DE1441679A1

DE1441679A1 - Breitbandfilter

Info

Publication number: DE1441679A1
Application number: DE19631441679
Authority: DE
Inventors: Garstang William Walk
Original assignee: Globe Union Inc
Current assignee: Globe Union Inc
Priority date: 1962-03-29
Filing date: 1963-02-22
Publication date: 1968-11-28
Also published as: US3289118A; GB1026331A

Description

Die Erfindung betrifft ©inen- elektrischen Breitbandfilter.

Der nutzbare Frequenzbereich von zur Zeit erhältlichen Filtern ist in einer Hinsicht durch die Kapazität begrenzt, die innerhalb der den Filtern auferlegten Grössengrenzen erreicht werden kann. Der allgemein nutzbare Bereich ist ungefähr fünfzig bis mehrere tausend Megahertz. Die gegenwärtig erzielbare maximale Kapazität liegt in der Grossenordnung von 2000 - 5000 pF, die zur Dämpfung bei weit unter 50 - 100 Megahertz liegenden Frequenzen nicht ausreicht. Den zur Zeit erhältlichen Filtern sind weiterhin auch dadurch Grenzen gesetzt, dass das normale Ferritelement oder die Ferritelemente nur bei Frequenzen über 50 - 100 Megahertz wirksam werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Breitbandfilter zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung liefert eine zusammengesetzte Breitbandfiltereinheit mit wenigstens einem Kondensator, dessen Dielektrikum von einem Körper aus reduziertem Titanat gebildet is1

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an dem an zwei auseinanderliegenden Stellen elektrische Leiter befestigt sind« Diese zusammengesetzte Breitbandfiltereinheit ist erfindungsgemäss gekennzeichnet-durch Mittel, welche· den Kondensator im Filter in eine Parallelschaltungsbeziehung elektrisch einschalten»

Die Erfindung besteht auch aus einer Breitbandfiltereinheit, die wenigstens zwei Kondensatoren verschiedener Kapazität, einen Durchgangsleiter und ein mit diesem Durchgangsleiter in induktiver Beziehung stehendes Impedanzelement- umfasst und in welcher die Kondensatoren im Filter parallel geschaltet sind*

Die Erfindung besteht auch aus einer zusammengesetzten Breltbandfiltereinheit, die wenigstens zwei Kondensatoren-umfasst und in welcher jeder. Kondensator eine andere Kapazität besitzt. -.'·■ -

In einer bevorzugten Ausführungsform der-Erfindung wird ein Kondensator aus reduziertem Titanat verwendet, wodurch eine merkliche Erhöhung der Kapzität erzielt werden kann. Für Kondensatoren vergleichbarer trosse beträgt das Verhältnis der Kapazität eines aus reduziertem Titanat bestehenden Kondensators zur Kapazität eines herkömmlichen Kondensators ungefähr .100 zu U ■

Zur Verbesserung der lTiederfreq.uenzkennwerte wird anstelle de:r normalerweise vorgesehenen Elemente aus reinein Ferrit Eisenpulver oder eine Kombination von Eisenpulver und Ferrit vf!rwi?ndet Eine Verbesserung wird teilweise auch durch Verwendung· einea Kondensators aus reduziertem Titänat erzielt. .

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Ein weiterer Mangel der zur Zeit erhältlichen Filter liegt darin, dass innerhalb des nutzbaren Bereiches bestimmte Bänder vorhanden sind, wo eine Verringerung der Wirksamkeit des Filters auftritt. Bei Filtern mit mehr als einem Kondensator, beispielsweise bei JL -Filtern, geraten die Kondensatoren bei bestimmten Frequenzen in Resonanz und sind dann für die Filterung nicht mehr zu gebrauchen. Zur Beseitigung dieses Mangels wird vorgesehlagen, Filterkondensatoren mit unterschiedlicher Kapazität vorzusehen, d. h. einen Stufenfilter, der verhältnismässig frequenzunabhängig ist.

