DE2353750A1 - Elektrisches filter mit einem magnetische resonanz aufweisenden koerper - Google Patents

Description

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vom; 24. Okt. Ϊ973

Slektiisches Filtes? ölt einem magnetisehe

Me.ErfifidUHg beSiifeht sieh auf ein elektrisches Durchlässfilter alt mindestens einem KoSipe* aus einem ferromagnetisöhen Material*

Bekannte Filter dieser Art weisen zwei sieh senkrecht kreuzende Ueberträgüngsleitungen auf-, die magnet!seh über einen Körper aus einem ferröfflägnetischen Material, z.B» eine Kugel aus Ylß-Kristäli, miteinander gekoppelt sind* welcher Körper in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen der öebertragungsleitungen magnetisch vörpoläris,iert ist. Normalerweise sind zwei sich senkrecht kreuzende TJebertragungsl'eitungen nicht miteinander gekoppelt. Bei der magnetischen Resonanzfrequenz.(die von der Stärke des vor^ polarisierenden Feldes abhängt) tritt jedoch eine Präzession des

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magnetischen Vektors auf» durch die die Kopplung herbeigeführt wird» Diese Kopplung ist frequenzselektiv* -

Eis sind auch Filter dieser Art bekannt, die eine Kaskade von mindestens zwei derartigen magnetisöhen Kopplungskörpern aufweisen* die z,B, durch eine Oeffnung in einer leitenden Zwischenwand miteinander gekoppelt sein können*

Weiter ist eine Modenmisöhschältung für hohe Fre>quenzen (z.B. 2 GHz) bekannt, bei des ein derartiges magnetisches Filter Verwendung findet» um die Zwis eigenfrequenz genau zu trennen und gegebenenfalls unmittelbar aus ihr mittels einer zweiten TJeber*- tragungsleitung eine zweite Ewischenfrequenz zu bilden» Bei dieser Vorrichtung ist ein Ortsoszillatör über eine erste Üebertragungsleitung mit einer Diödenringraischschältung verbunden« Auf dieser Übertragungsleitung treten Gegentaktwellen (d.h. Wellen, deren Ströme gegenphasig sind) mit der Frequenz des Ortsoszillatora und Gleichtaktwellen (d.h. Wellen, deren Ströme gleichphasig sind) auf, die dem erwünschten Zwischenfrequenzsignäl entsprechen.

Dieses Signal wird mittels eines YIG-Kristallfilters herausgetrennt. Zu diesem Zweck sind die beiden Leiter derart symmetrisch in bezug auf den vorpolarisierten magnetischen Körper angeordnet, dass das Magnetfeld der Gleichtakttfellen auf der Uebertragungsleitung an der Stelle des Körpers im wesentlichen senkrecht auf der Vorpolarisationsrichtung steht, so dass eine Kopplung mit dem Präzessionsfeld auftritt, wahrend das Magnetfeld der Gegentaktwellen im wesentlichen parallel zur Vorpolarisationsrichtung ist, so dass die Kopplung null oder wenigstens schwach ist.

Obgleich in der Praxis die Frequenzdifferenz zwischen

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den Gleichtakt— und Gegentaktwellen häufig verhältnismässig gering sein kann, ist die Filterwirkung dennoch infolge des Unterschiedes in Kopplungsstärke der Gleichtakt- und Gegentaktwellen mit dem magnetischen Korper sehr wirkungsvoll.

Das erwünschte Zwischenfrequenzsignal wird mittels einer zweiten TJebertragungsleitung entnommen, welche die erste senkrecht kreuzt und magnetisch mit dem magnetischen Körper gekoppelt ist, gegebenenfalls über eine Kaskade von miteinander gekoppelten magnetischen Körpern. Diese zweite übertragungsleitung kann ebenso wie die erste aus mehreren Leitern bestehen.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein elektrisches Durchlassfilter, bei dem eine erste Uebertragungsleitung über mindestens einen Körper aus ferromagnetischem Material magnetisch mit einer senkrecht auf ihr stehenden zweiten Ueb er tr agungs leitung gekoppelt ist, weicher Körper in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen der üebertragungsleitungen mit einer derartigen Stärke magnetisch vorpolarisiert ist, dass sich bei der erwünschten Durchlassfrequenz magnetische Resonanz ergibt, wobei die erste Uebertragungsleitung aus zwei Leitern und einem geerdeten Rückleiter besteht, auf welchen beiden Leitern Gleichtakt- und Gegentaktwe.llen auftreten können, deren Frequenzen von der gleichen Grössenordnung sein können, welche beiden Leiter derart symmetrisch in bezug auf den magnetischen Körper angeordnet sind, dass das Magnetfeld der Gleichtaktwellen an der Stelle des magnetischen Körpers im wesentlichen senkrecht auf der Vorpplarisationsrichtung steht und dass das Magnetfeld der Gegentaktwellen im wesentlichen parallel zur 'Vorpolarisationsrichtung verläuft.

