DE2836562C2

DE2836562C2 - Verfahren zum Zusammenbau und zur Einstellung eines Schmalband-Kristallfilters in Brückenschaltung

Info

Publication number: DE2836562C2
Application number: DE19782836562
Authority: DE
Inventors: Gyula Dipl.-Phys. Budapest Boglár
Original assignee: Telefongyar Kft
Current assignee: Siemens Telefongyar Kft
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1978-08-21
Publication date: 1983-06-09
Also published as: GB2006564B; DD138398A5; PL209295A1; PL119585B1; DE2836562A1; GB2006564A

Description

35 wobei

Cl die Kapazität des Reihenkondensators;

f die gemessene Reihenresonanzfrequetiz des Filterkristalls;

Af die Differenz zwischen der berechneten unteren Grenzfrequenz des Filters und der gemessenen Reihenresonanzfrequenz des Kristalls;

α die Reihenkapazität des Filterkristalls (Katalogangabe);

Co die parallele Kapazität des Filterkristalls (Katalogangabe) bedeuten,

und der Reihenkondensator (S) mit der so berechneten Kapazität in den Brückenzweig in Reihe mit dem so Filterkristall (4) eingesetzt wird, dann der Dämpfungspol des Bandfilters mit Hilfe des zu Reihcnkondensator (5) und Filterkristall (4) parallelen veränderbaren Kondensators (2,3) auf die vorgeschriebene Polfrequenz eingestellt wird, und dann an der ss Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches des Bandfilters, durch Abstimmung des Übertragungsverhältnisses des Eingangstransformators, eine minimale Dämpfung in der Durchlaßrichtung eingestellt wird.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbau und zur Einstellung eines Kristallbandfilters der im Oberbegriff des Patentanspruchs beschriebenen Art. Ein solches Filter ist der DE-OS 28 36 563 eninehmbar.

65 In den nachrichtentechnischen Einrichtungen und Meßgeräten werden häufig Kristallbandfilter mit sehr geringer relativer Bandbreite verwendet, um ein Signal bestimmter Frequenz aus einem Frequenzgemisch auszuwählen. Diese Kristallbandfilter müssen derart ausgeführt sein, daß ein sehr schmales Durchlaßband und ein außerordentlich steiler Sperrbereich vorliegt, weil es öfter vorkommt, daß in der Nähe der durchzulassenden Frequenz sich andeve wichtige Signale befinden, die nicht in die hinter dem Bandfilter angeordnete Schaltung gelangen dürfen. Zum Beispiel befinden sich bei einer Zwölfkanal-Frequenzmultiplex-Fernsprecheinrichtung zur Freileitungs-Übertragung nach den CCIPP Empfehlungen Signale in einem Abstand von ±175 Hz von der Pilotfrequenz von 80 kHz der automatischen Pegelregelung, deren Pegel größer ist als der Pegel des Pilotsignals. Diese Signale sind zum Betrieb des Systems unentbehrlich notwendig, und die Pilotfrequenz muß aus der Menge dieser Signale mit Hilfe des Bandfilters derart ausgewählt werden, daß das Bandfilter gegen diese Signale eine minimale Dämpfung von mindestens 35 bis 40 dB aufweist Diese Forderungen können nur durch Kristallfilter erfüllt werden. Bei den schmalbandigen Kristallbandfiltern ist es erforderlich, daß die Änderung der wesentlichen Parameter des Filters in dem Betriebsfrequenzbereich während des Betriebs, innerhalb eines gegebenen Temperaturbereiches und während einer gegebenen Zeit unter einem vorgeschriebenen Grenzwert bleibt

Diese engen Toleranzen können mit Hilfe spezieller Einrichtungen und Verfahren z. B. gemäß der US-PS 38 08 752 erreicht werden, die jedoch einen erheblichen Kostenaufwand erfordern.

