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Dreikreis-Bandfilter Die Erfindung bezieht sich auf ein Dreikreis-Bandfilter
mit als Parallelresonanzkreis auf eine Bandfrequenz abgestimmtem Primär- und Tertiärkreis
sowie mit als Serienresonanzkreis ebenfalls auf eine Bandfrequenz abgestimmtem Sekundärkreis
und mit im Sekundärkreis enthaltenen getrennten Induktivitäten zur Kopplung dieses
Kreises mit dem Primärkreis und mit dem Tertiärkreis.
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Es ist bereits bekannt, daß derartige Dreikreis-Bandfilter für die
Übertragung elektrischer Schwingungen innerhalb breiter Frequenzbänder besonders
gut geeignet sind (USA.-Patentschrift 2 248 466). Diese guten Eigenschaften bei
der Übertragung breiter Frequenzbänder lassen sich darauf zurückführen, däß die
bei Abweichungen der Arbeitsfrequenz von der mittleren Bandfrequenz und damit von
der Resonanzfrequenz der einzelnen Kreise an den Eingangs- und Ausgangsklemmen in
Erscheinung tretenden Blindwiderstände infolge des entgegengesetzten Blindwiderstandsverlaufes
mit der Frequenz bei den als Primär- und Tertiärkreis dienenden Parallelresonanzkreisen
und bei dem als Sekundärkreis dienenden Serienresonanzkreis sich wenigstens teilweise
gegenseitig kompensieren. Nach diesem Prinzip aufgebaute Bandfilter haben daher
bei der Lösung von Übertragungsaufgaben, in denen die Aufrechterhaltung der Anpassung.zwischen
der Stromquelle und dem Verbraucher über einen
breiten Frequenzbereich
gefordert wird, eine bevorzugte Anwendung gefunden.
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Es sind auch dreikreisige Bandfilter bekannt, bei denen der abstimmbare
Primärkreis und der ebenfalls abstimmbare Tertiärkreis durch einen als Zwischenkreis
dienenden Sekundärkreis miteinander gekoppelt werden, ohne daß dabei der Zwischenkreis
die gleiche Abstimmung auf die Mitte des zu übertragenden Frequenzbandes wie der
Primärkreis und der Tertiärkreis besitzt. In einem solchen bekannten Bandfilter
(deutsche Patentschrift 62 1697)
ist der Sekundärkreis je nach seiner Ausbildung
als Parallelresonanzkreis oder als Serienresonanzkreis auf eine Frequenz abgestimmt,
die etwas höher bzw. niedriger ist als die höchste bzw. niedrigste Frequenz, auf
die der Primär- und Tertiärkreis abgestimmt werden kann. Die Kopplung ist dann bei
der unteren Frequenzgrenze ein Maximum und nimmt mit zunehmender Frequenz ab. Mit
dieser Maßnahme wurde der Zweck verfolgt, über einen gewissen Abstimmbereich des
Primär- und des Tertiärkreises eine konstante Bandbreite oder ein frequenzunabhängiges
Übertragungsmaß zu erhalten. Bei einem anderen bekannten Bandfilter (deutsche Patentschrift
626 296) wird zu einem ähnlichen Zweck die Abstimmung des als Zwischenkreis
dienenden Sekundärkreises gleichzeitig mit den Abstimmungen des Primärkreises und
des Tertiärkreises geändert, indem die Abstimmittel der drei genannten Kreise mechanisch
miteinander verbunden sind. Mit derartigen Anordnungen läßt sich wohl für bestimmte
Zwecke der Kopplungsgang mit der Frequenz in der gewünschten Weise beeinflussen,
jedoch lassen sich damit ohne Veränderung der Abstimmung der Kreise nicht so breite
Frequenzbänder übertragen wie mit dem eingangs erwähnten dreikreisigen Bandfilter,
in welchem alle drei Kreise, von denen der Sekundärkreis als Serienresonanzkreis
ausgebildet ist, auf die mittlere Bandfrequenz abgestimmt sind.
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Da die günstigen Breitbandeigenschaften dieses dreikreisigen Bandfilters
wenigstens zum Teil darauf beruhen, daß die von dem Serienresonanzkreis und von
den Parallelresonanzkreisen auf die Eingangs-und Ausgangsklemmen übertragenen Blindwiderstände
sich gegenseitig kompensieren, treten diese Eigenschaften auch nur dann ungeschmälert
in Erscheinung, wenn. es gelingt, diese drei Kreise entsprechend ihrem theoretisch
gefundenen Idealbild für den gewünschten Arbeitsfrequenzbereich zu realisieren.
