DE1275218B

DE1275218B - Frequenzfilter, insbesondere fuer Zeitmultiplexsysteme

Info

Publication number: DE1275218B
Application number: DES100956A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Allan Darre; Dr-Ing Werner Poschenrieder; Dipl-Ing Max Schlichte
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1965-12-14
Publication date: 1968-08-14
Also published as: NL6617024A; FI45195B; FI45195C; ES334455A1; BE691190A; DK118677B; DE1299776B; US3514726A; NL162803C; US3564146A; GB1145528A; SE345771B; BR6685334D0; NL6615024A; CH452074A; BE688605A; FR1509226A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES S/WWW> PATENTAMT Int. α.:

H03h

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 21g-34

Nummer: 1275 218

Aktenzeichen: P 12 75 218.0-35 (S 100956)

Anmeldetag: 14. Dezember 1965

Auslegetag: 14. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf Frequenzfilter, die in der elektrischen Nachrichtentechnik für verschiedene Zwecke benutzt werden können, beispielsweise um aus zugeführten Frequenzgemischen bestimmte Frequenzen herauszufiltern oder um bestimmte Frequenzen zu unterdrücken.

Es sind bereits Frequenzfilter bekannt, welche mit Kondensatoren und mit mehreren, von Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut sind (s. in der Zeitschrift Transactions of the IRE — Professional ίο Group on Aeronautical and Navigational Electronics«, Heft PGAE-10, Dezember 1953, S. 21 bis 26). Die Schalter dieser Filter werden durch gegeneinander versetzte Impulsfolgen gesteuert. Die Eigenfrequenzen dieser Frequenzfilter, d. h. alle das Filterverhalten charakterisierenden Frequenzen, insbesondere die Resonanzfrequenzen bzw. Polstellen bzw. Nullstellen, werden dabei zugleich durch die Impulsfolgefrequenz der zur Steuerung der Schalter benutzten Impulsfolgen bestimmt. Die Kondensatoren dieser Frequenzfilter speichern jeweils Abtastproben des zugeführten Frequenzgemisches für eine gewisse Zeitspanne. Mit den Schalterbetätigungen sind Aufladungen und Umladungen dieser Kondensatoren verbunden. In der Regel treten bei diesen Aufladungen und Umladungen Energieverluste auf, obwohl die dabei beteiligten Ladungen erhalten bleiben.

Mit einem derartigen Frequenzfilter können z. B. Filtereigenschaften erzielt werden, mit denen das Auftreten von Parallelresonanzen verknüpft ist. Hierzu werden periodisch entnommene Abtastproben mehreren Speicherkondensatoren zugeführt. Wenn die jeweils an den Kondensatoren liegenden Spannungen mit den zu den Abtastproben gehörenden Spannungen übereinstimmen, so nimmt das Frequenzfilter im Zuge der Abtastungen des zugeführten Frequenzgemisches keine Energie auf, wirkt also sperrend. Diese Sperrfunktion ist z. B. bei einer Eigenfrequenz vorhanden, die mit derjenigen Frequenz übereinstimmt, gemäß der jeweils einer der den Kondensatoren vorgeschalteten Schalter zur Entnahme von Abtastproben betätigt wird. Die Sperrfunktion kann aber auch bei anderen Frequenzen auftreten, die z. B. jeweils einem ganzen Vielfachen der vorstehend angegebenen Eigenfrequenz entsprechen.

In einem derartigen Frequenzfilter treten neben den obenerwähnten Verlusten auch Verluste auf, die z. B. dadurch bedingt sind, daß eine Entladung der zugehörenden Kondensatoren über ihr Dielektrikum stattfindet. Zur Deckung dieser Verluste sind jeweils Nachladungen im Zuge der Entnahme von Abtast-Frequenzfilter, insbesondere für
Zeitmultiplexsysteme

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München,

8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Werner Poschenrieder,
Dipl.-Ing. Max Schlichte,
Dr.-Ing. Allan Darre, 8000 München

proben erforderlich. Außerdem treten bei den bekannten Frequenzfiltern in der Regel dadurch Verluste auf, daß die Kondensatoren über durch die Schalter bedingte Widerstände geladen werden.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, wie Frequenzfiltern, welche mit Kondensatoren und mit von Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut sind, wobei die Eigenfrequenzen durch die Impulsfolgefrequenzen bestimmt sind, andere Eigenschaften verliehen werden können, als sie bisher bekannt sind. Dazu wird der Ablauf der Ladungsvorgänge bei den zugehörigen Kondensatoren grundsätzlich verändert. Es läßt sich dabei eine Verringerung oder Kompensation oder sogar eine Überkompensation der sonst vorhandenen Verluste in den Frequenzfiltern erzielen, was zugleich eine Erhöhung der Flankensteilheit bei den zugehörigen Resonanzkurven zur Folge hat; hierbei läßt sich der Abstand zwischen benachbarten Eigenfrequenzen verändern, ohne daß die Impulsfolgefrequenz der zur Steuerung der zugehörigen Schalter dienenden Impulsfolgen verändert wird. Im einzelnen wird dies noch erläutert. Die Erfindung zeigt also nicht nur einen Weg, um bisher nicht erzielbare Effekte zu erreichen, stellt also über die Verbesserung hinaus eine Bereicherung der Technik dar.

Bei den bekannten Frequenzfiltern, welche mit Kondensatoren und mit von Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut sind, wobei die Eigenfrequenzen durch die Impulsfolgefrequenzen bestimmt sind, finden nämlich die Aufladungen bzw. Umladungen der

809 590/358

Kondensatoren lediglich in Form von dirakimpulsähnlichen bzw. sprunghaft einsetzenden und exponentiell abklingenden, notwendig mit einem bestimmten, beträchtlichen Energieverlust verbundenen Ladungs- bzw. Spannungsausgleichen statt. Bei einem solchen einfachen Ladungsausgleich zwischen z. B. zwei verschiedene Ladungen aufweisenden bzw. auf verschiedene Spannungen aufgeladenen Kondensatoren, welche mit ihrer einen Belegung untereinander

also über die Verbesserung hinaus eine bedeutende Bereicherung der Technik dar.

In an sich bekannter Weise dient als ein Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustauschungen bewirkendes Schaltmittel eine mit Induktivität behaftete Spule, welche in den Umladungsweg zwischen den Kondensatoren eingefügt ist (s. zum Beispiel »Pulse Generators« von Glasoe und Lebacqz, 1948, S. 307 und 308, F i g. 8.17 und 8.18). Die Energieaus-

verbunden sind und welche mit ihrer anderen BeIe- io tauschung bzw. Ladungsaustauschung wird mit Hilfe gung über einen Schalter verbunden sind — wobei dieses Schaltmittels dadurch zustande gebracht, daß der Ladungsausgleich dadurch zustande kommt, daß der Schalter jeweils für solche Zeitspannen geschlosder zwischen den beiden Kondensatoren liegende sen wird, daß z. B. die gerade auf dem einen Kon-Schalter vorübergehend geschlossen wird —, wird im densator befindliche Ladung durch eine Halbschwin-Ergebnis nur erreicht, daß sich bei dem vorüber- 15 gung mit der Resonanzfrequenz des bei Schließung gehenden Schließen der Schalter an jedem beteiligten des Schalters gebildeten Resonanzkreises zum ande-Kondensator eine gleich große Spannung einstellt, ren Kondensator übertragen wird,
aus der dann die ursprüngliche Verteilung der Span- Ein Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustau-

nungen an den beteiligten Kondensatoren nicht mehr schungen bewirkendes Schaltmittel ist außerdem ersichtlich ist. Mit einem solchen Ladungsausgleich 20 durch die belgische Patentschrift 657 316 (entspricht ist also nicht nur ein Energieverlust verknüpft, son- der deutschen Auslegeschrift 1227 079) bekannt, dem es sind also auch die mit den Ladungen verbundenen, ursprünglich in den Kondensatoren enthaltenen Informationen vernichtet und nicht wiedergewinnbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzfilter tritt hingegen kein solcher Energieverlust und Informationsverlust auf. Bei ihm ist neuerdings hierzu vorgesehen, daß die Aufladungen bzw. Umladungen in Form von an sich bekannten Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustauschungen stattfinden, die durch zusätzliche Schaltmittel bewirkt werden, wie noch beschrieben wird. Ein Energieaustausch bzw. Ladungsaustausch zwischen Kondensatoren bedeutet, daß bei der Kondensatorumladung eine Ladungsübertragung jeweils sowohl von einem beteiligten Kondensator auf einen anderen beteiltigten Kondensator als auch umgekehrt stattfindet, ohne daß es im Ergebnis zu einer Vernichtung der jeweiligen, durch die Ladungen dargestellten Informationen kommt, so daß also mit dieser Ladungsübertragung im Ergebnis ein eindeutiger Informationsaustausch zwischen den beteiligten Kondensatoren stattfindet. Dementsprechend werden sich

