DE762751C

DE762751C - Filter for decimeter waves with a coaxial arrangement of the filter elements within a shielding tube

Info

Publication number: DE762751C
Application number: DET56659D
Authority: DE
Inventors: Werner Dr-Ing Buerck
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1941-12-13
Filing date: 1941-12-14
Publication date: 1954-03-08

Description

AUSGEGEBEN AM 8. MÄRZ 1954ISSUED MARCH 8, 1954

T 56659 VIII c 121gT 56659 VIII c 121g

Die Erfindung betrifft eine neue Ausführung von Dezimeterwellenfiltern, und zwar von Hochpaß-, Tiefpaß- und Bandpaßfilterii. Der Aufbau von Hochpaß-, Tiefpaß- und Bandpaßfiltern für ultrakurze, insbesondere Dezimeterwellen, macht erhebliche Schwierigkeiten, da die einzelnen Längs- und Querreaktanzen sich im allgemeinen nicht mehr sauber herstellen lassen. Wegen der räumliehen Ausdehnung besitzen die als Induktivitäten benutzten Spulen für die sehr kurzen Wellen stets eine Parallelkapazität, ebenso treten die Zuleitungsinduktivitäten zu den Kondensatoren bereits merklich in Erscheinung. Man hat daher Filter für ultrakurze Wellen aus Leitungsstücken mit verteilter Induktivität und Kapazität hergestellt, und zwar sowohl aus Koaxialleitungen als auch aus Paralleldrahtleitungen. Diese Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß sie einen erheblichen Platz beanspruchen, so daß sie schwer und unhandlich werden. Auch sind sie meist nur für recht schmale Frequenzgebiete brauchbar. Es sind auch sogenannte Laufzeitspulen bekanntgeworden, die als Tiefpaßfilter angesehen werden können. Diese bestehen z. B. aus einer auf einem geschlitzten Metallzylinder aufgewundenen Drahtspule. DieseThe invention relates to a new type of decimeter wave filter of high-pass, low-pass and band-pass filtersii. The structure of high-pass, low-pass and Bandpass filters for ultrashort waves, especially decimeter waves, cause considerable difficulties since the individual longitudinal and transverse reactances can generally no longer be produced cleanly. Because of the spatial The coils used as inductors always have a parallel capacitance for the very short waves the lead inductances to the capacitors are already noticeable. Filters for ultrashort waves are therefore made of line sections with distributed inductance and capacitance made from both coaxial lines and parallel wire lines. These arrangements however, have the disadvantage that they take up a considerable amount of space, so that they become heavy and unwieldy. They are also mostly only for very narrow frequency ranges useful. So-called delay coils have also become known, which are used as low-pass filters can be viewed. These consist e.g. B. from one on a slotted metal cylinder wound wire spool. These

Spule bildet die gleichmäßig verteilte Längsinduktivität, während die Ouerkapazitäten durch die Kapazität der Spule gegenüber dem Metallzylinder gebildet wird. Die Grenzfrequenz derartiger Tiefpaßfilter liegt aber für Dezimeterwellen zu niedrig.Coil forms the evenly distributed series inductance, while the external capacitances is formed by the capacitance of the coil in relation to the metal cylinder. The cutoff frequency such a low-pass filter is too low for decimeter waves.