Für die Parallelresonanzkreise bestehen im allgemeinen dabei keine besonderen Schwierigkeiten.
Leider gilt dies nicht in gleichem Maße für den als Sekundärkreis benutzten Serienresonanzkreis.
Bekanntlich besitzt jede praktisch ausgeführte Induktionsspule außer ihrer Induktivität
auch zwischen den einzelnen Windungen auftretende Streukapazitäten. Diese Streukapazitäten
sind zwischen den Oberflächenelementen der Spule vorhanden *und allein durch die
geometrischen Ab-
messungen bestimmt. Sie werden je nach der zwischen zwei
beteiligten Oberflächenelementen vorhandenen Spannung in verschiedenem Maße wirksam.
Während Streukapazitäten zwischen Äquipotentialpunkten der. Spulenoberfläche wirkungslos
bleiben, weil über sie kein kapazitiver Verschiebungsstrom zum Fließen kommt, besitzen
die Streukapazitäten zwischen den äußeren Enden der Spule, an denen die maximale
Spannung liegt, auch die maximale Wirkung, weil ihr Verschiebungsstrom entsprechend
der Spannungsbelastung groß ist. Aus einer Messung der Resonanzfrequenz der Spule
unter Zugrundelegung ihrer Induktivität errechnet man eine sogenannte dynamische
Eigenkapazität der Spule, welche nichts anderes ist als ein auf die maximale Spannungsbelastung
reduzierter Summenwert der Streukapazitäten bzw. als eine Zusammenfassung der grundsätzlich
zwischen allen Oberflächenelementen vorhandenen Kapazitäten auf eine einzige, zwischen
den Endpunkten der Spule angenommene Kapazität.
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Während nun im Fall eines Parallelresonanzkreises die dynamische Eigenkapazität
der Spule in Parallelschaltung zu dem Schwingkreiskondensator auftritt und infolgedessen
durch die Bemessung dieses Kondensators berücksichtigt werden kann, ohne daß eine
störende Verstimmung oder Doppelwelligkeit des Kreises die Folge sind, treten durch
den Einfluß der Eigenkapazität der Spule im Fall des Serienresonanzkreises zwei
voneinander unabhängige Resonanzfrequenzen auf. Die eine davon, die Resonanzfrequenz
der Spule, ist durch den Serienkondensator des Kreises überhaupt nicht beeinflußbar.
Sie kann die angestrebte Breitbandwirkung der Anordnung erheblich stören, wenn sie
in der Nähe oder sogar innerhalb des gewünschten Arbeitsfrequenzbereiches liegt.
Es ist daher erwünscht, diese Eigenfrequenz soweit wie möglich von dem Arbeitsfrequenzbereich
entfernt anzuordnen. Da die Induktivität der Spule zusammen mit dem Serienkondensator
der Resonanzbedingung für die mittlere Bandfrequenz genügen muß, sind hinsichtlich
der Bemessung der Induktivität, die ja auch die Eigenfrequenz der Spule mitbestimmt,
verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt. Man ist daher bestrebt, die Eigenkapazität
der Spule durch geeignete Wicklungsarten möglichst gering zu halten.
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Die Praxis hat ergeben, daß es selbst bei der Anwendung von Spezialwicklungen
für die Spule nicht immer möglich ist, die Eigenkapazität genügend klein zu halten,
um das gewünschte Breitbandverhalten des Bandfilters sicherzustellen. Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dreikreis-Bandfilter der erwähnten Art anzugeben,
bei der die störenden Wirkungen der Eigenkapazität der Spule des Sekundärkreises
in noch weitergehendem Maße ausgeschaltet sind als bei bisher bekannten Anordnungen.
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Die Erfindung geht aus von einem Dreikreis-Bandfilter mit jeweils
als Parallelresonanzkreis ausgebildetem, auf die gleiche Frequenz im Bandfilter-Durchlaßbereich
abgestimmtem Primär- und Tertiärkreis sowie mit als Serienresonanzkreis verwirklichtem,
ebenfalls auf die gleiche Frequenz des Bandfilter-Durchlaßbereiches abgestimmtem
Sekundärkreis, dessen Induktivität zumindest im wesentlichen
von
den Induktiv itäten der zwei induktiven Koppelvorrichtungen gebildet wird, von welchen
die eine den Sekundärkreis an den Primärkeis und die andere den Sekundärkreis an
den Tertiärkreis unter Einhaltung von Übersetzungsverhältnissen ankoppelt, durch
welche sowohl die Induktiv ität des Primärkreises, die diesen an den Sekundärkreis
ankoppelt und die zumindest im wesentlichen die Induktivität des Primärkreises bildet,
als auch die Induktivität des Tertiärkreises, die diesen an den Sekundärkreis ankoppelt
und die zumindest im wesentlichen die Induktivität des Tertiärkreises bildet, größer
ist als die jeweils damit gekoppelte Induktivität des Sekundärkreises.
