DE69120370T2

DE69120370T2 - Amplitudenkorrektor von von feldgekoppelten Varaktoren abgestimmten Filtern

Info

Publication number: DE69120370T2
Application number: DE69120370T
Authority: DE
Inventors: David E Stoft
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2011-09-20
Also published as: JP3539979B2; EP0481607A1; DE69120370D1; EP0481607B1; US5107233A; JPH04265006A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mehrstufige, Feld-gekoppelte hochfrequente Radiofrequenzfilter (HF-Filter) und insbesondere auf mehrstufige Feld-gekoppelte Filter, bei denen der wirksame Koppelfensterbereich als eine Funktion der Frequenz gesteuert wird, um über dem Filterabstimmbereich eine flache Filterantwort zu liefern.
Varaktor-abgestimmte HF-Bandpaßfilter mit mehreren Abschnitten unter Verwendung einer elektromagnetischen Kopplung zwischen den Filterstufen sind in der Technik gut bekannt. Jedoch ermöglicht bei bekannten Feld-gekoppelten Filtern eine einzige physikalische Einstellung der Kopplung relativ kleine Abstimmbereiche, typischerweise im Bereich von 10%. Ferner ist eine Zwischenstufenkopplung bei hohen Frequenzen, beispielsweise größer als 5 Megahertz (MHz), schwierig zu steuern, während eine einstellbare, aber feste Kopplung über einen großen Frequenzbereich, beispielsweise eine 2: 1-Frequenzspanne, schlecht arbeitet.
Schleifengekoppelte Filter mit mit Abgriffen versehenen induktiven Bauelementen weisen sehr positionsempfindliche Elemente bezüglich der Filterparameter, beispielsweise der Einfügedämpfung, auf. Der Aufbau physikalisch kleinerer, niederohmigerer Schleifen reduziert diese Empfindlichkeit, jedoch auf Kosten einer wesentlichen Zunahme der Frequenzabhängigen Einfügedämpfung. Eine elektromagnetische Feldkopplung zwischen den Filterstufen wird durch das Öffnen eines physikalischen "Fensters" durch die Abschirmung, die die Filterstufen voneinander isoliert, erreicht, wodurch die Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes des induktiven Filterbauelements ermöglicht wird. Elektrische Modelle Feld-gekoppelter Filter sind extrem komplex; jedoch können endgültige physikalische Entwürfe typischerweise mit wiederholbaren Ergebnissen einfach reproduziert werden.
Die Feldkopplung beeinflußt ähnlich wie die Schleifenkopplung die Form der Filterantwort, die Filtergüte (Q) und die Einfügedämpfung. Die Einstellung der Koppelfensterposition bezüglich des induktiven Bauelements oder des Resonators wird die Form der Filterantwort modifizieren. Eine kapazitive Feldkopplung ist das Ergebnis der Verwendung des elektromagnetischen Felds, das in der Nähe des hochohmigen Endes der Resonanzschaltung erzeugt wird, während eine induktive Kopplung dem niederohmigen Ende zugeordnet ist. Ein Gleichgewicht zwischen den kapazitiven und induktiven Feldern ergibt eine relativ symmetrische Frequenzantwort des Filters. Ferner ändert die Einstellung des Koppelfensterbereichs den Koppelbetrag und ändert daher die Einfügedämpfung und in einem geringeren Maß die Filtergüte.
Die DE-A-1 081 944 offenbart eine manuelle Abstimmanordnung zum Einstellen der magnetischen Kopplung über eine Öffnung in einer Abschirmungsanordnung. Eine sektorförmige Platte wird manuell gedreht, um die Öffnung zu bedecken, wodurch die magnetische Kopplung zwischen den induktiven Bauelementen physikalisch eingestellt wird.
