DE1299776B

DE1299776B - Frequenzfilter, insbesondere fuer Zeitmultiplexsysteme

Info

Publication number: DE1299776B
Application number: DES101671A
Authority: DE
Inventors: Poschenrieder; Dr-Ing Werner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-10-23
Filing date: 1966-01-28
Publication date: 1969-07-24
Also published as: NL6617024A; DE1275218B; BE688605A; ES334455A1; GB1145528A; BR6685334D0; NL162803C; BE691190A; FR1509226A; FI45195B; CH452074A; US3514726A; US3564146A; FI45195C; SE345771B; DK118677B; NL6615024A

Description

ι 2

Im Hauptpatent ist der Aufbau von Frequenzfil- jeweils mehrere Schalter gleichzeitig gesteuert wertern, insbesondere für Zeitmultiplexsysteme, beschrie- den, oder es können alle Schalter nacheinander, also ben, welche die Kombination folgender Merkmale zeitlich gegeneinander versetzt gesteuert werden. Dieaufweisen: ses Frequenzfilter läßt sich noch dadurch weiter aus-

a) Das Füter ist mit Kondensatoren und mit von ⁵ f ^stalfⁿ> ^daß <*?? Hauptkondensator Parallelkon-Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut, dematoren parallel geschaltet werden^ w^bei noch wobei die Eiglnfrequenzen durch die Impuls^ weitere Schalter vorgesehen werden. Hierfür gibt es folgefrequenzen bestimmt sind; ebenfalls verschiedene Möglichkeiten _

, _s . . , . „ , , .^ , , Das erfindungsgemaße Frequenzfilter sowie seme

b) es ist mindestens em Schaltmittel vorgesehen, _{ω wdteren Ausge}f_ta\_tungen werfen im folgenden an durch dessen Mitwirkung im Betrieb zwischen _{Hand dni} f. _en ^ ^_χ^ zugehörigen Kondensatoren impulsweise Ener- _pi ^ ^ ^ _F ^_{11 kombiniert aus} gieaustauschungen bzw damit verbundene La- _{drei Grundfilt}f _nämlic^ _{aus zwd G VOQ} dungsaustauschungen stattfinden, durch die La- _{Nebenkondensato}'_{ren und aus einem} Hauptkondensadüngen zwischen eniem beteiligten Kondensator .

und dem/den anderen beteiligen Kondensa- Fig. Ib und Ic zeigen zwei analoge Frequenz-

tor(en) und umgekehrt ausgetauscht werden. _{fflterj die aus drei Leitu}°_{gsstücken aufg}S_baut sind;

Ein besonders wichtiger Vorteil dieser Filter ist Fig. 2a und 3a zeigen zwei Ausgestaltungen des

der, daß eine weitgehende Verlustfreiheit erzielt wer- Frequenzfilters gemäß Fig. la, bei denen dem

den kann. Andere Vorteile sind im einzelnen im ao Hauptkondensator Parallelkondensatoren parallel ge-

Hauptpatent angegeben. Dort sind auch Frequenz- schaltet sind;

filter beschrieben, die aus Kombinationen von Fig. 2b und 3b zeigen aus Leitungsstücken auf-Grundfiltern bestehen. Ein derartiges Frequenzfilter gebaute Frequenzfilter, welche den Frequenzfiltern weist z.B. einen zentralen Hauptkondensator und gemäß den Fig. 2a und 3a entsprechen, mehrere dezentrale Nebenkondensatoren auf. Der 25 Im folgenden werden der Aufbau und die Funkzentrale Hauptkondensator zeichnet sich bei den im tionen der verschiedenen Ausführungsbeispiele im Hauptpatent beschriebenen Schaltungsbeispielen da- einzelnen beschrieben. Ihre Eigenschaften werden jedurch aus, daß er bei jeder Energieaustauschung bzw. weils unter Zuhilfenahme der analogen Frequenz-Ladungsaustauschung beteiligt ist. filter aus Leitungsstücken erläutert.

Die Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung 30 Bei den erfindungsgemäßen Filterbeispielen haneines mit Nebenkondensatoren und mit einem Haupt- delt es sich um Frequenzfilter, bei denen Energieverkondensator versehenen, gemäß dem Hauptpatent luste ebenso wie bei den im Hauptpatent beschriebeaufgebauten Frequenzfilters. Es ergeben sich dadurch nen Frequenzfiltern entweder kompensiert oder von Frequenzfilter mit den Eigenschaften von mehrkreisi- vornherein vermieden sind. Die dort angegebenen, gen Bandfiltern. Je nach Betriebsweise bzw. Aufbau 35 dazu verwendeten Spulen bzw. Zusatzkondensatoren ergeben sich dabei die Eigenschaften von Bandsper- und Verstärkerelemente wurden jedoch der Überren bzw. Bandpässen. sichtlichkeit halber in den hier zu beschreibenden

Die Erfindung betrifft also ein Frequenzfilter, das F i g. 1 a, 2 a und 3 a nicht eingezeichnet, wenngleich

die Kombination folgender Merkmale aufweist: derartige verlustbeseitigende Mittel für die Erzeugung

a) Das Filter ist mit Kondensatoren und mit von *° der Ladungsaustauschungen zwischen den Konden-Impulsfolgen gesteuerten Schaltern aufgebaut, sf^oren notwendig sind. Es sind daher diese im wobei die Eigenfrequenzen durch die Impuls- Hauptpatent angegebenen verlustbeseitigenden Mrttel folgefrequenzen bestimmt sind; ^{bei der} Realisierung der erfindungsgemaßen Schal-

,. . . j . _o , ,. ... , u tungen vorzusehen.

b) es ist mindestens ein Schaltmittel vorgesehen, ^ _F i g. 1 a ist ein aus drei Grundfiltern kombinierdurch dessen Mitwirkung im Betneb zwischen ^ _Fre ^_enzfflter _{ _{t das zwischen dem Genera}. zugehörigen Kondensatoren impulsweise Ener- ^. _Q ^ _{dem v}*_rbra°_cher y _als vierpol eingefügt gieaustauschungen bzw damit verbundene La- ^ _{Die Q yon Nebenkondens}S_toren CO2, dungsaustauschungen stattfinden, durch die La- _co3 _CQA ^ _{CQZ co6 CQ1} ^ _ihren . ^_ düngen zwischen einem beteiligten Kondensator ^ _rdneten Schaltern 52, 53, 54 bzw. 55, und dem/den anderen beteiligten Kondensa- _{c/: o}„ ? , . _π., , _u . _T,. . _Λ „ _ '

ώ ht^ ^{ausgeLscht werden}- SSÄÄÄSssr^sy^

satorCOl/z im Vierpol querliegend zwischen den Ferner sind ein zentraler Hauptkondensator und Schaltungspunkten 3/5 und 4/6 eingefügt. Hierbei mehrere dezentrale Nebenkondensatoren vorgesehen, 55 entspricht jede Gruppe von Nebenkondensatoren sound das Frequenzfilter ist als Vierpol zwischen einem wie der Hauptkondensator jeweils einem Grund-Generator und einem Verbraucher eingefügt. filter.

