DE69312133T2

DE69312133T2 - Abstimmbares Hochfrequenzfilter

Info

Publication number: DE69312133T2
Application number: DE69312133T
Authority: DE
Inventors: Michel Byzery; Bernard Duflot
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1992-03-17
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-03-13
Also published as: US5376907A; CA2092667A1; FR2688955B1; FR2688955A1; ES2106296T3; EP0561676A1; EP0561676B1; DE69312133D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein abstimmbares Hochfrequenzfilter. Sie betrifft insbesondere die Herstellung von Miniaturfiltern, die für die Hochfrequenz-Empfangsköpfe von "VHF"-Funkempfängern bestimmt sind, die mit Frequenzevasion arbeiten, wobei "VHF" die englische Abkürzung für "Very High Frequency" ist.
Bei Funkempfängern, die mit Frequenzevasion arbeiten, ist es bekannt, am Fuß der Empfangsantenne ein Filter anzuordnen, um die Funktionen des Filterns, der Selektivität und der Ausblendung der Bildfrequenzen zu gewährleisten, um die Abstimmung des Empfängers auf die Empfangsfrequenzen zu ermöglichen.
Im Frequenzbereich 30-88 MHz oder 68-150 MHz wird dieses Filter üblicherweise in der zum Beispiel in der französischen Patentanmeldung FR 2 555 847 beschriebenen Art in Form von zwei Parallelschwingkreisen hergestellt, die durch Dioden mit variabler Kapazität abgestimmt werden, auch bekannt unter den Namen "Varicap" oder "Varactor", die miteinander durch gegenseitige Induktion gekoppelt sind.
Bei tragbaren Funk-Geräten kleiner Abmessungen ist der Platzbedarf dieser Filter sehr groß aufgrund des notwendigen Abstands zwischen den beiden Schwingkreisen zur Herstellung der Kopplung durch gegenseitige Induktion. Wenn andererseits diese Filter über breite Frequenzbereiche arbeiten sollen, ist die Einstellung des Abstands zwischen den beiden Schwingkreisen schwierig, da sie in ihrem kritischen Kopplungsmodus bleiben müssen, und bei sehr großen Frequenzabstimmbereichen, die z.B. über zwei bis drei Oktaven reichen bei Frequenzstufen, die 10 ms nicht übersteigen, können bei diesem Kopplungsmodus die Schwingkreise nicht im gesamten Frequenzbereich in einer kritischen Kopplung bleiben.
Ziel der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu beheben.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein abstimmbares Hochfrequenzfilter zum Gegenstand, mit einem ersten und einem zweiten Schwingkreis, die mit spannungsgesteuerten Dioden variabler Kapazität abgestimmt werden, und mit Dioden variabler Kapazität, die den ersten und den zweiten Schwingkreis koppeln, wobei die Dioden variabler Kapazität zur Abstimmung der Schwingkreise und die Dioden variabler Kapazität zur Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingkreis von der gleichen Steuerspannung gesteuert werden, um die Abstimmung des Filters auf seine Arbeitsfrequenz und die kritische Kopplung der beiden Schwingkreise durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Koppelkapazität zwischen den beiden Schwingkreisen etwa Qc mal geringer ist als die resultierende Kapazität, die für die Abstimmung jedes Schwingkreises notwendig ist, wobei Qc der Überspannungs-Koeffizient des Filters bei Belastung ist.
Die Verwendung von Dioden variabler Kapazität für die Kopplung zwischen den beiden Schwingkreisen hat den Hauptvorteil, den Platzbedarf der gemäß diesem Prinzip hergestellten Filter zu verringern und durch eine einzige Spannungssteuerung die Schwingkreise abzustimmen und die beiden Kreise kritisch zu koppeln. Dadurch wird eine gute Selektivität des Filters in einem breiten Frequenzband gewährleistet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters.
Figur 2 zeigt eine zweite Art der Schaltung von Dioden mit variabler Kapazität zur Herstellung der Kopplung zwischen den beiden Schwingkreisen des Filters aus Figur 1.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Filters.
Das in Figur 1 dargestellte Filter enthält einen ersten und einen zweiten Schwingkreis 1 bzw. 2, die mit einer Steuerspannung abgestimmt werden können und miteinander über Dioden 3 mit variabler Kapazität gekoppelt sind sowie zwischen einer Empfangsantenne 4 und einer ersten Empfangsstufe eines Funkempfängers 5 angeordnet sind. Jeder Schwingkreis enthält Paare von gegensinnig angeordneten Dioden mit variabler Kapazität, die die Bezugszeichen 6&sub1;&sub1; bis 62n tragen und parallel an die Klemmen einer Induktanz 7&sub1; bzw. 7&sub2; angeschlossen sind. Die jedem Paar von Dioden 6 gemeinsamen Punkte 8&sub1; und 8&sub2; sind über Widerstände R9 und R10 (siehe Figur 1) verbunden und sind mit einer Abstimmspannung V vorgespannt, die über sie angelegt wird. Eines der beiden Enden jeder der Induktanzen 7 ist mit einer gemeinsamen Masse 10 verbunden. Die zweiten Enden sind miteinander über zwei Dioden variabler Kapazität 3&sub1;, 3&sub2; gekoppelt, die gegensinnig in Reihe angeordnet sind. Diese Dioden stellen eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden Schwingkreisen 1 und 2 her. Der den beiden Koppeldioden gemeinsame Punkt wird mit einer Spannung Vcoup über einen Vorwiderstand 11 vorgespannt Jede der Induktanzen 7&sub1;, 7&sub2; eines Schwingkreises besitzt einen Abgriff, der mit der Antenne 4 bzw. der Eingangsstufe des Empfängers 5 über Induktanzen 12 bzw. 13 gekoppelt ist. Dieses System ermöglicht eine konstante Lastüberspannung im verwendeten Frequenzbereich.
Die so ausgebildete Kopplung über Dioden mit variabler Kapazität ermöglicht es, durch eine entsprechende Wahl der Kapazitäten der Dioden solange wie möglich in der Nähe der kritischen Kopplung zwischen den beiden Schwingkreisen 1 und 2 im verwendeten Frequenzbereich zu bleiben und einen Betrieb des Filters in Frequenzevasion mit einer ausreichenden Agilität zu gewährleisten.
Diese Wahl beruht auf den folgenden Betrachtungen: Wenn man zum Beispiel ein Filter mit 2n Dioden variabler Kapazität je Schwingkreis annimmt und wenn man mit Cacc die Kapazität einer Diode und mit Qc den Last-Überspannungskoeffizient des Filters bezeichnet, wird der Wert der Koppelkapazität der Diode variabler Kapazität, der notwendig ist, um bei der kritischen Kopplung zu bleiben, durch die folgende Beziehung definiert:
Ccoup = (n Cacc)/2 Qc (1)
Das Gesetz der Variation der Kapazität Cv einer Varicap-Diode in Abhängigkeit von der Vorspannung V, die an sie angelegt wird, weist die folgende Form auf:
Cv = C&sub0;(1 + V/∅)-γ (2)
wobei
C&sub0; die Kapazität bei V = 0 Volt
-γ die Variationssteigung (Kapazität-Spannung) der Varicap-Diode,
und ∅ das Kontaktpotential ist.
Indem in der Gleichung (1) Cacc durch Cv ersetzt wird, ergibt sich somit das folgende Variationsgesetz der Koppelkapazität:
Ccoup =n C&sub0;/[2Qc(1+V/∅)γ] (3)
Vergleicht man die Gleichungen (2) und (3), dann sieht man, daß die Koppelkapazität etwa Qc mal geringer als die aller Dioden mit variabler Abstimmkapazität sein muß, die in jedem Schwingkreis des Filters verwendet werden.
Natürlich kann der Wert der Koppelkapazität je nach den Erfordernissen durch die Reihenschaltung einer mehr oder weniger großen Anzahl von Dioden mit variabler Kapazität je nach der Art der verwendeten Dioden mit variabler Kapazität erhalten werden, und insbesondere in der Art, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, wo im Gegensatz zu Figur 1 zwei Paare von in Reihe geschalteten Dioden mit variabler Kapazität 14 bis 17 verwendet werden.
Wie Figur 3 zeigt, können die Paare von gegensinnig geschalteten Dioden mit variabler Kapazität, die parallel zu den Klemmen der Induktanzen 7&sub1;, 7&sub2; der Figur 2 angeordnet sind, auch durch Paare ersetzt werden, die durch die Reihenschaltung mindestens eines Kondensators 18 mit einer Diode variabler Kapazität gebildet werden. In diesem Fall ergeben die Gleichungen (1) und (3) den mit zwei zu multiplizierenden Wert von Ccoup.

