DE2451653A1 - ELECTRIC BARRIER FILTER - Google Patents
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Description
COMPAGNIE D'ELECTRONIQUE
ET DE PIEZOELECTRICITE
C.E.P.E.COMPAGNIE D'ELECTRONIQUE
ET DE PIEZOELECTRICITE
CEPE
101, Rue du President Roosevelt, 76 Sartrouville,Frankreich101, Rue du President Roosevelt, 76 Sartrouville, France
Elektrisches"SperrfilterElectrical "blocking filter
Die Erfindung betrifft elektrische Filterschaltungen.The invention relates to electrical filter circuits.
Wenn man an die Eingangsklemmen einer FilterschaHung elektrische Wechselsignale veränderlicher Frequenz anlegt, sind die an ihren Ausgangsklemmen abgegebenen Signale nach Amplitude und/oder Phase geändert.If you look at the input terminals of a filter circuit electrical alternating signals of variable frequency are applied, are those given at their output terminals Signals changed according to amplitude and / or phase.
So gibt es Bandpaßfilter, welche die Aufgabe haben, alle elektrischen Wechselsignale in einem gegebenen Frequenzband so zu übertragen, daß nur ihre Phase geändert wird.So there are band-pass filters, which have the task of all electrical alternating signals in a given To transmit frequency band so that only their phase is changed.
Für bestimmte Anwendungsfälle werden andere Filterschaltungen benötigt, die in diesem Übertragungsband einen gegebenen Bereich aufweisen, in welchem die Übertragung für eine gegebene Frequenzbandbreite unterbrochenFor certain applications, other filter circuits are required that are in this transmission band have a given range in which the transmission is interrupted for a given frequency bandwidth
Lei/PeLei / pe
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ist. Zur Erzielung dieses Ergebnisses ist es bekannt, zu.einer Bandpaßschaltung Resonanzglieder hinzuzufügen, beispielsweise Resonanzkreise mit Selbstinduktivitäten und Kapazitäten, die miteinander in Serienschaltung oder in Parallelschaltung verbunden sind.is. To achieve this result, it is known to add resonance elements to a bandpass circuit, for example resonance circuits with self-inductances and capacitances that are connected to one another in series or in parallel.
Die nach diesen Prinzipien ausgebildeten bekannten Schaltungen weisen jedoch zwei Nachteile auf. Einerseits ist es mit ihnen nicht möglich, gleichzeitig breite Sperrbereiche und breite Übertragungsfrequenzbänder zu erhalten;, andererseits weisen sie an ihren Eingangs- und Ausgangsklemmen große Impedanzschwankungen auf, wodurch es insbesondere schwierig ist, mehr als eine gewisse Anzahl solcher Filter durch Kaskadenschaltung zusammenzufassen, beispielsweise zu dem Zweck, erhöhte Anforderungen an die Sperrkennlinien hinsichtlich Frequenz oder Amplitude zu erfüllen.The known circuits designed according to these principles, however, have two disadvantages. On the one hand it is not possible with them to simultaneously have wide blocking areas and wide transmission frequency bands on the other hand, they have large impedance fluctuations at their input and output terminals which makes it particularly difficult to cascade more than a certain number of such filters summarize, for example, for the purpose of increased requirements on the locking characteristics in terms of frequency or amplitude.
Die Sperrfilter nach der Erfindung weisen diese Nachteile nicht auf.The blocking filters according to the invention have these disadvantages not on.