nach einer Ladungsaustauschung, also nach dem vor- 45 gebaut sein, wie unten noch erläutert wird. Die die übergehenden Schließen der Schalter, im Ergebnis Ladungsaustauschung bewirkenden Schaltmittel köndurchaus verschieden große Spannungen, entspre- nen auch zur Kompensation oder Überkompensation chend den mit den übertragenen Ladungen ausge- sonst vorhandener Verluste mit ausgenutzt werden, tauschten unterschiedlichen Informationen, an den wie bereits erwähnt wurde. Auf Vorteile des erfinbeteiligten Kondensatoren einstellen. Eine solche 50 dungsgemäßen Frequenzfilters, insbesondere Verbes-Umladung in Form einer Ladungsaustauschung bzw. serung der Flankensteilheit der zugehörigen Reso-Energieaustauschung unterscheidet sich also grand- nanzkurven gegenüber vergleichbaren bekannten FiI-sätzlich von einer Umladung in Form eines einfachen tern, wurde oben bereits hingewiesen und wird später Ladungsausgleichs. Die Ladungsaustauschungen kön- noch an Hand von Ausführungsbeispielen weiter einnen dabei, wie gesagt, mit Hilfe von Schaltmitteln 55 gegangen.

bewirkt werden, die zugleich auch eine Vermeidung Eine im Patentanspruch 2 angegebene Weiterbil-

bzw. Kompensation oder auch Überkompensation dung des Frequenzfilters ist dadurch gekennzeichnet, von sonst bei Umladungen auftretenden Energiever- daß das Frequenzfilter als Leitungsnachbildung zwei lusten ermöglichen. an seine Eingangsklemmen angeschlossene Leitungs-

Es können daher durch die bei den erfindungs- 60 ädern aufweist, die durch Querkondensatoren übergemäßen Frequenzfiltern vorgesehenen Ladungsaus- brückt sind, daß die Energieaustauschungen über jetauschungen Effekte erzielt werden, die durch einen weils in eine Leitungsader eingefügte Schalter statteinfachen Ladungsausgleich nicht zustande gebracht finden und daß einander benachbarte Schalter zu werden, wie im einzelnen an Hand verschiedener verschiedenen Zeitspannen geschlossen werden und Ausführungsbeispiele erläutert werden wird. Die Er- 65 beim Vorhandensein von mehr als zwei Schaltern findung zeigt also nicht nur einen Weg, um bekannte solche Schalter, zwischen denen eine ungerade An-Schaltungen zu verbessern, sondern auch einen Weg, zahl anderer Schalter liegt, jeweils gleichzeitig geum bisher nicht erzielbare Effekte zu erreichen, stellt schlossen werden. Der Zweck dieses Frequenzfilters

wobei hier als Schaltmittel ein einem Kondensator parallelgeschalteter Zusatzkondensator und ein mit einer Energiequelle versehenes Verstärkerelement dienen.

Die Erfindung betrifft also ein Frequenzfilter, insbesondere für Zeitmultiplexsysteme. Es ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) Das Filter ist mit Kondensatoren und mit von Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut, wobei die Eigenfrequenzen durch die Impulsfolgefrequenzen bestimmt sind.

b) Es ist mindestens ein Schaltmittel vorgesehen, durch dessen Mitwirkung im Betrieb zwischen zugehörigen Kondensatoren impulsweise Energieaustauschungen bzw. damit verbundene Ladungsaustauschungen stattfinden, durch die Ladungen zwischen einem beteiligten Kondensator und dem/den anderen beteiligten Kondensatoren) und umgekehrt ausgetauscht werden.

Die erfindungsgemäßen Frequenzfilter können dabei sowohl als Vierpole als auch als Zweipole auf-

ist, Leitungen nachzubilden, also wie die in der Höchstfrequenztechnik üblichen, für Filterzwecke verwendeten Leitungen zu wirken, wobei die Filterwirkung solcher Leitungen bekanntlich durch die endlich große Laufzeit der Signale beim Durchlaufen der Leitungen zustande kommt. Vorteilhafterweise hat dieses Frequenzfilter auch bei extrem niedrigen Frequenzen die Eigenschaften eines aus einer Leitung bestehenden Frequenzfilters.

Die im Patentanspruch 3 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsnachbildung zwei Querkondensatoren aufweist und daß sie als Zweipol ausgangsseitig kurzgeschlossen ist. Patentanspruch 3 betrifft also ein ausgangsseitig kurzgeschlossenes Frequenzfilter gemäß Anspruch 2. Dieses Frequenzfilter stellt also die Nachbildung einer Leitung dar, welche ausgangsseitig kurzgeschlossen ist und damit einen Zweipol bildet, wobei vorteilhafterweise die Parallelresonanz dieser Leitung ausgenutzt ao werden kann.

Die im Patentanspruch 4 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Hauptkondensator und mehrere dezentrale Nebenkondensatoren vorgesehen sind und daß der zentrale Hauptkondensator bei jeder Energieaustauschung bzw. Ladungsaustauschung beteiligt ist. Patentanspruch 4 betrifft also Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustauschungen in einem Frequenzfilter mit einem zentralen Hauptkondensator und mehreren dezentralen Nebenkondensatoren zwecks Vermeidung bzw. Kompensation sonst üblicher Verluste in vergleichbaren, insbesondere für amplitudenmodulierte Impulse geeigneten Frequenzfiltern. Vorteilhafterweise können auf diese Weise große Flankensteilheiten der Resonanzkurve erzielt werden.

Die im Patentanspruch 5 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter als Vierpol zwischen einen Generator und einen Verbraucher eingefügt ist, an den sein Hauptkondensator angeschlossen ist, daß die Nebenkondensatoren in dem Vierpol längsliegend eingefügt sind und individuell mit Energieaustauschungen dienenden Schaltern versehen sind und daß die Nebenkondensatoren gemeinsam an den Hauptkondensator angeschlossen sind. Patentanspruch 5 betrifft also die Lage der Nebenkondensatoren und des Hauptkondensators innerhalb des Frequenzfilters gemäß Anspruch 4. Der Zweck dieser Maßnahme ist, einen Vierpol zu erhalten, welcher vorteilhafterweise mehrere ausnutzbare Resonanzfrequenzen aufweist.

Die im Patentanspruch 6 angegebene Weiterbildes Frequenzfilters nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzfilter als Zweipol mit seinem Hauptkondensator an einen Generator angeschlossen ist und daß die Nebenkondensatoren mit ihren individuellen, zu Energieaustauschungen dienenden Schaltern dem Hauptkondensator parallel geschaltet sind. Patentanspruch 6 betrifft also die Lage der Nebenkondensatoren und des Hauptkondensators in einem einen Zweipol bildenden Frequenzfilter, welches vorteilhafterweise mehrere ausnutzbare Resonanzfrequenzen aufweist.

Die im Patentanspruch 7 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Anspruch 6 ist dadurch gekennzeichnet, daß bei demselben Nebenkondensator jeweils zwischen zwei Energieaustauschungen die Polarität der in ihm gespeicherten Ladung umgekehrt wird. Patentanspruch 7 betrifft also eine bestimmte Polaritätsumkehrung von Ladungen. Der Zweck dieser Maßnahme ist, eine weitere Möglichkeit zur Abänderung der Frequenzkurve zu erreichen. Vorteilhafterweise kann dadurch bewirkt werden, daß gegenüber dem Frequenzfilter ohne Polaritätsumkehr nunmehr bei der gleichen Eigenfrequenz eine Parallelresonanz statt einer Serienresonanz und umgekehrt eine Serienresonanz statt einer Parallelresonanz ausnutzbar ist.

Die im Patentanspruch 8 angegebene Weiterbildung des in den vorhergehenden Ansprüchen angegebenen Frequenzfilters ist dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Schaltmitteln diejenigen Energieverluste vermieden sind, die sonst bei Energieaustauschungen zwischen Kondensatoren auftreten. Patentanspruch 8 betrifft also Schaltmittel, die in erfindungsgemäßen Frequenzfiltern verwendet werden, um Energieverluste zu vermeiden. Die Resonanzkurve des Resonanzfilters läßt sich dadurch vorteilhafterweise beeinflussen, nämlich versteuern.

Die im Patentanspruch 9 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Ansprache ist dadurch gekennzeichnet, daß in die Übertragungswege für Energieaustauschungen jeweils mit Induktivität behaftete Spulen eingefügt sind und daß die zugehörigen Schalter jeweils für solche Zeitspannen geschlossen werden, daß gerade ein Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen den beiden beteiligten Kondensatoren stattfindet. Patentansprach 9 betrifft also ein spezielles Schaltmittel und eine spezielle Betätigung der Schalter, wodurch vorteilhafterweise Energieverluste im Frequenzfilter vermieden werden können.

