DE1232284B - Frequency-selective arrangement for the transmission of very short electromagnetic waves - Google Patents
Frequency-selective arrangement for the transmission of very short electromagnetic wavesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. CL:Int. CL:
H03hH03h
HOIpHOIp
Nummer: 1232 284 Number: 1232 284
Aktenzeichen: M13124IX d/21 g File number: M13124 IX d / 21 g
Anmeldetag: 26. Februar 1952 Filing date: February 26, 1952
Auslegetag: 12. Januar 1967Opened on: January 12, 1967
Die Erfindung befaßt sich mit einer frequenzselektiven Anordnung zur Verwendung bei sehr hohen Frequenzen, insbesondere für Filter der Leitungsbauart, bei welcher an Stelle von punktförmig verteilten Impedanzen Längen einer Hochfrequenzleitung verwendet werden. Ein solches Filter besitzt einen Durchlaßbereich und eine ausgesprochene Polstelle.The invention is concerned with a frequency selective arrangement for use at very high levels Frequencies, especially for filters of the line type, in which instead of point-like distributed Impedances lengths of a high frequency line are used. Such a filter has a passband and a definite pole.
Bei den bisher verwendeten frequenzselektiven Anordnungen obiger Bauart ist es allgemein üblich, die geforderten Charakteristiken der Frequenzselektivität mit Hilfe von einer oder mehreren in Serie oder parallel geschalteten Stichleitungen zu erzielen. F i g. 1 zeigt ein typisches Beispiel dieser Art für den Fall, daß eine Frequenz Z1 gesperrt und eine benachbarte Frequenz /2 durchgelassen werden soll.In the previously used frequency-selective arrangements of the above type, it is common practice to achieve the required characteristics of frequency selectivity with the aid of one or more stub lines connected in series or in parallel. F i g. 1 shows a typical example of this type for the case that a frequency Z 1 is to be blocked and an adjacent frequency / 2 is to be allowed through.
Nach F i g. 1 ist an eine Hauptübertragungsleitung, welche aus einem konzentrisch in einem äußeren Rohrleiter MO angeordneten inneren Rohrleiter Ml besteht, parallel eine abgezweigte Stichleitung angeschlossen, die aus einem inneren Leiter Tl besteht, welcher in einem äußeren Leiter TO konzentrisch verläuft. Die Stichleitung besitzt eine größere Länge I1 und eine kürzere Länge I2, von welchen jede an dem entfernten Ende kurzgeschlossen oder offen sein kann. Wenn die größere Länge am Ende offen ist, beträgt ihre Länge ein ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge bei der Sperrfrequenz; wenn sie kurzgeschlossen ist, beträgt ihre Länge ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlänge bei dieser Frequenz. Die kurze Länge I2 besitzt bei der Durchlaßfrequenz einen Blindwiderstand, welcher demjenigen der großen Länge möglichst weitgehend gleich und entgegengesetzt ist.According to FIG. 1 is connected to a main transmission line, which consists of an inner pipe conductor Ml arranged concentrically in an outer pipe conductor MO , a branched branch line in parallel, which consists of an inner conductor Tl which runs concentrically in an outer conductor TO. The stub has a greater length I 1 and a shorter length I 2 , each of which can be short-circuited or open at the distal end. If the greater length is open at the end, its length is an odd multiple of a quarter wavelength at the cutoff frequency; when shorted, its length is an integral multiple of half a wavelength at that frequency. The short length I 2 has a reactance at the pass frequency which is as largely the same as and opposite to that of the long length.
