DE1541968C3 - Frequenzfilter für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Frequenzfilter für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik, das periodisch gesteuerte Transferschalter und Kondensatoren aufweist, bei dem die Schaltphasen der in Richtung des Signalflusses aufeinanderfolgenden Transferschalter gegeneinander versetzt sind, und bei dem die Schaltfrequenz der Transferschalter so hoch gewählt ist, daß sie für das zu übertragende Signal dem Abtasttheorem genügt.

Frequenzfilter dieser Art sind beispielsweise durch eine Arbeit von Kraus in der Zeitschrift »Archiv für elektrische Übertragung«, Bd. 20, 1966, Heft 9, S. 483 bis 488, und die dort zitierte Dissertation von Fett weis bekannt. Danach lassen sich Netzwerke mit Resonanzübertragung auf herkömmliche Netzwerke mit konzentrierten Schaltelementen, vor allem mit reinen Reaktanzen, zurückführen. Wie Poschenrieder gezeigt hat (vgl. beispielsweise Tagungsheft der NTG Fachtagung »Analyse und Synthese von Netzwerken«, Stuttgart, 1966, S. 220 bis 237), läßt sich mit solchen Netzwerken demzufolge eine im Ersatzschaltbild mit konzentrierten Schaltelementen vorgegebene Filterschaltung ohne größere Schwierigkeiten realisieren. Für die dort behandelten Grundschaltungen ist es wesentlich, daß das zu verarbeitende Signal schrittweise über eine Art Schieberegister weitergegeben wird, wodurch in der Praxis gewisse Einschränkungen in schaltungstechnischer Hinsicht bedingt sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, in der dieser Einschränkung¹ zumindest im gewissen Maß begegnet werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß es aus wenigstens einer eine Induktivität darstellenden Zweipolschaltung besteht, bei der über einen periodisch betätigten Haupttransferschalter ein Kondensator an die Anschlußklemmen der Zweipolschaltung gelegt ist und parallel zu dem Kondensator ein im gleichen Takt periodisch betätigter Hilfstransferschalter liegt, und daß die Schaltzeiten vom Haupttransferschalter und Hilfstransferschalter gegeneinander zeitlich derart versetzt sind, daß der Kondensator im Betrieb über den Haupttransferschalter zunächst geladen und dann nach öffnen des Haupttransferschalters über den dann zu schließenden Hilfstransferschalter umgeladen wird.

Durch die erfindungsgemäße Realisierung einer Induktivität in der angegebenen Weise lassen sich beliebige Filterstrukturen aufbauen, bei denen jeweils eine Induktivität durch eine Zweipolschaltung der ge-

nannten Art und jede Kapazität durch einen Kondensator verwirklicht sind. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Frequenzfilters mit einer beliebigen Zahl von Kondensatoren und Zweipolschaltungen, deren Haupt- und Hilfstransferschalter jeweils den gleichen Steuertakt haben, hat bei Ausbildung der Haupttransferschalter als mit Spulen versehene Umschwingtransferschalter das Filternetzwerk in geschlossenem Zustand der Haupttransferschalter eine deren Anzahl entsprechende Zahl von durch die Spulen der Schalter mit festgelegte Eigenschwingungen, die zu einer Grundfrequenz ω₀, welche durch die Schließungszeit τ der Haupttransferschalter gemäß O)₀ = π/τ bestimmt ist, im Verhältnis ungeradzahliger Harmonischer stehen, und zwar unter Außerachtlassung der gegebenenfalls durch die dem Filter vor- und/oder nachgeschalteten, auch in der Bemessung an sich bekannten Koppelnetzwerke zusätzlich verursachten Eigenschwingungen oder Ausgleichsvorgänge.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei der das Frequenzfilter mit einer beliebigen Zahl \ von Kondensatoren und Zweipolschaltungen, deren Haupt- und Hilfstransferschaltungen jeweils den gleichen Steuertakt haben, gestaltet ist, haben bei Ausbildung der Haupttransferschalter als aperiodische transistorisierte Urnladeschaltungen, die im Filternetzwerk bei geschlossenen Haupttransferschaltern während ihrer Schließungszeit τ auftretenden aperiodischen Ausgleichsvorgänge durch entsprechende Bemessung der Umladeschaltungen Zeitkonstanten, die wesentlich kleiner sind als die Schließungszeit τ der Haupttransferschalter, unter Außerachtlassung der gegebenenfalls durch dem Filter vor- und/oder nachgeschalteten, auch in der Bemessung an sich bekannten Koppelnetzwerke zusätzlich verursachten Eigenschwingungen oder Ausgleichsvorgänge.

