DE2058419A1 - Verlustbehaftetes Hochfrequenzfilter - Google Patents
Verlustbehaftetes HochfrequenzfilterInfo
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Description
Patentanwalt
MÜNCHEN 71 (Solin) 4 U 3 O 4 I Ci
Franz-Hals-Straße 21
Telefon 796213
Telefon 796213
AMP 2830 München, 24. November 1970
sch
AMP Incorporated
Eisenhower Boulevard
Harrisburg, Penna., Y.St.A.
Verlustbehaftetes Hochfrequenzfilter
Priorität: 9. Dezember 1969; V.St.Α.;
Mr. 883 501
Yerlustbehaftete Hochfrequenzfilter werden in großem Ausmaß
in elektrischen Schaltungen dazu verwendet, Hochfrequenzrauschen zu unterdrücken. Filter mit punktförmig verteilter
Impedanz führen diese Punktion bei niedrigeren Frequenzen in befriedigender Weise aus, ihre Nützlichkeit ist jedoch
durch das Auftreten von Resonanzen bei höheren Frequenzen begrenzt. Um diesen Nachteil zu überwinden, hat man ein Tiefpaß-Hochfrequenzfilter
entwickelt, das ein inneres Ferritelement aufweist, welches mit einer Metallschicht überzogen
ist, über der sich eine metallisierte keramische Außenhülse befindet. Solche Filter sind zwar klein und haben gute Einführungsverlustcharakteristiken
bei hohen Frequenzen, jedoch sind sie aus noch zu erörternden Gründen schwierig herzustellen.
Auch ist die kapazität derartiger Filter begrenzt durch die
Stärke, mit welcher die äußere keramische Hülse hergestellt
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AMP 2830
werden kann, im allgemeinen etwa 0,02 bis 0,025 cm. Obwohl die Resonanzen bei den höheren Nutzfrequenzen sehr niedrig
sind, hat ein derartiges Filter dennoch eine punktförmig verteilte Impedanz bei den niedrigeren Nutzfrequenzen, z.B. 1 bis
MHz, so daß bei diesen Frequenzen Resonanzen auftreten können.
Ein verlustbehaftetes Hochfrequenzfilter mit einem Ferritelement,
das eine Schicht aus dielektrischem Material, z.B. Bariumtitanat, aufweist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindiing
dadurch, daß die Schicht aus dielektrischem Material unmittelbar auf dem Ferritelement niedergeschlagen worden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen näher erörtert. Von den Figuren zeigen:
Figur 1 einen axialen Schnitt eines bekannten verlustbehafteten Hochfrequenzfilters zur Verwendung
auf einem elektrischen Anschlußstift;
Figur 2 eine der Figur 1 ähnliche Darstellung, wobei jedoch ein erfindungsgemäßes Filter gezeigt ist;
Figur 3A eine graphische Darstellung, wobei der Einführungsverlust
gegen die Frequenz aufgetragen ist in bezug auf die Filter der Figuren 1 und 2;
Figur 3B eine graphische Darstellung, bei welcher die
Dämpfung gegen die frequenz aufgetragen ist in
bezug auf die Filter der Figuren 1 und 2;
Figur 4 ein Diagramm, das die äquivalente Schaltung eines Filters gemäß Figur 1 zeigt;
Figur 5 in verkleinertem Maßstab einen axialen Schnitt
des Filters von Figur 2, das von einem Isolationselement getragen wird und sich auf einem elektrischen
Anschlußstift befindet;
Figur 6 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung, die ein verlusbbehaftetes Hochfrequenzfilter
gemäß einer weiotren Ausführungsform der
Erfindung zeigt, das mit einer gedruckten Schaltung verbunden ist; und
Figuren Schnitte von verlustbehafteten Hochfrequenz!'ilbis
9 tern gemäiS weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
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Das in Figur 1 gezeigte "bekannte Filter weist zwei konzentrische
Hülsen auf, wobei die Innenhülse eine stranggepreßte !Ferritröhre 1 mit einem Metallüberzug 2 und die
Außenhülse eine Bariumtitanatröhre 3 mit einem Metallüberzug
4 ist, wobei die Hülsen durch elektrisch leitendes Epoxydharz oder durch Verlöten aneinander befestigt sind.
