DE2803636C2

DE2803636C2 - Bandpaßfilter

Info

Publication number: DE2803636C2
Application number: DE2803636A
Authority: DE
Inventors: Pierre de Bonnelles Bayser; Pierre Courbevoie Mondoloni
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1982-10-28
Also published as: FR2379195A1; IT7847824A0; AR214116A1; IT1102026B; JPS5820487B2; JPS53124048A; US4157515A; DE2803636A1; BR7800531A; FR2379195B1; GB1556843A

Description

Die Erfindung betrifft Bandpaßfilter, die in der Frequenz schnell abstimmbar sind, und insbesondere Höchstfrequenzfilter von Geräten, die in Bereichen ungedämpfter Schwingungen arbeiten.

Solche Geräte enthalten im allgemeinen wenigstens einen Frequenzumsetzer, der gestattet, den wesentlichen Teil der selektiven Mittel in den Bereich der einen festen Wert aufweisenden Zwischenfrequenz zu verlegen. Diese Lösung erfordert die Verwendung von Mischstufen und von Umsetzungsoszillatoren. Es ist bekannt, Breitbandmischstufen, die das gesamte vorgesehene Abstimmband überdecken, und Überlagerungsoszillatoren in Form von Synthesizern herzustellen, die leicht fernsteuerbar sind.

Was bleibt, ist das Problem der Eingangsfilterung der Empfangsgeräte oder der Ausgangsfilterung in dem Fall von Sendern, für die der allgemeine Begriff »äußere Filterung« benutzt wird.

Es ist bekannt, das Problem hauptsächlich mit Hilfe einer der drei folgenden Lösungen zu lösen:

1. Vornahme einer äußeren Filterung mit fester und breitbandiger Abstimmung, wobei in dem betreffenden Gerät eine einzige Frequenzumsetzung erfolgt: Diese Lösung ist einfach, aber in der Nutzbandbreite begrenzt, um Störumsetzungen zu vermeiden:

Z dieselbe Filterung wie bei 1, wobei in dem betreffenden Gerät zwei Frequenzumsetzungen in Kaskade erfolgen, was eine größere Nutzbandbreite erlaubt, und zwar weiterhin mit einer Filterung mit fester Abstimmung, wobei aber der Aufbau

komplizierter und somit teuerer ist; 3. Vornahme einer äußeren Filterung mit veränderlicher Abstimmung, wobei in dem betreffenden Gerät eine einzige Frequenzumsetzung erfolgt

ίο Diese Lösung erfordert, das Filter bei jeder

Frequenzänderung abzustimmen. Lediglich die mechanischen Abstimmeinrichtungen, insbesondere die mit Kolben mit veränderlicher Eintauchtiefe, gestatten aber. Resonatoren mit guter Resonanzüberhöhung zu erzielen. Die sich daraus ergebende Anforderung kann durch Verwendung eines einzigen Antriebs für die verschiedenen Abstimmelemente des Filters gemildert werden, gegenüber den vorangehenden Lösungen bleibt aber eine zusätzliehe Operation auszuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weitere Lösung der Eingangs und Ausgangsfilterung zu schaffen, die von den Mängeln der vorstehend dargelegten drei Lösungen frei ist.

Die Erfindung geht aus von der dritten beschriebenen Lösung, d. h. sie schafft ein Bandpaßfilter mit η Kreisen, die m^;t Hilfe einer einzigen Antriebswelle abstimmbar sind, und dessen Abstimmfrequenz von der des Oberlagerungsoszillators eines Frequenzumsetzers abhängig ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Abstimmeinrichtung aufweist, welche einen zusätzlichen abstimmbaren Kreis enthält, dessen Abstimmung durch die Antriebswelle gesteuert wird und dessen Nennabstimmfrequenz für jede Position der Antriebswelle um einen festen Wert gegenüber der der anderen Kreise verschoben ist, und durch eine Regeleinrichtung, die die Antriebswelle automatisch derart positioniert, daß die Abstimmung des zusätzlichen Kreises auf die Augenblicksfrequenz des Überlagerungsoszillators erhalten wird, von dessen Ausgangssignal ein Teil an ihn angelegt ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des Bandpaßfilters nach der Erfindung, und

