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Bandpaßfilter, vorzugsweise für den UHF-Frequenzbereich
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Die Erfindung betrifft ein Bandpaßfilter, vorzugsweise für den UHF-Frequenzbereich,
mit wenigstens zwei gekoppelten Parallelresonanzkreisen, deren Induktivität jeweils
als ein wellenwiderstandsrichtig über einer leitenden Fläche (Masse) angeordneter,
an einem Ende mit dieser galvanisch verbundener Leiter ausgebildet ist.
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Derartige in Leitungstechnik aufgebaute Induktivitäten werden vor
allen Dingen bei solchen Filtern verwendet, an deren elektrische Kennwerte [Flankensteilheit
der Durchlaßkurve, Dämpfungswerte) hohe, bei Benutzung gewickelter Drahtspulen nicht
erreichbare Anforderungen gestellt sind.
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Aus der Praxis sind zwei unterschiedliche Arten der genannten Filter
bekannt, nämlich sogenannte Kammerkreise und Schaltungen mit am Ende kurzgeschlossenen,
mittels Kurzschlußschieber abstimmbaren Doppelleitungen ("Lecherleitungen"), Bei
den Kammerkreisen sind die Resonanzblindwiderstände in verhältnismäßig hohen allseitig
geschlossenen Metallkammern angeordnet, wobei die Kopplung der Kreise entweder galvanisch
oder induktiv bzw kapazitiv mittels durch Ausnehmungen in den Zwischenwänden geführte
Leiter erfolgt.
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Die Kammerwände sind in der Regel aus Stahlblech hergestellt und hart
verlötet, damit sich das Gehäuse bei der Oberflächenvergütung -nicht verzieht, so
daß Änderungen der Kammerabmessungen und dadurch auch der elektrischen Werte vermieden
sind. Der Kammeraufbau erfordert also neben erheblichen Mengen an Stahlblech und
Veredelungsmaterial für die Oberflächenbearbeitung (normalerweise Unterkupferung
und Verzinnung, in Extremfällen Versilberung) einen zeitraubenden Fertigungsaufwand.
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DiE aus diesen bekannten Kammerkreisen aufgebauten Bandpässe zeichnen
sich zwar durch gute elektrische Werte aus, sind jedoch aus den angef hrten Gründen
in Aufbau und Herstellung sehr aufwendig und teuer. Außerdem benötigen sie ein großes,
nicht in allen Anwendungsfällen zur Verfügung stehendes Volumen.
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Hinzu kommt, daX die Eignung für einen serienmäßigen Abgleich gering
ist1 weil die Einstellung der Kopplung durch Verbiegen der Koppelschleife wegen
der vielen Freiheitsgrade nicht ein -deutig festlegbar und dadurch umständlich und
zeitraubend ist.
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Gegenüber den beschriebenen Kammerkreisen weisen Bandpässe mit als
Lecherleitungen ausgeführten Resonanzkreisinduktivitäten, wie sie z.B. aus dem DE-Gbm
69 lo 6o9 bekannt sind, einen geringen Raumbedarf auf. Auch lassen sich für die
eingangs genannten Einsatzfälle ausreichend gute elektrische Daten erzielen. Allerdings
sind dazu äußerst geringe Toleranzen bezüglich der Abmessungen der Leiter und vor
allem ihrer Abstände voneinander und von der leitenden Fläche einzuhalten. Außerdem
ändert sich bei der Abstimmung mittels KurzschluBschieber nicht nur die Resonanz
-frequenz, sondern auch die Sperrtiefe der Resonanzkreise, wes halb in jedem Einzelfall
eine Feineinstellung nötig ist. Diese Justierung ist nicht nur wegen des Einflusses
der Handkapazität und des für eine einwandfreie Kontaktgabe nötigen hohen Kontaktdruckes
schwierig durchführbar, sondern insbesondere auch deshalb, weil die Abstimmelemente
auf HF-Potential liegen. Damit ist nicht nur die Herstellung solcher Filter, sondern
auch ihr Abgleich aufwendig und kostspielig. Dies umso mehr, als der Aufbau der
Resonanzkreise verhältnismäßig kompliziert und in der Menganfertigung nur mit Hilfswerkzeugen
möglich ist.
