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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Filter auf der Grundlage von Übertragungsleitungsresonatoren
und insbesondere auf eine Filteranordnung, bei der der Frequenzbereich
mittels eines elektrischen Steuersignales verändert werden kann.
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Auf Übertragungsleitungsresonatoren
beruhende Filter sind grundlegende Bestandteile in modernen Radioapparaten.
Nach Frequenzbereichen eingeteilt sind die üblichsten Filtertypen Bandsperren,
(band rejection filters)-Bandabweisfilter und Bandpaßfilter-(band-pass
filter), die verwendet werden, um Nochfrequenzsignale in einem gewünschten Frequenzband
(band-rejection)
oder außerhalb
eines bestimmten Frequenzbandes (band-pass) zu unterdrücken. Zusätzlich werden
Tiefpaßfilter
(low-pass filters) und Hochpaßfilter
(high-pass filters) verwendet. Übertragungsleitungsresonatoren,
deren Resonanzfrequenzen den Resonanzbereich eines Filters bestimmen,
sind üblicherweise
zylindrisch gewickelte Leiter oder Wicklungen oder Nuten oder Löcher in
einem elektrisch nicht leitenden Medium, Leiterpaare aus Streifenleitern
auf einem kartenartigen Substrat. Üblicherweise befinden sich
in einem Filter zwischen zwei und etwa acht Resonatoren. Ein Filter
ist mit dem übrigen
Funkgerät
bzw. Radioapparat über
Eingangsanschlüsse,
Ausgangsanschlüsse
und Steuersignalanschlüsse
verbunden.
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In zahlreichen Anwendungen ist es
vorteilhaft, wenn der Filterfrequenzbereich während des Arbeitens geändert werden
kann, indem dem Filter ein elektrisches Signal zugeführt wird.
Beispielsweise erfolgen in zahlreichen Mobilfunktelefonen zellularer Bauweise
die Übertragung
und der Empfang zum und durch das Filter in einem ziemlich schmalen
Frequenzband, das sich an verschiedenen Teilen eines breiteren Frequenzbandes
befinden kann, und erfolgt der Empfang in einem ziemlich engen Frequenzbandbereich,
weshalb das Empfängerbandfilter,
dessen Auf gabe es ist, andere Signale als das gewünschte Signal
zu sperren, so eingestellt werden muß, dass das Minimum der Unterdrückung in
seinem Frequenzbereich mit der Frequenz des gewünschten Signales übereinstimmt.
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Dokument EP-A-520 641 beschreibt
einen einstellbaren Resonator, der die Anordnung eines Hauptresonators
umfaßt,
der im Signalpfad eines Filters angeordnet und mit einem zweiten
Resonator gekoppelt ist, der ein Schaltelement einschließt.
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Bei diesem Stand der Technik liegt
kein einfaches Filter vor, das mittels eines elektrischen Signals
verändert
werden könnte,
das von einem Bandsperrfilter kommt und in ein Niederpaßfilter
gelangt in der Weise, dass das Filter als ein Niederpaßfilter
das gesamte vorherige Sperrband passiert; jedoch werden in beiden
Fällen
die harmonischen Schwingungen des in Rede stehenden Bandes unterdrückt. Eine wirkungsmäßig äquivalente
Anordnung gemäß dem Stand
der Technik erfordert zwei separate Filter im Radiogerät, von denen
eines eine Bandsperre und das andere ein Tiefpaßfilter ist. Eine separate
Schalteranordnung wählt
eines der Filter in einer bestimmten Zeit zum Gebrauch aus. Nachteile
dieser Erfindung schließen
die Notwendigkeit eines Abstandes für separate Filter ein und die
Unterdrückung
des hochfrequenten Signales wie es durch die Schalteranordnung gelangt.
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Die Erfindung schlägt ein Funkfrequenzfilter vor,
das mittels eines elektrischen Signals aus einer Bandsperre in ein
Niederpaßfilter
umgewandelt werden kann. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch vorteilhafterweise
Filtern zugeordnet werden, die auf unterschiedlichen Arten von Resonatoren
beruhen. Die Erfindung ergibt auch ein umwandelbares Filter geringer
Größe und ergibt
nur wenige unerwünschte
Unterdrückungen.
Das Filter gemäß der Erfindung
kann unter Verwendung einer relativ geringen Anzahl von Bauteilen
realisiert werden.
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Die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung werden
mit einer Filteranordnung erreicht, bei der Übertragungsleitungsresonatoren
als Bandsperren geschaltet werden, ebenso wie eine Schaltung als Bereich
für ein
bestimmtes Steuersignal eingeschlossen ist, das einen bestimmten
Teil für
jeden Übertragungsleitungsresonator
mit einem gewünschten
konstanten Potential fixiert.
