DE1268289B

DE1268289B - Higher order all-pass for electrical oscillations and its use to implement a bandstop filter

Info

Publication number: DE1268289B
Application number: DE19661268289
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Erwin Buecherl; Heinz Krause
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-11-16
Filing date: 1966-11-16
Publication date: 1968-05-16

Description

Allpaß höherer Ordnung für elektrische Schwingungen und seine Verwendung zur Verwirklichung einer Bandsperre Die Erfindung betrifft einen Allpaß höherer Ordnung für elektrische Schwingungen, bestehend aus der in der Art einer Fillerweiche ausgebildeten Paralle]- oder Reihenschaltung zweier Weichenteilfilter, die wenigstens einen Durchlaßbereich und wenigstens einen Sperrbereich in ihrer Ubertragungscharakteristik aufweisen und deren Eingangsscheinwiderstände am Weichenscheitel konjugiert zueinander sind.Higher order all-pass for electrical oscillations and its uses for realizing a bandstop filter The invention relates to a higher all-pass filter Order for electrical oscillations, consisting of a filler switch trained parallel] - or series connection of two switch section filters, the at least a pass band and at least one stop band in their transmission characteristics and their input resistances at the point vertex conjugate to each other are.

In der Nachrichtenübertragungstechnik, besonders bei sogenannten Trägerfrequenzsystemen. werden Bandsperren benötigt, die am Ende eines Uberwachungsabschnittes schmalbandige Steuersignale, sogenannte Pilotfrequenzen, unterdrücken. Da für derartige Bandsperren ein möglichst schmaler Sperrbereich bei möglichst breiten Durchlaßbereichen erforderlich ist, werden derartige Bandsperren in der Regel mit Schwingkristallen, wie beispielsweise Schwingquarzen, realisiert. Als störend an diesen Schaltungen werden die sogenannten Quarznebenresonanzen empfunden, da an den Stellen der Quarznebenresonanzen im eigentlichen Durchlaßbereich der Bandsperre weitere unerwünschte Sperrbereiche auftreten, wodurch das Ubertragungsverhalten der Bandsperre erheblich gestört wird. Besonders nachteilig ist dieser Umstand auch dann, wenn der Sperrbereich der Bandsperre nicht von der Grundresonanz, sondern von einer der Oberwellenresonanzen festgelegt wird. Diese Maßnahme ist immer dann erforderlich, wenn der gewünschte Sperrbereich bei so hohen Frequenzen liegt, daß Schwingquarze mit einer entsprechenden Grundresonanz nicht mehr realisierbar sind. In diesem Fall erscheinen die unterhalb der Nutzresonanzfrequenz liegenden Resonanzen häufig mit der gleichen Güte wie die ausgenutzte Oberwellenresonanz, wodurch auch in dem unterhalb des gewünschten Sperrbereiches liegenden Durchlaßbereich störende Sperrbereiche auftreten.In communication technology, especially with so-called carrier frequency systems. bandstop filters are required that are narrow-banded at the end of a monitoring section Suppress control signals, so-called pilot frequencies. As for such bandstop filters the narrowest possible blocking range with the broadest possible passbands is required is, such bandstop filters are usually with oscillating crystals, such as Quartz oscillators, realized. The so-called Secondary quartz resonances felt, because in the actual quartz secondary resonances The pass band of the bandstop filter causes further undesired stop bands to occur, as a result of which the transmission behavior of the bandstop filter is significantly disrupted. Particularly disadvantageous is this fact even if the stop range of the bandstop filter is not different from the Fundamental resonance, but is determined by one of the harmonic resonances. These Measure is always required when the desired restricted area is so high Frequencies lies that quartz crystals with a corresponding basic resonance do not are more feasible. In this case, they appear below the useful resonance frequency lying resonances often with the same quality as the utilized harmonic resonance, thereby also in the pass band lying below the desired stop band disruptive restricted areas occur.

Durch die USA.-Patentschrift 3 135 932 ist bereits eine Anordnung bekanntgeworden, bei der an eine Signalquelle mehrere Filter in der Art einer Filterweiche angeschlossen sind. Die einzelnen Filter dienen dabei der Aufspaltung eines breiten Frequenzbandes in mehrere schmale Teilbänder. Bei der bekannten Anordnung wird insofern von anderen Voraussetzungen als beim Erfindungsgegenstand ausgegangen, als die bekannte Anordnung als Laufzeitglied dient, das über einen verhältnismäßig breiten Frequenzbereich ausnutzbar ist und bei dem gegebenenfalls in unterschiedlichen Frequenzbereichen unterschiedliche Laufzeitverzögerungen in Abhängigkeit von der Frequenz erreicht werden sollen. Aus diesem Grund sind den einzelnen Filtern Laufzeitglieder nachgeschaltet, die die ftir das jeweilige Frequenzband erforderliche Laufzeitverzögerung bewirken. Wegen der gegenüber dem Erfindungsgegenstand andersartigen Aufgabenstellung ergibt sich bei der bekannten Anordnung auch eine andere Lösung.By USA. Patent 3,135,932, an arrangement is already known in which a signal source a plurality of filters are connected in the manner of a branching filter. The individual filters are used to split a wide frequency band into several narrow sub-bands. The known arrangement assumes other requirements than the subject matter of the invention in that the known arrangement serves as a delay element which can be used over a relatively wide frequency range and in which, if necessary, different delay times are to be achieved depending on the frequency in different frequency ranges. For this reason, delay elements are connected downstream of the individual filters, which cause the delay required for the respective frequency band. Because the task is different from that of the subject matter of the invention, the known arrangement also results in a different solution.