Das erfindungsgemaße Frequenzfilter ist dadurch Die Schalter 52, 53, 54 der einen Gruppe von

gekennzeichnet, daß die Nebenkondensatoren indi- Nebenkondensatoren werden in bestimmter, gleichviduell mit zu Energieaustauschungen dienenden 60 bleibender Reihenfolge abwechselnd nacheinander Schaltern versehen sind und in zwei Gruppen einge- betätigt. Dabei wird jeder einzelne Schalter während teilt sind, die in Reihenschaltung in dem Vierpol der Zeitdauer 3 T einmal betätigt, zwischen aufeinlängsliegend eingefügt sind, und daß der Hauptkon- anderfolgenden Betätigungen verschiedener Schalter densator zwischen den beiden genannten Gruppen liegt die Zeitdauer T. Durch die Schräglage der BaI-von Nebenkondensatoren im Vierpol querliegend ein- 65 ken in den Schaltersymbolen 52, 53, 54 ist diese Begefügt ist. triebsweise in der Zeichnung angedeutet. Auf die Für die Steuerung der genannten Schalter gibt es gleiche Weise werden auch die drei Schalter 55, 56, verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel können 57 der anderen Gruppe von Nebenkondensatoren

zeitlich nacheinander betätigt, wie ebenfalls durch die Schräglage der Balken in den Schaltersymbolen SS, 56, 57 angedeutet ist. Der Hauptkondensator COIh ist hier bei jeder durch die Betätigung der Schalter .52 ... 57 hervorgerufenen Energieaustauschung bzw. Ladungsaustauschung beteiligt.

Das Frequenzfilter der F i g. 1 a besitzt ähnliche Eigenschaften wie das Bandfilter in Bild 112 bei Barkhausen, »Elektronenröhren«, Bd. 3, 1929, S. 227. Statt der üblichen Kondensatoren und Spulen relativ hoher Induktivität werden erfindungsgemäß jedoch die im Hauptpatent beschriebenen Mittel, nämlich Kondensatoren, Schalter und verlustbeseitigende Mittel, angewandt.

Die Eigenart des Frequenzfllters der Fig. la soll an Hand der Fig. Ib und Ic veranschaulicht werden. Dort sind statt der erfindungsgemäßen Mittel gleichartig wie die Grundfilter wirkende Leitungsstücke dargestellt, welche auf Grund ihrer elektrischen Länge Z und ihres Wellenwiderstandes Z ahnliehe Eigenschaften wie Resonanzkreise besitzen, wodurch die Filtereigenschaften hervorgerufen werden. Die dünnen Striche bei den F i g. 1 b und 1 c sollen Verbindungen darstellen, deren elektrische Länge vernachlässigbar kurz gegen die elektrische Länge der mit dicken Strichen dargestellten Leitungsstücke sei. Die Lehre, Filter mittels solcher Leitungsstücke aufzubauen, kann z.B. dem Lehrbuch Meinke, »Theorie der Hochfrequenzschaltungen«, 1951, S. 209 bis 241, entnommen werden.

Um die Eigenart des Frequenzfllters zu erläutern, sei erst die Eigenart der drei Grundfilter beschrieben, aus denen das Frequenzfilter aufgebaut ist.

Zwischen den Schaltungspunkten 1 und 3/5 der Fig. la liegt ein als Zweipol wirkendes Grundfilter, bestehend aus den Nebenkondensatoren CO 2, CO 3, CO 4 und den ihnen individuell zugeordneten Schaltern 52, 53, 54. Ein derartiges Grundfilter besitzt bei impulsmäßigem Betrieb die Eigenschaften eines zweipolmäßig betriebenen, am Ende offenen Leitungsstückes, das in Fig. Ib zwischen den Schaltungspunkten 1 und 3/5 dargestellt ist. Für die elektrische Länge Zl dieses Leitungsstückes gilt die in Fig. Ib angegebene Formel

Zl = 3 vT/2,

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wobei T die genannte, für die Betätigung der Schalter 52 ... 57 charakteristische Zeitdauer Γ ist, während ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen angibt.

Die elektrische Länge Zl ist dabei proportional der Zahl der parallelgeschalteten Nebenkondensatoren. Würde man also z. B. sechs Nebenkondensatoren, statt wie hier nur drei Nebenkondensatoren für dieses Grundfilter vorgesehen haben, so wäre die elektrische Länge Zl der Fig. Ib doppelt so groß, als in F i g. 1 b angegeben ist. Hierbei ist vorauszusetzen, daß innerhalb einer Gruppe von Nebenkondensatoren alle Schalter abwechselnd derart betätigt werden, daß vor der Betätigung des folgenden Schalters jeweils die charakteristische Zeitdauer T verstreicht, so daß bei Vorhandensein von N Schaltern jeder Schalter in der Zeit NT nur einmal betätigt wird. Auch durch Verlängern der charakteristischen Zeitdauer T kann die elektrische Länge Zl länger gemacht werden, wie aus der für sie angegebenen Formel ersichtlich ist. Durch Änderung der elektrischen Länge Zl kann man die Resonanzfrequenzen des erfindungsgemäßen Filters nach Bedarf ändern.

Der Wellenwiderstand dieses Leitungsstückes ist, wie in Fig. Ib angegeben, Zl-T/2C. Er ist also außer von der charakteristischen Zeitdauer T von jener Kapazität C abhängig, welche jeder der unter sich gleichen Nebenkondensatoren besitzt. Zl hängt nicht von der Anzahl N der Nebenkondensatoren ab.