Claims

1. Abstimmbares Hochfrequenzfilter, mit einem ersten Schwingkreis (1) und einem zweiten Schwingkreis (2), die von spannungsgesteuerten Dioden (3) variabler Kapazität abgestimmt werden, und mit Dioden (6) variabler Kapazität, die den ersten und den zweiten Schwingkreis koppeln, wobei die Dioden (3) variabler Kapazität zur Abstimmung der Schwingkreise und die Dioden variabler Kapazität zur Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingkreis von der gleichen Steuerspannung (V) gesteuert werden, um die Abstimmung des Filters auf seine Arbeitsfrequenz und die kritische Kopplung der beiden Schwingkreise (1, 2) durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Koppelkapazität zwischen den beiden Schwingkreisen etwa Qc mal geringer ist als die resultierende Kapazität, die für die Abstimmung jedes Schwingkreises notwendig ist, wobei Qc der Überspannungs-Koeffizient des Filters bei Belastung ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwingkreis eine Induktanz (7) und mindestens ein Paar von gegensinnig angeordneten Dioden (3) variabler Kapazität aufweist, die parallel zur Induktanz geschaltet sind.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwingkreis eine Induktanz (7) aufweist, die als Parallelschwingkreis durch Dioden variabler Kapazität (6) abgestimmt wird, die in Reihe mit mindestens einem Kondensator (18) verbunden sind.

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (6) variabler Kapazität, die den ersten und den zweiten Schwingkreis (1, 2) miteinander koppeln, als gegensinnig in Reihe angeordnete Paare geschaltet sind.

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwingkreis (1) und der zweite Schwingkreis (2) mit einer Funk-Empfangsantenne (4) bzw. mit dem Eingang eines Funk-Empfängers (5) gekoppelt sind.