Die im Patentansprach 10 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Ansprache ist dadurch gekennzeichnet, daß bei den Kondensatoren parallelliegende Zusatzkondensatoren vorgesehen sind, daß ein Zusatzkondensator jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Querkondensator bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator angekoppelten Verstärkerelementes aus dessen Betriebsstromquelle während der vor einem Energieaustausch liegenden Zeitspanne derart mit Energie versorgt wird, daß an ihm stets eine der am Querkondensator bzw. Hauptbzw. Nebenkondensator angelegten Spannung entsprechende Spannung liegt, und daß bei einem jeweils späteren, demgegenüber kurzdauernden Energieaustausch die in dem Zusatzkondensator enthaltene Energie sich mit auswirkt. Patentansprach 10 betrifft also ein spezielles Schaltmittel, nämlich Zusatzkondensatoren und angekoppelte Verstärkerelemente, durch welches vorteilhafterweise eine teilweise Kompensation, Kompensation oder Überkompensation von Verlusten erzielt werden kann, wobei überdies die Zeitspannen für die Schließung der Schalter sehr große Toleranzen aufweisen.

Die im Patentanspruch 11 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Ansprach 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzkondensator jeweils die gleiche Kapazität wie der zugehörige Querkondensator bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator hat. Patentansprach 11 betrifft also eine spezielle Größe der Kapazität eines Zusatzkondensators. Der Zweck dieser Dimensionierung ist, Umladungsver-

,. i

luste zwischen an Austauschungen beteiligten Kondensatoren völlig zu kompensieren, wodurch vorteilhafterweise verlustfreie bzw. verlustkompensierte Frequenzfilter erhalten werden können.

Die im Patentanspruch 12 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach Anspruch 10 ist dadurch gekennzeichnet, daß auch Zusatzkondensatoren vorgesehen sind, die jeweils eine andere, insbesondere größere Kapazität als der zugehörige Quer-

Ladung liefernden und c₂ die Kapazität des mit der betreffenden Ladung belieferten Kondensators angibt. Patentanspruch 16 betrifft also die Kapazität von Kondensatoren des Frequenzfilters, die hier voneinander abweichende Kapazität aufweisen. Der Zweck dieser Dimensionierung ist, Reflexionen der ausgetauschten Ladung bzw. Energie hervorzurufen und dadurch eine modifizierte Ladungs- bzw. Energieaustauschung vorzusehen, wodurch vorteilhafter-

kondensator bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator io weise ebenfalls Änderungen der Resonanzkurve eines haben. Patentanspruch 12 betrifft also eine spezielle Frequenzfilters bewirkt werden können. Größe der Kapazität eines Zusatzkondensators, des- Die im Patentanspruch 17 angegebene Weiterbilsen Kapazität nämlich von der des zugehörigen dung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist Haupt- bzw. Neben- bzw. Querkondensators ab- dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Geneweicht. Der Zweck dieser Dimensionierung ist, die 15 rator amplitudenmodulierte Impulse liefert, und eine mit einer Energieaustauschung bzw. Ladungsaustau- im Patentanspruch 18 angegebene Weiterbildung des schung ,verbundenen Verluste einzuregulieren, ins- Frequenzfilters nach Anspruch 17 ist dadurch gebesondere überzukompensieren, wodurch vorteil- kennzeichnet, daß die amplitudenmodulierten Imhafterweise die Flankensteilheit der Resonanzkurve pulse jeweils von einem Verbindungskanal eines Zeitnach Maßgabe des Bedarfs beeinflußt werden kann. 20 multiplexsystems geliefert werden, welches mehrere

Die im Patentanspruch 13 angegebene Weiterbil- derartige, zur Lieferung geeignete Verbindungskanäle dung des Frequenzfilters nach Anspruch 9 ist da- aufweist. Die Patentansprüche 17 und 18 betreffen durch gekennzeichnet, daß mit Induktivität behaftete, also den dem Frequenzfilter zugeordneten Generator, eingefügte Spulen als parametrische Verstärker aus- dessen Signale vorteilhafterweise amplitudenmodugebildet sind. Patentanspruch 13 betrifft also die als 25 lierte Impulsfolgen bilden können. Schaltmittel verwendeten Spulen, welche hier auch Die im Patentanspruch 19 angegebene Weiterbilverstärkende Eigenschaften besitzen. Zweck dieser dung eines Frequenzfilters nach einem der vorher-Spulen ist, die bei Energieaustauschungen ausge- gehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß tauschte Energie zu verstärken, wodurch vorteilhaf- es mit seinen Kondensatoren, Widerständen, Transiterweise ebenfalls die Flankensteilheit der Resonanz- 30 stören und Schaltern in Form von integrierten Schaltkurven nach Maßgabe des Bedarfs beeinflußt werden kreisen hergestellt ist. Vorteilhafterweise können auf kann.

Die im Patentanspruch 14 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung seiner Eigenfrequenzen die Impulsfolgefrequenz der die Schalter steuernden Impulsfolgen verändert wird. Durch die hierbei erreichte Änderung der sekundlichen Anzahl der Energieaustauschungen und Ladungsaustauschungen zwischen den an einen solchen Schalter angeschlossenen Kondensatoren können vorteilhafterweise die Eigenfrequenzen des Frequenzfilters ohne Änderung ihre Aufbaues nach Maßgabe des jeweiligen Bedarfs kontinuierlich verändert werden.

Die im Patentanspruch 15 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß die zugehörigen Kondensatoren gleiche Kapazität

diese Weise viele der Bauelemente in einheitlicher Weise hergestellt und der Raumbedarf der Frequenzfilter wesentlich verkleinert werden.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert.

F i g. 1 und 2 zeigen zwei Beispiele für die Anwendung der Energie- bzw. Ladungsaustauschungen bewirkenden Schaltmittel;

F i g. 3 und 4 zeigen jeweils ein als Zweipol aufgebautes Frequenzfilter, wobei unterschiedliche Schaltmittel zum Zustandebringen der Ladungsaustauschungen benutzt sind;

F i g. 5 und 6 zeigen jeweils ein als Vierpol ausgebildetes Frequenzfilter, wobei ebenfalls unterschiedliche Schaltmittel zum Zustandebringen der Ladungsaustauschungen benutzt sind;

Fig. 7 und 8 zeigen in entsprechender Weise jeweils ein weiteres, als Zweipol ausgebildetes Frehaben. Der Zweck dieser Dimensionierung ist, 50 quenzfilter.

reflexionsfreie Energieaustauschungen zwischen den Um das Verständnis der einzelnen Ausführungsbeispiele zu erleichtern, werden zunächst an Hand der F i g. 1 und 2 diejenigen Schaltmittel erläutert, welche zwischen zwei beteiligten Kondensatoren jeder zwischen zwei solchen Kondensatoren auszutau- 55 weils Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustauschenden Energie bzw. Ladungen vermieden werden. schungen zustande bringen. Gemäß der Anordnung,

die in Fig. 1 gezeigt ist, ist zwischen den Kondensatoren Cl und C 2, deren Energie bzw. Ladung gegebenenfalls auszutauschen ist und die über den

satoren bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensatoren 60 Schalter S miteinander verbindbar sind, noch die mit unterschiedlicher Kapazität vorhanden sind und daß Induktivität behaftete Spule L eingefügt. Der Schalbeim Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen sol- ter S wird jeweils für eine solche Zeitspanne geschloschen Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität der sen, daß ζ. B. die gerade auf dem Kondensator Cl Ladungsaustausch entsprechend einer Reflexion der befindliche Ladung durch eine Halbschwingung mit auszutauschenden Ladung bzw. Spannung gemäß 65 der Resonanzfrequenz des hierbei gebildeten dem Spannungsreflexionsfaktor r = ^Ci~^c^ modifi- Schwingkreises zum Kondensator Cl übertragen

^r ^b Ci + C₂ wird, wie es an sich bereits bekannt ist (s. »Pulse

ziert ist, wobei C₁ die Kapazität des die betreffende Generators» von Gl as ο e und Lebacqz, 1948,

betreffenden Kondensatoren zu ermöglichen. Vorteilhafterweise kann damit eine während der Dauer der Schließung eines Schalters sonst erfolgende Reflexion

Die im Patentanspruch 16 angegebene Weiterbildung des Frequenzfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist dadurch gekennzeichnet, daß Querkonden-