Es ist bereits eine Bandsperrenschaltung bekanntgeworden, die es gestattet, Quarznebenresonanzen in einem verhältnismäßig breiten Frequenzbereich unwirksam zu machen. Dieser bekannten Schaltung ist ein Allpaß in Doppel-T-Schaltung zugrunde gelegt, der aus der ParalleIschaltung eines Bandpasses und einer Bandsperre besteht. Die Bandsperrenwirkung wird dabei durch einen Schwingkristall erzielt, der im Querzweig des Bandpasses liegt und dessen Serienresonanzfrequenz zur Erzeugung eines schmalen Sperrbereiches herangezogen wird. Die Nebenresonanzen des Quarzes liegen in den Sperrbereichen des Bandpasses. Diese bekannte Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß sie eine in sich geschlossene Einheit darstellt und keine Erweiterungsmöglichkeiten bietet. Darüber hinaus wird die Sperrdämpfung durch einen sogenannten Stoßdämpfungspol erzeugt, wodurch bei der Kettenschaltung mehrerer Einzelglieder bzw. bei der Parallelschaltung mehrerer Quarze die Sperrdämpfung nur logarithmisch mit der Anzahl der einzelnen Glieder bzw. Quarze wächst. Um die Sperrdämpfung bei Verwendung mehrerer Quarze zu verbessern, sind zur Entkopplung der Schwingquarze ohmsche Widerstände vorgesehen, die dann zwangläufig eine zusätzliche Grunddämpfung erzeugen.A bandstop circuit has already become known which allows Secondary quartz resonances are ineffective in a relatively wide frequency range close. This known circuit is based on an all-pass in double-T circuit which consists of the parallel connection of a bandpass filter and a bandstop filter. The band-stop effect is achieved by an oscillating crystal in the cross arm of the band pass and its series resonance frequency to generate a narrow Restricted area is used. The secondary resonances of the quartz are in the Blocked areas of the bandpass. However, this known circuit has the disadvantage that it represents a self-contained unit and no expansion options offers. In addition, the blocking damping is provided by a so-called shock absorption pole generated, which means that when several individual links are connected in a chain or when connected in parallel of several crystals the blocking attenuation only logarithmically with the number of each Limbs or quartz grows. About the blocking attenuation when using several crystals to improve, ohmic resistors are provided to decouple the oscillating crystals, which then inevitably generate additional basic attenuation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu vermeiden. Insbesondere soll ein Weg angegeben werden, der es gestattet, die Sperrdämpfung proportional der Quarzzahl ansteigen zu lassen und den Entwurf derartiger Bandsperrenschaltungen wesentlich freizügiger zu gestalten, wodurch die I'ür den jeweiligen Anwendungszweck notwendigen Forderungen bei verhältnismäßig geringem Aufwand an Bauteilen leichter eingehalten werden können.The invention is based on the object described above Avoid difficulties in a relatively simple manner. In particular, should a way can be specified, which allows the blocking attenuation to be proportional to the number of quartz and the design of such bandstop circuits is essential to make it more revealing, whereby the I'for the respective application purpose necessary requirements with relatively little expenditure on components easier can be complied with.

Ausgehend von einem Allpaß höherer Ordnung für elektrische Schwingungen, bestehend aus der in der Art einer Filterweiche ausgebildeten Parallel-oder Reihenschaltung zweier Weichenteilfilter, die wenigstens einen Durchlaßbereich und wenigstens einen Sperrbereich in ihrer Ubertragungscharakteristik aufweisen und deren Eingangsscheinwiderstände am Weichenscheitel konjugiert zueinander sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Bildung eines Weichenallpasses zwei untereinander gleichartig ausgebildete, strenge Teilweichen spiegelbildlich derart in Kette geschaltet sind, daß unmittelbar aufeinanderfolgende Weichenteilfilter die gleiche charakteristische Funktion haben und daß sämtliche Weichenteilfilter als charakteristische Funktion eine gerade Funktion haben, deren Grad größer als zwei ist, wenn die Weichenteilfilter aus einem Hochpaß und einem Tiefpaß bestehen, bzw. deren Grad größer als vier ist, wenn die Weichenteilfilter aus einem Bandpaß und einer Bandsperre bestehen.Starting from a higher order all-pass for electrical oscillations, consisting of the parallel or series circuit configured in the manner of a filter switch two switch part filters, which have at least one pass band and at least one Have blocking range in their transmission characteristics and their input resistances are conjugate to one another at the turnout apex, this object is achieved according to the invention solved by the fact that two identical to each other to form a crossover pass trained, strict partial switches are connected in a mirror-inverted manner in a chain, that immediately successive turnout filters have the same characteristic Have a function and that all switch section filters have a characteristic function have an even function, the degree of which is greater than two, if the switch part filters consist of a high pass and a low pass, or the degree of which is greater than four, when the crossover filter consists of a bandpass filter and a bandstop filter.

Es ist hierbei auch daran gedacht, daß die zur Bildung des vollständigen Weichenallpasses verwendeten Teilweichen nicht strenge Weichen sind.It is also thought here that the for the formation of the complete Partial switches used are not strict switches.

