresonanzen
des Schwingkristalls zu rechnen.
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Diesen Schwierigkeiten suchte man bisher unter anderem durch Kristall-Bandsperren
zu begegnen, die eine Differentialgabelschaltung erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kristall-Bandsperre
anzugeben, bei welcher keine Differentialgabelschaltung notwendig ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein aus der Parallelschaltung
einer Bandsperre mit einem Bandpaßfilter hervorgehender Allpaß durch Einfügung eines
oder mehrerer, jeweils durch Schwingkristalle realisierter Querzweige in das Bandpaßfilter
in eine Bandsperre übergeführt ist, bei welcher der von Nebenwellen des Schwingkristalls
bzw. der Schwingkristalle ungestörte Verlauf der Durchlaßbereiche beiderseits des
Bandsperrbereiches auf die durch die Einfügung des Schwingkristalls bzw. der Schwingkristalle
in das Bandpaßfilter entstehenden beiden Teilfllter zurückgeht, in deren miteinander
übereinstimmenden Durchlaßbändern die das Sperrband der Gesamtanordnung hervorrufende(n)
Serienresonanzfrequenz(en) des Schwingkristalls bzw. der Schwingkristalle, jedoch
nicht die den Nebenwellen des Schwingkristalls bzw. der Schwingkristalle entsprechenden
Frequenzen liegen, und bei welcher ferner die hohe Steilheit der Dämpfungskurve
der Gesamtanordnung an den Übergangsstellen der beiden Durchlaßbereiche zum Bandsperrbereich
einerseits auf dem (den) Gütewert(en) des Schwingkristalls bzw. der Schwingkristalle
und andererseits darauf beruht, daß die aus der Einfügung des Schwingkristalls bzw.
der Schwingkristalle aus dem Bandpaßfilter hervorgehenden Teilfilter an ihren der
Zusammenschaltung mit dem (den) Schwingkristall(en) dienenden Klemmenpaaren Querzweige
aufweisen, die einen hohen Scheinwiderstand im Bandpaßdurchlaßbereich zeigen.
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Gegebenenfalls empfiehlt es sich, in die beiden Teilfilter, die durch
die Einfügung des Schwingkristalls bzw. der Schwingkristalle entstehen, impedanztransformierende
Zweige
aufzunehmen, die so bemessen werden, daß für die Querzweige der Teilfilter, welche
an die Teilfilter-Klemmenpaare angrenzen, die der Zusammenschaltung mit dem Schwingkristall
bzw. den Schwingkristallen dienen, Schaltelemente zu wählen sind, die einen erhöhten
Scheinwiderstand dieser Zweige im Bandpaßdurchlaßbereich ergeben.
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Wenn eine nach den Lehren der Erfindung ausgebildete Bandsperren-Schaltungsanordnung
einen breiteren - wenngleich auch noch immer verhältnismäßig schmalen - Sperrbereich
haben soll, als mit einem einzelnen piezoelektrischen Kristall erzielbar ist, können
mehrere parallel geschaltete piezoelektrische Kristalle, die bei geringfügig unterschiedlichen
Frequenzen in Reihenresonanz sind, als Querzweig zwischen die beiden aus dem Bandpaß
hervorgehenden Teilfilter eingefügt werden.
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Die Filteranordnung nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der
in den Zeichnungen dargestellten drei Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Die Filteranordnung nach Fig. 1 weist eine Bandsperre 1 und
einen Bandpaß 2 auf. Die beiden Eingangsklemmen 3 der Bandsperre
1 sind durch Parallelschaltung mit den beiden Eingangsklemmen 4 des
Bandpasses 2 verbunden. Desgleichen liegen die Ausgangsklemmen 5 der Bandsperre
1 den Ausgangsklemmen 6 des Bandpasses 2 parallel. Der Sperrbereich
der Bandsperre 1 und der Durchlaßbereich des Bandpasses 2 nehmen das gleiche
Frequenzband ein.
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Im einzelnen besteht die Bandsperre 1 aus einem T-Grundglied,
dessen Längszweige jeweils von einem Parallelresonanzkreis mit der Spule 7 sowie
dem Kondensator 8 gebildet werden und deren Querzweig durch einen Reihenresonanzkreis
mit der Spule 9 und dem Kondensator 10 verwirklicht ist. Bei der Mittenfrequenz
des Sperrbereiches der Bandsperre 1 befinden sich die beiden Längszweige
in Parallelresonanz und der Querzweig in Reihenresonanz.
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Der Bandpaß 2 besteht ebenfalls aus einem T-Grundglied. Die
Längszweige dieses T-Gliedes sind jeweils aus einem Reihenresonanzkreis mit der
Spule 11 und dem Kondensator 12 aufgebaut, während der Querzweig von
einem Parallelresonanzkreis mit der Spule 13 und dem Kondensator 14 gebildet
wird. Bei der Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches des Bandpasses 2 ist dessen
Längszweig in Serienresonanz und dessen Querzweig in Parallelresonanz.
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Die bisher beschriebene Anordnung zeigt Allpaßeigenschaften, da die
Frequenzlage des Sperrbereiches des Filters 1 mit jener des Durchlaßbereiches
der Siebschaltung 2 übereinstimmt. Durch die Einfügung des piezoelektrischen
Kristalls 15 in den Bandpaß 2
parallel zur Spule 13 und dem
Kondensator 14 wird innerhalb des Durchlaßbereiches dieses Filters der von
der Gesamtanordnung geforderte schmale Sperrbereich hervorgerufen, für dessen Mittenfrequenz
die nominelle Reihenresonanzfrequenz dieses Schwingkristalles maßgebend ist. An
und für sich ist damit zu rechnen, daß durch den Schwingkristall 15 weitere
schmale Sperrbereiche im Durchlaßbereich des Bandpasses 2 jeweils bei den
Frequenzen in Erscheinung treten, bei denen er Nebenresonanzen aufweist. Der Kristall
15 wird jedoch hinsichtlich seiner Nebenwelligkeit so bemessen bzw. ausgewählt,
daß irgendwelche anderen Frequenzen, bei denen er in Resonanz gerät und dadurch
Unstetigkeitsstellen in seinem Reaktanzdiagramm aufweist, außerhalb des Durchlaßbereiches
des Bandpasses 2 liegen. Nebenresonanzen des Schwingkristalls 15 bei Frequenzen
in den Sperrbereichen zu beiden Seiten des Durchlaßbereiches des Bandpasses 2 können
sich nicht auf die Dämpfungscharakteristik der Gesamtanordnung auswirken, die auf
diese Weise nur einen einzigen, verhältnismäßig schmalen Sperrbereich hat.
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Damit die niedrige Impedanz des Schwingkristalls 15 bei seiner nominellen
Reihenresonanzf requenz möglichst vorteilhaft zur Geltung kommt, soll die Impedanz,
die vor Einfügung des Schwingkristalls an den Klemmen 16
und 17 des für sich
allein betrachteten Querzweiges aus der Spule 13 und dem Kondensator 14 bei
den Frequenzen im Durchlaßbereich des Bandpasses 2 meßbar ist, hohe Werte aufweisen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird dies dadurch erreicht, daß der Bandpaß
2 mit zwei zusätzlichen Kondensatoren 18
und 19 versehen ist,
die bei entsprechender Dimensionierung der an sie angrenzenden Längszweige in bekannter
Weise eine lmpedanztransformation bewirken. Die Bandsperre 1 ist so ausgebildet
wie in dem ersten Beispiel.
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Bei der Betrachtung des Übertragungsverhaltens des Bandpasses 2 der
in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen ist zweckmäßig davon auszugehen, daß das
T-Grundglied, das der Verwirklichung des Bandpasses 2 dient, in zwei Halbglieder
zerlegbar ist, deren identische Querzweige parallel geschaltet sind. Die Breite
des Sperrbereiches der Anordnung läßt sich dadurch erhöhen, daß mehrere parallel
geschaltete piezoelektrische Kristalle als Querzweig zwischen diese beiden Halbglieder
des Bandpasses eingefügt werden. Diese Kristalle sind so bemessen, daß ihre nominellen
Reihenresonanzen sich geringfügig voneinander unterscheiden. Zur Verringerung der
Wechselwirkung zwischen den einzelnen Kristallen ist zwischen diesen vorzugsweise
jeweils ein als Längszweig in Erscheinung tretender Entkopplungswiderstand vorgesehen.
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Das dritte, in Fig. 3 dargestellte Beispiel der Filteranordnung nach
der Erfindung, das nun beschrieben werden soll, weist mehrere piezoelektrische Kristalle
auf. Diese Filteranordnung hat einen Sperrbereich mit der Mittenfrequenz 308 kHz
und zwei Durchlaßbereiche, die durch das Trägerstromsystem,für welches die Siebschaltung
vorgesehen ist, zwischen 60 und 300 kHz sowie zwischen 312 und 4276 kHz ausgenutzt
werden. Die Gesamtanordnung ist so ausgebildet, daß sie einen Wellenwiderstand von
75 Ohm hat. Der Wellenwiderstand der Bandsperre 21 und des Bandpasses 22
betragen jeweils 75 - y'2 Ohm. Bei dieser Anordnung geht die Bandsperre 21
aus der für die Gesamtanordnung nach Fig.l vorgesehenen Bandsperre 1 hervor
durch Aufteilung des dort diese Sperre verwirklichenden T-Grundgliedes in zwei identische
Halbglieder mit den Querzweigen 23 sowie durch Einfügung des :v-Grundgliedes
24 zwischen die Querzweige 23 der Halbglieder und durch die Umwandlung der
Längszweige der Halbglieder in überbrückte T-Glieder gleicher Konfiguration und
Bemessung, bei welchen an die Stelle der Sputen 7 der Längszweige der Bandsperre
1 die mit einem Mittelabgriff versehenen Spulen L5 bzw. L8 treten,
deren Verluste durch die Widerstände R10 bzw. R14 in bekannter Weise kompensierbar
sind. Das ---Grundglied 24 besteht aus den Widerständen R11, R12
und
R13. Beispielsweise wird der Widerstand R10 so gewählt, daß der Verlustwiderstand
der Spule L5
nicht mehr störend in Erscheinung tritt. Bei
der Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises aus dem Kondensator C7 und der Spule
L5 gelangts omeit keine Spannung dieser Frequenz vom Eingangsklemmenpaar der Bandsperre
21 an das n-Grundglied 24.
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Der Bandpaß 22 enthält acht Kristalle XI ... X8, die durch
die Entkopplungswiderstände R2 ... R8
miteinander verbunden sind. Jedem der
Kristalle ist einer der Kondensatoren C11 ... C18 in Reihenschaltung zugeordnet.
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Die Schaltelemente haben folgende Werte: Spulen L1, L4, L6
und L7 . . . . . . . . . . . 277 #LH Spulen L2 und L3 . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 1640 #tH Spulen L5 und L8 mit Mittelabgriff ... 10,9
1.H Kondensatoren C1 und C6 . . . . . . . . . . 860 pF Kondensatoren C2 und C5 .
. . . . . . . . . 79 pF Kondensatoren C3 und C4 . . . . . . . . . . 50 pF
Kondensatoren C7 und C10. . . . . . . . . . 23500 pF Kondensatoren C8 und
C9 . . . . . . . . . . 940 pF Kondensatoren C11 bis C18 . . . . . . . . . 30 pF
Widerstände R1 und R9 . . . . . . . . . . . . . 23500 Ohm Widerstände R2,
R3, R4, R5, R6, R7, R8 2000 Ohm Kristall X1 . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 308,010 kHz Kristall X2 . ... . .. . .. . . . . . . .
. . .... . 308,112 kHz Kristall X3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 307,994 kHz Kristall X4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 307,986 kHz Kristall X5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . 308,014
kHz Kristall X6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308,006 kHz Kristall
X7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307,998 kHz Kristall X8 . . .
. . ... . . . . . .. . . . . . . . . . 307,990 kHz Die Werte der Widerstände R11,
R12 und R13 des 7c-Grundgliedes 24 werden experimentell so gewählt, daß die
Filter 21 und 22 in ihren Durchlaßbereichen Dämpfungen aufweisen,
welche für die zwei Durchlaßbereiche der Gesamtanordnung zu beiden Seiten des durch
die Schwingkristalle X1 ... X8 hervorgerufenen Sperrbereichs einen genügend
geebneten Dämpfungsverlauf ergeben.
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Zur Erleichterung des Filterabgleiches können die Kondensatoren Cl,
C3, C4, C6, C8, C9 und C11... C18 entweder veränderbar ausgebildet
sein, oder es finden Festkondensatoren Anwendung, welchen kleine Trimmerkondensatoren
parallel geschaltet sind. Die Kondensatoren C11 bis C18 bzw. die zugehörigen Trimmerkondensatoren
dienen in an sich bekannter Weise der Feineinstellung der Reihenresonanzfrequenzen
der Kristalle X1 bis X8.