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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Uebertragungsleitung auf einer Seite durch eine Umwegleitung mit einer elektrischen Länge von etwa einer halben Wellenlänge, bezogen auf die magnetische Resonanzfrequenz, abgeschlossen ist.

Diese Umwegleitung bedeutet an der Stelle des magnetischen Körpers für die Gleichtaktwellen praktisch einen Kurzschluss zwischen den Leitern und dem Rückleiter, während für die Gegentaktwellen zwischen den Leitern und dem Rückleiter an dieser Stelle eine verhältnismässig hohe Impedanz vorhanden ist.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch· eine doppelte Mischschaltung einer an sich bekannten Art, in der das Filter gemäss der Erfindung Anwendung findet,

Fig. 2 und·3 die Form des Magnetfeldes, das durch Ströme in der gleichen Richtung bzw. in entgegengesetzten Richtungen auf den Leitern erzeugt wird,

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine bestimmte Ausführungsform des Filters,

Fig. 5 einen gemäss der Linie V-V der Fig. 4'geführten Schnitt,

Fig. 6 perspektivisch ein Detail.

Die doppelte Mischschaltung nach Fig.'1 kann z.B. als Eingangsmischschaltung in einem Fernsehempfänger dienen, die es ermöglicht, ohne Umschaltung abgestimmter Kreise durch blosse Aenderung der Frequenz eines Ortsoszillators sämtliche Fernsehbänder mit einem Frequenzbereich von z;B. 50 MHz bis 900 MHz zu überstreichen. Das

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Eingangssignal wird hierzu zunächst in einer ersten Mischstufe mit einem Oszillator mit fester Frequenz auf eine Zwischenfrequenz von ■ z.B. 2000 MHz, auf die das Filter abgestimmt ist, hinauftransformiert, wonach diese erste Zwischenfrequenz in einer zweiten Mischstufe auT die übliche Zwischenfrequenz von etwa 35 MHz des Fernsehempfängers herabtransformiert wird.

Bas Eingangssignal aus der Signalquelle S wird über die Leiter L1 , L2 der Diodenbriicke R1 zugeführt, deren Ausgangs- . klemmen über die Leiter L3» L4 mit dem YIG-Kristallfilter F verbunden sind

Die Leiter L3, L4 sind symmetrisch in bezug auf eine aus YIG-Kristall bestehende Kugel Y1 angeordnet,' die magnetisch durch ein senkrecht zur Ebene der Leiter verlaufendes Magnetfeld Ha (Fig. 2) derart vorpolarisiert ist, dass bei 2000 MHz magnetische Resonanz (Kittelmode) auftritt.

Die Leiter L3_r 14 sind in den Punkten 1 bzw. 2 unmittelbar unterhalb der Kugel Y1 durch eine TJmwegleitung . L5 abgeschlossen, deren Länge gleich einer halben Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz ist.

Die Punkte 1 und 2 sind ferner über Leiter L6 bzw, L7 mit dem Ortsoszillator G1 verbunden, dessen Frequenz zwischen 2050 MHz und 29OO MHz variierbar ist. Das Signal des Oszillators G1 wird somit über die Leiter L6, L3 und L7> L4 der Diodenbrücke R1 derart zugeführt, dass die Ströme in den Leitern gegenphasig sind (Gegentaktwelle).

Unter der Einwirkung des Signales des Oszillators G1 und des Eingangssignales bildet die Diodenbrücke R1 Mischprodukte,

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unter anderen das Zwischenfrequenzsignal von 2000 HHz, das den Leitern LJ und L4 gleichphasig (Gleichtaktwelle) zugeführt wird.

Fig. 2 und 3 zeigen einen Schnitt an der Stelle der Kugel Yl. Die Leiter L3 und L4 sind als Mikrostreifenleiter ausgebildet und auf eine Seite eines dielektrischen Trägers D aufgebracht.