9 10

S. 307 und 308, Fig. 8.17 und 8.18). Befindet sich ist für die betrachtete Schaltungsanordnung gemäß von vornherein auf beiden Kondensatoren eine be- F i g. 2 vorausgesetzt, daß an den mit dem Schalter 5 stimmte Ladung, so findet ein vollständiger Aus- verbundenen Klemmen der Kondensatoren COl und tausch zwischen den Ladungen der beiden Konden- C 02 lediglich negative Potentiale auftreten. Dies satoren statt. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß 5 kann auch bei Speisung mit Signalimpulsen wechbeide Kondensatoren die gleiche Kapazität haben. selnder Polarität oder mit Signalwechselströmen da-Diese Voraussetzung wird auch zunächst bei den durch sichergestellt werden, daß besondere Vorspanverschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungs- nungsquellen vorgesehen werden (s. belgische Patentgemäßen Frequenzfilters eingehalten. Auf den Ablauf schrift 657 316). Eine derartige Vorspannungsquelle der Funktionen, wenn diese Voraussetzung nicht ein- io kann auch in den das betreffende Frequenzfilter gehalten ist, wird später noch eingegangen werden. speisenden Generator eingefügt werden. Im folgen-Es sei noch darauf hingewiesen, daß bei Ersatz des den wird das Vorhandensein dieser Vorspannungs-Kondensators C 2 durch einen Kurzschluß das Schlie- quelle gegebenenfalls stillschweigend vorausgesetzt, ßen des Schalters S für die Dauer einer Halbschwin- Bemerkenswert ist noch, daß auch bei der in gung in an sich bekannter Weise zur Folge hat, daß 15 F i g. 2 gezeigten Schaltungsanordnung beim Ersatz sich beim Kondensator Cl die Polarität der Ladung eines Querkondensators samt zugehöriger Schaltele- und damit die der an ihm liegenden Spannung um- mente durch einen Kurzschluß infolge vorübergehenkehrt. Von diesem Effekt ist in einigen Ausführungs- den Schließens des Schalters S ebenfalls eine Umkehr beispielen ebenfalls Gebrauch gemacht. Sowohl bei der Polarität der Ladung bzw. der Spannung beim dieser Umkehrung der Polarität der Ladung als auch 20 anderen Querkondensator zustande gebracht wird, bei dem vorher beschriebenen Ladungsaustausch sind Wenn nämlich der Schalter S geschlossen wird, so* Energieverluste vermieden, wie sie sonst, also ohne Be- werden zunächst die Kondensatoren COl und CIl nutzung der Spule L, durch Schließung des Schal- entladen. Der Entladestrom des Kondensators CIl ters S zustande kämen. Durch Benutzung der Spule L fließt dabei auch über den Kondensator C 21, welcher lassen sich daher sonst in Frequenzfiltern auftretende 25 vorher ladungsfrei war und der daher hierbei eine Verluste vermeiden. Ladung erhält, die die gleiche Größe hat wie die-In der F i g. 2 ist ein anderes Beispiel dafür darge- jenige, die der Kondensator C11 vorher hatte, jedoch stellt, wie Energieaustauschungen zwischen Konden- umgekehrte Polarität hat. Nachdem dann der Schalsatoren durchführbar sind. Auch hier können sonst terS geöffnet worden ist, wirkt sich diese Ladung auftretende Energieverluste vermieden werden. Der 30 über den Transistor Γ11 derart aus, daß nunmehr Energieaustausch bzw. Ladungsaustausch zwischen den Kondensatoren CIl und COl jeweils eine Laden Querkondensatoren COl und C 02, die gleiche dung zugeführt wird, die ihr völlig entspricht (wie in Kapazität haben, wird auch hier mit Hilfe des da- der belgischen Patentschrift 657 316 beschrieben ist), zwischenliegenden Schalters S gesteuert. Die Energie- Es ergibt sich daher, daß schließlich die beiden Verluste werden hier dadurch kompensiert, daß bei 35 Kondensatoren COl und CIl eine Ladung aufweiden Querkondensatoren parallelliegende Zusatzkon- sen, die genauso groß ist wie diejenige, die sie vordensatoren vorgesehen sind, daß ein Zusatzkonden- her hatten, die jedoch umgekehrte Polarität hat. Die sator jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Polarität der im Querkondensator COl liegenden Querkondensator angekoppelten Verstärkerelementes Spannung hat sich also umgekehrt, aus dessen Betriebsstromquelle während der vor 40 Ein Vergleich der beiden in den Fig. 1 und 2 einem Energieaustausch liegenden Zeitspanne der- dargestellten Schaltungsanordnungen zeigt, daß sie art mit Energie versorgt wird, daß an ihm stets eine trotz ihres ganz verschiedenen Aufbaus ganz analoge der am Querkondensator angelegten entsprechende Funktionen ausführen können. Es sind jedoch auch Spannung liegt. Bei einem jeweils späteren, dem- gewisse Unterschiede vorhanden. Bei der in F i g. 1 gegenüber kurzdauernden Energieaustausch wirkt 45 dargestellten Anordnung ist der Schalter S jeweils sich die in dem Zusatzkondensator enthaltene Ener- für eine solche Zeitspanne zu schließen, daß gerade gie mit aus. Dies hat zur Folge, daß jeweils durch eine Halbschwingung in dem dadurch gebildeten vorübergehendes Schließen des Schalters S, sofern die Schwingkreis stattfindet. Eine solche genaue Fest-Zusatzkondensatoren die gleiche Kapazität wie die legung für die Zeitspanne, für die der Schalter S zu Querkondensatoren haben, ein vollständiger Energie- 50 schließen ist, fehlt dagegen bei der Anordnung ge- und Ladungsaustausch zwischen den beiden Quer- maß F i g. 2. Für diese Zeitspanne ist daher eine sehr kondensatoren COl und C 02 zustande kommt. Par- große Toleranz zulässig. Alle diese Zeitspannen sind allel zum Querkondensator COl liegt der Zusatzkon- aber auf jeden Fall unabhängig von der Zeitspanne, densator CIl. Mit Hilfe des Koppelkondensators mit der die Schließungen des Schalters S aufeinander-C 21 ist an ihn das Verstärkerelement mit dem Tran- 55 folgen. Sie müssen lediglich kleiner als diese Zeitsistor Γ11 angekoppelt. Zum Querkondensator C 02 spanne sein.

gehören in entsprechender Weise die Schaltelemente In den F i g. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel CIl, C 22 und Γ12. Wenn vor einem Energie- bzw. für ein Frequenzfilter gemäß der Erfindung in zwei Ladungsaustausch einer der beiden Querkondensato- Varianten dargestellt. Diese Frequenzfilter stellen jeren ungeladen ist, so ist dementsprechend nach dem 60 weils eine Leitungsnachbildung dar, die zwei an den Energie- bzw. Ladungsaustausch der andere Quer- Eingangsklemmen angeschlossene Leitungsadern aufkondensator ungeladen. Weisen beide vorher eine La- weist, die durch Querkondensatoren überbrückt sind, dung auf, so findet ein Austausch dieser Ladung Die Energieaustauschungen finden über jeweils in statt. Alle diese Vorgänge sind im einzelnen in der eine Leitungsader eingefügte Schalter statt. Einander belgischen Patentschrift 657 316 beschrieben. Die 65 benachbarte Schalter werden zu verschiedenen Zeitinteressierenden Vorgänge sind an Hand der dortigen spannen geschlossen. Beim Vorhandensein von mehr Fig. 3 und 4, welche weitgehend mit der vorliegenden als zwei Schaltern werden solche Schalter, zwischen F i g. 2 übereinstimmen, eingehend erläutert. Dabei denen eine ungerade Anzahl anderer Schalter liegt,

damit ein Achtel so groß wie die Folgefrequenz der Steuerimpulse ist. Die Phasenlage dieses Signalwechselstroms, und zwar bezogen auf die Steuerimpulse, kann beliebig verändert werden, ohne daß 5 die Sperrwirkung gemindert wird. Ändert sich aber die Frequenz dieses Signalwechselstroms, so wird die Sperrwirkung ähnlich wie beim Parallelresonenzkreis gemindert. Dementsprechend ändert sich dann der am Widerstand R auftretende Spannungsabfall.

jeweils gleichzeitig geschlossen. Die beiden in den Fig. 3 und 4 gezeigten Varianten weisen allerdings lediglich zwei Querkondensatoren und zwei Schalter auf. Eine größere Anzahl von Querkondensatoren und von Schaltern ergibt sich, wenn die Leitungsadern mit ihren Schaltelementen verlängert werden wurden. Es ergeben sich dann Frequenzfilter, die entsprechende Effekte wie die dargestellten zeigen würden. Solche Effekte werden im folgenden an Hand

der dargestellten Frequenzfilter im einzelnen er- io Dieser Signalwechselstrom kann auch durch eine

läutert. Folge von amplitudenmodulierten Signalimpulsen

Ausgangsseitig sind die Frequenzfilter kurzge- ersetzt werden, deren Modulationsfrequenz mit der

schlossen, so daß sie Zweipole darstellen. Frequenz des Signalwechselstroms übereinstimmt.