Bei der Herstellung des Filters von Figur 1 muß jede der Röhren 1 und 3 durch Strangpressen hergestellt werden, und
jede muß mit Metallüberzug versehen werden, und schließlich müssen die Hülsen miteinander fest verbunden werden.
Das in Figur 2 gezeigte Filter weist eine stranggepreßte |
Ferritröhre 5 auf, auf welche ein aus Bariumtitanat bestehender
Überzug 6 niedergeschlagen ist, beispielsweise durch elektrophoretisches Niederschlagen etwa durch das Verfahren,
wie es in dem US Patent 2 843 541 beschrieben ist. Nachdem das Bariumtitanat auf der Ferritröhre 5 niedergeschlagen
wurde, wird der so geformte Körper mit einem Metallüberzug 7 überzogen, wobei Spalte 8 uv-6. 9 in dem Metallüberzug belassen
werden, um Erdungs- und zentrale Stiftelektroden des
Filters zu isolieren.
Bei dem bekannten Filter von Figur 1 müssen Spalte 10 und für Erdungs- und zentrale Stiftelektroden in dem Metallüber- _
zug belassen werden, und außerdem muß ein Spalt 12 in dem ™ Überzug an der Innenseite der Außenhülse vorgesehen werden.
Außerdem muß, wenn die Innenhülse mit ihrem Metallüberzug versehen wird, ein freier Raum 12a vorgesehen werden, so daß
das Ferrit nicht stromlos ist» Dementsprechend ist die Herstellung
des Filters gemäß Figur 2 weit einfacher als die des Filters gemäß Figur 1.
Tests haben gezeigt, daß im Fall von zwei Filtern, wobei eines einen Durchmesser von 0,254 cm und eine Länge von
1,1341 cm hatte und eines der Filter gemäß Figur 1 und das andere gemäß Figur 2 ausgebildet war, das Filter gemäß Fi-
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gur 1 eine Kapazität von 6000///* F aufweist und das Filter
gemäß Figur 2 eine Kapazität von 5000(/m/kF aufweist. Der
Einführungsverlust der beiden Filter, gemessen in einem 50-Ohm-System,ist gegen die Frequenz in der graphischen
Darstellung von Figur 3A aufgetragen und die Dämpfung ist gegen die Frequenz aufgetragen in der graphischen Darstellung
von Figur 3B. In jeder Darstellung bezieht sich die Kurve I auf das Filter von Figur 1 und die Kurve II auf das
Filter von Figur 2. Die Abszisse jeder graphischen Darstellung ist in dB kalibriert und die Ordinate in MHz. Die
Charakteristik des Einführungsverlustes gegen die Frequenz
ist bei beiden Filtern gut, wie man aus Figur 3A erkennte Wie man aus Figur 3B sieht, zeigt jedoch das Filter von
Figur 1 eine unerwünschte Dämpfungsverminderung von zwischen 5 und 10 dB, was daraus resultiert, daß die Querkapazität
mit der Filterreiheninduktivität in Resonanz ist (vglo Figur
4, die das Schaltungsäquivalent des Filters von Figur 1 zeigt).
Da die Impedanz der Schaltung, in welcher derartige Filter verwendet werden, nicht immer bekannt ist oder nicht immer
leicht festzustellen ist, kann das bekannte Filter von Figur 1 im tatsächlichen Betrieb einen geringeren Verlust oder
sogar eine Verstärkung aufweisen in bezug auf den Verlust, wie er durch Messungen bestimmt wurde, die bezüglich einer
Schaltung mit vorbestimmtem Qutllwiderstand und vorbestimmter
Endimpedanz durchgeführt wurden. Das Filter von Figur 2 jedoch zeigt auf Grund seiner verteilten Konstruktion und
seines eigenen niedrigen Q-Wertes ungeachtet der Schaltungsimpedanzen keine Verstärkung.
Bei der Konstruktion des Filters von Figur 2 ist es möglich, einen extrem dünnen Film von Bariumtitanat zu erhalten, der
beispielsweise eine Stärke von etwa 0,005 bis 0,009 cm aufweist. Ein solcher Film sorgt für eine weit höhere Kapazität
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pro Längeneinheit des Filters und bei einer vorgegebenen dielektrischen Konstante eine größere Dämpfung pro längeneiniieit
als ein herkömmliches Filter.
Figur 5 zeigt das Filter von Figur 2, das auf einem elektrischen Anschlußstift 14 angeordnet ist, wobei eine Erdungsplatte
15 auf einem Isolierkörper das Filter aufnimmt und mit der Außenfläche des Filters in Schnappverbindung ist,
um so eine Erdverbindung zu dem Filter herzustellen. Angenommen, das Filter hat eine Länge von 1 cm, so beträgt die
Geräuschdämpfung etwa 60 dB bei 100 MHz, was einer Ver- A
ringerung der Rauschleistung um einen Faktor von 10 entspricht.
Figur 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem verlmstbehafteten
Hochfrequenzfilterstreifen für eine gedruckte Schaltung. Der Filterstreifen weist ein Ferritelement 16 auf,
das auf einer Seite einen Niederschlag 17 von Bariumtitanat
besitzt, welcher von einem Metallüberzug 18 bedeckt ist, und auf der anderen Seite einen Metallüberzug 19 besitzt,der
mit einem Erdungsleiter 20 einer gedruckten Stromkreisplatte durch Löten verbunden ist» Schaltungskomponenten 21 und 22
sind mit dem Filterstreifen durch Leiter 23 und 24 verbunden, die an dem Metallüberzug 18, der ein Gleichstrom—Sammel— ™
element bildet, angelötet sind. Wenn die Komponenten 21 und 22 beispielsweise Komponenten sind, die in einer digitalen
Schaltung ausgelöst werden sollen, werden dem Überzug 18 normalerweise hohe Frequenzen aufgedrückt, so daß ein
Rauschen erzeugt wird, das andere Schal tungskomponenteti (nicht gezeigt) auf der Platte beeinflussen kann. Das verlustbehaftete
Filter dient jedoch dazu, die Komponenten 21 und 22 zu isolieren.
Ein Filter gemäß Figur 6 hat beispielsweise eine Breite von 1,27 cm, wobei die Dämfßmg 90 dB pro cm bei 100 MHz beträgt,
was bedeutet, daß die Rauschleistung um einen Faktor von
q
10 gedämpft wird.
10 gedämpft wird.
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Obwohl Bariumtitanat besonders geeignet ist als dielektrisches
Material, können auch andere dielektrische Materialien mit
niedrigen dielektrischen Konstanten auf dem Ferrit niedergeschlagen werden zur Steuerung der Grenzfrequenz des Filters.
Beispielsweise kann ein Filter, der einen aus Epoxydharz bestehenden Niederschlag einer Stärke von 0,00508 cm
aufweist, eine Grenzfrequenz (d.h. die Frequenz, bei welcher der Einführungsverlust 3 dB beträgt) von 50 MHz haben.
Gemäß Figur 7 hat ein Ferritelement 25 Überzüge 26 und 27
aus Bariumtitanat, die jeweils auf einer Seite niedergeschlagen
sind und über denen Metallüberzüge 28 und 29 vorgesehen sind. Ein derartiges Filter besitzt eine hohe
Durchschlagsfestigkeit.
Das in Figur 8 gezeigte Filter weist Ferritelemente 33 und auf, zwischen denen sich eine leitende Metallschicht 31 befindet.
Auf dem Element 33 ist ein äußerer Bariumtitanatüberzug
35 niedergeschlagen, der von einer Schicht 30 aus Metall bedeckt ist, und auf dem Element 34 ist ein äußerer
Bariumtitanatüberzug 36 niedergeschlagen, der von einer Metallschicht
32 bedeckt ist. Die Schicht 31 kann die leitende Schicht des Filters sein, und die Schichten 30 und 32 können
geerdet sein. Ein derartiges Filter besitzt eine hohe Kapazität und einen hohen Verlust pro Längeneinheit.
Ein Mehrfachstromkreisfilter gemäß Figur 9 weist ein Ferritelement
37 auf, auf dessen einer Seite sich ein einzelner Erdungsleiter 43 befindet; voneinander getrennte elektrisch
leitende Streifen 39 bis 42 sind auf einer auf der anderen Seite des Elements 37 niedergeschlagenen Bariumtitanatschicht
38 vorgesehen.
Patentansprli ehe t
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Claims (7)
- Patentansprüchelly Verlustbehaftetes Hochfrequenzfilter mit einem Ferritelement, das eine Schicht aus dielektrischem Material, z.B. Bariumtitanat, aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht (6, 17, 26, 35 oder 38) aus dielektrischem Material unmittelbar auf dem Ferritelement (5» 16, 25» 33 oder 37) niedergeschlagen worden is4;.
- 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- f zeichnet , daß sich auf der Schicht von dielektrischem Material ein Metallüberzug (7, 19, 28, 30 oder 43) befindet.
- 3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferritelement die Form einer stranggepreßten Röhre (5) hat, deren Außenfläche von der Schicht (6) aus dielektrischem Material bedeckt ist, und daß die Außenfläche der Schicht (6. und die Innenfläche der Röhre (5) einen Metallüberzug besitzen.
- 4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- g zeichnet , daß das Ferritelement die Form eines Ferritstreifens (16) hat, auf dessen eine Seite die Schicht(17) aus dielektrischem Material unmittelbar niedergeschlagen wurde, daß die Schicht (17) aus dielektrischem Material und die andere Seite des FerritStreifens (16) Metallüberzüge aufweisen, wobei der Metallüberzug (19) auf dem Streifen (16) elektrisch mit einem Erdungsieiter (20) auf einer gedruckten Stromkreisplatte verbunden ist und der Metallüberzug (18) auf der Schicht (17) aus dielektrischem Material elektrisch mit einer elektrischen Schaltungskomponente (21) auf der Platte verbunden ist.10982^/1198AMP 2830 - / "2058ΑΊ9
- 5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferritelement ein Ferritstreifen (25) ist, auf dessen beide Seiten je eine Schicht von Bariumtitanat niedergeschlagen wurde, wobei jede Schicht (26 und 27) aus Bariumtitanat mit einem metallischen Überzug (28 und 29) versehen ist.
- 6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferritelement ein Ferritstreifen (33) ist, der auf einer Seite eine elektrisch leitende Metallschicht (31^ und auf der gegenüberliegenden Seite die Schicht (35) aus dielektrischem Material aufweist, wobei die Metallschicht (31) an einer Seite eines weiteren Ferritstreifens (34) befestigt ist, dessen andere Seite eine weitere, unmittelbar darauf niedergeschlagene Schicht (36) aus dielektrischem Material aufweist, und wobei jede Schicht (35 und 36) aus dielektrischem Material einen Metallüberzug (30 und 32) aufweist.
- 7. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ferritelement ein Ferritstreifen (37) ist, auf dessen einer Seite die Schicht (38) aus dielektrischem Material vorgesehen ist und dessen andere Seite an einer metallischen Erdungsplatte (43) befestigt ist, wobei sich auf der Schicht (38) Metallstreifen (39 bis 42) befinden.1 0 9 8 2 U I 1 1 9 8
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