Diese Anordnung hat den erheblichen praktischen Mangel, daß auf Grund des Grenzwertes des mögliehen Wellenwiderstandes der Übertragungsleitung, aus welcher die Stichleitung besteht, die von der Stichleitung gebildete Impedanz für die Durchlaßfrequenz /2 notwendigerweise weit unter dem theoretisch erforderlichen Wert liegt und demgemäß ein erheblicher Verlust auftritt, sogar wenn die größere Länge I1 sehr lang gemacht wird. Dieser typische Fehler ist auch bei anderen bekannten Anordnungen mit abgezweigter Stichleitung vorhanden.This arrangement has the considerable practical drawback that, due to the limit value of the possible characteristic impedance of the transmission line from which the stub line consists, the impedance formed by the stub line for the pass frequency / 2 is necessarily far below the theoretically required value and accordingly a considerable loss occurs even if the greater length I 1 is made very long. This typical error is also present in other known arrangements with branched stub lines.
Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der an Übertragungsleitungen angeschaltete Netzwerke aus Leitungsstücken zur breitbandigen Anpassung, insbesondere von Antennen, an Sender dienen. Diese Filteranordnung hat jedoch ganz beträchtliche Verluste, da die Verbindungsleitungen A/4 lang sind.An arrangement is also known in which networks connected to transmission lines are made from Line pieces for broadband adaptation, in particular of antennas, are used on transmitters. This filter arrangement however, has quite considerable losses, since the connecting lines are A / 4 long.
Die Erfindung bezweckt, diese Fehler zu vermindern und verbesserte sowie wirksame Filter oder ähn-Frequenzselektive
Anordnung zur Übertragung
sehr kurzer elektromagnetischer WellenThe aim of the invention is to reduce these errors and to provide improved and effective filters or similar frequency-selective arrangements for transmission
very short electromagnetic waves
Anmelder:Applicant:
The Marconi Company, Limited, London The Marconi Company, Limited, London
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,Dr.-Ing. B. Johannesson, patent attorney,
Hannover, Göttinger Chaussee 76Hanover, Göttinger Chaussee 76
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Boleslaw Marian Sosin, Chelmsford, EssexBoleslaw Marian Sosin, Chelmsford, Essex
(Großbritannien)(Great Britain)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 26. Februar 1951,Claimed priority:
Great Britain from February 26, 1951,
vom 28. November 1951 (4688)dated November 28, 1951 (4688)
liehe Anordnungen der erwähnten Art zu schaffen, bei welchen die Verluste auf eine annehmbare Größe herabgesetzt werden, ohne übertrieben lange und unhandliche Stichleitungen verwenden zu müssen.to create borrowed arrangements of the type mentioned which the losses are reduced to an acceptable level without being excessively long and unwieldy Having to use stub lines.
Bei einer frequenzselektiven Schaltungsanordnung zur Übertragung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen, bei welcher die Hauptleitung zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anordnung zumindest eine T-förmige Stichleitung aufweist, deren auf die Hauptleitung einwirkender Scheinwiderstand in vorgeschriebenem Frequenzabstand einen extrem niedrigen und einen sehr hohen Scheinwiderstand zeigt, wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Länge /3 des Abschnittes der T-förmigen Stichleitung, welche die beiden anderen Abschnitte, dieser Stichleitung mit der Hauptleitung verbindet, von einem Viertel oder dem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlängenwerte abweicht, welchen Frequenzen innerhalb des Bereiches entsprechen, der sowohl die Frequenz Z1 umfaßt, bei welcher die Stichleitung an ihrem Verbindungspunkt mit der Hauptleitung den niedrigsten Scheinwiderstandswert erreicht, als auch die Frequenz/2, bei welcher am Stichleitungsanschluß ein sehr hoher Scheinwiderstandswert auftritt, während für die Längen I1 und I2 der beiden anderen Abschnitte der T-förmigen Stichleitung je nach ihrem Abschluß die folgenden Beziehungen gelten:In a frequency-selective circuit arrangement for the transmission of very short electromagnetic waves, in which the main line between the input and the output of the arrangement has at least one T-shaped stub line whose impedance acting on the main line shows an extremely low and a very high impedance at the prescribed frequency spacing, It is therefore proposed according to the invention that the length / 3 of the section of the T-shaped stub line, which connects the other two sections of this stub line with the main line, deviates from a quarter or an integral multiple of a quarter of the wavelength values to which frequencies correspond within the range , which includes both the frequency Z 1 , at which the stub reaches the lowest impedance value at its connection point with the main line, and the frequency / 2, at which a very high impedance at the stub connection ert occurs, while the following relationships apply to the lengths I 1 and I 2 of the other two sections of the T-shaped stub line, depending on their termination:
