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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bandpaßfilteranordnung mit einem
ersten und einem zweiten Parallelschwingkreis, die je ein induktives und ein kapazitives
Bauteil enthalten, wobei jedes genannte kapazitive Bauteil ein Paar in Reihe geschalteter
Kondensatoren aufweist und ein Kondensator jedes Paares im Einklang mit der
Veränderung des entsprechenden Kondensators des anderen Paares einstellbar ist, und
wobei eine bidirektional reaktive Kopplung zwischen einem Verbindungspunkt zwischen
den Kondensatoren des einen Paares und einem Verbindungspunkt zwischen den
Kondensatoren des anderen Paares vorgesehen ist.
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Eine derartige Filteranordnung ist in der Patentschrift GB-A-1 295 850
(Fig. 4 wie durch Fig. 5 und die zugehörige Beschreibung modifiziert) beschrieben.
In diesem bekannten Filter umfaßt die bidirektionale Kopplung einen Reihenkondensator
und jeder einstellbare Kondensator wird im Einklang mit der Veränderung der
Abstimmkondensatoren eingestellt, die die jeweiligen Schwingkreise abstimmen, um über
den gesamten Abstimmbereich eine im wesentlichen konstante Anpassung des Filters an
die Ausgangsimpedanz eines diesen speisenden Transistors zu erhalten.
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HF-Bandpaßfilter werden in großem Umfang in
Funkkommunikationsgeräten für zahlreiche Zwecke eingesetzt, zum Beispiel zur Unterdrückung störender
Antwortfrequenzen in Superhet-Empfängern, zur Unterdrückung ungewünschter
Strahlung von Oszillatoren, zur Impedanztransformation, usw. Ein typischer Filter
dieser Art besteht aus zwei oder mehr Parallelschwingkreisen mit einer bidirektionalen
Kopplung zwischen den einzelnen Schwingkreisen. Es sind zahlreiche Arten der
Kopplung möglich, die in den Standardnachschlagewerken gut beschrieben sind. Die
wegen ihrer Einfachheit und geringen Kosten am häufigsten verwendete Kopplung ist
die sogenannte "Spitzenkapazitätskopplung", bei der ein gemeinsamer Punkt des
kapazitiven Bauteils und des induktiven Bauteils jedes Schwingkreises über einen
Reihenkondensator mit dem entsprechenden Punkt des nächsten Schwingkreises (falls
vorhanden) verbunden ist (die anderen gemeinsamen Punkte werden mit Masse
verbunden). Der Wert des oder jedes Reihenkondensators wird so gewählt, daß man das
erforderliche
Maß der Kopplung erhält; das bedeutet normalerweise, daß der Wert jedes
Reihenkondensators eine bestimmte Beziehung zu dem Wert des kapazitiven Bauteils
von jedem der beiden Schwingkreise haben muß, die er verbindet, um zum Beispiel die
sogenannte "kritische Kopplung" zu erhalten. Das bedeutet, daß wenn ein Filter, der mit
einer einfachen Spitzenkapazitätskopplung arbeitet, über einen erheblichen
Frequenzbereich abstimmbar sein muß, zum Beispiel über einen Frequenzbereich, der 10%
der Frequenz innerhalb dieses Bereiches überschreitet, die Abstimmung durch Einstellen
der induktiven Bauteile der jeweiligen Schwingkreise erfolgen muß, z. B. mit Hilfe von
einstellbaren Ferritkernen, da die Einstellung der kapazitiven Bauteile zu einer
unzulässigen Abweichung des Kopplungsgrades vom Optimum führen würde. Die
Kapazitätsdioden können daher nicht für die Abstimmung derartiger Filter über einen erheblichen
Frequenzbereich benutzt werden; wenn dies der Fall wäre, würde ein Filter, der in der
Mitte des Abstimmfrequenzbereiches optimal gekoppelt ist, am oberen Ende des
Bereiches erheblich überkoppeln und am unteren Bereichsende erheblich unterkoppeln.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, diesen Nachteil zu mindern, und zu
diesem Zweck ist eine Bandpaßfilteranordnung der eingangs beschriebenen Art dadurch
gekennzeichnet, daß jedes genannte kapazitive Bauteil einen weiteren mit den
Kondensatoren des entsprechenden Paares in Reihe geschalteten Kondensator aufweist und
daß eine weitere bidirektionale reaktive Kopplung zwischen einem Verbindungspunkt
des genannten weiteren Kondensators und des entsprechenden Kondensatorpaares und
einem Verbindungspunkt des genannten anderen weiteren Kondensators und des
entsprechenden Kondensatorpaares vorgesehen ist.