Wenn in der Praxis ein großes Filternetzwerk auf Grund der vorgegebenen Filtereigenschalten entstehen würde, so kann es sich im einzelnen Fall empfehlen, dieses gesamte Netzwerk in mehrere einzelne Frequenzfilter zu teilen. Wenn ein solches Filter unter Verwendung von wenigstens zwei Frequenzfiltern der vorstehend genannten Art realisiert werden soll, so ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzfilter jeweils über ein speicherndes Netzwerk in Kette geschaltet sind, und daß die Steuertakte für die Haupttransferschalter benachbarter Frequenzfilter zeitlich derart gegeneinander versetzt sind, daß sich die Schaltphasen nicht überschneiden. Für ein Filter dieser Art ist es weiterhin von Vorteil, wenn die zeitliche Lage der Schließungszeit der Haupttransferschalter des einen Frequenzfilters der zeitlichen Lage der Schließungszeit der Hilfstransferschalter des jeweils benachbarten Frequenzfilters entspricht. Hierdurch kommt man auch bei einer großen Anzahl Filterketten mit nur zwei zeitlich ineinander verschachtelten Impulsfolgen aus.

Die Induktivitäten, die als Zweipolschaltungen nach der Erfindung realisiert werden, können in dem Ersatzschaltbild und damit auch in der endgültigen Filterschaltung an sich beliebig eingesetzt werden. So ist es möglich, sie im Querzweig eines Hochpaßfilters vorzusehen, bei dem sie über in den Längszweigen liegende Kondensatoren verbunden sind. Es ist auch daran gedacht, in Reihe mit der einzelnen Induktivität einen Kondensator zu schalten oder parallel zu der einzelnen Induktivität einen weiteren Kondensator vorzusehen. Je nach der besonderen Schaltungsart ergibt sich eine aus den vorgegebenen Forderungen abzuleitende Filtereigenschaft für den einzelnen Zweig. Insbesondere ist auch an Filterschaltungen gedacht, wie sie beispielsweise in dem Buch von T e r m a η, »Radio Engineers Handbook«, McGraw-Hill Book Comp., New York 1943, auf den Seiten 226 bis 244 behandelt sind.

ίο Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst auf Filter eingegangen, die Resonanztransferschalter im Zusammenhang mit Kondensatoren verwenden.
Betrachtet man eine Schaltung mit einem kapazitiven Zwischenspeicher C₀ und zwei zeitlich versetzt mit der Periode T schließende Resonanztränsferschalter S₃ und 5₄, wie sie in der F i g. 1 gezeigt ist, so entspricht für eine derartige Schaltung die Kettenmatrix A bei Betrachtung der Schaltung zwischen den

ao Anschlüssen 3, 3' und 4, 4' dem Ausdruck

/cosh(p772) R_{c 0} sinh (pT/2)\
\sinhO?772)//?_Co cosh (ρΓ/2)/

Abgesehen vom vorausgehenden Exponentialausdruck entspricht diese Kettenmatrix exakt der einer verlustlosen Übertragungsleitung oder eines verlustlosen Elements eines mechanischen Filters. Der Wellenwiderstand ist in beiden Fällen Jf? _Co und die elektrische Länge / = v_p T/2, worin v_p die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist (p — komplexe Frequenz; T = Abtastperiode).

Die Schließungszeit der einzelnen Schalter ist, wie an sich bekannt, möglichst kurz, und die nicht dargestellten, den Schaltern zugeordneten Umschwinginduktivitäten sind ebenso wie die Schaltfrequenz in an sich bekannter Weise bemessen.