Sie ermöglichen die gleichzeitige Erzielung einer Über- <· tragung von Wechselsignalen in einem sehr großen Durchlaßband, das in zahlreichen Fällen die Frequenz Null enthält, in Verbindung mit einer Sperrung mit sehr großer Dämpfung in einem breiten Sperrband, das in einen großen Bereich des Durchlaßbandes frei wählbar ist; diese Eigenschaften stehen, wie zuvor erwähnt wurde, üblicherweise im Widerspruch zueinander.They enable the simultaneous achievement of an over- <· Carrying alternating signals in a very large passband, which in many cases has a frequency of zero contains, in connection with a blocking with very high attenuation in a broad blocking band, which in a large The range of the passband is freely selectable; these properties, as mentioned earlier, are common contradicting each other.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß von einer FiIterstruktur Gebrauch gemacht wird, die in derThe basic idea of the invention is that use is made of a filter structure which is in the
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Elektrotechnik unter der Bezeichnung "Überbrücktes T-Glied" bekannt ist, und daß zu einem solchen Filter eine Selbstinduktivität von besonderem Wert hinzugefügt wird, die parallel zu dem Längszweig des T-Gliedes geschattet wird und mit einem Serienresonanzkreis zusammenwirkt, der parallel zu einem der beiden Schaltungszweige des T-Gliedes, also entweder zu dem Längszweig oder zu dem Querzweig geschaltet wird.Electrical engineering under the designation "bridged T-link" is known, and that a self-inductance of particular value is added to such a filter, the is shaded parallel to the longitudinal branch of the T-link and interacts with a series resonant circuit which is parallel to one of the two circuit branches of the T-element, so it is switched either to the series branch or to the shunt branch.
Nach der Erfindung ist ein elektrisches Sperrfilter für elektrische Wechselsignale mit zwei Eingangsklemmen und zwei Ausgangsklemmen, wobei eine Eingangsklemme und eine Ausgangsklemme mit einem gemeinsamen Schaltungspunkt verbunden sind, während die andere Eingangsklemme mit der anderen Ausgangsklemme über einen Längszweig verbunden ist,der eine Parallelschaltung aus einem Kondensator und zwei in Serie geschalteten Selbstinduktivitäten enthält, wobei der Verbindungspunkt der beiden Selbstinduktivitäten mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt über einen Querzweig verbunden ist, der einen Kondensator enthält, und wobei ein Resonanzkreis,der auf eine Frequenz abgestimmt ist,die in der Nähe der Sperrfrequenz liegt, parallel zu einem der beiden Schaltungszweige geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Längszweig eine weitere Selbstinduktivität parallelgeschaltet ist, deren Wert die folgenden Gleichungen erfüllt:According to the invention is an electrical blocking filter for electrical alternating signals with two input terminals and two output terminals, one input terminal and one output terminal are connected to a common node, while the other input terminal is connected to the other output terminal is connected via a series branch, which is a parallel circuit of a capacitor and two in series Contains self-inductances, the connection point of the two self-inductances with the common circuit point is connected via a shunt arm that contains a capacitor, and wherein a resonance circuit that is on a frequency is tuned which is close to the blocking frequency, parallel to one of the two circuit branches is connected, characterized in that the series branch is connected in parallel with a further self-inductance, the Value satisfies the following equations:
2 L1 2 L 1
2 L1 + L0 2 L 1 + L 0
n- V £ (2)n- V £ (2)
L2
worin L^ die Induktivität jeder der beiden im Längszweig
in Serie geschalteten Selbstinduktivitäten, Lp die Induktivität
der weiteren Selbstinduktivität, C^ die Kapazität des
Kondensators im Querzweig und. Z die Lastimpedanz des Filters sind. L 2
where L ^ the inductance of each of the two self-inductances connected in series in the series branch, Lp the inductance of the further self-inductance, C ^ the capacitance of the capacitor in the parallel branch and. Z are the load impedance of the filter.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments based on the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 ein erläuterndes Diagramm undFig. 1 is an explanatory diagram and
Fig. 2 bis 9 verschiedene Ausführungsformen des elektrischen Sperrfilters nach der Erfindung.2 to 9 different embodiments of the electrical blocking filter according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein erläuterndes Diagramm, das die Vorteile des erfindungsgemäßen Filters besser erkennen läßt.Fig. 1 shows an explanatory diagram which allows the advantages of the filter according to the invention to be better recognized.