Zunächst wird die Arbeitsweise der in Fig. 3 ge- Die beim vorstehend zuerst beschriebenen Betriebszeigten Leitungsnachbildung näher betrachtet. Außer 15 fall benutzten Signalimpulse mit wechselnder Polariden bereits erwähnten Schaltelementen, nämlich den tat können als Sonderfall einer Folge von derartigen Querkondensatoren Cl und C 2, welche hier gleiche amplitudenmodulierten Impulsen angesehen werden. Kapazität haben sollen, sowie den beiden Schaltern Es sei noch bemerkt, daß bei Zuführung eines Sa und Sb, weist sie noch die beiden Spulen La und Signalwechselstroms oder einer Folge von ampli- Lb auf. Wie sich noch zeigen wird, hat sie die Eigen- 20 tudenmodulierten Signalimpulsen und bei Vorhanschaften eines Zweipols mit Parallelresonanz. Um densein einer anderen gegenseitigen Phasenlage als diese Eigenschaften verständlich zu machen, wird zu- bei dem zuerst beschriebenen Betriebsfall auch bei nächst angenommen, daß sie mit Signalimpulsen Schließung des Schalters 52 mit Hufe des jeweils wechselnder Polarität beliefert wird. Diese werden vierten Steuerimpulses eine Umladung des Quermit einer bestimmten Impulsfolgefrequenz von dem 25 kondensators C02 stattfindet, da dieser dann nicht Generator G über den Widerstand R geliefert. Mit ladungsfrei ist.

Hilfe von Steuerimpulsen, die die vierfache Impuls- Die vorstehend erläuterte Parallelresonanz tritt folgefrequenz wie die vom Generator G gelieferten gerade dann auf, wenn die Impulsfolgefrequenz der Signalimpulse haben, werden die Schalter Sa und Sb Steuerimpulse in der angegebenen Beziehung zur abwechselnd gesteuert. Eine durch einen Signal- 30 Frequenz eines zugeführten Signalwechselstroms bzw. impuls verursachte Aufladung des Querkondensators zur Modulationsfrequenz zugeführter Signalimpulse Cl wird durch Steuerung des Schalters Sa mit Hilfe steht. Dies bedeutet, daß die Frequenz, bei der diese eines ersten Steuerimpulses zum Querkondensator Parallelresonanz auftritt, durch Änderung der Im-C 2 übertragen. Mit Hilfe des darauffolgenden zwei- pulsfolgefrequenz der Steuerimpulse veränderbar ist. ten Steuerimpulses wird der Schalter Sb gesteuert, 35 Es läßt sich daher ein und derselbe Zweipol durch was zur Folge hat, daß sich die Polarität der Ladung Änderung der Folgefrequenz der Steuerimpulse auf des Querkondensators C 2 umkehrt. Mit Hilfe des verschiedene Eigenfrequenzen abstimmen. Die Kondritten Steuerimpulses wird dann abermals der Schal- stanz dieser Eigenfrequenz ist nur von der Konstanz terSa gesteuert, wodurch die im Querkondensator der Steuerimpulse abhängig. Veränderungen von C 2 befindliche Ladung nunmehr zum Querkonden- 40 Eigenschaften der zugehörenden Schaltelemente, sator Cl zurückübertragen wird, der damit nunmehr insbesondere der Kapazität der zugehörigen Kondeneine Ladung aufweist, die umgekehrte Polarität wie satoren, haben dagegen keinen merklichen Einfluß, vorher hat, weshalb auch seine Spannung die um- sofern die Querkondensatoren Cl und C 2 jeweils gekehrte Polarität hat. unter sich gleichbleiben und die übrigen Schalt-

Der vierte Steuerimpuls steuert wieder den Schal- 45 elemente ihre vorgesehene Funktion ausführen.

terSb. Bei dem jetzt betrachteten Betriebsfall tritt In der Fig. 4 ist ein Frequenzfilter dargestellt,

dadurch keine Ladungsänderung bei den Quer- das dem in Fig. 3 gezeigten entspricht, wobei jedoch

kondensatoren auf. Bei anderen noch später zu zur Erzielung der erforderlichen Energie- bzw. La-

erläuternden Betriebsfällen hat jedoch auch diese dungsaustauschungen sowie zur Vermeidung von

Steuerung des Schalters52 bestimmte Umladungen 50 Energieverlusten statt der in Fig. 1 dargestellten

zur Folge. Wenn danach der zweite Signalimpuls Schaltungsanordnung die in Fig. 2 dargestellte

eintrifft und auch dieser umgekehrte Polarität wie vorher hat, so ergibt sich, daß vom Zweipol kein Strom und damit auch keine Leistung aufgenommen wird.

Wenn also dem Zweipol Signalimpulse wechselnder Polarität zugeführt werden, deren Abstand viermal so groß ist wie derjenige der Steuerimpulse, so nimmt der Zweipol keine Leistung bzw. Energie auf,

Schaltungsanordnung benutzt ist. Der Betrieb des in F i g. 4 gezeigten Frequenzfilters stimmt völlig mit dem des in Fig. 3 gezeigten überein. Es ist lediglich 55 insofern ein Unterschied vorhanden, als mit HiKe der Zusatzkondensatoren und der zugehörenden Verstärkerelemente auch eine Kompensation von Verlusten, z.B. Entladungsverluste der Querkondensatoren, erzielbar ist, wodurch sich ein praktisch

abgesehen von solcher Energie, die z.B. zur Deckung 60 verlustfreies Frequenzfilter ergibt. Es kann genauso von Entladungsverlusten der zugehörenden Konden- wie das in der Fig. 3 dargestellte sowohl mit Signalsatoren über ihr Dielektrikum bedingt sind. Der impulsen als auch mit sinusförmigem Signalwechsel-Zweipol wirkt daher wie ein Sperrkreis in Resonanz strom gespeist werden.

und übt eine Sperrfunktion aus. Derselbe Effekt tritt Es wurde bereits erwähnt, daß die in Fig. 3 und4

ein, wenn der Generator G statt der vorher be- 65 gezeigten Leitungsnachbildungen eine größere An-

schriebenen Signalimpulse einen sinusförmigen zahl von Querkondensatoren und Schaltern auf-

Signalwechselstrom liefert, dessen Frequenz halb so weisen können, also gleichsam verlängert sein kön-

groß wie die Folgefrequenz der Signalimpulse und nen. Es finden in einer derartigen längeren Leitungs-

13 14

nachbildung zwischen den zugehörenden Querkon- sind dagegen für diesen Zweck die an Hand der densatoren in ganz analoger Weise wie bei den F i g. 2 erläuterten Schaltmittel eingesetzt. Genauso gezeigten Ausführungsbeispielen Ladungsaustau- wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den schungen und Umladungen statt. Es zeigt sich, daß F i g. 3 und 4 können auch hier die verschiedenen diese verlängerten Leitungsnachbildungen ebenfalls 5 Schaltmittel zum Zustandebringen der Ladungsaus-Eigenfrequenzen aufweisen. Diese Eigenfrequenzen tauschungen sich einander vertreten,
liegen, ähnlich wie bei normalen Leitungen, um so Es ist nun für das Frequenzfilter, welches diese

niedriger, je größer die Länge ist. Schaltmittel nicht aufweist, bereits bekannt, daß es,

Es zeigt sich ferner, daß Leitungsnachbildungen wenn die zugehörenden Schalter zu gegeneinander der vorstehend behandelten Art sogar dieselben 10 versetzten Zeitspannen jeweils periodisch geschlossen Eigenschaften haben wie homogene Leitungen, so- werden, mehrere Resonanzfrequenzen aufweist. Es fern die Folgefrequenz der zur Steuerung der züge- treten aber bei den bekannten Filtern, also auch bei hörenden Schalter benutzten Impulsfolgen hin- diesem Vierpol, insbesondere dadurch erhebliche reichend hoch ist. Sie muß nämlich so hoch sein, Verluste auf, daß bei der Aufladung von Kondendaß die Anzahl der über diese Schalter gleichsam 15 satoren über Schalter entweder durch Eigenwiderentnommenen Abtastproben den Bedingungen des stände der Schalter allein oder auch durch die Abtasttheorems entspricht, wobei die Modulations- Schaltung bedingte Widerstände grundsätzlich Enerfrequenz zugeführter Signalimpulse bzw. die Fre- gie verbraucht wird. Außerdem treten beim Betrieb quenz des zugeführten Signalwechselstroms zu be- dieses Vierpols noch gewisse Verluste dadurch auf, rücksichtigen ist. 20 welche z. B. durch Entladungen der Kondensatoren

