DE1766557B2 - Hochfrequenzfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzfilter, welches an eine durchgehende HF-Leitung angeschlossen ist, gebildet aus einem auf die Durchlaßfrequenz abgestimmten Vierteiweilen-Resonaior, der an die HF-Leitung über eine Verbindungsleitung mit einer Länge von einem Viertel der Wellenlänge der Durchlaßfrequenz angeschlossen ist.

Filter dieser Bauart werden in der Fernmeldetechnik, insbesondere im Frequenzbereich von 30 bis 3000 MHz und in Filterweichen verwandt. Sie erlauben den gleichzeitigen Betrieb von zwei verschiedenen Geräten auf zwei verschiedenen Frequenzen mit einer einzigen Antenne, z. B. von einem Empfänger und einem Sender. Filter dieser Bauart werden auch als Frequenzweichen eingesetzt. Eine Frequenzweiche besteht aus mehreren Filterabschnitten, die entlang von zwei koaxialen Übertragungsleitungen unter gegenseitigem Abstand angeordnet sind, wobei diese beiden Übertragungsleitungen von einer gemeinsamen Antenne zu den beiden Geräteteilen, wie Sender und Empfänger, führen. Die im Empfänger liegenden Filterabschnitte haben die Aufgabe, den Empfänger von der Trägerfrequenz des Senders abzutrennen. Die Empfangsfrequenz wird mit nur geringer Dämpfung von der Antenne zum Empfänger durchgelassen. Im Vergleich zum Sperrbereich haben die Filter einen breiten Durchlaßbereich. Nahe an der Empfangsfrequenz liegende Trägerfrequenzen des Senders können bei zu bre^:tbandigen Filtern in den Empfänger eintreten, wodurch dessen Empfindlichkeit herabgesetzt wird oder Interferenzen auftreten. Die Aufgabe der im Sender liegenden Filterabschnitte liegt darin, die Trägerfrequenz des Senders durchzulassen und auf und in der Nähe der Empfängerfrequenz liegende Störfrequenzen zu sperren.

Die für den Sperrbereich gewünschte Breite bestimmt sich nach zwei Faktoren. Es sind dies die Trennschärfe des Empfängers und der Störpegel am Ausgang des Senders. Die Grenze für die minimale Trennung der Träger- und Empfängerfrequenzen in der Frequenzweiche wird in Abhängigkeit von deren Fähigkeit bestimmt, sämtliche Frequenzen im Störspektrum des Senders, die innerhalb der Bandbreite des Empfängers liegen, ausreichend abzutrennen oder zurückzuweisen. Die Filterabschnitte in beiden Zweigen der Frequenzweiche tragen hierzu bei, da es sehr wichtig ist, Frequenzen zurückzuweisen, die in der Mitte zwischen den beiden Frequenzen der Frequenzweiche liegen. Gleichzeitig ist es erwünscht, die Träger- und die Empfängerfrequenz so nahe wie möglich nebeneinander anzuordnen. Hierdurch wird der Frequenzbereich klein gehalten und in einem vorgegebenen Bereich in einem vorgegebenen Gebiet kann eine größere Anzahl von Kanälen untergebracht werden.

Somit stellt sich schon im Stand der Technik die Aufgabe, möglichst schmalbandige Filter aufzubauen. Bei einem bekannten Filter der eingangs genannten Gattung (US-PS 37 62 017) sind zwei Resonatoren über getrennte Verbindungsleitungen an die durchgehende H F-Leitung angeschlossen. Die Länge jeder Verbindungsleitung entspricht einem Viertel der Wellenlänge der Durchlaßfrequenz.

In einem anderen bekannten HF-Übertragungsnetzwerk (US-PS 24 95 589) ist eine Frequenzweiche enthalten. Mit dieser wird bezweckt, daß eine reflektierte Videofrequenz an einem Verzweigungspunkt nicht in den Sender für die Tonträgerfrequenz, sondern zu einem Abschlußwiderstand geleitet wird, während die an dem Verzweigungspunkt liegende Tonträgerfrequenz zur Antenne läuft. Die Frequenzweiche enthält unter anderem eine Verbindung.sleitung, deren Länge einem Viertel der Wellenlänge oder einem ungeraden Vielfachen dieser Wellenlänge entspricht.

