DE2533196C2

DE2533196C2 - Bandstop filter using a piezoelectric crystal and an all-pass element of the fourth order

Info

Publication number: DE2533196C2
Application number: DE19752533196
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. 8000 München Matthes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-07-24
Publication date: 1977-06-16

Description

^i L_n ^ i L _n

aufweist (F i g. 7.9).(Fig. 7.9).

7. Bandsperre nach Anspruch 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivitätswert der Spulen (Lt₂, l.2\) des Parailelresonanzkreises im Längszweig und des Serienresonanzkreises im Diagonalzweig der so äquivalenten Brückenschaltung jeweils gleich gevtählt ist und dadurch die Spule des Parallelresonanzkreises im zweiten Überbrückungszweig der äquivalenten T-Schaltung entfällt.7. Bandstop filter according to claim 6, characterized in that the inductance value of the coils (Lt ₂ , l.2 \) of the parallel resonance circuit in the series branch and the series resonance circuit in the diagonal branch of the equivalent bridge circuit is equal in each case and thereby the coil of the parallel resonance circuit in the second bridging branch the equivalent T circuit is omitted.

8. Bandsperre nach Anspruch 4, dadurch gekenn- s> zeichnet, dall die zur Brückenschaltung äquivalente überbrückte T-Schaltung in den Längszweigen jeweils einen Kondensator (Gi), im Querzweig die Serienvhaluing einer Spule (Ly 2) und eines Parallelrevonanzkreises (L₂₂/2. 2G:). im ersten (>o Überbrückungszweig einen Serienresonanzkreis (2/.11. (' '2) und im .-weilen Überb-ückungszweig einen Parallelresonanz kreis8. Bandstop filter according to claim 4, characterized in that the bridged T-circuit equivalent to the bridge circuit has a capacitor (Gi) in each of the series branches, and in the shunt branch the series vhaluing of a coil (Ly 2) and a parallel revolving circuit (L ₂₂ / 2. 2G :). in the first (> o bridging branch a series resonance circuit (2 / .11. ('' 2) and in the.-while bridging branch a parallel resonance circuit

i g. 1 'i g. 1 '

9. Bandsperre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kapazitätswert der Kondensatoren (C2, C₂)) des Parallelresonanzkreises im Längszweig und des Serienresonanzkreises im Diagonalzweig der äquivalenten Brückenschaltung jeweils gleich gewählt ist und dadurch der Kondensator des Parallelresonanzkreises im zweiten Überbrückungszweig der äquivalenten T-Schaltung entfällt9. band stop filter according to claim 8, characterized in that the capacitance _{value of the capacitors (C2, C 2} )) of the parallel resonant circuit in the series branch and of the series resonant circuit in the diagonal branch of the equivalent bridge circuit is selected to be the same and thereby the capacitor of the parallel resonant circuit in the second bridging branch of the equivalent T -Circuit is omitted

10. Bandsperre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Brückenschaltung äquivalente überbrückte T-Schaltung in den Längszweigen jeweils einen Parallelresonanzkreis (L₂₂, C22), im Querzweig einen ersten Serienresonanzkreis (L21/2, 2Gi). im ersten Überbrückungszweig einen weiteren Serienresonanzkreis (2Ln. CwIl) und im zweiten Überbrückungszweig einen weiteren Parallelresonanzkreis 10. Band stop filter according to claim 4, characterized in that the bridged T-circuit equivalent to the bridge circuit in each of the series branches has a parallel resonance circuit (L ₂₂ , C22), in the cross branch a first series resonance circuit (L21 / 2, 2Gi). a further series resonant circuit (2Ln. CwIl) in the first bridging branch and a further parallel resonant circuit in the second bridging branch

C₁₂ -C ₁₂ -

L,L,

aufweist.having.

11. Bandsperre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Indüktivitätswert der Spulen (Li:. L₂₂) und der Kapazitätswert der Kondensatoren (G:. C::) im Parallelresonanzkreis des Längs- und Diagonalzweigs der äquivalenten Brückenschaltiing jeweils gleich gewählt ist und dadurch der zweite Überbrückungskreis der äquivalenten T-Schaltung entfällt (Fi g. fc>. 10).11. Bandstop filter according to claim 10, characterized in that the inductivity value of the coils (Li: L ₂₂ ) and the capacitance value of the capacitors (G: C: :) in the parallel resonance circuit of the series and diagonal branches of the equivalent bridge circuit is chosen to be the same and as a result, the second bypass circuit of the equivalent T circuit is omitted (Fig. fc>. 10).

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bandsperre für elektrische Schwingungen unter Verwendung eines frequenzbestimmenden piezoelektrischen Kristalls und eines Allpaßgliedes vierter Ordnung in Brückenschaltung, dessen Längszweig aus de Parallelschaltung eines .Serienresonanzkreises und eines Parailelresonanzkreises besteht und dessen Diagonalzweig dazu dual ist und aus der .Serienschaltung eines Parailelresonanzkreises und eines Serienresonanzkreises besteht.The invention relates to a bandstop filter for electrical vibrations using a frequency-determining piezoelectric crystal and an all-pass element of the fourth order in a bridge circuit, whose series branch consists of a parallel connection of a series resonance circuit and a parallel resonance circuit and whose diagonal branch is dual and from the series connection of a parallel resonance circuit and a series resonance circuit.

