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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von harmonischen Schwingungen,
die in einem Verstärker
usw. auftreten.
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Anhand der Zeichnungen 3 bis 6 wird eine herkömmliche Schaltungsanordnung
zur Unterdrückung
von harmonischen Schwingungen beschrieben. 3 zeigt eine Schaltung für die Unterdrückung von
Mehrfachharmonischen und 5 zeigt
eine entsprechende Schaltung für
die gleichzeitige Unterdrückung
von Mehrfachharmonischen und einer dritten Oberwelle. Die 4 bezw. 6 zeigen die Frequenzgänge der
in 3 und 5 dargestellten Schaltungen zur Unterdrückung von
Harmonischen.
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Der in 3 dargestellte
Verstärker 11 ist
ein Hochfrequenzverstärker
wie in einem Tuner für
einen Empfänger
oder ähnlichem.
Der Verstärker 11 ist
ausgebildet oder angeordnet auf einer nicht gezeigten Leiterplatte
und verstärkt
Signale, die in einem SHF Band (z. B. 5,8 GHz) liegen. Der Verstärker 11 hat
einen hohen Verstärkungsfaktor,
um ein schwaches Signal zu verstärken
und erzeugt dabei unerwünschte
Harmonische (Mehrfachharmonische und insbesondere dritte Oberwelle)
mit einem hohen Pegel. Deshalb ist eine Mikrostreifenleitung 12 zur
Unterdrückung
der Harmonischen auf der Ausgangseite des Verstärkers 11 vorgesehen.
Die Mikrostreifenleitung 12 ist auf der Leiterplatte ausgebildet.
Ein Anschluss der Mikrostreifenleitung 12 ist elektrisch
verbunden mit einer Signalübertragungsleitung 13,
die auf der Ausgangsseite des Verstärkers 11 angeordnet
ist, und der andere Anschluss ist abgeschlossen. Außerdem ist
die Länge
der Mikrostreifenleitung 12 auf 1/8 der Wellenlänge in Bezug
auf eine Frequenz (entsprechend einer Frequenz f0 einer
Grundwelle) eines empfangenen Signals gesetzt. Deshalb wird die
Impedanz auf der Mikrostreifenleitung 12 von der Signalübertragungsleitung 13 aus
gesehen bei einer Frequenz (Mehrfachharmonische, Frequenz: 2 f0), die dem doppelten der Frequenz des empfangenen
Signals entspricht, extrem klein. Deshalb wird die Mehrfachharmonische
2 f0, wie in 4 gezeigt,
unterdrückt.
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Wenn gewünscht wird, dass die dritte
Harmonische (3 f0) ebenso wie die Mehrfachharmonische
(2 f0) unterdrückt werden soll, kann eine
weitere Mikrostreifenleitung 14 zusätzlich elektrisch mit der Signalübertragungsleitung 13 verbunden
werden, wie das in 5 gezeigt
wird, und der Abschluss der Mikrostreifenleitung 14 wird
geöffnet.
Die Länge der
Mikrostreifenleitung 14 wird auf 1/12 der Wellenlänge in Bezug
auf die Frequenz (f0) des empfangenen Signals
gesetzt. Als Ergebnis wird die Impedanz der Mikrostreifenleitung 14,
von der Signalübertragungsleitung 13 aus
gesehen, extrem niedrig in Bezug auf die Harmonische (3 f0) entsprechend dem dreifachen der Frequenz
des empfangenen Signals (die theoretische Impedanz ist 0 Ohm). Deshalb
wird die dritte Harmonische (3 f0), wie
in 6 gezeigt, unterdrückt. Des
Weiteren können
die Mehrfachharmonische (2 f0) und die dritte
Harmonische (3 f0) gleichzeitig unterdrückt werden.
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Bei dem oben beschriebenen konventionellen
Aufbau reduziert jedoch die Mikrostreifenleitung 12 für die Unterdrückung der
Mehrfachharmonischen (2 f0) die Impedanz
bei der Frequenz (f0) der Grundwelle und schwächt das
Signal der Grundwelle um 5 bis 8 dB ab, wie das aus den in 4 und 6 gezeigten Punkten A und B deutlich
wird. Somit taucht ein Problem deshalb auf, weil die Empfindlichkeit
für das
empfangene Signal geringer wird, der Schaltungsteil der angeschlossenen
Stufe, die auf den Hochfrequenzverstärker folgt, nicht optimal arbeitet
und der Rauschabstand geringer wird.
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Eine weitere konventionelle Hochfrequenzschaltung
mit zwei Mikrostreifenleitungen ist in dem japanischen Patent Nr.
09064601 beschrieben. Im Hinblick auf das vorher gesagte ist es
deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung
zur Unterdrückung
von Harmonischen anzugeben, die in der Lage ist, Harmonische wirksam
zu unterdrücken,
ohne das Signal der Grundwelle abzuschwächen.
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Entsprechend einem ersten Aspekt
der Erfindung zur Erzielung der obigen Aufgabenstellung wird eine Schaltungsanordnung
zur Unterdrückung
von Harmonischen angegeben, die Folgendes umfasst:
eine erste
Mikrostreifenleitung, und
eine zweite Mikrostreifenleitung,
wobei
die erste und die zweite Mikrostreifenleitung den gleichen Wellenwiderstand
haben und wobei ein Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung elektrisch
mit einer Übertragungsleitung
verbunden ist, über
die ein Signal mit einer vorbestimmten Frequenz übertragen wird und der andere
Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung an Masse liegt;
dadurch
gekennzeichnet, dass die Länge
der ersten Mikrostreifenleitung und die Länge der zweiten Mikrostreifenleitung
jeweils auf Längen
gesetzt werden, die 1/8 der Wellenlänge in Bezug auf die vorbestimmte
Frequenz entsprechen und ein Serienimpedanzmittel vorgesehen ist,
das von einem Kapazitätsmittel
gebildet wird, das in Serie mit einem Induktivitätsmittel geschaltet ist und
elektrisch zwischen dem anderen Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung
und dem anderen Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung angeschlossen ist
und die Reaktanz des Kapazitätsmittels
und die Reaktanz des Induktivitätsmittels
bei der vorbestimmten Frequenz so gesetzt werden, dass jede von
ihnen 3/4 des Wellenwiderstands jeder der Mikrostreifenleitungen hat.
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Vorzugsweise ist ein Verstärker vorgesehen,
der das Signal mit der vorbestimmten Frequenz verstärkt, und
der besagte erste Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung ist
elektrisch mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden.
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Als Serienimpedanzmittel wird vorzugsweise
ein leiterloser Kondensator mit einer Anschlusselektrode vorgesehen,
dessen Anschlusselektrode als Induktivitätsmittel verwendet wird. Obwohl
diese Beschreibung mit Ansprüchen
abschließt,
die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung im Einzelnen darlegen
und deutlich beanspruchen, wird davon ausgegangen dass die Erfindung,
deren Aufgaben und Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile aus
der folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der dazugehörigen Zeichnungen
leichter verständlich
wird, wobei:
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1 ein
Schaltbild ist, das eine Schaltung zur Unterdrückung von Harmonischen nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 den
Frequenzgang der Schaltung zur Unterdrückung von Harmonischen nach
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ein
Schaltbild einer konventionellen Schaltung zur Unterdrückung von
Harmonischen zeigt;
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4 den
Frequenzgang der in 3 gezeigten
Schaltung zur Unterdrückung
von Harmonischen zeigt;
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5 ein
Schaltbild ist, das ein weiteres Beispiel einer konventionellen
Schaltung zur Unterdrückung von
Harmonischen zeigt;
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6 den
Frequenzgang der in 5 gezeigten
Schaltung zur Unterdrückung
von Harmonischen darstellt.
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Im Folgenden wird die Schaltung zur
Unterdrückung
von Harmonischen nach der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 erläutert. 1 ist ein Schaltbild, das
eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung von Harmonischen der
vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist
die Darstellung des Frequenzgangs der Schaltung zur Unterdrückung von
Harmonischen der vorliegenden Erfindung.
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Der Verstärker 1 ist ein Hochfrequenzverstärker wie
in einem Tuner für
einen Empfänger
oder ähnlichem.
Der Verstärker 1 ist
auf einer nicht gezeigten Leiterplatte aufgebaut und verstärkt ein
schwaches Signal, das in einem SHF Band liegt (z. B. 5,8 GHz). Eine
erste Mikrostreifenleitung 3, eine zweite Mikrostreifenleitung 4,
ein Kapazitätsmittel 5 mit
einem kleinen Kapazitätswert
(C) und ein Induktivitätsmittel 6 mit
einem kleinen Induktivitätswert
(L) sind elektrisch in Serie zwischen eine Signalübertragungsleitung 2,
die mit dem Ausgang des Verstärkers 1 verbunden
ist, und Masse verbunden. Das heißt, ein Anschluss der ersten
Mikrostreifenleitung 3 ist elektrisch mit der Signalübertragungsleitung 2 verbunden
und ein Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung 4 ist
elektrisch mit Masse verbunden. Des Weiteren sind Serienimpedanzmittel 7,
bestehend aus einem Kapazitätsmittel 5 und
einem Induktivitätsmittel 6 elektrisch
zwischen dem anderen Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 und
dem anderen Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung 4 angeschlossen.
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Die Längen (d) der ersten Mikrostreifenleitung 3 und
der zweiten Mikrostreifenleitung 4 sind jeweils auf etwa
1/8 der Wellenlänge
(λ0) in Bezug auf die vorbestimmte Frequenz
(Grundwelle f0) des Eingangsignals gesetzt,
das am Verstärker 1 anliegt.
Der Wellenwiderstand (Z0) der ersten Mikrostreifenleitung 3 als
auch der Wellenwiderstand (Z0) der zweiten
Mikrostreifenleitung 4 sind zueinander gleich gesetzt.
Weiterhin sind die Reaktanz (1/ω0C) des Kapazitätsmittels 5 und die
Reaktanz (ω0L) des Induktivitätsmittels beide auf 3/4 des
Wellenwiderstandes (Z0) jedes der ersten
und zweiten Mikrostreifenleitung 3 und 4 gesetzt.
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Bei dem oben beschriebenen Aufbau
wird die Impedanz Zin4 der zweiten Mikrostreifenleitung 4,
von einem Punkt aus gesehen, an dem die zweite Mikrostreifenleitung
4 und
das Impedanzmittel 7 elektrisch miteinander verbunden sind,
zunächst
durch die folgende Gleichung 1 bestimmt. In der Gleichung bedeutet
Z0 den Wellenwiderstand der zweiten Mikrostreifenleitung 4 und
d bedeutet die Länge
der zweiten Mikrostreifenleitung 4. Weiterhin bedeutet β eine Phasenkonstante,
die durch die folgende Gleichung 2 bestimmt wird. λ0 in der
Gleichung 2 bedeutet die Wellenlänge
bei der Frequenz (f0) der Grundwelle.
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Unter der Annahme, dass die Reaktanz
des Impedanzmittels
7 X ist, wird die Impedanz Zin
3 der zweiten Mikrostreifenleitung
4,
gesehen von einem Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung
3 durch
die folgende Gleichung 3 bestimmt.
Zin4 = jZ0tanβ d 1
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Weil die Reaktanz (ω0L) des Induktivitätsmittels 6 und die
Reaktanz (1/ω0C) des Kapazitätsmittels 5 des Impedanzmittels 7 bei
der Frequenz der Grundwelle (f0) erst gleich
sind (sie sind 3/4 des Wellenwiderstands Z0),
ergibt X in der Gleichung 3 null. Das bedeutet, dass der andere
Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 und der andere
Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung 4 in einen Zustand
einer direkten Verbindung bei der Grundwelle (f0)
gebracht werden. Darüber
hinaus wird die gesamte Länge
der ersten und zweiten Mikrostreifenleitung 3 und 4 ein
Viertel der Wellenlänge
(λ0) in Bezug auf die Frequenz (f0)
der Grundwelle. Als Ergebnis wird die Impedanz Zin3 der
zweiten Mikrostreifenleitung 4, von einem Anschluss der
ersten Mikrostreifenleitung 3 aus gesehen, das heißt von der
Signalübertragungsleitung 2,
extrem hoch (und erreicht theoretisch unendlich).
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Dementsprechend wird das Signal der
Grundwelle, das auf der Signalübertragungsleitung 2 übertragen
wird, nicht abgeschwächt.
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Andererseits wird bei einer Frequenz
(2 f0). entsprechend dem doppelten der Grundwelle,
die Länge der
Mikrostreifenleitung 4 ein 1/4 der Wellenlände in Bezug
auf diese Frequenz. Weiterhin wird die Impedanz der zweiten Mikrostreifenleitung 4 am
anderen Anschluss (entsprechend dem Punkt, an dem das Impedanzmittel 7 und
die zweite Mikrostreifenleitung 4 miteinander verbunden
sind) der zweiten Mikrostreifenleitung 4 extrem hoch (und
erreicht theoretisch unendlich). Dementsprechend ist der andere
Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 geöffnet. Als
Ergebnis wird die Impedanz auf der Seite der zweiten Mikrostreifenleitung 4, vom
Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 aus gesehen,
extrem klein (und erreicht theoretisch 0).
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Deshalb wird im Ergebnis ein Signal,
dass dem doppelten der Grundwelle auf der Signalübertragungsleitung 2 entspricht,
abgeschwächt.
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Bei einer Frequenz (3f0)
entsprechend dem dreifachen der Frequenz der Grundwelle, ist die
Reaktanz X des Impedanzmittels 7 X = 2 Z0.
Somit ergibt sich, wenn in der Gleichung 3 X = 2 Z0 und
d = λ0*3/8 ist, Zin3 aus
der folgenden Gleichung 4. Die Längen
jeder der ersten und zweiten Mikrostreifenleitungen 3 und 4 sind d
= λ0*3/8 bei der Frequenz (3 f0),
entsprechend dem dreifachen der Frequenz der Grundwelle. Wenn man
diesen Wert in der Gleichung 4 einsetzt, ergibt das eine
Impedanz Zin3 = 0 auf der zweiten Seite
der Mikrostreifenleitung 4, vom Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 aus
gesehen, d. h. von der Signalübertragungsleitung 2.
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Deshalb wird als Ergebnis ein Signal,
das eine Frequenz entsprechend dem dreifachen der Grundwellenfrequenz
auf der Signalübertragungsleitung 2 hat,
unterdrückt.
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Wie oben beschrieben, ist die einzelne
Reaktanz (ω0L und 1/ω0C) bei der Frequenz der Grundwelle (f0) des Kapazitätmittels 5 und Induktivitätmittels 6,
die das Impedanzmittel 7 bilden, jeweils auf 3/4 des Wellenwiderstandes
Z0 der ersten und der zweiten Mikrostreifenleitung 3 und 4 gesetzt.
Deshalb wird im Ergebnis die Impedanz auf der Seite der zweiten
Mikrostreifenleitung 4, vom Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 aus
gesehen, bei der Frequenz der Grundwelle nahe unendlich und kann
als null betrachtet werden bei einer Frequenz, die dem doppelten
der Grundwellenfrequenz entspricht und bei einer Frequenz, die dem
dreifachen der Grundwellenfrequenz entspricht. Damit können die Übertragungseigenschaften
der Signalübertragungsleitung 2 so
eingestellt werden, dass bei der zweiten Harmonischen und der dritten
Harmonischen eine Unterdrückung
stattfindet, ohne dass es bei der Frequenz der Grundwelle (f0) eine Abschwächung gibt, wie das in 2 gezeigt wird.
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Im Hinblick auf eine Frequenz die
1/2 der Frequenz der Grundwelle entspricht, sind die Längen d jeder der
ersten und zweiten Mikrostreifenleitung 3 und 4 entsprechend
d = λ × 1/16,
und die Reaktanz X des Impedanzmittels 7 wird X = –Z0 × 9/8.
Deshalb wird die Impedanz auf der Seite der zweiten Mikrostreifenleitung
4, vom Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung 3 aus
gesehen, gleich 0. Wenn man annimmt, dass der Wellenwiderstand jeder
der ersten und zweiten Mikrostreifenleitungen 3 und 4 gleich
50 Ω (Ohm)
ist, und die Grundwellenfrequenz als 5,8 GHz angenommen wird, erreicht
die Kapazität
des Kapazitätmittels 5 im
Impedanzmittel 7 1 pF (PicoFarad) oder weniger und die
Induktivität
des Induktivitätmittels 6 erreicht
1 nH (NanoHenry) oder weniger. Beide nehmen also kleine Werte an.
Deshalb kann ein leiterloser Kondensator, der auch als so genannter "Chipkondensator" bezeichnet wird,
als das Impedanzmittel 7 eingesetzt werden. Der leiterlose
Kondensator hat eine Anschlusselektrode, die als das Induktivitätsmittel 6 wirkt.
Weil die Elektrode in ihren geometrischen Abmessungen stabil ist,
sind Variationen der Induktivität
verringert.
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Wie oben beschrieben, haben in der
Schaltung zur Unterdrückung
von Harmonischen der vorliegenden Erfindung eine erste Mikrostreifenleitung
und eine zweite Mikrostreifenleitung beide den gleichen Wellenwiderstand.
Ein Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung ist elektrisch mit
einer Übertragungsleitung
verbunden, über
die ein Signal mit einer vorbestimmten Frequenz übertragen wird. Ein Anschluss
der zweiten Mikrostreifenleitung liegt an Masse. Die Länge der
ersten Mikrostreifenleitung und die Länge der zweiten Mikrostreifenleitung
sind jeweils auf eine Länge
gesetzt, die 1/8 der Wellenlänge
in Bezug auf die vorbestimmte Frequenz entspricht. Ein Serienimpedanzmittel,
bestehend aus Kapazitätsmittel
und Induktivitätsmittel
ist elektrisch zwischen dem anderen Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung
und dem anderen Anschluss der zweiten Mikrostreifenleitung verbunden.
Weiterhin ist die Reaktanz des Kapazitätsmittels und die Reaktanz
des Induktivitätsmittels
bei der vorbestimmten Frequenz auf 3/4 des Wellenwiderstandes gesetzt.
Deshalb ist die Impedanz auf der Seite der ersten Mikrostreifenleitung,
von der Signalübertragungsleitung
aus gesehen, theoretisch unendlich bei der Frequenz der Grundwelle,
was ähnlich
ist dem Aufbau eines äquivalenten
Parallelresonanzkreises. Dementsprechend wird das Signal, das die
Frequenz der Grundwelle hat, nicht abgeschwächt. Weiterhin ist die Impedanz
auf der Seite der ersten Mikrostreifenleitung, von der Signalübertragungsleitung
aus gesehen, theoretisch null bei den Frequenzen der zweiten und
dritten Harmonischen, was ähnlich
ist dem Aufbau eines äquivalenten
Serienresonanzkreises. Deshalb werden Signale, die eine Frequenz
entsprechend dem zweifachen und dem dreifachen der Grundwellenfrequenz
haben, unterdrückt.
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Das gilt auch für die Schaltung zur Unterdrückung von
harmonischen Schwingungen nach der vorliegenden Erfindung; denn
es ist ein Verstärker
vorgesehen, der ein Signal mit vorbestimmter Frequenz verstärkt und
ein Anschluss der ersten Mikrostreifenleitung elektrisch mit dem
Ausgang des Verstärkers
verbunden ist, und es können
Signale der zweiten und dritten Harmonischen wirksam unterdrückt werden,
ohne Signale der Grundwelle abzuschwächen. Da bei der Schaltung
zur Unterdrückung
von harmonischen Schwingungen nach der vorliegenden Erfindung ein
leiterloser Kondensator mit einer Anschlusselektrode als Serienimpedanzmittel verwendet
wird und die Anschlusselektrode als Induktivitätsmittel dient, können Toleranzen
des Wertes der Reaktanz des Impedanzmittels klein gehalten werden.
Es ist somit möglich,
die Schwankungen der Frequenz (z. B. der Grundwellenfrequenz), bei
denen die Impedanz der ersten Mikrostreifenleitung, von der Signalübertragungsleitung
aus gesehen, unendlich erreicht, und die Schwankungen der Frequenzen
(z. B. der Frequenz der zweiten oder der dritten Harmonischen),
bei denen die Impedanz der Mikrostreifenleitung, von der Signalübertragungsleitung
aus gesehen, null erreichen, reduziert werden. So können im
Ergebnis Abschwächungen
bei der Frequenz der Grundwelle vermieden werden und Harmonische
können
bei dem zweifachen und dreifachen der Grundwellenfrequenz zuverlässig unterdrückt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
mit Bezug auf ein anschauliches Ausführungsbeispiel beschrieben wurde,
darf diese Beschreibung nicht als beschränkend ausgelegt werden. Dem
Fachmann auf diesem Gebiet sind mit Bezug auf diese Beschreibung
zahlreiche Abwandlungen des Ausführungsbeispiels
offensichtlich. Es ist daher davon auszugehen, dass der durch die
anhängenden
Ansprüche
definierte wahre Schutzumfang der Erfindung alle diese Abwandlungen
und Ausführungsformen
mit umfasst.