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Es wurde nun erkannt, daß die Änderung der Kopplung, die bei einer
durch eine Veränderung der Abstimmkapazität erreichten Änderung der
Abstimmfrequenz auftritt, reduziert werden kann, indem die zwischen dem jeweiligen
Schwingkreispaar vorgesehene bidirektionale reaktive Kopplung zwischen einen Abgriff
am kapazitiven Bauteil der einen Schaltung und einen entsprechenden Abgriff am
kapazitiven Bauteil der anderen Schaltung angeschlossen werden kann. Wenn jedes genannte
kapazitive Bauteil ausschließlich aus einem Paar in Reihe geschalteter Kondensatoren
bestände, wobei einer einen festen Wert hat und der andere einstellbar ist und der
Verbindungspunkt dieser Kondensatoren den entsprechenden Abgriff darstellt, dann ist
es - obwohl die effektive Lagenänderung jedes Abgriffs an dem durch das entsprechende
Kondensatorpaar gebildeten kapazitiven Teiler, die durch die Veränderung des
entsprechenden
einstellbaren Kondensators verursacht wird, so durchgeführt werden kann, daß
die Kopplung zwischen den beiden Schwingkreisen in der richtigen Richtung geändert
wird, um eine Kompensation der Änderung in der Kopplung zu erhalten, in der
anderenfalls eine Änderung der Abstimmfrequenz erfolgen würde - in vielen Fällen sehr
schwierig, das richtige Maß der Kompensation zu finden, ohne daß andere Probleme
geschaffen werden. Offensichtlich bestimmt der Wert jedes festen Kondensators das
Maß der erhaltenen Kompensation, aber der Bereich, in dem dieser Wert liegen muß,
wird oft durch andere Faktoren begrenzt. Wenn dieser Wert zum Beispiel klein ist,
kann es sein, daß mit Hilfe der entsprechenden einstellbaren Kapazität ein ungenügender
Abstimmbereich erreicht wird. Wenn umgekehrt der Wert groß ist, tritt jedes durch den
Filter verarbeitete Signal an dem entsprechenden einstellbaren Kondensator mit einer
vergleichsweise großen Amplitude auf, was zu einer relativ großen Verzerrung in dem
Signal führt, wenn der einstellbare Kondensator eine nicht-lineare Einrichtung ist wie
zum Beispiel eine Kapazitätsdiode. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß jedes
kapazitive Bauteil so angeordnet, daß es einen weiteren Kondensator in Reihe mit den
Kondensatoren des entsprechenden Paares enthält und eine weitere bidirektionale
reaktive Kopplung zwischen einem Verbindungspunkt zwischen einem genannten weiteren
Kondensator und dem entsprechenden Kondensatorpaar und einem Verbindungspunkt
zwischen der genannten weiteren Kapazität und dem entsprechenden Kondensatorpaar
vorgesehen ist. Dieses Hilfsmittel bietet einen großen Freiraum bei der Wahl der
Kondensatoren, die das genannte kapazitive Bauteil bilden, um das gewünschte Maß der
Kompensation zu erhalten, weil diese Werte und die Werte der Realen der beiden
bidirektionalen Kopplungen voneinander abhängig sind, wobei letztere zum Beispiel
dadurch eingestellt werden können, daß sie in Form von Reihenkondensatoren oder
anderen reaktiven Bauteilen implementiert und ihre Werte entsprechend gewählt werden.
