DE2104779A1

DE2104779A1 - Bandfilter-Schaltung

Info

Publication number: DE2104779A1
Application number: DE19712104779
Authority: DE
Inventors: Richard Glen Lake Zurich; Ahillen William George Lombard; Dailing James Lawrence Glen Ellyn; Livenick Corwin Edward Hickory Hills; Malinowski Stanley Park Ridge; 111. Barrows (V.St.A.). MP
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1969-10-10
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1971-12-02
Also published as: US4196407A; NL174314B; NL174314C; DE2104779B2; US3727154A; FR2078805A5; US3676724A; US3633134A; DE2104779C3; DE2046421A1; DE2046421B2; GB1324921A; GB1332141A; NL7013920A; JPS5489460A; SE373995B; FR2065275A5

Description

210477S

PATENTANWALT
DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 M ö N C H E N 71, 2, Γ C -. '.'ί(\

Melchiorstraße 42

Mein Zeichen: M177P~5O7

Motorola, Inc. 9 401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Bandfilter-Schaltung

Die Erfindung betrifft im allgemeinen eine Quarzfilter-Schaltung und insbesondere eine Bandfilter-Schaltung mit doppelt gekoppelten Resonatoren, die als Verbindungsstufen zwischen ZF-Verstärkern oder ähnlichen Elementen eingesetzt werden.

Werden Bandfilter-Schaltungen unter Verwendung von monolithischen Quarzfiltern eingesetzt, so erweist es sich als sehr schwierig, die auf unerwünschte Impulssignale zurückführbaren Störungen auszublenden. Obgleich Quarzfilter-Elemente einen gut abgegrenzten Durchlaßbereich bieten, der für ein Quarzelement mit einer Resonanzfrequenz von etwa 5 bis 30 MHz in der Größenordnung von 4- bis 30 kHz liegen kann, wurden unerwünschte Störeffekte festgestellt, die sich auf die steilen Flanken der Ansprechkurve in Nähe der Kurvenspitze und den hiermit verbundenen schroffen Wechsel zurückführen lassen.

Fs/wb Dieser

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Dieser Umstand tritt besonders in Verbindung mit Funkeinrichtungen in Kraftfahrzeugen in Erscheinung, in denen eine Zündfunkenentladung die Hauptursache von Störsignalen darstellt, die wiederum Störeffekte im Filter verursachen können, die im Lautsprecher des Funkempfängers hörbar sein können. Signale dieser Art können auch zu einem fehlerhaften Betrieb führen, sofern der Empfänger mit verschlüsselten Signalen arbeitet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Quarzfilter-Schaltung zu schaffen, innerhalb der die Auswirkungen von Fremdimpulsen, die über die Quarzfilter-Elemente empfangen werden, weitestgehend eingeschränkt werden. Darüberhinaus bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten Quarzfilter-Schaltung, die unter Beibehaltung der ursprünglichen Frequenzdämpfungs-Charakteristik außerhalb des Durchlaßbereiches für beliebige Filtertypen (Butterworth-System, Tschebyscheff-Filter, Legendre-Typ, Wellenparameter usw.) einen Durchlaßbereich entstehen läßt,, der sich der gewünschten Gaußschen Kurve annähert.

Weiterhin bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten Bandfilter-Schaltung unter Einschluß von monolithischen Quarzelementen für eine hohe Trennschärfe sowie einer oder mehreren RC-Schaltungen, die die Filter-Kennwerte in Nähe des Durchlaßbereiches in der Form beeinflussen, daß sich die gewünschte Gaußsche Kurve ergibt.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Bandfilter eine RC-Kreuzglied-Schaltung umfaßt bzw. eine Verbindung zwischen den monolithischen und doppelt gekoppelten Quarzfilter-Elementen und der Schaltung besteht, wobei diese als Teil der Filterschaltung arbeiten und als solche die Kurve der Quarzfilter-Elemente auf die gewünschte Gaußsche Kurve im Durchlaßbereich bringen. Zur Kopplung von Quarzfilter-Elementen eignet sich hierbei insbesondere eine Pi-Schaltung.

- 2 - Zusammenfassend 109849/0974

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Zusammenfassend kann gesagt werden, daß sich die erfindungsgemäß aufgebaute Bandfilter-Schaltung für den Empfang eines ZF-Signals eignet, das am Ausgang einer Funkempfänger-Stirnseite anliegt. Das ZF-Signal wird einem ersten, doppelt-gekoppelten Resonator zugeführt, der aus einem einzelnen Quarzkristallblättchen bestehen und Bestandteil der Bandfilter-Schaltung sein kann. Das Signal wird über eine RC-Schaltung einem zweiten doppelt-gekoppelten Resonator übertragen, der das Ausgangssignal des Filters liefert. In Abhängigkeit von. der gewählten Konstruktion können die Resonanzflächen jedes der doppelt-gekoppelten Resonatoren auf der gleichen oder einer geringfügig voneinander abweichenden Frequenz liegen, wobei jedoch in jedem Falle die Frequenz des Netzes, mit dem ^j jede Resonanzfläche verbunden ist, die gleiche ist, wodurch der gewünschte, verhältnismäßig schmale und genau festgelegte Durchlaßbereich gegeben ist. Abgesehen davon, daß jede hier dargestellte Resonator-Anordnung durch einen doppelt-gekoppelten Resonator aus einem einzelnen Quarzplättchen gebildet wird, das flach oder gebogen sein kann, wird darauf hingewiesen, daß jede Anordnung drei oder mehr Resonanzflächen je nach Wahl auf einem einzelnen Plättchen besitzen kann und daß innerhalb einer Filterschaltung mehr als zwei Resonanz-Anordnungen verwendet werden können.