Auf der anderen Seite des Trägers D ist eine geerdete Metallplatte A mit einer Kopplungsöffnung K angeordnet. Die Kugel Y1 befindet sich in einer Aussparung im Träger D und wird durch ein Magnetfeld Ha vorpclarisiert.

Fig. 2 zeigt weiter Kraftlinien M des Hochfrequenzmagnetfeldes, das durch Gleichtaktwellen auf den Leitern L3 und L4 erzeugt wird. Diese Kraftlinien umfassen beide Leiter L3 und L4 und sind an der Stelle der Kugel Y1 im wesentlichen senkrecht zum Magnetfeld Ha gerichtet. Bekanntlich tritt unter diesen Umständen eine Präzession des magnetischen Vektors um die Richtung des Feldes Ha auf. Diese Präzession hat einen Höchstwert, ¥etn die Frequenz der Wellen der magnetischen Resonanzfrequenz des Mediums entspricht, die durch die Stärke des Feldes Ha bestimmt wird. Die Gleichtaktwellen, die das erwünschte Zwischenfrequenzsignal von 2000 MHz vertreten, sind somit magnetisch stark mit der Kugel Y1 gekoppelt.

Fig. 3 zeigt Kraftlinien M des Hochfrequenzmagnetfeldes, das durch Gegentaktwellen auf den Leitern L3 und L4 erzeugt wird. Diese Kraftlinien umfassen die Leiter L3 und L4 je für sich und sind an der Stelle der Kugel Y1 im wesentlichen parallel zum Feld Ha gerichtet. Die Gegentaktwellen sind mithin magnetisch sehr schwach mit der Kugel gekoppelt, einmal weil die Kraftlinien parallel zum Feld Ha die Präzession nicht anregen und zum ändern weil die Oszillatorfrequenz verhältnismässig stark von der magnetischen

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Resonanzfrequenz abweicht*

Auf diese Weise erfolgt eine sehr wirkungsvolle Trennung zwischen den beiden Wellentypen.

Die Kugel Y1 ist über die Kopplungsöffnung K magnetisch mit der weiteren Schaltungsanordnung gekoppelt, wie nachstehend näher erläutert wird.

Die TJmwegleitung L5 bildet für die Gleichtaktwellen einen Kurzschluss zwischen den Punkten 1 bzw. 2 und Erde, so dass an der Stelle der YIG-Kristallkugel Y1 ein Strombauch für das Zwischenfrequenzsignal auftritt_o Die magnetische Kopplung zwischen den Gleichtaktwellen und der Kugel-Y1 ist dadurch maximal.

Bei der bekannten Mischschaltung fehlt die Umweg-

leitung L5» wodurch die Strome der Gleichtaktwellen in der Umgebung der Kugel viel kleiner als der Höchstwert sein können.

Ausserdem können die Gleichtaktwellen auf den leitern L3 und L4 sich über die Leiter L6 und L7 zum Oszillator G1 ausbreiten, was zusätzliche Yerluste herbeiführt "und die Stabilität des Oszillators beeinträchtigt.

Infolgedessen kann iiu Filter eine hohe Uebeigangsdämpfung von z.B. 16 dB auftreten.

Für die Gegentaktwellen des Oszillatorsignals hat die Umwegleitung dagegen zwischen den Punkten 1 und 2 eine hohe-Impedanz. Dies bedeutet eine gewisse Belastung des Oszillators, ist weiter jedoch nicht von Bedeutung.

Das Leitersystem L3, L4, L5, L6, L7 ist, wie in der Draufsicht der Fig. 4 dargestellt ist, auf einer Seite der Filterplatte angeordnet. Der Durchmesser der Kugel beträgt z.B. 0,8 mm und

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der der Kopplungsöffnung 4 mm. Auf der anderen Seite befindet sich, wie in Fig. 4 gestrichelt dargestellt ist, ein Leitersystem L8, L9, L10, L11, L12 der gleichen Gestalt, das gegen das erste System um 90° gedreht ist. Fig. 5 zeigt einen längs der Linie V-V- der Fig. 4 geführten Schnitt durch das Filter. Das erste Leitersystem ist entsprechend den Fig. 2 und 3 auf einem dielektrischen Träger D1 angeordnet und mit der Kugel Y1 gekoppelt. Auf entsprechende Weise ist das zweite Leitersystem auf einem Träger D2 angeordnet und mit der YIG-Kristallkugel Y2 gekoppelt. Zwischen den Trägern DI und D2 befindet sich eine Metallplatte A mit einer Kopplung'söffnung K, die im Detail in Fig. 6 dargestellt ist.