In der Pilottechnik zur Pegelregelung und Überwachung von Trägerfrequenzsystemen werden neben Bandpässen auch Bandsperren benötigt, die wegen der sehr schmalen Bandbreite meistens Quarze enthalten Quarzbandsperrenschaltungen sind an sich durch viele Veröffentlichungen, beispielsweise das Buch »Siebschal Hingen mit Schwingkristallen« von W, Herzog erschienen 1962 bei View eg & Sohn, bekannt. Sie können meist als Allpässe (seltener als Tiefpässe oclet Hochpässe) aufgefaßt werden, deren Durclilaßbereicr durch Hinzufügen eines Quarzes an geeigneter Stellt schmalbandig »gestört« ist. Die einfacheren diesel Schaltungen zeigen jedoch nicht nur bei der Hauptre sonanz des Quarzes. Mindern auch bei seinen Nebenie sonanzen, insbesondere bei seinen harmonischei Ober.chwip.gungcn. ausgeprägte Sperrheieiche, tue be modernen breitbandigen I ragerfrequen/.sysiemen un zulässige Störungen des Übertragungsbceichs ergeber Bei vielen dieser bekannten Schaltungen z. B. nach de britischen Patentschrill 8 Ib 46 3 oder der deutschet Patentschrift 12 57 990. erfordert die meist notwendig! Anpassung der hohen Quarzimpedanz an das Wider standsniveau der übrigen Schaltung außerdem ÜbcrtraIn the pilot technique for level control and monitoring In addition to bandpass filters, carrier frequency systems also require bandstop filters, which because of the Very narrow bandwidth mostly quartz contain quartz band-stop circuits are inherent in many Publications, for example the book "Siebschal Hingen mit Schwingkristallen" by W, Herzog published in 1962 by View eg & Sohn, known. she can mostly be understood as all-passes (less often as low-passes or high-passes), whose Durclilaßbereicr is narrowband »disturbed« by adding a quartz at a suitable point. The simpler diesel However, circuits do not only show the main resonance of the crystal. Reduce also with his neighbor sonances, especially in his harmonischei Ober.chwip.gungcn. pronounced picket oak, do be modern broadband I ragerfrequen / .sysiemen un permissible interference of the transmission area surrender. In many of these known circuits z. B. after de British Patent Schrill 8 Ib 46 3 or the German Patent 12 57 990. Requires the mostly necessary! Adaptation of the high quartz impedance to the resistance level of the rest of the circuit, as well as Übercrtra

ger, die bei hohen Frequenzen, ζ. B. im Bereich 1 bis 1OG M Hz, schwer realisierbar sind. ger, at high frequencies, ζ. B. in the range 1 to 1OG M Hz, are difficult to implement.

Zur Realisierung von Filterbandsperren mit entsprechend hohen Sperrfrequenzen sind also Schaltungen erforderlich, die eine ausreichende Unterdrückung der Obertöne bzw. des Grundtones der Quarzschwingung gewährleisten und außerdem eine kapazitive Übersetzung der Quarzimpedanz ermöglichen.For the implementation of filter band stops with correspondingly high blocking frequencies, there are circuits required that sufficient suppression of the overtones or the fundamental tone of the quartz oscillation ensure and also enable a capacitive translation of the crystal impedance.

In diesem Zusammenhang sind in der deutschen Patentschrift 12 68 289 und in der deutschen Offenlegungsschrift 19 48 802 Quarzbandsperren beschrieben, die die obengenannten Anforderungen wenigstens teilweise erfüllen und die sich wegen ihrer allgemeinen Verwendbarkeit und ihrer Erweiterungsfähigkeit, beispielsweise durch Erhöhung der Quarzzahl, zu Bandsperren mit an sich beliebig steilen Dämpfungsflanken gut bewährt haben; abgesehen von speziellen Anwen dungsfällen mit besonders hohen Anforderungen an die Sperrdämpfung, sind diese Bandsperrenschaltungen jedoch zu aufwendig und daher nicht wirtschaftlich einsetzbar. In this context, German Patent 12 68 289 and German Offenlegungsschrift 19 48 802 describe quartz bandstop locks which at least partially meet the above requirements and which, because of their general usability and expandability, for example by increasing the number of quartz, can also become bandstop locks Any steep damping flanks have proven themselves well; Apart from special application cases with particularly high requirements on the blocking attenuation, these band-stop circuits are too expensive and therefore not economical to use.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 12 88 699 eine Bandsperre nach Art einer Brückenschaltung bekannt, die durch eine Quarzstörung aus einem Allpaßglied vierter Ordnung hervorgeht. Ein solches erdsymmetrisch aufgebautes Allpaßglied, jedoch ohne Quarzstörung, ist in F i g. 1 dargestellt. Es enthält in den Längszweigen die Parallelschaltung eines aus der Spule Lu und dem Kondensator Cn bestehenden Serienresonanzkreises und eines aus der Spule jL|2 und dem Kondensator Ci₂ bestehenden Parallelresonanzkreises. Die zu den Längszweigen dualen Diagonalzweige enthalten jeweils die Serienschaltung eines aus der Spule L₂| und dem Kondensator Gi bestehenden Serienresonanzkreises und eines aus der Spule L21 und dem Kondensator C₂₂ bestehenden Parallelresonanzkreises. In der Darstellung nach Fig. 1 sind die oben angegebenen Schaltelemente:, wie allgemein üblich, jeweils nur in einem Längs- und einem Diagonalz.weig der Brückenschaltung eingezeichnet. Furthermore, a bandstop filter in the manner of a bridge circuit is known from German patent specification 12 88 699, which results from a quartz interference from an all-pass element of the fourth order. Such an all-pass element constructed symmetrically to the earth, but without quartz interference, is shown in FIG. 1 shown. In the series branches it contains the parallel connection of a series resonant circuit consisting of the coil Lu and the capacitor Cn and a parallel resonant circuit consisting of the coil jL | 2 and the capacitor Ci ₂ . The diagonal branches that are dual to the series branches each contain the series connection of one from the coil L ₂ | and the series resonance circuit consisting of the capacitor Gi and a parallel resonance circuit consisting of the coil L21 and the capacitor C _22. In the illustration according to FIG. 1, the switching elements indicated above are shown, as is generally the case, only in one longitudinal branch and one diagonal branch of the bridge circuit.

F i g. 2 zeigt eine durch die obengenannte deutsche Patentschrift 12 88 699 bekannte und zur Schaltung nach Fig. 1 äquivalente Schaltungsanordnung, die als überbrücktcs T-Glied ausgeführt und durch Einbeziehung eines Schwingquarzes zu einer schmalen Bandsperre ausgebildet ist. Die Bezugszeichen für diese und die im folgenden beschriebenen Figuren sind übereinstimmend mit den jeweiligen Elementewerten und bezogen auf die äquivalente Brückenschaltung der I i g. 1 gewählt.F i g. 2 shows a circuit arrangement known from the above-mentioned German patent specification 12 88 699 and equivalent to the circuit according to FIG. 1, which is designed as a bridged T element and is formed into a narrow bandstop filter by including a quartz oscillator. The reference symbols for this and the figures described below correspond to the respective element values and refer to the equivalent bridge circuit of the I i g. 1 elected.