F i g. 2 Diagramme zur Erläuterung der Betriebsweise der Abstimmeinricht.ungdes Filters von Fig. 1. so In F i g. 1 empfängt die Eingangsklemme 1 die zu filternden Signale, die an den Eingang des Bandpaßfilters 2 angelegt und an seiner Ausgangsklemme 3 abgegeben werden, nachdem sie vier Hohlraumresonatoren durchquert haben, die in Reihe gekoppelt und durch vier Kolben 4, 5, 6, 7 mit veränderlicher Eintauchtiefe abgestimmt sind, welche durch eine gemeinsame Welle 9 formschlüssig mechanisch angetrieben werden, welche außerdem das Eindringen eines Kolbens 8 in einen Bezugshohlraumresonator 10 steuert, die beide den entsprechenden Elementen des Filters 2 technologisch gleichen.

Der Hohlraumresonator 10 erhält über eine Eingangsklemme 11 ein Bezugssignal und gibt es an einer Ausgangsklemme 12 wieder ab. Letztere ist mit einer Wicklung 13 eines elektrischen Drehfeldmotors 14, der außerdem eine zweite Wicklung 20 aufweist, über einen Demodulator 15 und einen diesem nachgeschalteten Verstärker 16 verbunden. Die zweite Wicklung 20 des

Motors 14 wird durch einen Generator 17 gespeist, dessen Ausgangssignal, das über eine Klemme 18 abgegeben wird, außerdem einem zweiten Eingang 19 des Hohlraumresonators 10 zugeführt wird. Der Motor 14 treibt die Welle 9 mechanisch an.

Wenn das Bandpaßfilter 2 ein Eiugangshöchstfrequenzfilter eines Superheterodynempfängers ist, der beispielsweise den Bereich von 6 bis 7 GHz überdecken soll, wobei die Bandbreite des Filters 2 50 MHz betragt und wobei die des zugeordneten Zwischenfrequenzfilters ihre Mittenfrequenz bei 70 MHz hat, wird das an die Klemme 11 angelegte Bezugsfrequenzsignal das Ausgangssignal eines Oberlagerungsoszillators in Form eines Synthesizers mit elektrischer Frequenzsteuerung sein, der den Bereich von 6,070 bis 7,070 GHz überdeckt Der Hohlraumresonator 10 wird daher praktisch gleich denjenigen sein können, die das Filter 2 bilden, wobei der Kolben 8 gegenüber denen des Filters 2 in seiner Kupplung mit der Welle 9 sehr wenig versetzt ist, um eine Frequenzabweichung von 70 MHz zwischen der Abstimmung des Bezugshohlraumresonators und der des Filters aufrechtzuerhalten.

Das Filter 2 wird deshalb korrekt abgestimmt sein, wenn der Bezugshohlraumresonator bei der Frequenz des Überlagerungsschwingungssignals, das an seinem Eingang 11 anliegt, in Resonanz ist.

Dieses Ergbnis wird durch eine Regelschleife für den mechanischen Antrieb 9, die die Elemente 15, 16, 14, 9 und 8 enthält, automatisch erhalten. Ihre Betriebsweise wird anhand der Diagramme von F i g. 2 erläutert.

In F i g. 2a stellt die Kurve 21 die Resonanzkurve des Hohlraumresonators 10 dar, d. h. in Wirklichkeit die Amplitude des an der Ausgangsklemme 12 abgegebenen Signals in Abhängigkeit von einem Signal mit konstanter Amplitude und veränderlicher Frequenz, das an der Klemme 11 anliegt.

Der Generator 17 gibt ein Signal ab, das eine Frequenz von 400 Hz hat und an den zusätzlichen Eingang 19 des Hohlraumresonators 10 anliegt und durch das eine in ihm enthaltene, aber nicht dargestellte Diode mit veränderlicher Kapazität moduliert wird, was eine Änderung der Resonanzfrequenz dieses Hohlraumresonators im Takt der Amplitude des Signals von 400 Hz verursacht, woraus sich entsprechende Änderungen der Amplitude des an der Klemme 12 erhaltenen Signals ergeben.