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Hinzu kommt, daß der hohe Materialbedarf bei Verwendung von Lecherleitungen
die Kosten weiter erhöht. Schließlich sind bei derartigen Filtern wegen der durch
die in konstantem Abstand voneinander angeordneten Lecherleitungen zweier Resonanzkreise
gebildeten festen Kopplung nur verhältnisaßig kleine Durchstimmbereiche (typisch
5 Kanäle) erreichbar, sodaß für den gesamten UHF-Bereich eine große Anzahl von Baugruppen
mit unterschiedlichem
Abstand der koppelnden Leitungsteile und unterschiedlichen
Werten der Auskopplungsblindwiderstände nötig sind. Damit ist nicht nur eine weitere
Erschwerung der Herstellung verbunden, sondern auch eine umfangreichere Lagerhaltung,
sowie eine gewisse Unsicherheit und Umständlichkeit im praktischen Einsatz.
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Die geschilderten Nachteile erweisen sich als besonders schwerwiegend
bei Zusammenschaltungen zu mehrkreisigen Bandpaßfiltern und stellen insgesamt einen
sinnvollen praktischen Einsatz in vielen Fällen in Frage.
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Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst, ein Bandpaßfilter nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, das unter möglichst weitgehender Erfüllung
der elektrischen Anforderungen auch für geringe Kanalabstände und bei hohen Frequenzen
in Aufbau und Herstellung einfach und kostengünstig, sowie für die Mengenfertigung
geeignet ist, kleine räumliche Abmessungen, sowie einen möglichst großen Durchstimmbereich
aufweist und einen dauerhaft sicheren, auch in der Serienherstellung schnell und
genau einstellbaren Abgleich ermöglicht.
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Diese Aufgabe isterfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Teilabschnitte
der Leiter, vorzugsweise ihre masseseitigen Endteile, zueinander benachbart angeordnet
sind und eine in geringem Abstand dazu verlaufende, als Metallbügel ausgebildete
einseitig mit Masse verbundene Koppelschleife vorgesehen ist.
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Die elektrischen Daten dieser nach der Erfindung aufgebauten Bandpaßfilter
liegen nur geringfügig unter den mit Kammer -kreisen erreichbaren Werten und etwa
gleich günstig wie die, welche mit hochwertigen Lecherleitungsfiltern erzielbar
sind.
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Sie reichen in allen Fällen aus, in denen zwischen den Nutzfrequenzbereichen
zwei oder mehr Kanäle Zwischenraum liegen und in einigen Fällen auch dann, wenn
nur ein Kanal zwischen den zusammenzuschaltenden Nutzkanälen liegt. Dabei ist der
Raumbedarf und auch die zu veredelnde Oberfläche erheblich geringer als bei den
bekannten Filtern der genannten Art.
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Außerdem sind die in der Nähe des Spannungsbauchs liegenden "heiBenn
Leiterabschnitte sehr einfach räumlich trennbar, wodurch einerseits die nötige Entkopplung
der Kreise voneinander gewährleistet ist und zum anderen beim Verändern des Abstandes
zwischen Metallbügel und den betreffenden Leiterabschnitten im Gegensatz zu den
bekannten Filtern mit Lecherleitungen nur der Kopplungsfaktor eingestellt und nicht
zugleich auch die Resonanzfrequenz verändert wird.
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Der Metallbügel ist praktisch nur in einer Richtung gegenüber den
Leitungsabschnitten abbiegbar. Damit ist die Einstellung der dem jeweils gewünschten
Kopplungsfaktor entsprechenden Abstände in einem großen Bereich nicht nur äußerst
einfach und schnell ausführbar, sondern vor allem auch eindeutig, reproduzierbar
und dauerhaft sicher. Für die Serienfertigung ergibt sich dadurch die vorteilhafte
Möglichkeit, den erforderlichen Abstand mit einer Lehre einzustellen. Ein Feinabgleich
ist nicht nötig.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß aufgebauten BandpaB-filter
besteht darin, daß für den gesamten UHF-Bereich eine einzige Ausführung der Leiter
und der Koppelschleife genügt und lediglich zwei Baugruppen mit unterschiedlichen
Auskoppelspulen benötigt werden.
