DE2431278C2

DE2431278C2 - Vierpol-Filter

Info

Publication number: DE2431278C2
Application number: DE2431278A
Authority: DE
Inventors: Michel Fresnes Destrade; Jean Luc Paris Vassort
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1982-09-30
Also published as: GB1469874A; JPS5039446A; NO140447C; FR2235499B1; US3891948A; NO140447B; FR2235499A1; JPS5723444B2; NO742370L; DE2431278A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Vierpol-Filter mit zwei auf die gleiche Frequenz Fo abgestimmten Resonatoren, die an zwei zueinander konjugierte Anschlüsse einer Hybridschaltung über Leitungsabschnitte angeschlossen sind.

Solche Filter, die insbesondere zur Ausrüstung von Meterwellen- und Dezimeterwellen-Multiplexieranordnungen bestimmt sind, sind aus der DE-AS 12 28 322 bekannt Bei diesem bekannten Vierpol-Filter folgen auf die als Bandsperre ausgebildeten Resonatoren Absorber, die den entsprechenden Anschluß in einem weiten Frequenzbereich nahezu reflexionsfrei abschließen. Die Selektivität derartiger Filter reicht nicht aus, um z. B. mehrere auf verschiedenen Frequenzen arbeitende Sender an ein und dieselbe Antenne anschließen zu können. Zum Aufbau derartiger Frequenzweichen werden Filter mit besonders hoher Selektivität benötigt Derartige Filter haben die Eigenschaft, daß sie die ihnen zugeführten Signale je nach deren Frequenz entweder durchlassen oder reflektieren. Unabhängig davon, ob sie als Koaxialleitungs-Bauelemente oder als Hohlleiter-Bauelemente ausgeführt sind, sind sie im allgemeinen durch mehrere Resonatoren mit großem Gütefaktor gebildet, die entlang dem gleichen Übertragungsweg im Abstand c//4 in Kaskade angeordnet sind (wcbei deine Wellenlänge ist, die im Innern des durch das Filter zu übertragenden Frequenzbandes liegt).

Die Realisierung von Resonatoren mit großem Gütefaktor erfordert die Anwendung von komplizierten technologischen Lösungen, die hinsichtlich der Wahl der Materialien, der Bearbeitungen und der Oberflächenbehandlungen sowie hinsichtlich der Aiisführungsform der beweglichen Abstimmglieder sehr aufwendig sind.

Andererseits ist bei Anlagen großer Leistung die von den Verlusten in den Resonatoren hervorgerufene Erwärmung die Ursache von mechanischen Deformationen, die Frequenzabweichungen zur Folge haben; dies erfordert die Verwendung von Hilfseinrichtungen zur Erzielung der Stabilität der Abstimmung der Resonatoren.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Vierpol-Filters mit ausreichend hoher Selektivität, um in Frequenzweichen verwendbar zu sein, wobei Resonatoren mit geringerem Gütefaktor verwendet werden, die mit einer geringeren Leistung belastet werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Vierpol-Filter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von der Hybridschaltung abgewandten Enden der beiden Leitungsabschnitte bei dem einen Leitungsabschnitt offen und bei dem anderen Leitungsabschnitt kurzgeschlossen sind, daß die Resonatoren parallel an die beiden Leitungsabschnitte an Punkten angekoppelt sind, die in gleichen Abständen von dem offenen bzw. dem kurzgeschlossenen Ende liegen, und daß der Abstand zwischen dem Ankopplungspunkt jedes Resonators und dem Ende des zugehörigen Leitungsabschnitlü im wesentlichen gleich (2k+\)d/8 ist, wobei k eine positive ganze Zahl oder Null ist während d die der Frequenz F₀ entsprechende Wellenlänge ist und wobei die Längen der beiden Leitungsabschnitte (8, 9) so gewählt sind, daß die an einen der zwei anderen zueinander konjugierten Anschlüsse angelegten Signale der Frequenz F₀ an dem anderen dieser letzteren Anschlüsse gleichphasig ankommen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein symbolisches Schema zur Erläuterung des Prinzips eines Vierpol-Filters nach der Erfindung und

F i g. 2 eine räumliche Darstellung eines Vierpol-Filters nach der Erfindung;

F i g. 1 zeigt eir, Vierpol-Filter und eine an dieses Filter angeschlossene Lastimpedanz Zo. Das Vierpol-Filter enthält:

- eine Hybridschaltung 5 mit einem Paar zueinander konjugierter Anschlüsse 1, 2 und einem weiteren Paar zueinander konjugierter Anschlüsse 3, 4, die einen Wellenwiderstand Z₀ aufweisen;