Die Merkmale eines mehrstufigen, Feld-gekoppelten, abstimmbaren HF-Filters gemäß der Erfindung sind in Anspruch 1 definiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert eine DC-Spannung (DC = Direct Current = Gleichsignal), die an eine Varaktordiode in einem mehrstufigen, Varaktor-abgestimmten, Feld-gekoppelten HF-Filter angelegt wird, die Resonanzfrequenz jeder Filterstufe, wobei eine zunehmende Spannung typischerweise eine abnehmende Kapazität bewirkt, wodurch die Resonanzfrequenz höher geschoben wird. Wenn die Resonanzfrequenz zunimmt, nimmt der Wirkungsgrad der elektromagnetischen Kopplung über das Koppel-Fenster oder das -Tor zu, wodurch die signalamplitude mit der zunehmenden Frequenz zunimmt. Eine PIN-Diode ist über das Koppelfenster (physikalische Unterbrechung) in der Filter-Zwischenstufenabschirmung gekoppelt. Ein DC-Strom, der an die PIN-Diode angelegt wird, senkt die HF-Impedanz der Diode auf wenige Ohm, wodurch die HF-Felder des Koppeltors mit Masse kurzgeschlossen werden und der Koppelbereich des Fensters wirksam verkleinert wird. Unter Verwendung der Resonanzschaltungs-Varaktorabstimmspannung, um einen positiven Vorspannungsstrom für die PIN-Diode zu liefern, können die Impedanz der PIN-Diode und der wirksame Bereich des Koppelfensters steuerbar geändert werden. Folglich kann die Filtereinfügedämpfung als eine Funktion der Filterabstimmspannung variiert werden. Ein variabler Widerstand in Serie zu der DC-Steuerleitung der PIN-Diode liefert eine Einstellung eines Abstimmkurven-Einstellpunktes für den PIN-Dioden-Vorspannungsstrom über den gewünschten Filterfrequenzbereich.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Varaktorsteuerspannung über einen Digital/Analog-Wandler (DAW) durch einen zentralen Mikroprozessor geliefert, der die Fähigkeit für eine synchronisierte Mikroprozessorsteuerung der Filteramplitude liefert, da die Filterfrequenz automatisch über den Filterfrequenzbereich eingestellt wird. Folglich können Spannungs-abgestimmte Filter bezüglich Amplitudenfehlern über breite Frequenzbereiche automatisch korrigiert werden, was bekannte mechanische Einstellungen beseitigt, typischerweise eine Messingschraube, die in das Koppelfenster vorsteht und einen Teil des Feldes mit Masse kurzschließt. Eine Filter-Selbstkorrektur reduziert oder beseitigt ferner den Bedarf nach komplexen externen Amplitudenkorrekturschemata, beispielsweise breitbandigen variablen Dämpfungsgliedern.
Der Entwurf des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist einfach und relativ einfach zu impleinentieren. Ein variabler Widerstand liefert eine zusätzliche Einstelleinrichtung, um die Amplitudenkorrektur über einem gewünschten Frequenzbereich zu optimieren. Wenn das Filter auf einer gedruckten Schaltungsplatine aufgebaut ist und eine äußere abgeschirmte Hülle aufweist, die auf die gedruckte Schaltungsplatine geerdet ist, können die PIN-Dioden und der variable Widerstand einfach auf der gleichen Schaltungsschicht wie die Resonanzschaltungskomponenten befestigt sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, durchgeführt wird, erlangt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines mehrstufigen Feld-gekoppelten HF-Filters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm, das die physikalische Plazierung der Schaltungskomponenten auf einer PC-Platine für die Feld-gekoppelten Filterabschnitte, die gemäß der Darstellung von Fig. 1 aufgebaut sind, zeigt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Mehrband-Filterschaltung, die das Feld-gekoppelte Filter, das in Fig. 1 gezeigt ist, einschließt;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines Paars von Feld-gekoppelten Filterabschnitten gemäß dem Aufbau von Fig. 1; und
Fig. 5 ein schematisches Diagramm der Filtervaraktor-Treiberschaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines dreistufigen Feld-gekoppelten HF-Filters 10, das gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, gezeigt. Die erste Stufe 11 weist einen großen Oberflächenbereich und ein induktives Bauelement 17 hoher Güte in Serie mit einem Varaktor 19 auf, der eine variable Kapazität liefert, um eine Resonanzschaltung mit einer wählbaren Frequenz zu liefern. Eine DC-Steuerspannung Vc1 auf einer Leitung 14 wird über eine HF-Drosselspule 23 zu dem Varaktor 19 gekoppelt, um eine Abstimmung des Filters zu liefern. In gleicher Weise weisen die zweite und die dritte Filterstufe 13, 15 induktive Bauelemente 27, 37 jeweils in Serie mit Varaktoren 29, 39 auf. Die erste und die zweite Stufe 11, 13 sind physikalisch durch eine HF-Abschirmung 25 getrennt, während die zweite und die dritte Stufe durch eine HF-Abschirmung 35 getrennt sind. Das Eingangssignal auf einer Leitung 12 ist mit einer Abgriffstelle auf dem induktiven Bauelement 17 der ersten Stufe verbunden, wobei das gefilterte Signal von einer Abgriffstelle auf dem induktiven Bauelement 37 der dritten Stufe über eine Leitung 42 ausgegeben wird. Eine Zwischenstufenkopplung zwischen der ersten und der zweiten Stufe 11, 13 wird durch eine elektromagnetische Feldkopplung über einen physikalischen Zwischenraum, ein Tor oder ein Fenster 28 geliefert, das in der Abschirmung zwischen Abschirmungsabschnitten 25a und 25b gebildet ist. In gleicher Weise liefert ein Fenster 38, das durch Abschirmungsabschnitte 35a und 35b gebildet ist, eine Feldkopplung zwischen der zweiten und der dritten Stufe 13, 15. Alle Abschirmungen sind über Verbindungen mit einer geringen HF-Impedanz auf eine gemeinsame Gehäusemasse 9 geerdet.