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Gemäß der Erfindung wird ein Funkfrequenzfilter
vorgeschlagen, wie es im Anspruch 1 definiert ist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass
ein Übertragungsleitungsresonator
in einem Bandsperrfilter dadurch abgesperrt werden kann, dass ein
ausgewählter
Punkt des Resonators mit einem konstanten Potential verbunden wird,
das vorzugsweise ein Grundpotential ist. Ein derart geschalteter
Resonator verursacht keine wesentliche Unterdrückung eines Signales dessen
Frequenz im Bereich des Sperrbandes der nicht entsprechend geschalteten
Resonatorverbundung liegt. Die Anordnung unterdrückt jedoch die Harmonischen
des Frequenzbandes, das in Rede steht, unabhängig davon, ob die Resonatoren
entsprechend geschaltet (shunted) sind oder nicht.
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Die pralktische Umsetzung der Erfindung hängt bis
zu einem gewissen Grad von der dabei verwendeten Technologie ab.
Die Schaltung, die auf ein Steuersignal dadurch anspricht, dass
ein bestimmter Punkt des Resonators mit einem konstanten Potential
verbunden ist, ist bekannt. Im Fall gewickelter Resonatoren, wird
die Verbindung vorzugsweise in der Form von Anzapfung bewirkt, die
einen Leiter einschließt,
der in einem ausgewählten
Punkt an einen gewickelten zylindrischen Spulenleiter angelötet ist. Verbindungsmethoden,
die bei anderen Resonatorbauweisen anwendbar sind, werden später beschrieben.
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Der Schalter im Steuerschaltkreis
gemäß der Erfindung
ist ein bekannter elektrisch gesteuerter Schalter, wie es eine PIN-Diode oder ein Transistor ist.
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Die Erfindung ist im einzelnen beschrieben unter
Bezugnahme auf die vorteilhaften Ausführungsformen, die als Beispiele
dargestellt sind, und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen,
in denen
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1 schematisch
das Prinzip der Erfindung zeigt,
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2 ein
Schaltungsdiagramm der Anwendung der Erfindung bei einem Filter
zeigt, das einem Filter mit schraubenförmig gewickelten Resonatoren zugeordnet
ist;
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3a–3d die gemessenen Frequenzbereiche
des Filters gemäß 2 in verschiedenen Fällen und
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4 die
Anwendung der Erfindung bei einem elektrisch nicht leitenden Filter
zeigt.
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Gleiche Bauteile sind in allen Figuren
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
ein Filter, das zwei Übertragungsleitungsresonatoren 2 und 3 aufweist.
Die Erfindung begrenzt nicht Schaltungsanzahl der Filter, d. h.
die Anzahl der Resonatoren in ihnen, aber diese Patentanmeldung
beschreibt insbesondere Filter mit zwei Resonatoren, weil ein Filter
schmal gebaut sein soll. Das dargestellte Filter hat einen Eingangsanschluß 4 und
einen Ausgangsanschluß 5.
Der Block 6 schließt
Anpassungsmittel und andere Schaltmittel ein, die zum Einstellen
der Ein- und Ausgangsimpedanzen des Filters bestimmt sind, um gewünschten Werten
zu entsprechen und die zusammen mit den Resonatoren 2 und 4 einen
Frequenzbereich nach der Art einer Bandsperre ergeben, wenn der
Bereich nicht auf andere Weise beeinflußt wird. Ein Fachmann ist mit
den Verfahren für
die Ausbildung von durch den Block 6 dargestellten Schaltkreisen
vertraut.
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Gemäß der Erfindung schließt das Filter 1 auch
Schalter 7 und 8 ein, die beide zwischen einem Übertragungsleiterresonator
und dem Grundpotential angeordnet sind. Das Arbeiten der Schalter
wird gesteuert von einem Signal, das an den Steuersignalanschluß 9 gelangt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
nehmen die Schalter jeweils eine von zwei Schaltstellungen ein und
sie arbeiten in Phase, d. h. ein bestimmter erster Wert des Steuersignales
veranlaßt,
dass beide Schalter offen sind, und ein bestimmter zweiter Wert
des Steuersignales veranlaßt, dass
beide Schalter geschlossen sind. Sind beide Schalter geschlossen,
verändern
die Schalter die elektrischen Charakteristiken der Resonatoren 2 und 3 deutlich,
weil die Erdungspunkte 2a, 3a beider Resonbatoren
ziemlich nahe dem Punkt 2b bzw. 3b sind, in denen
der jeweilige Resonator an den Block 8 angeschlossen ist,
um die Bandsperrfunktion zu realisieren.