Zum klareren Verständnis der Erfindung wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen gezeigt, in denen zeigeni

Fig. 1 einen Längsschnitt des Filters, Fig. 2 ein Schaltbild des Filters,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Betriebsdämpfung in Abhängigkeit von der Frequenz und

Fig. 4 einen Schnitt einer anderen Ausführungsform des Filters,

Der im allgemeinen zylindrische Filter 10 besteht aus einem Durchgangs leiter 11 und aus einem den Durehgangsleiter umgebenden Körper 12. Bei den bekannten Filtern besteht der HÖrper 12 gewöhnlich aus einem als Ferrit bekannten Material» Ein derartiges Material kann zwar auch beim Filter nach der Erfindung verwendet werden, jedoch kann auch ein anderes Material

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in Erwägung gezogen werden, wenn die liiederfreqiienzkennwerte oder die Hoehfrequenzkennwerte des Filters verbessert werden sollen. Der Körper 12 steht in induktiver Beziehung zum Leitez?

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11 und erzeugt bei hohen Frequenzen eine wesentliche 'Impedanz« Der Körper 12 wird daher in der weiteren Bsschreibung als Impedanzglied bezeichnet« ^:

Der Filter 10 enthält auch zwei Kondensatoren16und 18^ die vorzugsweise das Impedaiisglied 12 umgeben»- Ma Ä"bstanSlihalt$r %Q /au», geöigfteiem·-dl&ktriaöiitii .isöliermatirial,;- bfi-«.^.- /^ spielsweis© Steatit, ist awisehen den beiden Eondeäsktoreä angeordnet und isoliert diee#vc>fteinanöer© Sie Kondensatoren 16 una 18 tesiVzen jeweils einen Körper 22 bzw, ' 24 aus reduziertem Ti tanat. JReduzier^ehiCIttö

irgendeiner "geeijgiieten feise hergestellt werden, beispielsweise gemäss dem in der ÜSÄ-Patentschrlft 2 841 5ö8 bsschriebenen Verfahreni in d$i auch als Beispiel, eine aus 84,5 S^ Barii?3ätitanat_t 15 ^ Strontiumtii|itnat und 0,5 $ einer' Mischung seltener Erden bestehende ifeeatamiachung beschrieben ist, aus welcher die Körper 22 tind '24 hergestellt werden können. λ

Der Kondensator 16 besitzt auf seiner IimenfUlche einen Film 26 und auf seiner Äusöenffläche einen ^:';ΆΊλ 28. Diese Filme bestehen aus einem geeigneten, elektrisch ίeitenden-Material, beispielsweise aus einem Silbirüberzug» Der Film 26 erstreckt sich über die länge des Körpers 22 und der Film 28 endet im Abstand, von den Enden dieses Körpers, Der Kondensator 18 besitzt in ähnlicher Weise auf der Innenfläche einen leitenden Film 30 und auf der Aus senf iac he einen leitenden Film 32.

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Diese Filme sind in der gleichen Weise auf dem Körper ■ 24 angeordnet wie die Filme 26 und 28 auf dem Körper 22.

Der Leiter 11 ist durch Lötmetallkappen 34 und 36 elektrisch, mit den iimenliegenden leitenden Filmen 26 und 30 verbunden, Der Filter befindet sich in einer Bohrung 38 eines Befestigungsbolzens 40· Diese Anordnung wurde in ein Lötbad getaucht, um einen Lötmetallfilm 42 zu erzeugen, durch welchen der Filter starr mit dem Bolzen verbunden und die beiden äusseren leitenden Filme 28 und 32 über den Bolzen mit Erde in Verbindung stehen. Im Filter 10 werden Kondensatoren 16 und 18 aus reduziertem Titanat verwendet, die im Vergleich mit herkömmlichen Kondensatoren gleicher Grosse eine beträchtlich höhere Kapazität besitzen, d.h. das Verhältnis beträgt ungefähr 100 zu 1» Dadurch wird der nutzbare Bereich des Filters ohne Vergrösserung der Abmessungen erhöht.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, stellt diese bevorzugte erfindungsgemässe Konstruktion einen Jl- -Filter dar, bei welchem das Impedanzglied 12 den Durchgangsleiter 11 umschliesst und mit diesem in induktiver Beziehung steht und die Kondensatoren 16 und 18 parallel zwischen Durchgangsleiter 11 und Erde liegen» Diese Anordnung kann natürlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung abgeändert werden. Beispielsweise kann einer der beiden Kondensatoren 16 oder 18 weggelassen werden, eodass ein L-Filter verbleibt, der immer noch verbesserte Filtereigenschaften aufgrund der erhöhten Kapazität des Kon* densators aufweist.

Für den Körper 12 kann irgendein geeignetes Material verwendet werden. Falls jedoch verbesserte Niederfrequenzkennwerte

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oder Hochfrequenzkennwerte des Filters erzielt werden sollen., muss auf die Materialauswahl näher eingegangen werden. Beispielsweise wird zur weiteren Verbesserung der Niederfrequenzkennwerte des. Filters'vorzugsweise anstelle des üblichen Ferrits ein Eisenpulver oder eine Kombination aus Eisenpulver und Ferrit verwendet. Sollen die Hochfrequenzkennwerte des Filters betont werden, dann verwendet man vorzugsweise einen verlustbehafteten Ferrit. Bei hohen Frequenzen wirkt in solchen Filtern der Körper 12 nicht mehr wie bei den bekannten Filtern als Induktivität, sondern vielmehr als Impedanz mit einem Verlustfaktor. Verlust— behaftete Ferrite weisen einenausserordentlich hohen Verlustfaktor (Wärme—> Hysteresis-, WirbelstrOmverluste etc.) auf. Verwendet man verlustbehaftete Ferrite zusammen mit recluzierten Titanate^, die auch einen hohen Verlustfaktor besitzen, dann werden die Verlustfaktoren kombiniert _s wodurch die Hochfr equenzkennwertedes Filters verbessert werden..Aus reduziertem Ti tanat bestehende Kondensatoren sind aufgrund ihrer yerhältnismässig hohen Leistungsfaktoren besonders für derartige Filter geeignet.

Bei Verwendung eines Ferritkörpers 12 besteht dac Problem, dass der Dämpfungsfaktor wegen der Sättiguihg den Ferrits auf— grund hoher Gleichströme möglicherweise geschwächt wird, Uia diese Möglichkeit auszuschalten,, kann der Ferritkörper durch Einführung eines luftspalt es aufgespalten vrerd en, durch ilen die Sättigung ausgeschaltet wird.

Bei Verwendung von mehr als einem Kondensator, beispielsweise "bei einemt7£,—Filter, verwendet.man Torsciilagsgeciäss Kon-

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densatoren 16 und 18 mit verschiedener Kapazität, beispielsweise mit 0,14 Millifarad und 0,10 Millifarad. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können natürlich auch Kondensatoren mit gleicher Kapazität verwendet werden* In der gezeigten Ausführungsform werden die Kapazitätswerte dadurch geändert, dass man die Kondensatoren in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise verschieden lang macht. Die Kapazitätswerte können natürlich auch in anderer Weise geändert werden. Man bevorzugt Kondensatoren mit verschiedener Kapazität, da der Filter dadurch resonanzunempfindlicher wird und eine Kaskadenwirkung entsteht. Bei Verwendung von zwei Kondensatoren verschiedener Kapazität wird innerhalb des nutzbaren Filterbereiches in den Punkten eine Verringerung erzeugt, in denen die Kondensatoren in Resonanz und zur Filterung unfähig sind. Durch Verringerung der Resonanzgebiete wird die Wirksamkeit des Filters innerhalb des nutzbaren Bereiches entsprechend erhöht. Eine weitere Ver- · ringerung der Resonanzgebiete kann durch Verwendung weiterer Kondensatoren· verschiedener Kapazität erreicht werden. Weiterhin ist zu bemerken, dass für das Irennelemente 20 zwar irgendein geeignetes elektrisches Isolationsmaterial verwendet werden kann, vorzugsweise ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante, jedoch-hat sich herausgestellt,.dass die Verwendungeines Materials mit halbhoher Dielektrizitätskonstante eine günstige Wirkung auf diese Kaskadeneigenschaft des Filters hat.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass man das !Brennelement 20 vollständig weglässt und nur eine Spalt elektrode

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auf der inneren Oberfläche eines gleichmassigetyrohrförmigen Elementes aus reduziertem Titanat vorsieht· Da Jedoch die HaIbleitereigenschaften,von reduzierten Titanaten nicht vollständig bekannt"sind, besteht die Gefahr, dass der Nebenschlußeffekt der reduzierten Titanate die Spaltelektroden unwirksam macht. Bei der bevorzugten Konstruktion des Filters sind daher die einzelnen Kondensatoren durch ein isolierendes Trennelement voneinander getrennt.

Pig, 3 zeigt eine graphische Darstellung der bei der Prüfung einer Anzahl nach der vorliegenden Erfindung konstruierten Filter erzielten durchschnittlichen Testergebnisse«

Die bauliche Anordnung der Filterelemente kann natürlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung geändert werden· Beispielsweise ist in Fig. 4 eine mit zwei scheibenförmigen Kondensatoren versehene Ausführungsform gezeigt. Die Kondensatoren 44 und 4-6 sind hier an den gegenüberliegenden Enden eines im wesentlichen zylindrischen Körpers 48 angeordnet. Durch den Körper 48 erstreckt sich ein Leiter 50· Der Körper 48 und der Leiter 50 stehen miteinander in induktiver Beziehung. Die Kondensatoren 44 und 46 bestehen aus Scheiben 52 und aus reduziertem Titanat. Auf den gegenüberliegenden Stirnflächen der Scheibe 52 sind geeignete elektrisch leitende Filme aufgebracht, welche Elektroden 56 und 58 bilden. In ähnlicher Weise ist auch die Scheibe 54 mit Elektroden 60 und 62 versehen. .

Die Elektroden 56 und 60 sind elektrisch mit dem Leiter 50 verbunden und die Elektroden 50 und 62 sind elektrisch

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durch eine metallische Hülse 64 miteinander verbunden, die in geeigneter Weise geerdet ist. Gegebenenfalls kann der Filter in der in Hg. 1 gezeigten Weise in einen Bolzen (nicht gezeigt) eingesetzt werden. Die metallische Hülse könnte dabei am Bolzen anliegen oder könnte durch einen geeigneten Lötmetallfilm ersetzt werden, der zum Festhalten des Filters angebracht wird. Der Lötmetallfilm würde die Elektroden 58 und 62 miteinander und über den Bolzen mit Erde verbinden. Das elektrische Schaltbild der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist also identisch mit dem in Fig. 2 gezeigten Schaltbild für die in Fig» 1 gezeigte Ausführungsform.

Die Scheiben 52 und 54 können in der oben beschriebenen Weise aus reduziertem Titanat hergestellt werden und der Körper 48 kann je nach Verwendung des Filters aus Ferrit, verlustbehaftetem Ferrit,- Eisenpulver oder einer Kombination von Ferrit und Eisenpulver bestehen. Gegebenenfalls können die Kondensatoren 44 und 46 verschiedene Kapazitäten besitzen, um in der oben geschilderten Weise den Filter resonanzunempfindlich zu machen.