Als Bandsperren lassen sich derartige Allpässe in einfacher Weise dadurch ausbilden, daß in Längs-oder Querzweigen wenigstens eines Weichenteilfilters wenigstens ein Schwingkristall vorgesehen ist, dessen Serienresonanz (Nutzresonanzfrequenz) im Durchlaßbereich eines Weichenteilfillers liegt, während seine Nebenresonanzen im Sperrbereich des gleichen Weichenteilfilters liegen.Such all-passes can be used as bandstop filters in a simple manner form in that at least one switch part filter in longitudinal or transverse branches at least one oscillating crystal is provided whose series resonance (useful resonance frequency) lies in the transmission range of a switch part filler, while its secondary resonances lie in the blocked area of the same switch section filter.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei Verwendung mehrerer Schwingkristalle die einzelnen Schwingkristalle in verschiedenen, durch Reaktanzen verkoppelten Längs- oder Querzweigen des jeweiligen Weichenteilfilters angeordnet sind.It is advantageous if several oscillating crystals are used the individual oscillating crystals in different longitudinal directions coupled by reactances or cross branches of the respective switch part filter are arranged.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments explained in more detail.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich zwei gleiche strenge bzw. nicht strenge Weichen mit geraden charakteristischen Funktionen mit ihren Ausgängen spiegelbildlich in Kette geschaltet zu einem strengen bzw. nicht strengen Allpaß ergänzen. Diese Erkenntnis gestattet es, beliebig erweiterbare Allpässe als Umgehungsschaltung zu dimensionieren. Bekanntlich wird unter einer strengen Weiche eine Weichenschaltung verstanden. bei der die. charakteristischen Funktionen der einzelnen Weichenteilfilter zueinander reziprok sind, d. h., wenn die charakteristische Funktion des einen Weichenteilfilters mit q (p) bezeichnet wird. wobei p eine komplexe Frequenz bedeutet. dann muß die charakteristische Funktion des anderen Weichenteilfilters nach der Funktion verlaufen. Bei den sogenannten nicht strengen Weichen ist diese Beziehung im allgemeinen nur näherungsweise erf-tillt. wodurch sich die Realisierung derartiger Filterweichen gegenüber den strengen Weichen vor allem hinsichtlich des Bauteileaufwandes erheblich vereinfachen läßt. Nach der Lehre der Erfindung können die Quarze bei geeignet gewählten Strukturen der Weichenteilfilter in die Längs- oder- Querzweige einbezogen werden. Die Nebenresonanzunterdrückung in weiten Frequenzbereichen erfolgt dadurch, daß die Nebenresonanzen in den oder die Sperrbereiche des jeweiligen »quarz-estörten« Weichenteilfilters fallen und deshalb den Ubertragungsbereich des konjugierten Filters, abhängig von der Größe der Nebenresonanzwiderstände und dem Schaltungsaufwand beliebig wenig beeinflussen. Bei einigen Schaltungskonfigurationen haben auch parasitäre Reaktanzen (z. B. Streuinduktivitäten der Quarzübertrager) keinen Einfluß auf den Ubertragungsbereich, was besonders bei breiten Ubertragungsbereichen vorteilhaft ist.The invention is based on the knowledge that two identical strict or non-strict turnouts with straight characteristic functions with their outputs connected in a chain in a mirror-inverted manner complement one another to form a strict or non-strict all-pass. This knowledge makes it possible to dimension arbitrarily expandable all-passes as a bypass circuit. As is well known, a strict switch is understood to mean a switch circuit. where the. characteristic functions of the individual switch section filters are reciprocal, d. that is, if the characteristic function of the one switch section filter is denoted by q (p). where p means a complex frequency. then the characteristic function of the other switch section filter must be based on the function get lost. In the case of the so-called non-strict points, this relationship is generally only approximated. whereby the implementation of such filter switches can be considerably simplified compared to the strict switches, especially with regard to the number of components. According to the teaching of the invention, the quartz crystals can be included in the longitudinal or transverse branches with suitably selected structures of the switch part filters. The secondary resonance suppression in wide frequency ranges is achieved by the fact that the secondary resonances fall in the blocking range (s) of the respective "quartz-disturbed" crossover filter and therefore affect the transmission range of the conjugate filter as little as desired, depending on the size of the secondary resonance resistors and the circuit complexity. In some circuit configurations, parasitic reactances (for example stray inductances of the quartz transformers) also have no influence on the transmission range, which is particularly advantageous in the case of wide transmission ranges.

An Hand der F i g. 1 wird der vorstehend erwähnte Sachverhalt noch näher erläutert.On the basis of FIG. 1 , the above-mentioned facts are explained in more detail.