609 757/321609 757/321
Abschnitt mit der Länge I1 Section with length I 1
Abschnitt mit der Länge I2 Section with length I 2
am Ende offen:open at the end:
h + I3 ^ — 4h + I 3 ^ - 4
am Ende kurzgeschlossen:short-circuited at the end:
_ «A2 _ «A 2
I1 I 1
am Ende kurzgeschlossen:short-circuited at the end:
am Ende kurzgeschlossen:short-circuited at the end:
am Ende offen:open at the end:
, , , (β + I)A2 ,,, (β + I) A 2
I1 + /2 «ti I 1 + / 2 «ti
4
am Ende offen:4th
open at the end:
I1 + 4 - "A I 1 + 4 - " A
dabei bedeutetthereby means
A1 die aus der Frequenz Z1 ermittelbare Wellenlänge, A2 die der Frequenz /2 entsprechende Wellenlänge, η eine ungerade Zahl.A 1 is the wavelength that can be determined from the frequency Z 1 , A 2 is the wavelength corresponding to the frequency / 2 , η is an odd number.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die bei frequenzselektiven Anordnungen störenden Eigenverluste auf ein solches Maß herabgesetzt, wie es bei den bisher bekannten Filteranordnungen nicht möglich war.Due to the design according to the invention, the disruptive in frequency-selective arrangements Internal losses are reduced to such a level as is not the case with the previously known filter arrangements was possible.
Bei der Durchlaßfrequenz weist der Eingangswiderstand der an die Übertragungsleitung angeschlossenen Filteranordnung Parallelresonanzverhalten auf. Da die Verluste mit dem Quadrat des Stromes wachsen, sind in einer reflektierend abgeschlossenen Leitung die Leitungsverluste hauptsächlich auf Stellen maximalen Stromes konzentriert. Durch die Bemessung entsprechend den Lehren der Erfindung wird erreicht, daß die Länge I3 der Verbindungsleitung ungleich einer Viertelwellenlänge bei der gewünschten Sperrfrequenz ist; genauer gesagt wird die Länge von dem genauen ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge durch das Vorhandensein der Länge/2 etwas abweichen. Dann wird die Länge I2 kurzgeschlossen, und I1 + I2 erhalten eine Länge von etwa einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge bei der Durchlaßfrequenz, wobei diese Länge von dem genauen ungeraden Vielfachen der Viertelwellenlänge durch das Vorhandensein der Länge I3 etwas abweicht. Wenn I1 kurzgeschlossen wird, erhält I1 + I3 eine Länge, die etwa ein gerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge bei der Sperrfrequenz beträgt, und wenn I2 ebenfalls kurzgeschlossen wird, erhält I1 + I2 eine Länge, die etwa ein gerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge bei der Durchlaßfrequenz beträgt. Sofern der Abschnitt I2 amAt the pass frequency, the input resistance of the filter arrangement connected to the transmission line exhibits parallel resonance behavior. Since the losses grow with the square of the current, the conduction losses in a reflective closed line are mainly concentrated on points of maximum current. By dimensioning according to the teachings of the invention it is achieved that the length I 3 of the connecting line is not equal to a quarter wavelength at the desired blocking frequency; more precisely, the length will differ somewhat from the exact odd multiple of the quarter wavelength due to the presence of the length / 2. Then the length I 2 is short-circuited, and I 1 + I 2 are given a length of approximately an odd multiple of a quarter wavelength at the pass frequency, this length being slightly different from the exact odd multiple of the quarter wavelength due to the presence of the length I 3. When I 1 is shorted, I 1 + I 3 gets a length that is about an even multiple of a quarter wavelength at the cutoff frequency, and when I 2 is also shorted, I 1 + I 2 gets a length that is about an even multiple of Quarter wavelength at the pass frequency. If section I 2 on
Ende offen ist, besitzt er eine Länge, welche sich um -j- Is open at the end, it has a length which is around -j-
— bezogen auf die Durchlaßfrequenz — von dem Fall unterscheidet, bei dem I2 am Ende kurzgeschlossen ist.- based on the pass frequency - differs from the case in which I 2 is short-circuited at the end.