Schaltet man Zweitorschaltungen nach F i g. 1 in Kette, so ergeben sich hinsichtlich der Resonanzumladung zwischen in der Kette benachbarten Kondensatoren die aus der F i g. 2 ersichtlichen Verhältnisse. Zwei Resonanztransferschalter, die jeweils an der gleichen Kapazität anliegen, werden alternierend geschlossen, sind also nicht gleichzeitig geschlossen.

Von der Betrachtungsweise einer allgemeinen Theorie aus bestehen zunächst keinerlei Bedenken, in die Betrachtung auch Induktivitäten mit einzubeziehen, wenngleich die spätere Filterschaltung, vor allem wenn man sie in integrierter Bauweise (vergleiche z. B.

»Microminiaturization«, AGARDograph 57, Pergamon Press, New York-Press, 1962) auszuführen beabsichtigt, ohne Spulen sein soll. Wenn keinerlei Spulen vorkommen sollen, dann können die Resonanztransferschalter durch wirkungsgleiche Ladungsverdopplerschaltungen (vergleiche z. B. DT-AS 1227 079 und die Ausführungen von Poschenrieder) ersetzt werden; jedoch dürften im Einzelfall kaum Bedenken bestehen, die relativ kleine Spule, wie sie für den einzelnen Resonanztransferschalter benötigt wird, zuzulassen.

Bei Filtern dieser Art empfiehlt es sich, Netzwerke vor- und nachzuschalten, die lediglich die Aufgabe haben, die zusätzlichen und unerwünschten Seitenbänder, die abseits von dem für die Benutzung vorgesehenen Betriebsfrequenzbereich liegen und durch die Abtastung entstehen, zu eliminieren. Diese Netzwerke können RC- oder LC-Filter sein.
Das in der F i g. 2 angedeutete Resonanztransfer-

5 6

prinzip läßt sich, wie der Erfindung zugrunde lie- dienende Netzwerke sind, so ist die Eingangsimpegende Untersuchungen zeigten, verallgemeinern. Be- danz der in F i g. 6 überführbaren Schaltung, betrachtet man eine «-Torschaltung N, die nur Kapazi- trachtet vom Anschluß 3 in F i g. 6 nach rechts, täten enthält (Fig. 3), und nimmt man an, daß an gleich RcdZi, d. h. das Duale zu Z₄. Mit R_C2 ist jeden Toranschluß k (k — 1, 2 ... n) eine Induktivität 5 der Wellenwiderstand der Zweitorschaltung bezeich- L_k angeschlossen ist entsprechend der in der Fig. 3 net. R_C2 = T'/2C₂. Wenn das NetzwerkTV₂ in Fig. 5 dargestellten Situation mit allen Schaltern S_k im ge- auf eine Kapazität C₂ reduziert und R₂ zu Unendlich schlossenen Zustand, dann hat die resultierende LC- angenommen wird, d.h., wenn Z=Rc₂/¹?, wird Schaltung η unterschiedliche Eigenschwingungen ω_ν dieser Ausdruck gleich WRc₂ oder in normierter Ct)₂... £ü„. Die Induktivitäten L_k sollen so gewählt io Form Tc₂ mit c₂ = C₂ZC₀ und C₀ = T/2 R₀. R₀ ist sein, daß alle Frequenzen co_k ungerade Vielfache einer der Widerstand, auf den normiert wird. Die neue Imbestimmten Frequenz ω₀ sind; im einfachsten Fall ist pulsimpedanz entspricht somit einer normierten Indies so zu realisieren, daß ω_έ = (2 k—1)ω₀. duktivität I₂ = Vc₂, während die ursprüngliche PuIs-

Nimmt man weiterhin an, daß jeweils ein Schalter impedanz einer normierten Kapazität c₂ entspricht. S_k in Reihe mit jedem L_k geschaltet ist, so wie es die 15 Hinsichtlich der an sich bekannten Bedeutung von Ψ Fig. 3 zeigt, daß alle Schalter S_k zur Zeit t = 0 wird beispielsweise auf die Dissertation von Fettschließen, und daß Ladung anwesend war in dem weis, S. 6 (zitiert bei Kraus a.a.O.) verwiesen. Netzwerk N zur Zeit t < 0, dann gehen alle resultie- Wenn die Schaltung nach F i g. 4 lediglich der Realirenden Ströme in den Induktivitäten wieder durch sierung einer Induktivität in der ίΡ-Ebene dient, wie Null zur Zeit t = τ, wobei zo eben beschrieben, dann ist natürlich keine Notwen-τ = π/ω (2) digkeit vorhanden, daß der Schalter S_a richtig nach ⁰ ^ dem Schalter S arbeitet: die Ladungsumkehr in C₂

Wenn man alle Schalter zur Zeit t = τ öffnet, dann kann dann zu irgendeiner Zeit zwischen zwei aufein-

sind alle Spannungen v_ka = v_k exakt gleich dem nega- anderfolgenden, durch die Schließung 5 bestimmten

tiven Wert ihrer Werte v_kb, die vor dem Schließen der 25 Transferperioden bzw. Übertragungen erfolgen.

Schalter gegeben waren. Das bedeutet Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 4

ν 4- ν = 0 ΠΊ kann ^{man s}'^ch ^{aucn w}'^e fr^S* verdeutlichen. Be-

^{ka kb y }} trachtet man in der Schaltung nach Fig. 4 rechts

Die über die Schalter S_k übertragenen Ladungen zunächst den Zustand, daß C₁ geladen, C₂ ohne La-

q_k, die diesen Effekt hervorrufen, sind exakt doppelt 3° dung und RS₁ sowie RS₂ offen ist. Wird nun RS₁ zum

so groß wie diejenigen, die übertragen würden, wenn Zwecke des Resonanztransfers kurzzeitig geschlossen,

L_k jeweils durch einen kleinen Widerstand ersetzt so ist die Umladung auf C₂ vollzogen. Schließt man

würde und die Schalter so lange geschlossen blieben, nun nach der nach der Umladung erfolgten öffnung

bis die gesamte Schaltung entladen ist. Daraus wird von RS₁ den Schalter RS₂ kurzzeitig zum Zwecke

ersichtlich, daß die Induktivitäten der Transferschal- 35 einer Ladungsumkehr, so steht nach dem öffnen von

ter in der Praxis durch elektronische Ladungsver- RS₂ an C₂ eine Spannung, die exakt gegenphasig, je-

doppler ersetzt werden können, ähnlich denen oder doch amplitudengleich zu der ist, die vor dem Schlie-

gleichartig zu denen nach der vorerwähnten deut- ßen von RS₂ an C₂ stand. Diese Phasenänderung ist

sehen Auslegeschrift 1 227 079. Derartige Ladungs- wesentlich für die angestrebte Wirkung. In der Praxis

Verdopplungsschaltungen haben den Vorteil, daß das 40 ist die Schaltung nach F i g. 4 links vorteilhaft, weil

»timing« bei ihnen weniger kritisch ist, verglichen mit sie die Ausnutzung der Umschwinginduktivität 2 L

Resonanztransferschaltern, deren Eigenschwingungen für beide Transferschalter (S, S₀) ermöglicht,

höhere Harmonische der Grundfrequenz sind. Nachstehend wird an Hand eines Beispiels gezeigt,

Eine Schaltung nach der F i g. 3 könnte man als wie sich ein Netzwerk mit Induktivitäten und Kapa-Resonanztransfer-Einrichtung bezeichnen. Weiterhin 45 zitäten gemäß der Erfindung realisieren läßt,
kann jeder Schalter S_k mit seinem zugehörigen L_k Als Beispiel wird nachstehend die Schaltung nach oder seiner zugehörigen Ladungsverdoppler-Einrich- F i g. 7 betrachtet. Die Resonanztransfer-Einrichtung rung als Resonanztransferschalter bezeichnet werden. dieser Schaltung enthält Haupttransferschalter, die Weil diese Resonanztransferschalter in einer Gruppe durch einen Doppelkreis gekennzeichnet sind, und zusammenarbeiten, mag es vielleicht auch angebracht 50 Hilfstransferschalter, die durch einen einfachen Kreis sein, sie insgesamt als gekoppelte Resonanztransfer- hervorgehoben sind. Alle Schalter arbeiten periodisch schalter zu bezeichnen. Jedenfalls läßt die F i g. 3 er- mit einer Taktfrequenz F = VT, worin T der Abkennen, daß es zulässig ist, eine Vielzahl von Re- stand der Schließungszeiten ist. Die Haupttransfersonanztransferschaltern bzw. Transferschalter gleich- schalter sind während der Hauptübertragungsperioden zeitig mit einem Kapazitätsnetzwerk zusammenarbei- 55 geschlossen und die Hilfstransferschalter während der ten zu lassen. Das ist eine sehr wesentliche Erweite- Hilfstransferperiode, die zwischen den Haupttransferrung des Resonanztransferprinzips für dessen Anwen- perioden liegen. Alle Kapazitäten der Resonanztransdung in sogenannten Abtastfiltern. fer-Einrichtung und auch die Abschlußwiderstände