In den F i g. 5 bis 8 sind weitere Ausführungs- über ihr Dielektrikum oder insbesondere durch beispiele für Frequenzfilter gemäß der Erfindung Nachladungen vom Generator G her über die drei dargestellt. Sie können ebenfalls mit amplituden- Schalter 52, S3 und 54 bedingt sind. Dadurch, daß modulierten Signalimpulsen oder mit Signalwechsel- nun gemäß der Erfindung Energieaustauschungen strömen gespeist werden. Das Gemeinsame dieser 25 bzw. Ladungsaustauschungen stattfinden, können die Ausführungsbeispiele ist darin zu sehen, daß jeweils sonst in dem Frequenzfilter bzw. Vierpol auftretenein zentraler Hauptkondensator und mehrere de- den Verluste vermieden bzw. kompensiert werden, zentrale Nebenkondensatoren vorgesehen sind und Der sich ergebende Vierpol weist dann ebenfalls daß der zentrale Hauptkondensator bei jeder eine Reihe von Resonanzfrequenzen auf, die auch Energieaustauschung bzw. Ladungsaustauschung be- 30 hier im wesentlichen lediglich von der Folgefrequenz teiligt ist. Derartige Frequenzfilter können als Zwei- abhängen, mit der die zugehörigen Schalter gesteuert pole oder als Vierpole ausgebildet sein. Ein als werden. Verändert man die Anzahl der längsliegen-Vierpol ausgebildetes Frequenzfilter ist in zwei den Nebenkondensatoren, so verändert sich entVarianten in den Fig. 5 und 6 gezeigt. In beiden sprechend wie bei dem bekannten entsprechenden Fällen ist der Vierpol zwischen dem Generator G 35 Vierpol die Anzahl der ausnutzbaren Resonanz- und dem Verbraucher V eingefügt. Dem Generator G frequenzen. Haben die im Längszweig liegenden ist noch der Widerstand R vorgeschaltet, der auch Nebenkondensatoren nicht die gleiche Kapazität wie verschwindend klein sein kann. An den Verbrau- der zum Verbraucher gehörende Hauptkondensator, eher V ist jeweils der Hauptkondensator COlA so werden die mit den Energieübertragungen zwiangeschlossen. Die Nebenkondensatoren C 02, C 03 40 sehen den Kondensatoren verbundenen Ladungsausund C 04 sind längsliegend in den Vierpol eingefügt. tauschungen modifiziert, es zeigt sich aber, daß der Sie sind individuell mit den Energieaustauschungen Vierpol insgesamt ähnliche Eigenschaften wie vorher dienenden Schaltern 52, 53 und 54 versehen. beibehält. Nähere Angaben über solche Modifizie-

Ferner sind sie mit einem Anschluß gemeinsam rangen werden noch später gemacht,
an den Hauptkondensator C 01 h angeschlossen. Bei 45 Sind der Hauptkondensator und die Nebenkonder in F i g. 5 gezeigten Variante ist dazwischen densatoren mit Zusatzkondensatoren versehen, wie allerdings noch die SpuleL eingefügt, welche jedoch, es bei der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung ohne daß die in der Schaltung ablaufenden Funk- der Fall ist, so wird eine Kompensation der Umtionen geändert werden würden, beispielsweise auch ladungsverluste bei den betreffenden Kondensatoren zwischen dem betreffenden Anschluß des Haupt- 50 gerade dann erreicht, wenn die zugehörenden Zukondensators COlA und dem Generator G eingefügt satzkondensatoren jeweils die gleiche Kapazität wie sein könnte. diese haben. Wenn die Kapazität der Zusatzkon-

Der vorstehend betrachtete Vierpol ergibt sich densatoren kleiner ist, verbleibt noch eine Restdadurch, daß ein an sich bekanntes, aus vier Kon- dämpfung. Wird die Kapazität der Zusatzkondendensatoren bestehendes Frequenzfilter (s. Trans. 55 satoren vergrößert, so kann eine Verstärkung erzielt IRE, PGAE-IO, Dezember 1953, S. 21 bis 26, ins- werden, durch die mindestens noch andere, in der besondere Fig. 9) derart ausgestaltet wird, daß betreffenden Schaltungsanordnung auftretende Verzwischen den zugehörenden Kondensatoren nunmehr luste kompensiert werden können (wie es auch in impulsweise Energieaustauschungen bzw. damit der belgischen Patentschrift 657 316 beschrieben verbundene Ladungsaustauschungen stattfinden. Bei 60 ist). Ferner kann eine besonders große Flankensteilder in F i g. 5 gezeigten Variante werden diese Aus- heit der zugehörenden Resonanzkurve erzielt werden, tauschvorgänge mit Hilfe der Spule L zustande ge- Eine weitere Vergrößerung der Kapazität der Zubracht. Die Einfügung dieser Spule entspricht völlig satzkondensatoren kann dazu führen, daß Schwinderjenigen, die die Spule L bei der in F i g. 1 gezeig- gungen in der Schaltung erzeugt werden. Dabei kann ten Anordnung hat. Dementsprechend finden auch 65 es zweckmäßig sein, daß lediglich nur ein Teil der hier bei Schließung eines der Schalter 52, 53 und Zusatzkondensatoren eine andere, insbesondere eine 54 Energieaustauschungen bzw. Ladungsaustau- größere Kapazität als der zugehörige Querkondenschungen statt. Bei der in F i g. 6 gezeigten Variante sator hat. Alle solche Maßnahmen sind übrigens

15 16

unter anderem auch bei dem noch später an Hand Es stellen die an den Nebenkondensatoren aufder F i g. 8 zu beschreibenden Ausführungsbeispiel tretenden Spannungen im Resonanzfall nämlich nicht anwendbar. mehr ein Abbild der zugeführten Signalimpulsfolge Auch wenn an Stelle von Zusatzkondensatoren zur bzw. Signalwechselströme dar. Statt dessen findet in Erzielung von Energie- bzw. Ladungsaustauschungen 5 der Regel ein reger Ladungsaustausch zwischen den in die Übertragungswege eingefügte Spulen benutzt Nebenkondensatoren und dem zentralen Hauptkonwerden, läßt sich eine Verstärkungswirkung erzielen. densator statt. Eine Eigenfrequenz ist hier im Zu-Dazu wird z. B. die betreffende eingefügte Spule als sammenhang damit auch nicht gleich oder ein ganzes parametrischer Verstärker ausgebildet. Eine mit Vielfaches derjenigen Impulsfolgefrequenz, mit der Induktivität behaftete Spule kann nämlich mit Hilfe ₁₀ die zugehörenden Schalter jeweils gesteuert werden, einer gesteuerten Änderung ihrer Induktivität eine Statt dessen sind die sich ergebenden Eigenfrequen-Verstärkung der über sie übertragenen Energie zu- zen auch abhängig von der Anzahl der benutzten stände bringen (s. zum Beispiel Fernmelde-Praxis, Nebenkondensatoren. Für die Parallelresonanz-Bd. 37, Nr. 6, 15. 3. 1960, S. 201 bis 228, insbeson- frequenzen vergleichbaren Eigenfrequenzen ergibt

dere S. 227; Bulletin des schweizerischen elektro- ₁₅ . , „ ,. , . , , _ · * „„. ₄ K-N

i u · u \r · -inzn ο λι\λϊ u· ιnco sich nämlich folgende Beziehung: /= -=—^r-. technischen Vereins, 1960, S. 1046 bis 1053; ⁶ ^& ' T-(N+\)

Proceedings IRE, Juli 1956, S. 904 bis 913, und Hierbei gibt N die Anzahl der zum Frequenzfilter Mai 1958, S. 850 bis 866). gehörenden Nebenkondensatoren und T den zeit-

