DE2708241C2 - Hochfrequenzschaltungsanordnung mit Tiefpaßcharakter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzschaltungsanordnung mit Tiefpaßcharakter unter Verwendung von durch Hochfrequenzleitungen mit großem Wellenwiderstand gebildeten Längsinduktivitäten und dazwischen in entsprechenden Abständen eingefügten durch Hochfrequenzleitungen mit geringem Wellenwiderstand gebildeten Querkapazitäten, wobei die Zuordnung von Längsinduktivitätswerten und Querkapazitäten so gewählt ist, daß eine gewünschte Grenzfrequenz entsteht

Schaltungsanordnungen dieser Art sind z. B. aus der GB-PS 5 79 414 bekannt und haben den in F i g. 1 dargestellten Aufbau. Dabei ist auf einer hier nicht dargestellten leitenden Grundplatte (Masseplatte) eine Isolierschicht aufgebracht, auf der Leiterbahnen Ll, LZ..Ln isoliert angeordnet sind In den Verlauf der einen hohen Wellenwiderstand aufweisenden und als Induktivitäten wirkenden Leitungsstücke Ll, LZ. .Ln sind größere Leiterflächen Cl₁ CZ..Cn eingeschaltet, welche einen niedrigen Wellenwiderstand ergeben und Querkapazitäten bilden. Aus den Längsinduktivitäten Ll, LZ..Ln und den Querkapazitäten Cl, C2...Cn wird ein Tiefpaßsystem gebildet, dessen Ersatzschaltbild in Fig.2 dargestellt ist und das oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz mindestens eine gewisse minimale Sperrdämpfung aufweist In Fig.3 ist als ausgezogene Linie der Verlauf der Dämpfung a in Abhängigkeit von der Frequenz / für eine derartige Tiefpaßanordnung nach F i g. 1 aufgetragen.

Es zeigt sich, daß im Frequenzbereich 0 bis /0 nur eine praktisch vernachlässigbare Durchlaßdämpfung auftritt während zwischen /0 und /1 ein starker Dämpfungsanstieg erfolgt Oberhalb von /1 verläuft die Dämpfungskurve zunächst in einem größeren Bereich über der Mindest-Sperrdämpfung a_m Allerdings tritt oberhalb einer Frequenz 12 ein Einbruch der Dämpfungskurve auf, d. h. in diesem Frequenzbereich erfüllt die Tiefpaßanordnung nach F i g. 1 nicht mehr die Bedingung, daß die Dämpfung oberhalb der minimalen Sperrdämpfung a_m liegen soll.

Aus der US-PS 38 79 690 ist ein Tiefpaßtsystem mit Leitungscharckter bekannt, bei dem die Querkapazitäten unterschiedliche Werte aufweisen. Im einzelnen sind am Anfang und Ende der Leiterstruktur jeweils zwei größere Kapazitätswerte und dazwischen zwei kleinere Kapazitätswerte vorgesehen. Diese Tiefpaßstruktur bildet jedoch ein einheitliches Tiefpaßsystem mit einer genau definierten Grenzfrequenz, wobei alle, d.h. sowohl die größeren als auch die kleineren Kapazitätswerte zur Bildung dieser einheitlichen Grenzfrequenz beitragen. Somit sind alle diese Kapazitätswerte Bestandteile der eigentlichen Tiefpaß-Grundstruktur. Da bei derartigen Filtern oberhalb der eigentlichen Grenzfrequenz der Tiefpaß-Grundstruktur Einbrüche auftreten, ist dieser Filterschaltung ein weiteres Filter nachgeschaltet, welches eine Bandsperre für diejenigen Frequenzen darstellt, bei welchen oberhalb der Grenzfrequenz ein Einbruch auftritt Beispielsweise ist angegeben, daß die Grenzfrequenz der Tiefpaß-Grundstruktur bei 2 GHz liegen soll, während der Sperrbereich von 24GHz bis 12,4 GHz reichen sollte. Es tritt jedoch bei 7 GHz ein Einbruch auf, welcher durch die nachgeschaltete, als selbständiges Bauteil ausgebildete Bandsperre unterdrückt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in gedrängter Bauweise und mit geringem Aufwand diese Schwierigkeit zu vermeiden, d.h. Einbrüche im Sperrbereich in Richtung auf höhere Frequenzbereiche zu verschieben, ohne daß hierfür ein zusätzliches nachgeschaitetes Filter benötigt wird. Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine Hochfrequenzschaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den genannten Querkapazitäten (Huuptkapazitäten) in den Verlauf der die Induktivität bildenden Hochfrequenzleitungen mindestens eine Zusatzkapazität mit demgegenüber kleinen Kapazitätswerten eingeschaltet ist, durch die oberhalb der Grenzfrequenz auftretenden Einbrüche der Dämpfungskurve in Richtung auf höhere Frequenzwerte verschoben werden.

