DE3405578C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Filteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Breitbandspektralanalysatoren und Sweepgeneratoren (Wobbelgeneratoren) sind für den Betrieb über einen weiten Frequenzbereich ausgelegt, der sich von nahe Gleichspannung (einigen Hertz) bis zu vielen Gigahertz erstrecken kann. Der außerordentlich breite Betriebsfrequenzbereich derartiger Geräte macht es erforderlich, mehrere unterschiedliche Arten von Filtern für eine genügende Filterung des Signals zu verwenden. Typisch wird ein Bandpaß-YIG-(Yttriumeisengranat)-Filter für Frequenzen oberalb von 1,5 Gigahertz verwendet, während ein Tiefpaß-LC-Filter für den Frequenzbereich unterhalb von 1,5 Gigahertz vorgesehen ist.

Die DE 32 26 143 A1 beschreibt ein Filter mit umschaltbarer Bandbreite. Es handelt sich dabei um einen einzigen durchgehenden Filterzweig eines üblichen LC-Filters. Zu den Induktivitäten sind zusätzlich Dioden in Reihe geschaltet und die Induktivitäten mit Mittelzapfungen versehen, die wiederum über Dioden, die gegensinnig zu den ersten Dioden gerichtet sind, mit den Enden vorangehender Induktivitäten verbunden sind. Je nach an den Filteranordnung angelegter Gleichspannung, nämlich Masse oder positives Potential, kommen entweder die ganzen Induktivitäten oder jeweils nur ein abgegriffener Teil derselben zur Wirkung. Hierdurch erreicht man zwei unterschiedliche Grenzfrequenzen, die von der Dimensionierung des Filters abhängen.

Das Filter gemäß DE 32 26 143 A1 besitzt keine getrennten Filterzweige für unterschiedliche Frequenzbereiche. Die Umschaltung zwischen zwei Grenzfrequenzen erfolgt durch Anlegen eines unterschiedlichen Potentials und Verändern der Induktivitäten.

In der DE-OS 23 41 220 ist eine elektronische Filteranordnung beschrieben, bei der eine Diplexierung nicht vorgesehen ist, d. h. es gibt nur einen einzigen Filterausgang ungeachtet des Filterbereiches. Das Filter kann keinen Gleichstrom bis mehrere Gigahertz bestreichbaren Frequenzbereich abdecken.

In der DE 32 28 449 A1 ist eine elektronische Filteranordnung beschrieben, die mehrere Filterzweige zur Abdeckung des höheren Frequenzbereichs aufweist. Diese Filteranordnung kann aber nicht zur Tiefpaßfilterung verwendet werden, da zwischen den Signal- und den Ausgangsenden Kondensatoren angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Filteranordnung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß ein sehr großer Frequenzbereich, beispielsweise beginnend bei einigen Hertz und bis zu 20 GHz ohne mechanische Filterumschaltung überstrichen werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine elektronische Filteranordnung mit den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.

Es wird ein elektronisches Filter für den Betrieb in einem Frequenzbereich von nahezu Gleichspannung bis über 20 Gigahertz zur Verfügung gestellt. Die Filteranordnung umfaßt die Kombination eines gyromagnetischen Resonanzfilters, in dem vorzugsweise ein magnetisches Resonanzelement aus Granat, beispielsweise Yttriumeisengranat (YIG) und ein LC-Filter vorgesehen sind. Insbesondere ist die Eingangskoppelungsschleife eines YIG-Filters in die Induktivität eines LC-Filters integriert. Ein niederfrequentes Eingangssignal geht durch das LC-Filter, einschließlich der YIG-Eingangskoppelschleife, und ergibt ein Tiefpaßausgangssignal. In ähnlicher Weise geht ein Hochfrequenzeingangssignal durch das YIG-Filter unter Verwendung derselben Eingangskoppelschleife und ergibt ein Bandpaßausgangssignal.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines kombinierten YIG/LC-Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.

Das in der Zeichnung dargestellte Filter weist einen Eingangssignalanschlußpunkt 10 auf, der mit einem YIG-Filter 12 verbunden ist. YIG-Filter 12 umfaßt erste und zweite YIG-Kugeln 14 und 16 und Koppelschleifen 18, 20, 22 und 24. Die Koppelschleife 18 ist mit ihrem einen Ende an den Eingangssignalanschlußpunkt 10 angeschlossen und dient zur Koppelung des Eingangsanschlußpunktes 10 an die erste YIG-Kugel 14. Koppelschleifen 20 und 22 sind miteinander über einen Leiter 26 verbunden sowie an Masse angeschlossen und dienen zur Koppelung der YIG-Kugel 14 an die zweite YIG-Kugel 16. Die Koppelschleife 24 ist zwischen Masse und einen Bandpaßausgangssignalanschluß 28 geschaltet und dient zur Kopplung der YIG-Kugel 14 an die zweite YIG-Kugel 16 an den Anschlußpunkt 28. Eine Abstimmspule 48 ist den YIG-Kugeln 14, 16 zugeordnet, um ein Magnetfeld in dem Bereich, in dem die Kugeln angeordnet sind, zu erzeugen. Die Abstimmspule wird mit Strom versorgt von einer Stromquelle 50 unter Steuerung eines Schalters 46 a.

Das dem Anschlußpunkt 10 abgewandte Ende der Koppelschleife 18 ist mit einem Ende einer Reihenschaltung dreier Induktivitäten 30, 32 und 34 verbunden, deren entgegengesetztes Ende mit einem Tiefpaßausgangsanschlußpunkt 36 verbunden ist. Drei Kapazitäten 38, 40 und 42 sind jeweils mit einer Seite an Masse angeschlossen und mit der entgegengesetzten Seite mit dem Ende der Induktivität 30, 32 und 34 verbunden, welche sich näher an der Koppelschleife 18 befindet. Der Verbindungspunkt der Induktivitäten 32, 34 und der Kapazität 42 ist über eine Pindiode 44 an einen Kontakt eines Schalters 46 b angeschlossen. Der andere Kontakt des Schalters 46 b ist mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Die Schalter 46 a und 46 b sind Teile eines doppelpoligen Ein- Ausschalters.

Im Betrieb wird ein Eingangssignal an den Signalanschlußpunkt 10 angelegt. Dieses Eingangssignal kann in einem Bereich von etwa beinahe Gleichspannung (einigen Hertz) bis zu vielen Gigahertz liegen. Liegt das Eingangssignal im niederfrequenten Betriebsbereich, unter etwa 1,5 Gigahertz, werden die Schalter 46 a und 46 b in ihre offene Stellung geschaltet, wie in der Zeichnung dargestellt. In der offenen Stellung der Schalter 46 a und 46 b erhält die Abstimmspule 48 keinen Strom und daher ist das YIG-Filter außerhalb der Resonanz. Zusätzlich ist die Diode 44 nichtleitend. Unter diesen Bedingungen ist die Koppelschleife 18 elektrisch eine Induktivität (eine Induktivität in der Größenordnung von einem Nanohenry) welche, zusammen mit den Kapazitäten 38, 40 und 42 und den Induktivitäten 30, 32 und 34, ein Tiefpaß-LC-Filter bildet, dessen Ausgang an dem Anschlußpunkt 36 liegt. Es ist dem Fachmann offenbar, daß derselbe Effekt dadurch erreicht werden kann, daß der Schalter 46 a offen bleibt und das YIG-Filter auf eine Frequenz abgestimmt wird, die entfernt von dem interessierenden Frequenzbereich, definiert durch den Durchlaßbereich des LC-Filters, ist, beispielsweise 3 Gigahertz.

Zum Betrieb bei Hochfrequenz, d. h. etwa oberhalb von 1,5 Gigahertz, werden die Schalter 46 a und 46 b geschlossen. Der Schalter 46 a verbindet die Stromquelle 50 mit der Abstimmspule 48 und die Spule wird zur Erzeugung eines Magnetfeldes derart veranlaßt, daß die Resonanzfrequenz des YIG-Filters in einem interessierenden Frequenzbereich liegt. Dann arbeitet das YIG-Filter als ein Bandpaßfilter, welches Signalkomponenten innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs zum Anschlußpunkt 28 durchläßt. Um ein flaches Amplitudenverhalten in der Nähe der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters zu erhalten, wird die Pindiode 44 über den Schalter 46 b in den LC-Filterschaltkreis geschaltet, und zwar bei einer elektrischen Lage, welche einer ganzzahligen (einschließlich null) Anzahl halber Wellenlängen (bei der Grenzfrequenz) entlang der Übertragungsleitung entspricht, welche dem LC-Filter aus der Koppelschleife 18 gebildet, wodurch ein scheinbarer elektrischer Kurzschluß zur Masse bei der Grenzfrequenz an dem Ende der Koppelschleife 18 reflektiert wird, welches von dem Anschlußpunkt 10 entfernt ist.

Aus den voranstehenden Darlegungen wird deutlich, daß die dargestellte Filteranordnung ein Schalten zwischen dem Bandpaßabschnitt und dem Tiefpaßabschnitt erlaubt, ohne daß ein Relais oder ein mechanischer Schalter im Eingangssignalpfad vorgesehen ist.

Claims (7)

1. Elektronische Filteranordnung mit einem ein gyromagnetisches Resonanzelement mit Eingangskoppelschleife aufweisenden ersten Filterzweig für hohe Frequenzen und einem als LC-Filter aufgebauten zweiten Filterzweig für niedrige Frequenzen, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Eingangskoppelschleife (18) des ersten Filterzweiges auch Teil des LC-Filters des zweiten Filterzweiges ist,
• b) daß die beiden Filter getrennte Ausgänge aufweisen, und
• c) daß der erste Filterzweig für hohe Frequenzen über das gyromagnetische Resonanzelement gesteuert wird, wobei über diese Steuerung auch die Umschaltung zwischen den Filterzweigen erfolgt.

2. Elektronische Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filterabschnitt ein Bandpaß-YIG-Filter ist.

3. Elektronische Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filterzweig ein Tiefpaß-LC-Filter ist.

4. Elektronische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das vom Eingang (10) entfernte Ende der Eingangskoppelschleife (18) selektiv eine scheinbare Masseverbindung anlegbar ist.

5. Elektronische Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die scheinbare Masseverbindung über eine Pindiode (44) herstellbar ist.

6. Elektronische Filteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pindiode (44) in den zweiten Filterzweig an einer Stelle angekoppelt wird, welche um eine ganzzahlige Anzahl halber Wellenlängen bei der Grenzfrequenz des zweiten Filterzweiges von der Eingangskoppelschleife (18) entfernt ist.

7. Elektronische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandpaß-YIG-Filter (12) über einen Elektromagneten (48) erregt wird, der an eine Stromquelle (50) angeschlossen ist, und daß eine Schaltvorrichtung (46 a) zum Trennen der Stromquelle (50) vom Elektromagneten (48) vorgesehen ist, wenn die Pindiode (44) aus dem zweiten Filterzweig ausgeschaltet wird.