Vor dem Abschlußwiderstand ist eine weitere Verbindungsleitung mit der Länge von einem Viertel der Wellenlänge angeschlossen. An diese Verbindungsleitung ist T-förmig eine Stichleitung mit der Gesamtlänge einer halben Wellenlänge der Tonträgcn'requenz und einer Teillänge vom Anschlußpunkt aus von einem Viertel der Wellenlänge der Videofrequenz angeschlossen.

Bekannt ist schließlich noch ein sogenanntes HF-Signalübertragungssystem (US-PS 24 84 798), bei dem auf ιυ zurückzuweisende Frequenzen abgestimmte Hohlraumresonatoren an die durchgehende HF-Leitung angeschlossen sind.

Hiervon ausgehend stellt sich für vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Hochfrequenzfilter so auszubilden, daß es einen möglichst schmalen Durchlaßbereich mit möglichst steilen Flanken erhält. Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einem Filter der eingangs genannten Gattung nach der Erfindung dadurch, daß zusätzlich eine Reaktanz angeschlossen ist, die so bemessen ist, daß sie zusammen mit der Resonatorreaktanz am Anschlußpunkt der Verbindungsleitung an die HF-Leitung für die Sperrfrequenz einen Kurzschluß bildet.

Ein erfindungsgemäßes Filter enthält daher nicht nur, 2^r> wie bekannt, einen auf die Durchlaßfrequenz abgestimmten Resonanzkreis, sondern zusätzlich noch eine Reaktanz, die für die Sperrfrequenz einen Kurzschluß bildet und diese unmittelbar nach Masse ableitet. Dadurch wird der Durchlaßbereich praktisch von zwei Seiten eingeengt. Er erhält verhältnismäßig steile Flanken.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Filters als Frequenzweiche mit einem Sender und einem Empfänger, die auf verschiedenen dicht benachbarten Frequen- J > zen arbeiten, können diese beiden Frequenzen ohne Gefahr von Interferenzen nahe aneinandergerückt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Filters und seine Verwendung als Frequenzweiche sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. In der Zeichnung ist

F i g. 1 eine vergleichende grafische Darstellung der Durchlaßbereiche eines bekannten und des erfindungsgemäßen Filters,

Fig.2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Filters,

Fig.3 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer aus ^r>o erfindungsgemäßen Filtern aufgebauten Frequenzweiche und

Fig.4 eine vergleichende grafische Darstellung der Durchlaßbereiche einer aus bekannten und aus erfindungsgemäßen Filtern aufgebauten Frequenzweiche bei π deren Einschaltung zwischen einem Sender und einem Empfänger.

F i g. 1 zeigt die Dämpfungskurve 11 eines e; iindungsgemäßen Filters im Vergleich zu der Dämpfungskurve 12 eines bekannten Filters. f₀ ist die durchzulassende und t>o /r die zurückzuweisende Frequenz. Das bekannte Filter ist auf die Frequenz /"« abgestimmt und erzeugt bei dieser Frequenz einen Kurzschluß. Für die Frequenzen zwischen f_o und /}? und bei den Frequenzen unmittelbar neben /« fällt die Dämpfung steil ab. Der Durchlaßbe- μ reich einschließlich der Gebiete links von f_o bzw. rechts von fn ist verhältnismäßig breit. Dies stellt ein Problem dar UIiU kann zu Interferenzen mit benachbarten Sendern führen.

Das erfindungsgemäße Filter ist dagegen auf die durchzulassende Frequenz f_o abgestimmt. F i g. 2 zeigt dieses Filter. Es enthält ein Koaxialkabel I₁ an das ein Resonator 2 und eine Reaktanz 3 angeschlossen sind. Der Resonator 2 und die Reaktanz 3 sind an einer Stelle A mit einer Verbindungsleitung 4 an die Übertragungsleitung 1 angeschlossen. Auch die Verbinaungsleitung 4 ist ein Koaxialkabel. Sowohl der Resonator 2 als auch die Reaktanz 3 sind am Punkt ß^n die Verbindungs.'eitung 4 angeschlossen. Der Abstand zwischen den Punkten A und B ist im wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der zu übertragenden Frequenz.

Der Resonator 2 ist irgendein geeigneter Viertelwellen-Resonator. In der dargestellten Ausführung besteht er aus einem Hohlraumresonator bekannter Konstruktion mit einem konventionellen Abstimmiltel 5. Zum Erzielen bester Ergebnisse hat der Resonator 2 einen hohen Gütefaktor Q. Für den Betrieb im 150-MHz-Band liegt dieser Gütefaktor Q in der Größenordnung von 6000 - 7200 und für das 400-MHz-Band in der Größenordnung von 10 000. Am Punkt fl bewirkt der Resonator 2 bei der Frequenz f_o einen Kurzschluß und erzeugt umgekehrt, am Punkt A einen hohen Widerstand, der für das Signal mit der Frequenz f₀ vernachlässigbar ist.

Da der Resonator 2 auf die Frequenz f_o abgestimmt ist, ergibt sich für die durchzulassende Frequenz ein Durchlaßbereich mit steilen Flanken, wie es deutlich in F i g. 1 gezeigt wird. Dies steht im Unterschied zu dem relativ breiten Durchlaßbereich eines bekannten Filters.

In der dargestellten Ausführung besteht die Reaktanz 3 aus einem üblichen einstellbaren Viertelwellenabschnitt eines Koaxialkabels, das entweder offen oder geschlossen und wie bekannt abstimmbar ist. Die Reaktanz 3 könnte ebenso eine Kapazität oder eine Induktivität bekannter Bauart sein. Sie muß auf den Resonator 2 abgestimmt sein, um mit dessen Reaktanz zusammenzuarbeiten, um am Punkt flbei der zurückzuweisenden Frequenz fa einen Zustand einer Antiresonanz zu erzeugen. Als Ergebnis hiervon bewirkt die zusammengefaßte abgestimmte Reaktanz des Resonators 2 und der Reaktanz 3 am Punkt A einen Kurzschluß. Dies hat seinerseits zur Folge, daß die unerwünschte Frequenz fg zu Schwingungen führt, bis sie in Form von Wärme abgestrahlt ist. Bei geringen Energiepegeln stellt die auf diese Weise erzeugte Wärme im allgemeinen kein Problem dar.

Bei der Frequenz /« erfolgt eine hohe Dämpfung. Zusätzlich und von besonderer Bedeutung ist die relativ höhere Dämpfung bei Frequenzen in der Nachbarschaft von fo. Bei Betrachtung von F i g. 1 z. B. ist die Dämpfung bei einer Frequenz, die gegenüber der Frequenz f₀ um 0,1 MHz nach rechts in Richtung auf fn verschoben ist, bei dem erfindungsgemäßen Filter dreimal höher als bei einem bekannten Filter. Diese relativ höhere Dämpfung, die durch den stärkeren Abfall in der Dämpfungskurve von f_o in Richtung auf fp bewirkt wird, bedeutet, daß Fr wesentlich näher an f_o liegen kann, als dies bisher möglich war. Tatsächlich ist der Snerrbereich verbreitert worden, und Frequenzen auf beiden Seiten von /« werden abgeschwächt. Gleichzeitig ist der Durchlaßbereich umgekehrt eingeschnitten, und es werden Frequenzen auf beiden Seiten von fo gedämpft. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit von Interferenzen mit benachbarten Sendern herabgesetzt.

Es ist ein besonderes Merkmal dieser Erfindung, daß sich das Frequenzverhalten des Filters durch Verändern der Ankopplung des Resonators 2 an den Punkt B verändern läßt. Dies geschieht durch Veränderung der Schleife 10. Bei Abnahme der wirksamen Koppelfläche der Schleife 10 wird der Einschnitt bei f₀ steiler und der Einschnitt bei (r wird breiter und möglicherweise tiefer, was zu einem steileren Abfall von f_o nach /r führt.

Das in F i g. 2 gezeigte Filter kann auch so abgestimmt werden, daß sich die relative Lage von f„ und /« umkehrt. Dies geschieht bei der Ausbildung als Frequenzweiche. Bei dieser umgekehrten Abstimmung wird ein Spiegelbild der Frequenzkurven 11 und 12 erzeugt, wie dies bei 11' und 12' in F i g. 1 gezeigt wird.

F i g. 3 zeigt eine Frequenzweiche oder ein Doppelfilter, bei dem das in F i g. 2 gezeigte erfindungsgemäße Filter verwandt wird. Ein Sender 6 ist über eine erste koaxiale Übertragungsleitung 8 an eine Antenne 7 angeschlossen. Ein Empfänger 9 ist über eine zweite Übertragungsleitung 10 an die gleiche Antenne 7 angeschlossen. Das Problem liegt darin, zu verhindern, daß auf der Empfängerfrequenz liegende Störgeräusche des Senders auf den Empfänger 9 übertragen werden. Weiter muß verhindert werden, daß der Empfänger durch den Träger des Senders unempfindlich gemacht wird. Dieses Problem wird dadurch kompliziert, daß die Trägerfrequenz des Senders und die Empfängerfrequenz so dicht wie möglich nebeneinander liegen sollen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die in Fig.2 gezeigten Filter in der in Fig.3 gezeigten Anordnung angeordnet werden.

Auf der Senderseite wird ein Viertelwellen-Resonator 2 am Punkt San eine koaxiale Viertelwellen-Verbindungsleitung 4 angeschlossen, die ihrerseits am Punkt A an die Übertragungsleitung 8 angeschlossen ist. Eine veränderbare Viertelwellen-Reaktanz 3 ist am Punkt 3 ebenfalls an die Leitung 4 angeschlossen, wie dies in Verbindung mit F i g. 2 erläutert wurde.

Der Resonator 2 ist auf die Trägerfrequenz des Senders abgestimmt, die in diesem Fall die durchzulassende Frequenz /„ ist. Die Reaktanz 3 wird wieder auf den Resonator 2 abgestimmt, so daß ihre Reaktanz in Verbindung mit der des Resonators 2 am Punkt A für die Empfängerfrequenz einen Kurzschluß bewirkt, die auf der Senderseite die zurückzuweisende Frequenz /r ist.

Auf der Empfängerseite wird das gleiche Filter verwandt. Die verschiedenen Teile werden von den entsprechenden auf der Senderseite durch den Zusatz von 'zu den entsprechenden Bezugszeichen unterschieden. Der Resonator 2' ist auf die F.mpfängerfrequenz abgestimmt, die auf der Senderseite die zurückzuweisende »Geräuschw-Frequenz [r war, aber auf der Senderseite die durchzulassende Frequenz f_o darstellt.

Da die koaxiale Verbindungsleitung 4' den Punkt ß'in einen Abstand von im wesentlichen einem Viertel einer Wellenlänge zu dem Anschlußpunkt A' an der Übertragungsleitung 10 bringt, wird bei Resonanz des Hohlraums 2' am Punkt A 'eine hohe Impedanz erzeugt. Die Empfängerfrequenz wird entsprechend durchgelassen. Die Reaktanz 3' arbeitet mit dem Resonator 2' in der vorstehend beschriebenen Weise zusammen und erzeugt am Punkt A' bei der Trägerfrequenz des

ίο Senders einen Kurzschlußzustand. Auf der Senderseite war diese Frequenz die zurückzuweisende Frequenz /«. Der Anschlußpunkt A'liegt in einer Entfernung von im wesentlichen einem Viertel der Wellenlänge der Trägerfrequenz vom Anschlußpunkt an der Antenne 7 und der Kurzschlußzustand am Punkt A' bei der Trägerfrequenz des Senders wird auf eine hohe lmpendanz am Antennenanschluß transformiert. Bei Parallelschaltung zu der am Antennenanschluß angepaßten Belastung hat dies im wesentlichen keine

Auswirkung auf die Übertragung der Senderleistung zur Antenne. Auf der Empfängerseite ist die Frequenzkurve daher ein Spiegelbild von der in F i g. 1 gezeigten Kurve mit der Ausnahme, daß f_o eine Empfängerfrequenz und Λ? die Trägerfrequenz des Senders darstellen würde. Die äußerst erwünschten Eigenschaften jedes Filters bewirken damit, daß f_o und /"« weit enger aneinanderliegen als dies bisher der Fall war.

Wegen der relativ größeren Dämpfung in dem Frequenzbereich zwischen der Trägerfrequenz des

j(i Senders und der Empfängerfrequenz ist das erfindungsgemäße Filter besonders wirksam bei einer Frequenzweiche. Dies ergibt sich deutlich aus einem Vergleich der Dämpfungspegel an den Schnittpunkten der in F i g. 1 eingezeichneten spiegelbildlichen Kurven. Die

j-j addierende Wirkung dieser Kurven wird in Fig.4 gezeigt. Hier stellt die Kurve 13 das Frequenzverhalten einer Filterweiche dar, die insgesamt 6 erfindungsgemäße Filter enthält, 3 auf jeder Seite. Die Kurve 14 stellt das Frequenzverhalten der gleichen Filterweiche dar,

w wenn diese aus insgesamt 7 bekannten Filtern aufgebaut ist, wobei 4 Filter auf der Senderseite angeordnet sind. In dem Frequenzbereich zwischen der Trägerfrequenz und der Empfängerfrequenz beträgt die minimale Dämpfung, die mit einer Filterweiche aus erfindungsgemäßen Filtern erzielt wird, mehr als das zweifache der Dämpfung von anderen Filtern.

Zum Erzielen einer noch größeren Dämpfung der Trägerfrequenz des Senders und des Senderstörgeräusches auf und im Bereich der Empfängerfrequenz

5(i werden im allgemeinen auf beiden Seiten nocht weitere zusätzliche Filternetzwerke verwandt, die um ein Viertel einer Wellenlänge auseinandcrliegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzfilter, welches an eine durchgehende HF-Leitung angeschlossen ist, gebildet aus einem auf die Durchlaßfrequenz abgestimmten Viertelwellen-Resonator, der an die HF-Leitung über eine Verbindungsleitung mit einer Länge von einem Viertel der Wellenlänge der Durchlaßfrequenz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß über die Verbindungsleitung (4) zusätzlich eine Reaktanz (1) angeschlossen iit, die so bemessen ist, daß sie zusammen mit der Resonatorreaktanz (2) am Anschlußpunkt (A) der Verbindungsleitung (4) an die HF- Leitung (1) für die Sperrfrequenz einen Kurzschluß bildet.

2. Filter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (3) ein einstellbarer Abschnitt mit einer Länge von einer Viertelwellenlänge ist.

3. Filter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (J) ein verkürzter Rohrstutzen ist.

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktanz (3) ein offener Rohrstutzen ist.

5. Filter nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (2) ein Hohlraumresonator mit einem hohen Gütefaktor ist.

6. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Leitung (1) ein koaxiales Kabel ist.

7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Aufbau einer Frequenzweiche dient in einer Schaltungsanordnung mit einem Sender (6) und einem Empfänger (9), der auf eine Frequenz abgestimmt ist, die dicht neben der Trägerfrequenz des Senders (6) liegt, wobei der Sender (6) über eine erste Übertragungsleitung (8) und der Empfänger (9) über eine zweite Übertragungsleitung (10) an eine gemeinsame Antenne (7) angekoppelt sind und ein erstes Hochfrequenz-Filter (2, J, 4) an die erste Übertragungsleitung (8) und ein zweites Hochfrequenz-Filter (2', 3', 4') an die zweite Übertragungsleitung (10) angeschlossen ist, und daß erste Filter (2, 3, 4) so abgestimmt sind, daß es die Trägerfrequenz des Senders (6) durchläßt und die Empfängerfrequenz sperrt, während das zweite Filter (2', 3', 4') so abgestimmt ist, daß es die Empfängerfrequenz durchläßt und die Trägerfrequenz des Senders sperrt.

8. Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (2, 2') Hohlraumresonatoren mit hohem Gütefaktor sind.

9. Filter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Übertragungsleitung (8, 10) Koaxialkabel sind und die Reaktanzen (3 3') Rohrabschnitte mit veränderbarer Länge sind.

10. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung jedes Resonators (2, 2') an die Verbindungsleitung (4, 4') einstellbar veränderbar ist.