Für Frequenzfilter benötigt man, wie beispielsweise sind in der F i g. 7 durch ihre normierten Werte ge-

die Ausführungen von Terman zeigen, neben Ka- 60 kennzeichnet. Die Bezeichnung entspricht dabei der

pazitäten vor allem auch Induktivitäten. Gerade diese vorausgehend verwendeten.

sollen aber vermieden bzw. durch Kapazitäten ersetzt Zunächst ist angenommen, daß die Hilfstransfer-

werden. schalter nicht vorhanden sind. Die Zweige kann man

Nimmt man beispielsweise eine Gyrator-Einrich- numerieren, indem man ihnen die Werte der Indizes

tung nach F i g. 4 als Resonanztransfer-Einrichtung 65 der korrespondierenden Kapazitäten c_m hinzufügt,

in einer Schaltung nach Fig. 5, worin Nl und N2 Für m = 1 oder 2 wird der Zweigm gebildet durch

der Beseitigung der Wirkung von unerwünschten den Eingang des Netzwerkes TV_n (zusammen mit dem

Seitenbändern, die durch die Abtastung entstehen, Abschluß), gesehen von 3-3' oder 4-4'. Vom Stand-

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punkt des Langzeit-Verhaltens aus kann der Strom spiels der Fig. 7 kann keiner der dargestelltenHauptim Zweig m geschrieben werden, wenn, wie üblich, transferschalter fortgelassen werden, ohne diese Reder Faktor ept weggelassen wird, zu gel zu verletzen.

τ—jA(t — t) (4) Die Tatsache, daß alle Haupttransferschalter in ^{m m} ^ °' 5 einer Schaltung, wie sie die F i g. 7 als Beispiel zeigt, worin t₀ unabhängig von m ist. Weiterhin kann man gleichzeitig arbeiten müssen, kann Schwierigkeiten die Spannungen V_ma, V_mb und mit sich bringen, wenn sehr komplizierte Netzwerke τι _/j/ \y \/2 (5) realisiert werden sollen. In diesem Fall ist es mög- ^{m K ma mb> K} ' lieh, mehrere getrennte Resonanztransfer-Einrichtundefinieren; entsprechend zu der Spannung V_m über io gen, die jeweils für sich Netzwerke höherer Ordnung c_m · V_mb ist die Spannung unmittelbar vor dem öff- bilden, in Kaskade zu schalten, und zwar über trennen des Haupttransferschalters und V_ma die Span- nende Zwischenspeicherkapazitäten. Man kann auf nungnach dem öffnen derselben. Für jeden Knoten diese Weise z. B. Schaltungen realisieren, deren Erdes Maschennetzwerkes gilt satzschaltungen ganz denen entspricht, die im Falle Yj _ Q /g\ 15 von Leitungsfiltern durch Kuroda, Ishii und ^m ■ Ozaki vorgeschlagen worden sind (siehe z. B.

d. h. die Sonne aller Ströme im Knoten ist Null. Für H. Ozaki and J. Ishii, IRE Trans, on Circuit

eine Schleife, wie eine die durch c₅, c₆ und C₁ geformt Theory, Vol. CT-2, pp 325 bis 336, Dezember

wird, gilt Σ V_ma = Σ V_mb = 0, d. h. 1955).

2 υ — ο (7) ²⁰ ^^m ^^e Filterausbildung gemäß der Erfindung

^m noch verständlicher zu machen, soll kurz noch auf

Die letzte Gleichung gilt auch für eine Schleife, die die Bemessung, beispielsweise eines Filters nach den

einen oder mehrere Resonanztransferschalter enthält. F i g. 7 und 8 näher eingegangen werden.

Bezeichnet man mit V_k' die Spannung über den Re- Zunächst wird das Filter bekanntlich auf Grund

sonanztransferschalter Ic und die entsprechenden 25 der vorgegebenen und geforderten Filtercharakteristik

Spannungen V_ka' und V_kb', so gilt für diese Schleife, im Ersatzschaltbild festgelegt. Das Ersatzschaltbild

die den Resonanztransferschalter enthält, die Glei- enthält im Idealfall nur Kondensatoren und Spulen

chung von der Form · als elektrische Schaltelemente. Von der Berücksich-

yr/ _i_ yv ' — vi/ _i_ vT/ ' — η fQ\ tigung von Verlusten soll aus Gründen der Verein-

-" * ma 1 -^ ' ha — ^ * mb ' -^ * hh — ^ V"i ρ ι ι » ι ι λ t-i «ι ιτ-t

* ^m * ^v ' 30 fachung hier abgesehen werden. Es sei also das Er-

Entsprechend zur Gleichung (3) (mit gestrichenen satzschaltbild nach F i g. 8 in der Praxis vorgegeben.

Größen, um mit der jetztverwendeten Schreibweise Beispielsweise dient der Parallelresonanzkreis C₆, Z₃

übereinstimmen) gilt jedoch V_ka' + V_kb — 0, wor- der Erzeugung eines Dämpfungspoles im Sperrbereich

aus die Gleichung (7) unmittelbar folgt. (Der Index b und der Parallelresonanzkreis C₇, Z₄ der Erzeugung

kennzeichnet auch hier die entsprechende Größe un- 35 einer Anpassungsstelle im Durchlaßbereich der als

mittelbar vor dem öffnen des Schalters und der In- Bandpaß wirkenden Filterschaltung. Das Filternetz-

dex α die entsprechende Größe nach dem Öffnen des werk hat damit bereits vorgegebene Werte für die

Schalters.) Kondensatoren c₅, C₆, C₇ und die Induktivitäten I₃ und

Zusätzliche Beziehungen zwischen J_m und U_m sind Z₄, die beim Beispiel als normiert, wie vorstehend darbestimmt durch die in Fig. 7 gezeigten Schalt- 40 gelegt, angenommen sind. Es handelt sich somit um elemente. Die (normierte) Pulsimpedanz der Zweige, die Bemessung der die Induktivitäten Z₃ bzw. Z₄ in die eine einfache Kapazität enthalten, ist gegeben Verbindung mit der Abtastperiode T festlegenden durch 1/Tc_m. Kondensatoren. Diese Kondensatoren sind in ihrem

Es ist nun leicht, die Anwesenheit der Hilfstrans- Kapazitätswert gemäß den Ausführungen zu den

f erschalter zu berücksichtigen. Entsprechend zu den 45 F i g. 4 bis 6 bereits bestimmt. Wesentlich ist nun, daß

Fig. 4 bis 6 ist die normierte Pulsimpedanz VTc_m der einzelne Transferschalter jeweils nur für einen

der betrachteten Zweige zu ersetzen durch !F l_m, wor- kurzen Zeitraum geschlossen ist. Der Zeitraum sei

in l_m = l/c_m. Damit wird die äquivalente Schaltung für die Haupttransferschalter gleich lang und mit τ

zu F i g. 7 wie es in der F i g. 8 dargestellt ist. bezeichnet. Aus der Schließungszeit τ ergibt sich so-

Es ist klar, daß beliebige LC-Netzwerke mittels der 50 mit eine Grundfrequenz ω₀ für das gesamte Netzwerk,

vorstehend erläuterten Methode realisiert werden Betrachtet man dieses gesamte Filternetzwerk nach

können. der F i g. 7 zwischen den Anschlußklemmen 3, 3' und

Die Anzahl benötigter Hilfstransferschalter ist 4, 4' im geschlossenen Zustand der Haupttransfergleich der Anzahl der zu realisierenden Induktivitä- schalter, so hat dieses Netzwerk so viel Eigenschwinten. Die Anzahl der Haupttransferschalter ist im 55 gungen zu berücksichtigen als Haupttransferschal-Prinzip gleich der Induktivitäten plus 2, obgleich sie ter vorhanden sind. Im vorliegenden Fall sind dies kleiner sein kann. Man muß lediglich sicherstellen, vier Haupttransferschalter und damit vier Eigendaß für jede Schleife der äquivalenten Schaltung, ent- schwingungen. Diese Eigenschwingungen sind nun so haltend entweder Z₃, Z₄ oder eine Induktivität, die zu bestimmen bzw. festzulegen, daß sie zwei Bedinentsprechende Schleife der tatsächlichen Schaltung 60 gungen genügen. Einerseits müssen sämtliche Eigeneinen Haupttransferschalter enthält. Dieser Weg stellt schwingungen ungeradzahlige Harmonische der sicher, daß die Ladungen all der Kapazitäten der Re- Grundfrequenz ω₀ sein; sie können unter sich selbstsonanztransfereinrichtung, die entweder zu einem verständlich verschieden hohe Ordnung haben. Wei-Abschlußnetzwerk gehören oder mit einem Hilfs- terhin muß ihre Ordnung, bezogen auf jede einzelne transferschalter verbunden sind, zwischen zwei auf- 65 Eigenschwingung, jedoch jeweils wenigstens so hoch einanderfolgenden Haupttransferperioden frei variiert gewählt sein, daß sich für die Spule, die dem einzelwerden können, ohne daß die Ladungen in den übri- nen Haupttransferschalter zuzuordnen ist, ein posi-• gen Kapazitäten beeinflußt werden. Im Fall des Bei- tiver Induktivitätswert ergibt. Wird nämlich im Ein-

zelfall die Ordnung der jeweiligen ungeradzahligen Harmonischen zu niedrig gewählt, so kann die Rechnung zeigen, daß der Induktivitätswert negativ, also nicht realisierbar sein müßte.

Durch diese Bedingungen ist somit das Filter in seiner Gesamtheit elektrisch und auch hinsichtlich der Zeitphasen der Schalter völlig bestimmt.

Die an Hand dieses speziellen Beispiels dargelegten Bemessungsgrundregeln für ein Filter nach der Erfindung gelten selbstverständlich auch für andere Ersatzschaltbilder, die auf Grund irgendeines beliebigen vorgegebenen Filterverlaufs zu realisieren sind. Für die Praxis ist es indes noch zu berücksichtigen, daß man nach Möglichkeit die niedrigen Ordnungszahlen für die ungeradzahligen Harmonischen der Grundfrequenz ω₀ vorzieht, weil sich mit zunehmender Ordnungszahl die genaue Einhaltung der Phasenbeziehung schwieriger gestaltet. Werden jedoch an Stelle von Resonanztransferschaltern, also solchen Schaltern, denen eine Spule zum Umladen zugeordnet ist, transistorierte Ladungsverdopplerschaltungen angewendet, wie sie beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1 227 079 bekannt sind, so sind die Forderungen an die Genauigkeit nicht mehr so hoch. Es kann also in der Praxis vorteilhaft sein, an Stelle von Resonanztransferschaltern transistorierte Umladeschalter bzw. Ladungsverdoppler anzuwenden. Es hat dies den zusätzlichen Vorteil, daß man im Einzelfall Spulen überhaupt vermeiden kann. Bei den Hilfstransferschaltern ist dies in der Praxis weniger kritisch, weil diese nur einem Zweipol zugeordnet

ίο sind und deshalb nur eine einzige Eigenschwingung zu berücksichtigen ist. Die Hilfstransferschalter können daher je nach den Gegebenheiten des Einzelfalles entweder als transistorierte, resonanzfreie Umladeschalter oder als Resonanztransferschalter mit Spulen ausgebildet werden.

Für die Praxis ist im Einzelfall noch folgende schaltungstechnische Erleichterung von Vorteil. Treten in einer Stromschleife mehrere Haupttransferschalter auf, so können diese zu einem Haupttransferschalter zusammengefaßt werden. Man kommt damit in Einzelfällen zu einer wesentlichen Einsparung an Haupttransferschaltern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Frequenzfilter für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichtentechnik, das periodisch gesteuerte Transferschalter und Kondensatoren aufweist, bei dem die Schaltphasen der in Richtung des. Signalflusses aufeinanderfolgenden Transferschalter gegeneinander versetzt sind und bei dem die Schaltfrequenz der Transferschalter so hoch gewählt ist, daß sie für das zu übertragende Signal dem Abtasttheorem genügt, dadurch gekennzeichnet, daß es aus wenigstens einer eine Induktivität darstellenden Zweipolschaltung besteht, bei der über einen periodisch betätigten Haupttransferschalter (RS₁) ein Kondensator (C₂) an die Anschlußklemmen der Zweipolschaltung gelegt ist und parallel zu dem Kondensator ein im gleichen Takt periodisch betätigter Hilfstransfersch alter (AS₂) liegt und daß die Schaltzeiten vom Haupttransferschalter und Hilfstransferschalter gegeneinander zeitlich derart versetzt sind, daß der Kondensator im Betrieb über den Haupttransferschalter zunächst geladen und dann nach öffnen des Haupttransferschalters über den dann zu schließenden Hilfstransferschalter umgeladen wird.

2. Frequenzfilter mit einer beliebigen Zahl von. Kondensatoren und Zweipolschaltungen, deren Haupt- und Hilfstransferschalter (RS₁, RS₂) jeweils den gleichen Steuertakt haben, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Haupttransferschalter als mit Spulen versehene Umschwingtransferschalter (S_k, L_k) das Filternetzwerk im geschlossenen Zustand der Haupttransferschalter eine deren Anzahl entsprechende Zahl von durch die Spulen der Schalter mit festgelegte Eigenschwingungen hat, die zu einer Grundfrequenz a>₀, welche durch die Schließungszeit τ der Haupttransferschalter gemaß ω₀ = π/τ bestimmt ist, im Verhältnis ungeradzahliger Harmonischer stehen, und zwar unter Außerachtlassung der gegebenenfalls durch die dem Filter vor- und/oder nachgeschalteten, auch in der Bemessung an sich bekannten Koppelnetzwerke zusätzlich verursachten Eigenschwingungen oder Ausgleichsvorgänge.

3. Frequenzfilter mit einer beliebigen Zahl von Kondensatoren und Zweipolschaltungen, deren Haupt- und Hilfstransferschalter jeweils den gleichen Steuertakt haben, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Haupttransferschalter (RS₁) als aperiodische transistorisierte Umladeschaltungen, die im Filternetzwerk bei geschlossenen Haupttransferschaltern während ihrer Schließungszeit τ auftretenden aperiodischen Ausgleichsvorgänge durch entsprechende Bemessung der Umladeschaltungen Zeitkonstanten haben, die wesentlich kleiner sind als die Schließungszeitr der Haupttransferschalter, unter Außerachtlassung der gegebenenfalls durch dem Filter vor- und/oder nachgeschalteten, auch in der Bemessung an sich bekannten Koppelnetzwerke zusätzlich verursachten Eigenschwingungen oder Ausgleichsvorgänge.

4. Kettenfilter unter Verwendung von wenigstens zwei Frequenzfiltem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzfilter jeweils über ein speicherndes Netzwerk in Kette geschaltet sind, und daß die Steuertakte für . die Haupttransferschalter (RS₁) benachbarter Frequenzfilter zeitlich derart gegeneinander versetzt sind, daß sich die Schaltphasen nicht überschneiden.

5. Kettenfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Lage der Schließungszeit der Haupttransferschalter (RS₁) des einen Frequenzfilters der zeitlichen Lage der Schließungszeit der Hilfstransferschalter (RS₂) des hierzu jeweils benachbarten Frequenzfilters entspricht.