Die oben erwähnten Forderungen können durch geeigneten Entwurf der Filter erfüllt werden, aber die praktisch ausgeführten Filter weichen von dem vorgesehenen Wert ab. Deshalb muß die spätere praktische Verwirklichung schon während des Entwurfs berücksichtigt werden. Beim Entwurf wird ein Optimum zwischen der nötigen theoretischem Bandbreite und der Kompliziertheit des Filters gesucht und diese optimal gewählte realisierbare Schaltung wird in der Einrichtung verwendet Natürlich wird die Bandbreite infolge der Kompliziertheit der Filter abnehmen, aber gleichzeitig werden die Herstellungskosten wesentlich vergrößert Wenn ein Filter mit niedriger Anzahl der Bauelemente und mit schmaler Bandbreite entworfen werden muß, müssen sehr enge Toleranzen für die verwendeten Elemente (Kristalle, Induktivitäten, Kondensatoren) vorgeschrieben werden. Demzufolge steigen die Kosten sprunghaft weil diese Elemente außerordentlich kostspielig sind. Gemäß den bekannten Herstellungs- bzw. Einstellungsverfahren wird die Antiresonanz des Filterkristalls auf den berechneten Wert oder symmetrisch zur Mitte des Durchlaßbereiches eingestellt, und die Pole des Filters durch Einstellung der anderen Zweige eingestellt Durch dieses Herstellungs- und Einstellungsverfahren wird eine regelmäßige Übertragungscharakteristik erreicht, aber die Bandbreite des Filters kann nicht genau gingestellt werden, weil die Bandbreite durch die Toleranzen der Kristalle bestimmt ist Dadurch ist die Bandbreite jedes Filters verschieden. Die Differenz kann 10 bis 20% betragen. In diesem Fall liegen zwei Möglichkeiten vor:

entweder müssen die zulässigen Toleranzen des Kristalls verschärft werden, oder

es wird ein Filter mit einer höheren Anzahl von Bauelementen verwendet

Aufgabe der Erfindung ist es, die Fehler, die beim Zusammenbau und bei der Einstellung der Kristallfilter auftreten, zu beseitigen und ein Verfahren zur Herstellung und Einstellung eines Filters in Brückenschaltung zu schaffen, das es ermöglicht daß mit Hilfe von Bauelementen (Kristalle, Kondensatoren, usw.) relativ breiter Toleranzen neben einer niedrigen Anzahl ίο der Bauelemente ein Bandfilter mit einer Bandbreite in der Größenordnung von ΙΟ-³ gebaut werden kann, das der berechneten Charakteristik sehr gut entspricht d. h, daß sich die Pole im Durchlaßband genau an den vorbestimmten Stellen befinden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Filter mit minimaler Anzahl der Bauelemente nur hergestellt und genau eingestellt werden kann, wenn die zur Einstellung des Kristalls verwendeten Elemente — der mit dem Kristall in Reihe geschaltete Kondensator, bzw. der zu dieser Reihenschaltung parallel geschaltete Kondensator — in bestimmtem Zusammenhang mit den Parametern des Kristalls stehen, der den Eingang des Filters bildende Transformator abstimmbar ist und seine Bandbreite eine gegebene Größe überschreitet Eine auf diese Weise hergestellte und erfindungsgemäß eingestellte Filtercharakteristik entspricht mit großer Genauigkeit der theoretisch berechneten Charakteristik, und das Filter verhält sich, als ob darin nur praktisch ideale Elemente enthalten wären.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch genannten Maßnahmen gelöst

Die Kapazität des veränderbaren Kondensators entspricht der folgenden Formel:

Cp ⁼ Cosz Co

wobei

Con die parallele Kapazität des berechneten Filterkristalls ist (W. Herzog, Siebschaltungen mit Schwingkristallen, Dieteridische Verlagsbuchhandlung, Juli 1949, S. 18).