Das zweite Grundfilter, nämlich die Nebenkondensatoren CO5, CO6, COl mit den ihnen individuell zugeordneten Schaltern 55, S 6, 57 besteht hier der Einfachheit halber ebenfalls aus drei jeweils die Kapazität C besitzenden Nebenkondensatoren. Dieses zweite Grundfilter besitzt dieselben Eigenschaften wie das Leitungsstück in Fig. Ib zwischen den Schaltungspunkten 3/5 und 7, d. h., es besitzt im Prinzip dieselben Eigenschaften wie das bereits beschriebene Leitungsstück zwischen den Schaltungspunkten 1 und 3/5. Die Anzahl und Kapazität der Nebenkondensatoren des zweiten Grundfilters kann aber auch anders als die Anzahl und Kapazität der Nebenkondensatoren des ersten Grundfilters gewählt werden, z. B. um eine andere Flankensteilheit der Resonanzkurve des Frequenzfllters zu erzielen. Es zeigt sich, daß die Flankensteilheit um so größer ist, je größer die Anzahl und je kleiner die Kapazität der Nebenkondensatoren ist. Die Abhängigkeit der elektrischen Länge Z 2 und des Wellenwiderstandes Z 2 von der Anzahl und von der Kapazität der Nebenkondensatoren dieser Gruppe ist völlig so wie beim bereits besprochenen Leitungsstück zwischen den Schaltungspunkten 1 und 3/5.

Das dritte Grundfilter, nämlich der Hauptkondensator COIh, der zwischen den Schaltungspunkten 3/5 und 4/6 angeschlossen ist, besitzt die gleichen Eigenschaften wie das in Fig. Ib dargestellte, zweipolmäßig betriebene, am Ende offene Leitungsstück mit der elektrischen Länge Z 3, falls jeweils die Schalter52 und S5, 53 und 56 sowie 54 und 57 paarweise synchron betätigt werden. Dabei haben bei jeder Betätigung von Schaltern gleichzeitig Ladungsaustauschungen zwischen dem Hauptkondensator COIh und je einem Kondensator aus jeder der beiden Gruppen von Nebenkondensatoren stattzufinden. In F i g. 1 b ist noch angegeben, in welcher Weise die elektrische Länge Z 3 und der Wellenwiderstand Z 3 von der charakteristischen Zeitdauer T und der Kapazität C des Hauptkondensators COIh abhängt. Diese Formeln entsprechend den anderen angegebenen Formeln.

Diese Eigenschaften des dritten Grundfilters, nämlich des Hauptkondensators COIh, sind anders, wenn die Schalter 52 ... 57 anders betätigt werden, beispielsweise derart, daß im zeitlichen Abstand T/2 abwechselnd nacheinander die Schalter

52—55—53—56—54—57—52—55

usw. betätigt werden. Hierbei bleibt der zeitliche Abstand der Betätigung von Schaltern innerhalb jeder einzelnen Gruppe wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen stets gleich T. Bei dieser Betriebsweise der Schalter finden gleichzeitig Ladungsaustauschungen zwischen dem Hauptkondensator COIh und jeweils nur mit einem Nebenkondensator aus entweder der einen oder der anderen Gruppe von Nebenkondensatoren statt. Dadurch wirkt hier der Hauptkondensator wie eine Verzögerungsleitung, die

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zwischen beiden Gruppen von Nebenkondensatoren gleich zu den Widerständen, welche die Gruppen von eingefügt ist. In diesem Fall verhält sich das Fre- Nebenkondensatoren jeweils aufweisen, sehr hoch ist. quenzfilter gemäß Fig. la wie das Frequenzfilter ge- Daher stellt das Frequenzfilter gemäß Fig. la bei maß Fig. Ic, das dem Frequenzfilter gemäß Fig. Ib dieser Betriebsweise der Schalter für die Frequenz gleicht, das aber ein vierpolmäßig betriebenes Lei- 5 Ve T offensichtlich einen Bandpaß dar. tungsstück zwischen den Schaltungspunkten 3, 4, S, 6 Auch bei der anderen Betriebsweise der Schalter,

aufweist. Für die elektrische Länge 13 und den WeI- also abwechselnder Betätigung, wirken bei der Molenwiderstand Z 3 dieses Leitungsstückes gelten die- dulationsfrequenz VeT die beiden Gruppen von selben Formeln wie sonst (s. Fig. Ic). Nebenkondensatoren ähnlich wie Serienresonanz-

Die vorstehend behandelte Analogie zwischen den io kreise, deren Widerstand sehr klein ist. Der Hauptbeim Frequenzfilter gemäß Fig. la vorgesehenen kondensator COlh stellt aber hier ein vierpolmäßig Grundfiltern und den gemäß Fig. Ib und Ic aus betriebenes Leitungsstück dar, welches auch hier kür-Leitungsstücken bestehenden Grundfiltern ist erfüllt, zer als λ[4 ist (s. F i g. 1 c). Dieses Leitungsstück wirkt wenn die aus Leitungsstücken aufgebauten Frequenz- zwar widerstandstransformierend, die Übertragung filter mit sinusförmigen Signalwechselströmen ge- 15 der Modulationsfrequenzen zum Verbraucher V wird speist werden und wenn das Frequenzfilter gemäß hierbei aber nicht wesentlich beeinträchtigt. Auch ein F i g. 1 a mit amplitudenmodulierten Signalimpulsen im Vierpol querliegender Kurzschluß tritt durch sie gespeist wird, deren Folgefrequenz gleich dem Kehr- nicht ein, sofern keine ungeeignete Fehlanpassung wert der bereits definierten charakteristischen Zeit- des Verbrauchers vorliegt. Offensichtlich liegt ein dauer T ist und deren Modulationsfrequenz gleich ao Durchlaßbereich vor, der, wie sich zeigt, Bandpaßgroß wie die Frequenz der erwähnten Signalwechsel- charakteristik besitzt.

ströme ist. Hierbei ist selbstverständlich das Abtast- Bei der Modulationsfrequenz */s T wirken die bei-

thorem für das Verhältnis der Folgefrequenz der den Gruppen von Nebenkondensatoren CO 2, CO 3, Signalimpulse und der Frequenzen der Signalwechsel- CO 4 und CO 5, CO 6, COl jeweils ähnlich wie Parströme einzuhalten. 25 allelresonanzkreise mit extrem hohem Widerstand.