Die Bandsperre nach F i g. 2 enthält im Querzweig die Parallelschaltung einer Spule /-22/2 und eines Kondensators 2C22 und in den Längszweigen dir- Serienschaltung einer Spule L21 und eines Kondensators Gi- Der Überbrückungszweig enthält die Parallelschaltung eines Serienresonanzkreises und eines aus einer Spule 2Li₂ und eines Kondensators Ci₂/2 bestehenden Parallelresonanzkrciscs, dem ein durch seine Induktivität 21.,, und seine Kapazität C</2 bezeichneter Schwingquarz parallel geschaltet ist. Durch den Schwingquarz ist damit ein »störender« Serienschwingkreis mit der Induktivität 2L_q und der Kapazität Q/2 parallel zum Kondensator Ct2/2 des Parallelresonanzkrcri-s gelegt; seine Resonanzfrequenz liegt dicht bei der sich einstellenden Sperrfrequenz. /Oo mn dem normierten Wert Q = f„/f\i, wobei /«die mittlere Allpaßresonanzfrequenz bedeutet.The bandstop filter according to FIG. 2 includes cross-branch parallel connection of a coil / -22 / 2 and a capacitor 2C22 and in the longitudinal branches DIR series circuit of a coil L21 and a capacitor Gi- The bypass branch comprises the parallel connection of a series resonant circuit and one of a coil 2Li ₂ and a capacitor C _2/2 existing parallel resonance circuit to which an oscillating crystal, designated by its inductance 21. ,, and its capacitance C </ 2, is connected in parallel. Due to the quartz oscillator, a "disturbing" series oscillating circuit with inductance 2L _q and capacitance Q / 2 is placed in parallel with capacitor Ct2 / 2 of the parallel resonance circuit; its resonance frequency is close to the blocking frequency that is established. / Oo mn the normalized value Q = f "/ f \ i, where /" means the mean all-pass resonance frequency.

Fig.3 zeigt für eine Schaltung nach F i g. 2 ;N Dämpfung a\_mat und aimai sowie die relative Bandbreite 4/"ι//"» (3 dB-Bandbreite) von gewünschten oder parasitären Sperrbereichen als Funktion der normierten Sperrfrequenz Ω. Als Parameter ist der relative Frequenzabstand B der oberen von der unteren Allpaßresonanz /,.», /_, bezogen auf die mittlere Allpaßresonanz Λ» mit ganzzahligen Werten von 1 bis 5 gewählt. Als zweiter Parameter ist der gebräuchliche Zobelsche Versteilerungsfaktor m mit einem Wert von /77= 1 eingeführt, wodurch der den Serienresonanzkreis aufnehmende Überbrückungszweig entfällt Die Dämpfung ä2nm unterscheidet sich von a\_max durch eine andere Wahl des Induktivitätsverhältnisses LqILn. Die Kurvenpunkte, bei denen eine Phasendrehung von einem ungeraden bzw. geraden Vielfachen eines rechten Winkels auftreten, sind auf den Kurven mit Kreisen bzw. Kreuzen bezeichnet. 3 shows for a circuit according to FIG. 2; N attenuation a \ _mat and aimai as well as the relative bandwidth 4 / "ι //" » (3 dB bandwidth) of desired or parasitic blocking areas as a function of the normalized blocking frequency Ω. The selected parameter is the relative frequency difference B between the upper and lower all-pass resonance /,. », / _, Based on the mean all-pass resonance Λ» with integer values from 1 to 5. The second parameter is the common Zobelsche Versteilerungsfaktor m having a value of / 77 = 1 is inserted, so that the series resonant circuit receiving the bridging branch deleted The damping ä2nm differs from a \ _max by a different choice of Induktivitätsverhältnisses LqILn. The curve points at which a phase rotation of an odd or even multiple of a right angle occurs are marked on the curves with circles or crosses.

Wie aus den Kurven ersichtlich ist. ergibt die zugehörige Bandsperrenschaltung bei einer Nebenresonanz für Ω=1 einen Sperrbereich der Breite 0: der Abfall der Bandbreiten möglicher parasitärer Sperrbereiche bei Obertönen ist proportional zu 12 ^; und bei Untertönen proportional zu Ω.As can be seen from the curves. If there is a secondary resonance for Ω = 1, the associated band stop circuit results in a stop range of width 0: the drop in the bandwidths of possible parasitic stop ranges for overtones is proportional to 12 ^; and proportional to Ω for undertones.

Für den Zusammenhang zwischen der Bandbreite der von Quarznebenresonanzen hervorgerufenen Sperrbereiche und der dabei auftretenden Dämpfungsspitzen ähnux gilt für /77= 1 folgende BeziehungFor the relationship between the bandwidth of the blocking areas caused by secondary quartz resonances and the resulting attenuation peaks , the following relationship applies for / 77 = 1

•»ι,*• »ι, *

In { 1 +In {1 +

il 1il 1

wobei (?<,die Quarzgüte ist.where (? <, is the quartz quality.

Daraus wird erkennbar, daß ein Sperrbereich der Breite 0. wie er bei der Nebenresonanz ü=\ auftritt, keinerlei störende Dämpfungsspitzen verursacht.It can be seen from this that a blocking range of width 0, as occurs with the secondary resonance ü = \ , does not cause any disturbing attenuation peaks.

Die Schaltung nach F i g. 2 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur ein einziger schmaler Nebenrcsonanzbereich sehr gut bzw. vollständig unterdrückt werden muß. Der Abfall der Bandbreiten bzw. der Dämpfungsspitzen ist jedoch für Ω,<\ nicht sehr günstig.The circuit according to FIG. 2 is particularly advantageous when only a single narrow secondary resonance range has to be suppressed very well or completely. The drop in bandwidths or attenuation peaks, however, is not very favorable for Ω, <\.