Im Blockschaltbild der F i g. 1 ist eine Weichenschaltung gezeigt, die in der Art einer Parallelweiche ausgebildet ist. Die einzelnen Weichenteilfilter sind mit L 1% 2 und 2'bezeichnet. Die sogenannten Weichenscheitel, d. h. der Eingang bzw. der Ausgang der Weiche, sind mit den Bezugszeichen 3 bzw. 3' bezeichnet. Zur Bildung eines Weichenallpasses werden zwei untereinander gleichartig ausgebildete Teilweichen in Kette geschaltet. Die Teilweichen bestehen aus den Filtern 1 und l' bzw. aus den Filtern 2 und 2'. Das Weichenteilfilter 1 hat die charakteristische Funktion (1 (p). das Weichenteilfilter l' hat die charakteristische Funktion d. h., der Durchlaßbereich des Weichenteilfilters 1 und der Sperrbereich des Weichenteilfilters l' liegen im gleichen Frequenzbereich bzw. umgekehrt fällt der Sperrbereich des Weichenteilfilters 1 mit dem Durchlaßbereich des Weichenteilfilters l' zusammen. Die Kettenschaltung wird in der Weise vorgenommen, daß unmittelbar aufeinanderfolgende Weichenteilfilter die gleiche charakteristische Funktion haben, d. h.. das Weichenteilfilter 2 hat wiederum die charakteristische Funktion ,1 (p). und das Weichenteilfilter 2' hat wiederum die charakteristische Funktion Insgesamt ergibt sich also ein zur Schnittlinie 4 symmetrischer Aufbau. Wie später noch gezeigt wird. können selbstverständlich gleichartige Bauteile. die beispielsweise im Ausgangsquerzweig des Weichenteilfilters 1 bzw. im Eingangsquerzweig. des Weichenteilfilters 2 liegen. zu einem einzelnen Bauteil zusammengezogen werden. Genau die gleichen Uberlegungen gelten auch für die Weichenteilfilter l' und 2'. Es läßt sich zeigen. daß der Eingangsleerlaufwiderstand und der Eingangskurzschlußwiderstand einer Teilweiche aus den Weichenteilfiltern 1 und 1'. gemessen am Scheitel 3 der Weiche. dann dual zueinander sind. wenn die charakteristische Funktion eine gerade Funktion ist [h(p) ist das Zählerpolynom und f(p) das Nennerpolynom der charakteristischen Funktion r, (p)1. Demzufolge ergänzt sich die Kettenschaltung zweier solcher Weichen. wenn diese Kettenschaltung gemäß dem Blockschaltbild der F i g. 1 vorgenommen wird. zu einem Allpaß. so daß die in der F i g. 1 ebenfalls mitgezeichnete Kreuzgliedschaltung als Ersatzschaltbild entsteht. In den Längszweigen des Ersatzschaltbildes liegen die Widerstände und in den Diagonalzweigen liegen die Widerstände wobei ZK bzw. ZL der Kurzschluß- bzw. Leerlaufwiderstand am Scheitel 3 der Weiche sind. G (p) ist der gerade, U (p) der ungerade Teil des Zählerpolynoms g (p) = G (p) + U (p) der Ubertragungsfunktion eines Weichenteilfilters. Die Cbertragungsfunktion S" des Weichenallpasses läßt sich dann in der Form darstellen. -Daraus ist ersichtlich, daß die Betriebsdämpfung ist. Eine als Bandsperre ausgebildete Weiche ist nach den Regeln der Betriebsparametermethode so zu dimensionieren. daß die Quarznebenresonanzen in den Sperrbereich des »quarzgestörten« Filters fallen und die Hauptresonanz in den Sperrbereich des dazu koiljugierten Filters. dessen Sperrdämpfung all dieser Stelle größer sein soll als die Dämpfung der Quarzsperre.In the block diagram of FIG. 1 shows a switch circuit which is designed in the manner of a parallel switch. The individual switch section filters are labeled L 1% 2 and 2 '. The so-called turnout apex, d. H. the input and the output of the switch are denoted by the reference numerals 3 and 3 ' , respectively. In order to create a crossover pass, two identical partial crossovers are connected in a chain. The partial switches consist of filters 1 and 1 'or filters 2 and 2'. The switch part filter 1 has the characteristic function (1 (p). The switch part filter 1 ' has the characteristic function d. That is, the pass range of the switch part filter 1 and the cutoff range of the switch part filter 1 ' are in the same frequency range or, conversely, the cutoff range of the switch part filter 1 coincides with the pass range of the switch part filter 1' . The chain connection is carried out in such a way that immediately successive switch section filters have the same characteristic function, i. h .. the switch part filter 2 in turn has the characteristic function , 1 (p). and the switch part filter 2 'again has the characteristic function. Overall, there is thus a relation to the intersection line 4 symmetrical structure. As will be shown later. can of course components of the same type. for example in the output branch of the switch part filter 1 or in the input branch. of the switch section filter 2. can be pulled together into a single component. Exactly the same considerations apply to the switch section filters 1 ' and 2'. It can be shown. that the input no-load resistance and the input short-circuit resistance of a partial switch from the switch part filters 1 and 1 '. measured at vertex 3 of the switch. then are dual to each other. if the characteristic function is an even function [h (p) is the numerator polynomial and f (p) is the denominator polynomial of the characteristic function r, (p) 1. As a result, the chain connection of two such switches complements each other. if this chain circuit according to the block diagram of FIG. 1 is made. to an all-pass. so that the in FIG. 1 cross-link circuit, also drawn, is created as an equivalent circuit diagram. The resistors are located in the series branches of the equivalent circuit diagram and the resistances are in the diagonal branches where ZK and ZL are the short-circuit or open circuit resistance at the vertex 3 of the switch. G (p) is the even, U (p) the odd part of the numerator polynomial g (p) = G (p) + U (p) of the transfer function a switch section filter. The transfer function S "of the switch all-pass filter can then be expressed in the form represent. - From this it can be seen that the operational damping is. A filter designed as a band-stop filter must be dimensioned according to the rules of the operating parameter method. that the secondary quartz resonances fall in the cut-off range of the "quartz-disturbed" filter and the main resonance fall in the cut-off range of the coiljugated filter. whose blocking attenuation should be greater than the attenuation of the quartz barrier at this point.

