DE762751C - Filter fuer Dezimeterwellen mit koaxialer Anordnung der Filterelemente innerhalb eines Abschirmrohres - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 8. MÄRZ 1954

T 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. Diese

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.

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.

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.

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. 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.

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.

; 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.

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.

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 innen

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.

An der rechten Stirnfläche des Stempels 14 ist wieder ein Becher 12 befestigt, welcher die Kapazität mit dem Stempel des nächsten Filtergliedes herstellt.

Zwischen dem Metallring 15 eines Gliedes»

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-

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind noch viele andere Durchführungsmöglichkeiten denkbar.

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.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Filter für Dezimeterwellen mit koaxialer Anordnung der Filterelemente innerhalb eines Abschirmrohres, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten durch mit Ausfräsungen versehene, senkrecht zur Rohrachse stehende Metallscheiben gebildet werden.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfräsung in der Induktivitätsscheibe die Form einer ein- oder mehrgängigen Spirale besitzt.
3. 3. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Induktivitätswertes eine in der Spiralfräsung verschiebbare Klemmschraube vorgesehen ist.
4. 4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfräsungen kreissegmentförmig sind und mehrere radiale Stege zwischen einem inneren und einem äußeren Ring stehenlassen.
5. 5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Achse des Abschirmrohres ein Isolierstab, vorzugsweise aus Keramik, vorgesehen ist, auf welchen sämtliche Elemente des Filters, die zu diesem Zweck mit entsprechenden zentralen Bohrungen versehen sind, aufgereiht werden.
6. 6. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile, insbesondere die Induktivitäten, mit gut leitenden Metallschichten überzogen sind.
7. 7. Filter nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gut leitenden Teile zum Schutz gegen Korrosion mit einer Lackschicht überzogen sind, die geringe dielektrische Verluste aufweist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   Q 5819 2.54