In einem rechtwinkeligen Koordinatensystem, auf dessen Abszisse die Frequenz in Hertz und auf dessen Ordinate der Übertragungsfaktor in dB aufgetragen sind,sind zwei Kurven A und B dargestellt, welche die Frequenzgänge der Übertragungsfaktoren widergeben, die einerseits im Fall eines Filters in Form eines überbrückten T-Glieds von bekannter Struktur und andererseits im Fall des erfindungsgemäßen Filters erhalten werden.In a right-angled coordinate system on whose The abscissa shows the frequency in Hertz and the ordinate shows the transmission factor in dB are two Curves A and B are shown, which reflect the frequency responses of the transmission factors, on the one hand in the case a filter in the form of a bridged T-member of known structure and, on the other hand, in the case of the one according to the invention Filters are obtained.
Es kommen folgende Kenngrößen von die Gesamtbandbreite D^ bzw. Dg der Filter, welche die äußersten Grenzen des Bereichs der Frequenzen definiert,' die mit einem Übertragungsfaktor übertragen werden^ der größer als ein vorbestimmter Wert ist; die Bandbreite AF des Sperrbandes, ausgedrückt durch den Frequenzabstand seiner Grenzen für einen Übertragungsfaktor, der unter einem bestimmten Wert liegt; und der Wert L des Übertragungsfaktors im Sperrband, ausgedrückt in Decibel.The following parameters come from the total bandwidth D ^ or Dg of the filters, which are the extreme limits of the Range of frequencies defined, 'those with a transfer factor be transmitted ^ which is greater than a predetermined value; the bandwidth AF of the stop band, expressed by the frequency spacing of its limits for a transfer factor below a certain value lies; and the value L of the transmission factor in the stop band, expressed in decibels.
Die T-Filter, die9 wie später noch genauer erläutert wird, als wesentlichen Bestandteil eine Selbstinduktivität von besonderem Wert parallel zu dem Längszweig des Filters enthalten, weisen gegenüber den Filtern bekannter Struktur die folgenden Vorteile auf ι, As an essential component containing the T-filter which is 9 as explained later in more detail, a self-inductance of particular value in parallel with the longitudinal branch of the filter, have, compared to the filters of known structure has the following advantages ι
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- bei gleicher Sperrbandbreite AF ein größeres Durchlaßband Bg, das die Frequenz F=O enthält und dessen Übertragungskurve in den beiden zu beiden Seiten des Sperrbandes liegenden Teilen 1 geringere Schwankungen des Übertragungsfaktors zeigt;- With the same stop band width AF, a larger pass band Bg, which contains the frequency F = O and its transfer curve in the two on both sides of the The parts 1 lying in the blocking band shows smaller fluctuations in the transmission factor;
- bei gleicher Gesamtdurchlaßbandbreite eine größere Sperrbandbreite AF;- With the same overall pass bandwidth, a larger stop bandwidth AF;
- geringere Schwankungen der Eingangs- und Ausgangsimpedanz bei gleicher Durchlaßbandbreite;- smaller fluctuations in the input and output impedance with the same pass bandwidth;
- eine größere Sperrdämpfung L bei gleicher Sperrbandbreite AF.- a greater stop-band attenuation L with the same stop-band width AF.