Zum besseren Verständnis beziehen sich die weiteren Ausführungen auf ein Ausführungsbeispiel einer 308-kHz-Pilotsperre. die nach der hier beschriebenen Methode realisiert wurde. da die im Frequenzbereich 100... 600 kHz zur Verfügung stehenden Flächenscherungsschwinger in der Nähe der doppelten Hauptresonanz Niebenresonanzen aufweisen, deren Resonanzwiderstände (ohne Sondermaßnahmen) die Größe der Hauptresonanzu,iderstände erreichen. Die hierbei gewonnenen Ergebnisse Können analog auf aufwendigere Hochpaß - Tiefpaß - Weichen oder Bandpaß-Bandsperren-Weichen übertragen werden.For a better understanding, the further explanations relate to an exemplary embodiment of a 308 kHz pilot lock. which was realized according to the method described here. because the surface shear oscillators available in the frequency range 100 ... 600 kHz have near double the main resonance, the resonance resistances of which (without special measures) reach the size of the main resonance resistances. The results obtained in this way can be transferred analogously to more complex high - pass - low-pass - switches or bandpass-bandstop switches.

Der Bandsperre des rür 308 kHz realisierten Ausführungsbeispiels ist eine strenge Weiche vom Grad 4 gemäß F i g. 2 zugrunde gelegt. Diese Weiche bestehi aus einem Hochpaßfilter. dem ein Tiefpaßfiller parallel geschaltet ist. Das Hochpaßfilter hat im Längszweig die Kondensatoren c# und c'. in dem dazwischen-3 liegenden Querzweig den Seriell reSonanzkreis mit der Kapazität e,' und der Induktivität 11' und im Ausgangsquerzweig die Induktivität l;. Das Tiefpaßfilter besteht aus einer Induktivität 1, im Eingangslängszweig. der sich ein Kondensator c-, im Querzweig anschließt. Im darauffolgenden Längszweig liegt ein Parallelresonanzkreis, bestehend aus der Induktivität 1, und der Kapazität e- und im darauffolgenden Ausgangsquerzweig liegt die Kapazität c3. Ein Vergleich mit der F i g. 1 läßt erkennen. daß das Hochpaßfilter dem Weichenteilfilter 1 und das Tiefpaßfilter dem Weichenteilfilter l' entspricht. Zur Bildung des Weichenallpasses wird dem Hochpaßfilter ein gleichartiges Hochpaßfilter und dem Tiefpaßfilter ein gleichartiges Tiefpaßfilter in Kette geschaltet. so daß sich ein zur strichpunktierten Linie 4 symmetrischer Aufbau ergibt. Der Eingang und der Ausgang der Weichenschaltung sind wiederum mit 3 und 3' bezeichnet. die einzelnen Anschlußklemmen mit a, und b, bzw. mit a, und b- Die charakteristische Funktion i (p) ist so ausgelegt. daß die Kapazität e; den Wert Y annimmt. was für übliche Pilotsperren mit einer Betriebsdämpfung ab :.-- 4.6 Np eine besonders günstige Ausgangsschaltung ergibt. (Im einzelnen ist In i noch in der F i g. 7 dargestellt.) Die F i g. 3 zeigt die Kettenschaltung zweier solcher Weichen, bei der gegenüber der Struktur nach F i g. 2 drei Kondensatoren und eine Spule eingespart werden. Zur Erzeugung des schmalen (Quarz-)Sperrbereiches im Durchlaßbereich des Tiefpasses werden Quarze - wie in F i g. 4 gezeigt - in struktursymmetrische Tiefpaßglieder einbezogen, die in bekannter Weise zur Vergrößerung des C"/C"-Verhältnisses in Brücken-T-Schaltungen umgewandelt werden können. Den prinzipiellen Frequenzverlauf der Brückenreaktanzen x, und x, gemäß F i g. 4b eines solchen quarzgestörten Teiltiefpasses zeigt die F i g. 5, in der die Blindwiderstände der Brückenreaktanzen x, und x, in Abhängigkeit von der Frequenz (,) aufgetragen sind.The bandstop filter of the embodiment implemented for 308 kHz is a strict crossover of grade 4 according to FIG. 2 is based. This crossover consists of a high-pass filter. to which a low-pass filler is connected in parallel. The high-pass filter has the capacitors c # and c 'in the series branch. in the intermediate cross-branch the serial resonance circuit with the capacitance e 'and the inductance 11' and in the output cross-branch the inductance l ;. The low-pass filter consists of an inductance 1 in the input longitudinal branch. which is followed by a capacitor c-, in the shunt branch. In the following series branch there is a parallel resonant circuit, consisting of the inductance 1 and the capacitance e and in the following output cross branch there is the capacitance c3. A comparison with FIG. 1 shows. that the high-pass filter corresponds to the switch part filter 1 and the low-pass filter corresponds to the switch part filter 1 '. To form the crossover all-pass filter, a similar high-pass filter is connected in a chain to the high-pass filter and a similar low-pass filter is connected to the low-pass filter. so that a structure that is symmetrical to the dash-dotted line 4 results. The input and the output of the switch circuit are again labeled 3 and 3 '. the individual terminals with a, and b, or with a, and b- The characteristic function i (p) is designed in this way. that the capacity e; assumes the value Y. what for usual pilot locks with an operational damping from: - 4.6 Np results in a particularly favorable output circuit. (In detail, In i is also shown in FIG. 7. ) The FIG. 3 shows the chain connection of two such switches, in which compared to the structure according to FIG. 2 three capacitors and a coil can be saved. To generate the narrow (quartz) stop band in the pass band of the low-pass filter, quartz crystals are used - as in FIG. 4 - included in structurally symmetrical low-pass elements, which can be converted in a known manner to increase the C "/ C" ratio in bridge T-circuits. The basic frequency curve of the bridge reactances x, and x, according to FIG. 4b of such a quartz-disturbed partial low pass is shown in FIG . 5, in which the reactances of the bridge reactances x, and x, are plotted as a function of the frequency (,).