Durch die Erfindung wird eine Filteranordnung mit konzentrierten Kapazitäten und Induktivitäten beschrieben, weiche die ίο Nachteile der eingangs erwähnten Filter nicht besitzt. Dies beruht vorwiegend auf der Benutzung einer besonderen Form der Induktivitäten, welche so angeordnet sind, daß sie eine geringe Parallelkapazität besitzen und daß die Zuleitungen zu den Induktivitäten und den Kapazitäten durch die gedrängte Bauart auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß sie aus einzelnen einfach geformten, maschinell leicht herstellbaren Bauelementen zusammengesetzt ist und daß man je nach der gewünschten Steilheit der Filterflanke und Dämpfung im zu sperrenden Frequenzgebiet eine beliebige Anzahl dieser Bauelemente zu einer gedrängten Anordnung zusammensetzen kann.The invention provides a filter arrangement with concentrated capacities and inductances are described, which do not have the disadvantages of the filters mentioned at the beginning owns. This is mainly due to the use of a special form of inductance, which are arranged so that they have a low parallel capacitance and that the leads to the inductors and capacitors due to the compact design be reduced to a minimum. Another advantage of the arrangement according to the invention consists in the fact that they are easily machined from individual simply shaped Components is composed and that depending on the desired steepness of the filter edge and attenuation in the to be blocked Frequency range any number of these components in a compact arrangement can put together.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei koaxialer Anordnung der Filterelemente innerhalb eines gemeinsamen Abschirmrohres die Induktivitäten durch mit Ausfräsungen versehene, senkrecht zur Rohrachse und damit auch senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung im Rohr stehende Metallscheiben gebildet werden. Insbesondere besitzen die Ausfräsungen die Form einer eiti- oder mehrgängigen Spirale.The essential feature of the invention is that with a coaxial arrangement of the Filter elements within a common shielding tube carry the inductances through with Millings provided, perpendicular to the pipe axis and thus also perpendicular to the direction of propagation Metal disks standing in the pipe are formed. In particular, the cutouts have the shape of an initial or multi-thread spiral.

An Hand der Abbildungen soll die Erfindung näher erläutert werden. Abb. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Tiefpaßfilter gemaß der Erfindung mit zwei Filtergliedern. In einem Metallrohr 1 ist in der Achse ein Isolierstab 2, z. B. aus Keramik, angebracht. Auf diesen Keramikstab sind die die einzelnen Filterglieder darstellenden Bauelemente. welche mit entsprechenden Bohrungen versehen sind, aufgeschoben. Jedes Filterglied besteht aus einer mit Ausfräsungen versehenen Metallscheibe 3, einem Metallbecher 4 j und einem den Keramikstab eng umschlie- j ßenden Metallring 5. Die Längsinduktivität j wird durch die ausgefräste Metallscheibe 3 | gebildet, und die Ouerkapazität liegt zwischen | dem äußeren Rand des Metallbechers 4 und ι der Innenoberfläche des Abschirmrohres 1. j Es ergibt sich also das aus der Abb. 1 a er- j sichtliche Ersatzschaltbild eines Tiefpaß- j filters. jThe invention is to be explained in more detail using the figures. Fig. 1 shows a section of a low-pass filter according to the invention with two filter elements. In a metal tube 1, an insulating rod 2, z. B. made of ceramic attached. The components representing the individual filter elements are on this ceramic rod. which are provided with corresponding holes, pushed on. Each filter element consists of a metal disk 3 provided with cutouts, a metal cup 4j and a metal ring 5 which tightly encloses the ceramic rod formed, and the external capacity is between | the outer edge of the metal cup 4 and the inner surface of the shielding tube 1. The equivalent circuit diagram of a low-pass filter, which can be seen from FIG. 1 a, is thus obtained. j