Bei diesen Anordnungen ist unter sonst gleichen Umständen das Verhältnis von I2:11 viel größer als bei der bekannten Anordnung nach F i g. 1, und praktisch werden bei derselben Länge der Stichleitung die Verluste bei einer erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu einer bekannten Anordnung nach F i g. 1 auf etwa ein Viertel oder weniger vermindert. Außerdem werden von der Verbindungsstelle mit der Hauptübertragungsleitung hohe Ströme ferngehalten, und zwischen praktischer und theoretischer Ausführung läßt sich eine weitergehende Übereinstimmung erzielen als bei bekannten Anordnungen.In these arrangements, all other things being equal, the ratio of I 2 : 1 1 is much greater than in the known arrangement according to FIG. 1, and practically with the same length of the stub line, the losses in an arrangement according to the invention are compared with a known arrangement according to FIG. 1 decreased to about a quarter or less. In addition, high currents are kept away from the junction with the main transmission line, and a greater correspondence between practical and theoretical implementation can be achieved than with known arrangements.
F i g. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer T-Stichleitung, welche in die Hauptübertragungsleitung in Serie geschaltet ist, anstatt parallel, wie in F i g. 2. In F i g. 3 sind dieselben Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 2, so daß Fig. 3 ohne weiteres verständlich ist.F i g. FIG. 3 shows an arrangement according to the invention with a T-stub line which goes into the main transmission line is connected in series rather than in parallel as in FIG. 2. In Fig. 3 the same reference numerals are used as in Fig. 2, so that Fig. 3 can be easily understood.
Die »reziproke« T-Stichleitung kann an Stelle der »geraden« T-Stichleitung als alternative Ausführung der Erfindung verwendet werden. F i g. 4 und 5 zeigen reziproke T-Anordnungen, welche parallel an die Hauptleitung angeschlossen sind. Nach der Darstellung in F i g. 4 und 5 haben diese Anordnungen nicht das Aussehen von T-GIiedern, sie sind es jedoch tatsächlich, wie sich aus F i g. 2 a und 4 a ergibt. F i g. 2 a ist das entsprechende Blockschaltbild der Stichleitung der F i g. 2 und 3, während F i g. 4 a das entsprechende Blockschaltbild der Stichleitung nach F i g. 4 und 5 ist. In den F i g. 2, 2 a, 3, 4, 4a und 5 sind gleiche Bezugszeichen verwendet, um den Vergleich zu erleichtern. Bei der reziproken T-Stichleitung haben die Längen der verschiedenen Teile die gleichen Werte wie die entsprechenden Längen der geraden T-Stichleitung; das entfernte Ende des entsprechenden Teiles der reziproken T-Stichleitung ist jedoch kurz geschlossen, wenn jenes der geraden T-Stichleitung offen ist, und umgekehrt. Eine reziproke T-Stichleitung kann auch in Reihe mit der Hauptleitung angeordnet werden, jedoch kann in diesem Fall die Anordnung einer isolierenden Stichleitung erforderlich sein.The "reciprocal" T-stub line can be used as an alternative to the "straight" T-stub line of the invention can be used. F i g. 4 and 5 show reciprocal T-arrays connected in parallel to the Main line are connected. According to the illustration in FIG. 4 and 5, these arrangements don't have that Appearance of T-members, but they actually are, as can be seen from FIG. 2 a and 4 a results. F i g. 2 a is the corresponding block diagram of the stub line of FIG. 2 and 3, while F i g. 4 a the corresponding Block diagram of the branch line according to FIG. 4 and 5 is. In the F i g. 2, 2 a, 3, 4, 4a and 5 are the same reference numerals used to make comparison easier. In the case of the reciprocal T-branch line, the lengths the different parts have the same values as the corresponding lengths of the straight T-stub line; however, the distal end of the corresponding portion of the reciprocal T-stub is short closed when that of the straight T-stub line is open, and vice versa. A reciprocal T-stub line can also be placed in series with the main line, but can in this case the arrangement of an insulating stub line may be necessary.