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2 zeigt
ein Schaltdiagramm eines Filters 1, das zwei gewickelte
Resonatoren 2 und 3 einschließt. Zwischen dem Eingangsanschluß 4 und
der ersten Resonatorwicklung 2 und einem Eingangsanschluß 4 und
der ersten Resonatorwicklung 2 über den Anzapfpunkt 2b befindet
sich eine galvanische Verbindung. Entsprechend besteht eine galvanische Verbindung
zwischen dem Ausgangsanschluß 5 und der
zweiten Resonatorwicklung 3 über einen Anzapfpunkt 3b Kapatzitäten 6a und 6b und
die Übertragungsleitungen,
die die Verbindungen zwischen den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen 4, 5 und die
Resonatoren 2, 3 entsprechen dem Block 6 in 1.
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Entsprechend einem Aspekt der Erfindung schließt das in 2 dargestellte Filter eine
Schaltung mit zwei PIN-Dioden D7 und D8, Kapazitäten C7 und C8, Widerstände R7 und
R8 ein. Von den Kathoden der beiden PIN-Dioden ist jede mit einem
gewickelten Resonator in einem speziellen zusätzlichen Anzapfpunkt 2a und 3a verbunden.
Eine Kapazität C7
ist zwischen der Anode der PIN-Diode D7 und dem Grundpotential eingeschaltet
und eine Kapazität C8
ist zwischen der Anode der PIN-Diode D8 und dem Grundpotential zusätzlich eingeschaltet;
es besteht eine Verbindung von den Anoden von beiden PIN-Dioden über Widerstand
R7, R8 und dem Steuersignalanschluß 9. Bei der dargestellten
Ausführungsform
entspricht der Abstand zwischen dem Anzapfpunkt 2b, 3b und
dem zusätzlichen
Ansatzpunkt 2a, 3a etwa einer Wicklungsumdrehung
beider gewickelten Resonatoren. Der Abstand kann jedoch auch größer oder
geringer sein als eine solche Wicklungsumdrehung.
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Im Zusammenhang mit den Untersuchungen,
die zu der Erfindung geführt
haben, wurde ein gewickelter Resonator gemäß 2 gefertigt, dessen Frequenzbereich mit
unterschiedlichen Werten der Spannung eines Spannungssignales einem Steuersignalanschluß 9 zugeführt wurde.
Hatte das Steuersignal den Wert Null, oder hatte der Steuersignalanschluß 9 im
wesentlichen Grundpotential, so waren die PIN-Dioden D7 und D8 einander
entgegengerichtet vorgespannt, was der offenen Schaltstellung der
Schalter 7 und 8 in 1 entspricht. Denn
der Frequenzbereich des Filters, beschrieben als ein Durchgang vom
Eingangsanschluß 4 zum Ausgangsanschluß 5 gemäß 3a und 3b, Kurve 10, kennzeichnet den Übertragungskoeffizienten
in einer beschriebenen Skala, wenn die Frequenz sich von 370 MHz
zu 400 MHz ändert.
Die Kurve zeigt, in der Form eines Tropfens in der Kurve, einen
Sperrbereich, dessen zentrale Frequenz etwa 392 MHz beträgt. 3b erläutert mittels Kurve 11 das
Ermitteln eines Übertragungskoeffizienten
bei höheren
Frequenzen. 3b zeigt
bei der ersten Harmonischen (784 MHz) der Sperrbereichszentrumsfrequenz, dass
die Unterdrückung über 30 dB
beträgt
und bei den anderen Harmonischen bis zu 2 GHz, die Unterdrückung über 50 dB
beträgt.
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Wenn ein positives Spannungssignal
dem Steuersignalanschluß 9 in
einem Filter 9 gemäß 2 zugeführt wird, werden die PIN-Dioden D7 und D8
nach vorn vorgespannt. Dann besteht, soweit es ein Funkfrequenzsignal
betrifft, eine Verbindung von den zusätzlichen Anzapfpunkten 2a und 3a zum Grundpotential.