Da es hocherwünscht ist, daß der Filtergewinn über dem gesamten Frequenzabstimmbereich flach ist, erfordert die Zunahme des Gewinns mit der Frequenz, die der Feldkopplung inhärent ist, eine Kompensation. Bei Filtern dieses Typs kann entweder die Verwendung eines variablen Abgriffstellenpunkts auf dem induktiven Bauelement, um den Pegel des Eingangssignals zu steuern, oder eine direkte Steuerung des Feldkopplungsgewinns verwendet werden, um den abnehmenden Verlust mit der zunehmenden Frequenz zu kompensieren. Eine variable Abgriffstelle ist extrem schwierig und aufwendig zu implementieren und zu reproduzieren, speziell wenn sie mit den physikalisch kurzen induktiven Bauelementen verwendet wird, die bei hohen Frequenzen angetroffen werden. Jedoch wird das Maß der Feldkopplung ohne weiteres unter Verwendung der variablen Impedanz einer PIN-Diode, die zwischen die Abschirmungsabschnitte 25a, 25b geschaltet ist, um die wirksame Größe des Koppelfensters 28 zu ändern, gesteuert. Um die Feldkopplung zwischen der ersten und der zweiten Stufe 11, 13 zu steuern, ist eine PIN-Diode 22 zwischen die Abschirmungsabschnitte 25a, 25b geschaltet. In gleicher Weise ist eine PIN-Diode 32 zwischen die Abschirmungsabschnitte 35a und 35b geschaltet, um die Feldkopplung zwischen der zweiten und der dritten Stufe 13, 15 zu steuern. Da die PIN-Dioden 22, 23 den Betrag der Feldkopplung zwischen den Stufen nur beschränken, d.h. reduzieren, können, müssen die physikalischen Abmessungen für die Koppelfenster 28, 38 ausgewählt sein, um eine minimale Einfügedämpfung bei der unteren Frequenzgrenze des Filters, 500 Megahertz bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, zu liefern.
In Fig. 2 ist die physikalische Plazierung der unterschiedlichen Schaltungskomponenten relativ zu dem Koppeltor 28 gezeigt (die Komponentenplazierung für das Koppeltor 38 ist gleichartig). Die PIN-Dioden 22, 32 müssen zusammen mit DC- Sperrkondensatoren 24, 34 physikalisch in den Fenstern 28, 38 direkt zwischen den Abschirmungsabschnitten auf einer PC-Platine 7 befestigt sein, während die Serieninduktivität so gering wie möglich gehalten ist. Wenn der Vorspannungsstrom durch die PIN-Dioden 22, 32 zunimmt, nimmt die PIN- Dioden-Impedanz ab, wodurch ein Teil des Koppel-HF-Feldes kurzgeschlossen oder nebengeschlossen wird, wobei ein Teil desselben durch das dielektrische Material der PC-Platine fließt und folglich die wirksame Größe der Koppelfenster 28, 38 verringert.
Die Spannung Vb1, Vb2 zum Treiben des Vorspannungsstroms der PIN-Dioden 22, 32 wird auf einer Leitung 2 bzw. 4 geliefert. Variable Widerstände 26 und 36 liefern eine Einstellung für die einzelnen Filterstufen, um den PIN-Dioden-Strombereich einzustellen, der die jeweilige Filterstufen-Frequenzantwort und die Gewinnglättung über den gesamten Frequenzbereich für das Filter optimiert. Die erforderliche PIN-Dioden-Vorspannungsspannung ist eine Funktion der Filterabstimmfrequenz und wird durch den Prozessor des Host-Geräts oder durch einen separaten Prozessor gesteuert, um die gewünschte Filterfrequenzantwort über den Frequenzbereich sicherzustellen. Die Vorspannungsspannungen können durch Abstimmalgorithmen geliefert werden, die Filterabstimmspannung Vc1, Vc3 komplementieren, um eine gewünschte Frequenzantwort für das Filter zu erzeugen. Alternativ kann die Vorspannungsspannung Vbl und Vb2 aus der jeweiligen Filterstufen-Varaktorsteuerspannung Vc1, Vc3 auf den Leitungen 14 bzw. 18 abgeleitet werden. Der variable Widerstand 26 kann zwischen die HF-Drosseispule 23 und die Anode der PIN-Diode 22 für die erste Stufe 11 geschaltet sein, während der variable Widerstand 36 zwischen die HF-Drosselspule 43 und die Anode der PIN-Diode 32 für die dritte Stufe 15 gekoppelt sein kann, um die Vorspannung für jede einzelne Filterstufe zu liefern.
In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines Mehrband-HF-Filters gezeigt, das in einer HF-Signalschnittstelle für ein Universal-HF-Signal-Meß- und -Test-Gerät verwendet wird, wie in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung mit dem Titel "RADIO FREQUENCY SIGNAL INTERFACE" der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist. Das Mehrbandfilter 50 weist vier Filterabschnitte 51, 53, 55, 57, einen Eingangsmultiplexer 59 und einen Ausgangsmultiplexer 61 auf. Das Eingangssignal auf einer Leitung 58 wird über einen Multiplexerschalter 59 zu dem geeigneten Bandpaßfilterabschnitt gekoppelt und über einen Multiplexerschalter 61 auf eine Leitung 62 ausgegeben. Der Filterabschnitt 51 im unteren Kostenbereich weist ein passiv abgestimmtes 150-Megahertz- Tiefpaßfilter sechster Ordnung auf, während das mittlere Filter 53 ein passiv abgestimmtes 150- bis 386-Megahertz- Bandpaßfilter aufweist. Die zwei abgestimmten Hochfrequenz- Bandpaßfilter (TBPF) 55, 57 decken den Frequenzbereich von 386 Megahertz bis 1000 Megahertz ab und sind als mehrstufige Feld-gekoppelte Filter, wie in Fig. 1 gezeigt ist, implementiert. Die Varaktortreiberspannung für jedes der abgestimmten Bandpaßfilter 55, 57 wird durch eine Varaktortreiberschaltung 40 geliefert und wird von einem automatischen Frequenzsteuersignal von einem zentralen Prozessor (nicht gezeigt) auf einer Leitung 44 abgeleitet. Das durch den Mikroprozessor erzeugte digitale Steuersignal wird über einen DAW 43 und Varaktortreiber 45, 47, 49 zu den einzelnen Filterstufen der abgestimmten Bandpaßfilter 55, 57 gekoppelt. Ein Treiber 48 koppelt eine Korrekturspannung zu anderen Abschnitten der HF-Signalschnittstelle (nicht gezeigt), die kein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weisen beide abgestimmten Bandpaßfilter 55, 57 im wesentlichen den gleichen Entwurf auf. Jedes Filter 55, 57 weist ein dreistufiges, dreipoliges, Feld-gekoppeltes, Varaktor-abgestimmtes Bandpaßfilter mit Luftkern auf. Die Eingangs- und Ausgangs-Kopplung wird durch nominelle 50 Ohm-Abgriffstellen 551, 571 und 565, 587 auf den induktiven Bauelementen 552, 572 bzw. 566, 568 erreicht. Diese induktiven Bauelemente, einschließlich der induktiven Bauelemente 559 und 579, sind geätzte, goldplattierte Kupfer-"Bögen", die in Luft angebracht sind, um die Güte (Q) zu verbessern und die Einfügedämpfung zu senken. Die Serienvaraktoren 553, 573, 561, 581, 567, 589 sind von einem hyperabrupten Typ mit geringer Kapazität, beispielsweise BB405B. Die Abschirmungen 25, 35 sind geätztes, mit Gold plattiertes Kupfer mit identischen Tor-(Fenster)Öffnungen 28, 38.
