DE1805796A1

DE1805796A1 - UHF-Fernseh-Tuner

Info

Publication number: DE1805796A1
Application number: DE19681805796
Authority: DE
Inventors: Hall Donald Bryan; Cooke Harry Forwood; Weber Roger Lewis; Whitten Darrell Wayne
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1967-10-30
Filing date: 1968-10-29
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1805796B2; GB1235718A

Description

OB.-INQ. OIPI..-INQ. M.SC. DIPL.-PHYS. OB. OIPU.-PHVS.

HÖGER - STELLRECHT - QRI ESS BAC H - HAECK£R

A 36 809 b
10. Okt. 1968
k - 135

Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas, U.S.A.

UHF-Fernseh-Tuner

Die Erfindung betrifft einen Umsetzer zur Abstimmung im UHF-Bereich, der einen Vorwähler oder Bandpaß, einen Mischer und einen Hilfsoszillator zur Umwandlung der UHF-Frequenz in eine niedrigere· Frequenz mittels Frequenzmischung umfaßt.

Bei der Herstellung von kommerziellen UHF.-Tunern vermochte man "bis Jetzt keine volle automatische Bestückung und Montage durchzuführen. Versuche in dieser Richtung sowie mit Schaltkreisen aus Festkörperleitungen (solid state transmission line circuits) ergaben zu geringe Trennschärfe und zu hohen Rauschwert.

Die Nachteile der bisherigen Herstellungsverfahren sind hohe Kosten und ungleichmäßige Qualität durch lohnintensive Arbeit.

Aufgabe der Erfindung ist, eine UHF-Tunerschaltung zu ersinnen, die durch ein automatisches Produktionsverfahren hergestellt werden kann.

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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß der Bandpaß einen abgestimmten Leiterstreifen in einem ersten Mikrostreifen-Abstimmkreis und einen abgestimmten Leiterstreifen in einem zweiten Mikrostreifen-Abstimmkreis hat, daß der Ausgang eines Mikrostreifen-Symmetrierkreises

mit dem Leiterstreifen des ersten Abstimmkreises als dem Eingang des Bandpasses gekoppelt ist, daß der Eingang des Mischers mit dem Leiterstreifen des zweiten Abstimmkreises als dem Ausgang des Bandpasses Kopplung hat, und daß des weiteren der Ausgang des Hilfsoszillators an den Mischer . zur Erzeugung einer Differenzfrequenz an einem Ausgang geführt ist (Fig.l, Fig.5)«· Zweckmäßigerweise enthält der Hilfsoszillator einen Mikrostreifen-Oszillatorabstimmkreis.

Durch die Erfindung wird eine elektronisch abstimmbare UHF-Schaltung geschaffen und der Vorteil erzielt, daß durch die automatisch erstellten und bestückten Festkörperleitungen neben der Einsparung von Lohnkosten sowie der Einengung der Qualitätsstreuung des Produkts die Herstellung großer Stückzahlen durch Zeitersparnis ermöglicht wird.

Zweckmäßigerweise werden dabei varactorabgestimmte Mikrostreifenkreise, die- durch ein fotografisches Aufzeichnungsverfahren auf einem isolierenden Träger hergestellt wurden, zum Empfang und zur Wandlung der UHF-Frequenzen verwendet.- Dadurch wird auch eine automatischeJBestückung und Montage durchführbar.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient: Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen UHF<-Tuners mit elektronisch abstimmbaren Leitungen;

Fig. 2 eine Schnittzeichnung, die den Aufbau eines Symmetrierglieds des Tuners der Fig. 1 zeigt;

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Pig. 3 eine Schnittzeichnung eines Teils einer abgestimmten Leitung der Pig. 1, die die Verbindung*von Trimmerkondensatoren mit jener zeigt;

Fig. Ha
und 4b Schnittzeichnungen zweier möglicher Bauweisen für

die Trimmerkondensatoren;
Fig. 5 ein Blockschaltbild des Tuners der Fig. 1 und

Fig. 6 einen Stromlaufρlan, der näherungsweise die Funktion des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels darstellt.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Mikrostreifen-UHF-Tuners 1, der auf einer isolierenden Trägerplatte 2 errichtet ist. Die Unterseite der Trägerplatte 2 hat einen Massepotential führenden Metallfilm 3· Auf der Oberfläche 6 der Trägerplatte 2 befinden sich nun die Mikrostreifenkreise in Form dünner Metallfilme.