Kondensatoren C7 und C8 isolieren das Gleichspannungssignal, das
zum Steuersignalanschluß vom
Grundpotential und Widerständen
R7 und R8 aus gelangt gegen das Grundpotential und Widerstände R7 und
R8 hindern das Funkfrequenzsignal mit dem Steuersignalanschluß 9 verbunden
zu werden, 3c und 3d zeigen den Durchgang des Filters
bei Fundamentalfrequenz (3c,
Kurve 12) und bei Harmonischen (3d, Kurve 13), wenn ein positives
Spannungssignal zu dem Steuersignalanschluß gelangt. Kurve 12 zeigt,
dass der Durchgang des Filters schon flach und weniger als –1 dB über den
gesamten gemessenen Bereich ist. Kurve 13 in 3d zeigt jedoch, dass die
Unterdrückung
der harmonischen Frequenzen (das sind die "Harmonischen") im wesentlichen identisch 3b ist, wo am Steuersignaleingang
kein Spannungssignal vorliegt.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf
Einrichtungen mit gewickelten Resonatoren. 4 zeigt einen elektrisch nicht leitenden
Block 14, der im wesentlichen ein rechtwinkliges Prisma
ist, das mittels vier, paarweise paralleler Seitenflächen, die
senkrecht zueinander liegend aneinanderstoßen und durch zwei Endflächen gebildet
wird. Zwei zylindrische Löcher 15 und 16 erstrecken
sich gemäß der Zeichnung
und von der einen Endfläche
zur anderen, und die Innenflächen
der Löcher sind
mit elektrisch leitendem Material beschichtet. Beide Löcher bilden so
zusammen mit der Teilbeschichtung der Außenflächen des Blockes einen Übertragungsleitungsresonator.
Die Bildung eines Filters unter Verwendung eines elektrisch nicht
leitenden Resonatorblockes gemäß 4 ist Stand der Technik.
Block 14 muß nicht notwendigerweise
einstückig
sein, er kann aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die einander
zugeordnet sind. Beispielsweise kann jeder Resonator unter Verwendung
eines eigenen Grundkörperblockteiles
gebildet sein. Darüber
hinaus muß der
Block nicht notwendigerweise als ein rechteckiges Prisma ausgebildet
sein.
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Zum Anschließen an die Resonatoren hat
die in der Zeichnung obere Endfläche,
die ansonsten unbeschichtet ist, Anschlußbereiche 17 und 18,
die eine elektrisch leitende Beschichtung sind. Gemäß der Erfindung
sind außerdem
auf einer Seite des elektrischen Blockes Anschlußbereiche 19 und 20 ausgebildet,
die auf ein bestimmtes Steuersignal ansprechen. Eine kapazitive
Verbindung von den Übertragungsleitungsresonatoren 15 und 18 aus
und über die
Verbindungsbereiche 19 und 20 zum Grundpotential
veranlassen das Frequenzansprechen des Filters; in Verbindung damit
werden die Resonatoren verwendet, an die ein Schaltkreis angeschlossen werden
kann. Als Folge eines bestimmten Steuersignals gemäß der Erfindung
sind auf einer Seitenfläche des
elektrisch nicht leitenden Blockes Anschlußbereiche 19 und 20 ausgebildet,
an die ein Schaltkreis angeschlossen werden kann, um die Anschlußbereiche 19 und 20 als
Folge eines bestimmten Steuersignales zu begründen. Eine kapazitive Verbindung von
den Übertragungsleitungsresonatoren 19 und 20 aus
zu dem Grundpotential veranlaßt
das Frequenzansprechen des Filters; in Verbindung werden die Resonatoren
wirksam, um gemäß 3a bis 3d die oben beschriebene Veränderung
zu bewirken. Der die Schalter 7 und 8 und einen
Steuersignalanschluß 9 einschließende Schaltkreis
ist nur schematisch dargestellt, jedoch ist seine Umsetzung in die
Praxis unter Verwendung von entsprechenden Baugruppen, die Lötpfaden
(nicht dargestellt) auf der Blockfläche zugeordnet sind, als Stand
der Technik bekannt.
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Es ist bekannt, kapazitzive und galvanische Verbindungen
herzustellen, ebenso wie andere Resonatortypen, wie Streifenleiter
und koaxiale Resonatoren, sodass die Grundkupplung gemäß der Erfindung
ihnen leicht zugeordnet werden kann. Der Ort der Anordnung des Grundpunktes
in dem Resonator und die in der Grundkopplung verwendete Drehung können experimentell
bestimmt werden, indem experimentell bestimmt wird, wie sie beispielsweise
von der gewünschten,
auf das Filter treffenden Impedanz und der gewünschten Gesamtunterdrückung des
Signales beeinflußt
werden.
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Oben wurden Meßergebnisse für ein Filter dargelegt,
das eine normale Arbeitsfrequenz von etwa 385–392 MHz hat. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf Filter eines besonderen Frequenzbereiches beschränkt. Sie
kann allen Vorrichtungen zur Verarbeitung von Funkfrequenzsignalen
mit Vorteil zugeordnet werden, bei denen die Filter klein sein sollen
und deren Frequenzbereich elektrisch veränderbar sein muß. Die Erfindung
schließt
außer
den Resonatoren wenige andere Komponenten ein, sodass ihre Herstellungskosten
niedrig sind und gute Voraussetzungen für eine Massenproduktion gegeben
sind. Dank der geringen Komponentenanzahl geht mit der Erfindung
die unerwünschte
Unterdrückung
in einem Funkfrequenzsignal in nur sehr geringem Umfang einher.