Schließlich kann der Viert FQ der Mittenfrequenz des Sperrbandes unter Aufrechterhaltung der zuvor angegebenen vorteilhaften Eigenschaften an jedem beliebigen Punkt eines großen Bereichs des Durchlaßbandes frei gewählt werden, und zwar im typischen Fall in der ganzen oberen Hälfte des Durchlaßbandes.Finally, the fourth F Q of the center frequency of the stopband can be freely selected at any point in a large area of the passband, typically throughout the upper half of the passband, while maintaining the advantageous properties set forth above.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Sperrfilters nach der Erfindung. Dieses Filter, dessen allgemeiner Aufrbau zu den sogenannten überbrückten T-Gliedern gehört, enthält einen Längszweig zwischen dem Eingang I und dem Ausgang 0, der zwei Selbstinduktivitäten des Wertes L^ enthält, und einen Querzweig, der zwischen dem gemeinsamen Punkt M der beiden Selbstinduktivitäten und einem auf dem allgemeinen Bezugspotential liegenden Punkt G, üblicherweise Masse, angeschlossen ist.Fig. 2 shows a first embodiment of the notch filter according to the invention. This filter, its general structure belongs to the so-called bridged T-links, contains a series branch between the input I and the Output 0, the two self-inductances of the value L ^ contains, and a shunt branch between the common point M of the two self-inductances and one on the general reference potential lying point G, usually ground, is connected.
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.Parallel zu dem Längszweig ist zwischen dem Eingang I und dem Ausgang O des Filters ein Kondensator C2 angeschlossen, und in dem Querzweig liegt zwischen den Punkten M und G ein Kondensator C1. .Parallel to the series branch, a capacitor C 2 is connected between the input I and the output O of the filter , and a capacitor C 1 is located in the shunt branch between the points M and G.
Das gewünschte Sperrband mit der Mittenfrequenz Fq wird dadurch erhalten, daß parallel zu dem Kondensator C2 ein Serienresonanzkreis C,-L* angeschlossen wird, der auf die Frequenz Fq abgestimmt ist. .The desired stop band with the center frequency Fq is obtained by connecting a series resonant circuit C, -L *, which is tuned to the frequency Fq, in parallel with the capacitor C 2. .
Erfindungsgemäß wird, zu dieser bekannten Anordnung eine weitere Selbstinduktivität L2 besonderen Viertes hinzugefügt, die parallel zu dem Längszweig zwischen dem Eingang I und dem Ausgang 0 angeschlossen wird. Der Wert dieser Selbstinduktivität L2 ist einerseits mit den gewünschten elektrischen Kenngrößen des Filters und andererseits mit den elektrischen Werten der Schaltungselemente des Filters verknüpft.According to the invention, a further self-inductance L 2, a special fourth, is added to this known arrangement, which is connected in parallel to the series branch between the input I and the output 0. The value of this self-inductance L 2 is linked on the one hand to the desired electrical parameters of the filter and on the other hand to the electrical values of the circuit elements of the filter.
Da der besondere Wert von L2 von der gewünschten Sperrfrequenz Fq abhängt, läßt sich theoretisch vermuten und durch Erfahrung bestätigen, daß einer der möglichen Werte durch die folgende Gleichung gegeben ist:Since the particular value of L 2 depends on the desired blocking frequency Fq, it can be theoretically assumed and confirmed by experience that one of the possible values is given by the following equation:
τ 5'109
2 Z f0 τ 5'10 9
2 Z f 0
worin L2 in Mikrohenry, Fq in Hertz und Z in Ohm ausgedrückt sind und Z die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz des Filters darstellt.where L 2 is expressed in microhenries, Fq in Hertz, and Z in ohms, and Z represents the input impedance and the output impedance of the filter.
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Die Wahl der Impedanz Z, die ein durch die praktischen Erfordernisse festgelegter Wert ist, hat einen einzigen Wert der Selbstinduktivität L2 zur Folge, und demzufolge auch der Werte der elektrischen Größen, die sich auf bestimmte andere Bestandteile des Filters, wie die Induktivität L1 und die Kapazität C1 beziehen.The choice of the impedance Z, which is a value determined by practical requirements , results in a single value of the self-inductance L 2 , and consequently also the values of the electrical quantities that affect certain other components of the filter, such as the inductance L 1 and refer to the capacitance C 1.
Diese Werte müssen das folgende System von zwei Gleichungen erfüllen:These values must satisfy the following system of two equations:
2 L1 + L 2 L 1 + L
V V
L2 L 2
(2)(2)
Die Auflösung dieses Gleichungssystems ergibt in eindeutiger Weise die Werte von L1 und C1 für bestimmte Werte von Z und L2.The solution of this system of equations clearly gives the values of L 1 and C 1 for certain values of Z and L 2 .
Fig. 3 zeigt eine erste Variante des erfindungsgemäßen Filters. Bei dieser Variante ist der die gewünschte Sperrfrequenz FQ bestimmende Resonanzkreis nicht mehr parallel zu dem Längszweig des T-Filters angeschlossen, sondern parallel zu dem Querzweig, d.h. zwischen dem Mittelpunkt M und der gemeinsamen Masseklemme G.Fig. 3 shows a first variant of the filter according to the invention. In this variant, the resonance circuit determining the desired blocking frequency F Q is no longer connected in parallel to the series branch of the T filter, but rather in parallel with the shunt branch, ie between the center point M and the common ground terminal G.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters, bei welcher der Resonanzkreis L,-C, durch einen piezoelektrischen Resonator gebildet ist, der in der folgenden Beschreibung zur Vereinfachung durchwegs als QuartzFig. 4 shows an embodiment of the invention Filters, in which the resonance circuit L, -C, by a piezoelectric resonator is formed in the following Description for the sake of simplicity as quartz throughout
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bezeichnet wird, obwohl er auch aus anderen piezoelektrischen Materialien gebildet sein kann.although it may be formed from other piezoelectric materials.
In der Zeichnung ist der Quartz durch seine elektrische Ersatzschaltung dargestellt, die von einem gestrichelten Rechteck 10 umgeben ist, nämlich durch einen Serienresonanzkreis C^-L^ parallel zu einem Kondensator C^. In der Praxis ist es vorteilhaft, den im Filter bereits vorhandenen Kondensator Cp so zu bemessen, daß sein Wert komplementär"zu dem Wert des Kondensators C,- ist und daß die Summe der beiden Kapazitäten die gewünschten Übertragungseigenschaften des Filters ergibt.In the drawing, the quartz is represented by its electrical equivalent circuit, which is indicated by a dashed line Rectangle 10 is surrounded, namely by a series resonant circuit C ^ -L ^ parallel to a capacitor C ^. In practice it is advantageous to dimension the capacitor Cp already present in the filter so that its value complementary "to the value of the capacitor C, - and that the sum of the two capacitances gives the desired transmission properties of the filter.
Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Filters für den Fall einer Schaltung mit getrennten Schaltungselementen und Fig. 6 zeigt die gleiche Variante für den Fall eines Quartzes.5 shows a further variant of the filter according to the invention for the case of a circuit with separate circuit elements and FIG. 6 shows the same variant for the case of a quartz.
Diese Variante weist eine besondere Form des Anschlusses des Resonanzkreises auf, der nicht mehr direkt parallel zu dem Längszweig 1-0 geschaltet ist, sondern über einen Impedanzaufwärtstransformator T,. angeschlossen ist, der eine Primärwicklung P^ und eine Sekundärwicklung S^ hat.This variant has a special form of connection of the resonance circuit, which is no longer directly parallel is connected to the series branch 1-0, but via an impedance step-up transformer T ,. connected to the has a primary winding P ^ and a secondary winding S ^.