F i g. 2b zeigt drei Beispiele von Amplitudenänderungen (Kurven 21,.22 und 23), die für ein Übenagerungsschwingungssignal der Frequenz Fi bzw. F2 bzw. F₀ und ein und dieselbe SpitzeSpitzeAmplitude E des Signals von 400 Hz während einer Periode T dieses Signals erhalten werden.

Ein entsprechendes Modulationssignal wird am Ausgang des Amplitudendemodulators 15 erhalten.

Es ist zu erkennen, daß die Signale, die für eine Überlagerurigsschwingungsfrequenz, wie die Frequenz Fi, erhalten werden, die größer als die Resonanzfrequenz F₀ ist, in Gegenphase mit denjenigen sind, die für eine Frequenz, wie die Frequenz Fi, erhalten werden, die kleiner als die Frequenz F₀ ist, und daß ihre Amplitude für die Frequenz F₀ Null wird, wobei dann die zweite Harmonische des Modulationssignals die Grundschwingung des erhaltenen Signals wird.

In Fig.2c stellen zwei Kurven 30 und 31 die Amplitude des Signals von 400 Hz dar. die an den Klemmen der Wicklung 13 in Abhängigkeit von der Frequenz des an die Klemme 11 angelegten Signals auftritt. Dieses Signal geht durch zwei Maxima, die den Wendepunkten entsprechen, welche sich beiderseits der Resonanzkurve 21 befinden, und durch einen Nullpunkt bei der Resonanzfrequenz F₀ des Hohlraumresonators . 10. wobei sich in diesem Nullpunkt die beiden Kurven 30 und 31 treffen, deren Signale, die sie darstellen, in Gegenphase sind, wie oben bereits dargelegt

Wenn die Wicklung 20 ein Signal mit derselben Frequenz empfängt, das aber gegenüber dem an die Wicklung 13 angelegten Signal eine Phasenvoreilung oder Phasennacheilung von 180° aufweist, wird sich der Motor 14 in einer für diese Phasenverschiebung kennzeichnenden Richtung drehen, wenn die Amplitude des Signals von 400 Hz größer als ein Empfindlichkeitsschwellenwert des Systems ist, der durch die Gerade 32 dargestellt ist, welche die Kurve 30 bei den Frequenzen Fi ynd F₀ — ε und die Kurve 31 bei den Frequenzen F₀ + ε und F_sschneidet.

Für eine bestimmte relative Anschlußrichtung der

Wicklungen 13 und 20 treibt der Motor den Kolben 8 derart an, daß der Hohlraumresonator 10 bei der angelegten Frequenz F₀, bis auf ±ε, in Resonanz ist, wobei das Filter 2 gleichzeitig auf die empfangene Frequenz F_D — 70 MHz, ebenfalls bis auf ±ε plus einer Toleranz in der mechanischen Verstellung der Kolben, abgestimmt ist.

Die Toleranz ε kann nach Belieben verringert werden, indem der Regelschleife die notwendige Verstärkung gegeben wird, insbesondere indem die des Verstärkers 16 vergrößert wird.

^J0 Eine Beschränkung ergibt sich indessen in dieser Richtung durch die Vergrößerung der daraus resultierenden Trägheit, um die Pumpeffekte, die allen Regelungen gemeinsam sind, zu vermeiden.

Es ist oben gezeigt worden, daß die Regelung

η einerseits bei dem gesuchten Gleichgewicht und andererseits bei Eingangsfrequenzen in Ruhe ist, die kleiner als eine Grenzfrequenz F, und größer als eine Grenzfrequenz F_ssind.

Diese letztere Situation soll sich im Betrieb nicht häufig einstellen, da die Resonanzfrequenz der Hohlraumresonatoren den Änderungen der Frequenz des Überlagerungsoszillators folgt. Nach einem Stillstand, selbst einem längeren, wird die Drift der Resonanzfrequenz der Hohlraumresonatoren normalerweise nicht ausreichen, um die Zone F₅ — F'zu verlassen. Wenn die Abstimmung des Überlagerungsoszillators in der Ruheperiode der Geräte modifiziert worden ist, wird es indessen erforderlich sein, die Kolben manuell in die oben genannte Zone zurückzubringen. Es ist leicht, diesen Nachteil zu beseitigen, indem ein herkömmliches Suchsystem benutzt wird, welches durch das Signal gesteuert wird, das ein Vergleicher liefert, der zwei analoge Informationen empfängt, die für die Frequenzpositionen des Überlagerungsoszillators bzw. des Bezugshohlraumresonators kennzeichnend sind und beispielsweise durch die Positionierung eines mit der Antriebswelle gekuppelten Nachbildungspotentiometers und durch den Teilungsfaktor der das Überlagerungsschwingungssignal liefernden Synthesizer geliefert werden.

Das Filter ist für den Fall der Anwendung bei einer Empfängereingangsfilterung beschrieben worden, es ist aber bei jeder Bandpaßfilterung in einem großen Abstimmbereich, in Verbindung mit einer Frequenzum^h) setzung, anwendbar, insbesondere bei einem Sender,der eine Mischstufe enthält, die ein mit fester Frequenz moduliertes Signal in ein veränderliches Höchstfrequenzsignal mit Hilfe eines Synthesizers umsetzt, von

dessen Ausgangssignal ein Teil an die Klemme 11 angelegt wird, wie in dem beschriebenen Beispiel, wobei die Mischstufe das Höchstfrequenzsignal über das Filter 2 liefert.

Vorstehende Darlegungen zeigen klar, daß das Filter "> nach der Erfindung dem Gerät, dem es zugeordnet ist, einen hohen Automatisierungsgrad gibt, da ein einziger Fernsteuerbefehl genügt, um das Gerät auf die gewünschte Frequenz einzustellen, wodurch insbesondere vermieden wird, daß ein Fernsteuerungsdefekt m dazu führt, daß gegensätzliche Befehle an die verschiedenen einzustellenden Elemente abgegeben werden.

Andererseits wird der Befehl zur Frequenzänderung an den Synthesizer abgegeben, bei welchem es sich um eine Unteranordnung handelt, die bestens geeignet ist, ihn zu empfangen und ihn ohne Zwischenschaltung einer elektromechanischen Einrichtung auszuführen, wobei sich die anderen einzustellenden Elemente dem Zustand des Synthesizers durch Folgeregelung anpassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bandpaßfilter, das π Kreise enthält, die mit Hilfe einer einzigen Antriebswelle mechanisch abstimmbar sind, und dessen Abstimmfrequenz von der des Oberlagerungsoszillators eines Frequenzumsetzers abhängig ist, gekennzeichnet durch eine Abstimmeinrichtung, die einen zusätzlichen abstimmbaren Kreis (8, 10) enthält, dessen Abstimmung durch die Antriebswelle (9) gesteuert wird und dessen Nennabstimmfrequenz für jede Position der Antriebswelle (9) um einen festen Wert gegenüber der der anderen Kreise (2) verschoben ist, und durch eine Regeleinrichtung (8, 9, 14, 15, 16), die die Antriebswelle (9) automatisch derart positioniert, daß die Abstimmung des zusätzlichen Kreises (8,10) auf die Augenblicksfrequenz des Überlagerungsosz'Ilators erhalten wird, von dessen Ausgangssignal ein Teil an ihn angelegt ist

2. Bandpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8,9,14,15, 16) einen zweiphasigen Drehfeldmotor (14) enthält, mit einer ersten Wicklung (20), der das Ausgangssignal eines Generators (17) zugeführt wird, welcher eine feste niedrige Frequenz liefert, und Einrichtungen zur Durchstimmung der Abstimmfrequenz des zusätzlichen Kreises (8, 10) versorgt, und mit einer zweiten Wicklung (13), an die nach Demodulation und Verstärkung ein die Amplitudenänderungen darstellendes Signal im Takt der niedrigen Frequenz des durch den zusätzlichen Kreis (8, 10) abgegebenen Signals angelegt wird.

3. Bandpaßfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreise (8, 10; 2) Höchstfrequenzhohlraumresonatoren sind und daß die Durchstimmeinrichtungen eine Diode mit veränderlicher Kapazität enthalten.