DE1217518B - Filter aus koaxialen Bauteilen zur UEbertragung hoher Ultrakurzwellen-Leistungen mit konstantem und reelem Eingangswiderstand - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03h

HOIp

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1217518

Aktenzeichen: J 6171IX d/21 j

Amneldetag: 25. Juli 1952

Auslegetag: 26. Mai 1966

In Fernseh- und anderen UKW-Sendeanlagen sind als Zwischenglieder zwischen der Senderendstufe und der Antenne Filter notwendig, um sicherzustellen, daß das abgestrahlte Frequenzband den gegebenen Vorschriften Genüge tut. Derartige Filter werden vorteilhaft aus koaxialen Bauteilen erstellt. Im Idealfall würde beim Fernsehen das Spektrum vom 200-kHz-Seitenband von einer Frequenz von 0,75 MHz unterhalb der Trägerfrequenz bis 4 MHz oberhalb der Trägerfrequenz keine Dämpfung zeigen, und bei allen Frequenzen, die mehr als 1,25 MHz unterhalb der Trägerfrequenz liegen, muß die Dämpfung mindestens 20 db betragen. Für diesen Zweck ist ein Seitenbandfilter mit konstantem Eingangswiderstand entwickelt worden, bei dem eine Impedanz in Reihe mit der Hauptbelastung (Antenne) liegt und eine weitere Impedanz in Reihe mit einer Hilfsbelastung, die der Absorption unerwünschter Energie dient. Diese beiden Impedanzen sind jedoch im allgemeinen nicht von gleicher Gattung, was insbesondere hinsichtlich der praktischen Ausführung von Nachteil ist. Es ist weiterhin nachteilig, Impedanzen sowohl in Reihe mit der Hauptbelastung als auch mit der Hilfsbelastung zu schalten, weil sich so beim Aufbau von Filterelementen zur Übertragung großer Leistungen konstruktive Schwierigkeiten ergeben. Es ist außerdem wünschenswert, zwei Impedanzen der gleichen Art zu verwenden sowie die Hauptbelastung und die Hilfsbelastung hinsichtlich ihrer ohmschen Werte einander gleich wählen zu können.

Es ist aus der USA.-Patentschrift 2 214 041 eine aus zwei Resonatoren in Form von koaxialen Leitungsstücken bestehende Filtereinheit als Teil eines für Fernsehsender geeigneten Filters bekannt, bei der die Resonatoren der Filtereinheit mittels A/4-Leitungsstücken (A = Betriebswellenlänge) an die zur Nutzlast (Antenne) führende koaxiale Leitung im Abstande von λ/4 angeschlossen sind und bei der an den dem Einspeisepunkt am nächsten liegenden Resonator eine Hilfslast angeschlossen ist. Die Resonatoren haben eine elektrische Länge von ³I₁X und sind an die koaxiale Leitung unveränderbar angekoppelt.

Eine veränderbare Ankopplung einer koaxialen Leitung an Mikrowellenresonatoren ist für sich aus der USA.-Patentschrift 2 524 532 bekannt. Die bekannten Filter für Fernsehsender weisen eine veränderbare Ankopplung nicht auf.

Die bei dem Filter gemäß der Erfindung konstruktiv besonders gestaltete variable Ankopplung hat den Vorteil, daß sich die an sich sehr kritische elektrische Länge der transformierenden A/4-Leitung, die den Resonator mit der koaxialen Energieleitung verbindet, Filter aus koaxialen Bauteilen zur
Übertragung hoher Ultrakurzwellen-Leistungen
mit konstantem und reellem Eingangswiderstand

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Ervin M. Bradburd, Fairlawn, N. J.;

Robert S. Alter,

Rhomas M. Maxwell, Clifton, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. August 1951 (240 696)

durch Veränderung der Kopplung in gewissen Grenzen variieren läßt. Das wirkt sich auf die Eigenschaften des Gesamtfilters günstig aus, wenn es sich darum handelt, bei verschiedenen Trägerfrequenzen gleichartige Dämpfungs- bzw. Durchlaßkurven herzustellen.

Es ist des weiteren ein Filter für Fernsehsender bekannt (USA.-Patentschrift 2 270 416), das aus koaxialen Resonatoren besteht, die an die koaxiale Energieleitung im Abstand von λ/4 fest angekoppelt sind. Die Resonatoren sind jedoch von unterschiedlichem Charakter (Serien- bzw. Parallelkreis) und sind daher hinsichtlich der Konstruktion völlig verschieden. Das ist aus fabrikatorischen Gründen ein Nachteil.

Bei dem Filter gemäß der Erfindung sind die beiden Resonatoren einer Filtereinheit bis auf den Anschluß der Hilfslast konstruktiv völlig gleich.

Die Erfindung bezieht sich also auf ein Filter zur Übertragung hoher Ultrakurzwellen-Leistungen mit konstantem und reellem Eingangswiderstand im

609 570/439

Durchlaß- und Sperrbereich, bei dem an eine vom Filtereingang an den Filterausgang führende Energieleitung mit koaxialem Innenleiter zwei gleichfalls aus Koaxialleitungsstücken aufgebaute Resonatoren mittels /l/4-Transformationsleitungen angekoppelt sind, die in einem gegenseitigen Abstand, der einer Viertelwellenlänge der zu übertragenden Schwingungen entspricht, von der Energieleitung abzweigen, und bei dem ferner von den beiden Resonatoren, die für sich betrachtet, auf Grund ihres gleichartigen Aufbaues sowie ihrer Ankopplungsstelle für die A/4-Transformationsleitungen identische Reaktanzzweipole mit einer Nullstelle und einer Polstelle realisieren, derjenige Resonator, der dem Filtereingang näher liegt, mit einem Parallelwiderstand beschaltet ist, dessen Widerstandswert etwa mit dem der an den Filterausgang angeschlossenen Nutzlast übereinstimmt.

Das Filter gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine jeweils einen Resonator mit der ihm zugeordneten A/4-Transf ormationsleitung verbindende induktive Kopplungsvorrichtung, bei welcher der Abschnitt der Kopplungsschleife, der sich parallel entlang demjenigen Endteil des Resonator-Innenleiters erstreckt, der mit dem Resonator-Außenleiter durch einen metallischen Abschlußkolben leitend in Verbindung steht, Rinnenform mit dem Resonator-Innenleiter zugewandter konkaver Fläche aufweist und hinsichtlich seines Abstandes vom Innenleiter dadurch einstellbar ist, daß sein eines Ende mit dem beispielsweise teleskopartig in der Länge veränderbaren Endabschnitt des koaxialen Innenleiters der λ/4-Transformationsleitung verbunden ist, der den im rechten Winkel an den rinnenförmigen Teil angrenzenden Schleifenabschnitt bildet, und daß an das andere Ende des rinnenförmigen Teiles der eine schlitzförmige Öffnung in dem Abschlußkolben isoliert durchsetzende Leiter einer Paralleldrahtleitung angesetzt ist, deren zweiter Leiter an seinem der Durchtrittsstelle des ersten Leiters durch den Abschlußkolben benachbarten Ende mittels einer beweglichen Lasche an dem Abschlußkolben befestigt ist, während die beiden anderen benachbarten Enden der Paralleldrahtleitung ein die Abstimmung dieser Leitung bewirkendes Verbindungsstück kurzschließt.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Mehrzahl von Filterabschnitten, die entsprechend den Prinzipien der Erfindung aufgebaut und in Kaskadenordnung verbunden sind;

F i g. 2 ein Ersatzschaltbild eines der Filterabschnitte, entsprechend F i g. 1;

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen der jeweils links dargestellten Filterabschnitte;

F i g. 4, 5, 6 und 7 Querschnitte entlang der Linien 4-4, 5-5, 6-6 und 7-7 in F i g. 3.

In F i g. 1 ist ein Filtersystem 1 dargestellt, das eine Mehrzahl von Filterabschnitten 2, 3 und 4 zeigt, die miteinander kaskadenf örmig verbunden sind. Während für viele Zwecke bereits ein einzelner Filter hinreichend ist, ist es vorzuziehen, drei derartige Abschnitte in Kaskadenanordnung vorzusehen, um den Anforderungen voll genügen zu können. Jeder Abschnitt ist im wesentlichen gleich und besteht aus zwei Koaxialresonatoren 5 und 6. Diese beiden Resonatoren sind an eine Übertragungsleitung 7 angekoppelt, die am Ende 8 mit einer HF-Energiequelle, am anderen Ende 9 mit einer Antennenbelastung verbunden ist. Die Ankopplung der Resonatoren 5 und 6 erfolgt mit Hilfe von Anpassungsleitungsabschnitten 10 und 11, von denen jeder etwa die Länge einer Viertelwellenlänge der Frequenz der zu übertragenden Energie aufweist. Die Leitungsabschnitte sind in die Übertragungsleitung 7 an Punkten angekoppelt, deren Abstand ebenfalls im wesentlichen einer Viertelwellenlänge entspricht. Der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten 2, 3 und 4 entlang der Übertragungsleitung 7 sollte vorzugsweise eine Viertelwellenlänge betragen, er kann jedoch auch Dreiviertelwellenlängen lang sein. Die Leitungsabschnitte 10 und 11 sind durch induktive Schleifen 12 und 13 an die Resonatoren 5 und 6 angekoppelt. Eine Hilf sbelastung 14 ist jeweils über einen Resonator jedes Filterabschnittes angeschlossen.