- einen Leitungsabschnitt 8, von dem ein Ende an den Anschluß 1 angeschlossen ist während das andere Ende kurzgeschlossen ist, wobei ein auf eine Frequenz Fo abgestimmter Resonator 6 parallel zu dem Leitungsabschnitt 8 an einem Punkt A angekoppelt ist (die Frequenz Fo ist im Innern des von dem Filter zu übertragenden Frequenzbandes gewählt; sie kann beispielsweise gleich dem geometrischen Mittel der äußersten Frequenzen dieses Frequenzbandes gewählt werden);

- einen Leitungsabschnitt 9 von gleicher Länge wie

der Leitungsabschnitt 8, von dem das eine Ende an den Anschluß 2 angeschlossen ist, während das andere Ende offen ist wobei ein auf die Frequenz Fq abgestimmter Resonator 7 an einem Punkt B parallel an den Leitungsabschnitt 9 angekoppelt ist

Die Lastimpedanz Zq ist an den Anschluß 4 angeschlossen.

Die Leitungsabschnitte 8 und 9 haben den Wellenwiderstand Zc und die Länge d/S zwischen ihrem Verbindungspunkt mit dem Resonator und dem der Hybridschaltung 5 abgewandten Ende (wobei d die der Frequenz F₀ entsprechende Wellenlänge ist).

Wenn die Resonatoren die Lastimpedanz Z₀, die Abstimmfrequenz Fo und den Gütefaktor Q haben (unter Berücksichtigung von Zo und der Kopplung mit dem Leitungsabschnitt), hat jeder Resonator für eine Frequenz /den folgenden Scheinleitwert:

20

JQZ₀X

F₀

_ A

25

Die von der Parallelschaltung aus dem Resonator 6 und dem Leitungsabschnitt 8 am Anschluß 1 verursachte Impedanz beträgt:

= JZ₀

1+axQcotg Θ

30

Z₀

und Θ =-£- ■ -f.
4 F₀

35

Die von der Parallelschaltung aus dem Resonator 7 und dem Leitungsabschnitt 9 am Anschluß 2 verursachte Impedanz beträgt:

40

1-flxQtg Θ

Unter diesen Bedingungen und für a=l läßt sich zeigen, daß dann, wenn Fin der Nähe der Abstimmfrequenz Fo liegt oder gleich dieser Frequenz ist, das Verhältnis Pi/P* zwischen der fiem Anschluß 3 zugeführten Leistung Pj und der effektiv zum Anschluß 4 übertragenen Leistung Λ (also das Verhältnis, das die Einfügungsdämpfung des Filters definiert) die folgende Form annimmt:

A-I₊₄ _{xQ)*

Die Einfügungsdämpfung eines Filters klassischer Art das durch zw'.i im gleichen Übertragungsweg in Kaskade angeschlossene Resonatoren gebildet ist hat die Form

1 + j (x Q')⁴

60

worin Q'der den Resonatoren gemeinsame Gütefaktor ist. Es ist daher festzustellen, daß zur Erzielung der gleichen Filterkurve, d. h. der gleichen Einfügungsdämpfung als Funktion der Frequenz in dem Filter von F i g. 1 Resonatoren verwendet Werden können, deren Gütefaktor Q gleich der Hälfte des Gütefaktors Q' der Resonatoren des entsprechenden Filters klassischer Art ist.

Es ist auch zu bemerken, daß gegenüber einem Filter klassischer Art jeder der Resonatoren nur die Hälfte der zu übertragenden Leistung empfängt

Schließlich ergibt sich durch das Vorhandensein der Leitungsabschnitte ein zusätzlicher Einstellparameter, der durch die Länge dieser Leitungsabschnitte gebildet ist; es ist dadurch möglich, die Filterkurve ohne Veränderung der Einstellung der Resonatoren einzustellen, indem man deinen Wert gibt der von dem Wert der der Frequenz Fo entsprechenden Wellenlänge verschieden ist

F i g. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Vierpol-Filters, das dem Prinzip von F i g. 1 entspricht Bei dieser Ausführungsform sind die Leitungsabschnitte vom Koaxialleitungstyp, und der Koppler ist vom Fachleitungstyp.