Die zweite Stufe 13 weist keine Abdeckung auf, jedoch nur um die Teiletypen und die Anordnungskomplexität zu reduzieren, da die gesamte Filteranordnung 55, 57 von einer weiteren Abschirmungshülle eingeschlossen ist. Die Abschirmungen 25, 35 sind aus einer geätzten, mit Gold plattierten Kupferabdeckung gebildet, zusätzlich einer "Wand", die durch eine PC-Platine mit einer Schicht 6 (hintere Masseebene) gebildet ist, wobei Massedurchgangslöcher die Schicht 6 mit der Schicht 1 (Oberseite), an der die Abschirmungen 25, 35 befestigt sind, verbinden. Das Kupfer des FR-4-PC-Platinenmaterials (Epoxidglas) in dem Filterhohlraum ist von den Schichten 1 bis 5 entfernt, mit Ausnahme eines inneren Massemusters unter den Wänden der Abschirmungen 25, 35, die entworfen sind, um die Masseinduktivität in dem Filterabschnitt 57 des hohen Bereichs (650 bis 1000 Megahertz) zu minimieren.
Die elektromagnetischen Hohlraumfelder koppeln über die Öffnung oder das Fenster 28, 38, in einer Wand der Abschirmung 25, 35 von einer Stufe zu der anderen. Die Fenster sind alle auf der Abschirmungswand zentriert und weisen alle eine im wesentlichen identische Größe auf, um eine einfache Herstellung der Abschirmung und der PC-Platinenkomponenten zu liefern. Der Fensterbereich bestimmt primär den Kopplungsgrad (und folglich die Einfügedämpfung), wobei jedoch auch die Fensterposition den Kopplungstyp beeinflußt. Wenn das Fenster zu dem geerdeten oder niederohmigen Ende des induktiven Bauelements hin positioniert ist, wird die Kopplung vorwiegend induktiv sein und wird eine Antwort zeigen, die ähnlich der einer Kopplung eines mit Abgriffen versehenen induktiven Bauelements ist. Die induktive Kopplung erzeugt eine asymmetrische Antwort, wobei Frequenzen unterhalb der Resonanz weniger gedämpft werden und Frequenzen oberhalb der Resonanz stärker gedämpft werden. In gleicher Weise erzeugt eine Kopplungsenergie von dem hochohmigen Ende des Filters vorwiegend eine kapazitive Kopplung und folglich den umgekehrten Effekt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Fenster-Größe und die -Positionierung ein Kompromiß aller dieser Faktoren. Die Kopplungsfenster-Masseverbindungen sind sehr kritisch. Die Abschirmungen müssen einen guten Massekontakt aufweisen, speziell um die Kopplungsfenster herum, da die Massestromdichten in diesem Bereich extrem hoch sind. Im allgemeinen werden die höchsten Masseströme in den "langen" Abschirmungswänden gefunden, und nicht in den "niederohmigen" kürzeren Endwänden.
Viele Variationen des Materials und Formfaktors wurden für die induktiven Hochfreguenzbauelemente getestet. Sowohl Querschnittflächen- als auch Oberflächenleitfähigkeits-Anforderungen müssen erfüllt sein, um induktive Bauelemente mit hoher Güte zu erzeugen. Ein geeigneter Kompromiß für das induktive Bauelement ist ein Kupferblech von 0,040 Inch, das mit Gold plattiert ist, um eine Oxidation zu verhindern. Eine gute Simulation für einen Arbeitsprototyp kann aus einem Kupferdraht der Nummer 12 gebildet sein. Obwohl eine sehr schwere Kupferplattierung eine Option ist, liefert ein dickes, geätztes Kupfer mit einer Goldplattierung ein besseres Verhalten, ist weniger aufwendig und einfacher herzustellen.
Um Streukapazitäten zu reduzieren und eine hohe Filtergüte beizubehalten wurden Glas-gehäuste Varaktordioden 553, 573, 561, 581, 567, 589, die in Luft über der Oberfläche der PC- Platine befestigt sind, wie durch die Komponenten 19 dargestellt ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, und nicht Standard- Oberflächenbefestigungskomponenten verwendet. Jede Filterstufe 11, 13, 15 wird durch eine Steuerspannung Vc1, Vc2, Vc3, die auf Leitungen 14, 16, 18 jeweils an die Varaktoren angelegt werden, Prozessor-abgestimmt. Varaktor-Umgehungskondensatoren und Chipkondensatoren werden in der Steuerspannungsschaltung verwendet, um das Varaktorsteuersignal zu entkoppeln.