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Wie bekannt ist, kann die in einem durch einen Filter mit einer einzigen
Kapazitätsdiode als Abstimmkondensator verarbeiteten Signal aufgrund der
nichtlinearen Kennlinie der Diode erzeugte Verzerrung reduziert werden, indem die einzelne
Diode durch ein Paar gegensinnig gepolt angeordneter Dioden ersetzt wird. Daher ist
vorzugsweise jeder genannte weitere Kondensator, der erfindungsgemäß vorgesehen ist,
selbst im Einklang mit der Veränderung des anderen genannten weiteren Kondensators
einstellbar, und der Kondensator des entsprechenden Paares, mit dem er verbunden ist,
hat einen festen Wert, wodurch ein Mittel geschaffen wird, um die Kapazitäten aller
genannten einstellbaren Kondensatoren gleichzeitig zu variieren. Wenn dies der Fall ist
und jeder einstellbare Kondensator in Form einer Kapazitätsdiode vorliegt, kann die
erfindungsgemäße Anordnung von weiteren Kondensatoren zu dem weiteren Vorteil
einer reduzierten Verzerrung führen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
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Fig. 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und
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Fig. 2 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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Fig. 1 zeigt eine Bandpaßfilteranordnung mit einem ersten und einem
zweiten Parallelschwingkreis 1 und 2, von denen jeder ein induktives und ein
kapazitives Bauteil enthält. Die induktiven Bauteile dieser Schaltungen liegen in Form der
Spulen 3 bzw. 4 vor. Das kapazitive Bauteil des Schwingkreises 1 enthält ein Paar
Reihenkondensatoren 5 und 6 mit einem weiteren in Reihe geschalteten Kondensator 7,
wobei die Reihenanordnung der Kondensatoren 5, 6 und 7 zu der Spule 3
parallelgeschaltet ist. Auf ähnliche Weise enthält das kapazitive Bauteil des Schwingkreises 2 ein
Paar Reihenkondensatoren 8 und 9 mit einem weiteren in Reihe geschalteten
Kondensator 10, wobei die Reihenanordnung der Kondensatoren 8, 9 und 10 zu der Spule 4
parallelgeschaltet ist. Die Trimmerkondensatoren 11 und 12 sind ebenfalls zu den
Spulen 3 bzw. 4 parallelgeschaltet. Der Verbindungspunkt der Spule 3 und des
Kondensators 7 ist mit Masse verbunden, ebenso wie der Verbindungspunkt der Spule 4
und des Kondensators 10. Eine erste als Reihenkondensator 13 implementierte
bidirektionale reaktive Kopplung ist zwischen dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 5 und
6 und dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 8 und 9 vorgesehen. Auf ähnliche
Weise ist eine zweite als Reihenkondensator 14 implementierte bidirektionale reaktive
Kopplung zwischen dem Verbindungspunkt der Kondensatoren 6 und 7 und dem
Verbindungspunkt der Kondensatoren 9 und 10 vorgesehen. Die Eingangsanschlüsse 15 und
16 sind mit einem Abgriff an der Spule 3 und mit Masse verbunden, die
Ausgangsanschlüsse 17 und 18 mit einem Abgriff an der Spule 4 und mit Masse.
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Während die Kondensatoren 6 und 9 einen festen Wert haben, sind die
Kondensatoren 5, 7, 8 und 10 einstellbar und in Form von Kapazitätsdioden ausgeführt.
Um die Kapazität dieser Dioden im Einklang miteinander zu verändern und damit den
Filter abzustimmen, kann eine variable Sperrvorspannung in bezug auf Masse von einer
Quelle 35 an den Eingangsanschluß 19 für die Abstimmspannung angelegt werden. In
dem vorliegenden Beispiel ist der Anschluß 19 mit den Kathoden der Dioden 5, 7, 8
und 10 verbunden, so daß die Abstimmspannung positiv in bezug auf Masse ist. Der
Abstimmspannungs-Eingangsanschluß 19 ist über die hochohmigen Reihenwiderstände
20 bzw. 21 mit den Kathoden der Dioden 7 und 10 verbunden, wobei diese Kathoden
ihrerseits über die hochohmigen Reihenwiderstände 22 bzw. 23 mit den Kathoden der
Dioden 5 und 7 verbunden sind. Der Anschluß 19 ist über einen Kondensator 24 von
Masse getrennt.
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Wenn der Kondensator 14 weggelassen und der Kondensator 13 zwischen
die Anoden der Dioden 5 und 8 statt zwischen ihre Kathoden (herkömmliche
Spitzenkapazitätskopplung) geschaltet wird und die Kapazität des Kondensators 13 so gewählt
wird, daß man das gewünschte Maß der Kopplung zwischen den Schwingkreisen 1 und
2 in der Mitte des Abstimmbereiches erhält, wird sich herausstellen, daß die Kopplung
aufgrund der Änderung der Impedanz des Kondensators 13 mit der Frequenz größer ist
als die im hochfrequenten oberen Abstimmbereich gewünschte Kopplung und kleiner ist
als die im unteren Abstimmbereich gewünschte Kopplung. Dieser Effekt wird dadurch
etwas gemildert, daß der Kondensator 13 wie abgebildet angeschlossen wird (wieder bei
Abwesenheit des Kondensators 14), da die Abnahme der Kapazität der Dioden 5, 7, 8
und 10, die erforderlich ist, um den oberen, hochfrequenten Abstimmbereich zu
erreichen, dazu führen würde, daß die Verbindungspunkte zur Verbindung des Kondensators
13 mit den kapazitiven Spannungsteilern 5, 6, 7, und 8, 9, 10 sich tatsächlich an diesen
Teilern nach unten bewegen, mit einem entsprechenden umgekehrten Effekt, daß wenn
die Kapazitäten der Dioden erhöht werden, um das untere Ende des Abstimmbereiches
zu erreichen, die effektive Bewegung dieser Verbindungspunkte durch die Werte der
Kondensatoren 6 und 9 bestimmt wird. Wie oben dargelegt, wird der Wertebereich der
Kondensatoren 6 und 9 in der Praxis oft durch andere Faktoren begrenzt; bei einer
Anwendung stellte sich heraus, daß diese Begrenzung immer zu einer
Überkompensation der Impedanzänderung des Kondensators 13 mit der Frequenz führte. Aus diesem
Grunde wurde der Kondensator 14 vorgesehen, der wie abgebildet angeschlossen wird.
