DE2353750B2 - Elektrisches filter mit einem magnetische resonanz aufweisenden koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Durchlaßfilter mit mindestens einem Körper aus einem ferromagnetischen Werkstoff.

Ein aus der Zeitschrift »Archiv eiektr. Übertragung« Band 18 1964 Heft 11 S. 643 bis 650 bekanntes Filter dieser Art weist zwei sich senkrecht kreuzende Übertragungsleitungen auf, die magnetisch über einen Körper aus einem ferromagnetischen Werkstoff, insbesondere eine Kugel aus YIG-Metall, miteinander gekoppelt sind. Dabei ist dieser Körper in einer Richtung senkrecht zu den Richtungen der Übertragungsleitungen magnetisch vorpolarisiert. Normalerweise sind zwei sich senkrecht kreuzende Übertragungsleitungen nicht miteinander gekoppelt. Bei der magnetischen Resonanzfrequenz, die von der Stärke des vorpolarisierender Feldes abhängt, tritt jedoch eine Präzession des magnetischen Vektors auf, durch die die Kopplung herbeigeführt wird. Diese Kopplung ist frequenzabhängig.

Weiter ist aus der US-PS 34 00 343 ein Filter dieser Art bekannt, das eine Kaskade von mindestens zwei derartigen magnetischen Kopplungskörpern aufweist, die durch eine öffnung in einer leitenden Zwischenwand miteinander gekoppelt sind.

Aus der DT-OS 21 19 210 ist eine Diodenmischschaltung für hohe Frequenzen, z. B. für 2 GHz, bekannt, bei der ein derartiges magnetisches Filter Verwendung findet, um die Zwischenfrequenz genau zu trennen und ggf. unmittelbar aus ihr mittels einer zweiten Übertragungsleitung eine zweite Zwischenfrequenz zu bilden. Bei dieser Vorrichtung ist ein Ortsoszillator über eine erste Übertragungsleitung mit einer Diodenringmischschaltung verbunden. Auf diese Übertragungsleitung treten Gegentaktwellen, d. h. Wellen, deren Ströme gegenphasig sind, mit der Frequenz des Ortsoszillators und Gleichtaktwellen, d. h. Wellen, deren Ströme gleichphasig sind, auf, die dem erwünschten Zwischenfrequenzsignal entsprechen.

Dieses Signal wird mittels eines YIG-Knstallfilters herausgetrennt Zu diesem Zweck sind die beiden Leiter derart symmetrisch in bezug auf den vorpolariserten magnetischen Körper angeordnet, daß das Magnetfeld der Gleichtaktwellen auf der Übertragungsleitung an der Steile des Körpers im wesentlichen senkrecht auf der Vorpolarisaüonsrichtung steht, so daß eine Kopplung mit dem Präzessionsfeld auftritt, während das Magnetfeld der GegentaktweUen im wesentlichen parallel zur Vorpolarisationsrichtung ist, so daß die Kopplung Null oder wenigstens sehr schwach ist

Obgleich in der Praxis die Frequenzdifferenz zwischen den Gleichtakt- und Gegentaktwellen häufig verhältnismäßig gering sein kann, ist die Filterwirkung dennoch infolge des Unterschiedes in der Kopplungsstärke der Gleichtakt- und Gegentaktwellen mit dem magnetischen Körper sehr wirkungsvoll.

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

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Durchlaßfilter, bei dem eine erste Übertragungsleitung über mindestens einen Körper aus ferromagnetischem Werkstoff magnetisch mit einer senkrecht auf ihr stehenden zweiten Übertragungsleitung gekoppelt ist. Dabei ist der Körper in einer Richtung senkrecht /u den Richtungen der Übertragungsleitungen mit einer derartigen Stärke magnetisch vorpolarisiert, daß sich bei der erwünschten Durchlaßfrequenz magnetische Resonanz ergibt, wobei die erste Übertragungsleitung aus zwei Leitern und einem geerdeten Rückleiter besteht und wobei auf den beiden Leitern Gleichtakt- und Gegentaktwellen auftreten können, deren Frequenzen von der gleichen Größenordnung sein können und wobei ferner die beiden Leiter derart symmetrisch in bezug auf den magnetischen Körper angeordnet sind, daß das Magnetfeld der Gleichtakt wellen an der Stelle des magnetischen Körpers im wesentlichen senkrecht auf der Vorpolarisationsrichtung steht und daß das Magnetfeld der Gegentaktwellen im wesentlichen parallel zur Vorpolarisationsrichtung verläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirkung des genannten Filters auf einfache Weise zu verbessern und dabei die Durchgangsverluste des Filters erheblich herabzusetzen.