In gleicher Weise enden die hochohmigen Enden der induktiven Bauelemente 572, 579, 568 über der PC-Platine, wie durch die Komponente 17, die in Fig. 2 gezeigt ist, dargestellt ist, genau so wie die mit Anschlüssen versehenen Varaktoren 573, 581, 589, um die Effekte der PC-Platinen-Streukapazität bei Frequenzen von mehr als 800 Megahertz zu reduzieren. Außerdem wird bei höheren Abstimmfrequenzen die Güte der Varaktor-Umgehungskondensatoren signifikant, weshalb SOT-Varaktordioden, 574, 582, 588, beispielsweise der Typ 88431, eingesetzt sind, um die "Speicher"-Kapazität und die Einfügedämpfung zu senken.
Die HF-Feldkopplung durch die Abschirmungsfenster 28, 38 ist frequenzabhängig. Wenn die Frequenz zunimmt, nimmt der Koppelfaktor und folglich der Gewinn zu, was den dynamischen Bereich der Wegdämpfung erhöht. Durch das Einstellen des wirksamen Bereichs des Koppelfensters mit der Filterabstimmfrequenz kann die Erhöhung des Filterübertragungsfaktors kompensiert werden. PIN-Dioden 555, 563 für das Mittelbereichs-Filter 55 und PIN-Dioden 575, 583 für das Filter 57 des hohen Bereichs sind mit Umgehungskondensatoren über die Abschirmungskoppelfenster 28 bzw. 38 verbunden. Da sich die PC-Platine innerhalb des Filterhohlraums erstreckt (wie in Fig. 2 gezeigt ist), d.h., daß der Bereich durch die Abschirmung eingeschlossen ist, plaziert das Befestigen einer PIN-Diode physikalisch über der Koppelfensteröffnung auf der Oberseite der PC-Platine einen variablen Nebenschluß in dem elektromagnetischen Feld, was wirksam ermöglicht, den Fensterbereich zu modulieren. Die jeweilige Filterstufen-Abstimmspannung wird auf Leitungen 556, 562, 576 bzw. 584 zu den Abschirmungs-PIN-Dioden 555, 563, 575, 583 geliefert, um eine Vorspannungsstrom-Steuerspannung für die PIN-Dioden zu liefern. Widerstände 557, 564, 577 bzw. 585 sind ausgewählt, um einen optimierten Vorspannungsstrom durch die PIN-Dioden über den Frequenzbereich des Filters zu liefern. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann optional ein variabler Widerstand verwendet sein, um eine zusätzliche Einstellung der einzelnen Filterschaltungen zu liefern. Da die Steuerung der Fenstergröße nur den Koppelfaktor reduzieren wird, ist die tatsächliche physikalische Größe und Form des Fensters für eine optimierte Kopplung an dem unteren Frequenzende des Bereichs für jeden Filterabschnitt 55, 57 entworfen. Diese Technik hat einen Effekt erster Ordnung von 3 bis 4 dB pro Koppelfenster zur Folge. Selbstverständlich könnten die PIN-Dioden durch eine getrennte Schaltung und einen DAW getrieben werden, wobei jedoch der zusätzliche Aufwand und Platinenraum nicht stets gewährleistet sein müssen.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, weist der DAW 43 eine integrierte CMOS-Schaltung mit vier DAWs auf, beispielsweise eine AD722SLP. Drei der vier DAWs liefern ein Abstimmspannungssignal für jede Stufe, jeweils der abgestimmten Filter 55, 57 des mittleren Bereichs (380 - 650 MHz) und des hohen Bereichs (650 - 1000 MHz). Der vierte DAW liefert eine Korrekturspannung zur Verwendung irgendwo in dem Host-Gerät. Frequenzabstimmdaten und DAW-Steuersignale werden durch den Hostgerät-Zentralprozessor (nicht gezeigt) erzeugt und auf Leitungen 431 bzw. 433 in den DAW 43 eingegeben. Der Vierfach-DAW 43 weist zwei 8-Bit-Register für jeden DAW auf. Die LDAW-Steuerleitung 437 überträgt den Inhalt aller ersten Vierfach-Register gleichzeitig in die zweiten Register.