F i g. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild eines dieser Filterabschnitte. Die Resonatoren 5 und 6 sind als Resonanzkreise 5a und 6a dargestellt und die Leitungsabschnitte 10 und 11 als Leiter 10 a bzw. 11 a. Sie koppeln die Kreise 5a und 6a an die Übertragungsleitung Ta an. Die Kopplungsinduktivitäten 12a und 13 a entsprechen den induktiven Schleifen 12 und 13 in Fig. 1. Der Widerstand 14a entspricht der Hilfsbelastung 14 und der Widerstand 15 der Antennenbelastung, die an dem Ausgang 9 der Übertragungsleitung angeschlossen ist.

Aus dieser Ersatzschaltung entsprechend F i g. 2 ist klar zu ersehen, daß die Resonanzkreise 5 α und 6a nicht direkt in Reihe zwischen die Energiequelle und die Belastung eingeschaltet sind, sondern vielmehr, daß die Impedanzen der beiden Kreise über Viertelwellenlängen-Anpassungsabschnitte 10 a und 11a auf beabstandete Punkte entlang der Leitung 7 a transformiert werden.

Die Impedanzen dieser beiden Kreise sind, soweit die Leitung 7a betroffen wird, identisch. Die Dämpfung eines derartigen Filters kann ausgedrückt werden durch'

PAusgang A

■ngang

A +

(1 +

4 ε²

worm

A =

Rl*

L²CO₀ ³

Rl = Antennenbelastung,
L = Resonanzinduktivität,

K =

J--1

CO_n

ω — ω_η co . ., . ,
ε = 1 = = 1 = Abweichung

CO_n O)₀

von der Frequenz größter Dämpfung bei der betrachteten Frequenz ω (Kreisfrequenz),

Co₁ = Frequenz des vollen Durchgangs der Schaltung und

Co_n = Frequenz der vollen Dämpfung der Schaltung ist.

Wenn in einem Filter dieser Art für A und K Anforderungen für ein relativ breites Band geforderter

Dämpfung gestellt sind, so ist es, wie festgestellt wurde, praktisch nicht günstig, Übertragungsleitungen der geforderten Induktivität und Kapazität herzustellen, weil die Wellenwiderstände dieser Leitungen zu groß wurden. Diese Schwierigkeit kann bei Anwendung der vorliegenden Erfindung durch Konstruktion eines Koaxialresonators einer Viertelwellenlänge mit optimaler Güte und induktiver Ankopplung umgangen werden. Durch diese Methode werden die geforderte geringe Induktivität und die hohe Kapazität erzielt, ohne Elemente mit hohen Verlusten in die Übertragungsleitung einzuführen. Weiterhin wird die Impedanz der Induktivitäten 12 a und 13 a erhalten durch die Induktivität der Kopplungsschleife 12 und einen kleinen Abschnitt einer kurzgeschlossenen Paralleldrahtleitung 16 (F i g. 3) außerhalb des Resonators. Die Impedanz, die durch den Resonator in die Kopplungsschleife transformiert wird, entspricht dem Verhältnis der gesamten im Resonator gespeicherten Energie zu der, die von der Kopplungsschleife aufgenommen wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den F i g. 3 bis 7 hervor. Der Resonator S weist einen äußeren leitenden Zylinder 17 auf und einen inneren Leiter 18, der koaxial darin angeordnet ist. Der Zylinder 17 kann an seinen Enden offen sein, er wird jedoch vorzugsweise durch Endteile 19 und 20 abgeschlossen. Wenn gewünscht, kann zwischen den Leitern 17 und 18 ein anderes Dielektrikum als Luft verwendet werden, z. B. ein Gas oder eine Flüssigkeit oder auch ein dielektrischer Stoff wie Polyäthylen. Der Leiter 18 wird durch dielektrische Abstandsstücke 21 gehalten, die neben seinem einen Ende angeordnet sind, und durch eine leitende Endplatte 22, die von dem Zylinder 17 gehalten wird. Der Koaxialteil der Leiter 17 und 18 entspricht vorzugsweise einer Viertelwellenlänge der HF-Energie. Der Zylinder 17 erstreckt sich vorteilhaft über das Ende des inneren Leiters 18 hinaus, um Randeffekte zu vermindern. Der Anpassungsleitungsabschnitt 10 besteht aus einer koaxialen Leitung mit einem äußeren Leiter 23 und einem inneren Leiter 24. Der äußere Leiter 23 ist direkt mit dem Zylinder 17 verbunden. Der innere Leiter 24 ist über eine flexible oder teleskopartig verschiebbare Verbindung 25 mit einer induktiven Schleife 26 verbunden, die einen rinnenförmig gebogenen Querschnitt aufweist und im wesentlichen parallel zu dem inneren Leiter 18 angeordnet ist. Eine Fortsetzung der Schleife 26 erstreckt sich durch eine Isolationsöffnung 22 a in der Endplatte 22 als eine der Leitungen der äußeren Paralleldrahtleitung 16. Diese Leitung 16 ist abstimmbar kurzgeschlossen mit Hilfe eines Verbindungsstückes 27 und weiterhin mit der Endplatte 22 mittels eines zweiten Verbindungsstückes 28 verbunden, das in der Endplatte drehbar gelagert ist. Durch Drehung des Paralleldrahtabschnittes 16 um den Drehpunkt des Verbindungsgliedes 28 kann der Abstand und dadurch der Kopplungsgrad zwischen der Schleife 26 und dem inneren Leiter 18 des Resonators variiert werden.