Die Verbindungspunkte des Kondensators 14 mit den kapazitiven Teilern 5, 6, 7 und 8,
9,10 sind so beschaffen, daß sich diese Punkte effektiv an den entsprechenden Teilern
mit der Änderung der Kapazität der Dioden 5, 7, 8 und 10 nach unten und oben
bewegen in umgekehrten Richtungen zu den entsprechenden Bewegungen der
Verbindungspunkte von Kondensator 13. Die Anwesenheit von Kondensator 14 führt daher zu einer
Reduzierung der Kompensation, die man erhält, wenn nur Kondensator 13 vorhanden
ist, wobei der Nettowert der erhaltenen Kompensation durch geeignete Wahl der
relativen Kapazitäten der Kondensatoren 13 und 14 einstellbar ist.
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In einem praktischen Filter, der entsprechend Fig. 1 aufgebaut ist, betrug
die Induktivität des Teils jeder Spule 3 und 4, der sich über dem Abgriff befindet, 44
nH und die Induktivität des Teils jeder Spule 3 und 4, der sich unter dem Abgriff
befindet, 5 nH. Die Werte der Kondensatoren 6, 9, 13 und 14 betrugen 18 pF, 18 pF, 1,17
pF bzw. 1,54 pF. Jede Kapazitätsdiode 5, 7, 8 und 10 bestand tatsächlich aus zwei
solchen parallelgeschalteten Dioden, die unter der Typnummer BB809 erhältlich sind.
Die Mittenfrequenz des Filters war über einen Bereich von ca. 136 MHz bis 164 MHz
abstimmbar, indem man die an den Anschluß 19 angelegte Spannung in bezug auf den
Anschluß 16 über den Bereich +2 V bis +20 V variierte. Über den gesamten
Abstimmbereich erhielt man eine im wesentlichen optimale Butterworth-Frequenzkurve.
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Es ist zu beachten, daß das unvermeidlich nicht ideale Verhalten der
jeweiligen Komponenten des Filters mit sich ändernder Frequenz auch bei der Wahl der
relativen Kapazitäten der Kondensatoren 13 und 14 berücksichtigt werden kann, um
wenn gewünscht zumindest eine gewisse Kompensation für dieses Verhalten zu
erreichen.
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Fig. 2, in der gleiche Bauteile wie in Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen
haben, zeigt das Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig.
2 enthält wiederum eine Bandpaßfilteranordnung einen ersten und einen zweiten
Parallelschwingkreis 1 und 2. Das kapazitive Bauteil jedes dieser Schwingkreise ist jetzt
jedoch etwas anders angeordnet als das entsprechende Bauteil in Fig. 1. Jedes solche
Bauteil umfaßt wieder ein Paar Reihenkondensatoren 5, 6 und 8, 9, wobei die
einstellbaren Kondensatoren 5 und 8 jetzt in Form von einem Paar gegensinnig gepolt
angeordneter Kapazitätsdioden 5A, 5B bzw. 8A, 8B vorliegen und ein weiterer Kondensator 25
bzw. 27 mit dem Paar in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenkombination der
Kondensatoren 5, 6 und 25 zu der Spule 3 parallelgeschaltet ist und die
Reihenkombination 8, 9 und 27 zu der Spule 4 parallelgeschaltet ist. Jeder weitere Kondensator 25
und 27 hat jetzt jedoch einen festen Wert und ist zwischen den entsprechenden
einstellbaren Kondensatoren 5 oder 8 und der Spule 3 eingeschlossen statt zwischen dem
entsprechenden Kondensator mit festem Wert 6 oder 9 und Masse. Der Kondensator 14
ist jetzt zwischen den Verbindungspunkt des einstellbaren Kondensators 5 und des
weiteren Kondensators 25 und den Verbindungspunkt des einstellbaren Kondensators 8
und des weiteren Kondensators 27 geschaltet. Aufgrund der unterschiedlichen
Schaltungskonfiguration sind auch die Verbindungen mit den jeweiligen Kapazitätsdioden von
dem Abstimmspannungs-Eingangsanschluß 19 etwas anders, wobei Anschluß 19 über
einen hochohmigen Widerstand 29 mit dem Verbindungspunkt der Dioden 5A und 5B
und über einen hochohmigen Widerstand 30 mit dem Verbindungspunkt der Dioden 8A