Die Anordnung nach der Erfindung hat zunächst den

Vorteil, daß kaum eine Vergrößerung der Abmessung des Filters erfolgt Dadurch die Einfügung der Zusatzkapazitäten wird nämlich die Längenausdehnung Jer gesamten Filterstruktur kaum in nennenswertem Umfang verändert Dagegen brauchte beispielsweise ^r> die Hintereinanderschaltung zweier Tiefpußschaltungen mit gegeneinander versetzten Grenzfrequenzen in etwa fast die doppelte Baulänge. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß keine wesentliche Verschlechterung der Durchlaßdämpfung im Bereich zwischen der Frequenz 0 und der Frequenz fo nach F i g. 2 auftritt

Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit bieten die Zusatzkapazitäten auch deswegen, weil mit ihnen ein Abgleich der Filterstruktur, insbesondere eine entsprechende Festlegung des Durchlaßbereiches (d. h. von 0 ι '< bis /0 nach F i g. 2) und der dort auftretenden Welligkeit durchführbar ist

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt:

F i g. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung >o mit jeweils einer Zusatzkapazität zwischen den Hauptkapazitäten,

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Zusatzkapazitäten zwischen den Hauptkapazitäten, _>^ri

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren unterschiedlichen Znsatzkapazitäten zwischen den Hauptkapazitäten.

In den Fig.4 mit 6 sind die Strukturen der Induktivitäten L1 bis Ln und der nachfolgend als so Hauptkapazitäten bezeichneten Teile Cl bis Cn gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 praktisch unverändert Zusätzlich ist in F i g. 4 die Masseplatte ME sichtbar, weil ein Teil der Isolierschicht abgeschnitten ist Diese Filterstuktur ergibt den Verlauf r> der Dämpfungskurve, die als ausgezogene Linie in Fig.3 dargestellt ist. Um den Einbruch oberhalb der Frequenz /2 bei der Durchlaßkurve nach Fig.3 zu vermeiden, werden zwischen den Hauptkapazitäten Cl, C2...Cn kleine Zusatzkapazitäten C2'...Cn' eingeschaltet Diese Zusatzkapazitäten sind wesentlich kleiner als die Hauptkapazitäten Cl bis Cn. Vorteilhaft liegt der Wert einer Zusatzkapazität jeweils zwischen etwa 1/10 bis 1/30 der Größe einer der Hauptkapazitäten Cl bis Cn. In dem Beispiel nach Fig.4 sind die Zusatzkapazitäten C2' bis Cn' in der Mitte zwischen den jeweiligen Hauptkapazitäten Cl bis Cn angeordnet. Dadurch entsteht praktisch im Verlauf des eigentlichen Haupttiefpaßfilters aus den Strukturen C1 bis Cn und Ll bis Ln ein zusätzliches zweites n> Tiefpaßfilter mit höherer Grenzfrequenz, das den Einbruch oberhalb der Frequenz /2 der Dämpfungskurve nach F i g. 3 zu höheren Frequenzen hin verschiebt. Es ergibt sich ein Dämpfungsverlauf, der für das zweite Tiefpaßfilter in Fig.3 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Ein Einbruch tritt jetzt erst oberhalb der Frequenz 12' auf. Damit liegt die Dämpfung der Gesamtfilterstruktur zwischen f\ und /2' stets oberhalb der gewünschten Mindestdämpfung am.