F i g. 4 zeigt eine weitere Bandsperre, die durch Einfügen einer Quarzstörung aus einem Allpaßglied vierter Ordnung nach F i g. 1 hervorgeht. Diese Schaltung ist durch die deutsche Patentschrift 21 45 703. insbesondere für Störungen durch mehrere Quarze und für den Sonderfall, daß der Nutzsperrbereich bei Ij=I liegt, bekannt. Bei ihr ist durch den Schwingquarz ein »störender« Serienschwingkreis parallel zur Kapazität 2C22/Ü gelegt und die kapazitive Widersiandsiiberseizung derart gewähl;, daß das Impedanzniveau der Schaltung an die Impedanz des Schwingquarzes angepaßt ist.F i g. 4 shows a further bandstop filter that is produced by inserting a quartz interference from an all-pass element fourth order according to FIG. 1 shows. This circuit is by the German patent specification 21 45 703. in particular for interference caused by several crystals and for the special case that the useful blocking range at Ij = I is known. With it there is a "disturbing" series oscillating circuit parallel to the capacitance due to the quartz oscillator 2C22 / Ü and the capacitive resistance over-heating chosen in such a way that the impedance level of the circuit matches the impedance of the quartz crystal is adapted.

Bei der speziellen Ausführung der F i g. 4 dicer Bandsperrenschaltung handelt es sich um ein zur Schaltung nach F i g. 1 äquivalentes, überbrücktes T-Glied. dessen l.ängszweig eingangs- und ausgangsseitig jeweils eine Spule /..>> aufweist.der 1111 folgenden bzw. vorhergehenden Querzweig lewcils ein Kondensator (11-\-U)CiI nach- bzw. vorgeschaltet ist. (.lern wiederum im l.ängszweig jeweils ein wciteuT Kondensator Gr f/ nach bzw. vorgeschaltet ist. /.wischen beiden Kondensatoren GrV/ liegt im Querzweig ein durch eine Spule i7-'Z.22/2 und einen Kondensator 2 G :·■'<) gebildeter Parallelresonan/krcis. dem ein tue Störung verursachender Schwingquarz parallel geschaltet ist. Der 1 !berbruekungs/weig des T Gliedes enthalt die Parallel-In the special embodiment of FIG. 4 The bandstop circuit is a circuit according to FIG. 1 equivalent, bridged T-link. the longitudinal branch of which on the input and output side each has a coil / .. >> the 1111 following or preceding cross branch lewcils a capacitor (11 - \ - U) CiI is connected downstream or upstream. (.Learning in turn in the longitudinal branch a wciteuT capacitor Gr f / is connected after or upstream. /. Between the two capacitors GrV / there is a cross branch through a coil i7-'Z.22 / 2 and a capacitor 2 G: · ■ '<) formed parallel resonance / krcis. which is connected in parallel with an oscillating crystal that is causing the disturbance. The 1! Bridging / weig of the T element contains the parallel

schaltung einer Spule 2I.\₂ und eines Kondensators G.-/2.circuit of a coil 2I. \ ₂ and a capacitor G .- / 2.

F i g. 5 zeigt in einer zu Fig. 3 analogen Darstellung die Dämpfung und die mit einem konstant gehaltenen FaktorF i g. 5 shows a representation analogous to FIG. 3 the damping and those with a factor kept constant

L</ L₂₂ ■ m ■ B L </ L ₂₂ ■ m ■ B

multiplizierte relative Bandbreite Ai\l(„ von gewünschten oder parasitären Sperrbereichen für verschiedene Bemessungen der Schaltung nach Fig.4 als Funktion der normierten Sperrfrequenz Ω. Als Parameter sind auch hier der relative Frequenzabstand B, jedoch mit Werten zwischen 0,1 und 2 und der Zobelsehe-Versteilerungsfaktor m mit /n=l gewählt. Punkte mit einer Phasendrehung von einem ungeraden bzw. geraden Vielfachen eines rechten Winkels sind in Übereinstimmung zu F i g. 3 ebenfalls mit Kreisen bzw. Kreuzen bezeichnet. Wie leicht erkennbar ist, ist zwar eine vollständige Unterdrückung einer Nebenresonanz hier nicht möglich, dafür fällt sowohl die obere Flanke (Ω > 1) als auch die untere Flanke (Ω < 1) der Dämpfungs- bzw. Bandbreitenkurve steiler ab als in Fig. 3. Wie rechnerisch leicht nachzuweisen ist, fällt die obere Flanke dort proportional Ω ⁵ und die untere Flanke proportional Ω*³ ab. Damit ist die Schaltung nach F i g. 4 besonders für eine gute Nebenresonanzdämpfung bei Obertönen bzw. bei gleichzeitigem Auftreten von Unter- und Obertönen geeignet.multiplied relative bandwidth Ai \ l ( "of desired parasitic or barrier regions for different ratings of the circuit of Figure 4 as a function of the normalized cutoff frequency Ω. As parameters are also the relative frequency distance B, but with values between 0.1 and 2 and the Sable marriage steepening factor m is selected with / n = 1. Points with a phase rotation of an odd or even multiple of a right angle are also denoted by circles or crosses in accordance with FIG Complete suppression of a secondary resonance is not possible here, but both the upper edge (Ω> 1) and the lower edge (Ω < 1) of the attenuation or bandwidth curve fall more steeply than in Fig. 3. As can be easily proven mathematically, it falls the upper edge is proportional to Ω ⁵ and the lower edge is proportional to Ω * ^3. The circuit according to FIG. 4 is therefore particularly suitable for good side resonance damping in the case of overtones en or with the simultaneous occurrence of lower and upper tones.

In vielen Anwendungsfällen sind jedoch Bandsperren erforderlich, die eine vollständige Unterdrückung einer Nebenresonanz und zusätzlich einen starken Dämpfungsabfall bei hohen Frequenzen ermöglichen. Die Bandsperrenschaltung nach F i g. 4 weist zwar einen im allgemeinen ausreichend großen Dämpfungsabfall bei hohen Frequenzen auf, jedoch ist mit ihr die vollständige I !nterdrückung einer Nebenresonanz nicht möglich. Mit der Schaltung nach F i g. 2 kann zwar eine N'ebenresonan7 vollständig unterdrückt, jedoch bei hohen Frequenzen kein mit der Schaltung nach F i g. 4 erreichbarer Dämpfungsabfall er/ielt werden.In many applications, however, bandstop filters are required that completely suppress a Allow spurious resonance and, in addition, a sharp drop in attenuation at high frequencies. the Band stop circuit according to FIG. 4 shows a generally sufficiently large drop in attenuation high frequencies, but with it the complete suppression of a side resonance is not possible. With the circuit according to FIG. 2 can completely suppress a side resonance7, but at high frequencies none with the circuit according to FIG. 4 attainable loss of attenuation can be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den erwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen und insbesondere einfach aufgebaute Quarzbandsperren anzugeben, die eine vollständige oder wenigstens in hohem Maße wirksame Nebenresonanzunterdrückung gewährleisten und außerdem auch für hohe Frequenzen einsetzbar sind.The invention is based on the problem of solving the difficulties mentioned in a relatively simple manner Way to remedy and in particular to specify simply constructed quartz band locks, the one ensure complete or at least highly effective side resonance suppression and can also be used for high frequencies.

Ausgehend von einer Bandsperre für elektrische Schwingungen unter Verwendung eines frequenzbestimmenden piezoelektrischen Kristalls und eines Allpaßgliedes vierter Ordnung in Brückenschaltung, dessen Längszweig aus der Parallelschaltung eines Serienresonanzkreises und eines Parallelresonanzkreises besteht und dessen Diagonalzweig dazu dual ist und aus der Serienschaltung eines Parallelresonanzkreises und eines Serienresonanzkreises besteht, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das frequenzbestimmende piezoelektrische Kristall dem Kondensator eines der Serienresonanzkreise parallel geschaltet ist Starting from a bandstop filter for electrical oscillations using a frequency-determining piezoelectric crystal and an all-pass element of the fourth order in a bridge circuit, whose series branch consists of the parallel connection of a series resonant circuit and a parallel resonant circuit and the diagonal branch of which is dual and consists of the series connection of a parallel resonant circuit and a series resonant circuit This object is achieved according to the invention in that the frequency-determining piezoelectric crystal is connected in parallel to the capacitor of one of the series resonance circuits

Vorteilhaft ist es, als frequenzbestimmendes piezoelektrisches Kristall einen Schwingquarz vorzusehen.It is advantageous to provide a quartz oscillator as the frequency-determining piezoelectric crystal.

In vielen Anwendungsfällen ist es notwendig, die Bandsperre in bereits vorliegende unsymmetrische Schahungsanordnungen einzubeziehen und sie deshalb unsymmetrisch als zur Brückenschaltung äquivalente Differential- bzw. als überbrückte T-Schaltung auszu- In many applications, it is necessary to include the bandstop filter in existing asymmetrical circuit arrangements and therefore to design it asymmetrically as a differential circuit equivalent to the bridge circuit or as a bridged T circuit.

führen. Ein Vorteil ergibt sich dann in der Einsparung eines der zwei in der Brückenschaltung erforderlichen Schwingquarze.to lead. An advantage then results in the saving of one of the two required in the bridge circuit Quartz crystals.

An Hand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.The following is based on exemplary embodiments the invention explained in more detail.

Es zeigt in der ZeichnungIt shows in the drawing

F i g. 1 ein einleitend bereits beschriebenes Allpaßglied vierter Ordnung,F i g. 1 an all-pass element of the fourth order already described in the introduction,

F i g. 2 eine einleitend bereits beschriebene bekannte Bandsperre,F i g. 2 a known bandstop filter already described in the introduction,

F i g. 3 den Dämpfungs- und Bandbreitenverlauf einer Schaltung nach F i g. 2,F i g. 3 shows the attenuation and bandwidth curves of a circuit according to FIG. 2,

Fig.4 eine weitere, ebenfalls bereits erörterte bekannte Bandsperre,Fig. 4 another, also already discussed known bandstop,

F i g. 5 den Dämpfungs- und Bandbreitenverlauf einer Schaltung nach F i g. 4,F i g. 5 shows the attenuation and bandwidth curve of a circuit according to FIG. 4,

F i g. 6 eine Bandsperre gemäß der Erfindung,F i g. 6 a bandstop filter according to the invention,

F i g. 7 eine weitere Bandsperre gemäß der Erfindung,F i g. 7 a further bandstop filter according to the invention,

F i g. 8 den Dämpfungs- und Bandbreitenverlauf von Schaltungen nach den F ig. 6oder7,F i g. 8 shows the attenuation and bandwidth curves of circuits according to FIGS. 6or7,

Fig. 9 bis 11 weitere Ausführungsformen von Bandsperren gemäß der Erfindung,9 to 11 further embodiments of bandstop filters according to the invention,

Fig. 12 den Dämpfungs- und Bandbreitenverlauf der Schaltungen nach den F i g. 9 bis 11.FIG. 12 shows the attenuation and bandwidth curves of the circuits according to FIGS. 9 to 11.

Die erfindungsgemäße Bandsperrenschaltung nach F i g. 6 ist als überbrückte T-Schaltung ausgeführt, die äquivalent zu einer quarzgestörten Allpaßschaltung nach Fig. 1 ist, bei der der »störende« Schwingquarz parallel zum Kondensator C₂-, des im Diagonalzweig liegenden Serienresonanzkreises geschaltet ist. In der äquivalenten unsymmetrischen Darstellung nach Fig. 6 erscheint der Schwingquarz parallel zum Kondensator 2C₂, eines im Querzweig liegenden und die Spule L_2i/2 aufweisenden Serienresonanzkreises. Der Schwingquarz verhält sich in dieser Anordnung wie die Serienschaltung einer Induktivität Lq/2 und einer Kapazität 2Q. Im Eingangs- und Ausgangslängszweig dieser T-Schaltung liegt jeweils ein aus einen: Kondensator C₂₂ und einer Spule L₂₂ bestehender Parallelresonanzkreis; im Überbrückungszweig liegt eir aus einer Spule 2L_U und einem Kondensator G,'. bestehender Serienresonanzkreis.The bandstop circuit according to the invention according to FIG. 6 is designed as a bridged T-circuit, which is equivalent to a quartz-disturbed all-pass circuit according to FIG. 1, in which the "disturbing" quartz oscillator is connected in parallel to capacitor C ₂ - of the series resonant circuit in the diagonal branch. In the equivalent asymmetrical representation according to FIG. 6, the quartz oscillator appears parallel to the capacitor 2C ₂ , a series resonant circuit located in the shunt arm and having the coil L _2i / 2 . In this arrangement, the quartz oscillator behaves like the series connection of an inductance Lq / 2 and a capacitance 2Q. In the input and output longitudinal branches of this T-circuit there is a parallel resonance circuit consisting of a capacitor C ₂₂ and a coil L _22; in the bridging branch there is a coil 2L _U and a capacitor G, '. existing series resonance circuit.

Bei der oben beschriebenen Schaltung nach F 1 g. t wie auch bei den folgenden erfindungsgemäßer Schaltungen, die alle Äquivalenzen der quarzgestörter Brückenschaltung nach Fig. 1 sind, wurde davor ausgegangen, daß die Serienresonanzkreise und die Parallelresonanzkreise des Längs- und des Diagonal zweiges dieser quarzgeslörten Brückenschaltung nach F i g. 1 alle näherungsweise auf die gleiche Resonanzf re quenz abgestimmt sind, und daß der Zobelsch« Versteilerungsfaktor m den Wert 1 annimmt Dadurcr ergibt sich für die äquivalenten unsymmetrischer Schaltungen eine einfachere Berechenbarkeit unc Bemessung und die Möglichkeit der Einsparung vor Bauelementen. In the circuit described above according to F 1 g. As in the following circuits according to the invention, which are all equivalences of the bridge circuit with quartz interference according to FIG . 1 are all matched approximately to the same resonance frequency, and that the Zobelian steepening factor m assumes the value 1 Dadurcr results for the equivalent asymmetrical circuits a simpler calculation and dimensioning and the possibility of saving on components.

In F i g. 7 ist eine weitere äquivalente Darstellung dei quarzgestörten Allpaßschaltung nach Fig. 1, desser »störender« Schwingquarz parallel zum Kondensatoi C₂\ geschaltet ist in Form eines überbrückten T-Gliedei angegeben. Im Eingangs- und Ausgangslängszweif dieses T-Gliedes liegt jeweils eine Spule L21, in Querzweig liegt die Serienschaltung eines Kondensa tors 2C21 und eines aus einer Spule LzJ2 und aus einen Kondensator 2Cn bestehenden Parallelresonanzkreises Im ersten Überbrückungszweig des T-GIiedes liegt eil aus der Spule 2L_n und dem Kondensator Qi'. bestehender Serienresonanzkreis: ein zweiter ÜberIn Fig. 7 is a further equivalent representation of the quartz-disturbed all-pass circuit according to FIG. 1, the "disturbing" oscillating crystal connected in parallel to the capacitor C ₂ \ is indicated in the form of a bridged T-member. In the input and output longitudinal branch of this T-link there is a coil L21, in the shunt branch there is the series connection of a capacitor 2C21 and a parallel resonance circuit consisting of a coil LzJ2 and a capacitor 2Cn.In the first bridging branch of the T-link there is one part from the coil 2L _n and the capacitor Qi '. existing series resonance circuit: a second over

brückungszweig enthält einen aus einem Kondensator G>/2 und einer Spulebridging branch contains a capacitor G> / 2 and a coil

bestehenden Parallelresonanzkreis.existing parallel resonance circuit.

Gemeinsam für beide Bandsperrenschaltungen nach den F i g. 6 und 7 ist also die Schaltung eines »störenden« Serienresonanzkreises der Induktivität L_ql2 und der Kapazität 2C]₁ parallel /um Kondensator 2Gi. der hier dem Kondensator Gi des Serienresonan/-kreises des Diagonal/weiges der äquivalenten Brückcnschaltung nach F i g. 1 entspricht. Die Resonanzfrequenz dieses »störenden« Serienresonanzkreises liegt dicht bei der sich einstellenden .Sperrfrequenz f. mit dem normierten Wert Ω = ί./ί\ι. wobei A₁-die mittlere Allpaßresonanz bedeutet.Together for both bandstop circuits according to FIGS. 6 and 7 is the circuit of a "disturbing" series resonance circuit of inductance L _q l2 and capacitance 2C] _{1 in} parallel around capacitor 2Gi. the capacitor Gi of the series resonance circuit of the diagonal line of the equivalent bridge circuit according to FIG. 1 corresponds. The resonance frequency of this "disturbing" series resonance circuit is close to the blocking frequency f. With the normalized value Ω = ί. / Ί \ ι. where A ₁ means the mean all-pass resonance.

F i g. 8 zeigt die Dämpfung ai,..,, und die mit einem konstant gehaltenen Faktor /-„.'/-:ι · πι ■ B multiplizierte relative Bandbreite A(\lf^ von gewünschten oder parasitären Sperrbereichen für die oben beschriebenen Bandsperrenschaltungen der F i g. b und 7. Übereinstimmend mit der Darstellung nach F i g. 3 ist hier als erster Parameter der relative Frequen/abstand B der oberen von der unteren Allpaßresonanz f , bezogen auf die mittlere Allpaßresonanz Af mit ganzzahligen Werten zwischen 1 und 5 gewählt Als zweiter Parameter ist auch hier der Zobelsche Versteilerungsfaktor m mit dem Wert m= 1 eingeführt. Wie aus der Figur ersichtlich ist. tritt für beide Bandsperrenschaltungen bei der Nebenresonanz mit Ω = 1 ein .Sperrbereich der Breite 0 bzw. eine vollständige Unterdrückung einer Nebenresonanz auf. Außerdem verläuft der Abfall der Bandbreiten und damit der Dämpfungsspitzen parasitärer .Sperrbereiche bei Obertönen proportional zu Ω '· und somii wesentlich steilerF i g. 8 shows the attenuation ai, .. ,, and with a constant factor held /-".'/-:ι · πι ■ B multiplied relative bandwidth A (\ ^ lf of desired or parasitic exclusion areas for the above described band-stop circuits of F i g. g b and 7. in accordance with the illustration of F i. 3 as the first parameter of the relative Frequen / distance B of the upper from the lower Allpaßresonanz f, based on the average Allpaßresonanz Af with integer values between 1 and 5 is selected here As a second parameter, Zobel's steepening factor m with the value m = 1 is introduced. As can be seen from the figure, there occurs for both band-stop circuits at the spurious resonance with Ω = 1. Blocking range of width 0 or a complete suppression of spurious resonance . in addition, the waste of bandwidth and thus the damping peaks extends parasitic .Sperrbereiche at overtones proportional to Ω '· and somii substantially steeper

^kannten^ knew

Bandsperre nach F i g. 2. Eine physikalische Erklärung dafür, daß eine Nebenresonanz bei il=\ keinen parasitären .Sperrbereich liefert, ist darin zu sehen, daß die aus der Spule /.:: b/w. /-:; 2 und dem Kondensator G: bzw. 2Gr bestehenden Parallelresonanzkreise bei ihrer Resonanzfrequenz die Quar/siörung von der restlichen Bandsperrenschaltung abtrennen.Bandstop filter according to FIG. 2. A physical explanation for the fact that a secondary resonance at il = \ does not produce a parasitic blocking range is to be seen in the fact that the from the coil /. :: b / w. / - :; 2 and the capacitor G: or 2Gr existing parallel resonance circuits at their resonance frequency, separate the crystal from the rest of the bandstop circuit.

Wegen ihrer vollständigen I ^:r<:erdruckung einer Nebenresonan/ und der bei höheren Frequenzen besonders starken Nebenwellenunterdrückung sind die Schaltungen nach F i g. b und 7 besonders für Bandsperren mit Grundionquarzen geeignet. Nach der bisher üblichen Betrachtungsweise sind Quarzsperrenschaltungen als quarzgestörte Allpässe aufzufassen, bei den der Allpaß aus der Parallelschaltung eines Bandpasses und einer Bandsperre besteht und bei denen der Quarz so in den Bandpaßteil eingefügt ist, daß alle Nebenresonanzen in dessen Sperrbereich fallen. Im Hinblick darauf erscheint es bemerkenswert und unerwartet, daß bei den erfindungsgemäßen Schaltungen der Fig.6 und 7 der Schwingquarz in den Bandsperrenteil des Allpasses eingefügt ist und seine Oberwellen, die damit in dessen Durchlaßbereich fallen, trotzdem besser als beim bekannten Stand der Technik unterdrückt werden. Because of their complete ^I: r <: erdruckung a minor resonances / and the particularly strong at higher frequencies spurious rejection are g the circuits F i. b and 7 particularly suitable for bandstop filters with ground ion crystals. According to the usual approach up to now, quartz rejection circuits are to be understood as quartz-disturbed all-pass filters, in which the all-pass consists of a parallel connection of a band-pass filter and a band-pass filter and in which the quartz is inserted into the band-pass part in such a way that all secondary resonances fall within its cut-off range. In view of this, it appears remarkable and unexpected that in the circuits according to the invention of FIGS. 6 and 7 the quartz oscillator is inserted into the bandstop part of the all-pass filter and its harmonics, which thus fall in its pass band, are nevertheless better suppressed than in the known prior art .

Bei den erfindungsgemäßen Bandsperrenschaltungen der Fig. 9 bis 11 handelt es sich ebenfalls um überbrückte Τ-Schaltungen, die äquivalent zur Alipaßschaltung nach Fig. 1 sind, bei der ein »störender« Schwingquarz jedoch nicht parallel /um Kondensator Gi des im Diagonalzweig. sondern parallel zum Kondensator Gi des im Brückenlängs/wcig liegenden Serienrcsonan/kreises geschaltet ist. The band-stop circuits according to the invention of FIGS. 9 to 11 are also bridged Τ-circuits, which are equivalent to the alipass circuit according to FIG . but is connected in parallel to the capacitor Gi of the series resonance circuit lying in the bridge length / wcig.

Durch den Schwingquarz ist den Schaltungen der Fig. 9 bis 11, deren übereinstimmend aufgebauter erster Uberbrückiings/w cig leweils aus der Serienschaltung einer Spule 21. ■ und eines Kondensators (n/2 besteht, ein »störender« .Serienschwingkreis mit der Induktivität 2!._q und der Kapazität GV2 parallel zum Kondensator G i/2 geschaltet.The quartz oscillator gives the circuits of FIGS. 9 to 11, the first bridging of which, which is constructed in accordance with one another, consists of a series connection of a coil 21 and a capacitor (n / 2), a "disturbing" series oscillating circuit with inductance 2! _q and the capacitance GV2 are connected in parallel with the capacitor G i / 2.

Die Allpaßschaltung der Bandsperre nach F i g. 9 ist bezüglich des Aufbaues und der Flementewertc identisch mit derjenigen nach I ig. 7; lediglich der Ort der Quarzstörung unterscheidet sich wie oben angegeben. The all-pass circuit of the bandstop filter according to FIG. 9 is with regard to the structure and the element values identical to that according to Iig. 7; just the place the quartz disturbance differs as stated above.

Fine weitere erfindungsgemäße Bandsperrenanordnung, die sich vor der Anordnung nach F i g. b lediglich dadurch unterscheidet, daß der Schwingquarz nicht dem Kondensator 2Gi des im Querzweig liegenden Serienresonanzkreises, sondern dem Kondensator G,i/2 des im Überbrückungszweig liegenden Serienresonanzkreises parallelgeschaltet ist, zeigt Fig. 10. Die dieser Bandsperre zugrunde liegende Allpaßschaliung stimmt derjenigenFine further bandstop arrangement according to the invention, which is prior to the arrangement according to FIG. b only differs in that the quartz oscillator is not connected in parallel to the capacitor 2Gi of the series resonance circuit in the shunt branch, but rather to the capacitor G, i / 2 of the series resonance circuit in the bridging branch, is shown in FIG

mit derwith the

jenigen von F i g. & hinsichtlich des Aufbaus und der Elementewerte überein: der Schwingquarz ist durch die Induktivität 2L_iund die Kapazität G/2 bestimmt.those of F i g. & agree with regard to the structure and the element values: the quartz oscillator is determined by the inductance 2L _i and the capacitance G / 2.