Die Konstruktion eines Symmetrierglieds (balun) am UHF-Eingang des Tuners wird in Fig. 2 dargestellt. Ein erster Leiterstreifen 8 liegt auf der Oberfläche 6 parallel einem zweiten Leiterstreifen 9. Beide Leiterstreifen sind von Ferritmaterial umschlossen, wobei ein Ferritoberteil 4 auf einem Ferritunterteil 5 sitzt. Das Unterteil 5 ist U-förmig und ragt nur mit den zwei Schenkeln von der Unterseite der Trägerplatte 2 durch Löcher in dieser nach oben. Das atff die Schenkelflächen aufgesetzte Oberteil 4 ist durch nichtmagnetische Schrauben und Muttern 7 mit dem Unterteil 5 fest verbunden. Der zweite Leiterstreifen 9 endigt

(Fig. 1) an einer Durchverbindung JO zum Massefilm 3. Der Leiterabgestimmten streifen 8 dagegen führt auf einen/Leiterstreifen 11 eines ersten

oder Bandpass
Abstimmkreises/. Die Stoßstelle beider Leiter wurde an einen Punkt günstiger Impedanztransforniation über" das UHF-Spektrum gelegt.

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Der Tuner setzt sich aus vier Teilen zusammen: dem Symmetrierglied, einem Bandpaß, einem Mischer und einem Hilfsoszillator; dies zeigt Fig. 5. Der Bandpaß enthält u.a. zwei Leiterstreifen 11 und 24. Diese zwei Leiterstreifen sind durch ein Koppelglied aus Leiterstreifen 21, 22, 23 miteinander gekoppelt.

Ein zusätzlicher Leiterstreifen-22a kann entsprechend den gestrichelten Linien der Pig. 1 dem Koppelglied aus den Streifen 21 bis 23 hinzugefügt werden, wodurch ein geschlossener Leiterstreifenkreis entsteht. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß der geschlossene Kreis wirksamer als der offene Koppelkreis ist.

Ebenso wurden Schaltungen ohne einen eigenen Koppelzwischenkreis erstellt. Die Leiterstreifen 11 und 24 wurden einander parallelliegend ausgeführt, so daß Direktkopplung zwischen den zweien stattfand. Es sind noch weitere Koppelmöglichkeiten vorhanden; die soeben erwähnten drei Möglichkeiten seien nur als Beispiel aufgeführt.

Der erste Abstimmkreis enthält also den Leiterstreifen 11, der an einem Ende eine Durchverbindung 10 zum Massefilm 3 hat. Das andere Ende führt über einen leitenden Streifen zu einem Trimmerkondensator I3 sowie Über einen Draht 14 zu einer Varactordiode 15 als Abstimmelement. Deren zweiter Anschluß liegt an einem Leiterplättchen 16. An letzteres ist überdies ein Anschluß eines Nebenschlußkondensators I9 sowie eines Drahts 17 herangeführt. Ein mit einer Durchverbindung 10 zum Mässefilm 3 versehener Anschluß 20 nimmt das zweite Bein des Nebenschlußkondensators 19 auf, während der Draht

17 durch eine Perritperle 18 hindurch zu einem Anschluß 35 Kegel— -^

für eine/Spannung *) führt. Die -V Spannung bildet die Abstimmepannung für die Varactordioden. Durch den durch die Perritperle

X) -y Spannung 909822/1135 -5-

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hindurchgehenden Draht wird ein Tiefpaßfilter erzeugt, das ein Durchgreifen einer Hochfrequenz nach Anschluß 35 verhindert.