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Besonders günstig ist die Anordnung, wenn als benachbarte Leiterabschnitte
die masseseitigen Endteile vorgesehen sind, weil dann zum einen die größte Entkopplung
der Kreise voneinander erreichbar und zum anderen die bekannten, insbesondere im
Hinblick auf die Zusammenschaltung mehrerer Kreise wirksamen Vorteile einer induktiven
Fußpunktkopplung gegeben sind.
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Insgesamt ist also ein Bandpaßfilter gemäB der Erfindung sowohl kleiner,
als auch wesentlich einfacher und kostengünstiger in Aufbau, Herstellung und Einsatz
als die aus dem beschriebenen Stand der Technik bekannten Lösungen.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen bzw. Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Bandpaßfilters beschrieben.
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In allen Fällen, in denen der mit der Koppelschleife alleine erreichbare
Koppelfaktor nicht ausreicht, ist eine Anordnung nach Anspruch 2 vorteilhaft, bei
der die parallel zueinander verlaufenden Leiterabschnitte eine Grundkopplung ergeben,
deren Wert durch die Koppelschleife variierbar ist. Außerdem ist diese -entsprechend
dem geringen Abstand der Leiterabschnitte - schmal, so daß ihre Bewegung in vorteilhafter
Gleise sehr gleichmäBig und wegen des kleinen erforderlichen Hubs mit Sicherheit
im homogenen Feld erfolgt.
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Eine Ausgestaltung nach Anspruch 3 ermöglicht einen besonders platzsparenden
Aufbau des Bandpaßfilters.
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Besonders geringe Abmessungen weist die in Anspruch 4 beschriebene
Ausgestaltung auf, zu derEn Funktionstüchtigkeit es jedoch nötig ist, durch einen
zwischen den Leitern liegenden Massesteg eine ausreichend hohe Entkopplung zu schaffen.
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Bei einer Ausbildung der Leiter gemäß Anspruch 5 sind die entsprechenden
Abschnitte der Koppelschleife gegenüber den Breitseiten der Leiter geführt. Dabei
sind in vorteilhafter Weise seitliche Abweichungen dieser Koppelschleifenabschnitte
aus der durch die Mittelsenkrechten der Leiter gebildeten Ebene in weiten Grenzen
unkritisch, womit eine beträchtliche Vereinfachung und Kostenersparnis bei der Herstellung
des Filters erreicht ist.
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Eine Anordnung der Induktivitätsleiter nach Anspruch 6 bietet den
Vorteil sehr homogener Felder mit geringen Streuungen, sowie hoher Kreisgüten bzw.
geringer Dämpfungsverluste.
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Eine weitere Vereinfachung der Herstellung und des Materialaufwandes
ergibt sich durch einen Aufbau des erfindungsgemäßen Bandpaßfilters nach Anspruch
7. Allerdings liegen sich bei einer Herstellung nach Anspruch 8 aus fertigungstechnischen
Gründen die entsprechenden Leiter und Masseabschnitte nur mit den schmalen, durch
die Stärke der Masseträgerplatte gebildeten Stirnflächen gegenüber, wodurch die
elektrischen Werte etwas ungünstiger liegen können.
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Dieser Nachteil ist bei einer Ausführung des Filters gemäß Anspruch
9 in Verbindung mit Anspruch lo auf ebenso einfache wie wirkungsvolle Weise vermieden.
Außerdem stellt sie die fertigungsmäflig kostengünstigste Lösung dar, weil sowohl
die Leiter, als auch die asseträgerplatts und gegebenenfalls das Gehäuse in einem
Arbeitsgang herstellbar sind.
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Die Verwendung von Leitern aus einseitig mit Metallbelag versehenem
Isoliermaterial (Anspruch 11) hat zunächst den Vorteil, da der Abstand von der leitenden
Fläche ohne besondere hlaB-nahmen auf der gesamten Länge exakt gleich groß ist.
Außerdem sind derartige Leiter auch bei Verwendung hochwertigen Isoliermaterials
wie z.B. Teflon sehr preiswert und können zudem kürzer ausgeführt sein als vollmetallische
in Luft geführte Leiter. Allerdings weisen sie diesen gegenüber geringfügig schlechtere
elektrische Werte auf.
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In Weiterführung dieses Gedankens ergibt die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Bandpasses nach Anspruch 1 eine hinsichtlich preiswerter Herstellung besonders günstige
Lösung, weil die Anzahl der Teile geringer und die Fertigung der Leiter in billiger
Ätztechnik möglich ist. Allerdings wird dieser Vorzug zum Teil kompensiert durch
schwierigere Verbindungen der Leiter mit Masse.
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Außerdem sind ebenso wie bei dem Aufbau nach Anspruch 11 die elektrischen
Werte nicht optimal.
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Das erfindungsgemäße Bandpaßfilter weist dann optimale elektrische
Daten auf, wenn die Leiter und die diesen gegenüberliegenden Masseteile gemäß Anspruch
13 einen möglichst hohen elektrischen Leitwert besitzen.
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Die Ausbildung einer Koppelschleife nach Anspruch 14 ist nicht nur
hinsichtlich des Preises, sondern auch des Abgleiches besonders günstig, weil sie
leicht verbiegbar ist und dennoch in jeder Lage dauerhaft sicher und gegen Erschütterungen
unempfindlich verbleibt. AuBerdem ist sie bis zum Ende des Hubs ausnutzbar, d.h.
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im Bedarfsfalle direkt gegen die Leiter drückbar ohne einen KurzschluB
zu verursachen.
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Dabei ist der Drahtdurchmesser zweckmäßigerweise so gewählt, daß ein
Kompromiß zwischen einem möglichst hohen Gütefaktor einerseits und geringem Preis,
sowie guter Biegefähigkeit andererseits erreicht ist. Außerdem sollte er kleiner
sein, als die Breite der zugehörigen Leiterabschnitte, damit der Draht mit Sicherheit
im homogenen Feld liegt. In der Praxis hat sich ein Wert von etwa 1 mm bei einer
Leiterbreite von etwa 2 mm als günstig erwiesen.
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Die Figuren zeigen sechs Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Bandpaßfilters in Draufsicht. Zur Verdeutlichung des Abstandes der Koppelschleife
von den Leitern ist in den Fig. lb und 4b eine teilweise seitliche Ansicht dargestellt.
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Alle Filter sind zweikreisig auf einer in einem Gehäuse 1 angeordneten
als Schaltungsträger und großflächige Masse dienenden Metallplatte 2 aufgebaut.
Jeder Resonanzkreis weist dabei einen die Induktivität darstellenden bandförmigen
Leiter 3 mit rechteckigem Querschnitt und einen dazu parallel geschalteten, in den
Fig. 1 und 3 bis 6 als Spindeltrimmsr 4 in Fig. 2 als Scheibentrimmer 5 ausgebildsten
Kondensator auf.
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Die Parallelresonanzkreise sind jeweils über eine Auskoppel -spule
6 mit den Innenleitern 7 der koaxialen Anschlußbuchsen 8 verbunden. Zur Betätigung
der Trimmerkondensatoren 4, 5 sind entsprechende Ausnehmungen 9 im Gehäuse 1 vorgesehen.
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In allen Ausführungsbeispielen ist zur Verkopplung der Resonanzkreise
in geringem Abstand von den masseseitigen Endteilen der Leiter 3a, 3b eine einseitig
mit Masse verbundene Koppelschleife lo aus lackiertem Kupferdraht von etwa 1 mm
Durchmesser angeordnet, Die Leiter 3a, 3b sind entweder getrennt (Fig.3) oder einstückig
(Fig. 1, 2, 4, 5, 6), wobei durch einen gesonderten (Fig. 1) oder durch Abwinkeln
der masseseitigen Endteile zur Metallplatte 2 hin geschaffenen Steg 11 (Fig. 2,
4, 5, 6) eine großflächige Verbindung mit Masse hergestellt ist.
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Bei den Ausführungen nach Fig. 1, 4 und 6 wird der nötige Kopplungsfaktor
hauptsächlich durch die Koppelschleife lo erzeugt; bei Ausbildungen nach Fig. 2,
3 und 5 ist durch die in geringem Abstand voneinander etwa parallel angeordneten
masseseitigen Endteile 12a, 12b eine Grundkopplung erzielt, so daB mit der Koppelschleife
lediglich ein Feinabgleich nötig ist.
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Dies hat den Vorteil, daß die Koppelschleife lo nur in geringen Abständen
zu den Leiterendteilen variiert werden muß und sich somit immer im homogenen Feld
befindet. Außerdem ist sie dadurch verhältnismäßig schmal und dadurch ohne Mühe
gleichmäßig verbiegbar.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ist die für die jeweiligen Frequenzkombinationen
benötigte Kopplung ebenso einfach wie exakt und dauerhaft mittels Abstandslehren
einstellbar, da die Verbiegung der Koppelschleife lo praktisch nur in einer Ebene
erfolgt.
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Bei den erfindungsgemäßen Filtern ist die Entkopplung der beiden Resonanzkreise
ausreichend groß, sodaß die bei Kammerkreisen benötigte Trennwand entfallen kann.
Damit ist ein sehr flacher Aufbau ermöglicht. Durch Abwinkeln (Fig. 2, 5, 6) oder
mäanderförmige (Fig. 3) Ausgestaltung der Leiter 3a, 3b ist eine weitere Verringerung
des Platzbedarfs erreicht. Die Leiter 3a, 3b können auch - wie in Fig. 4 dargestellt
- parallel angeordnet sein; in diesem Falle ist allerdings ein dazwischen liegender
Massesteg 13 erforderlich, der eine zu starke Kopplung zwischen den Leitern 3a und
3b verhindert.
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Bei allen Ausführungsbeispielen sind das Gehäuse 1 und die Metallplatte
2 einstückig im zumindest für große Stückzahlen kostengünstigen DruckguBverfahren
hergestellt. Eine weitere Verbilligung ist bei den Filtern nach Fig. 5 und 6 erreicht,
weil die Leiter 3a, 3b im gleichen Arbeitsgang hergestellt sind.
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Dabei weist die Ausführung nach Fig. 6 gegenüber der nach Fig. 5 den
Vorteil auf, die Leiter 3a, 3b mit den Breitseiten (etwa 2,Smm)
den
entsprechenden Masseflächen gegenüber anzuordnen und diese als von der Metallplatte
2 abragende Stege 14 etwas breiter zu gestalten als die Leiter 3a, 3b, wodurch in
vorteilhafter Weise bessere elektrische Werte erreicht sind.
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Allerdings sind die beiden Filter nach Fig. 5 und 6 nur für einfache
Bestückung geeignet, während die Lösungen gemäß den Figuren 1 bis 4 doppelseitig
bestückbar und somit auf.nur einer Metallplatte 2 mehrkreisige Bandpässe oder zu
Weichen zusammengeschaltete PaB-Sperr-Kombinationen aufbaubar sind.
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Die Oberfläche der Leiter 3a, 3b und der Metallplatte 2, sowie gegebenenfalls
des Massestegs 13, sind unterkupfert und zur Erhöhung der elektrischen Güte je nach
Anforderung an die elektrischen Werte verzinnt oder versilbert. Zur Einsparung von
Veredelungs -material können anstatt der gesamten Metallplatte 2 auch nur die den
Leitern 3a, 3b gegenüberliegenden Masseflächen versilbert werden, wobei zweckmäßigerweise
Abdeckmasken Verwendung finden.