Mit Hilfe dieses parallelen veränderbaren Kondensators wird der Pol des Filters auf den gewünschten Punkt eingestellt Dann wird eine minimale Durchlaßdämpfung durch Abstimmung des Eisenkerns des Eingangstransformators auf die mittlere Frequenz des Durchlaßbereiches eingestellt

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher so erläutert In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Filter dargestellt

Der Eingang des Filters ist an die Primärwicklung eines abstimmbaren Eingangstransformators 1 angeschlossen, der eine in der Mitte angezapfte Sekundärwicklung aufweist Die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung des Eingangstransformators 1 bildet eine der Ausgangsklemmen des Filters. Beide Enden der Sekundärwicklung sind mit einem Kondensator 7 verbunden. An ein Ende der Sekundärwicklung ist ein Ende des einen Filterkristall 4 enthaltenden Brückenzweiges angeschlossen. An das andere Ende der Wicklung ist eine Klemme eines Kondensators 6 geschaltet dessen andere Klemme mit dem anderen Ende des den Filterkristall 4 enthaltenden Brückeinzweiges verbunden ist; sie bildet die andere Ausgangsklemme des Filters. Der den Filterkristall enthaltende Brückenzweig besteht aus üem Filterkristall 4, einem mit dem Filterkristall in Reihe geschalteten Kondensator 5, sowie einem zu dieser Reihenschaltung parallel geschalteten Kondensator 3 und einem ebenfalls parallel geschalteten veränderbaren Kondensator 2, Zwischen dem Reihenkondensator 5 und der Reihenresonanzfrequenz des Filterkristalls 4 besteht der folgende Zusammenhang:

^CL=H^cc

wobei

Cl die Kapazität des Reihenkondensators 5;

c_o die parallele Kapazität des Filterkristalls 4 (Katalogangabe);

α die Reihenkapazität des Filterkristalls 4 (Katalogangabe);

f die gemessene Reihenresonanzfrequenz des Filterkristalls 4;

Af die Differenz zwischen der berechneten unteren Grenzfrequenz des Filters und c^v gemessenen Reihenresonanzfrequenz des Kristalls bedeuten.

Der veränderbare Kondensator 2 und der zu ihm parallel geschaltete Kondensator 3 bilden gemeinsam einen ein* teilbaren Kondensator zur Einstellung der Pole. Zwischen ihrem gemeinsamen Wert und den Parametern des Filters besteht der folgende Zusammenhang:

—Co= C₂+C₃

wobei

Cp die Summe des Mittelwertes der Kapazität des veränderbaren Kondensators 2 und des Wertes der Kapazität des parallelen Kondensators 3,

Cosz die parallele Kapazität des berechneten Filterkristalls, und

a, Ci die Kapazitäten der Kondensatoren 1 bzw. 2 sind.

Die Kondensatoren 6 und 7 werden wie gewöhnlich berechnet Die Bandbreite des Eingangstransformators 1 muß aber mindestens zwanzigmal größer sein als die entworfene Bandbreite des Filters.

Die Charakteristik des erfindungsgemäS aufgebauten und eingestellten Filters entspricht mit guter Näherung der theoretischen Charakteristik. Erfindungsgemäß wird das Filter folgendermaßen zusammengebaut und eingestelllt:

Das Filter wird bis auf den den Filterkristall 4 enthaltenden Brückenzweig zusammengesetzt dann wird die Reihenresonanzfrequenz des einzubauenden Filterkristalls 4 gemessen, und die Kapazität des Reihenkondensators 5 aufgrund der gemessenen Frequenz, sowie der Katalogangaben des Kristalls berechnet Dementsprechend wird ein Kondensator mit der berechneten Kapazität ausgewählt und in Reihe mit dem Filterkristall 4 in den Brückenzweig eingebaut Danach wird die Kapazität des zur Reihenschaltung parallelen Kondensators zur Poleinstellung berechnet. Der poleinstellende Kondensator besteht aus dem veränderbaren Kondensator 2 und dem parallelen Kondensator 3, wobei die resultierende Kapazität beider Kondensatoren 2, 3 aus den berechneten Angaben des Filters und den Katalogangaben des Kristalls bestimmt werden kann. Bei der Zusammensetzung wird der veränderbare Kondensator 2 derart in Betracht gezogen, daß nur die in der Mittelstellung vorliegende Kapazität dieses veränderbaren Kondensa-