Diese Analogie gilt auch für andere Ausführungs- Die ihnen entsprechenden Leitungsstücke (s. Fig. Ib beispiele von Frequenzfiltern mit Schaltern, die durch und Ic) mit den elektrischen Längen 11 = 12 stellen Impulsfolgen gesteuert sind, wie sie z. B. in den nämlich diesmal A/2-Parallelresonanzkreise dar. Fig. 2a und 3a dargestellt sind. Zur Ermittlung von Bei paarweiser Betätigung der Schalter 52 ... 57

deren Eigenschaften sind dann entsprechend aus Lei- 30 wirkt der Hauptkondensator COIh wieder wie eine tungsstücken aufgebaute Frequenzfilter zu benutzen. Kapazität, da die elektrische Länge des ihm entspre-Die an sich bekannte Berechnung des Frequenzgan- chenden Leitungsstückes entsprechend Fig. Ib auch ges von aus Leitungsstücken aufgebauten Frequenz- für diese Modulationsfrequenz kürzer als λ/4 ist. Der filtern liefert dann Ergebnisse, welche auch jeweils Hauptkondensator COl h besitzt hier daher im Verbezüglich der Modulationsfrequenzen der Signal- 35 hältnis zu den beiden Gruppen von Nebenkondenimpulse für den Frequenzgang von Frequenzfiltern satoren einen verhältnismäßig kleinen kapazitiven mit Schaltern gelten, welche durch Impulsfolgen ge- Widerstand. Bei der Modulationsfrequenz Ys T wirkt steuert sind. Werden diese Modulationsfrequenzen das Frequenzfilter der Fig. la wie eine Bandsperre, unmittelbar in Form von Signalwechselspannungen Bei abwechselnder Betätigung der Schalter wirkt

an das Frequenzfilter angelegt, so ergeben sich ahn- 40 der Hauptkondensator COl h bei der Modulationsliche Verhältnisse, wenn z. B. die Schalter des Fre- frequenz Ys Γ wie ein vierpolmäßig betriebenes Leiquenzfilters selbst die Abtastproben erzeugen. tungsstück, deren elektrische Länge kürzer als XjA ist.

Mit Hilfe der Analogie zwischen Frequenzfiltern In Serie zum Verbraucher V (s. F i g. 1 a) liegt zwigemäß der Erfindung und aus Leitungsstücken auf- sehen den Schaltungspunkten 5 und 7 ein Λ/2-Pargebauten Filtern läßt sich auch der Frequenzgang des 45 allelresonanzkreis mit extrem hohem Widerstand, so in F i g. 1 a dargestellten Frequenzfilters darstellen. daß wegen der damit verbundenen Spannungsteilung Es ergibt sich dabei, daß bei beiden vorgesehenen am Verbraucher V eine erheblich kleinere Spannung Betriebsweisen Frequenzbereiche mit Bandpaß- und als zwischen den Schaltungspunkten 5, 6 auftritt. Das Bandsperrbereichen auftreten. Die Lage derartiger Leitungsstück zwischen den Schaltungspunkten 3, 4, Bereiche wird im folgenden an Hand einiger Ana- 50 5, 6 wirkt bekanntlich ähnlich wie ein Transformator, logiebetrachtungen erörtert. so daß es den extrem hohen Widerstand zwischen

In Abhängigkeit von der Größe der Modulations- den Schaltungspunkten 5, 6 in einen kleineren Widerfrequenzen treten bei Leitungsstücken Parallelreso- stand zwischen den Schaltungspunkten 3, 4 transfornanzen oder Serienresonanzen auf. Bei der Modula- miert. Entsprechend wirkt auch der Hauptkondensationsfrequenz Ve T sind die Leitungsstücke mit den 55 tor beim Frequenzfilter gemäß F i g. 1 a. Es liegt nun elektrischen Längen Zl und 12 (s. Fig. Ic) A/4- in Serie zu dem erwähnten kleinen Widerstand zwi-Serienresonanzkreise. Bei dieser Modulationsfre- sehen den Schaltungspunkten 3, 4 der extrem hohe quenz besitzen also die beiden ihnen entsprechenden Widerstand zwischen den Schaltungspunkten 1 und 3. Gruppen von Nebenkondensatoren CO 2, CO 3, CO 4 Wegen der auch hier auftretenden Spannungsteilung und COS, CO6, CO7 sehr kleine Widerstände. Das 60 liegt auch an den Schaltungspunkten 3 und 4 eine er-Leitungsstück mit der elektrischen Länge 13 heblich kleinere Spannung als an den Schaltungs-(s. Fig. Ib und Ic) ist bei der gleichen Modulations- punkten 1 und 2. Die Spannung der eingespeisten frequenz kürzer als I/'4. Wegen der in Fig. Ib vor- Modulationsfrequenz wurde also zweifach unterteilt, gesehenen Schaltungsweise als Zweipol wirkt es ka- wodurch das Frequenzfilter gemäß Fig. la bei abpazitiv. Der ihm entsprechende Hauptkondensator 65 wechselnder Betätigung der Schalter hier wie eine COIh wirkt daher ebenfalls kapazitiv. Der Haupt- Bandsperre wirkt.

kondensator besitzt also bei paarweiser Betätigung Es bestätigt sich, daß je nach dem Verhältnis der

der Schalter 52.. .57 einen Widerstand, der im Ver- Modulationsfrequenz zur Folgefrequenz l/T der

