DE492908C - Elektrischer Wellenfilter, dessen Glieder ausser Reihen- und Nebenschlussreaktanz-Elementen auch Ohmsche Widerstaende enthalten - Google Patents

Elektrischer Wellenfilter, dessen Glieder ausser Reihen- und Nebenschlussreaktanz-Elementen auch Ohmsche Widerstaende enthalten

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DE492908C
DE492908C DEI24829D DEI0024829D DE492908C DE 492908 C DE492908 C DE 492908C DE I24829 D DEI24829 D DE I24829D DE I0024829 D DEI0024829 D DE I0024829D DE 492908 C DE492908 C DE 492908C
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • HELECTRICITY
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    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks
    • H03H7/17Structural details of sub-circuits of frequency selective networks
    • H03H7/1741Comprising typical LC combinations, irrespective of presence and location of additional resistors
    • H03H7/1758Series LC in shunt or branch path

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  • Filters And Equalizers (AREA)

Description

  • Elektrischer Wellenfilter, dessen Glieder außer Reihen- und Nebenschlußreaktanz-Elementen auch Ohmsche Widerstände enthalten Die Erfindung betrifft elektrische Wellenfilter, insbesondere die Herstellung eines elektrischen Wellenfilters mit wiederkehrenden Gliedern, der für einen weiten auch Niederfrequenzen umfassenden Frequenzbereich an die Impedanz einer Übertragerleitung angepaßt sein soll. Gegenüber der Aufgabe, mehrere Glieder gleichen Aufbaues einer solchen Kette aneinander anzupassen, für die Lösungen l;ekannt geworden sind, bietet die Aufgabe, eine Anpassung zwischen einer Leitung und einem Wellenfilter herzustellen, die besondere Schwierigkeit, @iaß die zu verbindenden elektrischen Übertragungssysteme verschiedene Bauart haben. \ ach der Erfindung ist bei einem elektrischen Wellenfilter, dessen Glieder außer Reihen- und Nebenschlußreakta.nze1ementen auch Ohmsche Widerstände enthalten, das Verhältnis der Größe der Ohmsehen Widerstände zu der Größe der Reaktanzelemente der Glieder des Filters praktisch gleich dem Verhältnis der Größe des Ohmsehen Widerstandes einer mit ihm verbundenen Leitung zu der Größe der Reaktänzelemente der Leitung, so daß die Impedanz des Filters für einen weiten Frequenzbereich an die Impedanz der .Leitung angepaßt ist. Ein solches Wellenfilter besitzt günstige Eigenschaften für die Verwendung in Doppelsprechkreisen sowohl für die Vierer- als auch für die Stammleitungen. An Hand der Zeichnung soll die Erfindtmg nachfolgend näher erläutert werden. Fig. i zeigt die Verwendung eines Hochband- und Niederbandfilters in einem Paar von Stromkreisen und einem Doppelsprechstromkreis (Phantomleitung). Unter einem Hochbandfilter ist dabei ein Filter zu verstehen, das hohe Frequenzen durchläßt und niedrige Frequenzen dämpft. Das Umgekehrte ist der Fall bei Niederbandfiltern. Fig. z und 3 sind vereinfachte Diagramme der Fig. i. Fig. ¢ zeigt die Impedanzfrequenzbeziehungen für die Schaltung der Fig. i.
  • Bei einer längeren Leitung, die verschiedene Frequenzen führt, wird es oft erwünscht sein, an einem bestimmten Punkt parallele Zweige zu verwenden, so daß die Hochfrequenzen im einen Zweig, die Tieffrequenzen im anderen Zweig fließen. Es ist wohl bekannt, daß eine Hochfrequenz in der Leitung mehr gedämpft wird als eine Niederfrequenz, und ein Zweck der Trennung in zwei Zweigen ist, im Hochfreduenzzweig einen Verstärker einzuschalten. U m Reflexionen zu vermeiden, ist es erwünscht, die Filter an den Wellenwiderstand der Leitung anzupassen. Es sind bereits Einrichtungen bekannt geworden, bei denen ein Hoch- und ein \ iederbandfilter an homogene Leitungen angepaßt wurden. Bei den bekannten Einrichtungen bestanden die Filter aus Kettenleitern mit sich wiederholenden Gliedern aus Reaktanzelementen, und zwar für die Hochfrequenz vom Kondensatorleitertyp, für tiefe Frequenzen vom Spulenleitertyp. Damit sich die beiden Wellenfilter ergänzen oder, anders ausgedrückt, zueinander komplementär- sind, so daß bei Frequenzen über oder unter der den beiden Filtern gemeinsamen Grenzfrequenz ein Filter die Reaktanz des anderen so nahe als praktisch erreichbar aufhebt, wurden diese Filter den Bedingungen unterworfen --,'=--4z, und z,, - q. z2 .