ZiT Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Durchlaßfilter der eingangs genannten Art nach der Erfindung die erste Übertragungsleitung auf einer Seite durch eine Umwegleitung mit einer elektrischen Länge von etwa einer halben Wellenlänge, bezogen auf die magnetische Resonanzfrequenz, abgeschlossen.

Die 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 anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

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

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j ig. 2 und 3 die Form des Magnetfeldes, das durch jöme in der gleichen Richtung bzw. in entgegengezten Richtungen auf den Leitern erzeugt wird, 7 Jg, 4 eine Draufsicht auf eine bestimmte Ausfühtgsforro des Filters,

ifg.5 einen gemäß der Linie V-V der Fig.4 »wahrten Schnitt,

m\ g. 6 perspektivisch ein Detail
Die doppelte Mischschaltung nach F i g. 1 kann z. B. Eingangsmischschaltung in einem Fernsehempfandienen, die es ermöglicht ohne Umschaltung estimmter Kreise durch bloße Änderung der frequenz eines Ortoszillators sämtliche Fernsehbänder Ht einem Frequenzbereich von z. B. 50 MHz bis 900 * HZ zu überstreichen. Das Eingangssignal wird hierzu nächst in einer ersten Mischstufe mit einem Oszillator t fester Frequenz auf eine Zwischenfrequenz von z. B. anno MHz, auf die das Filter abgestimmt ist fjjnauftransformiert wonach diese erste Zwischenfre-JL_enz j_n einer zweiten Mischstufe auf die übliche Zwischenfrequenz von etwa 35 MHz des Fernsehempfängers herabtransformiert wird.

Das Eingangssignal aus der Signalquelle S wird über die Leiter Li, L₂ der Diodenbrücke /?i zugeführt, deren Ausgangsklemmen über die Leiter L₃, L₄ mit dem YIG-Kristallfilter Fverbunden sind.

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

Die Leiter L₃, L₄ sind in den Punkten 1 bzw. 2 unmittelbar unterhalb der Kugel Vi durch eine Umwegleitung L₅ abgeschlossen, deren Länge gleich einer halben Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz ist. Die Punkte 1 und 2 sind ferner über Leiter U bzw. L₇ mit dem Ortsoszillator G, verbunden, dessen Frequenz zwischen 2050 MHz und 2900 MHz variierbar ist. Das Signal des Oszillators d wird somit über die Leiter L₆, L₃ und L₇. L₄ der Diodenbrücke Ri derart zugeführt, daß die Ströme in den Leitern gegenphasig sind (Gegentaktwelle).

Unter der Einwirkung des Signals des Oszillators Gi und des Eingangssignals bildet die Diodenbrücke R, Mischprodukte, unter anderen das Zwischenfrequenzsignal von 200 MHz, das den Leitern L₃ und L₄ gleichphasig (Gleichtaktwelle) zugeführt wird.

F i g 2 und 3 zeigen einen Schnitt an der Stelle der Kugel Vi. 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 V, befindet sich in einer Aussparung im Träger Dund wird durch ein Magnetfeld Ha vorpolarisiert.

Fig 2 zeigt weiter Kraftlinien Mdes Hochfrequenzmafinetfeldes, 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 V, 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, wenn die Frequenz der Wellen der magnetischen Resonanzfrequenz des Mediums entspricht, die durch die Stärke des Feldes Ha bestimmt wird. Die Gleichtaktwellen, die das erwünschte Zw.-schenfrequenzsignal von 2000 MHz vertreten, sind somit magnetisch stark mit der Kugel Vi gekoppelt.

F i g. 3 zeigt Kraftlinien Aides Hochfrequenzmagnetfeldes, das durch Gegentaktwellen auf den Leitern L3 und L₄ erzeugt wird. Diese Kraftlinien umfassen die Leite·· L₆ und L₄ je für sich und sind an der Stelle der Kugel Vi 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 andern weil die Oszillatorfrequenz verhältnismäßig stark von der magnetischen Resonanzfrequenz abweicht

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

Die Kugel V₁ ist über die Kopplungsöffnung K magnetisch mit der weiteren Schaltungsanordnung gekoppelt wie nachstehend näher erläutert wird.

Die Umwegleitung L5 bildet für die Gleichtaktwellen einen Kurzschluß zwischen den Punkten t bzw. 2 und Erde, so daß an der Stelle der YIG-Kristallkugel Vj ein Strombauch für das Zwischenfrequenzsignal auftritt. Die magnetische Kopplung zwischen den Gleichtaktwellen und der Kugel Vi ist dadurch maximal.

Bei der bekannten Mischschaltung fehlt die Umwegleitung L5, wodurch die Ströme 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 Gi ausbreiten, was zusätzliche Verluste herbeiführt und die Stabilität des Oszillators beeinträchtigt.