Die Auslegung der Filter nach den F i g. 4 mit 6 erfolgt t>o zweckmäßig so, daß zunächst in bekannter Weise eine Grundstruktur nach F i g. 1 dimensioniert, also die Werte für L1 bis Ln, für Cl bis Cn festgelegt werden. Einzelheiten hierzu sind beispielsweise dem Buch von Mathaei, Young and Jones »Microwave Filters, ^ Impedance Matching Networks and Coupling Structures«, S. 355 bis 419 zu entnehmen. Die Dimensionierung der Größe der Zusatzkapazitäten z. B. C2' erfolgt dann so, daß der gewünschte Wert von /2' erreicht wird, und zwar derart daß /Γ noch im Sperrbereich der Grundstruktur nach Fig. 1, also zwischen /1 und f2 liegt Je kleiner die Kapazitätswerte der Zusatzkapazitäten sind, desto höher liegt der Wert für /0' und /2'. Durch die Einfügung der Zusatzkapazitäten werden die jeweiligen wirksamen Leitungslängen für L1 bis Ln verkürzt und zwar etwa um die Breite dieser Zusatzkapazitäten. Wenn also der Wert für /0 beibehal.en werden soll, muß der Abstand der Hauptkapazitäten nach den Fig.4 bis 6 etwa um die Breite der Zusatzkapazitäten (gegenüber dem Abstand nach Fig.2) vergrößert werden. Bei den höheren Frequenzen z. B. C2" zusammen mit Teilen der beiderseitigen L-eitungsstücke ein zweites Tiefpaßsystem mit Eigenschaften entsprechend der gestrichelten Kurve nach F i g. 3. Die restlichen Teile der Leitungsstücke und die Hauptkapazitäten Cl bis Cn stellen praktisch nur Verbindungssysteme (Koppelsysteme) dar, die zum Frequenzgang praktisch nichts beitragen.

Die Ausführungsform nach F i g. 4 hat demnach den Vorteil, daß die wirksamen Teil-Leitungslängen beiderseits der Zusatzkapazitäten, z. B. C2' gleich groß (symmetrisch) sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 sind zwischen den jeweiligen Hauptkapazitäten jeweils zwei Zusatzkapazitäten angeordnet die mit C 21', C 22' bis CnI', Cn 2' bezeichnet sind. Durch diese Struktur können die Kapazitätswerte der einzelnen Zusatzkapazitäten gegenüber der Struktur nach F i g. 4 verringert werden. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß die jeweiligen Längen zwischen den Hauptkapazitäten, z. B. Cl und C2, also die Induktivität L 2 in drei Teile aufgeteilt wird. Dadurch entsteht praktisch ein gegenüber der Struktur nach F i g. 4 mehrere Tiefpaßglieder aufweisender Zusatztiefpaß in der Art eines Doppel-T-Gliedes zwischen zwei Hauptkapazitäten.

Bei der Struktur nach Fig.6 sind zwischen den Hauptkapazitäten jeweils drei Zusatzkapazitäten z. B. C21', C22\ C23' bzw. CnI', Cn2\ Cn3' vorgesehen. Diese Zusatzkapazitäten sind in ihrer Größe unterschiedlich dimensioniert Dies hat in der Praxis zur Folge, daß z. B. die relativ großen Zusatzkapazitäten C22', Cn 2' eine Tiefpaßstruktur zusammen mit Teilstücken von L (die zwischen Cl und C 22' und zwischen C22' und C2 liegen) liefern, deren Grenzfrequenz relativ niedrig liegt. Diese Struktur ergibt z. B. die gestrichelte Kurve nach Fig.3. Entsprechend den geringeren Werten der zu den kleineren Zusatzkapazitäten C21' und C23' gehörenden Leitungsstücken und dem verringerten Kapazitätswert bilden diese eine dritte Tiefpaßstuktur, deren Grenzfrequenz höher liegt als die, welche von der Zusatzkapazität C 22' erzeugt wird. Der zugehörige Dämpfungsverlauf ist als strichpunktierte Linie in F i g. 3 angedeutet Dadurch kann der Dämpfungsverlauf für einen noch größeren Frequenzbereich oberhalb der Mindestdämpfung von a_m nach F i g. 3 gehalten werden.