und 8B verbunden ist, und wobei weitere hochohmige Widerstände 31, 32, 33 und 34
zu den Kondensatoren 25, 27, 6 und 9 parallelgeschaltet sind. Die Filteranordnung
funktioniert auf ähnliche Weise wie die Anordnung aus Fig. 1. Wenn zum Beispiel die
positive Abstimmspannung am Anschluß 19 erhöht wird, um dadurch die Kapazitäten
der Dioden 5A, 5B, 8A und 8B zu reduzieren und damit die Mittenfrequenz des
Filterverhaltens zu erhöhen, bewegen sich die Punkte an den kapazitiven
Spannungsteilern 25, 5A, SB, 6 und 27, 8A, 8B und 9, mit denen der Kondensator 13 verbunden
ist, effektiv an diesen Teilern herunter, während die Punkte, mit denen der Kondensator
14 verbunden ist, sich effektiv nach oben bewegen.
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Wenn die Spulen 3, 4 die gleichen Induktivitäten haben wie für Fig. 1
angegeben, jede Diode 5A, 5B, 8A und 8B wieder aus zwei parallelgeschalteten Dioden
des Typs BB809 besteht und die Kondensatoren 6, 9, 13,14, 25 und 27 die Werte 36
pF, 36 pF, 3,9 pF, 0,75 pF, 36 pF bzw. 36 pF haben, ist der Frequenzgang des Filters
aus Fig. 2 für Werte der an den Anschluß 19 angelegten Abstimmspannung zwischen
+2 V und +20 V im wesentlichen der gleiche wie der, den man mit dem "praktischen
Filter" gemäß Fig. 1 erhält.
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Es ist selbstverständlich nicht entscheidend, daß die Kondensatoren 6, 9,
25 und 27 von Fig. 2 alle die gleichen Werte haben. Das Verhältnis der Kapazität von
Kondensator 6 zu der von Kondensator 25 und der Kapazität von Kondensator 9 zu der
von Kondensator 27 kann von eins abweichend gewählt werden, wobei der Wert des
Kondensators 13 und/oder des Kondensators 14 entsprechend eingestellt wird, um den
gewünschen Frequenzgang zu erhalten.
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Es dürfte einleuchten, daß zahlreiche Abwandlungen zu den im Rahmen
der Erfindung durch die Ansprüche definierten Anordnungen möglich sind. Die
Kondensatoren 13 und/oder 14 können zum Beispiel durch ein Paar in Reihe
geschalteter Kondensatoren ersetzt werden, wobei der Verbindungspunkt der beiden
Kondensatoren des Paares über einen weiteren Kondensator mit Masse verbunden ist. Jeder
Kondensator 13 und 14 kann beispielsweise auch durch einen Induktor ersetzt werden,
so daß jede bidirektionale Kopplung zwischen den Schwingkreisen 1 und 2 eine
induktive statt eine kapazitive Reaktanz aufweist. Der Verwendung von kapazitiven anstelle
von induktiven Reaktanzen wird normalerweise, unter anderem aus Kostengründen, der
Vorzug gegeben.
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Obwohl die beschriebenen Filter jeweils aus zwei Bereichen bestehen,
dürfte es einleuchten, daß die Erfindung für Filter mit mehr als zwei Bereichen
angewendet werden kann. Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung kann zum Beispiel erweitert
werden, indem Duplikate der Kondensatoren 13 und 14 zwischen die gemeinsamen
Punkte der Kondensatoren 8 und 9 bzw. der Kondensatoren 9 und 10 und die
gemeinsamen Punkte in einem Duplikat des Schwingkreises 2 geschaltet werden, bei dem die
gleichen gemeinsamen Punkte von dem Ausgang der Quelle 35 über Widerstände
gespeist werden, die den Widerständen 21 und 23 entsprechen.
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Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung werden dem
Fachkundigen leicht weitere Abwandlungen ersichtlich sein. Solche Abwandlungen können andere
Merkmale betreffen, die bereits in Entwurf, Herstellung und Verwendung von Filtern
und Bestandteilen davon bekannt sind und die anstelle oder zusätzlich zu den hier
bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.