Infolgedessen kann im Filter eine hohe Übergangsdämpfung 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, Ls, Lb, L₇ ist, wie in der Draufsicht der F i g. 4 dargestellt ist, auf einer Seite der Filterplatte angeordnet. Der Durchmesser der Kugel beträgt z. B. 0,8 mm und der der Kopplungsöffnung 4 mm. Auf der anderen Seite befindet sich, wie in F i g. gestrichelt dargestellt ist, ein Leitersystem Ls, L9, L10, Li 1, L12 der gleichen Gestalt, das gegen das erste System um 90" gedreht ist. F i g. 5 zeigt einen längs der Linie V-V der F i g. 4 geführten Schnitt durch das Filter. Das erste Leitersystem ist entsprechend den F i g. 2 und 3 auf einem dielektrischen Träger Di angeordnet und mit der Kugel Vi gekoppelt. Auf entsprechende Weise ist das zweite Leitersystem auf einem Träger D₂ angeordnet und mit der YIG-Kristallkugel V₂ gekoppelt. Zwischen den Trägern Di und D₂ befindet sich eine Metallplatte A mit einer Kopplungsöffnung K, die im Detail in F i g. dargestellt ist.

Die Kugeln Vi und V₂ sind auf Trägerstäben H\ und H₂ befestigt, die in Löcher in den Trägern D\ bzw. D₂ gesteckt sind. Mittels der Trägerstäbe H\ und Hz können die Kristallachsen der Kugeln Vi bzw. V₂ derart orientiert werden, daß der Temperatureinfluß am geringsten ist. Die Kugeln sind durch die öffnung K hindurch magnetisch miteinander gekoppelt und sie sind auf die gleiche Frequenz abgestimmt. Dadurch ergibt sich bekanntlich eine Bandfilterwirkung.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, sind die Leiter Ln und Li₂ mit einem Oszillator G₂ verbunden, dessen Frequenz

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einen festen Wert von 1965 MHz hat. Der Oszillator Gi erzeugt auf dem Leitersystem Le, Ln bzw. Lg, Ln Gegentaktwellen.

Das magnetische Drehfeld in der Kugel V2 induziert in den Leitern Lg und L9 Gleichtaktwellen mit einer Frequenz von 2000 MHz, die sich zur Diodenbrücke Ri ausbreiten und in dieser mit dem Oszillatorsignal gemischt werden. An den Ausgangsklemmen U\ und Ui erscheint das Zwischenfrequenzsignal mit einer Frequenz von 35 MHz.

Die Umwegleitung L10, deren elektrische Länge gleich einer halben Wellenlänge bei der Resonanzfrequenz von 2000MHz ist und die die Punkte 3 und 4 miteinander verbindet, bildet einen Kurzschluß für die Gleichtaktwellen zwischen den Leitern Lg, L₉ und der geerdeten Metallplatte A. Dadurch wird verhindert, daß sich die geradzahligen Wellen über die Leiter Ln und Ln zum Oszillator Gi 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 von z. B. 16 dB 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.

Die Erfindung kann auch für ein Filter verwendet werden, das entsprechend an die bekannte Dioden-Mischschaltung nach der DT-OS 21 19 210 angepaßt ist. In diesem Fall ist dann anstelle von zwei Kugeln nur eine angeordnet. Auch ist es bei dieser einfachen Mischschaltung nicht erforderlich, daß die beiden sich kreuzenden Übertragungsleitungen aus je zwei Leitungen bestehen, sondern es kann dann eine der Übertragungsleitungen nur aus einem einzigen Leiter bestehen, der dann aber keine λ/2-Umwegleitung aufweisen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrisches Durchlaßfilter, bei dem eine erste Übertragungsleitung mittels mindestens eines Körpers aus ferromagnetische!! Material magnetisch mit einer senkrecht auif der ersten stehenden zweiten Übertragungsleitung gekoppelt ist, welcher Körper in einer senkrecht zu den Richtungen der Obertragungsleitungen verlaufenden Richtung magnetisch mit einer derartigen Stärke vorpolarisiert ist, daß bei der erwünschten Durchlaßfrequenz magnetische Resonanz auftritt, wobei die erste Übertragungsleitung aus zwei Leitern und einem geerdeten Rückleiter besteht, auf welchen zwei Leitern Gleichtakt- und Gcgentaktwellen 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 Übertraglingsleitung auf einer Seite durch eine Umwegleitung mit einer elektrischen Länge von etwa einer halben Wellenlänge, bezogen auf die magnetische Resonanzfrequenz, abgeschlossen ist.