Da Quarze erst nach Ermittlung der Weichenschaltung in den Tiefpaß einbezogen werden, können auf Grund der beiden Quarzparameter./(I, 1q nur zwei der drei Frequenzen (,)-1, (,j+, und ("" (untere und obere Grenzfrequenz, Polfrequenz) unabhängig von der übrigen Schaltung vorgeschrieben werden. so daß in der Regel ein unsymmetrischer Sperrbereich entsteht, was in vielen Anwendungsfällen zulässig ist.Since crystals are only included in the low-pass filter after the crossover circuit has been determined, only two of the three frequencies (,) - 1, (, j +, and ("" (lower and upper limit frequency, Pole frequency) must be prescribed independently of the rest of the circuit, so that, as a rule, an asymmetrical blocking range is created, which is permissible in many applications.

Legt man z. B. ("" = (,i q und (,), fest, so ergibt sich rür die Quarzinduktivität Die untere Grenzfrequenz ("-, erhält man aus der quadratischen Gleichung wobei ist. Unter der Voraussetzung, daß (') , , < (') P Zz (,i-q TP ist und die relative Bandbreite in der Größenordnung von Promillen liegt. erhält man mit guter Näherung Soll die Polfrequenz symmetrisch zwischen beiden Grenzfrequenzen liegen, so müssen die Kapazitäten c2 und c3 folgender Bedingung genügen-. Diese Bedingung läßt sich im allgemeinen durch Variation des Tiefpaßpols bzw. der Konstanten der charakteristischen Funktion erfüllen. In diesem Fall beträgt die Sperrdämpfung in der Bandmitte ab n= z- n In BQ - In 2, (4) wobei n die Anzahl der Quarzglieder, Q die Quarzgüte und die relative Bandbreite ist. Wie der Gleichung (4) zu entnehmen ist, steigt die Sperrdämpfung bei der erfindungsgemäßen Quarzbandsperre proportional mit der Zahl n der Quarzglieder an.If you put z. B. ("" = (, iq and (,), fixed, this results in the quartz inductance The lower limit frequency ("-, is obtained from the quadratic equation whereby is. Assuming that (') ,, < (') P Zz (, iq TP and the relative bandwidth is in the order of magnitude of per thousand, one obtains with a good approximation If the pole frequency is to be symmetrical between the two limit frequencies, the capacitances c2 and c3 must satisfy the following condition. This condition can generally be met by varying the low-pass pole or the constants of the characteristic function. In this case, the blocking attenuation in the middle of the band is from n = z- n In BQ - In 2, (4) where n is the number of quartz elements, Q is the quartz quality and is the relative bandwidth. As can be seen from equation (4), the blocking attenuation in the quartz band blocker according to the invention increases proportionally with the number n of quartz elements.

In F i g. 7 ist die durch Schaltungsanalysen gewonnene Hüllkurve der Maxima der Nebenresonanzspitzen aN für die Schaltung nach F i g. 6 dargestellt, wobei für die Quarze Krl, Ki# je eine Nebenresonanz gleicher Frequenz mit einer Güte Q = 10 000 zugrunde gelegt ist.In Fig. 7 is the envelope curve of the maxima of the secondary resonance peaks aN obtained by circuit analysis for the circuit according to FIG . 6 , the crystals Krl, Ki # each being based on a secondary resonance of the same frequency with a quality Q = 10,000 .

Nebenresonanzen fallen in den Tiefpaßsperrbereich. Ihr störender Einfluß auf das Ubertragungsverhalten kann durch die bei den Nebenresonanzen auftretenden Abweichungen des Scheitelbetriebswiderstandes vorn konstanten Wert ZO erklärt werden. Im Bereich der Tiefpaßpolfrequenz f.. Tp gilt bei Annahme eines Nebenresonanzkreises lN, cv, rN die in der F i g. 8 dargestellte, idealisierte Tiefpaßersatzschaltung, aus der die Änderung des Betriebsscheitelleitwertes YB als Differenz des »quarzgestörten« und des ungestörten Tiefpaßscheinleitwertes YTp ermittelt wird.Secondary resonances fall into the low-pass blocking range. Their disruptive influence on the transmission behavior can be explained by the deviations of the peak operating resistance from the constant value ZO that occur with the secondary resonances. In the area of the low-pass pole frequency f .. Tp, assuming a secondary resonance circuit lN, cv, rN, the one in FIG . 8 illustrated, idealized low-pass equivalent circuit, from which the change in the operating peak value YB is determined as the difference between the "quartz-disturbed" and the undisturbed low-pass input value YTp.

YB = YTp . - [YTp für (rN = 3c)]. (5) Daraus ergibt sich die Einfügungsdämpfung Für die Schaltung nach F i g. 6 tritt bei der Frequenz das Maximum der Nebenresonanzdämpfung auf. Die Formeln (7) und (8) gelten mit guter Näherung im Bereidh.f'.. TP:9.f« < 2./':c Tp. Für Frequenzen oberhalb 2.f'.. TP wird eine zusätzliche Bedämpfung durch den zum Quarz paralleiliegenden Parallelschwingkreis wirksam.YB = YTp . - [YTp for (rN = 3c)]. (5) This gives the insertion loss For the circuit according to FIG. 6 occurs at the frequency the maximum of the secondary resonance damping on. The formulas (7) and (8) apply with good approximation in the range f '.. TP: 9.f «<2./':c Tp. For frequencies above 2.f' .. TP, additional damping is provided the parallel resonant circuit, which is parallel to the quartz, is effective.

Die Nebenresonanzunterdrückung kann beliebig verbessert werden, wenn die vor dem »quarzgestörten« Tiefpaßteil liegende Schaltung entsprechend erweitert wird. So verringert sich z. B. die Nebenresonanzdämpfung unter den in F i g. 7 gemachten Voraussetzungen bei Tp von 60 auf etwa 1 mNp, wenn die Weichenallpaßschaltung nach den Reg der Betriebsparametertheorie so erweitert wird, daß zwischen dem LC-Glied und der Quarzschaltung ein Parallelschwingkreis mit der Resonanzfrequenz fW TP liegt.The side resonance suppression can be improved as desired if the circuit upstream of the "quartz-disturbed" low-pass filter is expanded accordingly. So z. B. the secondary resonance damping under the in F i g. 7 made prerequisites at Tp from 60 to about 1 mNp, if the crossover all-pass circuit is expanded according to the Reg of the operating parameter theory so that a parallel resonant circuit with the resonance frequency fW TP is located between the LC element and the quartz circuit.

Die Größe der durch Verluste der Spulen und Kondensatoren verursachten Dämpfungsverzerrung wird vorwiegend durch die Breite des Uberschneidungsbereiches zwischen Tiefpaß und Hochpaß bestimmt und ist daher wegen der bei diesen Anwendungsfällen (Hauptresonanz- Oberton) großen Breiten relativ klein und langwellig. Für das beschriebene Beispiel der 308-kHz-Sperre beträgt sie 20 mNp bei einer maximalen Spulengüte Q = 350. The size of the attenuation distortion caused by losses of the coils and capacitors is mainly determined by the width of the overlap area between low-pass and high-pass and is therefore relatively small and long-wave due to the large widths in these applications (main resonance overtone). For the example of the 308 kHz blocker described, it is 20 mNp with a maximum coil quality Q = 350.

Parasitäre Elemente im Tiefpaß, besonders Ubertragerstreuinduktivitäten, beeinflussen den Ubertragungsbereich wenig, da die Störresonanzen in den Tiefpaßsperrbereich fallen. Erdkapazitäten im Hochpaß können an den Weichenscheiteln durch die Zuschaltung kleiner Induktivitäten kompensiert werden. Die Schaltung ist also besonders bei breiten Ubertragungsbereichen und qohen Reflexionsdämpfungsforderungen mit Vorteil zu verwenden.Parasitic elements in the low pass, especially leakage inductances, affect the transmission range little, since the interference resonances in the low-pass blocking range fall. Earth capacities in the high pass can be switched on at the points of the turnout small inductances can be compensated. So the circuit is special at wide transmission areas and high reflection attenuation requirements with advantage to use.

Die Schaltung bietet die Möglichkeit. zwei Sperrbereiche dadurch zu realisieren, daß sowohl in den Hochpaß wie in den Tiefpaß Quarze einbezogen werden. wobei im Tiefpaß Nebenresonanzen oberhalb, im Hochpaß unterhalb (z. B. Grundton eines Obertonschwingers) der Hauptresonanz unterdrückt werden.The circuit offers the possibility. two restricted areas realize that crystals are included in both the high-pass filter and the low-pass filter. with secondary resonances above in the low-pass filter and below it in the high-pass filter (e.g. fundamental tone an overtone oscillator) of the main resonance can be suppressed.