Die Kugeln Y1 und Y2 sind auf Trägerstäben H1 und H2 befestigt, die in Löcher in den Trägern D1 bzw. D2 gesteckt sind. Mittels der Trägerstäbe H1 und H2 können die Kristallachsen der Kugeln Y1 bzw. Y2 derart orientiert werden, dass der Temperatureinfluss am geringsten ist. Die Kugeln sind durch die Oeffnung K hindurch magnetisch miteinander gekoppelt und sie sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt. Dadurch ergibt sich bekanntlich eine Band— filterwirkung.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Leiter L11 und L12 mit einem Oszillator G2 verbunden, dessen Frequenz einen festen Wert von I965 MHz hat. Der Oszillator G2 erzeugt auf dem Leitersystem L8, L11 bzw. L9, L1 2 Gegentaktwellen.

Das magnetische Drehfeld in der Kugel Y2 induziert in den Leitern L8 und L9 Gleichtaktwellen mit einer Frequenz von 2000 MHz, die sich zur Diodenbrücke R2 ausbreiten und in dieser mit dem Oszillatorsignal gemischt werden. An den Ausgangsklemmen TJ1

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ORIGINAL INSPECTED

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und U2 erscheint das Zwischenfrequenzsignal mit einer Frequenz von 35 MHz.

Die Umwegleitung LK), deren elektrische Länge gleich einer halben Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz von 2000-MHz ist und die die Punkte 3 und 4 miteinander verbindet, bildet einen Kurzschluss für die ,Gleidhtaktwellen zwischen den Leitern L8, L9 "und der geerdeten Metallplatte A. Dadurch wird verhindert, dass sich die geradzahligen Wellen über die Leiter L11 und LI2 zum Oszillator G2 ausbreiten, was Verluste herbeiführen würde.

Durch die Anwendung der Umwegleitungen L5 und L10 gemäss der_ Erfindung hat es sich als möglich erwiesen, die Durchgangsverluste (insertion loss) des Filters drastisch y.on z.B. i6dB auf 2,6 dB herabzusetzen. Ausserdem wird durch diese Massnahme die Filterwirkung verbessert, indem das Verhältnis der Stärken der ■ Gleichtakt- und Gegentaktwellen in der Umgebung der YIG-Kristallkugeln gesteigert ist.

Das Filter kann im Rahmen der Erfindung verschiedentlich geändert werden.

Beispielsweise kann anstelle von zwei Kugeln eine einzige Kugel Verwendung finden.

Wenn das Filter in einer einfachen Mischschaltung verwendet wird, ist es nicht erforderlich, dass die beiden sich kreuzenden Uebertragungsleitungen aus je. zwei Leitern bestehen. In einem solchen Falle kann ebenso wie bei den bekannten Filtern eine der Uebertragungsleitungen aus einem einzigen Leiter bestehen.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRUCH :

   Elektrisches Durchlassfilter, bei dem eine erste übertragungsleitung mittels mindestens eines Körpers aus ferromagnetischen Material magnetisch mit einer senkrecht auf der ersten stehenden zweiten Uebertragungsleitung gekoppelt ist, welcher Körper in einer senkrecht zu den Richtungen der TJebertragungsleitungen verlaufenden Richtung magnetisch mit einer derartigen Stärke vorpolarisiert ist, dass bei der erwünschten Durchlassfrequenz magnetische Resonanz auftritt, wobei die erste Üebertragungsleitung aus zwei Leitern und einem geerdeten Rückleiter besteht, auf welchen zwei Leitern Gleichtakt- und Gegentaktwellen auftreten können und welche zwei Leiter derart symmetrisch in bezug auf den magnetischen Körper angeordnet sind, dass das Magnetfeld der Gleichtaktwellen an der Stelle des magnetischen Körpers im wesentlichen senkrecht auf der Vorpolarisationsrichtung steht und dass das Magnetfeld der Gegentaktwellen sich im wesentlichen parallel zur Vorpolarisationsrichtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste TJebertragungsleitung auf einer Seite durch eine Umwegleitung mit einer elektrischen Lange von etwa einer halben Wellenlänge, bezogen auf die magnetische Resonanzfrequenz, abgeschlossen ist.

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