Innerhalb des Zylinders 17 befindet sich ein Kapazitätselement 29, das bezüglich des Leiters 18 abgestimmt werden kann, wie durch den Gewindestift 30 und die Mutter 31 angedeutet. Hierdurch kann die elektrische Länge des Resonators eingestellt werden.

Die Hilfsbelastung 14 liegt über dem ersten Resonator, und zwar zwischen dem äußeren Leiter 23 und dem inneren Leiter 24 des Anpassungsleitungsabschnittes 10 neben der Kopplungsschleife 26.

Das hier beschriebene Filter kann in einem Fernsehsender verwendet werden und in die Verbindungsleitung zwischen der Energiequelle und dem Antennensystem eingeschaltet werden. Die Eingangsimpedanz des Filters ist praktisch sowohl für den Durchlaßbereich als auch für den Refiexionsbereich gleich groß, während der Blindwiderstandsanteil im wesentlichen ίο Null bleibt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Die Übertragung hoher Ultrakurzwellen-Leistungen ermöglichendes Filter mit konstantem und reellem Eingangswiderstand im Durchlaß- und Sperrbereich, bei welchem an eine vom Filtereingang an den Filterausgang führende Energieleitung mit koaxialem Innenleiter zwei gleichfalls aus Koaxialleitungsstücken aufgebaute Resonatoren mittels λ/4-Transformationsleitungen angekoppelt sind, die in einem gegenseitigen Abstand, der einer Viertelwellenlänge der zu übertragenden Schwingungen entspricht, von der Energieleitung abzweigen, und bei welchem ferner von den beiden Resonatoren, die, für sich betrachtet, auf Grund ihres gleichartigen Aufbaues sowie ihrer Ankopplungsstelle für die A/4-Transformationsleitungen identische Reaktanzzweipole mit einer Nullstelle und einer Polstelle realisieren, derjenige Resonator, der dem Filtereingang näherliegt, mit einem Parallelwiderstand beschaltet ist, dessen Widerstandswert etwa mit dem der an den Filterausgang angeschlossenen Nutzlast übereinstimmt, gekennzeichnet durch eine jeweils einen Resonator mit der ihm zugeordneten /l/4-Transformationsleitung verbindende induktive Kopplungsvorrichtung, bei welcher der Abschnitt

(26) der Kopplungsschleife, der sich parallel entlang demjenigen Endteil des Resonator-Innenleiters (18) erstreckt, der mit dem Resonator-Außenleiter (17) durch einen metallischen Abschlußkolben (22) leitend in Verbindung steht, Rinnenform mit dem Resonator-Innenleiter (18) zugewandter konkaver Fläche aufweist und hinsichtlich seines Abstandes vom Innenleiter (18) dadurch einstellbar ist, daß sein eines Ende mit dem beispielsweise teleskopartig in der Länge veränderbaren Endabschnitt des koaxialen Innenleiters (24) der A/4-Transf ormationsleitung (10) verbunden ist, der den im rechten Winkel an den rinnenförmigen Teil angrenzenden Schleifenabschnitt bildet, und daß an das andere Ende des rinnenförmigen Teiles der eine schlitzförmige Öffnung (22 a) in den Abschlußkolben (22) isoliert durchsetzende Leiter einer Paralleldrahtleitung (16) angesetzt ist, deren zweiter Leiter an seinem der Durchtrittsstelle (22 a) des ersten Leiters durch den Abschlußkolben (22) benachharten Ende mittels einer beweglichen Lasche (28) an dem Abschlußkolben (22) befestigt ist, während die beiden anderen benachbarten Enden der Paralleldrahtleitung (16) ein die Abstimmung dieser Leitung bewirkendes Verbindungsstück (27) kurzschließt.

2. UKW-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Resonatoren mit Hufe einer an ihrem Außen-

leiter angebrachten verstellbaren Kapazität abgleichbar ist.

3. UKW-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfslast an die Transformationsleitung unmittelbar an das eine Ende der Koppelschleife angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 468 788, 667 275, 809 837;

USA.-Patentschriften Nr. 2 214 041, 2 270 416, 5 2 524 532;

Electronics, Bd. 21, Nr. 1, S. 80, 82 (Januar 1948).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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