DE3730578A1 - Tiefpassfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tiefpaßfilter nach der Gattung des Hauptanspruchs.

In Nachrichtengeräten werden zur Begrenzung der Bandbreite des Modulationssignals Tiefpaßfilter verwendet. Bei einem im Aufsatz "Modulation shemes aid digital radio growth" in MICROWAVES & RF, Februar 1987, Seiten 75 bis 84 beschriebenen Übertragungssystem wird ein Träger mit einem digitalen Signal derart quadraturmoduliert, daß der Träger innerhalb einer Abtastperiode einen von mehreren vorgegebenen Werten bezüglich der Amplitude und der Phasenlage einnehmen kann. Dem Modulator wird dazu ein digitales Signal zugeführt, das entsprechend viele diskrete Amplitudenwerte einnehmen kann. Entsprechend der Anzahl dieser diskreten Werte steigt die Anzahl der übertragbaren Bits pro Trägerperiode - aber auch die Anforderungen an das dem Modulator vorgeschaltete Tiefpaßfilter. Bei dem bekannten Übertragungsverfahren wird ein Tiefpaßfilter mit cosinusförmigem Verlauf und konstanter Gruppenlaufzeit verwendet.

Bei bekannten Tiefpaßfiltern dieser Art für relativ geringe Frequenzen im Bereich von einigen Megahertz wird der gewünschte Frequenzgang dadurch erreicht, daß die Tiefpaßspulen die Kreise des Tiefpasses frequenzabhängig bedämpfen. Dieses ist deshalb möglich, weil die Güten niederfrequenter Spulen relativ frequenzabhängig sind. Eine konstante Gruppenlaufzeit wird bei diesen bekannten Tiefpaßfiltern dadurch erreicht, daß mit dem Tiefpaß mit dem gewünschten Frequenzgang mehrere Allpässe in Reihe geschaltet werden.

Mit zunehmenden Frequenzen wird jedoch die Realisierung derartiger Tiefpaßfilter schwieriger, da einerseits die als Laufzeitentzerrer dienenden Allpässe schwieriger zu realisieren sind und andererseits die Güten der Tiefpaßspulen bei höheren Frequenzen in weit geringerem Maße von der Frequenz abhängig sind.

Die Berechnung eines Tiefpasses mit Spulen nahezu konstanter Güte und geebneter Laufzeit führt zu einem Filter mit einer höheren Anzahl von Kreisen - also auch Spulen, was wiederum zu erhöhten Kosten führt.

Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter mit den kennzeichnenden Merkmalen den Vorteil, daß trotz eines geringen technischen Aufwandes eine gute Annäherung an den erforderlichen Frequenzgang und an die geforderte konstante Gruppenlaufzeit möglich ist. Das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter ist sowohl für die Verwendung im Sender vor einem Modulator als auch im Empfänger nach einem Demodulator geeignet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Obwohl für verschiedene Anwendungsfälle das erfindungsgemäße Tiefpaßfilter den Anforderungen an die Konstanz der Gruppenlaufzeit genügt, kann gemäß einer Weiterbildung mit dem Tiefpaß ein Allpaß zur Kompensation verbleibender Laufzeitfehler in Reihe geschaltet werden.

Gemäß einer anderen Weiterbildung kann der Frequenzgang des Betrages des Übertragungsfaktors im Bereich der Eckfrequenz dadurch angehoben werden, daß in Reihe mit dem Tiefpaß ein Übertragungsglied mit einem Allpaß- und einem Hochpaßanteil geschaltet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Tiefpaßfilters,

Fig. 2 den Verlauf des Betrages des Übertragungsfaktors eines erfindungsgemäßen Tiefpaßfilters als Funktion der Frequenz und

Fig. 3 die Laufzeit als Funktion der Frequenz.

Das in Fig. 1 dargestellte Tiefpaßfilter besteht aus einem Tiefpaß 1 mit dem erforderlichen Dämpfungsverlauf, an den ein an sich bekannter Allpaß 2 angeschlossen ist, welcher die restlichen Laufzeitfehler des Tiefpasses ausgleicht. Schließlich ist dem Tiefpaß 1 noch ein Übertragungsglied 3 vorgeschaltet, das einen Allpaßcharakteristik mit überlagerter Hochpaßcharakteristik aufweist. Die zu filternden Signale werden einem Eingang 20 zugeführt und können einem Ausgang 21 des Tiefpasses 1 oder einem Ausgang 22 des Allpasses 2 entnommen werden.

Der Tiefpaß 1 besteht aus drei als Längsinduktivitäten geschalteten Spulen 4, 5, 6. Querkapazitäten werden von Kondensatoren 7, 8, 9, 10 gebildet. Die Spulen 4 und 5 sind von abgleichbaren Kondensatoren 11, 12 überbrückt. In die Zuleitungen der Kondensatoren 7, 8, 9 nach Masse ist jeweils ein Widerstand 13, 14, 15 geschaltet. Der Frequenzgang des Übertragungsfaktors wird im wesentlichen durch die Induktivitäten der Spulen 4, 5 und durch die Kondensatoren 7, 8, 9 bestimmt. Dabei wirken die Widerstände 13, 14, 15 infolge ihrer kapazitiven Ankopplung frequenzabhängig. Während sich für einen Tiefpaß ohne die Widerstände 13, 14, 15, 18 noch ein Verlauf des Betrages des Übertragungsfaktors entsprechend der durchgezogenen Linie in Fig. 2 ergibt, tritt mit diesen Widerständen der in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Verlauf auf. Bei höheren Frequenzen wirken die Widerstände 13, 14, 15 wegen der vorhandenen endlichen Polfrequenzen kaum.

Damit fällt der Übertragungsfaktor jedoch bereits bei Frequenzen unterhalb der Eckfrequenz von f _N = 75 MHz relativ stark ab. Um diesem entgegenzuwirken und den gewünschten Cosinusverlauf zu erzielen, ist das Übertragungsglied 3 vorgesehen, mit welchem die Frequenzen im oberen Teil des Durchlaßbereichs des Tiefpaßfilters derart angehoben werden, daß der Übertragungsfaktor der punktierten Linie in Fig. 2 folgt. Das Übertragungsglied 3 besteht aus einem ohmschen Spannungsteiler aus den Widerständen 16, 17, dessen oberer Widerstand 16 durch die Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und eines Kondensators 19 überbrückt ist.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Laufzeit eines praktisch ausgeführten Tiefpaßfilters. Wie aus Fig. 3 entnehmbar ist, ändert sich zwar die Laufzeit im Bereich zwischen 10 und 75 MHz zwischen 8,5 und etwa 14 ns. Sollte diese Laufzeitänderung das für den jeweiligen Anwendungsfall zulässige Maß überschreiten, so ist die Nachschaltung eines einfachen Allpasses mit einem entgegengesetzten Laufzeitverhalten möglich. Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Frequenzgänge wurden mit einem praktisch ausgeführten Tiefpaßfilter nach Fig. 1 jedoch ohne Allpaß 2 erreicht, wobei folgende Dimensionierungen der Bauteile vorgenommen wurden.

Widerstände:
18|5,1 Ohm
16	12,1 Ohm
17	196 Ohm
13	3,16 Ohm
14	3,16 Ohm
15	3,16 Ohm

Kondensatoren:
9|560 pF
7	33 pF
11	19 pF
12	4,3 pF
8	68 pF
9	62 pF
10	20 pF

Spulen:
4|78 nH
5	110 nH
6	100 nH

Claims (8)

1. Tiefpaßfilter zur Begrenzung der Bandbreite eines digitale Informationen beinhaltenden Signals, wobei ein Tiefpaß (1) von mehreren in Längsrichtung angeordneten Spulen (4, 5) und von mehreren in Querrichtung angeordneten Kondensatoren (7, 8, 9) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Kondensatoren (7, 8, 9) Widerstände (13, 14, 15) geschaltet sind.

2. Tiefpaßfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Tiefpaß (1) in an sich bekannter Weise ein Allpaß (2) mit frequenzabhängiger Laufzeit in Reihe geschaltet ist.

3. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Tiefpaß (1) ein Übertragungsglied (3) mit einem Allpaß- und einem Hochpaßanteil geschaltet ist.

4. Tiefpaßfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (1) von zwei in Längsrichtung angeordneten Spulen (4, 5) und von drei die Anschlüsse der Spulen (4, 5) mit Massepotential verbindenden Reihenschaltungen aus jeweils einem der Kondensatoren (7, 8, 9) und einem der Widerstände (13, 14, 15) besteht.

5. Tiefpaßfilter nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (4, 5) mit je einem abgleichbaren Kondensator (11, 12) überbrückt sind.

6. Tiefpaßfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (1) ein weiteres, aus einer weiteren Spule (6) und einem weiteren Kondensator (10) bestehendes Glied umfaßt.

7. Tiefpaßfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Sender vor einem Modulator angeordnet ist.

8. Tiefpaßfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Emfpänger nach einem Demodulator angeordnet ist.