Die (den Anschlüssen 1 und 2 von F i g. 1 entsprechenden) Anschlüsse 1 und 2 eines 3 dB-Richikopplers 50 sind jeweils über einen Koaxialleitungsabschnitt 81 bzw. 91 mit einem Resonator 60 bzw. 70 gekoppelt Diese Resonatoren sind wiederum mit einem Koaxialleitungsabschnitt 80 bzw. 90 gekoppelt Der Leitungsabschnitt 80 ist an den dem Resonator 60 abgewandten Ende durch eine Metallplatte 82 verschlossen, die ainen Kurzschluß zwischen seinem Außenleiter und seinem Innenleiier bildet Der Koaxialleitungsabschnitt 90 ist an dem dem Resonator 70 abgewandten Ende durch einen Metallzylinder 92 von gleichem Durchmesser wie sein Außenleiter verlängert; dieser MetallzyHnder 92 hat den Zweck, jede vom Leitungsabschnitt 90 verursachte Störstrahlung zu verhindern.

Damit der Aufbau der Resonatoren und ihre Verbindung mit den Leitungsabschnitten deutlich erkennbar ist sind der eine Resonator 60 sowie die entsprechenden Koaxialleitungsabschnitte 80 und 81 so dargestellt als ob sie durchsichtig wären; da vorausgesetzt wird, daß die beiden Resonatoren gleich sind, gilt die Beschreibung des Resonators 60 auch für den Resonator 70.

Der Resonator 60 besteht aus einem hohlen Metallzylinder 61, dessen Boden durch eine Metallplatte 62 verschlossen ist Im Innern dieses Metallzylinders befinden sich ein Abstimmkolben 21 und eine Kopplungsvorrichtung 25, 26 zur Kopplung des Resonators 60 mit den Leitungsabschnitten 80 und 81.

Diese Leitungsabschnitte sind bei dem beschriebenen Beispiel Abschnitte einer Koaxialleitung mit 50 Ohm Wellenwiderstand. Die Kopplungsvorrichtung 25,26 ist so ausgeführt daß sie diesen Wellenwiderstand von 50 Ohm für den Teil des Leitungselements aufrecht erhält der im Innern des Resonators liegt. Die Kopplungsvorrichtung enthält eine Metallplatte 25, die von zwei Isolierstützen getragen wird, die am Metallboden 62 des Zylinders 60 befestigt sind. Die Metallplatte ist kreisrund, ihre Ebene steh' senkrecht zur Achse des Zylinders 60 in ihrem Mittelpunkt und ihr Durchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders. Die Innenleiter der Leitungsabschnitte 80,81 liegen in Verlängerung voneinander; sie sind berührungsfrei durch den Zylinder 61 hindurchgeführt und an zwei einander diametral gegenüberliegenden Punkten an der Metallplatte 25 befestigt. Die Außenleiter der Leitungsabschnitte sind mit den Rändern der Löcher verbunden, die die Durchführung der entsprechenden Innenleiter durch der Zylindp.r61 ermöglichen.

Die Länge des Leitungsabschnitts von Fig. 1, die d/S betragen soll, entspricht bei dem Ausführungsbeispiel von F ie. 2 annähernd der Strerkp 7wi<:rhpn Ht>m

Mittelpunkt der Platte 25 und dem kurzgeschlossenen Ende des Leitungsabschnitts 80.

Die Kopplungsvorrichtung enthält außerdem unter der Platte 25 eine Metallscheibe 26, die mittels einer Metallstütze am Boden 62 des Zylinders 60 befestigt ist. Diese Metallscheibe hat den Zweck, die kapazitive Kopplung zwischen der Platte 25 und der Innenfläche des Gehäuses des Resonators 60 zu erhöhen.

Der Kolben 21 hat eine Scheibe 22, in deren Mitte ein Loch angebracht ist, und die mit ihrem Umfang an der Innenwand des Zylinders 61 anliegt. Der Kolben 21 hat außerdem ein Teleskopglied, das durch zwei Hohlzylinder gebildet ist, deren Achsen mit der Achse des Zylinders 61 zusammenfallen. Der eine Zylinder 23 ist durch das Mittelloch der Scheibe 22 hindurchgeführt und fest mit dieser Scheibe verbunden; der andere Zylinder 24 ist so angeordnet, daß er im Innern des Zylinders 23 gleitbar ist, und sein zur Platte 25 hin gewandtes Ende ist durch <?ine halhkiigelfnrmiee Metallkuppel verschlossen, deren konkave Seite zum Innern des Zylinders 24 gerichtet ist. Durch mehr oder weniger tiefes Eindringen der Scheibe 22 in den Zylinder 61 wird die Absiimmfrequenz des Resonators 60 eingestellt, und durch mehr oder weniger tiefes Eindringen des Zylinders 24 in den Zylinder 23 wird die Kopplung zwischen dem Resonator 60 und der von den Leitungsabschnitten 80, 81 und der Verbindung zwischen diesen Leitungsabschnitten gebildeten Leitung eingestellt Natürlich wirken sich diese beiden Einstellungen aufeinander aus, und sie müssen deshalb gemeinsam vorgenommen werden.