An Hand der F i g. 7 und 8 werden nun noch zwei liehen Abstand zwischen zwei dem gleichen Schalter Varianten eines Ausführungsbeispieles für ein Fre- ₂o zugeführten Steuerimpulsen an. K ist eine beliebige quenzfilter gemäß der Erfindung beschrieben, wel- ganze Zahl einschließlich der Zahl 0. Zwischen den ches als Zweipol ausgebildet ist. Auch hier sind vorstehend angegebenen Eigenfrequenzen liegen noch ebenfalls ein Hauptkondensator und mehrere Neben- andere Eigenfrequenzen, welche mit Serienresonanzkondensatoren vorhanden. Der Zweipol ist jeweils frequenzen vergleichbar sind. Mit der Anzahl der mit seinem Hauptkondensator COl h an den Gene- 25 Nebenkondensatoren ändert sich damit auch der rator G angeschlossen, dem noch der Widerstand R Abstand all dieser vorstehend angegebenen Eigenvorgeschaltet ist. Die Nebenkondensatoren C 02, frequenzen, und zwar auch dann, wenn die Folge-C 03 und C 04 sind mit ihren individuellen, zu frequenz der Steuerimpulse konstant bleibt. Es kann Energieaustauschungen dienenden Schaltern 52, 53 dabei unter Umständen von Vorteil sein, daß der und 54 dem Hauptkondensator parallel geschaltet. 30 Hauptkondensator COIh im Zusammenwirken mit Die gestrichelt eingezeichneten Schaltelemente 521, dem Widerstand R zusätzlich wie ein Tiefpaß wirkt. 531, 541, L2, L3 und L4 werden zunächst nicht Da die Benutzung der Spule L wie bei den entberücksichtigt. Bei der in Fig. 7 gezeigten Variante sprechenden anderen erfindungsgemäßen Frequenzwerden die impulsweisen Energieaustauschungen filtern verhindert, daß sonst vorhandene Energiebzw. Ladungsaustauschungen mit Hilfe der Spule L 35 Verluste auftreten, hat das Frequenzfilter eine zustande gebracht. Diese Austauschvorgänge finden Resonanzkurve, die im Vergleich zu entsprechend jeweils zwischen dem Hauptkondensator C 01 h und ausgebauten anderen Filtern eine verhältnismäßig einem der Nebenkondensatoren C 02, C 03 und C 04 große Flankensteilheit aufweist, statt. Vom Generator G werden entweder ampli- Die in F i g. 8 gezeigte Variante unterscheidet sich

tudenmodulierte Signalimpulsfolgen oder sinus- 40 von der in F i g. 7 gezeigten dadurch, daß der Enerförmige Signalwechselströme geliefert. Diese Signal- gie- bzw. Ladungsaustausch anstatt mit einer Spule Impulsfolgen bzw. Signalwechselströme wirken sich mit HiKe von Zusatzkondensatoren zustande geauf die zugleich als Speicherkondensatoren wirken- bracht ist, welche dem Hauptkondensator und den den Nebenkondensatoren jeweils dann aus, wenn der Nebenkondensatoren parallel geschaltet sind. Die zugehörige Schalter geschlossen ist. Genauso wie bei 45 zugehörige Schaltungsweise ist in der F i g. 8 für den dem in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungs- Hauptkondensator und für den Nebenkondensator beispiel werden diese Schalter periodisch und zeitlich C 03 im einzelnen dargestellt. Für die Nebenkondengegeneinander versetzt geschlossen. Die Nebenkon- satoren C 02 und C 04 ist sie lediglich durch ein densatoren weisen daher eine gewisse Analogie zu Vielfachschaltungszeichen angedeutet. Die Schalden in bekannter Weise bei einem Frequenzfilter 50 tungsweise der Zusatzkondensatoren mit ihren (s. Trans. IRE, PGAE-10, Dezember 1953, S. 21 zugehörenden Schaltelementen ist auch hier nach bis 26, insbesondere Fig. 7) verwendeten Speicher- dem Vorbild der in Fig. 2 gezeigten Schaltungskondensatoren für Abtastproben auf. Dieses be- anordnung getroffen. Das Verhalten dieses Frequenzkannte Frequenzfilter weist bei der vorgesehenen filters bezüglich seiner Eigenfrequenzen stimmt Betriebsweise mehrere Eigenfrequenzen auf, welche 55 völlig mit dem des in F i g. 7 dargestellten überein, durch die Folgefrequenz der Impulsfolge bestimmt Durch geringen Aufwand an einigen wenigen zuwird, durch die jeweils einer der zugehörenden sätzlichen Schaltelementen lassen sich die Eigen-Schalter betätigt wird. Eine dieser Eigenfrequenzen schäften des in den F i g. 7 und 8 dargestellten Frestimmt mit dieser Impulsfolgefrequenz direkt über- quenzfilters ändern. Dazu werden die bei der in ein, andere ergeben sich als ganze Vielfache dieser 60 F i g. 7 dargestellten Variante gestrichelt eingezeich-Impulsfolgefrequenz. Diese Eigenfrequenzen sind neten Schaltungselemente 521, 531, 541 sowie L2, dabei unabhängig von der Anzahl der benutzten L 3 und L 4 benötigt. Der Schalter 521 ist dabei Kondensatoren. jeweils zwischen zwei Schließungen des Schalters 52,

Dadurch, daß bei dem Frequenzfilter gemäß der der Schalter 531 zwischen zwei Schließungen des Erfindung Ladungsaustauschungen zu einem zusatz- 65 Schalters 53 und der Schalter 541 zwischen zwei liehen zentralen Hauptkondensator COlA vorgesehen Schließungen des Schalters 54 zu schließen. Dies hat sind, werden auch die Filtereigenschaften wesentlich zur Folge, daß zwischen zwei Schließungen einer der verändert. Schalter 52, 53 und 54 die Ladung und damit auch

die Spannung am zugehörigen Nebenkondensator umgekehrte Polarität erhält. Es zeigt sich, daß dann bei denjenigen Eigenfrequenzen, bei denen vorher jeweils eine einer Parallelresonanz entsprechende Resonanz auftrat, nunmehr eine einer Serienresonanz entsprechende Resonanz auftritt. Umgekehrt tritt bei denjenigen Eigenfrequenzen, bei denen vorher eine Serienresonanz wirksam war, nunmehr eine Parallelresonanz auf. Die gleichen Effekte werden bei der in F i g. 8 gezeigten Variante mit Hilfe von drei zusätzlichen Schaltern erzielt, von denen einer jeweils einem Nebenkondensator direkt parallel geschaltet ist und von denen der zum Nebenkondensator C 03 gehörende Schalter 531 in die Fig. 8 gestrichelt eingezeichnet ist. Sie werden genauso wie die zusatzliehen Schalter bei der Variante gemäß F i g. 7 betätigt. Wenn der Schalter 531 geschlossen wird, so hat dies zur Folge, daß die Polarität der Ladung und damit auch die der an diesem Kondensator liegenden Spannung umgekehrt wird, wie es an sich so bereits an Hand der Fi g. 2 beschrieben wurde.

Die an Hand der F i g. 5 bis 8 beschriebenen Frequenzfilter können, wie bereits erwähnt, genauso wie die in den F i g. 3 und 4 dargestellten von ihrem zugehörigen Generator entweder mit amplitudenmodulierten Signalimpulsen oder mit sinusförmigen Signalwechselströmen beliefert werden. Es können auch Kombinationen derartiger Frequenzfilter verwendet werden. In jedem Fall sind ihre Filtereigenschaften ausnutzbar, die von ihren Eigenfrequenzen abhängig sind. Wegen der bereits angegebenen Beziehungen dieser Eigenfrequenzen mit der Impulsfolgefrequenz, mit der die zugehörenden Schalter gesteuert werden, hat nun eine Änderung dieser Impulsfolgefrequenz zugleich auch jeweils eine Änderung der Eigenfrequenzen des betreffenden Filters zur Folge. Besonders zweckmäßig ist die Benutzung von Frequenzfiltern gemäß der Erfindung, wenn die zur Speisung dienenden amplitudenmodulierten Signalimpulse jeweils von einem Verbindungskanal eines Zeitmultiplexsystems geliefert werden, welches mehrere derartige zur Lieferung geeignete Verbindungskanäle aufweist. Ein solches Frequenzfilter kann dann, ohne daß ein besonderer Schaltungsaufwand erforderlich wäre, wechselweise über verschiedene derartige Verbindungskanäle mit Signalimpulsen beliefert werden. Es sind nämlich in der Regel sowieso Schalter vorhanden, welche die Verteilung der zu den verschiedenen Verbindungskanälen gehörenden Impulse bewirken. Ferner sind in einem solchen System auch in der Regel Generatoren vorhanden, welche Impulsfolgen liefern, die als Steuerimpulse ausnutzbar sind.

Alle Frequenzfilter gemäß der Erfindung sind lediglich mit Hilfe von Kondensatoren, Transistoren, Widerständen und gegebenenfalls von Spulen, welche lediglich eine verhältnismäßig geringe Induktivität aufzuweisen haben, aufgebaut. Es ist daher möglich, derartige Frequenzfilter in Form von sogenannten integrierten Schaltkreisen herzustellen. Dabei bleibt die Abstimmbarkeit dieser Frequenzfilter durch Veränderung der Impulsfolgefrequenz der Steuerimpulse erhalten. Ebenso bleibt die Eigenschaft dieser Filter erhalten, daß ihre Eigenfrequenzen ebenso konstant sind wie die Impulsfolgefrequenz der Steuerimpulse.

Der Raumbedarf bei Benutzung integrierter Schaltkreise ist wesentlich geringer, als wenn konventionelle Bauweise vorgesehen ist.