Dieser Transformator macht es möglich, an den Klemmen der Selbstinduktivität Lg eine in optimaler Weise vorbestimmte niedrige Impedanz erscheinen zu lassen, gegenüber der gewöhnlich hohen Impedanz, die ein LC-Resonanzkreis oder ein Quartz aufweist» Infolge der niedrigen Impedanz der Primärwicklung, die übrigens auch in den für den Entwurf des Filters notwendigen Rechnungen auftritt, weist dieser Transformator an der Primärwicklung eine geringe Windungs- ·This transformer makes it possible at the terminals of the self-inductance Lg an optimally predetermined low impedance, as opposed to the usually high impedance that an LC resonance circuit or a quartz has »As a result of the low impedance of the primary winding, which, by the way, is also used in the design the necessary calculations of the filter occurs, this transformer has a low turn on the primary winding
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zahl auf, und demzufolge auch eine sehr geringe elektrostatische Eigenkapazität und die Möglichkeit eines hohen Übersetzungsverhältnisses. Die Kapazität des Kondensators Cp wird dann um den Wert der verteilten Eigenkapazität der Primärwicklung des Transformators verringert. Das Vorhandensein dieses Transformators ergibt eine Verbreiterung des Sperrfrequenzbandes des Filters.number, and therefore a very low electrostatic Own capacity and the possibility of a high gear ratio. The capacitance of the capacitor Cp is then the value of the distributed self-capacitance of the Primary winding of the transformer decreased. The presence of this transformer results in a broadening the cut-off frequency band of the filter.
Fig. 7 zeigt eine weitere, besonders vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen Filters für den Fall einer Schaltung mit getrennten Schaltungselementen, und Fig. 8 zeigt die gleiche Variante für den Fall eines Quartzes. Bei dieser Variante bildet die für den erfindungsgemäßen Aufbau kennzeichnende Selbstinduktivität Lp die Primärwicklung des Transformators T1, dessen Aufgabe zuvor anhand von Fig. 5 und 6 erläutert worden ist.Fig. 7 shows a further, particularly advantageous variant shows the filter according to the invention for the case of a circuit with separate circuit elements, and Fig. 8 shows the same variant for the F a ll a Quartzes. In this variant, the self-inductance Lp, which is characteristic of the structure according to the invention, forms the primary winding of the transformer T 1 , the task of which has been explained above with reference to FIGS.
Diese Variante ergibt den Vorteil, daß die verteilten Kapazitäten noch weiter verringert werden und daß die Herstellung des Filters vereinfacht wird.This variant has the advantage that the distributed capacities are further reduced and that the Manufacture of the filter is simplified.
Schließlich ist in Fig. 9 eine Variante des erfindungsgemäßen Filters dargestellt, bei welcher der Transformator T1 von Fig. 5 und 6 an den Querzweig M-G des T-FiI-ters angeschlossen ist, wobei die gleichen Vorteile erhalten werden, wie sie zuvor für den Anschluß dieses Transformators an den Längszweig 1-0 erläutert worden sind.Finally, a variant of the filter according to the invention is shown in FIG. 9, in which the transformer T 1 of FIGS Connection of this transformer to the series branch 1-0 have been explained.
Als Beispiel können folgende Ergebnisse angegeben werden: mit den nach der Erfindung ausgeführten Sperrfiltern warAs an example, the following results can be given: with the blocking filters designed according to the invention was
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es möglich, bei sechs hintereinander geschalteten Filtern, deren Frequenzbänder zwischen der Frequenz Null und 10 MHz lagen, ein Sperrband mit einer Breite von 4 kHz bei -80 dB in der Nähe von 4 MHz zu erhalten, wobei die Übertragungskurve im Rest des Bandes maximale Schwankungen von - 0,25 dB aufwies. Sperrfilter bekannter Art ergeben demgegenüber unter den gleichen Bedingungen zehnfach schmälere Sperrbänder in der Größenordnung von ί 200 Hz mit einer Übertragungskurve, die merkliche Amplitudenschwankungen in der Größenordnung von - 0,5 dB im verwendeten Frequenzband aufweist. It is possible to obtain a stop band with a width of 4 kHz at -80 dB in the vicinity of 4 MHz with six filters connected in series, the frequency bands of which were between the frequency zero and 10 MHz , with maximum fluctuations in the rest of the band of - 0.25 dB. Rejection filter of known type give contrast, under the same conditions ten times narrower stop-bands of the order of 200 Hz ί with a transmission curve appreciable amplitude variations in the order of - 0.5 dB in the frequency band used has.
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Legal Events
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| 8130 | Withdrawal |