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Erfindungsgemäß ist diejenige Induktivität des Sekundärkreises, die
diesen an den Primärkreis ankoppelt, auf zwei oder mehr Teilinduktivitäten aufgeteilt,
die mit einem Kondensator bzw. der eritsprechenden Zahl von Kondensatoren zu einer
jeweils mit einer Teilinduktivität beginnenden und endenden Reihenschaltung aus
abwechselnd aufeinanderfolgenden Teilinduktivitäten und Kondensatoren vereinigt
sind, und der Kapazitätswert des Kondensators bzw. die Kapazität der zwischen den
Teilinduktivitäten eingefügten Kondensatoren ergibt zumindest im wesentlichen den
zur Erreichung der Resonanzfrequenz des Sekundärkreises erforderlichen Kapazitätswert.
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Durch die Aufteilung der Spule des Sekundärkreises und Zwischenschaltung
eines Kondensators bzw. einer der Anzahl der Aufteilungen entsprechenden Zahl von
Kondensatoren, die in die Abstimmung des Sekundärkreises eingehen, wird die störende
Wirkung der Eigenkapazität der Spule verringert. An dem Kondensator bzw. an den
Kondensatoren treten Spannungen auf, welche gegenphasig zu den Spannungen an den
Teilspulen sind. Infolgedessen wird wenigstens ein Teil der an einer Spule liegenden
Spannung durch eine an einem Kondensator auftretende Spannung kompensiert, so daß
die resultierende Spannung zwischen den beiden außenliegenden Spulenenden und damit
auch die Wirkung der Streukapazitäten zwischen diesen Enden verringert wird. Bei
der Bandmittenfrequenz, also im Resonanzfall, und wenn der Kapazitätswert des Kondensators
bzw. die Kapazität der zwischen den Teilinduktivitäten eingefügten Kondensatoren
zumindest im wesentlichen den zur Erreichung der Resonanzfrequenz des Sekundärkreises
erforderlichen Kapazitätswert ergibt, tritt eine nahezu vollständige Kompensation
der Blindspannungen ein, weil die Blindspannungen an den Teilspulen der an der Kapazität
liegenden Blindspannung entgegengesetzt gleich sind. Durch diese Wirkung werden
die dynamischen Kapazitätsanteile zwischen den Teilspulen weitgehend verringert
bzw. praktisch auf Null gebracht. Diese Wirkung wird noch unterstützt durch die
Abwärtstransformation der Impedanzwerte zwischen dein Tertiärkreis und dem Sekundärkreis
infolge der voraussetzungsgemäßen Größenverhältnisse zwischen der Sekundärkreisinduktivität
und den Induktivitäten des Primär- und Tertiärkreises, bei denen die Teilspulen
des Sekundärkreises entsprechend geringere Windungszahlen aufweisen können. Diese
Herabsetzung der erforderlichen Sekundärkreisinduktivität ermöglicht auch die Anwendung
der Erfindung auf ein Filter für kurze Wellen, wobei die Sekundärkreisinduktivität
in Form einer einfachen Leiterschleife realisiert werden kann. Die beiden erwähnten
kapazitätsvermindernden Einzeleffekte wirken multiplikativ zusammen. Außerdem wird
durch die Abwärtstransformation der nach der ersten Maßnahme einzuschaltende Kapazitätswert
zwischen den Teilspulen um das Quadrat des Übersetzungsverhältnisses vergrößert,
wodurch das Verhältnis der Eigenkapazität der Spule zur Kapazität des Kondensators
weiter vermindert wird.