Bei den vorstehend behandelten Ausführungsbeispielen für erfindungsgemäße Frequenzfilter wurden jeweils zum Teil Kondensatoren gleicher Kapazität verwendet, es war aber auch schon bereits angegeben, daß Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität verwendet werden können, insbesondere bei den an Hand der F i g. 5 und 6 dargestellten Varianten eines Frequenzfilters. Bei den an Hand der F i g. 7 und 8 dargestellten Varianten eines Frequenzfilters sind jeweils Kondensatoren gleicher Kapazität verwendbar. Es kann sich aber auch unter Umständen empfehlen, z. B. dem Hauptkondensator eine andere Kapazität als den Nebenkondensatoren zu geben. Die Frequenzcharakteristik eines derartigen Frequenzfilters ist dann entsprechend wie bei den übrigen Frequenzfiltern anders. Werden Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität benutzt, so muß aber sichergestellt sein, daß zwischen an einem Ladungsaustausch beteiligten Kondensatoren verschiedener Kapazität während des Betriebes ebenfalls die gespeicherte Energie bzw. Ladung impulsweise ausgetauscht wird. Dieser Ladungsaustausch ist jedoch bei Vermeidung von Energieverlusten bzw. bei Verlustkompensation entsprechend einer Reflexion der ausgetauschten Ladung bzw. Spannung gemäß dem Faktor r =

C₁ +C₂

zu modifizieren. Hierbei gibt C₁ die Kapazität des die betreffende Ladung liefernden und c₂ die Kapazität des mit der betreffenden Ladung belieferten Kondensators an. Es ließ sich feststellen, daß diese Modifikation des Ladungsaustausches durch die an Hand der F i g. 1 und 2 beschriebenen, einen Ladungsaustausch zustande bringenden Schaltmittel zustande gebracht wird. Während eines derartigen Ladungsaustausches arbeiten diese Schaltmittel linear, so daß gleichzeitig ein modifizierter Ladungsaustausch von dem ersten der beiden beteiligten Kondensatoren zum zweiten als auch von dem zweiten zum ersten Kondensator stattfinden kann, ohne daß sich diese Vorgänge gegenseitig stören.

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzfilter, insbesondere für Zeitmultiplexsysteme, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Das Filter ist mit Kondensatoren (COIh, C03 in Fig. 7 und 8) und mit von Impulsfolgen gesteuerten Schaltern (53) aufgebaut, wobei die Eigenfrequenzen durch die Impulsfolgefrequenzen bestimmt sind.

b) Es ist mindestens ein Schaltmittel (L in Fig. 7; CU, Ti, +, - in Fig. 8) vorgesehen, durch dessen Mitwirkung im Betrieb zwischen zugehörigen Kondensatoren (COl h, C 03) impulsweise Energieaustauschungen bzw. damit verbundene Ladungsaustauschungen sattfinden, durch die Ladungen zwischen einem beteiligten Kondensator (COIh) und dem/den anderen beteiligten Kondensator(en) (C 03) und umgekehrt ausgetauscht werden.

2. Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Leitungsnachbildung zwei an seine Eingangsklemmen (el, el in

809 590858

Fig. 3) angeschlossene Leitungsadern aufweist, die durch Querkondensatoren (Cl, C2) überbrückt sind, daß die Energieaustauschungen über jeweils in eine Leitungsader eingefügte Schalter (Sa, Sb) stattfinden, daß einander benachbarte Schalter (Sa, Sb) zu verschiedenen Zeitspannen geschlossen werden und daß beim Vorhandensein von mehr als zwei Schaltern solche Schalter, zwischen denen eine ungerade Anzahl anderer Schalter liegt, jeweils gleichzeitig geschlossen werden.

3. Frequenzfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsnachbildung zwei Querkondensatoren (Cl, C 2 in Fig. 3; COl, C02 in Fig.4) aufweist und daß sie als Zweipol ausgangsseitig kurzgeschlossen ist.

4. Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zentraler Hauptkondensator (COIh in Fig. 5) und mehrere dezentrale Nebenkondensatoren (C 02, C 03, C 04) vorgesehen sind und daß der zentrale Hauptkonden- _zo sator bei jeder Energieaustauschung bzw. Ladungsaustauschung beteiligt ist.

5. Frequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Vierpol zwischen einen Generator (G in F i g. 5 bzw. 6) und einen Verbraucher (F) eingefügt ist, an den sein Hauptkondensator (COl K) angeschlossen ist, daß die Nebenkondensatoren (C 02, C 03, C 04) in den Vierpol längsliegend eingefügt sind und individuell mit Energieaustauschungen dienenden Schaltern (52, 53, S4) versehen sind und daß die Nebenkondensatoren (C 02, C 03, C 04) gemeinsam an den Hauptkondensator (COIh) angeschlossen sind.

6. Frequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zweipol mit seinem Hauptkondensator (COlh in Fig. 7 bzw. 8) an einen Generator (G) angeschlossen ist und daß die Nebenkondensatoren (C 02, C 03, C 04) mit ihren individuellen, zu Energieaustauschungen dienenden Schaltern (52, 53, 54) dem Hauptkondensator (COIh) parallel geschaltet sind.

7. Frequenzfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei demselben Nebenkondensator (C 02, C 03, C 04 in Fig. 7 und 8) jeweils zwischen zwei Energieaustauschungen die Polarität der in ihm gespeicherten Ladung umgekehrt wird.

8. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hufe von Schaltmitteln(L in Fig. 1; CIl, Γ11

in F ig. 2) diejenigen Energieverluste vermieden sind, die sonst bei Energieaustauschungen zwischen Kondensatoren auftreten.

9. Frequenzfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Übertragungswege für Energieaustauschungen jeweils mit Induktivität behaftete Spulen (L bzw. La, Lb) eingefügt sind und daß die zugehörigen Schalter (52, 53, 54 bzw. Sa, Sb) jeweils für solche Zeitspannen geschlossen werden, daß gerade ein Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen den beiden beteiligten Kondensatoren stattfindet.

10. Frequenzfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Kondensatoren (z. B. COl, C02 in Fig. 2) parallelliegende Zusatzkondensatoren (CU, C12) vorgesehen sind, daß ein Zusatzkondensator (z. B. CIl) jeweils mit Hilfe eines an den betreffenden Querkondensator bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator (COl) angekoppelten Verstärkerelementes (TIl) aus dessen Betriebsstromquelle (+, —) während der vor einem Energieaustausch liegenden Zeitspanne derart mit Energie versorgt wird, daß an ihm stets eine der am Querkondensator bzw. Hauptbzw. Nebenkondensator (COl) angelegte entsprechende Spannung liegt, und daß bei einem jeweils späteren, demgegenüber kurzdauernden Energieaustausch die in dem Zusatzkondensator (CIl) enthaltene Energie sich mit auswirkt.

11. Frequenzfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzkondensator (CIl in Fig. 2) jeweils die gleiche Kapazität wie der zugehörige Querkondensator (COl in Fig. 2) bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator (COIh, COfI, C03, C04 in Fig. 6) hat.

12. Frequenzfilter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch Zusatzkondensatoren vorgesehen sind, die jeweils eine andere, insbesondere größere Kapazität als der zugehörige Querkondensator bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensator haben.

13. Frequenzfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Induktivität behaftete eingefügte Spulen (L in F i g. 1) als parametrische Verstärker ausgebildet sind.

14. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung seiner Eigenfrequenzen die Impulsfolgefrequenz der die Schalter (52, 53, 54 bzw. Sa, Sb) steuernden Impulsfolgen verändert wird.

15. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugehörigen Kondensatoren(Cl, C2 in Fig. 1) gleiche Kapazität haben.

16. Frequenzfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Querkondensatoren bzw. Haupt- bzw. Nebenkondensatoren (COlA, C03 in Fig. 7) unterschiedlicher Kapazität vorhanden sind und daß beim Energiebzw. Ladungsaustausch zwischen solchen Kondensatoren unterschiedlicher Kapazität der Ladungsaustausch entsprechend einer Reflexion der auszutauschenden Ladung bzw. Spannung gemäß

dem Spannungsreflexionsfaktor r =

C₁ + C%

modifiziert ist, wobei q die Kapazität des die betreffende Ladung liefernden und C₂ die Kapazität des mit der betreffenden Ladung belieferten Kondensators angibt.

17. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Generator (G in F i g. 3) amplitudenmodulierte Impulse liefert.

18. Frequenzfilter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die amplitudenmodulierten Impulse jeweils von einem Verbindungskanal eines Zeitmultiplexsystems geliefert werden, welches mehrere derartige, zur Lieferung geeignete Verbindungskanäle aufweist.

19. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit seinen Kondensatoren, Widerständen, Transistoren und Schaltern in Form von integrierten Schaltkreisen hergestellt ist.