Die bekannten Abzweigstichleitungen, wie sie in F i g. 1 beispielsweise dargestellt sind, oder die reziproke Anordnung (bei welcher zwei Stichleitungen in Reihe liegen) besitzen die schon erwähnten Mängel. Die Erfindung vermeidet, indem die zwischengeschaltete Länge 4 der Übertragungsleitung hinzugefügt wird, um die bekannte Anordnung in eine T-Stichleitung zu verwandeln, diese Mängel, wobei die Frequenzabhängigkeit verändert wird und die Verluste sehr klein gemacht werden können.The known branch lines, as shown in FIG. 1, for example, or the reciprocal Arrangement (in which two stub lines are in series) have the deficiencies already mentioned. The invention avoids by adding the intermediate length 4 to the transmission line is to transform the known arrangement in a T-stub line, these shortcomings, with the frequency dependence is changed and the losses can be made very small.
In allen Fällen kann I3 irgendeine Länge haben, dieIn all cases, I 3 can be of any length that
von -r oder einem Vielfachen davon abweicht. In 4deviates from -r or a multiple thereof. In 4
allen obengenannten Fällen kann, indem man für /3 einen passenden Wert wählt, die Frequenz/l5 bei welcher die Impedanz annähernd null ist, willkürlich entweder unterhalb oder oberhalb der Frequenz /2 gewählt werden, bei welcher die Impedanz annähernd unendlich ist.In all of the above cases, by choosing a suitable value for / 3 , the frequency / l5 at which the impedance is approximately zero can be arbitrarily selected either below or above the frequency / 2 at which the impedance is approximately infinite.
Für irgend zwei bestimmte Frequenzen fx und /2 in einem der Fälle der obigen Tabelle können die Längen I1, I2 und 4 frei gewählt werden, derart, daß die Bandbreite bei Z1 allmählich von weit auf schmal geändert werden kann und die Bandbreite bei /2 allmählich von schmal auf weit geändert werden kann. Mit anderen Worten können für die Längen I1, I2 und 4 Werte gewählt werden, welche bei J1 ein breites Band und bei /2 ein schmales Band, oder umgekehrt, oder irgendeinen Zwischenzustand der Bandbreite ergeben, wobei eine Verbreiterung des Bandes bei Z1 von einer Einengung des Bandes bei /2 begleitet ist, und umgekehrt. For any two specific frequencies f x and / 2 in one of the cases in the table above, the lengths I 1 , I 2 and 4 can be freely selected, in such a way that the bandwidth at Z 1 can gradually be changed from wide to narrow and the bandwidth at / 2 can be changed gradually from narrow to wide. In other words, values can be chosen for the lengths I 1 , I 2 and 4 which result in a wide band for J 1 and a narrow band for / 2 , or vice versa, or any intermediate state of the bandwidth, with a widening of the band at Z 1 is accompanied by a narrowing of the band at / 2 , and vice versa.
Claims (4)
ηλ2 open at the end:
ηλ 2
Britische Patentschrift Nr. 457 911;
USA.-Patentschriften Nr. 2 321 521, 2 128 400.Considered publications:
British Patent No. 457 911;
U.S. Patent Nos. 2,321,521, 2,128,400.
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