tors 2 in die Kapazität des poleinstellenden Kondensators einbezogen wird. Nach dem Einfügen dieses poleinstellenden Kondensators ist der Zusammenbau des Filters im wesentlichen beendet, und man kann mit der genauen Einstellung bzw. Abstimmung beginnen. >

Zuerst werden die Pole des Filters mit Hilfe des veränderbaren Kondensators 2 auf die gewünschten Stellen eingestellt, dann wird die Dämpfung des Durchlaßbereiches durch Abstimmung des Eisenkerns des Eingangstransformators I, auf der Mittenfrequenz in des Durchlaßbereiches, zu welcher Frequenz der Durchlaßbereich symmetrisch ist, auf einen minimalen Wert abgestimmt. Zuletzt werden die Abstimmungselemente des fertigen und abgestimmten Filters befestigt.

Das erfindungsgemäß zusammengebaute und abge- ii stimmte Filter erfüllt neben einer minimalen Anzahl der Elemente die Forderung, daß die Filtercharakteristik mit sehr guter Näherung der vorher berechneten Charakteristik entspricht. Die ursprünglichen Parameter des erfindungsgemäßen Filters verändern sich in dem vorgeschriebenen Betriebstemperaturbereich und \ während einer gegebenen Zeit unter Wirkung der Temperaturänderung bzw. der Alterung der einzelnen U Elemente nur vernachlässigbar, und die Änderung bleibt ; jedenfalls unter dem zulässigen Wert. Es ist ersichtlich, *| daß erfindungsgemäß unter Verwendung von wenigen Bauelementen und eines nicht besonders genauen , Filterkristalls ein Filter mit schmaler Bandbreite, steilem *j Durchgangsbereich, großer Dämpfung im Sperrbereich '■ und gleichzeitig mit einer niedrigen Dämpfung im Durchlaßbereich relativ billig hergestellt werden kann. Dieses Filter entspricht mit sehr guter Näherung der theoretisch berechneten Charakteristik und seine Kennwerte bleiben während einer relativ langen Zeit konstant.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Zusammenbau und zur Einstellung eines Schmalband-Kristallfilters in Brückenschal· tung, welches Filter einen Eingangstransformator (1) enthält, der mit einer abstimmbaren, in der Mitte angezapften Sekundärwicklung versehen ist, wobei die Bandbreite des Eingangstransformators (1) mindestens zwanzigmal größer ist als die vorgesehe- to ne Bandbreite des Kristallbandfilters, wobei die Mittelanzapfung der Sekundärwicklung die eine · Ausgangsklemme des Filters bildet, wobei die beiden Klemmen der Sekundärwicklung mit einem Kondensator (7) verbunden sind, und wobei zwischen die beiden Klemmen der Sekundärwicklung die Serienschaltung aus einem Kondensator (6) und aus der Parallelschaltung eines Kondensators (3), eines veränderbaren Kondensators (2) und einer weiteren Serienschaltung aus dem Filterkristall (4) und einem Kondensator (5) geschaltet ist, und wobei weiterhin die Verbindung des Kondensators (6) und der Parallelschaltung die andere Ausgangsklemme des Filters bildet, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zusammenbau des Filters, vor dem Einsetzen des Filterkristalls (4), die Reihenresonanzfrequenz des Filterkristalls (4} gemessen wird, dann aufgrund dieses Wertes und der Katalogangaben des Filterkristalls (4) die Kapazität des Reihenkondensators (5) folgenderweise berechnet wird: