DE2708241B1 - Hochfrequenzschaltungsanordnung mit tiefpasscharakter - Google Patents

Description

• Die Anordnung nach der Erfindung hat zunächst den Vorteil, daß kaum eine Vergrößerung der Abmessung des Filters erfolgt. Dadurch die Einfügung der Zusatzkapazitäten wird nämlich die Längenausdehnung der gesamten Filterstruktur kaum in nennenswertem Umfang verändert. Dagegen bräuchte beispielsweise die Hintereinanderschaltung zweier Tiefpaßschaltungen mit gegeneinander versetzten Grenzfrequenzen in etwa fast die doppelte Baulänge. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine wesentliche Verschlechterung der Durchlaßdämpfung im Bereich zwischen der Frequenz 0 und der Frequenz fo nach F i g. 2 auftritt.
• Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit bieten die Zusatzkapazitäten auch deswegen, weil mit ihnen ein Abgleich der Filterstruktur, insbesondere eine entsprechende Festlegung des Durchlaßbereiches (d.h. von 0 bis fO nach F i g. 2) und der dort auftretenden Welligkeit durchführbar ist.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: F i g. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit jeweils einer Zusatzkapazität zwischen den Hauptkapazitäten, F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zusatzkapazitäten zwischen den Hauptkapazitäten, F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren unterschiedlichen Zusatzkapazitäten zwischen den Hauptkapazitäten.
• In den F i g. 4 mit 6 sind die Strukturen der Induktivitäten L 1 bis Ln und der nachfolgend als Hauptkapazitäten bezeichneten Teile C1 bis Cn gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 praktisch unverändert. Zusätzlich ist in F i g. 4 die Masseplatte ME sichtbar, weil ein Teil der Isolierschicht abgeschnitten ist. Diese Filterstuktur ergibt denVerlauf der Dämpfungskurve, die als ausgezogene Linie in Fig.3 dargestellt ist. Um den Einbruch oberhalb der Frequenz f2 bei der Durchlaßkurve nach Fig.3 zu vermeiden, werden zwischen den Hauptkapazitäten C1, .... .Cn kleine Zusatzkapazitäten C2'...Cn' eingeschaltet. Diese Zusatzkapazitäten sind wesentlich kleiner als die Hauptkapazitäten C1 bis Cn. Vorteilhaft liegt der Wert einer Zusatzkapazität jeweils zwischen etwa 1/10 bis 1/30 der Größe einer der Hauptkapazitäten Cl bis Cn. In dem Beispiel nach Fig.4 sind die Zusatzkapazitäten C2' bis Cn' in der Mitte zwischen den jeweiligen Hauptkapazitäten C1 bis Cn angeordnet. Dadurch entsteht praktisch im Verlauf des eigentlichen Haupttiefpaßfilters aus den Strukturen C 1 bis Cn und L 1 bis Ln ein zusätzliches zweites Tiefpaßfilter mit höherer Grenzfrequenz, das den Einbruch oberhalb der Frequenz f2 der Dämpfungskurve nach F i g. 3 zu höheren Frequenzen hin verschiebt Es ergibt sich ein Dämpfungsverlauf, der für das zweite Tiefpaßfilter in F i g. 3 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist Ein Einbruch tritt jetzt erst oberhalb der Frequenz f2' auf. Damit liegt die Dämpfung der Gesamtfilterstruktur zwischen f1und Tr stets oberhalb der gewünschten Mindestdämpfung ao Die Auslegung der Filter nach den F i g. 4 mit 6 erfolgt zweckmäßig so, daß zunächst in bekannter Weise eine Grundstruktur nach F i g. 1 dimensioniert, also die Werte für L 1 bis Ln, für C1 bis Cn festgelegt werden.
• Einzelheiten hierzu sind beispielsweise dem Buch von M athaei, Young and lones »Microwave Filters, Impedance Matching Networks and Coupling Structures«, S. 355 bis 419 zu entnehmen Die Dimensionierung der Größe der Zusatzkapazitäten z B. C2' erfolgt dann so, daß der gewünschte Wert von f2'erreicht wird, und zwar derart, daß fl' 1 ' noch im Sperrbereich der Grundstruktur nach Fig. 1, also zwischen fl und f2 liegt. Je kleiner die Kapazitätswerte der Zusatzkapazitäten sind, desto höher liegt der Wert für fO' und f2'.
• Durch die Einfügung der Zusatzkapazitäten werden die jeweiligen wirksamen Leitungslängen für L 1 bis Ln verkürzt, und zwar etwa um die Breite dieser Zusatzkapazitäten. Wenn also der Wert für fO beibehalten werden soll, muß der Abstand der Hauptkapazitäten nach den Fig.4 bis 6 etwa um die Breite der Zusatzkapazitäten (gegenüber dem Abstand nach F i g. 2) vergrößert werden. Bei den höheren Frequenzen z. B. C2' zusammen mit Teilen der beiderseitigen Leitungsstücke ein zweites Tiefpaßsystem mit Eigenschaften entsprechend der gestrichelten Kurve nach F i g. 3. Die restlichen Teile der Leitungsstücke und die Hauptkapazitäten Cl bis Cn stellen praktisch nur Verbindungssysteme (Koppelsysteme) dar, die zum Frequenzgang praktisch nichts beitragen.
• Die Ausführungsform nach F i g. 4 hat demnach den Vorteil, daß die wirksamen Teil-Leitungslängen beiderseits der Zusatzkapazitäten, z. B. C2' gleich groß (symmetrisch) sind.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 sind zwischen den jeweiligen Hauptkapazitäten jeweils zwei Zusatzkapazitäten angeordnet, die mit C21', C22' bis Cn 1', Cn 2' bezeichnet sind. Durch diese Struktur können die Kapazitätswerte der einzelnen Zusatzkapazitäten gegenüber der Struktur nach F i g. 4 verringert werden. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß die jeweiligen Längen zwischen den Hauptkapazitäten, z. B.
• C1 und C2, also die Induktivität L2 in drei Teile aufgeteilt wird. Dadurch entsteht praktisch ein gegenüber der Struktur nach F i g. 4 mehrere Tiefpaßglieder aufweisender Zusatztiefpaß in der Art eines Doppel-T-Gliedes zwischen zwei Hauptkapazitäten.
• Bei der Struktur nach F i g. 6 sind zwischen den Hauptkapazitäten jeweils drei Zusatzkapazitäten z. B.
• C21', C22', C23' bzw. Cn 1', Cn 2', Cn 3' vorgesehen.
• Diese Zusatzkapazitäten sind in ihrer Größe unterschiedlich dimensioniert. Dies hat in der Praxis zur Folge, daß z. B. die relativ großen Zusatzkapazitäten C22', Cn 2' eine Tiefpaßstruktur zusammen mit Teilstücken von L (die zwischen C1 und C22' und zwischen C22' und C2 liegen) liefern, deren Grenzfrequenz relativ niedrig liegt. Diese Struktur ergibt z. B. die gestrichelte Kurve nach F i g. 3. Entsprechend den geringeren Werten der zu den kleineren Zusatzkapazitäten C21' und C23' gehörenden Leitungsstücken und dem verringerten Kapazitätswert bilden diese eine dritte Tiefpaßstuktur, deren Grenzfrequenz höher liegt als die, welche von der Zusatzkapazität C22' erzeugt wird Der zugehörige Dämpfungsverlauf ist als strichpunktierte Linie in F i g. 3 angedeutet. Dadurch kann der Dämpfungsverlauf für einen noch größeren Frequenzbereich oberhalb der Mindestdämpfung von am nach F i g. 3 gehalten werden.
• Da die Zusatzkapazitäten der Strukturen nach F i g. 4 bis 6 die elektrische Länge der hochohmigen Leitungen L 1 bis Ln, d.h. die Induktivitäten, gegenüber der Grundschaltung verändern, können sie gleichzeitig auch dazu benutzt werden, das jeweilige Filter auf die gewünschte Frequenz z. B. fO in F i g. 3 abzustimmen.
• Hierzu werden die Kapazitätswerte der Zusatzkapazitäten fortlaufend entsprechend verkleinert, bis der gewünschte Wert, vorzugsweise für fO oder die gewünschte Welligkeit im Durchlaßbereich erreicht ist.
• Dies hat den Vorteil, daß die Sperreigenschaften durch diese Maßnahme nicht verändert werden, weil nur fO' innerhalb des Bereiches zwischen fl und f2hin und her verschoben wird. Dagegen würde ein Eingriff in die Größe der Hauptkapazitäten C1 bis Cn eine Veränderung der Sperreigenschaften, z. B. eine Verschiebung der Frequenz f2, in Richtung auf T1 in F i g. 3 zur Folge haben.
• Es ist auch möglich, die jeweiligen Strukturen der Fig.4 bis 6 oder andere Konbinationen gemischt zu verwenden, d. h. z. B. das erste Teilglied des Tiefpasses in Form der Struktur nach F i g. 4 und das zweite Teilglied in Form der Struktur nach Fig.5 und/oder Fig.6 aufzubauen. Es ist auch nicht notwendig, daß zwischen allen Hauptkapazitäten eine Zusatzkapazität liegt. Schließlich kann die erste Zusatzkapazität auch vor der ersten bzw. nach der letzten Hauptkapazität liegen.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Hochfrequenzschaltungsanordnung mit Tiefpaßcharakter unter Verwendung von durch Hochfrequenzleitungen mit großem Wellenwiderstand gebildeten Längsinduktivitäten und dazwischen in entsprechenden Abständen eingefügten durch Hochfrequenzleitungen mit geringem Wellenwiderstand gebildeten Querkapazitäten, wobei die Zuordnung von Längsinduktivitätswerten und Querkapazitätswerten so gewählt ist, daß eine gewünschte Grenzfrequenz entsteht, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zwischen den genannten Querkapazitäten (Hauptkapazitäten) in den Verlauf der die Induktivität bildenden Hochfrequenzleitungen (L 1, L 2. . .Ln)mindestens eine Zusatzkapazität (C2', Cn) mit demgegenüber kleinen Kapazitätswerten eingeschaltet ist, durch die oberhalb der Grenzfrequenz auftretende Einbrüche (z. B. bei f2 in F i g. 3) der Dämpfungskurve in Richtung auf höhere Frequenzwerte verschoben werden.
2. 2. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazität (C2', Cn) etwa in der Mitte zwischen zwei Hauptkapazitäten (C 1, Cn)liegt (F i g. 4).
3. 3. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Hauptkapazitäten (C 1, Cn) mehrere Zusatzkapazitäten (C21', C22'. . .Cn 2') angeordnet sind (F i g. 5, F i g. 6).
4. 4. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazitäten (C21', C22', C23' in Fig. 5) unterschiedlich groß sind.
5. 5. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hauptkapazität zu Zusatzkapazität mindestens etwa zwischen 10:1 und 30:1 liegt.
6. 6. Hochfrequenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazitäten zum Abgleich der Filter, vorzugsweise zur Festlegung des Durchlaßbereiches, benutzt sind.
7. 7. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zusatzkapazität (z. B.

   C2' in Fig. 1) bedingte Verkürzungen der Länge der die Längsinduktivität bildenden Leitungsstücke (z. B. L 2) ausgeglichen ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzschaltungsanordnung mit Tiefpaßcharakter unter Verwendung von durch Hochfrequenzleitungen mit großem Wellenwiderstand gebildeten Längsinduktivitäten und dazwischen in entsprechenden Abständen eingefügten durch Hochfrequenzleitungen mit geringem Wellenwiderstand gebildeten Querkapazitäten, wobei die Zuordnung von Längsinduktivitätswerten und Querkapazitäten so gewählt ist, daß eine gewünschte Grenzfrequenz entsteht.

   Schaltungsanordnungen dieser Art sind z. B. aus der GB-PS 579414 bekannt und haben den in Fig.1 dargestellten Aufbau. Dabei ist auf einer hier nicht dargestellten leitenden Grundplatte (Masseplatte) eine Isolierschicht aufgebracht, auf der Leiterbahnen L 1, L 2...Ln isoliert angeordnet sind. In den Verlauf der einen hohen Wellenwiderstand aufweisenden und als Induktivitäten wirkenden Leitungsstücke L 1, .... .Ln sind größere Leiterflächen C1, C2...Cn eingeschaltet, welche einen niedrigen Wellenwiderstand ergeben und Querkapazitäten bilden. Aus den Längsinduktivitäten L 1, L2...Ln und den Querkapazitäten Cl, C2. ..Cn wird ein Tiefpaßsystem gebildet, dessen Ersatzschaltbild in F i g. 2 dargestellt ist und das oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz mindestens eine gewisse minimale Sperrdämpfung aufweist. In Fig. 3 ist als ausgezogene Linie der Verlauf der Dämpfung a in Abhängigkeit von der Frequenz f für eine derartige Tiefpaßanordnung nach F i g. 1 aufgetragen.

   Es zeigt sich, daß im Frequenzbereich 0 bis fO nur eine praktisch vernachlässigbare Durchlaßdämpfung auftritt, während zwischen fO und f I ein starker Dämpfungsanstieg erfolgt. Oberhalb von /1 verläuft die Dämpfungskurve zunächst in einem größeren Bereich über der Mindest-Sperrdämpfung am. Allerdings tritt oberhalb einer Frequenz f2 ein Einbruch der Dämpfungskurve auf, d. h. in diesem Frequenzbereich erfüllt die Tiefpaßanordnung nach F i g. 1 nicht mehr die Bedingung, daß die Dämpfung oberhalb der minimalen Sperrdämpfung am liegen soll.

   Aus der US-PS 38 79 690 ist ein Tiefpaßtsystem mit Leitungscharakter bekannt, bei dem die Querkapazitäten unterschiedliche Werte aufweisen. Im einzelnen sind am Anfang und Ende der Leiterstruktur jeweils zwei größere Kapazitätswerte und dazwischen zwei kleinere Kapazitätswerte vorgesehen. Diese Tiefpaßstruktur bilde jedoch ein einheitliches Tiefpaßsystem mit einer genau definierten Grenzfrequenz, wobei alle, d. h.

   sowohl die größeren als auch die kleineren Kapazitätswerte zur Bildung dieser einheitlichen Grenzfrequenz beitragen. Somit sind alle diese Kapazitätswerte Bestandteile der eigentlichen Tiefpaß-Grundstruktur.

   Da bei derartigen Filtern oberhalb der eigentlichen Grenzfrequenz der Tiefpaß-Grundstruktur Einbrüche auftreten, ist dieser Filterschaltung ein weiteres Filter nachgeschaltet, welches eine Bandsperre für diejenigen Frequenzen darstellt, bei welchen oberhalb der Grenzfrequenz ein Einbruch auftritt. Beispielsweise ist angegeben, daß die Grenzfrequenz der Tiefpaß-Grundstruktur bei 2 GlIz liegen soll, während der Sperrbereich von 2,5 GHz bis 12,4 GHz reichen sollte. Es tritt jedoch bei 7 GHz ein Einbruch auf, welcher durch die nachgeschaltete, als selbständiges Bauteil ausgebildete Bandsperre unterdrückt wird.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in gedrängter Bauweise und mit geringem Aufwand diese Schwierigkeit zu vermeiden, d,h Einbrüche im Sperrbereich in Richtung auf höhere Frequenzbereiche zu verschieben, ohne daß hierfür ein zusätzliches nachgeschaltetes Filter benötigt wird.

   Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine Hochfrequenzschaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den genannten Querkapazitäten (Hauptkapazitäten) in den Verlauf der die Induktivität bildenden Hochfrequenzleitungen mindestens eine Zusatzkapazität mit demgegenüber kleinen Kapazitätswerten eingeschaltet ist, durch die oberhalb der Grenzfrequenz auftretenden Einbrüche der Dämpfungskurve in Richtung auf höhere Frequenzwerte verschoben werden.