Da die LDAC-Leitung alle vier DAW-Bytes gleichzeitig überträgt, stellen alle Filterabstimmsignale zeitlich gleichmäßig ein. Die Spannung Vref (+ 5,0 Volt) auf einer Leitung 435 bestimmt die maximale Ausgangsspannung für die DAWs, wobei die Datenbytewerte 0 bis 255 einfach die Referenzspannung skalieren. Jeder DAW gibt ein Abstimmsignal auf einer Leitung 439, 441 bzw. 443 zu identischen Varaktorverstärker-Treiberschaltungen aus.
Das Ausgangssignal der DAWs im Bereich von 0 bis +5 Volt muß in einen Spannungshub von 0 bis +25 Volt übersetzt werden, um den Filtervaraktor-Abstimmbereich zu maximieren. Für jede Verstärkerschaltung speist ein Operationsverstärker 445 eine 27-Volt-Zener-Diode 447, die eine Spannungsschrittübersetzung bildet, um zu ermöglichen, daß ein Ausgangshub des Operationsverstärkers von +5 Volt die Basisspannung des Varaktortreibertransistors 449 in die Nähe von +27 Volt steuert. Der Kathodenwiderstand 448 stellt den Strom durch die Zener-Diode 447 ein, derart, daß dieselbe einen Spannungsabfall von etwa 26 Volt entwickelt, wodurch eine maximale Ausgangsspannung von 25 Volt von dem Varaktortreiber 449 für jede Filterstufe jeweils auf einer Leitung 14, 16 und 18 geliefert wird. Die Ausgangsspannung des Treibers 449 wird durch fünf geteilt und als Rückkopplung zu dem Eingang des Operationsverstärkers 445 verwendet, wodurch der Schaltung eine DC-Verstärkung von 5 gegeben ist. Die Zener-Diode 447 wird mit einem Reihenwiderstand und einem Nebenschlußkondensator von 6,8 µ.F gefiltert, um das Diodenrauschen zu reduzieren und jede Varaktormodulation zu minimieren. Der Operationsverstärker 445 wird ebenfalls mit einem Rückkopplungs kondensator von 4700 pF tiefpaßgefiltert.
Die vorliegende Erfindung wurde speziell bezugnehmend auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel derselben beschrieben. Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß die vorhergehende detaillierte Beschreibung nur veranschaulichend für die Erfindung ist und daß Fachleute erkennen werden, daß Änderungen in Form und Detail durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Ein mehrstufiges, Feld-gekoppeltes, abstimmbares HF-Filter mit folgenden Merkmalen:

einer ersten und einer zweiten Filterstufe (11, 13), die durch HF-Abschirmungsabschnitte (25a, 25b) getrennt sind, wobei die erste und die zweite Filterstufe (11, 13) über eine Koppelöffnung (28) zwischen den Abschirmungsabschnitten (25a, 25b) elektromagnetisch gekoppelt sind; und

einer Einstellungseinrichtung (22), um die Filterantwort über einen gewünschten Frequenzbereich zu ändern;

dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellungseinrichtung (22) eine solche ist, daß sich ihre Impedanz als Reaktion auf ein sich änderndes Steuersignal ändert, um den Koppelfaktor zwischen den Stufen (11, 13) über die Öffnung (28) zu ändern.

2. Ein Filter gemäß Anspruch 1, bei dem die Einstellungseinrichtung (22) ein aktives Schaltungselement ist.

3. Ein Filter gemäß Anspruch 2, bei dem das aktive Schaltungselement eine PIN-Diode (22) ist, die in der Koppelöffnung (28) und auf einer PCB befestigt ist, um für einen Teil des Feldes bei der magnetischen Kopplung einen Nebenschluß auf Masse zu liefern, wenn die PIN-Diode (22) auf das Steuersignal anspricht.

4. Ein Filter gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Steuersignal von einem Filterabstimmsignal&sub1; das von einem Prozessor erzeugt wird, abgeleitet wird.

5. Ein Filter gemäß Anspruch 4, bei dem das Filterabstimmsignal, das von dem Prozessor erzeugt wird, ein digitales Signal aufweist.

6. Ein Filter gemäß Anspruch 5, das ferner eine Digital/Analog-Wandlereinrichtung aufweist, die mit dem Prozessor gekoppelt ist, zum Erzeugen einer analogen Spannung, die dem digitalen Filterabstimmsignal entspricht.

Ein Filter gemäß einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 6, das ferner eine Verstärkereinrichtung zum Verstärken des Filterabstimmsignals aufweist.