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N-Pfad-Filter.
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Die Erfindung betrifft ein N-Pfad-Filter mit N Filterpfaden, deren
Filtercharakteristik durch innerhalb einer Schaltperiode nacheinander versetzt gesteuerte
Schalter in eine Bandpaßcharakteristik des Gesamtfilters um die Schaltfrequenz transformiert
wird.
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Ein solches N-Pfad-Filter ist als spulenloses Bandfilter beispielsweise
in der Zeitschrift "Der -lektroniker" Nr. i1, 1973, S. ELl - EL4 beschrieben. Man
unterscheidet zwei Grundtypen: Das Serien-N-Pfad-Filter und das Parallel-N-Pfad-Filter.
Beim Serien-N-Pfad-Filter liegen am Anfang und am Ende eines jeden von N parallelliegenden
Pfaden jeweils ein Schalter in "Serie" mit dem selektiven Netzwerk des Pfades. Die
Eingänge der Schalter am Anfang der Pfade sind zusammengeführt und mit dem Eingang
des N-Pfad-Filters verbunden; die Ausgänge der Schalter am Ende der Pfade sind zusammengeführt
und mit dem Ausgang des N-Pfsd-Filters verbunden. Beim Parallel-Typ liegen ebenfalls
N Pfade parallel.
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Jeder Pfad enthält aber außer dem selektiven Netzwerk nur einen Schalter.
Hier sind die selektiven Netzwerke zusammengeschaltet und sowohl mit dem Eingang
als auch mit dem Ausgang des N-Pfad-Filters verbunden. Die Schalter führen auf ein
gemeinsames Bezugspotential. Im allgemeinen sind die selektiven Netzwerke der Pfade
Tiefpässe, deren Charakteristik durch die mit einem Steuersignal periodisch geschalteten
Schalter in eine Bandpaßcharakteristik
transformiert wird. Diese
Transformation erfolgt durch Modulation des Eingangssignals mit der Schalterfrequenz.
Die Durchlaßkurve der Tiefpässe wird durch die Schalter auf der Frequenzachse spiegelsymmetrisch
zur Frequenz Null abgebildet. Allerdings erfolgt diese Abbildung nicht nur bei der
Schalterfrequenz sondern bei ganzzahligen Vielfachen der Schalterfrequenz, ausgenommen
denjenigen, die als Faktor ein ganzzahliges Vielfaches von N haben. Das N-Pfad-Filter
weist demzufolge eine Kammfilter-Charakteristik auf, die meistens durch nachgeschaltete
breitbandige Bandfilter oder auch über einen Tiefpaß unterdrückt werden. Die Steuerung
der Schalter erfolgt durch einen Taktgenerator, der die erforderlichen Steuersignale
liefert.
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Zur Aus filterung einer Frequenz aus einem dicht belegten Frequenzband
sind Filter hoher Güte erforderlich. Wenn man in solchen Fällen keramische Filter
oder Quarzfilter nicht verwendet, obwohl diese eine hohe Güte haben können, dann
dies nur, weil sie sich nur geringfügig auf eine Sollfrequenz nachziehen lassen.
Ein Schalterfilter vom N-Pfad-Typ ergibt jedoch neben der hohen Güte den Vorteil,
daß die vom Taktgenerator gelieferte Steuerfrequenz in weiten Bereichen auf die
auszufilternde Frequenz abgestimmt bzw. synchronisiert werden kann. Damit Störungen
durch eine Frequenzdifferenz zwischen dem Nutzsignal und der Schaltfrequenz der
Schalter vermieden wird, muß die Schaltfrequenz mit dem Nutzsignal synchronisiert
werden. Bei den üblichen Synchronisationsverfahren werden diese beiden Frequenzen
manuell oder automatisch in möglichst vollkommenen Gleichlauf gebracht. Erst nach
dem Einrasten im sog. Fangbereich erfolgt die Mitnahme der Schaltfrequenz durch
die Nutzfrequenz. Häufig, z.B. bei Rundfunkgeräten oder ähnlichen Anlagen, ist eine
sog. Stummschaltung erforderlich, die die vor der Synchronisation auftretende Differenztonbildung
unhörbar macht. Allgemein gilt, daß im nichtsynchronen Zustand Störgeräusche durch
die nichtidealen Schaltprozesse auftreten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein N-Pfad-Filter
anzugeben, mit dem sowohl eine Scharfabstimmung auf das Nutzsignal möglich ist,
als auch die genannten Störgeräusche beseitigt werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem N-Pfad-Filter der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Steuersignale für die Schalter
aus dem Ausgangssignal des N-Pfad-Filters hergeleitet werden, daß zu diesem Zweck
ein Taktaufbereiter zwischen dem Ausgang des N-Pfad-Filters und den Steuereingängen
der Schalter liegt und daß bei fehlendem Eingangssignal des N-Pfad-Filters die Ruhestellung
der Schalter eine nichttransformierende Filterwirkung des N-Pfad-Filters ermöglicht.