  • Dabei bedeuten z,' die Längsimpedanz eines Hochbandfiltergliedes (z. B. des Kondensators eines Kondensatorleitergliedes), z2 die Querimpedanz des Hochbandfiltergliedes (z. B. der Spule der Kondensatorleitung), z,. die Längsimpedanz eines Tiefbandfiltergliedes (z. B. der Spule einer Spulenleitung) und z2 die Querimpedanz eines Tiefbandfiltergliedes (z. B. des Kondensators eines Spulenleitergliedes). Eine weitere Bedingung, der die Filter unterworfen wurden, ist, daß sie mit einem x-Längselement anfangen und enden, dessen Impedanz x-mal so groß ist, wie die des normalenLängselementes, wobei x den Wert von o,8og zu erhalten hat. Da das Tiefbandfilter für Hochfrequenz undurchlässig ist und eine nahezu unendliche Impedanz darstellt, muß gleichzeitig die Impedanz des Hochbandfilters für hohe Frequenzen gleich der Impedanz der Leitung gemacht werden. Bei diesen bekannten Arten, die Wellenwiderstände zweier Kettenleiter sich gegenseitig aufheben zu lassen, erhält man einen praktisch fast konstanten reellen Scheinwiderstand. Jedoch läßt sich leicht zeigen, daß dadurch keine genügend gute Anpassung an eine Leitung für tiefe Frequenzen bewirkt werden kann, weil der Wellenwiderstand einer Leitung bei genügend tiefen Frequenzen eine merkliche Blindkomponente hat.
  • Gemäß der Erfindung wird eine bessere Anpassung durch Einschaltung von Ohmschen Widerständen in das Niederbandfilter erreicht. Der Widerstand wird vorzugsweise in die Längselemente der Glieder des Tiefbandfilters eingeschaltet, wobei die Widerstände an den Anfangs- und Endgliedern wie auch die Längsimpedanzen vorzugsweise den Wert von o,8ogmal den Normalwerten der inneren Glieder des Filters erhalten. Der Widerstand wird gemäß der Erfindung derart gewählt, daß das Verhältnis der Impedanzenwiderstände zu den Reaktanzelementen des Filters von derselben Größenordnung ist wie das Verhältnis des Impedanzenwiderstandes einer mit ihm verbundenen Leitung zu den Reaktanzelementen der Leitung, so daß die Impedanz des Filters für einen weiten Frequenzbereich an die Impedanz der Leitung angepaßt ist.
  • Der Widerstand wird beispielsweise folgendermaßen bestimmt. Der Wellenwiderstand der Leitung für Hochfrequenz möge 62o 2 betragen; für eine Tieffrequenz von 135 möge er den Wert von 720 - j 365 besitzen. Aus der früher genannten Bedingung für die Impedanzwerte z1, 221 z2 für die gegenseitige Ergänzung der Tief- und Hochbandfilter ergeben sich unter Berücksichtigung, daß für Hochfrequenz das Tiefbandfilter undurchlässig ist, also der Wellenwiderstand der Filterkombination 62o ,i2 betragen muß, und unter Zugrundelegung, daß beide Filter die gleiche Grenzfrequenz von beispielsweise 3000 Perioden besitzen müssen, die Werte der Elemente der Filterglieder, und zwar für das Hochbandfilter: C, = 0,04z8 # 10-s L,==-. 16,q. # i o-3, für das 1Tiederbandfilter: L1= 65,8 #I0-3 C2 = 0, 1711 # 10-6-Für Frequenzen, die durch das Tiefbandfilter übertragen werden, besitzt der Wellenwiderstand der im Nebenschluß befindlichen Hochband- und Tiefbandwellenfilter bei Abschluß der Filter durch Längsimpedanzen vom x-fachen Betrage der Längsimpedanz der normalen Glieder den Wert: Macht man diese Impedanz gleich der der Leitung für eine Frequenz von 135, so kann aus obiger Gleichung, wenn z2 als Querimpedanz festgelegt ist, z,. für die Frequenz 135 mit einem Wert von 76,o8 -i- j 156,63 .S2 berechnet werden. Da das Glied j 156,63 mit dem Wert der Impedanz von L1 für die Frequenz 135 der Spule des Tiefbandfilters übereinstimmt, sieht plan daraus, daß es nur notwendig ist, in Serie mit jeder Induktivität L,. einen Widerstand vom Betrage 76,o8 S2 zu schalten, um die gewünschte Anpassung der Filterkombination mit der Leitung für tiefe Frequenzen zu erreichen. Durch die Einschaltung dieses Widerstandes in die Serienelemente des Tiefbandfilters wird die Impedanz bei Hochfrequenz nicht beeinflußt, da die Impedanz des Tiefbandfilters für Hochfrequenz sich dem Wert Unendlich nähert.
  • Fig. I stellt beispielsweise die Verwendung angepaßter Hoch- und Tiefbandfilter gemäß der Erfindung dar. I, 1' sind zwei zu einem Doppelstromkreis (Phantomkreis) geschaltete Stammleitungen. In die Leitung sind Hoch-und Tiefbandfilter eingeschaltet, die den vorher erwähnten Bedingungen entsprechen, und es ist weiter durch entsprechende Maßnahmen dafür gesorgt, daß ein Schutz gegen Reflexionseffekte im Viererkreis geschaffen wird. Die besondere Anordnung für die Stammleitung l sei zuerst angegeben.
  • Der Verstärker R., ist im Hochbandzweig eingeschaltet, und zu seinen beiden Seiten liegt je eln Hochbandfilter, das aus zwei ganzen Mittelseriengliedern besteht, jedes mit einer Endserienimpedanz, die ausreicht, um das o,8o9 Serienende zu erreichen. Hat man dieses Ende, so bildet das Tiefbandfilter angenähert den richtigen reaktanzaufhebenden ebenschluß am vom Verstärker Rn abgelegenen Ende des Hochbandfilters. Um die genaue Ausgleichreaktanz am Verstärker herzustellen, ist dort eine Reihenschaltung von parallel zum Filter geschaltet.
  • Die Serienimpedanzelemente sind wegen des Ausgleichs der Leitung auf beiden Seiten der Leitung gleichmäßig verteilt. So sind z. B. in Fig. i in jedes Hochbandglied zwei Kondensatoren, jeder mit der Kapazität 2 C" eingezeichnet, die einem Einzelkondensator Cl gleichwertig sind. Das Niederbandfilter enthält zwei ganze Mitteiserienglieder S,. und S.. Die Verbindungspunkte i und 2 zwischen diesen Gliedern sind Mittelpunkte des Tiefbandfilters, die für Untersuchungszwecke gegebenenfalls geöffnet werden können oder an welche Meßapparate als Brücke quergeschaltet werden können. Die Serieninduktanzenwicklungen sind auf denselben Kern gewickelt, was in der Figur durch die punktierten Linien mit den Pfeilköpfen angedeutet ist. Dadurch wird die Induktanz pro Windung erhöht, und weiter, wie schon jetzt bemerkt sei, ist die Induktanz im Viererkreis gleich Null. Die Bezugszeichen, die die Induktanzwerte bei dem Tiefl:andfilter angeben, gelten für die Gesamtinduktanz der zwei Serienwindungen auf beiden Seiten; z. B. ist L,12 die Induktanz der beiden Windungen, die in den beiden Adern gegenüberliegen.
  • Im Einklang mit den obigen Ausführungen ist jedes Endserienimpedanzelement so abgeglichen, daß es ein o,8o9 Serienendglied ergibt. Mit diesem Endglied gibt, wie bereits ausgeführt wurde, das Hochbandfilter nahezu genau den reaktanzaufhebenden Nebenschluß.
  • Die Selbstinduktionen werden unvermeidlich auch Ohmschen Widerstand besitzen, und der für den Widerstand R1 berechnete Wert (76,o8 des gegebenen Beispiels) schließt diesen Widerstand der Selbstinduktion mit ein. Dieser Widerstand der Selbstinduktion wird aber gewöhnlich nur ein geringer Bruchteil (einige Prozente) des berechneten Widerstandes sein, so daß der in Fig. i in den Serienelementen angegebene Widerstand zum größten Teil an diesen Punkten und nur zum kleinsten Teil in den Induktanzen selbst liegt.
  • Wenn man die Fig. r betrachtet, so sieht man, daß, wenn jede Serienselbstinduktion aus zwei gleichen Spulen in beiden Adern auf demselben Kern besteht und der ganze Zweig des Tiefbandfilters als eine Leitung des Vierers angesehen wird, diese Windungen keine Impedanz aufweisen, so daß Niederfrequenzströrne auf der Komhinationsleitung durch das Tiefbandfilter hindurchgehen, ohne auf eine Impedanz zu treffen. Aber die Einfügung der Serienwiderstände setzt im Doppelsprechkreis dein Strom Widerstand entgegen, auch wenn die Selbstinduktionen völlig unbeachtet bleiben können.
  • Es sei nun eine vorteilhafte Anordnung zum Ausgleich der Widerstände des Tiefbandfilters für den Doppelsprechkreis angegeben. Jeder Querkondensator C2 ist in Fig. i durch zwei Kondensatoren 2 C_ in Serie ersetzt; die Punkte zwischen diesen Kondensatoren seien verbunden mit einem unbekannten Glied R,4, dessen unbekannte Impedanz weiterhin mit bezeichnet sei. Um bei der Ermittlung des Wertes für z4 einen Schritt vorwärts zu kommen, sei das n-Glied der Fig. i durch das gleichwertige T-Glied ersetzt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, in der auch die Hochbandfilter fortgelassen sind wegen der hohen Impedanz dieser Zweige für die Niederfrequenz. Auch die Induktionen des Tiefbandfilters sind fortgelassen, weil sie im Kombinationskreis keinen Einfluß haben. Jeder Schenkel des r-Gliedes in Abb. i ist 2 C2, das entsprechende Impedanzglied- - der Fig. 2 1' sei In dieser Weise sind die beiden Leitungen der kombinierten Leitung in Fig.2 dargestellt. Die Einzelelemente seien zusammengefaßt in den Serienelementen Zi und dem Querelement Z@, wo Zi und Z2 zunächst noch zu ermitteln sind. In Fig. 3 ist diese Zusammenziehung dargestellt. Die Berechnung ergibt leicht, daß Die Lösung der Gleichung unter Benutzung der bekannten Formeln für den Mittelsericnwellenwiderstand Zms, nämlich Aus den Angaben der Fig. ¢ und der Gleichung q. ergibt sich für Frequenzen von beispielsweise 135 bis 2 5Q0 für z4 eine Ohmsche Komponente, deren Wert nur wenig mit der Frequenz abnimmt und ungefähr gleich i 340 Ohm ist. Ebenso ergibt die Berechnung, daß z4 eine nahezu konstante und sehr kleine Reaktanzkomponente besitzt, die vernachlässigt werden kann. z4 kann daher in genügender Weise durch einen konstanten Widerstand von z4-R4= i 340 Ohm (i5) dargestellt werden.
  • In Fig. q. sind die Komponenten des Wellenwiderstandes der kombinierten Leitung durch die punktierten Kurven und der Impedanz Z",S durch die vollen Kurven dargestellt. Der nahezu gleiche Verlauf dieser Kurven zeigt, daß der Wert von i 340 Ohm für z4 eine sehr gute Abgleichung der Filter bezüglich des Wellenwiderstandes der kombinierten Leitung für einen angemessenen Frequenzbereich ergibt.
  • Die beiden oberen Kurvenpaare zeigen die Ohmsche Komponente des Wellenwiderstandes der Stammkreise und der kombinierten Kreise, während die beiden unteren. Kurvenpaare die negative Reaktanzkomponente des Wellenwiderstandes dieser Kreise darstellen. Das obere und das dritte Paar gehört demnach zu den Stammkreisen, das zweite und das untere zum kombinierten Kreis.
  • Die Einfügung der Serienwiderstände in das Niederbandfilter und die Einfügung des Querwiderstandes R4 bedingt eine gewisse Dämpfung für .den kombinierten Kreis, deren Größe aber nicht wesentlich ist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Wellenfilter, dessen Glieder außer Reihen- und Nebenschlußre,ktanzel.ementen auch Ohmsche Widerstände enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Größe der Ohmschen Widerstände zu der Größe der Reaktanzelemente der Glieder des Filters praktisch gleich dem Verhältnis der Größe des Ohmschen Widerstandes einer mit ihm verbundenen Leitung zu der Größe der Reaktanzelemente der Leitung ist, so daß die Impedanz des Filters für einen weiten Frequenzbereich an die Impedanz der Leitung angepaßt ist.
  2. 2. Elektrischer Wellenfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Parallelschaltung von einem die hohen und einem die niedrigen Frequenzen durchlassenden Filter besteht, deren Endreihenimpedanzen oder Endquerleitwerte nahezu o,8imal so groß sind als die Werte der entsprechenden ganzen Zweige der Glieder und daß außerdem die Glieder des die niedrigen Frequenzen durchlassenden Filters Ohmsche Widerstände enthalten, deren Größe gemäß Anspruch i bemessen ist, so daß die Impedanz dieses Filters für niedrige Frequenzen der der Leitung angepaßt ist.
  3. 3. Elektrischer Wellenfilter nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Parallelschaltung von einem die hohen und einem die niedrigen Frequenzen durchlassenden Filter besteht und daß außerdem in die Glieder des die niedrigen Frequenzen durchlassenden Filters derart bemessene Ohmsche Widerstände eingefügt sind, daß die Impedanz dieses Filters den Stammleitungen und auch den Viererleitungen, die mit dem Filter verbunden sind, angepaßt ist. q.. Elektrischer Wellenfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkapazität jedes Gliedes des die niedrigen Frequenzen durchlassenden Filters aus zwei in Reihe geschalteten ICondensatoren gleicher Kapazität besteht, die Glieder dieses Filters jeder Stammleitung über ihre den beiden Kondensatoren gleicher Kapazität gemeinsamen Punkte miteinander kurzgeschlossen und die kurzgeschlossenen Punze dieser Filter der beiden Stammleitungen über eine Impedanz, z. B. einen Ohmschen Widerstand, miteinander verbunden sind.
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