Die Kopplung von Leiterstreifen 11 über die Streifen 21 bis 23 zu dem Leiterstreifen 24 als Teil eines zweiten Abstimmkreises weist ein aus induktiven und kapazitiven Bauteilen erstellbares Verhalten auf. Während das eine Ende des Streifens 24 eine Durchverbindung 10 zum Massefilm 3 hat, führt ihr anderes Ende über einen Leiter 27 zu einem Trimmer- λ kondensator 26 sowie über einen Draht 28 an eine Varactordiode 29» Der zweite Anschluß der Varactordiode 29 ist an ein Leiterplättchen 30 gelegt. An dieses führen auch ein Nebenschlußkondensator 31 sowie ein Draht 34. Das zweite Bein des Nebenschlußkondensators 31 liegt an einem durch eine Verbindung auf Massepötential befindlichen Anschluß 32. Der Draht 34 ist durch eine Ferritperle 33 gezogen und endigt am Anschluß 35.

Ein Anschlußstreifen 25 als Abzweig des Streifens 24 bedeutet den Ausgang des Bandpasses und Eingang in den Mischer der Fig. 5. Eine Mischerdiode 37 erhält über einen Draht 36 das Signal des Streifens 25. Der zweite Anschluß der Diode 37 liegt auf einem. Leiterstreifen 38, der nach einer Krümmung als (

Leiteräbschnitt 39 Koppeleigenschaften aufweist. An dieser Stelle wird die Energie des Hilfsoszillators der Fig. 5 für die Mischerdiode 37 empfangen. Ein an der Diode 37 entstehendes Frequenzgemisch aus dieser Hilfsfrequenz und der über den Anschlußstreifen 25 erhaltenen UHF-Frequenz wird über in Serie geschaltete Spulen 40 und 44 an einen Ausgangsanschluß 45 gebracht. Ein ^: · Anschluß 43 gestattet die Verbindung je eines Beines der Spulen 40 und 44 sowie eines Nebenschluß-Kondensators 42. Ein durch eine Verbindung 10 an Massepotential liegender Anschluß 41 verbindet das zweite Bein des Kondensators 42 mit Masse. Die Spulen 40 und 44 bilden zusammen mit dem Kondensator 42 einen Tiefpaß, der aus dem an der Mischerdiode 37 entstandenen Frequenz-

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gemisch nur eine Zwischenfrequenz in Form einer Differenzfrequenz aus beiden Frequenzen zum Ausgangsanschluß 45 durchläßt. ^ '

Kopplungselement zur Übertragung der Energie des Hilfsoszillators der Fig. 5 an die Mischerdiode 37 (^F*iferr¹1t^mmt^f¹* ^Le^-^terab~ schnitt 39 und ein hierzu parallel liegender/Leiterstreifen 46, der einen Teil eines Resonanzkreises des Hilfsoszillators bildet. Während das eine Ende des Streifens 46 mittels einer Durchver- W bindung 10 zum Massefilm 3 geführt ist, ist sein anderes Ende über einen Leiter 49 mit einem Trimmerkondensator 50 sowie über einen Draht 51 mit einer Varactordiode 53 verbunden. Diese liegt mit ihrem zweiten Anschluß an einem Leiterplättchen 52. An letzteres führt ein Nebenschlußkondensator 54 und ein Draht 57. Während das zweite Bein des Nebenschlußkondensators 54 über einen Anschluß 55 und eine Durchverbindung 10 an Massepotential liegt, führt der Draht 57 durch eine Ferritperle 56 als Tiefpaß an den Anschluß 35 für die -V Spannung.

Ein Transistor 58 ist als aktiver Bauteil des Hilfsoszillators kollektorseitig auf einem Leiterstreifen 48 aufgebracht, der fe als Anzapfung am Streifen 46 ausgeführt ist. Der Emitter des Transistors 58 ist mit einem Leiterstreifen 59 verbunden, der eine Induktivität darstellt. Das aidere Ende des Streifens 59 führt an einen Nebenschlußkondensator 63 sowie über einen Leiter 61 an einen Widerstand 60. Während das zweite Bein des Nebenschlußkondensators 63 über einen Anschluß 64 und eine Durchverbindung 10 an Massepotential gelegt ist, führt der zweite Anschluß des Widerstands 60 über einen Leiter 62 an einen Anschluß 72. Der Anschluß 72 hat drei weitere Verbindungen: ein Draht 75, der nach Durchführung durch eine Ferritperle 76 als Tiefpaß an einem Anschluß 77 für -V Spannung endet; ein Nebenschlußkondensator 73» dessen zweites Bein über einen

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Anschluß 74 und eine Durchverbindung 10 an Massepotential geführt ist; ein Leiter 71, der mit dem einen Bein eines Widerstands 70 Verbindung hat. Ein Leiterstreifen 65 führt über einen Leiter 69 an das zweite Bein des Widerstands 70, sowie an den Basisanschlußdraht des Transistors 58 und überdies über einen Leiter 66 an einen Widerstand 67, dessen zweiter Anschluß durch eine Anschlußplatte 68 gebildet wird, die vermittels einer Durchverbindung 10 zum Massefilm 3 an Massepotential liegt.

Fig. 3 zeigt eine Schnittzeichnung mit den Leiterstreifen und 24 sowie den Trimmerkondensatoren 13 und 26. Die Streifen 12 bzw. 27 verbinden den Kondensator 13 mit dem Streifen 11 bzw. den Kondensator 26 mit dem Streifen 24. Sämtliche Trimmerkondensatoren der Fig. 1 können im einzelnen so ausgebildet werden, wie Fig. 4a bzw. 4b des näheren zeigt. In Fig. 4a wird ein Kondensator dargestellt, der ein Dielektrikum 80 sowie zu dessen "beiden Seiten Elektroden 81 und 82hat; dabei ist mittels einer Durchverbindung 83 zum Massefilm 3 die Elektrode 82 an Massepotential geführt. Bei der Bauweise des Kondensators nach Fig. 4a kann der Kondensator als fertiges Bauteil in den Schaltkreis eingefügt werden. Anders bei der konstruktiven Ausführung gemäß Fig. 4b: Auf die isolierende Trägerplatte 2 ( ist ein Dielektrikum 85 aufgebracht, über dem eine'Elektrode liegt» während die zweite Elektrode durch den Massepotential führenden Metallfilm 3 auf der Unterseite der Trägerplatte gebildet wird. Eine Justage der Kapazität des Kondensators der Fig. 4b kann durch Materialabtragun|?vermittels eines Sandstrahlgebläses erfolgen. Wie gesagt, können beide Kondensatorbauweisen in Fig. 1 verwendet werden.

Obwohl es nicht möglich ist, für die durch Mikrostreifen der Fig. 1 erzeugten Kapazitäten und Induktivitäten exakt entsprechende Schaltungen mit diskreten L- und C-Bauteilen anzugeben,

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soll doch durch den in Fig. 6 gezeigten Stromlaufρlan eine annähernde Darstellung der Funktion des in Fig. 1 gegebenen UHF-Tuners geboten werden. In der folgenden Tabelle 1 sind die ungefähren oder exakten Äquivalenzen zwischen den Bauteilen der Fig. 1 und der Fig. 6 aufgezeigt.

Tabelle 1

Fig. 6	äquivalent Fig. 1	Bauteil
100,101	4,5;8,9	Symmetrierglied aus ferrit umhüllten Leiterstreifen
107,108	17,18	Tiefpaß aus ferritumhülltem Draht (Ferritperle)
111,112	33,34	Il
122,123	56,57 75,76	Il Il
102	11	Induktivität aus einem Leiter streifen
113	24	ti
125	59	11 - '
116,118	39,46	transformatorisehe Kopplung vom Oszillator zur Mischerdiode
106	ll;21,22,(22a), 23;24	LC Kopplung vom 1. zum 2. Ab·* stimmkreis
104	19	Nebenschlußkondensator
110	31	Il
120	54	11
127	73	It
128	63	Il
133	42	If
131	65,66	Kondensator aus einem Leiter streifen gegen Masse

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Fig. 6	äquivalent Fig. 1	Bauteil
105 115 121	13 26 50	Trimmerkondensator gemäß Fig. 4a,4b aus zwei Leiterfolien Il Il
114 103 109 119	37 15 29 53	Mischerdiode , Varactordiode Il Il
124	58	Transistor
126 129 130	60 70 67	Widerstand Il It
117	40,44	Spule

Beispielsweise bedeutet ein Kondensator 131 der Fig. 6 die Kapazität des Leiters 66 gegen das Massepotential des Anschlusses 68 sowie des Leiterstreifens 65 gegen den Massepotential führenden Metallfilm 3 auf der Unterseite der Trägerplatte 2.

Die Wirkungsweise der UHF-Tunersehaltung ist aus Fig. 6 leicht zu ersehen. Ein Antennenanschluß am Eingang des Symmetrierglieds 100, 101 liefert ein UHF-Signal. Der erste Abstimmkreis aus den Bauteilen 102 bis 105 und 107, 108 sowie der mit dem ersten Abstimmkreis durch das Bauteil 106 gekoppelte zweite Abstimmkreis aus den Bauteilen 109 bis 11.3 und 115 ist auf die Frequenz des Eingangssignals abgestimmt. Das UHF-Signal verläßt den aus den zwei Abstimmkreisen bestehenden Bandpaß am Abgriff der Induktivität 113 und beaufschlagt die Mischerdiode 114, die

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ein Frequenzgemisch aus diesem und. der Frequenz des Hilfsoszillators, dargestellt durch die Bauteile 118 bis 131, erstellt. Wegen des Tiefpasses 116, 117, 133 gelangt aus dem Frequenzgemisch nur die Differenz aus der UHF-Eingangsfrequenz und der Oszillatorfrequenz an den Ausgangsanschluß der Schaltung.

Durch gleichzeitiges Anlegen einer -V Spannung an die Varactordioden 103, 109 und 119 sind die Abstimmkreise des Bandpasses sowie des Oszillators so eingestellt, daß die Differenz aus der Resonanzfrequenz der Abstimmkreise des Bandpasses und dem Abstimmkreis aus den Bauteilen 118 bis 120 des Oszillators konstant ist und beispielsweise 44 Megahertz als eine in Fernsehgeräten benutzte Frequenz beträgt. Diese Abstimmung wird durch eine entsprechende Einstellung der -V Spannung bewirkt.

Die Trägerplatte 2 kann aus einem beliebigen geeigneten Hochfrequenzmaterial bestehen, wie Aluminiumoxyd, Bariumtitanat oder Magnesiumtitanoxyd. Eine hohe Dielektrizitätskonstante von einigen dieser Materialien machen sie für den Einsatz bei UHF-Frequenzen geeignet und gestatten eine Verminderung der geometrischen Abmessungen der Mikrostreifenleitungen. Die Basisregionen der Leiter auf der Trägerplatte 2, wie Leiterstreifen von Abstimmkreisen, Leiter und Anschlüsse, können durch ein fotografisches Verfahren nach Art gedruckter Schaltungen aus Kupferleitungen auf der Trägerplatte hergestellt werden. Die wenigen diskreten Bauteile, wie Dioden, Transistoren und Widerstände, können dann an die entsprechenden Stellen der Metallfilmleiter montiert werden.

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Andere Schaltkreise, wie Hochfrequenzverstärker, Zwischenfrequenzverstärker und VHF-ÜHP-Radiokreise, können nach Art des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispxels hergestellt werden, weshalb die Anwendung des erfindungsgemäßen Aufbaus nicht auf UHF-Tuner beschränkt ist.

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Claims

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Patentansprüche:

1. Umsetzer zur Abstimmung im UHF-Bereich, der einen Vorwähler oder Bandpaß, einen Mischer und einen Hilfsoszillator zur Umwandlung der UHF-Frequenz in eine niedrigere Frequenz mittels Frequenzmischung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaß einen abgestimmten Leiterstreifen (11) in einem ersten Mikrostreifen-Abstimmkreis und einen abgestimmten Leiterstreifen (24) in einem zweiten Mikrostreifen-Abstimmkreis hat, daß der Ausgang eines Mikrostreifen-Symmetrierkreises (4,5,8,9) mit dem Leiterstreifen (11) des ersten Abstimmkreises als dem Eingang des Bandpasses gekoppelt ist, daß der Eingang des Mischers (37) mit dem Leiterstreifen (24) des zweiten Abstimmkreises als dem Ausgang des Bandpasses Kopplung hat, und daß des weiteren der Ausgang des HilfsOszillators (58) an den Mischer (37) zur Erzeugung einer Differenzfrequenz an einem Ausgang (45) geführt ist (Fig. 1, Fig. 5)..

2. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsoszillator einen Mikrostreifen-Oszillatorabstimmkreis enthält.

3. Umsetzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Mikrostreifen-Abstimmkreis des Bandpasses sowie der Hilfsoszillator gleichzeitig durch Varactordioden (15,29,53) abstimmbar sind (Fig. 1).

b. Umsetzer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Symmetrierkreis einen ersten (8) und einen zweiten (9) metallischen Leiterstreifen enthält, wobei der erste. Streifen (8) mit dem Leiterstreifen (11) dee ersten Abstimmkreises Kopplung hat, der zweite Streifen (9) mit einem Ende dagegen an Masse geführt ist, und daß ein Ferritkern (4,5) wenigstens Teile des ersten und zweiten Streifens (8,9) umhüllt (Fig.l,Fig.2).

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5· Umsetzer nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostreifen-Abstimmkreise des Bandpasses jeweils einen metallischen Leiterstreifen auf der einen Seite eines isolierenden Trägers (2) als Dielektrikum aufweisen, wobei auf der anderen Seite dieses Trägers ein auf Hassepotential liegender Metallfilm gebildet ist, und dass die Abstimmkreise ferner jeweils eine Varactordiode (15, 29, 53) > einen Trimmerkondensator £13, 26, 5o) und einen Nebenschlusskondensator (19,31_S54) aufweisen, wobei der Leiterstreifen mit seinem einen Ende mit dem Massepotential-Metallfilm un-d mit seinem anderen i Ende mit dem Trimmerkondensator und der Varactordiode verbunden ist und der Trimmerkondensator elektrisch zwischen dem Leiterstreifen und dem Nebenschlusskondensator, der letztere jedoch zwischen Varactordiode und Massepotential-Metallfilm liegt. (Fig. 1, 4b)

6. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungszuführung zur Abstimmung der Kapazität der Varactordioden der Mikrostreifen-Abstimmkreise durch Ferritperlen geführt ist (Fig. 1).

7. Bandpass nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmerkondensatoren aus einem auf einem Metallstreifen ge- ' bildeten Dielektrikum bestehen, wobei der Metallstreifen am einen Ende mittels einer Durchverbindung (83) mit dem Massepotential führenden Metallfilm und am anderen Ende mit dem zugehörigen Leiterstreifen über einen weiteren Metallstreifen verbunden ist (Fig. 4a).

8. Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Trägerplatte (2) aus Magnesium-Titan-Material besteht (Fig. 1).

9. Umsetzer naeh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abstimmkreise des Bandpasses durch eine geschlossene

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Koppel-schleife gekoppelt sind (Pig. 1).

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