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Ein erfindungsgemäßes N-Pfad-Filter wird nicht von einem freilaufenden
oder synchronisierten Taktgenerator gesteuert, sondern die Steuerung erfolgt direkt
von der bereits gefilterten Ausgangsspannung, aus der dafür geeignete Steuersignale
durch den Taktaufbereiter abgeleitet werden. Vorteilhaft stellt sich ein erfindungsgemäßes
N-Pfad-Filter nach dem Anlegen eines Eingangssignals sofort auf die Frequenz mit
der größten Amplitude, beispielsweise auf den Träger eines AM-Signals, ein und verharrt
auf dieser Frequenz. Ist das N-Pfad-Filter sehr schmalbandig ausgelegt, beispielsweise
als reines Trägerfilter, dann werden die Seitenbänder des Signals entsprechend dem
Verlauf der Filterkurve reduziert und haben nur noch einen untergeordneten und nicht
nennenswert störenden Einfluß. Infolge dieser Eigenschaft darf sich nach dem Einschwingen
die Amplitude des Nutzsignals auch erheblich verkleinern, ohne daß eine Abweichung
von der Sollfrequenz auftritt. Es muß nur sichergestellt werden, daß die Amplitude
des Nutzsignals am Filterausgang genügend groß bleibt, damit ausreichend exakte
Steuersignale für die Schalteransteuerung abgeleitet werden können.
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In der- Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes N-Pfad-Filter als Blockschaltbild
dargestellt. Mit 1 ist ein N-Pfad-Filter bezeichnet, mit dem beispielsweise eine
Transformation der Tiefpaßcharakteristik in den einzelnen Pfaden auf eineBandpaßcharakteristik
des gesamten N-Pfad-Filters 1 durchgeführt wird.
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Der Eingang des N-Pfad-Filters 1 ist mit 2 bezeichnet. Der Ausgang
führt über ein Bandpaßfilter 3 und über einen Regelverstärker 4 zu einem Gesamtausgang
5 des N-Pfad-Filters 1. Mit dem Ausgang des Regelverstärkers 4 ist außerdem ein
Taktaufbereiter 6 verbunden, der Steuerimpulse für die Schalter des N-Pfad-Filters
1 liefert.
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Liegt kein Eingangssignal am Eingang 2 an, dann kann in Ermangelung
eines Ausgangssignals der Taktaufbereiter 6 auch keine Steuerimpulse für die Schalter
des N-Pfad-Filters 1 liefern. In diesem Zustand muß das N-Pfad-Filter 1 einen breitbandigen
Durchlaßbereich haben Für ein Filter beispielsweise vom Parallel-Typ bedeutet dies,
daß alle Schalter offen, d.h. nichtleitend sein müssen. Wird nun an den Eingang
2 ein Frequenzgemisch gegeben, das zunächst nahezu vollständig an den Ausgang 5
gelangt, dann bildet der Taktaufbereiter 6 aus der Frequenz mit der höchsten Amplitude
Steuerimpulse mit eben dieser Frequenz. Dadurch stellt sich das N-Pfad-Filter 1
automatisch auf die Frequenz mit der höchsten Amplitude, beispielsweise einer in
dem Frequenzgemisch des Eingangs 2 enthaltenen Trägerfrequenz, ein, reduziert alle
anderen Frequenzen entsprechend der Filterkurve und kippt erst dann aus seiner stabilen
Frequenzlage in eine andere, wenn die Amplitude einer anderen Frequenz am Filterausgang
5 größer wird als die der ursprünglichen Frequenz. Die Amplituden nicht gewünschter
Frequenzen können damit, wenn das N-Pfad-Filter 1 sich einmal richtig synchronisiert
hat, auch wesentlich größer werden als das Nutzsignal, bzw. das Nutzsignal kann
nach dem Einschwingen des N-Pfad-Filters 1 stark abnehmen, ohne daß eine unerwünschte
Abweichung von der Sollfrequenz auftritt. Dies ist z.B. bei der
Ausregelung
des selektiven Schwunds bei der Verwendung des erfinducgsgemäßen N-Pfad-Filters
1 beim AM-Empfang bedeutungsvoll Ein erfindungsgemäßes N-Pfad-Filter 1 ermöglicht
einen gegen Selektivschwund unempfindlichen AM-9mpfänger. Der Bandpaß 3 unterdrückt
die von den Steuersignalen hervorgerufenen Oberwellen. Mit dem Regelverstärker 4
läßt sich das Nutzsignal in die für die Taktaufbereitung erforderliche Größe einstellen.
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2 Patentansprüche 1 Figur