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Sperrfilter, vorzugsweise für den UHF-Frequenzbereich
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Die Erfindung betrifft ein Sperrfilter, vorzugsweise für den UHF-Frequenzbereich,
bestehend aus wenigstens einem Parallelresonanzkreis, dessen Induktivität als ein
wellenwiderstandsrichtig über einer leitenden Fläche (Masse) angeordneter, an einem
Ende mit dieser galvanisch verbundener Leiter ausgebildet ist, sowie einer dazu
in geringem Abstand etwa parallel geführten Auskopp ell eitung.
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Derartig aufgebaute Sperrfilter sind aus der Praxis durch ihre umfangreiche
Benutzung in sog. Kammerkreisen allgemein bekannt und bieten gegenüber Resonanzkreisen
mit gewickelten Drahtspulen den Vorteil günstigerer Filterkennwerte, insbesondere
bei hohen Frequenzen.
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Bei diesen Kammerkreisen sind die Resonanzblindwiderstände in verhältnismäßig
hohen Metallkammern angeordnet, wobei die Auskopplung der Hochfrequenzenergie entweder
galvanisch oder induktiv bzw. kapazitiv mittels durch Ausnehmungen in den Seitenwänden
der Metallkammern geführte Leiter erfolgt.
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Die Kammerwände sind in der Regel aus Stahlblech hergestellt und hart
verlötet, damit sich das Gehäuse beim Oberflächenvergüten (normalerweise Unterkupferung
und Verzinnung, in Extremfällen Versilberung) nicht versieht und somit eine Verschlechterung
der elektrischen Werte durch Änderung der Kammerabmessungen vermieden ist. Der Kammeraufbau
erfordert also neben erheblichen Mengen an Stahlblech und Veredelungsmaterial eine
zeitraubende Fertigung.
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Die aus solchen bekannten Kammerkreisen aufgebauten Sperrfilter zeichnen
sich zwar durch gute elektrische Kennwerte aus, sind jedoch aus den angeführten
Gründen in Aufbau und ilerstellung sehr aufwendig und teuer.
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Außerdem benötigen sie ein großes, nicht in allen Anwendungsfällen
zur Verfügung stehendes Volumen. Hinzu kommt, daß die Eignung für einen serienmäßigen
Abgleich gering ist, weil die Einstellung der gewünschten Kopplung durch Verbiegen
der aus verhältnismäßig dünnem Draht bestehenden Auskoppelleiter wegen der vielen
Freiheitsgrade nicht eindeutig festlegbar und damit umständlich und zeitraubend
ist.
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Es sind auch Sperrfilter bekannt, die gegenüber der eingangs genannten
Art in der Weise abgewandelt sind, daß der als einseitig kurzgeschlossene Doppelleitung
mit Kurzschlußschieber ausgebildete Induktivitätsleiter nicht mit Nasse verbunden
und nicht direkt über der Nasseplatte angeordnet ist, sondern über dem in geringem
Abstand von der Masseplatte wellenwiderstandsrichtig geführten Auskoppelleit er.
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Gegenüber den beschriebenen Kammerkreisen benötigen diese, z. B.
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aus dem DE-Gbm 70 11 603 bekannten Sperrfilter keine Kammerwände und
weisen daher einen geringeren Raumbedarf auf; auch lassen sich für die meisten Einsatzfälle
ausreichend gute elektrische Kennwerte erzielen. Allerdings sind dazu äußerst geringe
Toleranzen bezüglich der Abmessungen der Leiter selbst, sowie vor allem ihrer gegenseitigen
Abstände und derjenigen von der leitenden Fläche einsuhalten. Außerdem ändert sich
bei der Abstimmung mittels Kurzschlußschieber nicht nur die Resonanzfrequenz, sondern
auch die Sperrtiefe der Resonanzkreise, weshalb 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 EF-Potential
liegen. Damit ist nicht nur die Herstellung solcher Filter, sondern auch ihr Abgleich
aufwendig und kostspielig. Hinzu kommt ein verhältnismäßig hoher Materialbedarf
und komplizierter Aufbau durch die
unabdingbare Verwendung von als
Abstandshalter und Haltekörper dienenden Isolierstützen, wodurch die Kosten zusãtzlich
erhöht sind. Weiterhin ist durch die Verwendung der Kurzschlußschieber zum Abstimmen
dieser bekannten Sperrfilter ein Mindestabstand zwischen den Induktivitäts- und
Auskoppelleitungen nötig, wodurch die erreichbare Sperrtiefe wesentlich begrenzt
ist.
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Schließlich sind wegen der mittels der angeführten Isolierstützen
bestimmten festen Abstände zwischen den Leitern nur verhältnismäßig kleine Durchstimmbereiche
möglich, so daß für den gesamten UHF-Bereich eine große Anzahl Baugruppen mit unterschiedlichem
Abstand der koppelnden Leiter (unterschiedliche Isolierstfftzen) und abgestuften
Werten der Resonanzkreiskapazitäten nötig sind. Dieser Nachteil haftet auch solchen
denkbaren Ausführungen an, bei denen der Induktivitätsleiter einseitig starr mit
Masse verbunden und auf Abstandshalter verzichtet ist, weil dabei keine nennenswerten
Abstandsänderungen zwischen dem Induktivitäts- und dem Auskoppelleiter möglich sind.
Dies bedingt nicht nur eine weitere Erschwerung der Herstellung, 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
beim Zusammenschalten mit weiteren Sperr- oder Bandpaßfiltern und stellen insgesamt
in vielen Fällen einen sinnvollen praktischen Einsatz in Frage.
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Durch die Erfindung ist die Aufgabe gelöst, ein Sperrfilter zu schaffen,
bei dem die geschilderten, aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile auf möglichst
einfache und kostengünstige Weise dauerhaft wirksam vermieden sind.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiter und
die Auskoppelleitung aus steifem Material bestehen und derart ausgebildet sind,
daß sie sich möglichst großflächig gegenüberliegen, und daß die Endteile der Auskoppelleitung
über verbiegbare Anschlußleitungen mit den Innenleitern der vorzugsweise koaxialen
Anschlußbuchsen verbunden sind.
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Durch die großflächige Kopplung ist auf einfache Weise eine ausreichend
hohe Sperrdämpfung ohne Kammerwände realisierbar und dadurch der Vorteil eines äußerst
geringen Raumbedarfs und eines minimalen Material- und Herstellungsaufwandes erreicht.
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Außerdem ist die Auskoppelleitung nur insgesamt bewegbar, so daß entlang
ihrer gesamten Länge gleichmäßige Abstandsänderungen erzielbar sind. Damit ist eine
ebenso einfache wie exakte, eindeutig reproduzierbare und damit auch für den Serienabgleich
besonders gut geeignete Einstellung des Koppelfaktors ermöglicht.
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Ein weiterer großer Vorteil liegt darin, daß für den gesamten UXF-Benich
nur eine einzige Ausführung benötigt wird, die durch den einstellbaren Resonanzkreiskondensator
abstimmbar ist; dabei bestimmt dieser lediglich die Resonanzfrequenz, ohne die Sperrtiefe
zu beeinflussen. Beide Werte sind also schnell und genau voneinander getrennt einstellbar.
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Der Aufbau des erfindungsgemäßen Sperrfilters ist denkbar unkompliziert
und erfordert einen geringen Materialaufwand, so daß insgesamt die Kosten für Herstellung
und Abgleich minimal sind.
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Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen
Sperrfilters.
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Eine spürbare Verringerung der Herstellungs- und vor allem der Abgleichkosten
ist durch eine Ausbildung nach Anspruch 2 erreicht. Sie wirkt sich umso vorteilhafter
aus, je mehr Kreise das Filter aufweist. Dabei ist es bei mehrkreisigen Kanalfiltern
gleichgültig, ob die masseseitigen oder die freien Enden der Induktivitätsleiter
einander zugekehrt sind, oder ob eine alternierende Anordnung gewählt ist, während
bei Zusammenschaltung mit Pässen die zuletzt genannte Anordnung zweckmäßig ist.
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Die bei einer Ausführung nach Anspruch 3 vorgesehenen Kondensatoren
erfüllen auf ebenso einfache wie elegante Weise mehrere bei den zum Stand der Technik
genannten Filtern nicht gelöste Aufgaben gleichzeitig. Vor allen Dingen kompensieren
sie die schädliche Induktivität der Auskoppelleitung, wodurch die Grenzfrequenz
des erfindungsgemäßen Sperrfilters bis auf etwa 1 GHz erhöht ist. Zudem vermindern
sie die Durchgangsdämpfung des Filters auch außerhalb des Sperrbereichs, wodurch
sie sich besonders gut zur Zusammenschaltung mit Pässen zu Frequenzweichen eignen.
Bei dieser Anwendung kommt als n für die Praxis ganz wesentlicher Vorteil hinzu,
daß die Durchlaßkurve auch bei extremen Abweichungen der Anschlußimpedanzen vom
Sollwert keine nennenswerten Änderungen erfahren.
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Wegen des genannten Kompensationseffekts verlaufen die Flanken der
FiMercharakteristik in vorteilhafter Weise symmetrisch.
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Schließlich dienen die Kondensatoren auch noch als mechanisch stabile
Stützen der Auskoppelleitungen. Dabei eignen sich die Anschlußdrähte der auf dem
Markt befindlichen Glas dur chführungen besonders gut zum Biegen. Außerdem weisen
diese auch als Stiftdurchführungen bezeichneten Kondensatoren in vorteilhafter Weise
kleine Verlustwinkel auf.
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Bei einer Ausgestaltung und Anordnung der Leiter nach Anspruch 4 ist
eine in weiten Grenzen vom gegenseitigen Abstand unabhängig homogene Feldverteilung
und damit die Möglichkeit einer genauen und gleichmäßigen Einstellbarkeit der gegenseitigen
Abstände der Leiter ermöglicht. Außerdem sind dabei hohe Sperrtiefen auch bei niedrigen
Frequenzen erreichbar.
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Für die elektrischen Eigenschaften ist es unerheblich, ob die Leitungen
mit den Breit- oder den Schmalseiten über der leitenden Fläche angeordnet sind.
Mechanisch hat jedoch die letztgenannte Variante den Nachteil, daß die Anschlußdrähte
wegen des mit Rücksicht auf die wellenwiderstandsrichtige Anordnung der Leiter geringen
Abstands von der leitenden Fläche sehr kurz sind und dadurch sowohl der mögliche
Hub der Auskoppelleitung klein, als auch die Bruchgefahr der Anschlußdrähte verhältnismäßig
hoch ist.
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Für die Anwendung bei mehrkreisigen Filtern gemäß Anspruch 2 ist zwischen
je zwei Resonanskreisen lediglich eine Glasdurchführung nötig, wodurch diese vorteilhafte
Ausführung besonders kostengünstig ist.
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Die in Anspruch 5 vorgesehene Ausbildung der Leiter bietet gegenüber
bandförmigen bei gleichem Platzbedarf eine größere Auskoppelfläche und damit eine
größere Sperrtiefe bzw. bei gleicher Sperrtiefe die Möglichkeit, eine kürzere Auskoppelleitung
zu wählen.
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Eine zusätzliche Verkleinerung der Baugröße der erfindungsgemäßen
Sperrfilter ist auf einfache und zweckmäßige Weise möglich durch eine Ausgestaltung
nach Anspruch 6.
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Durch einen Aufbau des Sperrfilters nach Anspruch 7 ergibt sich eine
weitere Verringerung des Materialaufwandes und Vereinfachung der Herstellung, wobei
das Gußverfahren (Anspruch 9) gegenüber dem Stanzverfahren (Anspruch 8) bei größeren
Stückzahlen und insbesondere bei Verwendung eines Metallgehäuses die kostengünstigere
Lösung darstellt, weil dabei die Metallplatte, der bzw. die Induktivitätsleiter,
sowie das Gehäuse in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar sind. Außerdem ist bei
diesem Verfahren die Möglichkeit einer Anordnung nach Anspruch 10 gegeben, bei der
wegen der geringeren Streufelder geringere Anforderungen an die Abstandstoleranzen
gestellt sind.
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Die Verwendung von Leitern aus einseitig mit Metallbelag versehenem
Isoliermaterial nach Anspruch 11 hat den Vorteil, daß der Abstand von der leitenden
Fläche ohne besondere Maßnahmen auf der gesamten Länge genau gleich groß ist. Zudem
sind derartige Leiter auch bei Verwendung hochwertigen Isoliermaterials1 wie z.
B. Teflon, billig und können kürzer ausgeführt sein als vollmetallische in Luft
geführte Leiter. Allerdings weisen sie diesen gegenüber geringfügig schlechtere
Werte auf.
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In Weiterführung dieses Gedankens ergibt die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Sperrfilters nach Anspruch 12 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 durch
schwierigere Verbindungen der Leiter mit Masse kompensiert. Außerdem sind ebenso
wie bei dem Aufbau nach Anspruch 11 die elektrischen Werte nicht optimal.
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Eine Verbesserung der elektrischen Daten der Sperrfilter ist dadurch
erreichbar, daß die Leiter und die diesen gegenüber liegenden Masseteile gemäß Anspruch
13 einen möglichst hohen elektrischen Leitwert besitzen.
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Die Fig. zeigen vier Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sperrfilters
in teilweise geschnittener Draufsicht. Zu den Fig. 1 und 2 ist außerdem jeweils
ein Teilschnitt angegeben. Die Sperrfilter nach Fig. 1 und 2 stellen Einzelkreislösungen
dar, während die Aufbauten nach den Fig. 3 und 4 zweikreisige Kanalsperren mit abgewinkelten
Induktivitätsleitungen sind.
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In einem Gehäuse 1 ist eine als Massefläche dienende ebene Metallplatte
2 angeordnet, über der in einem dem Wellenwiderstand von 75 Ohm entsprechenden Abstand
für jeden Resonanzkreis ein als Induktivität wirkender Leiter 3 geführt, an einem
Ende 4 damit verlötet und am anderen Ende mit einem Spindel-Trimmerkondensator 5
verbunden ist, dessen mit der Spindel 6 verbundener Anschluß 7 an Masse liegt. Mit
diesem Kondensator 5 ist der Resonanzkreis im gesamten UEF-Bereich durchstimmbar.
Dabei ist der Abgleich wegen der an Masse liegenden Spindel 6 in vorteilhafter Weise
völlig unempfindlich gegen den Einfluß des durch eine Ausnehmung 8 im Gehäuse 1
geführten Abstimmwerkseuges.
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Zur Auskopplung der Hochfrequenzenergie ist etwa parallel zum Leiter
3 eine Auskoppelleitung 9 geführt, deren Abstand vom Leiter 3 und diesem gegenüberliegende
Fläche die Stärke der Kopplung und damit die Sperrtiefe des Filters bestimmen. Ihre
Enden sind jeweils über die Anschlußdrähte 10 eines die Metallplatte 2 durchsetzenden
Glasdurchführungskondensators 11 mit dem Innenleiter 12 einer koaxialen Anschlußbuchse
13 verbunden. Damit ist nicht nur eine sichere mechanische Befestigung der Auskoppelleitung
9 gegeben, sondern auch eine Kompensation ihrer schädlichen Induktivität und damit
eine wesentliche Verringerung der Durchgangsdämpfung auch bei hohen Betriebsfrequenzen
und vor allen Dingen auch außerhalb des Sperrbereichs, weshalb sich das Sperrfilter
besonders gut zur Zusammenschaltung mit weiteren Sperrfiltern anderer Betriebsfrequenz
und/oder Bandpässen eignet. Außerdem ist durch den genannten Aufbau der Vorteil
gegeben, daß der Abstand der Auskoppelleitung 9 vom Leiter 3 auf einfache Weise
genau und reproduzierbar einstellbar ist und der gewählte Abstand sicher und unabhängig
von Erschütterungen dauerhaft erhalten bleibt. flir die Einstellung der Kopplung
ist dabei nur noch ein einziger Freiheitsgrad relevant, nämlich der auf der ganzen
Länge der Auskoppelleitung 9 konstante Abstand vom Leiter 3. Dadurch ist z. B. mit
Lehren eine besonders einfache Einstellung der Kopplung ermöglicht und das Filter
besonders gut für die Serienherstellung geeignet. Bei der Abstandsänderung erfolgt
allerdings keine reine Parallelverschiebung der Leiter, sondern eine leichte Drehung
der Auskoppelleitung 9 um die Einspannpunkte der Anschlußdrähte.10 an den Glasdurchführungen
11, weshalb in den Draufsichten der Figuren 1, 3 und 4 die Leiter etwas zueinander
verschoben dargestellt sind. Die in der Praxis erforderlichen ibstandsänderungen
sind jedoch verhältnismäßig gering, so daß die durch die Drehung der Auskoppelleitung
9 verursachte Verringerung des homogenen Feldes zwischen den Leitern 3 und 9 nicht
ins Gewicht fällt.
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Überdies kann dieser Effekt noch dadurch verringert werden, daß die
einander zugewandten Flächen der Leiter 3 und 6 groß gewählt werden. Dies ist auch
im Hinblick auf die gewünschten hohen Sperrtiefen sinnvoll. Dabei hat es sich als
zweckmäßig erwiesen, entweder bandförmige Materialien mit rechteckigem Querschnitt
zu wählen (Fig. 1, 3 und 4) oder den einen Leiter 3 bzw. 9 halbschalenförmig und
den anderen 9 bzw. 3 zylinderförmig auszubilden (Fig. 2).
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Zur Verringerung der Filterabmessungen können die Leiter 3 entsprechend
den Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ein-oder mehrfach abgewinkelt sein.
Wenn dabei die Koppellänge im Einzelfall nicht ausreicht, so ist neben einer Verbreiterung
der Leiter und damit der Koppelfläche auch die Möglichkeit gegeben, die Auskoppelleitungen
9 entsprechend abzuwinkeln.
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Bei diesen zuletzt genannten Sperrfilterausführungen sind jeweils
beide Resonanzkreise auf die gleiche Frequenz abgestimmt.
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Es ist jedoch auch möglich, die Kreise unterschiedlich absustimmen
und damit Kanalgruppensperren aufzubauen. Bei den genannten Geräten ist die in den
Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung der Leiter 3 nicht unbedingt erforderlich, vielmehr
könnten diese auch mit den masseseitigen Enden einander benachbart liegen. Sollen
jedoch diese Sperrfilter mit Bandpässen zu Weichen zusammengeschaltet werden, dann
ist die in Fig. 3 und 4 dargestellte Anordnung zweckmäßiger, weil dann der Zusammenschaltpunkt
(Sternpunkt) am Spannungsbauch der Auskoppelleitung liegt, womit die erforderliche
Hochohmigkeit im Sperrbereich gegeben ist.
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Bei mehrkreisigen Ausführungen des erfindungsgemäßen Sperrfilters
ist in vorteilhafter Weise lediglich eine Auskoppelleitung mit nur einem Glasdurchführungskondensator
zwischen je zwei Kreisen nötig, wodurch ein sehr kostengünstiger Aufbau erreicht
ist.
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