Erfindungsgemäß wird der Ausgang des ersten doppelt-gekoppelten Resonators mit dem Eingang des zweiten doppelt-gekoppelten Jj Resonators über eine RC-Schaltung verbunden, die in der Form gewählt ist, daß die Leistungskurve der Quarzfilterschaltung beeinflußt werden kann. Bei dieser RC-Schaltung kann es sich um einen Pi-Aufbau oder irgendeine andere geeignete Form handeln. Durch eine auf diese Weise bewirkte Änderung der Leistungskurve des Durchlaßberexches in eine Gaußsche Kurve werden unerwünschte und auf Fremdsignale zurückführbare, kurzzeitige Störimpulse weitgehendst gedämpft bzw. ausgeblendet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den Ansprüchen hervor. Es zeigen:

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- 3 - Figur 1

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H:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ersatzschaltung ' einer erfindungsgemäß aufgebauten Quarzfilter-Schaltung;

Fig. 2 die Durchlaßbereichs-Kurve des Filters gemäß Fig. 1;

Fig. 3 und 4· - die Impuls-Kennlinien der Filter jeweils vorher und nachdem die Kennlinie des Durchlaßbereiches einer Gaußschen Kurve angenähert wurde und

Fig. 5, 6, 7 und 8

die einzelnen erfindungsgemäß möglichen Quarzfilter-Schaltungen.

In den Zeichnungen sind vergleichbare oder gleiche Teile der einzelnen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Darüberhinaus sind die Teile der einzelnen Anwendungsformen von einer Ausgangsschaltung einer Empfänger-Stirnseite aus zum Eingang eines Verstärkers dargestellt, wobei zu bemerken ist, daß jede andere Teileanordnung verwendet werden kann. In Figur 1 wird eine schematische Darstellung der Ersatzschaltung einer erfindungsgemäß aufgebauten Bandfilter-Schaltung dargestellt und zwar im Zusammenhang mit doppelt-gekoppelten Resonatoren und einer Kreuzglied-Widerstandsschaltung, die mit den Resonatoren zusammengeschaltet ist. Hierbei liefert die Stirnseite 10 eines FM-Empfängers, der mit einem HF-Verstärker, einem Überlagerungsoszillator und einem Mischer verbunden sein kann, eine ZF-Frequenz am Ausgang, die auf die erfindungsgemäß aufgebaute Quarzfilterschaltung übertragen wird. Der FM-Empfänger kann auf einem beliebigen Frequenzbereich arbeiten, der sich für einen beweglichen Einsatz eignet. Das am Ausgang der Empfänger-Stirnseite 10 anliegende Signal wird über einen Widerstand 12 und ein Induktivitätselement

- H - eingeprägt

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eingeprägt. Dieses von der Empfänger-Stirnseite 10 her eingeführte ZF-Signal enthält Nutzsignale innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches und darüberhinaus Störsignale oberhalb und unterhalb dieses Frequenzbereiches. Die erfindungsgemäß aufgebaute Quarzfilter-Schaltung hat nunmehr die Aufgabe, die Nutzsignale innerhalb des Frequenzbereiches auszuwählen. Hierzu ist ein Paar von Resonatoren IM- und 16 mit einer zwischengeschalteten RC-Schaltung 15 in den Signalweg zwischen Empfänger-Stirnseite 10 und eine Verstärker-Schaltung 18 eingeschleift. Die Resonatoren 14 und 16 können Quarzkristallplättchen oder solche aus einem piezoelektrischen Material anderer Art wie z.B. aus Keramik enthalten. Die Resonatoren wurden hierbei durch ihre Ersatzschaltungs-Bauteile ^ dargestellt und besitzen vorzugsweise die Form von doppelt gekoppelten monolithischen Quarzfilterelementen.

Die Ersatzschaltungs-Bauteile des Quarzfilterelements 14 enthalten eine Eingangskapazität C ., die die Elektrodenkapazität enthalten kann und die durch die Fremdinduktivität 21 nebengeschlossen wird, deren Wert in der Form bemessen ist, daß die Eingangskapazität C. voll ausgekoppelt wird. Die Reihenkondensatoren C₉ und C sowie die Reiheninduktivitaten L^ und L„ ermöglichen einen Signalverlauf durch das Filterelement, wobei die Induktivität L- das effektive Nebenschluß-Induktivitätselement bildet. Eine Ausgangskapazität C^ enthält ebenfalls eine Elektrodenkapazität. In ähnlicher Weise ist die Ersatz- M schaltung des Quarzfilterelements 16 mit einer Vielzahl von Induktivitäten und Kondensatoren in praktisch gleicher Form dargestellt und mit den gleichen Bezugszeichen wie das Element 14 bezeichnet. Im Interesse eines symmetrischen Aufbaus wurden die Elemente umgekehrt. Der Ausgang des Quarzfilterelements 16 wird über eine Fremdinduktivität 35 nebengeschlossen, die die Kapazität C^ auskoppelt. Das über die in dieser Form aufgebaute Quarzfilterschaltung übertragene Signal wird an die Last 42 angelegt, bei der es sich um die Eingangsimpedanz des Verstärkers 18 handeln kann.

- 5 - Entsprechend

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Entsprechend den wesentlichsten Merkmalen der Erfindung wird die Widerstandsschaltung 15 hier als Vierpolkreuzglied-Schaltung dargestellt, die zwischen den Ausgang des Quarzfilterelements 14 und den Eingang des Quarzfilterelements 16 gekoppelt ist. Diese Vierpolkreuzglied-Schaltung umfaßt die Widerstände R., R_ , R_Q und R₁ , die in der Darstellung jeweils durch einen zugeordneten Kondensator Cq, C-_o, C. und C^₂ nebengeschlossen sind. Ausgehend von dieser Vierpolkreuzglied-Schaltung kann irgendeine der vielen möglichen RC-Schaltungen durch Änderung der Werte bzw. durch Herausnahme bestimmter Widerstände und/ oder Kondensatoren gebildet werden. Lediglich durch Änderung der entsprechenden Werte der Bauelemente, die die Vierpolkreuzglied-Schaltung 15 bilden, kann somit eine Reihenwiderstands -Koppelschaltung, eine Pi-Schaltung, eine L-Schaltung oder eine aus einer Kombination entstehende Schaltung gebildet werden. Neben den genannten ergeben sich noch weitere Aufbaumöglichkeiten auf der Grundlage dieser Vierpolkreuzglied-Schaltung.

Erfindungsgemäß werden die Widerstandswerte, unabhängig vom Typ der aus der Vierpolkreuzglied-Schaltung gebildeten Schaltung, in der Form gewählt, daß sich die Form der Leistungskurve der Bandfilter-Schaltung ändert bzw. einer Gaußschen Kurve innerhalb des Durchlaßbereiches annähert. Beispielsweise ergibt ein Paar von monolithischen Quarzfiltern des dargestellten Typs und in direkter Reihenverbindung eine Leistungskurve der Form wie diese im unterbrochenen Teil 17a der Kurve 17 in Figur 2 dargestellt wurde. Die verhältnismäßig scharfen bzw. schroffen Abfälle am unteren Ende der Kurve zeigen eine im wesentlichen gleichbleibende Mindestdämpfung für Frequenzen in dem Bandbereich, der oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz liegt und darüberhinaus maximale Dämpfungswerte für sämtliche Frequenzen außerhalb dieser Werte. Diese besonderen Merkmale führen als Ergebnis impulsartiger Signale zu Störerscheinungen am Ausgang der Filter. Diese Erscheinungen sind in Figur 3

- 6 - durch

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durch einen Impuls dargestellt, der eine Reihe von Keulen bildet, die im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 19 belegt sind und im Laufe der Zeit in ihrer Amplitude abnehmen, wobei die Störeffekte innerhalb jeder Keule bei oder in Nähe der Mittenfrequenz des Quarzfilters auftreten. Infolge des wiederholten Auftretens dieser Impulse und dem hieraus entstehenden Übergangssignal, sind Störanteile am Tonausgang des Empfängers wahrnehmbar und können im Ausgang des Empfängers zu einer beträchtlichen Geräuschstörung führen.

Demgegenüber wurde festgestellt, daß bei entsprechender Auslegung der Widerstands-Schaltung zwischen den Quarzfilterele-, menten 14 und 16 die Leistungskurve (Figur 2) der Filterschaltung in der durch das Bezugszeichen 17b angegebenen Form in der Weise beeinflußt werden kann, daß eine Gaußsche Kurve entsteht, die auf beiden Seiten der senkrecht verlaufenden Achse symmetrisch ist. Eine solche Änderung des Verlaufes der Leistungskurve der Filterschaltung führt, wie in Figur dargestellt, zu einer wesentlichen Verringerung der Amplitude jedes Impulses. Somit wird auch der hörbare Geräuschanteil am Ausgang des Empfängers herabgesetzt. Diese Veränderung wird in Diagrammform durch eine einzelne Störkeule 21 dargestellt, der unmittelbar eine stark gedämpfte Keule folgt, wonach im wesentlichen keine Störwirkung zu beobachten ist. Dieser Einzelimpuls 21 ist von verhältnismäßig kurzer Dauer und praktisch unhörbar, wenn dieser mit den vorher in Figur 3 dargestellten Impulsen verglichen wird.

Werden die Quarzfilterelemente 14 und 16 durch doppelt gekoppelte monolithische Kristall-Anordnungen gebildet, so können die Resonanzflächen auf dem Quarzkristall in der Form gewählt werden, daß eine Resonanz bei leicht veränderten Frequenzen auftritt, um Änderungen auszugleichen, die auf Eingangskapazitäts- oder Induktivitätswerte der hiermit verbundenen Schaltung zurückzuführen sind. Obwohl durch die Konstruktion des Filters bedingt, die Resonanzfrequenz der Resonanzflächen leicht abweichen kann, bleiben die Resonanzfrequenzen der mit der Schaltung verbundenen Netze die gleichen.

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- 7 - Figur 5

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Figur 5 zeigt eine spezifische Ausfuhrungsform der Erfindung und wiederum die Stirnseite 10 eines FM-Empfängers, der ein ZF-Signal liefert, das im allgemeinen innerhalb des Frequenz-Durchlaßbereiches der betreffenden Filter-Schaltung liegt. Wie bereits vorher erwähnt, kann das ZF-Signal Anteile aufweisen, die oberhalb und unterhalb der gewünschten Bandfrequenz liegen. Um sicherzustellen, daß sämtliche Frequenzen, die außerhalb der gewünschten Bandbreite liegen, ausgeblendet werden, umfaßt die Bandfilter-Schaltung ein Paar monolithischer Quarzfilterelemente 14 und 16 sowie einen einzelnen Widerstand 32 und besitzt die Eigenschaft, eine Signalauswahl zu treffen, bevor die ausgewählten Signale in einer Verstärkerschaltung 18 verstärkt werden.

Innerhalb der in Figur 5 gezeigten Anwendungsform wird das ZF-Signal über einen Widerstand 12 einem Kondensator 20 und einem Induktivitätselement 22 zugeführt, die einen Abstimmkreis bilden. Ein Anschluß 22a des Induktivitätselements ist über ein zweites Induktivitätselement 24 mit dem ersten Quarzfilterelement 14 gekoppelt, das hier in Diagrammform als Quärzkörper mit anschließenden Elektroden dargestellt ist. Bei den Parallelkondensatoren 26 und 28 kann es sich um getrennte Bauelemente handeln, wobei diese jedoch auch als innere Kapazität zwischen den Elektroden des Quarzfilterelements 14 auftreten können wie z.B. als Kapazität C. in Figur 1. In diesem Falle wird der Wert dieser Kapazität durch die Kennwerte des jeweils verwendeten Quarzfilterelements bestimmt. Das Quarzfilterelement 14 besteht vorzugsweise aus einem einzelnen flachen oder gewölbten Kristallkörper mit diffundierten oder aufgedampften Elektroden, der ein Paar von Resonanzflächen auf dem Kristallkörper bildet. Der Kristallkörper besitzt zwei Paar Elektroden bzw. Anschlüsse und zwar derart, daß die Resonanzfläche jedes Resonators, d.h. Quarzfilterelements,durch den Teil gebildet wird, der zwischen den entgegengesetzt liegenden Anschlüssen liegt.

« « ~ - 8 - Somit

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Somit besitzt beispielsweise das Quarzfilterelement 14 einen "Eingangsanschluß 14a·für den Empfang von Signalen und einen Aus gangs ans chluß 14b zur Übertragung von Signalen der gewünschten ZF-Frequenz. Die Anschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite des Kristallkörpers werden zusammengeführt und über eine Leitung 30 an ein Bezugspotential, z.B. Erdpotential geführt. Die Signale werden über den Kristallkörper oder das Plättchen von dem einen Resonanzteil zum anderen Resonanzteil geführt und zwar wie in Figur 1 dargestellt durch das Zusammenwirken von Induktanz und Kapazität.

Ein Widerstand 32 ist zwischen den Ausgang des Filterele- ' ■ ments 14 und den Eingang des Filterelements 16 gekoppelt, wobei die Anschlüsse des Widerstands 32 mit den Parallelkondensatoren 2 8 und 34' verbunden sind. Die Parallelkondensatoren 28 und 34 bewirken hierbei die eigentliche Signalkopplung zwischen den Resonatoren 14 und 16. Anschliessend wird das Signal an den Eingangsanschluß 16a des Filterelements 16 übertragen und am Ausgangsanschluß 16b in der gleichen Weise wie für das Filterelement 14 beschrieben empfangen. Hierbei wird darauf hingewiesen, daß es sich bei dem einzelnen Widerstand 32 um eine aus der in Figur gezeigten Vierpolkreuzglied-Schaltung gebildete Differenzierschaltung handelt. Ji

Das in dieser Bandfilter-Schaltung umgesetzte Signal wird von hier aus in einem Induktivitätselement 36, einem Paar in Reihe verbundenen Kondensatoren 38 und 40 und über einen , Widerstand 42 weiterverarbeitet, der nur über den Kondensator 40 angeschlossen ist. Anschließend wird das Signal dem Verstärker 18 übertragen und von hier aus einer nicht dargestellten Demodulator- bzw. Diskriminator-Schaltung zugeführt. Auch hier kann es sich bei dem Kondensator 34 um die eigene Kapazität der Exngangsänschlusse des Kristallelements 16 han^- dein. Die erfindungsgemäß aufgebaute Kristallfilter-Schaltung verringert die Ansprechfähigkeit der Kristallfilter-Elemente 14 und 16 gegenüber signalartigen Störimpulsen, wobei die

- 9 - eigene

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/C

eigene Frequenzdämpfung beibehalten wird. Im Grunde genommen enthält die beschriebene Kristallfilter-Schaltung Vorrichtungen, die eine Bandpaß-Kennkurve eines beliebigen Filters (Butterworth-, Tschebyscheff-, Legendre-System, Wellenparameter usw.) einer Gaußschen Kurve für jeden normalerweise erforderlichen Bandpaß-Dämpfungspegel anpassen. Diese Eigenschaft wird durch die Widerstands-Schaltung hervorgerufen, die eine Anpassungsschaltung darstellt und zwischen den Filterelementen 14 und 16 angeschlossen ist, wobei gleichzeitig die ursprünglichen Frequenzdämpfungs-Werte im Sperrband, die Gleichmäßigkeit der Frequenzdämpfung um die Mittenfrequenz und die ursprünglichen Netz-Frequenzen erhalten bleiben. Der Aufbau der Kristallfilter-Schaltung wurde im Hinblick auf die Annäherung der gewünschten Frequenzbandeigenschaften gewählt, wobei gegebenenfalls Störungen der Durchlaßbereichskurve oder gegeneinander verstimmte Kristallfrequenzen auftreten können. Die Breite des Durchlaßbereiches liegt zuerst über dem Wert des gewünschten Durchlaßbereiches, da die Ausformung der Spitze der Durchlaßkurve zur Verringerung der Impulsresonanz eine entsprechende Abnahme der Bandbreite zur Folge hat, so daß sich schließlich die erforderliche Bandbreite ergibt. Die neutrale Einführung der Widerstands-Schaltung zwischen die entsprechenden Kristallfilterelemente 14- und 16 kann zu einer Verschiebung einiger Polungsfrequenzen und/oder einer Unsymmetrie in der Frequenzdämpfungskurve gegenüber den ursprünglichen Kristallfilterelementen führen. Diese Wirkung kann dann einen starken Diskriminator-Ausgang zur Folge haben, wenn die Filter/Diskriminator-Kombination impulsartigen Eingangssignalen ausgesetzt wird, was als unerwünschtes Ergebnis betrachtet wird. Aus diesem Grunde wird von der Widerstandskoppelschaltung gefordert, daß diese Auswirkungen dieser Art verhindert, d.h., eine symmetrische Gaußsche Kurvencharakteristik besitzt.

Darüberhinaus verringert der Widerstand 32 bzw. eine andere Aufbauform der Widerstandsschaltung 15 der Figur 1 den Gütefaktor „Q" (de-Qing) der zugeordneten Kristallefemente 14 und

- 10 - 16,

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16, woraus sich eine nicht so empfindliche Filteranordnung ergibt, da diese gegenüber Änderungen des BeJastungs-Widerstandes weniger stark anspricht. So wird etwa eine Änderung von plus oder minus 50% gegenüber dem normalen Widerstandswert ohne nennenswerte Durchlaßbereichs-Beeinflussung oder ohne aasgeprägte Unsymmetrie der Frequenzdämpfungskurve aufgenommen, die andernfalls auftreten würde, wenn der Gütefaktor itQ" der Elemente 14 und 16 auf . seinem normalerweise hohen Wert, z.B. in der Größenordnung von 20.000 gehalten würde.

Die RC-Schaltung bildet festen Bestandteil der Kristallfilterkonstruktion und kann entweder extern an den Kristallelementen auftreten oder als Kristallsplitter-Anordnung eingebaut als Einheit verwendet werden. Darüberhinaus kann die Schaltung auch als dünne oder dicke Schicht auf ein Quarzsubstrat aufgebracht werden. Das Verfahren des Kristallfilter-Aufbaus kann auch auf gekoppelte Quarzschwinger übertragen werden, die auf einem einzigen Quarzplättchen mehr als zwei geKoppelte Resonatoren aufweisen.

Figur 6 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung, bei der einige Änderungen vorgenommen wurden. Hier ist das Kristallfilterelement 14 mit einem Kondensator 44 und das Kristallfilterelement 16 mit einem Kondensator 46 nebengeschlossen. Der Einsatz dieser Kondensatoren führt zu einer Versteilerung der Flanken der Resonanzkurve. Ein Oszillatorschwingkreis 48 ist mit dem Ausgang des Kristallfilterelements 16 verbunden und über einen festen Widerstand 50 nebengeschlossen. Bei dieser Anwendungsform wird die Widerstandsschaltung zwischen den beiden Kristallfilterelementen 14 und 16 durch eine L-Schaltung gebildet, die einen ersten Widerstand 52 und einen zweiten Widerstand 54 umfaßt, deren Werte in der Form gewählt wurden, daß sich die gewünschte Änderung der Durchlaßbereichskurve ergibt.

Bezugnehmend auf Figur 7 ist hier eine weitere erfindungsgemäße Anwendungsform dargestellt. Hier wird der Ausgang von der Empfänger-Stirnseite 10 über eine Drosselschaltung mit Induk-

- 11 - tivität

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ft

tivität 56 und Kondensator 5 8 geführt. Das Signal wird anschließend über einen Kondensator 60 auf eine zweite Drosselschaltung gekoppelt, die eine Induktivität 61 und einen Kondensator 6 2 umfaßt. Die Kristallfilterwirkung wird hier von einem Kristallfilterelement 64 übernommen, das mit einem Querkondensator 6 5 zwischen den getrennten Resonanzteilen des Körpers ausgerüstet ist. Der Ausgangsanschluß des Kristallfilterelements 64 ist über einen Widerstand 6 7 nebengeschlossen, der an der Bildung der Gaußschen Kurve mit beteiligt ist. Bei dieser Anwendungsform ist der Eingangsanschluß eines zweiten Kristallfilterelements 6 8 mit einem festen Widerstand 69 verbunden, der ebenfalls an der Bildung der Gaußschen Kurve beteiligt ist. Ein zweiter Festwiderstand 71 ist in Reihe mit der Ausgangsseite des Filterelements 6 8 verbunden, wobei in diesem Falle die unteren Anschlüsse des Filterelements nicht zusammen geführt werden. Das ZF-Signal wird über das Kristallfilterelement 6 8 gekoppelt, über einen Widerstand 7 2 geführt und von hier aus einem dritten Kristallfilterelement 7 3 übertragen, das durch den Kondensator 74 nebengeschlossen wird. Das Signal wird nunmehr auf eine Drosselschaltung übertragen, die aus einer Induktivität 76 und einem Kondensator 77 am Ausgang der Kristallfilter-Schaltung gebildet wird. Das auf diese Weise verarbeitete ZF-Signal wird nunmehr dem integrierten Schaltungsverstärker 18 über einen Kopplungskondensator 7 8 übertragen. Innerhalb dieser Anwendungsform umfaßt die an der Bildung der Gaußschen Kurve beteiligte Widerstandsschaltung die Widerstände 67, 69, 71 und 72, die den Kristallfilterelementen 64, 6 8 und 7 3 zugeordnet sind. Auch hier handelt es sich bei jedem Kristallfilterelement um einen doppelt gekoppelten Resonator der in den Figuren 5 und 6 beschriebenen Form.

In Figur 8 wird noch eine weitere erfindungsgemäße Anwendungsform beschrieben. In diesem Falle wird von der Empfänger-Stirnseite aus das ZF-Signal einer Drosselschaltung übertragen, die

- 12 - eine

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eine Induktivität 80 und ein Paar parallelgeschaltete Kondensatoren 81 und 82 umfaßt, wobei diese Signalkopplung über einen Widerstand 79 erfolgt. Ein erstes Kristallfilterelement 8 3 läßt das gewünschte ZF-Signal durch und wird über einen Kondensator 84 nebengeschlossen. Mit dem Ausgangsanschluß des Kristallfilterelements 8 3 ist ein Widerstand 86 in Reihe verbunden. Ein zweites Kristallfilterelement 87 empfängt die ZF-Signale, wobei dieses Filterelement einen Festwiderstand 8 8 aufweist, der in Reihe mit dem Eingangsteil verbunden ist. Innerhalb dieser Anwendungsform ist ein Widerstand 89 in Parallelschaltung mit den beiden Resonanzteilen und ihren zugehörigen und in Reihe verbundenen Widerständen 86 und 88 gekoppelt. Zur Herstellung dieser Parallelverbindung ist der Widerstand 8 9 mit einer gemeinsamen Leitung 91 zwischen den Kristallfilterelementen 83 und 87 verbunden, wodurch zusammen mit den in Reihe verbundenen Widerständen 86 und 88 die Bildung der gewünschten Gaußschen Kurve erfolgt. Das Signal wird darüberhinaus über einen Querkondensator 90 auf eine Induktivität 9 2 und einen Kondensator 9 3 gekoppelt. Das ZF-Signal wird schließlich einem integrierten Breitband-Verstärker 18 über einen Kopplungskondensator 9M- zugeführt.

Die Mittenfrequenz des hier beschriebenen Bandfilters kann jeden gewünschten Wert besitzen, wobei Filter vorzugsweise mit Frequenzen von 5,26 MHz und 11,7 MHz arbeiten. Handelt es sich um einen 11,7-MHz-Filter, so liegt der Durchlaßkurventeil 17b in Figur 2 zwischen etwa 5,5 bis 6 kHz oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz um etwa 6 db niedriger und bei 26 kHz oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz um etwa 110 db niedriger.

Beispielsweise kann bei der für 5,26 MHz ausgelegten Kristallfilter-Anordnung das Resonanzteile-Paar auf verschiedenen Frequenzen arbeiten. Bei der für 11,7 MHz ausgelegten Kristallfilter-Anordnung kann das Resonanzteile-Paar auf der gleichen Frequenz arbeiten; in jedem Falle wird jedoch die Durchlaßkurve

- 13 - durch

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durch den entsprechenden Wert der Widerstands-Schaltung in der Form geändert, daß sich letztere einer Gaußschen Kurve annähert.

Die folgenden, beispielhaft aufzufassenden Werte sind unter Verwendung der beiden genannten Frequenzen für die in Figur 1 gezeigte Ersatzschaltung typisch:

Positions-Nr.

Werte für 5,26 MHz

Werte für 11,7 MHz

Induktivität L. Induktivität L Induktivität L Induktivität 21 Induktivität 3 5 Kondensator C Kondensator C Kondensator C Kondensator C Kondensator C~ Kondensator Kondensator Kondensator Widerstand R₁ Widerstand R_r

Widerstand R,

Widerstand R.

Widerstand R Widerstand

10

12

0,066 H 130 uH 0,066 H 200 uH 200 uH

4,0 pf 0,014 pf 0,014 pf

4,0 pf

1,0 pf

1,5 Kiloohm 33,0 Kiloohm 3 3,0 Kiloohm

1.5 Kiloohm 1,0 Kiloohm

5.6 Kiloohm

0,025 H 50 uH 0,025 H 60 uH 6 0 uH 3,0 pf 0,007 pf 0,007 pf 3,0 pf 1,0 pf 1,0 pf 1,0 pf 1,0 pf 0hm 18,0 Kiloohm 18,0 Kiloohm 30 0hm

1,0 Kiloohm 3,3 Kiloohm

Es kann erwünscht sein, den Widerstand R₁^ und den Kondensator C₁₀ herauszunehmen, um somit zu ermöglichen, daß alle Ableitungsglieder mit einem einzigen Bezugs- bzw. Erdpotential verbunden werden können. In einem solchen Falle ist der Wert des Widerstands R,. zu verdoppeln.

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- 14 - Figur 9

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/5

Figur 9 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anwendungsform, die sich durch hohe Wirksamkeit auszeichnet. Die Signale, die an der Empfänger-Stirnseite 10 anliegen, werden über einen Widerstand 112 eingeprägt; diese Signale liegen im allgemeinen innerhalb eines durch die Durchlaßbreite festgelegten Frequenzbereiches. Um Signale ausblenden zu können, 'deren Frequenzen außerhalb der jeweiligen Durchlaßbreite des entsprechenden Empfängers liegen, ist ein Paar monolithischer Kristallfilter-Schaltungen 114 und 116 vorgesehen, die die Signalinformation an entsprechende integrierte Breitband-Verstärker weitergeben, die im allgemeinen mit den Bezugszeichen 118 und 120 belegt werden.

Die monolithischen Kristallfilter-Schaltungen 114- und 116 umfassen Kristall-Auswahlvorrichtungen, die anstelle gegeneinander verstimmter und nahe beieinander liegender Frequenzen eher übereinstimmende Mittenfrequenzen aufweisen. Somit besitzt ein Paar von Kristall-Auswahlvorrichtungen 12 2 und 124 innerhalb der Filterschaltung 114 die gleiche Mittenfrequenz und ist über eine Q-Schaltung (de-Qing) mit Pi-Aufbau zusammengekoppelt, die aus einem Serienwiderstand und einem Paar Nebenschlußwiderstände 128 und 130 besteht, die mit jeder Seite des Widerstands 126 verbunden sind. Vorzugsweise wird jeder Widerstand 128 und 130 durch einen Kondensator 132 und 134 nebengeschlossen. Der Wert des Widerstands 126 wurde zusammen mit den Widerstandswerten der Widerstände 12 8 und 130 in der Form gewählt, daß sich hieraus eine maximale Signalkopplung zwischen dem Ausgang des Kristallfilters 122 und dem Eingang des Kristallfilters 124 ergibt, wobei unerwünschte Störeffekte, die auf in die Filterschaltung eindringende Fremdimpulse zurückzuführen sind, weitgehendst ausgeblendet werden. Hierbei handelt es sich um ein oft bei beweglichen Funkausrüstungen auftretendes Problem, bei dem durch Zündfunken hervorgerufene elektromagnetische Strahlung Störimpulse im Empfänger auftreten lassen kann.

- 15 - Der

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Der Eingangs ans chluß der Kristall-Auswahlvorrichtung 12 2 ist mit dem Belastungswiderstand 112 über einen Kopplungskondensator 136 verbunden, der seinerseits mit dem Erdpotential über ein Induktivitätselement 13 8 verbunden ist. Die Werte des Kopplungskondensators 136 und des Induktivitätselements 138 wurden in der Form gewählt, daß sich eine Scheinwiderstandsanpassung zwischen dem Ausgang der Empfänger-Stirnseite 10 und dem Eingang der Kristall-Auswahlvorrichtung 122 ergibt. Darüberhinaus ist ein Widerstand 140 vorzugsweise in Parallelschaltung mit dem Induktivitätselement 138 verbunden.

Um die Steilheit der durch die Filterschaltung in Fig. 9 erreichten Durchlaßkurve zu erhöhen, ist ein Kondensator IM-2 zwischen Eingangs- und Ausgangsanschluß einer Kristall-Auswahlvorrichtung 122 eingeschleift. Sofern gewünscht, kann der Kondensator 142 über den Eingang und Ausgang der Kristall-Auswahlvorrichtung 124 verbunden werden, der hierbei im wesentlichen auf gleiche Weise arbeitet.

Um eine Anpassung der Ausgangsimpedanz der Kristall-Auswahlvorrichtung 124 an die Eingangsimpedanz des integrierten Breitband-Verstärkers 118 sicherzustellen, wird ein Kopplungskondensator 144 bestimmten Wertes mit einem Ende einer Drossel 146 verbunden, die gegenüber dem Kondensator 144 ebenfalls einen speziellen und ergänzenden Wert aufweist, wobei ein Widerstand 148 in Parallelschaltung mit der Induktivität 146 verbunden ist. Ein Anschluß eines Kondensators 150 ist mit einem Kondensator 144 verbunden, das andere Anschlußende mit einem Bezugs- bzw. Erdpotential.

Die Koppelschaltung, die aus den Widerständen 126, 128 und 130 sowie den Kondensatoren 132 und 134 besteht, bildet zusammen mit der verbesserten Eingangsimpedanz-Anpassungsschaltung des Kondensators 136, des Induktivitätselements 138 und der Ausgangsimpedanz-Anpassungsschaltung des Kondensators und des Induktivitätselements 146 eine sehr genau definierte

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und mit hoher Trennschärfe arbeitende Bandfilter-Schaltung, die weder durch äußere Störimpulse, noch durch Änderungen des Rückwirkungswiderstandes stark beeinflußt wird. Somit vermeidet die Koppelschaltung unerwünschte Störeffekte des Filters, wonach die Impedanzänderung am Eingang des Verstärkers 118 in der Größenordnung von 3 zu 1 oder darüber liegen kann, während der Rückwirkungswiderstand gegenüber der Kristall-Auswahlvorrichtung 124 stark gedämpft wird und zwar als Ergebnis der neuen Kombination von Elementen und Schaltungsanordnungen und bewirkt durch die Impedanzanpassungs-Schaltung der Kondensatoren 144 und 150, der Induktivität .146 und des Widerstandes 148. Diese Schaltung setzt beispielsweise die übliche 3/1-Änderung auf eine solche von annähernd 20% zu 30% herab bzw. bewirkt eine etwa zehnfache Verringerung,

Der Ausgang des Verstärkers 118 ist mit dem Eingang einer Kristall-Auswahlvorrichtung 152 über eine Leitung 154 und eine nachfolgende Impedanzanpassungsschaltung verbunden, die einen Kondensator 156, ein Induktivitätselement 158, einen Widerstand 160 und einen weiteren Kondensator 162 umfaßt, von dem ein Anschluß mit dem Kondensator 15 6 und der andere Anschluß mit dem Erdpotential verbunden ist.

Auch in diesem Falle ergibt sich eine Schaltung mit Pi-Aufbau für die Kopplung des Ausgangs der Kristall-Auswahlvorrichtung 152 mit dem Eingang der Kristall-Auswahlvorrichtung 164. Diese Koppelschaltung umfaßt einen Serienwiderstand 166, zusammen mit einem Paar Parallelwiderständen 16 8 und 170 auf jeder Seite des Widerstands 16 6 und ein Paar von Querkondensatoren 172 und 174. Die Koppelschaltung zwischen den Kristall-Auswahlvorrichtungen 152 und 164 entspricht vorzugsweise der zwischen den Kristall-Auswahlvorri chtungen 122 und 124. Darüberhinaus stimmt die Mittenfrequenz der Kristall-Auswahlvorrichtungen 152 und 164 überein, wobei es sich um die gleiche wie die der Kristall-Auswahlvorrichtungen 12 2 und 124 handelt. Ein Kondensator 176 ist zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen der Kristall-Auswahlvorrich-

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tung 16 4 eingeschleift und erfüllt die gleiche Funktion wie der Kondensator 142 der Filterschaltung 114.

Die Eingangsimpedanz der integrierten Verstärkerstufe 120 wird über einen Kondensator 17 8 eines bestimmten Wertes in Kombination mit einem Induktivitätselement 180 angepaßt, das seinerseits mit dem Widerstand 182 parallelgeschaltet ist. Ein Anschluß eines Kondensators 184 ist mit dem Kondensator 17 8 und das andere Anschlußende mit dem Erdpotential verbunden. Der Ausgang der integrierten Verstärkerstufe 120 kann auf in sich bekannte Weise geeigneten Diskriminator- und Tonverstärker-Schaltungen zugeführt werden.

Die Mittenfrequenz der in Figur 9 dargestellten Bandfilter-Schaltung beträgt vorzugsweise 11,7 MHz und ist zwischen etwa 5,5 und 6 kHz oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz von 11,7 MHz um etwa 6 db niedriger und bei 2 6 kHz oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz von 11,7 MHz um etwa 110 db niedriger.

Wie bereits vorher erwähnt, handelt es sich bei den Kristall-Auswahlvorrichtungen 122, 124, 152 und 164 um monolithische Schaltungen, die vorzugsweise die gleiche Mittenfrequenz und die gleichen Aufbaumerkmale aufweisen. Die elektrischen Kennwerte der Kristall-Auswahlvorrichtungen bewirken, daß die Eingangs- und Ausgangs-Serienkapazität bei 0,006 6 pf liegt, der Serienwiderstand etwa 50 0hm und die Serieninduktivität etwa 2 8 Millihenry beträgt. Darüberhinaus lassen diese Kennwerte eine Querinduktivität von etwa 2 5,15 Mikrohenry auftreten. Wie aus Figur 9 ersichtlich, umfaßt die monolithische Kristall-Auswahlvorrichtung 122 einen Kristallkörper 12 3 aus Quarz oder vergleichbarem Material. Dieser Körper 123 hat etwa einen Durchmesser von 0,40 Zoll und eine Stärke zwisäien 0,005 bis 0,010 Zoll, die mehr oder weniger von der zu wählenden Mittenfrequens abhängt. Ein erstes Paar von Kontaktelektroden 12 3a und 12 3b ist auf entgegengesetzx liegenden Oberflächenteilen des Körper-ε 123 ausgebildet, während ein zweites Paar von Kontaktelektroden 123c und 123d auf angrenzenden und

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entgegengesetzt liegenden Oberflächenteilen angeordnet ist. In Anbetracht der speziellen Frequenz kann der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Kontaktelektroden-Paar etwa 0,025 Zoll betragen, wobei die Kontaktelektroden selbst quadratisch ausgebildet sind und eine Fläche von etwa 80 square mils bedecken.

Beschrieben wurde eine einfache und wirksame Kristallfilter-Anordnung, bei der eine RC-Schaltung zwischen monolithische Kristallfilterelemente geschaltet wurde, die als fester Bestandteil der Filterschaltung arbeiten, wobei die Kennwerte der Bauelemente in der Form gewählt wurden, daß sich die Gaußsche Kurvenform ergibt und die Zeitkonstante gegenüber M Fremdsignalen verringert, um auf diese Weise die Auswirkung von Störeffekten oder anderen Signalen am Ausgang des Kristallfilters herabzusetzen.

Eine Bandfilter-Schaltung umfaßt ein Paar monolithischer Kristallfilterelemente und eine RC-Schaltung, wobei es sich um eine Vierpolkreuzglied-Schaltung handeln kann, die zwischen den Kristallfilterelementen angeschlossen wird. Bei den Kristallfilterelementen handelt es sich um doppelt gekoppelte Resonatoren, die ein Paar Resonanzflächen auf einem Quarzplättchen besitzen, wobei die Resonatoren verhältnismässig genau festliegende Durchlaßbereichswerte aufweisen, die über und unter ihre Resonanzfrequenzen hinausreichen und eine m starke Dämpfungsänderung an den Grenzen der Bandfilterfrequenzen zeigen. Die zusammen mit den Kristallfilterelementen verwendete RC-Schaltung ist am Versatz der Polfrequenzen beteiligt, um sicherzustellen, daß sich die Filter-Durchlaßkurve innerhalb des Durchlaßbereichs einer Gaußschen Kurve annähert. Die auf diese Weise aufgebaute Bandfilter-Schaltung eignet sich insbesondere für einen Einsatz in beweglichen Funkempfängern, in denen unerwünschte Fremdsignale, die aus impulsartigen Signalen wie z.B. Funkenentladung des Zündsystems entstehen können, weitgehendst gedämpft bzw. beseitigt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Bandfilter-Schaltung für die Aufnahme von Frequenzen innerhalb eines bestimmten Durchlaßbereiches, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen ersten und einen zweiten Resonator (14 und 16) enthält, die jeweils ein einzelnes Quarzplättchen und Leiteranordnungen umfassen, um zwei getrennte Resonanzflächen zu bilden, wobei eine Resonanzfläche einen Eingangsanschluß und die andere Resonanzfläche einen Ausgangsanschluß aufweist, und Eingangssignal-Vorrichtungen an den Eingangsanschluß des ersten Resonators gekoppelt sind, um Signale aufzunehmen, die solche enthalten, die im Durchlaßbereich des Filters liegen, daß ferner Ausgangsschaltungen mit dem genannten Ausgangsanschluß des zweiten Resonators (16) verbunden sind, um hierauf übertragene Signale zu empfangen, daß RC-Schaltungen zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Resonators und den Eingangsanschluß des zweiten Resonators gekoppelt sind, wobei der Wert der RC-Schaltungen in der Form gewählt ist, daß sich die Durchlaßkurve der Filterschaltung innerhalb des Durchlaßbereiches im wesentlichen einer Gaußschen Kurve annähert, um unerwünschte impulsartige Signaldurchgänge abzuschwächen.

2. Bandfilter-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schaltungen durch einen einzigen Widerstand gebildet werden, der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Resonators und den Eingangsanschluß

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des zweiten Resonators (16) gekoppelt ist und Kondensator-Anordnungen mit diesem Widerstand verbunden sind.

Bandfilter-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schaltungen durch einen ersten und einen zweiten Widerstand gebildet werden, die im L-Aufbau mit dem ersten Widerstand verbunden sind, der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Resonators (14) und den Eingangsanschluß des zweiten Resonators (16) gekoppelt ist, wobei der zweite Widerstand in Nebenschlußverbindung mit der Resonanzfläche des ersten Resonators (14) und dessen Ausgangsanschluß verbunden ist und Kondensator-Anordnungen mit dem ersten und zweiten Widerstand gekoppelt sind.' Jj

Bandfilter-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schaltungen einen Widerstand umfassen, der in Serie mit der Resonanzfläche verbunden ist, die dem Ausgangsanschluß des ersten Resonators (14) und den mit dem Widerstand gekoppelten Kondensator-Anordnungen zugeordnet ist.

Bandfilter-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schaltungen einen Widerstand umfassen, der in Serie mit der Resonanzfläche verbunden ist, die dem Eingangsanschluß des zweiten Resonators (16) und den mit dem Widerstand gekoppelten Konden- ^ sator-Anordnungen zugeordnet ist.

Bandfilter-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Schaltungen einen ersten Widerstand umfassen, der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß des ersten Resonators (14) und den Eingangsanschluß des zweiten Resonators (16) gekoppelt ist, wobei ein zweiter und ein dritter Widerstand jeweils mit einem Ende des ersten Widerstands und in Nebenschlußverbindung mit den Resonanzflächen verbunden ist, die den damit verbundenen Anschlüssen und den Kondensator-Anordnungen zugeordnet sind, die mit dem zweiten und dritten Widerstand verbunden sind.

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7. Bandfilter-Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensator-Anordnungen einen ersten mit dem zweiten Widerstand in Parallelschaltung verbundenen Kondensator und einen zweiten mit dem dritten Widerstand in Parallelschaltung verbundenen Kondensator umfassen.

8. Bandfilter-Schaltung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zwischen den Eingangsanschluß und den Ausgangsanschluß einer der Resonatoren gekoppelt ist.

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