F i g. 11 zeigt eine weitere, als überbrückte T-Schaltung ausgeführte Bandsperrenanordnung, die in den Längszweigen jeweils einen Kondensator Gi und im Querzweig die Serienschaltung einer Spule L:\I2 und eines aus einer Spule L:;>2 und einem Kondensator 2G: bestehenden Parallelresonanzkreises aufweist. Der erste Überbrückungszweig enthält übereinstimmend mit den F i g. 9 und 10 einen Serienschwingkreis, bestehend aus einer Spule 2/.;: und einen Kondensator G:-''2. dem der »störende« Schwingquarz als eine Serienschaltung einer Induktivität 2L_q und einer Kapazität G/2 parallel geschaltet ist. In einem zweiten Übcrbrückungs/wcig der T-Schaltung liegt ein Parallelresonanzkreis mit einer Spule 2L₁; und einem Kondensator F i g. 11 shows another bandstop arrangement designed as a bridged T circuit, which has a capacitor Gi in each of the series branches and the series circuit of a coil L: \ I2 and a parallel resonant circuit consisting of a coil L:;> 2 and a capacitor 2G: in the shunt branch . The first bridging branch contains, in accordance with FIGS. 9 and 10 a series resonant circuit, consisting of a coil 2 /.;: And a capacitor G: - '' 2. to which the "disturbing" quartz crystal _{is connected in parallel as a series circuit of an inductance 2L q} and a capacitance G / 2. In a second bridging / wcig of the T-circuit there is a parallel resonance circuit with a coil 2L ₁ ; and a capacitor

I ι l^t. 1 2 zeigt die Dämpfung /J;.-,.,, und ;i;-..,, und die mit einem konstant gehaltenen Faktor /._ü ■ m'L·, ■ Bⁱ multipli/ierte rela;i\e Bandbreite J/_; /_:. \mi gewünschter, oder pj.ras.it.iren Sperrbereichen der Schaltungen nach den Fig.9 bis 11 als Funktion der normierten Sperrfrequenz Ω. Die Dämpfung 32max unterscheidet sich von a\max durch eine andere Wahl der Induktivitätsverhältnisse L„/Lu. Als Parameter ist auch hier der relative Frequenzabstand B mit Werten zwischen 0,2 und 2 gewählt. Für den Zobelschen Versteilerungsfaktor m wurde der Wert m— 1 angenommen. I ι l ^t . 1 2 shows the attenuation / J; .-,. ,, and; i; - .. ,, and those with a constant factor /. _ü ■ m'L ·, ■ B ⁱ multiplied rela; i \ e bandwidth J / _; / _:. \ mi desired, or pj.ras.it.iren blocking ranges of the circuits according to FIGS. 9 to 11 as a function of the normalized blocking frequency Ω. The attenuation 32max differs from a \ max by a different choice of the inductance ratios L „/ Lu. Here, too, the relative frequency spacing B with values between 0.2 and 2 is selected as the parameter. The value m − 1 was assumed for the Zobel steepening factor m.

Wie aus den Kurven ersichtlich ist, ist zwar eine vollständige Unterdrückung einer Nebenresonanz wie bei den Schaltungen nach den F i g. 6 und F i g. 7 nicht möglich, dafür fällt die obere Flanke (Ω»1) der Bandbreiten- bzw. der Dämpfungskurve mit einer Steigung von Ω~⁷ noch steiler ab als bei allen oben gezeigten Kurven. Besonders vorteilhaft einsetzbar dürfen diese Bandspefrenschaltungen deshalb wohl am unteren Rand breiter Übertragungsbereiche sein.As can be seen from the curves, there is a complete suppression of a secondary resonance as in the circuits according to FIGS. 6 and FIG. 7 is not possible, but the upper edge (Ω »1) of the bandwidth or attenuation curve with a gradient of Ω ~ ⁷ drops even more steeply than in all of the curves shown above. It is therefore possible that these band-free circuits can be used in a particularly advantageous manner at the lower edge of broader transmission areas.

Hierzu 7 Blatt ZeichnuneenFor this purpose 7 sheets of drawings

709 624/331709 624/331

Claims

Patent claims:

1. Bandsperre für elektrische Schwingungen unter Verwendung eines frequenzbestimmenden piezoelektrischen Kristalls und eines Allpaßgliedes vierter Ordnung in Brückenschaltung, dessen Längszweig aus der Parallelschaltung eines Serienresonanzkreises und eines Parallelresonanzkreises besteht und dessen Diagonalzweig dazu dual ist und aus der Serienschaltung eines Parailelresonanzkreises und eines Serienresonanzkreises besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzbestimmende piezoelektrische Kristall dem Kondensator eines der Serienresonanzkreise parallelgeschaltet ist.1. Bandstop filter for electrical oscillations using a frequency-determining piezoelectric crystal and an all-pass element fourth Order in a bridge circuit, the series branch of which consists of the parallel connection of a series resonant circuit and a parallel resonant circuit and whose diagonal branch is dual for this purpose and from the series connection of a parallel resonance circuit and of a series resonance circuit, thereby characterized in that the frequency-determining piezoelectric crystal the capacitor one the series resonance circuit is connected in parallel.

2. Banasperre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzbestimmendes piezoelektrisches Kristall ein Schwingquarz vorgesehen ist.2. Banasperrere according to claim 1, characterized in that a quartz crystal is provided as the frequency-determining piezoelectric crystal.

3. Band stop according to claim 1 or claim 2, characterized by the training as to Bridge circuit equivalent differential T circuit.

4. Band stop according to claim 1 or claim 2, characterized by the design as to Bridge circuit equivalent bridged T circuit.

V bandstop filter according to the claims 1 to 4, characterized in that the series resonance circuits and the parallel resonance circuits of the longitudinal and diagonal branches of the bridge circuit are all approximately to the same resonance frequency are matched.

6. Bandstop filter according to claim 4, characterized in that the bridged T-circuit equivalent to the bridge circuit in each of the series branches cmc coil (L: \). insane Cross branch the series connection of a parallel resonance circuit (LnH. 2G2) and a capacitor (2Gi). a series resonant circuit (2Ln, Gi / 2) in the first bridging branch and a parallel resonant circuit in the second bridging branch