Signalimpulse die betrachteten Ausführungsbeispiele Grenzfrequenz selber liegt und daher nur beschränkt des erfindungsgemäßen Frequenzfilters sowohl Band- ausnutzbar ist. Wenn drei Nebenkondensatoren vorpaß- als auch Bandsperreigenschaften haben. Diese handen sind, liegt die tiefste ausnutzbare Serientreten bei bestimmten Frequenzen auf. Diese Fre- resonanz bei einem Drittel der genannten Grenzquenzen können durch verschiedene Maßnahmen be- 5 frequenz, die tiefste, ausnutzbare Parallelfrequenz einflußt werden. Zunächst sind sie, wie bereits ange- liegt bei zwei Drittel der genannten Grenzfrequenz, deutet, von der charakteristischen Zeitdauer T ab- während bei der Grenzfrequenz eine nur noch behängig. Ferner können sie durch Änderung der An- schränkt ausnutzbare Serienresonanz liegt. Bei Vorzahl von Nebenkondensatoren innerhalb jeder handensein von z. B. sechs Nebenkondensatoren ist Gruppe von Nebenkondensatoren beeinflußt werden, io in analoger Weise die tiefste, ausnutzbare Serienda, wie bereits angegeben, die elektrische Länge der resonanz bei ein Sechstel der genannten Grenzihnen entsprechenden Leitungsstücke Zl und 12 da- frequenz, bei zwei Sechstel (ein Drittel) dieser Grenzvon abhängt. Durch passende Wahl der Kapazität der frequenz liegt die tiefste ausnutzbare Parallelresonanz, Nebenkondensatoren C bzw. C" des Hauptkondensa- bei drei Sechstel (einhalb) der Grenzfrequenz liegt tors kann außerdem der Wellenwiderstand Z der 15 die zweittiefste, ausnutzbare Serienresonanz, bei vier Grundfilter und damit die Filtercharakteristik, wie Sechstel (zwei Drittel) der Grenzfrequenz liegt die Flankensteilheit und Bandbreite, in weiten Grenzen zweittiefste, ausnutzbare Parallelresonanz, bei fünf nach Bedarf verändert werden. Sechstel der Grenzfrequenz liegt die drittiefste, aus-

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen nutzbare Serienresonanz, während bei der Grenz-Frequenzfilter, auch der des Hauptpatentes, besteht 20 frequenz die nur noch beschränkt ausnutzbare, drittdarin, daß sie gleichsam aus Leitungsstücken auf- tiefste Parallelresonanz vorliegt. Stets wechseln gebaute Frequenzfilter darstellen, bei welchen die Serienresonanzen und Parallelresonanzen miteinander elektrische Länge der analogen Leitungsstücke in auf ab, und die Höhe der Resonanzfrequenzen einer wirtschaftliche Weise sonst nicht erreichbarem Aus- Gruppe aus N Nebenkondensatoren ist ein ganzmaß extrem groß ist und bei welchen der Wellen- 25 zahliges Vielfaches von V2 TN, wobei V2 T wieder die widerstand insbesondere durch Änderung der Kapa- genannte Grenzfrequenz ist. Durch Ändern der Anzitäten C bzw. C in weitesten Grenzen nach Bedarf zahl N der Nebenkondensatoren einer Gruppe läßt geändert werden kann. Beispielweise betragen die sich also die Zahl und die Höhe ihrer ausnutzbaren elektrischen Längen der Leitungsstücke von Fig. Ib Resonanzfrequenzen ändern. Das gleiche gilt für die bei einer Folgefrequenz l/T = 10 kHz der Signal- 30 dadurch bestimmten Bandpaß- und Bandsperrimpulse bereiche der Frequenzfilter.

Il = 12 = 45 km; Auch das Verhalten der weiteren Ausgestaltungen

13 = 15 km. ^es erfindungsgemäßen Frequenzfilters kann mit

Hilfe von aus Leitungsstücken aufgebauten Frequenz-

Daher wirken die durch Schalter gesteuerten Fre- 35 filtern beschrieben werden. Dies gilt auch für die im quenzfilter selbst bei extrem niedrigen Frequenzen Hauptpatent erfaßten Frequenzfilter,
wie die bekannten, aus Leitungsstücken aufgebauten Fig. 2a zeigt eine Ausgestaltung des erfindungs-

Frequenzfilter der Hochfrequenztechnik. Da außer- gemäßen Frequenzfilters, bei der der Hauptkondendem die KapazitätC bzw. C in weitesten Grenzen sator COIh durch Parallelkondensatoren COIi, verändert werden kann, erreicht man Änderungen 40 COIk, COIl, COIm und COIn ergänzt ist, wobei der Wellenwiderstände in einem Ausmaß, das bei jedem dieser Kondensatoren ein individueller Schalden aus wirklichen Leitungsstücken aufgebauten Fre- ter zugeordnet ist. Die Schalter der beiden Gruppen quenzfiltern praktisch unmöglich ist. Man erreicht da- von Nebenkondensatoren werden auf gleiche Weise her durch Anwendung der erfindungsgemäßen Fre- wie bei Fig. la bei paarweiser Durchschaltung von quenzfilter, wie auch bei allen Frequenzfiltern nach 45 52, 55 und 53, 56 und 54, 57 betätigt. Die Schalter Art des Hauptpatentes, eine weitere Variationsmög- der Gruppe von Kondensatoren, zu der der Hauptlichkeit bei der Entwicklung von Frequenzfiltern, in- kondensator und die Parallelkondensatoren gehören, dem diese auch aus Grundfiltern mit zu Leitungs- werden ebenfalls zeitlich gegeneinander versetzt bestücken analogen Eigenschaften aufgebaut werden tätigt, wie wieder durch die Schräglage des Balkens können. 50 in den Schaltersymbolen angedeutet ist. Wie bei den

Wegen des Abtasttheorems kann bei den oben an- beiden Gruppen von Nebenkondensatoren ist auch gegebenen Betriebsweisen der Schalter das erfin- bei der aus Hauptkondensator und Parallelkondendungsgemäße Frequenzfilter nur bei Modulations- satoren bestehenden Gruppe der zeitliche Abstand frequenzen ausgenutzt werden, die unterhalb der zwischen der Betätigung benachbarter Schalter gleich Grenzfrequenz V2 T liegen. Durch Vermindern oder 55 der charakteristischen Zeitdauer T, so daß hier jeder Vermehren der Anzahl von Nebenkondensatoren Schalter innerhalb der Gruppe aus Hauptkondensator innerhalb jeder Gruppe von Nebenkondensatoren und Parallelkondensatoren jeweils in der Zeit 6 T nur kann außer der Höhe der Durchlaß- bzw. Sperr- einmal schließt, falls insgesamt sechs Kondensatoren frequenzen auch noch die Anzahl der technisch aus- parallel geschaltet sind, wie es auch in der Fig. 2a nutzbaren Serienresonanzen und Parallelresonanzen 60 gezeigt ist. Da die Schalter der Nebenkondensatoren jeder Gruppe von Nebenkondensatoren und damit demgegenüber doppelt so oft betätigt werden, wurdes Frequenzfilters verändert werden. den in ihr Schaltersymbol zwei gekreuzte Balken statt

So liegt etwa bei Vorhandensein von nur zwei eines Balkens eingezeichnet.

Nebenkondensatoren innerhalb einer Gruppe nur In allen Gruppen von Kondensatoren wird also

eine einzige Serienresonanz innerhalb des zulässigen 65 unabhängig von der Anzahl der Kondensatoren je Modulationsfrequenzbereiches, und zwar bei der Gruppe jeweils nach der charakteristischen Zeithalben Grenzfrequenz, während die tiefste auf- dauer T nur einer der Schalter innerhalb derselben tretende Parallelresonanz dieser Gruppe bei der Gruppe betätigt, so daß jeder einzelne Schalter inner-

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halb einer Gruppe in der Zeit NT nur einmal be- gegeben, nur eine Resonanz, nämlich eine Serientätigt wird, falls die betreffende Gruppe aus insge- resonanz auftritt. Dabei sind die Schalter 52 und 53 samt N Kondensatoren besteht. (bzw. 55 und 56) dermaßen zeitlich gegeneinander

In Fig. 2 b ist ein aus Leitungsstücken auf ge- versetzt zu betätigen, daß der Schalter 53 (bzw. 56) bautes, zum Frequenzfilter gemäß Fig. 2a analoges 5 jeweils nach der charakteristischen Zeitdauer T nach Frequenzfilter gezeigt. Da sich an den beiden Grund- dem Schalter 52 (bzw. 55) betätigt wird, so daß filtern 1, 3/5 und 3/5, 7 beim Übergang von F i g. 1 a jeder der Schalter dieser Nebenkondensatoren jeweils zu 2a nichts änderte, besitzen die in Fig.2b für nach der Zeitdauer2T einmal betätigt wird. Dem diese beiden Gruppen von Nebenkondensatoren an- Hauptkondensator COl h sind als Beispiel drei Pargegebenen, analogen Leitungsstücke die gleiche elek- io allelkondensatorenCOlz, CO Ik und COlZ parallel trische Länge Zl bzw. 12 und den gleichen Wellen- geschaltet. Die Schalter 514, 515 und 516 sind zwiwiderstandZl bzw. Z 2 wie in Fig. Ib. sehen dem Hauptkondensator und den Parallel-

Die Gruppe aus Hauptkondensator und Parallel- kondensatoren im Vierpol längsliegend angeordnet, kondensatoren zwischen den Schaltungspunkten 3/5 Dabei wird der Schalter 514, welcher den Schaltern und 4/6 hat die Eigenschaften eines zweipolmäßig 15 der ersten Gruppe von Nebenkondensatoren 52, 53 betriebenen, am Ende offenen Leitungsstückes mit benachbart ist, um die Zeitdauer T/2 versetzt gegender elektrischen Länge Z 3 und dem Wellenwiderstand über den Schaltern 52, 53 und 515 betätigt, wie Z3, wie in der Fig. 2b angegeben ist, wobei sechs durch die Schräglage der Balken in den Schalter-Kondensatoren berücksichtigt sind. Seine elektrische Symbolen der F i g. 3 a angedeutet ist. Ebenso wird Länge Z 3 ist proportional der Gesamtzahl von Kon- ao der Schalter 516, welcher den Schaltern der zweiten densatoren in der Gruppe aus Hauptkondensator Gruppe von Nebenkondensatoren 55, 56 benachbart und Parallelkondensatoren, während sein Wellen- ist, um die Zeit T/2 zeitlich versetzt gegenüber den widerstand Z 3 nur von der charakteristischen Zeit- Schaltern 55, S 6 und 515 betätigt. Die zu dem dauer T und von der Kapazität C jedes der unter Hauptkondensator und Parallelkondensatoren gesich als gleich angenommenen Parallelkondensatoren 25 hörenden, im Vierpol längsliegenden Schalter 514, und des Hauptkondensators abhängt. 515, 516 sind stets so betätigt, daß benachbarte

Es hat sich gezeigt, daß das in Fig. 2a gezeigte Schalter dieser längsliegenden Schalter stets um die Frequenzfilter vorzugsweise als Bandpaß ausnutzbar Zeit T/2 versetzt abwechselnd betätigt werden, so ist und dabei ähnliche Eigenschaften wie der bereits daß jeder dieser Schalter 514, 515, 516 jeweils in erwähnte Bandpaß gemäß dem Buch von Bark- 30 der charakteristischen Zeitdauer T nur einmal behausen, »Elektronenröhren«, Bd. ΙΠ, 1929, S. 227, tätigt wird, wie in Fig. 3 a angedeutet ist. Bild 112, hat. Bei der Modulationsfrequenz ¹A T wir- Zwischen den Schaltungspunkten 3, 4, 5, 6 liegt

ken nämlich die beiden Gruppen von Nebenkonden- ein Grundfilter, das dem in Fig. 3b gezeigten, viersatoren CO 2, CO 3, CO 4 und CO 5, CO 6, CO 7 polmäßig betriebenen Leitungsstück entspricht. Seine wieder ähnlich wie Serienresonanzkreise mit sehr 35 elektrische Länge Z 3 ist dabei proportional zur Ankleinem Widerstand. Bei der gleichen Modulations- zahl der zur Gruppe aus Hauptkondensator und frequenz wirkt der Zweipol 3/5, 4/6 ähnlich wie ein Parallelkondensatoren COIh... COlZ gehörenden Parallelresonanzkreis mit sehr hohem Widerstand. Kondensatoren. Die in Fig. 3b für Z3 angegebene Damit besitzt das Frequenzfilter der F i g. 2 a bei Formel gilt dabei für eine Gruppe, bestehend aus der Modulationsfrequenz ¹A T Bandpaßeigenschaften. 40 dem Hauptkondensator und drei Parallelkonden-Durch Änderung der Anzahl von Nebenkonden- satoren entsprechend der F i g. 3 a. Auf die. wesentsatoren innerhalb jeder Gruppe von Nebenkonden- lichsten Eigenschaften eines derartigen Vierpols 3, 4, satoren COl₁ CO 3, CO 4 und CO 5, CO 6, CO 7 ist 5, 6 wurde bereits im Hauptpatent hingewiesen, wie bei der Schaltung der F i g. 1 a die Anzahl und Das Frequenzverhalten des Frequenzfilters sei an

Höhe der Resonanzfrequenzen dieser Gruppen ander- 45 Hand der Fig. 3 a erläutert. Die eine Gruppe von bar. Durch Änderung der Anzahl der Kondensatoren Nebenkondensatoren CO 2, CO 3 entspricht bei der der dritten Gruppe COIh... COIn ist in gleicher Modulationsfrequenz ¹AT einem zweipolmäßig be-Weise die Anzahl und Höhe der Resonanzfrequenzen triebenen, am Ende offenen, in Serienresonanz bedes Zweipols 3/5, 4/6 änderbar. Es ist damit möglich, findlichen Leitungsstück, sie hat also einen sehr kleidie elektrischen Längen der Leitungsstücke der 50 nen Widerstand. Die andere Gruppe von Nebenanalogen Filterschaltung von Fig. 2b abzuändern, kondensatoren CO5, CO6 besitzt dann ebenfalls insbesondere auch zu dem Zweck, daß das Filter ent- einen sehr kleinen Widerstand. Zwischen den Schalsprechend Fig. 2 a Eigenschaften einer Bandsperre tungspunkten 3, 4, 5, 6 wirken der Hauptkondensator erhält, wobei die beiden Gruppen von Nebenkonden- und die Parallelkondensatoren wie ein vierpolmäßig satoren in Parallelresonanz betrieben werden, wäh- 55 betriebenes Leitungsstück mit der elektrischen rend der Hauptkondensator zusammen mit den Länge A/2. Ein solches Leitungsstück bewirkt, daß Parallelkondensatoren in Serienresonanz betrieben der Widerstand zwischen den Schaltungspunkten 5 werden. und 6 gleich dem Widerstand zwischen den Schal-

Fig. 3a zeigt eine weitere Ausgestaltung des er- tungspunkten3 und 4 ist, und zwar unabhängig vom findungsgemäßen Frequenzfilters, bei dem Grund- 60 Wellenwiderstand Z 3, d. h. unabhängig von der filter nach Art des Hauptpatentes zu komplizierteren Größe der Kapazität C der als gleich angenommenen Filtern kombiniert werden. Abweichend von Fig. 1 a Kondensatoren COIh,.. COlZ. Aus diesem Grund und 2a dieses Zusatzpatentes sind hier zwei Grup- stellt das Frequenzfilter der Fig. 3a für die Modupen von Nebenkondensatoren CO 2, CO 3 bzw. CO 5, lationsfrequenz ¹U T einen Bandpaß dar. CO6 vorgesehen, die aus jeweils nur zwei Konden- 65 Das gleiche Frequenzfilter besitzt zwar bei der satoren mit ihnen individuell zugeordneten Schaltern Frequenz V2 T an sich die Eigenschaften einer Bandbestehen, damit innerhalb des wegen des Abtast- sperre. Diese Sperrfrequenz liegt aber an der durch theorems zulässigen Frequenzbereiches, wie oben an- das Abtasttheorem bestimmten Grenze des Frequenz-

bereiches. Diese Sperrfrequenz ist daher technisch nur noch beschränkt ausnutzbar. Somit liegt nur die eine Durchlaßfrequenz bei ¹U T im voll ausnutzbaren, zulässigen Frequenzbereich.

Auch hier ist es durch Änderung der Anzahl der in jeder Gruppe vorhandenen Nebenkondensatoren CO2, CO 3 bzw. COS, CO6 so wie durch Änderung der Kondensatoren der Gruppe aus Hauptkondensator und Parallelkondensatoren COIh... COIl, d. h. durch Änderung der entsprechenden elekirischen Längen 11, 12 und 13 in weiten Grenzen nach Bedarf möglich, sowohl die Anzahl der voll ausnutzbaren Resonanzfrequenzen zu erhöhen als auch diejenigen Frequenzen zu ändern, bei der das Frequenzfilter als Bandsperre oder Bandpaß wirkt. Die elektrischen Längen der in Fig. 3b dargestellten Leitungsstücke sind ja, wie beschrieben, jeweils proportional der Anzahl der ihnen entsprechenden Kondensatoren (s. F i g. 3 a). Durch passende Wahl der KapazitätenCbzw. C der Kondensatoren, d.h. durch Wahl der Wellenwiderstände Zl, Z2 und Z3, für welche die in F i g. 3 b angegebenen, von der Anzahl der Kondensatoren je Gruppe unabhängigen Formeln gelten, kann man unter anderem die Flankensteilheit des Frequenzfilters in beabsichtigter Weise beeinflüssen. Hierbei wird nämlich die Anpassung zwischen Frequenzfilter und Verbraucher, eventuell auch Generator, verändert.

Es sei noch bemerkt, daß die vorstehend behandelten Methoden zur Änderung von Filtereigenschäften bei allen Ausführungsbeispielen für das erfindungsgemäße Frequenzfilter anwendbar sind. Dies gilt auch für die im Hauptpatent angegebenen Frequenzfilter.

Bei den bisher beschriebenen Frequenzfilterbeispielen war es erforderlich, daß der Generator G (s. Fig. la) an ein Frequenzfilter, dessen Schalter mit der charakteristischen Zeitdauer T betätigt werden, entweder Signalwechselspannungen oder Signalimpulse liefert, deren Folgefrequenz stets gleich HT ist. Die elektrische Länge I der den Grundfiltern analogen Leitungsstücke war dabei um ein ganzzahliges Vielfaches von ΔI = vT/2 durch Änderung der Anzahl von Kondensatoren innerhalb des betreffenden Grundfilters änderbar.

Eine weitere Variationsmöglichkeit der Frequenzfilter erreicht man nun durch Einfügung konventionell gebauter Filter, wie anschließend erläutert wird, wodurch die charakteristische Zeit T der Frequenzfilter unabhängig von der Höhe der Folgefrequenz der Signalimpulse des Generators G gewählt werden kann und wodurch damit die elektrischen Längen I der den Grundfiltern analogen Leitungsstücke kontinuierlich nach Bedarf geändert werden kann.

Man erreicht dies z. B., indem man zwischen den Generator G und den Frequenzfiltereingang 1,2 noch ein derartiges konventionelles Tiefpaßfilter einfügt, welches die Ladungsaustauschungen bzw. Energieaustauschungen im Frequenzfilter nicht behindert, in welchem also z. B. ein zum Tiefpaß gehörender Kondensator zwischen den Schaltungspunkten 1, 2 des Frequenzfilters liegt. Es ist dann die charakteristische Zeitdauer T des Frequenzfilters unabhängig von der Folgefrequenz der vom Generator G gelieferten Signalimpulse, weil der Tiefpaß diese Signalimpulse demoduliert. Bei Einfügung derartiger Tiefpaßfilter ist es daher möglich, durch passende Wahl der charakteristischen Zeitdauer T die elektrischen Längen I der den Grundfiltern analogen Leitungsstücke und damit insbesondere die Resonanzfrequenzen der erfindungsgemäßen Frequenzfilter kontinuierlich in weitesten Grenzen nach Bedarf zu ändern. Umgekehrt kann auch die Folgefrequenz der vom Generator G gelieferten Signalimpulse trotz konstanter charakteristischer Zeitdauer T beliebig verändert werden, ohne daß der Frequenzgang des Frequenzfilters davon beeinflußt wird. Ferner darf der Generator G dann auch sinusförmige Signalwechselströme zur Speisung liefern.

Der Generator G kann nun seinerseits auch durch ein weiteres, Signalimpulse lieferndes, erfindungsgemäßes Frequenzfilter ersetzt werden, dessen charakteristische Zeitdauer T beliebig von der charakteristischen Zeitdauer T des nachfolgenden Frequenzfilters abweicht, weshalb durch Einfügen solcher konventionellen Tiefpässe erreicht wird, daß sehr viele erfindungsgemäße Frequenzfilter, deren jeweilige charakteristische Zeitdauern beliebig untereinander abweichen, in Kette geschaltet werden können. Damit kann man insbesondere Kettenschaltungen aus erfindungsgemäßen Frequenzfiltern aufbauen, bei denen z. B. die jeweiligen Resonanzfrequenzen völlig unabhängig voneinander kontinuierlich nach Bedarf verändert werden können. Bei solchen Kettenschaltungen können Frequenzfilter, wie sie im Hauptpatent angegeben sind, benutzt werden.

Durch Einfügung solcher Tiefpässe zwischen dem Ausgang 7, 8 der erfindungsgemäßen Frequenzfilter und dem Verbraucher V läßt sich insbesondere erreichen, daß der Verbraucher V nur mit den Modulationsfrequenzen statt mit ampHtudenmodulierten Signalimpulsen beliefert wird.

Man kann auch vorsehen, daß statt der genannten konventionellen Tiefpaßfilter andere konventionelle Filter mit anderem Frequenzgang verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Vorteile von oftmals sehr einfach aufgebauten konventionellen Filtern mit den Vorteilen der durch Schalter gesteuerten Frequenzfilter zu kombinieren, indem die Kombination von konventionellen Filtern mit durch Schalter gesteuerten, dem Hauptpatent entsprechenden Frequenzfiltern eine weitere Variationsmöglichkeit bei der Entwicklung von Filtern gestattet.

Alle genannten Frequenzfilter können dabei auch in Form von integrierten Schaltkreisen hergestellt werden, wobei die genannten konventionellen Filter insbesondere als .RC-Filter aufzubauen sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Frequenzfilter nach Patent 1275 218, bei dem ein zentraler Hauptkondensator und mehrere dezentrale Nebenkondensatoren vorgesehen sind und das als Vierpol zwischen einem Generator und einem Verbraucher eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenkondensatoren (CO2... COl) individuell mit zu Energieaustauschungen dienenden Schaltern (52... 57) versehen sind und in zwei Gruppen (CO 2, CO3, CO4 bzw. COS, CO6, COT) eingeteilt sind, die in Reihenschaltung in dem Vierpol (1, 2, Ί, 8) längsliegend eingefügt sind, und daß der Hauptkondensator (COl K) zwischen den beiden genannten Gruppen von Nebenkondensatoren im Vierpol querliegend eingefügt ist.

2. Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die den Nebenkondensatoren individuell zugeordneten Schalter paarweise betätigt werden, wobei jeweils ein Schalter der einen Gruppe und ein Schalter der anderen Gruppe von Nebenkondensatoren beteiligt ist (52 synchron zu 55; 53 synchron zu 56; 54 synchron zu 57).

3. Frequenzfilter nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichen Zeitspanne jeweils nur einer der den Nebenkondensatoren zugeordneten Schalter (52... ST) betätigt wird, wobei abwechselnd ein Schalter der einen Gruppe (52,53,54) und ein Schalter der anderen Gruppe (55, 56, ST) betätigt wird.

4. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkondensator (COl h) durch parallelgeschaltete Parallelkondensatoren (Fig.2a, COIi... COIn bzw. Fig. 3a, COIi... COIl) ergänzt ist. ao

5. Frequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hauptkondensator und

den Parallelkondensatoren Schalter (Fig. 2a,. 58 ... 513) individuell vorgeschaltet sind, welche mit Impulsen der vorgesehenen Impulsfolgen gesteuert werden.

6. Frequenzfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter (Fig.3a, 514... 516) vorgesehen sind, über die Energieaustauschungen zwischen im Vierpol (1, 2, 7, 8) querliegend eingefügte Kondensatoren (COIh... COlT) stattfinden, daß diese Schalter(514... 516) im Längszweig des Vierpols (3, 5) liegen und daß sie durch Impulsfolgen gesteuert werden, die für benachbarte Schalter zeitlich gegeneinander versetzt sind.

7. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein konventionelles Frequenzfilter dem Frequenzfiltereingang (1, 2) vorgeschaltet ist.

8. Frequenzfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein konventionelles Frequenzfilter dem Frequenzfilterausgang (7, 8) nachgeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen