DE1212233B

DE1212233B - Switch circuit for connecting a transmitter and a receiver with a common antenna feed line

Info

Publication number: DE1212233B
Application number: DES60040A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Eickhoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-09-26
Filing date: 1958-09-26
Publication date: 1966-03-10

Description

Weichenschaltung zur Verbindung eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antennenzuleitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Weichenschaltung zur Verbindung eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antennenzuleitung unter Verwendung von Leitungsresonatoren.Switch circuit for connecting a transmitter and a receiver with a common antenna feed line. The invention relates to a switch circuit for connecting a transmitter and a receiver with a common antenna cable using line resonators.

Beispielsweise in Richtfunkanlagen zur übertragung von Nachrichten im Gebiet der Dezimeterwellen werden in den Sendern und Empfängern Filter benötigt, welche die Aufgabe haben, nur in bestimmten Frequenzbereichen die ihrem Eingang zugeführten Wellen zu übertragen. Im Bereich der sehr kurzen elektromagnetischen Wellen geschieht dies durch Filter, die aus Leitungsresonanzkreisen aufgebaut sind. Ein derartiger Leitungsresonanzkreis besteht beispielsweise aus einer Koaxialleitung der elektrischen Länge von einem Viertel der Betriebswellenlänge, bei der am einen Leitungsende der Innenleiter und der Außenleiter kurzgeschlossen und am anderen Leitungsende offen sind. Derartige Leitungsresonatoren haben jedoch den Nachteil, daß sie, frequenzmäßig betrachtet, periodisch sich wiederholende Durchlaßbereiche besitzen. So läßt ein Bandpaßfilter, das beispielsweise aus Leitungsresonatoren aufgebaut ist, die bei einer Frequenz von 500 MHz ein Viertel der Betriebswellenlänge lang sind, auch Frequenzen durch, deren entsprechende Wellenlängen ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge von 500 MHz sind. Um diesem Nachteil abzuhelfen, wird in der Praxis in den Fällen, in denen diese weiteren Durchlaßbereiche sich störend auswirken können, dem Leitungsfilter ein weiteres Filterglied aus Leitungsresonatoren zugeordnet, das eine andere Periodizität für die einzelnen Durchlaßbereiche hat. Beide Filter werden dann so bemessen, daß sie in einem gewünschten Durchlaßbereich übereinstimmen, sich jedoch hinsichtlich der weiteren Durchlaßbereiche unterscheiden. Diese Ausbildung erfordert jedoch einen unerwünscht hohen Aufwand und ist auch hinsichtlich der Bemessung schwierig. Vor allem wenn es auf eine Durchstimmbarkeit des Bandpaßfilters innerhalb eines größeren Frequenzbereiches ankommt, wird die bekannte Lösung äußerst kompliziert in der Realisierung.For example in radio relay systems for the transmission of messages In the area of decimeter waves, filters are required in the transmitters and receivers, which have the task of their input only in certain frequency ranges to transmit supplied waves. In the field of very short electromagnetic Waves, this is done through filters that are built up from line resonance circuits. Such a line resonance circuit consists, for example, of a coaxial line the electrical length of a quarter of the operating wavelength, at the one Line end of the inner conductor and the outer conductor short-circuited and at the other Line ends are open. However, such line resonators have the disadvantage that, viewed in terms of frequency, they are periodically repeating passbands own. For example, a band-pass filter made up of line resonators which is a quarter of the operating wavelength at a frequency of 500 MHz are long, even through frequencies whose corresponding wavelengths are odd Multiples of a quarter of the wavelength of 500 MHz. To remedy this disadvantage, is used in practice in those cases in which these further passbands are can have a disruptive effect, the line filter another filter element made of line resonators assigned, which has a different periodicity for the individual passbands. Both filters are then sized so that they are in a desired pass band match, but differ with regard to the other passbands. However, this training requires an undesirably high effort and is also in terms of difficult to dimension. Especially when there is a tunability of the bandpass filter arrives within a larger frequency range, the known solution is extreme complicated to implement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es möglich ist, diesen Schwierigkeiten zu begegnen.The invention is based on the object of providing a way which it is possible to face these difficulties.

Diese Aufgabe wird bei einer Weichenschaltung zur Verbindung eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antennenzuleitung unter Verwendung von Leitungsresonatoren gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß ein erstes Tiefpaßfilter aus konzentrierten Schaltelementen in die gemeinsame Antennenzuleitung und ein zweites Tiefpaßfilter aus konzentrierten Schaltelementen in die Empfängerzuleitung eingeschaltet ist und daß die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter jeweils zwischen der oberen Grundfrequenz des Durchlaßbereichs im Leitungsfilter und dem frequenzmäßig nächsthöheren störenden Durchlaßbereich des Leitungsfilters liegt.In the case of a turnout circuit, this task is used to connect a Transmitter and a receiver with a common antenna feed line using solved by line resonators according to the invention in such a way that a first Low-pass filter from concentrated switching elements in the common antenna feed line and a second low-pass filter composed of concentrated switching elements in the receiver feed line is switched on and that the cutoff frequency of the low-pass filter is between the upper fundamental frequency of the pass band in the line filter and the frequency next higher interfering pass band of the line filter.

Durch die Zeitschrift TFT, Bd. 32, H. 10, 1943, S.215, ist es bekannt, bei Empfängern für Dezimeterwellen, die eine geringe Bereichvariation haben, als Filter wirkende Bandpässe zu verwenden. Als Filter, die eine ganze Oktave, etwa den Gesamtbereich eines Empfängers durchlassen, werden kaskadengeschaltete Hoch- und Tiefpässe empfohlen, die wenigstens zum Teil auch bei diesen hohen Frequenzen noch mit konzentrierten Schaltelementen hergestellt sind, weil man dadurch einfacher eine genügende Weitabselektion erreichen kann als mit nichtstationären Leitergebilden als Schaltelement.From the magazine TFT, Vol. 32, H. 10, 1943, p.215, it is known for receivers for decimeter waves that have a small range variation than Use filter-acting bandpass filters. As a filter that covers an entire octave, roughly allow the entire range of a receiver to pass through, cascaded up- and low-pass filters are recommended, at least in part at these high frequencies are still made with concentrated switching elements, because this makes it easier can achieve a sufficient far-reaching selection than with non-stationary conductor structures as a switching element.

In dieser Literaturstelle ist jedoch weder die dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegende Aufgabenstellung noch die besondere Ausgestaltung nach der Lehre der Erfindung behandelt. Vor allem handelt äs sich dort nicht um eine Weichenschaltung zur Verbindung eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antennenzuleitung unter Verwendung von Leitungsresonatoren.In this reference, however, is neither the subject of the invention underlying task nor the special design according to the teaching treated of the invention. Above all, this is not a switch circuit for connecting a transmitter and a receiver with a common antenna cable using line resonators.

Durch das Buch »Very High-Frequency Techniques«, Bd. 2, 1947, S. 763 bis 765, ist es bekannt, daß bei sogenannten Schmetterlingsresonatoren störende zusätzliche Resonanzen im Durchstimmbereich auftreten können und daß derartige störende Resonanzen vor allem in Eingangsstufen von Superhet-Empfängern zu vermeiden sind. Als Mittel zur Beseitigung des störenden Einflusses dieser Resonanzen wird eine besondere Ausbildung in der Höhe des Schmetterlingskreises vorgeschlagen. In dieser Literaturstelle wird daher ebenfalls weder die dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegendeProblemstellung noch die erfindungsgemäße Lösung behandelt, die sich bei einer Weichenschaltung zur Verbindung eines Senders und eines Empfängers mit einer gemeinsamen Antennenzuleitung ergeben.Through the book "Very High-Frequency Techniques", Vol. 2, 1947, p. 763 to 765, it is known that in so-called butterfly resonators disturbing additional resonances can occur in the tuning range and that such disturbing Resonances are to be avoided, especially in the input stages of superhet receivers. As a means of eliminating the disturbing influence of these resonances, a special training at the level of the butterfly circle is suggested. In this Literature is therefore neither the dem Subject matter of the invention underlying problem still deals with the solution according to the invention, which with a switch to connect a transmitter and a receiver with a common antenna lead.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.The invention is explained below using exemplary embodiments, which are shown in the drawing, explained in more detail.

Die F i g. 1 zeigt die Anwendung der Lehre nach der Erfindung bei der Antennenweiche einer Sende-Empfangs-Anlage, die mit einer für den Sender und den Empfänger gemeinsamen Antenne arbeitet. Der Sender, der Empfänger und die Antenne sind aus Gründen der übersichtlichkeit nur schematisch mit den Bezugszeichen S (Sender), E (Empfänger), A (gemeinsame Antenne) _ angedeutet. Der Sender S ist über ein dreikreisiges Bandpaßfilter SF mit der Entkopplungsschaltung ES verbunden, an die über ein weiteres dreikreisiges Bandpaßfilter EF und einen Tiefpaß ET der Empfänger E angeschaltet ist. Von der Entkopplungsschaltung ES aus führt über einen weiteren Tiefpaß AT die gemeinsame Antennenzuleitung zur Antenne A.The F i g. 1 shows the application of the teaching according to the invention to the antenna splitter of a transceiver system that operates with an antenna that is common to the transmitter and the receiver. For the sake of clarity, the transmitter, the receiver and the antenna are only indicated schematically with the reference symbols S (transmitter), E (receiver), A (common antenna). The transmitter S is connected via a three-circuit band-pass filter SF to the decoupling circuit ES , to which the receiver E is connected via a further three-circuit band-pass filter EF and a low-pass filter ET. From the decoupling circuit ES , the common antenna feed line leads to antenna A via a further low-pass filter AT.

Die beiden Bandpaßfilter SF und EF bestehen jeweils aus drei mittels Schleifen 1 (Einkopplung und Auskopplung) und Schleifen 2 (Zwischenkopplung) gekoppelten Koaxialleitungsresonatoren, die für eine Mittenfrequenz des gewünschten Durchlaßbereiches elektrisch eine viertel Wellenlänge lang sind. Die Durchstimmung jedes Bandpaßfilters erfolgt durch eine Verschiebung der Innenleiter J mittels der schematisch dargestellten Betätigungsorgane B. SendefilterSF und EmpfangsfilterEF sind voneinander unabhängig einstellbar.The two bandpass filters SF and EF each consist of three coaxial line resonators coupled by means of loops 1 (coupling and decoupling) and loops 2 (intermediate coupling), which are electrically a quarter wavelength long for a center frequency of the desired passband. Each bandpass filter is tuned by shifting the inner conductor J by means of the actuating elements B shown schematically. The transmission filter SF and the reception filter EF can be set independently of one another.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Tiefpässe ET (im Empfangszweig der Weiche) und AT (in der Antennenzuleitung) bestehen aus konzentrierten Schaltelementen, nämlich Querkapazitäten und Längsinduktivitäten. Die konzentrierten Schaltelemente der Tiefpaßfilter sind derart bemessen, daß die Grenzfrequenz der beiden Tiefpässe jeweils zwischen der höchsten Frequenz des Durchstimmbereichs beider Filter und dem nächsthöheren störenden Durchlaßbereich der Leitungsfilter liegt. Die Wirkungsweise dieser Anordnung kann so verstanden werden, daß das Leitungsfilter mit seinen günstigen Übertragungseigenschaften für den gewünschten Durchlaßbereich der Filterschaltung maßgebend ist, während das Tiefpaßfilter alle weiteren störenden Durchlaßbereiche wirksam unterdrückt, da es wegen seiner konzentrierten .Schaltelemente für diese Bereiche praktisch undurchlässig ist.The low-pass filters ET (in the receiving branch of the switch) and AT (in the antenna feed line) provided according to the invention consist of concentrated switching elements, namely transverse capacitances and series inductances. The concentrated switching elements of the low-pass filters are dimensioned in such a way that the cut-off frequency of the two low-pass filters lies between the highest frequency of the tuning range of both filters and the next higher interfering passband of the line filters. The mode of operation of this arrangement can be understood to mean that the line filter with its favorable transmission properties is decisive for the desired passband of the filter circuit, while the low-pass filter effectively suppresses all other interfering passbands because it is practically impermeable to these areas due to its concentrated switching elements.

Zur Erzielung eines gleichmäßigen Verhaltens der Gesamtanordnung in einem weiteren Frequenzgebiet, beispielsweise zwischen 600 und 1000 MHz, empfiehlt es sich, die Tiefpaßfilter AT bzw. ET derart auszubilden, daß sie Tschebyscheff-Verhalten zeigen. Ein Eingehen auf diese Dimensionierungsvorschrift dürfte sich erübrigen, weil diese für sich allgemein bekannt ist. -In der F i g. 2 ist eine vorteilhafte konstruktive Ausbildung für die Tiefpässe wiedergegeben. In einem rohrförmigen Außenleiter 3 ist ein Keramikstab 4 ähnlich dem Innenleiter einer Koaxialleitung zwischen zwei .Stützscheiben 5, 5' und Anschlußinnenleitern 6 bzw. 6' zentrisch gehalten. Von den beiden Stützscheiben 5, 5' ist nur die Stützscheibe 5 geschnitten dargestellt. Auf dem Keramikstab 4 sind aus Metallscheiben bestehende Querkapazitäten 7, 8, 9 und 10 derart angeordnet, daß zwischen ihnen Raum für die Anordnung der als Spulen ausgebildeten Längsinduktivitäten verbleiben. Die mit gleichen Bezugsziffern bezeichneten Querkapazitäten sind beim Ausführungsbeispiel als gleichartig bemessen und ausgebildet angenommen. Die Querkapazitäten 7, 8, 9 -und 10 sind mittels der Kapazitätsschrauben 11 von außen her einstellbar. Hierdurch ist eine einfache Ausgleichsmöglichkeit für Fertigungstoleranzen geschaffen.In order to achieve a uniform behavior of the overall arrangement in a further frequency range, for example between 600 and 1000 MHz, it is advisable to design the low-pass filters AT and ET in such a way that they exhibit Chebyshev behavior. It should be unnecessary to go into this dimensioning rule because it is generally known. -In the fig. 2 shows an advantageous structural design for the low-pass filters. In a tubular outer conductor 3, a ceramic rod 4, similar to the inner conductor of a coaxial line, is held centrally between two support disks 5, 5 'and connecting inner conductors 6 and 6'. Of the two support disks 5, 5 ', only the support disk 5 is shown in section. Transverse capacitances 7, 8, 9 and 10 consisting of metal disks are arranged on the ceramic rod 4 in such a way that space remains between them for the arrangement of the longitudinal inductances designed as coils. The transverse capacitances identified by the same reference numbers are assumed to be dimensioned and designed in the same way in the exemplary embodiment. The transverse capacitances 7, 8, 9 and 10 can be adjusted from the outside by means of the capacitance screws 11. This creates a simple way to compensate for manufacturing tolerances.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest einen Teil der Querkapazitäten mit ringnutartigen Aussparungen 12 zu versehen, da hierdurch eine weitere Erhöhung der Sperrdämpfung im Sperrbereich erzielt werden kann, und zwar vor allem im Bereich der Zentimeterwellen. Durch die unterschiedliche Größe der Eindrehungen 12 zwischen aufeinanderfolgenden Metallscheiben 8, 9 und 10 usw. läßt sich auch eine unterschiedliche Abstimmung dieser zusätzlichen Resonanzsperren erreichen. Die Spulen 13, 14 und 15, welche die Längsinduktivitäten des-Tiefpasses bilden, haben ebenfalls unterschiedliche Induktivitätswerte, und zwar aus Gründen der Tschebyscheff-Bemessung.In practice it has been found to be beneficial to at least one To provide part of the transverse capacities with annular groove-like recesses 12, as this a further increase in the blocking attenuation in the blocking range can be achieved, and especially in the area of centimeter waves. Because of the different size of the recesses 12 between successive metal disks 8, 9 and 10 etc. a different coordination of these additional resonance barriers can also be achieved reach. The coils 13, 14 and 15, which the longitudinal inductances of the low-pass also have different inductance values for reasons the Chebyshev dimensioning.

Für einen Durchlaßbereich der Bandpaßfilter EF bzw. SF zwischen 600 und 1000 MHz hat sich bei Verwendung des in der F i g. 2 gezeigten Tiefpasses als vorteilhaft herausgestellt, nach dem Umfangswinkel betrachtet, der Spule 13 einem Umfangswinkel von 405° entsprechende Windungszahl zu geben, der Spule 14 einen Umfangswinkel von 620° und der Spule 15 einen Umfangswinkel von 665°. Bei dem entsprechend ausgebildeten nur dreigliedrigen Tiefpaß AT hat sich ein Umfangswinkel von 300° für die beiden äußeren Spulen und 390° für die mittlere Spule als zweckmäßig erwiesen. Die Kapazitäten der einzelnen Tiefpässe waren in an sich bekannter Weise entsprechend bemessen. Diese Kapazitäten werden durch die benachbarten Flächen der Metallscheiben 7, 8, 9,10 und des Außenleiters 3 bestimmt.For a pass band of the bandpass filter EF or SF between 600 and 1000 MHz, when using the one shown in FIG. 2 shown as advantageous, viewed from the circumferential angle, to give the coil 13 a circumferential angle of 405 ° corresponding number of turns, the coil 14 a circumferential angle of 620 ° and the coil 15 a circumferential angle of 665 °. In the case of the correspondingly designed, only three-part low-pass filter AT, a circumferential angle of 300 ° for the two outer coils and 390 ° for the middle coil has proven to be expedient. The capacities of the individual low passes were appropriately dimensioned in a manner known per se. These capacitances are determined by the adjacent surfaces of the metal disks 7, 8, 9, 10 and the outer conductor 3.

Claims

Claim: switch circuit for connecting a transmitter and a receiver with a common antenna feed line using line resonators, it is clear that a first low-pass filter was concentrated from Switching elements in the common antenna feed line and a second low-pass filter is switched on from concentrated switching elements in the receiver lead and that the cutoff frequency of the low-pass filter is between the upper cutoff frequency of the pass band in the line filter and the next higher interfering frequency in terms of frequency - the pass band of the line filter is. Considered publications: TFT, Vol. 32, H. 10, 1943, pp. 211-218; "Very High Frequency Techniques," volume 2, MeGraw-Hill Book Company, Inc., New York and London, 1947, pp. 763-765.