Entsprechende Schaltungsbeispiele sind schematisch in den F i g. 9 bis 11 dargestellt. Beispielsweise sind im Ticfpaßteil der Weichenschaltung gemäß der F i g. 9 zwei Grundtonquarze Q, vorgesehen, wällrend im Hochpaßteil zwei Obertonquarze Q2 angeordnet sind. Zur Impedanzanpassung sind die Quarze jeweils durch Ubertrager an die übrige Schaltung angekoppelt. Durch die Umwandlung der Hochpaßglieder in äquivalente Brückenschaltungen gemäß F i g. 10 wird das C" C"-Verhältnis der Schwingquarze nicht vergrößert. jedoch können sich unter Umständen besser realisierbare Schaltelemente ergeben. In F i g. 11 sind im einzelnen die Brückenreaktanzen x, und x, in Abhängigkeit von der Frequenz (" dargestellt, wobei x, und x, die Zweigreaktanzen der in der F i g. 10 gezeigten äquivalenten Schaltungen darstellen.Corresponding circuit examples are shown schematically in FIGS. 9 to 11 shown. For example, in the ticket pass part of the switch circuit according to FIG . 9 two basic tone crystals Q, provided, while two overtone crystals Q2 are arranged in the high-pass section. To match the impedance, the crystals are each coupled to the rest of the circuit by means of transformers. By converting the high-pass elements into equivalent bridge circuits according to FIG . 10 , the C "C" ratio of the quartz oscillators is not increased. however, switching elements that can be better implemented may result. In Fig. 1 1 the bridge reactances x 1 and x are shown in detail as a function of the frequency (″, where x 1 and x represent the branch reactances of the equivalent circuits shown in FIG. 1 0.

Die Erfindung wurde an Hand einer Weichenschaltung erläutert, bei der die zueinander konjugierten Filter durch einen Tiefpaß und einen Hochpaß realisiert sind. Gemäß den Regeln der Betriebsparametertheorie lassen sich in analoger Weise Weichenschaltungen ausbilden, bei denen die zueinander konjugierten Filter als Bandpaß bzw. Bandsperre ausgebildet sind. Dabei können die Quarze. beispielsweise zur Erzeugung eines schmalen Sperrbereiches, in das Bandpaßfilter eingefügt sein und innerhalb des Durchlaßbereiches des Bandpaßfilters einen schmalen Sperrbereich erzeugen. Durch die Verwendung von Bandpaß-Bandsperren-Weichen lassen sich Nebenresonanzen der Quarze beiderseits der Hauptresonanz unteidrücken. was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Schwingkristalle ober- und unterhalb der Hauptresonanz Nebenresonanzen aufweisen. Gegenüber den bekannten Schaltungen hat die erfindungsg ,emäße Schaltung darüber hinaus den Vorteil. daß die Schwingquarze sowohl in Querzweigen als auch in Längszweigen der jeweiligen Weichenteilfilter angeordnet sein können, wodurch sich der Aufwand an Schaltelementen erheblich verringert. Wie bereits eingangs erläutert, ist es nicht zwingend erforderlich, daß die einzelnen Weichenteilfilter eine strenge Weiche bilden, sondern es können auch die sogenannten nicht strengen Weichen als Ausgangsschaltung zur Realisierung der endgültigen Schaltung herangezogen werden. Ebenso können an Stelle von Parallelweichen Reihenweichen verwendet werden.The invention was explained on the basis of a switch circuit which implements the mutually conjugate filters by means of a low-pass and a high-pass are. According to the rules of operating parameter theory, in an analogous manner Form crossover circuits in which the mutually conjugate filters as a bandpass or bandstop filters are formed. The crystals. for example for generation of a narrow stop band, inserted into the bandpass filter and within of the pass band of the bandpass filter produce a narrow stop band. By the use of band-pass band-stop filters can eliminate secondary resonances in the crystals press down on both sides of the main resonance. which is particularly advantageous, if the oscillating crystals have secondary resonance above and below the main resonance exhibit. Compared to the known circuits, the circuit according to the invention has a circuit moreover the advantage. that the quartz crystals in cross-branches as well can be arranged in longitudinal branches of the respective switch part filter, whereby the cost of switching elements is significantly reduced. As already explained at the beginning, it is not absolutely necessary that the individual switch section filters have a strict Form soft, but it can also be called the so-called not strict soft Output circuit can be used to implement the final circuit. Row turnouts can also be used instead of parallel turnouts.

Claims

Claims: 1. Higher order all-pass filter for electrical oscillations, consisting of the parallel or series connection of two sub-filters designed in the manner of a filter switch. which have at least one pass band and at least one blocking band in their transmission characteristic and whose input resistances are conjugate to one another at the point apex, characterized in that. that to form a crossover pass, two similarly designed, strict partial crossovers (1. Fz 12 ') are connected in a mirror-inverted chain in such a way that immediately successive crossover partial filters (1.2 or 1.2 ', 2 ') have the same characteristic function and that all switch section filters (1, 2 # 1 '. T) have an even function as a characteristic function, the degree of which is greater than two if the switch section filters consist of a high-pass and a low-pass, or whose degree is greater than four, when the crossover filter consists of a bandpass filter and a bandstop filter.

2. All-pass according to claim 1, characterized. that the partial switches (1, 1 ', 2, 2') used to form the complete switch all-round pass are not strict switches. 3. Use of an all-pass filter according to claim 1 or 2 for the implementation of a bandstop filter, characterized in that at least one oscillating crystal (Ki-1) is provided in the longitudinal or transverse branches of at least one switch part filter, the series resonance (useful resonance frequency) of which is in the pass range of a switch part filter, while its secondary resonances are in the blocking range of the same switch section filter. 4. Use of an all-pass filter according to claim 1 or 2 for the implementation of a bandstop filter according to claim 3, characterized in that when using several oscillating crystals the individual oscillating crystals (Kr1, Kr2) in different, by reactances (ii 12) coupled longitudinal or transverse branches of the respective Switch part filter are arranged. References considered: U.S. Patent No. 3,135,932.