Die mechanische Vorrichtung für die Einstellung der erwähnten Eindringtiefen enthält drei Gewindestangen 31, 32, 33, deren Eindringtiefe im Zylinder 61 durch Einschrauben in eine Platte 34 erhalten wird, die senkrecht zur Achse des Zylinders 61 steht und fest mit diesem Zylinder verbunden ist Die Scheibe 22 hängt derart an den Enden der Gewindestangen 31, 32, daß diese Gewindestangen in der Platte 34 frei verschraubt werden können; die Kuppel des Zylinders 24 hängt in gleicher Weise an einem Ende der Gewindestange 33. Um ein Verstimmen des Resonators infolge der Ausdehnungen der Gewindestangen 31,32,33 unter der Wirkung der Erwärmung im Betrieb zu verhindern, bestehen diese Gewindestangen aus einer Stahl-Nickel-Legierung mit sehr geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Mit Filtern der zuvor beschriebenen Art war es beispielsweise möglich. Multiplexieranordnungen zu

in realisieren, die eine Leistung von 10 kW pro Kanal zuließen und in einem Frequenzband arbeiteten, das die Frequenz 100 MHz enthielt, wobei der Frequenzabstand zwischen zwei Kanälen auf 1,6 MHz verringert werden konnte und die durch die Einfügung der Filter

ι > verursachten Verluste 03 dB betrugen. Die bei Multiplexieranordnungen verwendeten Filter haben etwa eine Höhe von 1 m und einen Durchmesser von 20 cm.

Als Leitungsabschnitte können bei dem beschriebenen Filter natürlich auch Hohlleiter oder Flachleiter

>ü verwendet werden; ebenso können die Resonatoren von jeder an sich bekannten Art sein.

Andererseits können die Strecken zwischen den Punkten A bzw. B und den der Hybridschaltung 5 (Fig. 1) abgewandten Enden der Leitungsabschnitte 8

2) bzw. 9, die gleich dl% gewählt wurden, auch von der Form (2k+ 1) d/8 gewählt werden, wobei /reine positive ganze Zahl ist.

Die Hybridschaltung 5 kann durch jede Hybridschaltung von an sich bekannter Art gebildet sein. Zur

m Berücksichtigung der Änderungen in den Längen der vier Wege (zwischen den Anschlüssen im Innern dieser Schaltungen) gegenüber den Längen der vier Wege eines 3 dB-Richtkopplers müssen die F i g. 1 und 2 dann dahingehend geändert werden, daß eine Differenz

υ zwischen den Längen der Leitungsabschnitte eingeführt wird, die zwischen der Hybridschaltung und den Resonatoren liegen; bei der Mehrzahl dieser Hybridschaltungen muß diese Differenz den Wert d/4 haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vierpol-Filter mit zwei auf die gleiche Frequenz

Fo abgestimmten Resonatoren, die an zwei zueinander konjugierte Anschlüsse einer Hybridschaltung über Leitungsabschnitte angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Hybridschaltung (5) abgewandten Enden der beiden Leitungsabschnitte (8,9) bei dem einen Leitungsabschnitt (9) offen und bei dem anderen Leitungsabschnitt (8) kurzgeschlossen sind, daß die Resonatoren (6, 7) parallel an die beiden Leitungsabschnitte (8, 9) an Punkten (A, B) angekoppelt sind, die in gleichen Abständen von dem offenen bzw. dem kurzgeschlossenen Ende liegen, und daß der Abstand zwischen dem Ankopplungspunkt (A, B) jedes Resonators (6, 7) und dem Ende des zugehörigen Leitungsabschnitts (8, 9) im wesentlichen gleich (2jt+1) d/S ist, wobei k eine positive ganze ZaW oder Null ist, während ί/die der Frequenz Fo entsprechende Wellenlänge ist, und wobei die Längen der beiden Leitungsabschnitte (8, 9) so gewählt sind, daß die an einen der zwei anderen zueinander konjugierten Anschlüsse angelegten Signale der Frequenz Fo an dem anderen dieser letzteren Anschlüsse gleichphasig ankommen.

2. Vierpol-Filter nach A/ispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridschaltung (5) ein 3 dB-Koppler ist und daß die beiden Leitungsabschnitte (8,9) die gleiche Länge haben.

3. Vierpol-Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitungsabschnitt zwei Koaxialleitangsabschdtte (£->, 81) aufweist, die miteinander durch eine Vorrichtung (25, 26) verbunden sind, die für den betr if enden Leitungsabschnitt die Aufrechterhaltung des Wellenwiderstandes der Koaxialleitung bei der Durchführung durch den Resonator gewährleistet

40