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich ^; eine beliebige Anzahl derartiger Filterglieder | in einfacher Weise aneinanderreihen läßt, j Um Verbiegungen zu vermeiden, ist zwischen i \ dem Boden des Bechers 4 und der Scheibe 3 noch ein Isolierring 7 vorgesehen. Bei dieser Anordnung werden die einzelnen Elemente einfach auf den Keramikstab 2 aufgefädelt. Das Ganze wird dann in das Metallrohr 1 hineingeschoben und beiderseitig mittels \*erschraubungen an den Enden des Metallrohres j befestigt. Die einzelnen Filterglieder und die Verbindungskontaktflächen werden dann durch den Druck der Verschraubungen zusammengepreßt, so daß weiter keine Befestigungsmittel notwendig sind. Versuche mit einer solchen Anordnung haben ergeben, daß man pro Filterglied im Sperrbereich eine Dämpfung von rund 1 Np erhält, während im Durchlaßbereich eine Dämpfung von rund i°/o auftritt. Wünscht man also z. B. ein Filter von 10 Np Sperrdämpfung, so ordnet man 10 Filterglieder der beschriebenen Art in dem Rohr an. Im Durchlaßbereich hat man dann mit einer Dämpfung von ungefähr 10 ⁰A) zu rechnen.It is readily apparent that ^; any number of such filter elements | can be strung together in a simple manner j, in order to avoid warping, is provided to the bottom of the cup 4 and the disk 3 still an insulating ring 7 between i \. With this arrangement, the individual elements are simply threaded onto the ceramic rod 2. The whole thing is then pushed into the metal tube 1 and fastened to the ends of the metal tube j on both sides by means of screw connections. The individual filter elements and the connecting contact surfaces are then pressed together by the pressure of the screw connections, so that no further fastening means are necessary. Tests with such an arrangement have shown that an attenuation of around 1 Np per filter element is obtained in the stop band, while an attenuation of around i% occurs in the pass band. So if you want z. B. a filter of 10 Np blocking attenuation, then 10 filter elements of the type described are arranged in the pipe. An attenuation of approximately 10 ⁰ A) must then be expected in the pass band.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform der als Induktivität verwendeten Scheibe 3, welche ! eine Ausfräsung in Form einer Spirale be- ! sitzt. Zur Einstellung des Induktivitätswertes ist eine in der spiraligen Ausfräsung verschiebbare und mit einer Gegenmutter mit Steg als Sicherung versehene Klemmschraube <S vorgesehen, welche einen Teil der Windungen kurzschließt. Gegebenenfalls können auch ! mehrere solcher einstellbaren Klemmschrau- ! heu verwendet werden.Fig. 2 shows an embodiment of the disc 3 used as an inductor, which ! a cutout in the form of a spiral! sits. For setting the inductance value is one that can be moved in the spiral cutout and has a lock nut with a bar provided as a fuse clamping screw <S, which part of the turns shorts. If necessary, you can also! several such adjustable clamping screws ! to be used hay.

; Abb. 3 zeigt eine andere Form der Induktivitätsscheibe 3, bei welcher drei Sektoren ausgefräst sind, so daß ein innerer und ein äußerer Ring stehenbleiben, welche durch drei Stege miteinander verbunden sind. Diese Scheibe besitzt eine wesentlich geringere Induktivität als die Scheibe nach Abb. 2. Es sind natürlich noch viele andere Formen für die Induktivität möglich.; Fig. 3 shows another form of inductance disk 3, in which three sectors are milled out, so that an inner and a stay in the outer ring, which are connected to one another by three webs. These Disc has a much lower inductance than the disc according to Fig. 2. Es Many other shapes are of course possible for the inductance.

Abb. 4 zeigt den Aufbau eines Hochpaßfilters gemäß der Erfindung. Hier ist ein kapazitiv unterteilter Innenleiter innerhalb des Metallrohres 1 angebracht, wobei jeweils zwischen zwei Innenleiterteilen eine Induktivitätsscheibe 3 zum Außenleiter führt. Das Filter ist in der angegebenen Weise aus einfachen Bauelementen aufgebaut, die im folgenden näher bezeichnet werden sollen. Die Abb. 4 zeigt von links nach rechts ein Anfangsglied, ein Mittelglied und ein Endglied. Natürlich können zwischen dem Anfang und dem Endglied beliebig viele Mittelglieder eingeschaltet sein.Fig. 4 shows the structure of a high-pass filter according to the invention. Here is a capacitively subdivided inner conductor mounted inside the metal tube 1, in each case between two inner conductor parts an inductance disk 3 leads to the outer conductor. That The filter is constructed in the manner indicated from simple components, which are described below should be described in more detail. Fig. 4 shows an initial link from left to right, a middle link and an end link. Of course, any number of middle links can be inserted between the beginning and the end link be.

In der Abb. 4 bezeichnet 10 das Ende des Innenleiters einer Koaxialleitung, welches durch den Isolierring 11 koaxial in dem Rohr ι gehalten wird. An diesem Innenleiter ist eine Metallschale 9 befestigt, die innenIn Fig. 4, 10 denotes the end of the inner conductor of a coaxial line, which is held by the insulating ring 11 coaxially in the tube ι. On this inner conductor a metal shell 9 is attached to the inside

einen Becher 12 trägt, welcher mit dem Zylinder 13 und dem Stempel 14 zusammen die erste Längskapazität von doppelter Größe der übrigen Längskapazitäten bildet. Der Zylinder 13, der Stempel 14 und die Induktivitätsplatte 3 sind z. B. durch Schrauben miteinander verbunden und bilden mit dem Becher 12 und der Schale 9 das Anfangshalbglied des Filters. An ihrer Peripherie liegt die Platte 3 an einem metallischen Ring 15 an, welcher den Kontakt mit dem Außenleiter herstellt. Ein Isolierstoffring 16 mit einer ausgefrästen Ringnut dient zur Übertragung des mechanischen Druckes auf die weiteren Filterglieder.a cup 12 carries which with the cylinder 13 and the punch 14 together Forms first series capacitance of twice the size of the remaining series capacities. The cylinder 13, the punch 14 and the inductance plate 3 are, for. B. by screws with each other connected and form the initial half member of the cup 12 and the shell 9 Filters. At its periphery, the plate 3 rests on a metallic ring 15, which establishes contact with the outer conductor. An insulating ring 16 with a milled out The ring groove is used to transfer the mechanical pressure to the other filter elements.

An der rechten Stirnfläche des Stempels 14 ist wieder ein Becher 12 befestigt, welcher die Kapazität mit dem Stempel des nächsten Filtergliedes herstellt.On the right end face of the stamp 14, a cup 12 is again attached, which the Establishes capacity with the stamp of the next filter element.

Zwischen dem Metallring 15 eines Gliedes»Between the metal ring 15 of a link »

ao und dem Isolierring 16 des nächsten Gliedes ist jeweils ein Abschirmblech 17 vorgesehen, welches die induktive Kopplung der Querinduktivitäten zweier benachbarter Filterglieder unterbindet. Dieses Abschirmblech bedingt noch eine gewisse, wenn auch geringe Querkapazität, die parallel zu der Induktivität von 3 liegt, so daß das Filter im strengen Sinn nicht als Hochpaßfilter, sondern als Bandpaßfilter anzusprechen ist. In dem dar-ao and the insulating ring 16 of the next link a shielding plate 17 is provided in each case, which is the inductive coupling of the shunt inductances of two adjacent filter elements prevents. This shielding plate still requires a certain amount, albeit a small one Transverse capacitance, which is parallel to the inductance of 3, so that the filter in the strict Sense is to be addressed not as a high-pass filter, but as a band-pass filter. In the dar-

gestellten Ausführungsbeispiel der Abb. 4 ist diese Kapazität jedoch -so gering, daß die obere Grenzfrequenz sehr hoch, also oberhalb des interessierenden Frequenzbereiches liegt. Wie an einem weiteren Ausführungsbeispiel unten erläutert werden soll, kann man diese Kapazität aber auch so groß bemessen, daß eine gewünschte Bandpaßcharakeristik erzielt wird.Asked embodiment of Fig. 4, this capacity is so low that the upper limit frequency is very high, i.e. above the frequency range of interest. As is to be explained below using a further exemplary embodiment, this can be used However, the capacity should also be dimensioned so large that a desired bandpass characteristic is achieved will.

Das letzte Glied des Filters ist etwas anders gestaltet als die vorhergehenden Filterglieder, um zwecks Anpassung die doppelte Kapazität zu erzeugen. Es handelt sich also wieder um ein sogenanntes Halbglied. Der Becher 12' und der Stempel 14' sind daher langer ausgebildet als bei den normalen Filtergliedern. Der Stempel 14' und der entsprechende Zylinder 13' gehen in den Innenleiter 17 der angeschlossenen Koaxialleitung über.The last section of the filter is designed slightly differently than the previous filter sections, to produce twice the capacity for adjustment. So it is again a so-called half-link. Of the Cup 12 'and the stamp 14' are therefore longer than the normal filter elements. The stamp 14 'and the corresponding Cylinders 13 'go into the inner conductor 17 of the connected coaxial line above.

Auch dieses Hochpaßfilter läßt sich mit jeder gewünschten Anzahl von Filtergliedern leicht aus gleichartigen Elementen aufbauen: Zunächst werden die Elemente 12, 13, 14, 3 unter Zwischenlage eines Ringes 16 miteinander verschraubt und dann in das Rohr 1 eingeschoben. Dann werden ein Ring 15 und eine Abschirmscheibe 17 eingeschoben und darauf wieder die obengenannte zusammengefügte Kombination usf. Durch Verschraubungen an den Enden des Rohres 1 werden diese Elemente zusammengepreßt. Der mechanische Druck geht vom Innenleiterende 10 über die Metallschale 9, die Teile 16, 3, 15, 17,16,3 usf. über 16' auf das Innenleiterende 17 an der anderen Seite.This high-pass filter can also be used with any desired number of filter elements Easily build from elements of the same type: First, elements 12, 13, 14, 3 screwed together with the interposition of a ring 16 and then into the tube 1 inserted. Then a ring 15 and a shielding plate 17 are inserted and then the above-mentioned combined combination and so on. By screw connections at the ends of the tube 1, these elements are pressed together. The mechanical one Pressure goes from the inner conductor end 10 over the metal shell 9, the parts 16, 3, 15, 17,16,3 etc. over 16 'on the inner conductor end 17 on the other side.

Abb. 5 zeigt das Ersatzschaltbild des so ausgebildeten Hochpaßfilters, in welches die entsprechenden Bezugszeichen eingetragen sind. Punktiert ist die Parallelkapazität zur Induktivität 3 eingezeichnet, die durch die Abschirmplatte 17 bedingt ist und durch welche man dem Filter den Charakter eines Bandpasses geben kann.Fig. 5 shows the equivalent circuit diagram of the high-pass filter designed in this way, in which the corresponding reference numerals are entered. The parallel capacitance to the Inductance 3 shown, which is caused by the shielding plate 17 and through which you can give the filter the character of a bandpass.

Auch Bandpaßfilter mit einem Ersatzbild, wie es Abb. 6 zeigt, sind auf die" erfindungsgemäße Weise aufzubauen. Dazu benutzt man gemäß dem Schema der Abb. 7 immer abwechselnd ein Hochpaßglied HP und ein Tiefpaßglied TP gemäß der Erfindung. Zu diesem Zweck eignen sich besonders Hochpaßglieder, die etwas anders konstruiert sind, als dies in Abb. 4 dargestellt ist, so daß sie ebenso wie die Tiefpaßglieder gemäß Abb. 1 auf einen Isolierstab, der sich in der Achse des Abschirmrohres befindet, aufgereiht werden können. Abb. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Bandpaßfilters.Bandpass filters with a substitute image, as shown in Fig. 6, are also to be constructed in the manner according to the invention. For this purpose, a high-pass element HP and a low-pass element TP according to the invention are used alternately in accordance with the diagram in FIG High-pass elements, which are constructed somewhat differently than shown in Fig. 4, so that they, like the low-pass elements according to Fig. 1, can be lined up on an insulating rod located in the axis of the shielding tube. Fig. 8 shows a Embodiment of a band pass filter.

Das Tiefpaßfilter TP ist ähnlich aufgebaut wie in Abb. 1. Es kann aber noch, wie die Abb. 8 zeigt, eine veränderbare Querkapazität besitzen. Zu diesem Zweck sind auf die Metallschale 4 gemäß Abb. 1 Sektoren 20 aufgeschraubt, die in radialer Richtung verstellbar sind. Durch diese Verstellung wird die Kapazität gegen den Außenleiter 1 verändert. In Abb. 9 ist eine solche Verstellkapazität für ein Tiefpaßfilterglied, welches die Abb. 8 im Schnitt zeigt, nochmals in Ansicht dargestellt. Sie besteht aus der Metallschale 4, auf welcher die drei Sektoren 20 aufgeschraubt sind und radial verstellt werden können.The low-pass filter TP has a similar structure as in Fig. 1. However, as Fig. 8 shows, it can still have a variable transverse capacitance. For this purpose, sectors 20, which are adjustable in the radial direction, are screwed onto the metal shell 4 as shown in FIG. This adjustment changes the capacitance relative to the outer conductor 1. In Fig. 9, such an adjustment capacity for a low-pass filter element, which Fig. 8 shows in section, is shown again in a view. It consists of the metal shell 4 on which the three sectors 20 are screwed and can be adjusted radially.

Das Hochpaßfilterglied HP ist im Prinzip ähnlich aufgebaut wie das nach Abb. 4, so daß eine nähere Erläuterung sich erübrigt. Die Längskapazität C_x\2 nach Abb. 6 wird durch den Metallring 21 und den Becher 22 gebildet, die beim Zusammenbau des Filters ineinandergeschoben werden. In der Abbildung sind sie der Übersichtlichkeit halber etwas auseinandergeschoben dargestellt. Durch die Tiefe des Bechers 22 bzw. die Länge des Ringes 21 kann man dieser Kapazität den gewünschten Wert geben. Zu diesem Zweck kann der Ring 21 mit einem Gewinde versehen sein, mittels dessen man ihn mehr oder weniger tief in den Ring 23 hineinschrauben kann.In principle, the high-pass filter element HP is constructed similarly to that according to FIG. 4, so that a more detailed explanation is not necessary. The longitudinal capacitance C _x \ 2 according to Fig. 6 is formed by the metal ring 21 and the cup 22, which are pushed into one another when the filter is assembled. For the sake of clarity, they are shown pushed apart in the illustration. This capacity can be given the desired value through the depth of the cup 22 or the length of the ring 21. For this purpose, the ring 21 can be provided with a thread, by means of which it can be screwed more or less deeply into the ring 23.

Die an Hand der Abb. 8 beschriebenen Tiefpaß- und Hochpaßglieder können natürlich auch für sich allein zum Aufbau von Tiefpaß- bzw. Hochpaßfilterketten ausgenutzt werden. Bei dem Hochpaßglied nach Abb. 8The low-pass and high-pass elements described with reference to Fig. 8 can of course also used on its own for the construction of low-pass or high-pass filter chains will. In the high-pass element according to Fig. 8

kann man insbesondere auch die Kapazität ' zwischen der Abschirmscheibe .24 und der Induktivität 3 so groß machen, daß man ein abgeleitetes Filter von der Art der Abb. 10 erhält, welches eine Bandpaßcharakteristik aufweist.you can in particular also the capacity 'between the shielding plate .24 and the Make inductance 3 so large that a derived filter of the type shown in Fig. 10 obtained which has a bandpass characteristic.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind noch viele andere Durchführungsmöglichkeiten denkbar.The invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. Much more many other implementation options are also conceivable.

Die Oberflächen der leitenden Teile, insbesondere der Induktivitäten, überzieht man vorteilhaft mit gut leitender, nicht oxydierender Schicht, z. B. Gold. Doch kann man auch eine gut leitende Schicht zum Schutz von Oxydation noch zusätzlich mit einer dünnen Lackschicht versehen, die wenig dielektrische Verluste erzeugt. Dazu eignet sich vorzüglich eine Auflösung von Kunstharz in Aceton.The surfaces of the conductive parts, especially the inductors, are coated advantageous with a highly conductive, non-oxidizing layer, e.g. B. Gold. But you can also a highly conductive layer to protect against oxidation with an additional one provided with a thin layer of varnish that generates little dielectric losses. Suitable for this A dissolution of synthetic resin in acetone is excellent.

Claims

Patent claims:

i. Filters for decimeter waves with a coaxial arrangement of the filter elements inside a shielding tube, characterized in that the inductances are provided with cutouts, perpendicular Metal disks standing to the pipe axis are formed.

2. Filter according to claim 1, characterized in that the milling in the Inductance disk has the shape of a single or multiple spiral.

3. Filter according to claim 2, characterized in that for setting the Inductance value is provided a clamping screw displaceable in the spiral milling.

4. Filter according to claim 1, characterized in that the millings are in the shape of a segment of a circle and leave several radial webs between an inner and an outer ring.

5. Filter according to claim 1, characterized in that in the axis of the shielding tube an insulating rod, preferably made of ceramic, is provided on which all elements of the filter, which are provided with corresponding central holes for this purpose, lined up will.

6. Filter according to claim 1, characterized in that the individual parts, especially the inductors are coated with highly conductive metal layers.

7. Filter according to claim 1 or 6, characterized in that the highly conductive Parts are coated with a layer of paint to protect against corrosion, which has low dielectric losses.

1 sheet of drawings

Q 5819 2.54 Q 5819 2.54