Die Ausführungsformen der Erfindung wurden lediglich zur Erläuterung der Erfindung dargestellt und beschrieben und sollen Äie Erfindung nicht beschränken. DieAnsprüehe sollen daher alle im Rahmen der Erfindung liegende Abänderungen und Ausführungsformen umfassen. -^; ■ ::'■■-.._,.- . " -.. ·-.· ■-.":

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Claims

Patentanmeldungi "Breitbandfilter"

- PATENTANSPRÜCHE . ,

1.1 Zusammengesetzte Breitbandfiltereinheit mit wenigstens.; einer Kondensatoranordnung, bei welcher das Dielektrikum .von.,.,, einem Körper aus reduziertem Tit'anat gebildet wird, an dem-.... ., an auseinanderliegenden Stellen elektrische leiter angeordnet_;, sind, gekennzeichnet durch Mittel, welche die KondensatOranardnung in einer Parallelschaltungsbeziehung in den PiIter elektrisch einschalten, . : . z-2. Breitbandfiltereinheit nach Anspruch 1, gekerinzeichuat.»- durch einen Durchgangs leiter und ein an diesen induktiv ange--. _; koppeltes Impedanzelement.

^3.. Breitbandfiltereinheit ,nach Anspruch, 1 oder 2, .gekennzeichnet, durch, zwei Kondensatoranordnungen. . ...

4. Breitbandfiltereinheit nach Anspruch 3» bei welcher, das , Impedanzelement rohrförmig ausgebildet ist und .den p.ur.chgan£;nleit.erumschliesgt, dadurch gekennzeichnet, .dass dj^e,.beiden. Körper aus reduziertem_:Titanal; rohrförmig ausgebildet und im Abstand voneinander auf ät^m Imped&.xiz.element angeordnet sind,

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zwischen den Körpern aus reduziertem Titanat elektrische Isolationsini tt el vorgesehen sind und auf der Innenfläche und der Aussenfläche der Körper aus reduziertem Titanat jeweils ein elektrisch leitender Überzug vorgesehen ist.

5. Breitbandfiltereinhext nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläehen der Körper aus reduziertem Titanat mit einem elektrisch leitenden Befestigungsbolzen und die Innenflächen dieser Körper mit dem Durchgangsleiter verbunden sind.

6. Breitbandfiltereinhext nach Anspruch 3, bei welcher das Impedanzelement rohrförmig ausgebildet ist und den Durehgangsleiter umschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper aus reduziertem Titanat scheibenförmig ausgebildet und an den gegenüberliegenden landen des Impedanzelementes angeordnet sind und die gegenüberliegenden Stirnseiten jedes Körpers aus reduziertem Titanat mit einem elektrisch leitenden Überzug versehen ist·

7. Breitbandfiltereinhext nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite jedes Körpers aus reduziertem Titanat elektrisch mit dem Durchgangsleiter und die anderen Stirnseiten der Körper aus reduziertem Titanat elektrisch miteinander verbunden sind»

8. Breitbandfiltereinhext nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Stirnseiten durch eine leitende Hülse miteinander verbunden sind*

9. Breitbandfiltereinhext nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Stirnseiten mit einem elektrisch leitenden Befestigungsbolzen verbunden sind.

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10. Br ei tbandB.lt er einheit ,nach irgendeinem der Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungso getroffen ist, dass ein JL-Filter gebildet wird,

11. Breitbaiidfiltereinhei t nach'irgend einem der Ansprüche

3 - 10, dadxirch gekeims eic line t, da.ss die. .Iionilensatortinördnungen mit-den Körpern aus reduziertem 'Titanat --verschiedene Lapazitätswerte "besitzen. .

12. Breitbandfiltereinheit nach irgendeinem der Ansprüche 2 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass - das- -ilrapeüanz element aus' pulTerförmigf.'Tn Llsen besteht. . . ' . . .

13. Breit bandfilter einheit nach irgend einem der Ansprüche'. 2 - 11, .dadurch gekennzeichnet,. 'dass das Iripedanzeloaent aus
einem verlustbehafteten Eerrit besteht=, -......,. ' .. . · -_:

ORIGIIMÄL