Da die Zusatzkapazitäten der Strukturen nach F i g. 4 bis 6 die elektrische Länge der hochohmigen Leitungen Ll bis Ln, d.h. die Induktivitäten, gegenüber der Grundschaltung verändern, können sie gleichzeitig auch dazu benutzt werden, das jeweilige Filter auf die gewünschte Frequenz z. B. /0 in F i g. 3 abzustimmen. Hierzu werden die Kapazitätswerte der Zusatzkapazitäten fortlaufend entsprechend verkleinert, bis der gewünschte Wert, vorzugsweise für /Ό oder die gewünschte Welligkeit im Durchlaßbereich erreicht ist.

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Dies hat den Vorteil, daß die Sperreigenschaften durch F i g. 4 bis 6 oder andere Konbinationen gemischt zu

diese Maßnahme nicht verändert werden, weil nur /Ό' verwenden, d. h. z. B. das erste Teilglied des Tiefpasses

innerhalb des Bereiches zwischen f\ und fl hin und her in Form der Struktur nach Fig.4 und das zweite

verschoben wird. Dagegen würde ein Eingriff in die Teilglied in Form der Struktur nach F i g. 5 und/oder

Größe der Hauptkapazitäten Cl bis Cn eine Verände- > Fig.6 aufzubauen. Es ist auch nicht notwendig, daß

rung der Sperreigenschaften, z. B. eine Verschiebung zwischen allen Hauptkapazitäten eine Zusatzkapazität

der Frequenz/■ 2, in Richtung auf/Ί in F i g. 3 zur Folge liegt. Schließlich kann die erste Zusatzkapazität auch

haben. vor der ersten bzw. nach der letzten Hauptkapazität

Es ist auch möglich, die jeweiligen Strukturen der liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzschaltungsanordnung mit Tiefpaßcharakter unter Verwendung von durch Hoch- > frequenzleitungen mit großem Wellenwiderstand gebildeten Längsinduktivitäten und dazwischen in entsprechenden Abständen eingefügten durch Hochfrequenzleitungen mit geringem Wellenwiderstand gebildeten Querkapazitäten, wobei die Zuord- ι ο nung von Längsinduktivitätswerten und Querkapazitätswerten so gewählt ist, daß eine gewünschte Grenzfrequenz entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den genannten Querkapazitäten (Hauptkapazitäten) in den Verlauf der die ι ^r> Induktivität bildenden Hochfrequenzleitungen (L 1, L Z. .Ln)mindestens eine Zusatzkapazität (CT, Cn') mit demgegenüber kleinen Kapazitätswerten eingeschaltet ist, durch die oberhalb der Grenzfrequenz auftretende Einbrüche (z.B. bei /2 in Fig.3) der 2» Dämpfungskurve in Richtung auf höhere Frequenzwerte verschoben werden.

2. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazität (CT, Cn') etwa in der Mitte zwischen zwei r> Hauptkapazitäten (C 1, Obliegt (F i g. 4).

3. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Hauptkapazitäten (C 1, Qjjmehrere Zusatzkapazitäten (C2V, C22¹,. .Cn2') «> angeordnet sind (F i g. 5, F i g. 6).

4. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazitäten (C2V, CTX, C23· in F i g. 5) unterschied- r. lieh groß sind.

5. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Hauptkapazität zu Zusatzkapazität mindestens etwa zwischen 10:1 und 4» 30:1 liegt

6. Hochfrequenzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzkapazitäten zum Abgleich der Filter, vorzugsweise zur Festlegung des Durchlaßbereiches, benutzt sind.

7. Hochfrequenzschaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Zusatzkapazität (z. B. C2' in Fig. 1) bedingte Verkürzungen der Länge w der die Längsinduktivität bildenden Leitungsstücke (z. B. L 2) ausgeglichen ist