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Es sei erwähnt, daß es bereits bekannt ist, in einem Hochpaß-Filterhalbglied
mit induktiver Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite die Sekundärspule
symmetrisch aufzuteilen und zwischen die Teilspulen einen Kondensator zu legen (AEG-Mitteilungen,
April 1938, Heft S. 258). Bei der bekannten Anordnung ist der die aufgeteilte Spule
enthaltende Kreis auf eine oberhalb des zu übertragenden Bandes liegende Frequenz
abgestimmt. Die Anordnung besitzt keinen auf eine Bandfrequenz abgestimmten Kreis
und stellt daher auch keine Bandfilteranordnung dar. Die Aufgabe der Verringerung
der Wirkung von Streukapazitäten spielt bei dieser bekannten Anordnung daher keine
Rolle.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt das grundsätzliche Schaltbild eines Dreikreis-Bandfilters
nach der Erfindung. In der Zeichnung besteht der Primärkreis der Anordnung aus der
Induktivität i, deren Enden mit den Anoden der Röhren 3 und 4 verbunden sind. Zusammen
mit der Kapazität 6 ist die Induktivität I auf Parallelresonanz mit der Bandmittenfrequenz
abgestimmt. Die Röhren 3 und 4 werden in Gegentakt gesteuert. Ihre Gitterkreise
sind nicht dargestellt, da sie in üblicher Weise aufgebaut sein können. Der Sekundärkreis
ist als Serienresonanzkreis ebenfalls auf die Bandmittenfrequenz abgestimmt und
besteht aus dem Kondensator 7, den beiden Teilspulen 8 und 9 und dem zwischen den
Anzapfpunkten 1o und 11 liegenden Teil der InduktiVität 12. Der Kondensator 7 ist
zwischen die Spulenteile 8 und 9 geschaltet. Die Induktivität 12 ist zusammen mit
dem Kondensator 13, der ebenso wie der Kondensator 6 teilweise durch die Streukapazitäten
der ihm parallelliegenden Spule gebildet sein kann, als Parallelresonanzkreis auf
die Bandmittenfrequenz abgestimmt und bildet den Tertiärkreis der Anordnung, der
zugleich den Ausgangswiderstand 5 in Parallelschaltung zu dem abgestimmten Kreis
12, 13 enthält. Der Widerstand 5 kann beispielsweise der Eingangswiderstand einer
zur Antenne führenden Speiseleitung sein.
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In der Anordnung nach der Zeichnung liegen gewisse Teile der Streukapazitäten
der aus den Spulen 8 und 9 bestehenden Induktivität 2 parallel zum Kondensator 7
und andere Teile parallel zu
dem Teil der Induktivität 12 zwischen
den Anzapfungen 1o und 1i. DieTeile, welche parallel zum Kondensator 7 liegen, erhöhen
lediglich die wirksame Kapazität dieses Kondensators, während die anderen Teile,
welche zur Induktivität 12 parallel liegen, lediglich die wirksame Kapazität des
Kondensators 13 erhöhen. Für beide Teile wird keine störende Wirkung hervorgerufen,
da die zusätzlichen Kapazitäten durch entsprechende Bemessung der Kondensatoren
7 und 13 kompensiert werden können. Es bleiben also lediglich die Teile der Streukapazität
der Spule 2 zu berücksichtigen, die zwischen den Enden der Teilspulen 8 und 9 vorhanden
sind. Diese haben aber einen weitaus geringeren Störeinfluß, da die Induktivität
jeder Teilspule wesentlich kleiner ist als die Gesamtinduktivität des Sekundärkreises
und mithin auch die zwischen den Enden dieser Spulen vorhandene Spannung entsprechend
verringert ist. Besonders sind diese Kapazitätsanteile aber nun klein im Vergleich
zu der Reihenabstimmkapazität 7 des Sekundärkreises. Durch den Anschluß des Sekundärkreises
an die Anzapfpunkte io und i i der Spule 12 wird die Impedanz des Ausgangswiderstandes
5, die auf den Sekundärkreis übertragen wird, im Quadrat des Übersetzungsverhältnisses
verringert. Wenn der Ausgangswiderstand 5 beispielsweise eine Impedanz von
50 Ohm hat, kann das Übersetzungsverhältnis so gewählt sein, daß der Ausgangswiderstand
im Sekundärkreis mit einer Impedanz von ungefähr 15 Ohm erscheint. Dementsprechend
ist das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Primärkreis und dem Sekundärkreis mit
Hilfe des Übertragers 1, 2 entsprechend vergrößert. Dementsprechend wird auch die
erforderliche Größe der Induktivität 2 mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses
verringert, während die erforderliche Größe des Kondensators 7 im Quadrat des Übersetzungsverhältnisses
vergrößert wird. Die Größenverminderung der Induktivität 2 bewirkt, daß der Einfluß
der Streukapazitäten im Sekundärkreis vermindert wird. Außerdem wird durch die Vergrößerung
des Kondensators 7 das Verhältnis der Streukapazitäten der Induktivität 2 zur Kapazität
des Kondensators 7 zusätzlich verringert, so daß auch hierdurch der Einfluß der
Streukapazitäten herabgesetzt wird.