DE1957760C - Filter mit mehreren bimodalen Netzwerken - Google Patents

Description

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schlagen, daß jedes der bimodalen, bisymmetrischen Netzwerke von der jeweiligen Anwendung ab und Netzwerke ein Paar von miteinander gekoppelten kann von minimal zwei über einen einzigen Moden-Vierpolnetzwerken aufweist, von denen jedes zv.ei Wandler gekoppelten biinodalen Netzwerken bis zu Symmetrieachsen besitzt, und daß zwei Anschlüsse des einer unbestimmbaren Maximalzahl von bimodalen ersten Vierpolnetzwerkes die bezüglich der einen 5 Netzwerken reichen.

Symmetrieachse des ersten Vierpolnetzwerkes symme- Alle bimodalen Netzwerke 11 bis 14 sind durch das trisch angeordnet sind, mit zwei Anschlüssen des zwei- gleiche Paar normalei Ausbreitungsmoden gekennten Vierpoliietzwerkes verbunden sind, die bezüglich zeichnet, wobei der Ausdruck »Normal Mode« sich der anderen Symmetrieachse des zweiten Vierpolnetz- auf eine bestimmte Anregungsart bezieht, die für das werkes symmetrisch angeordnet sind. In bevorzugter io ganze Netzwerk gleichbleibt. Dabei kann es sich entAusgestaltung ist dabei jedes der Yicrpolneizwerke ein weder um ähnliche Netzwerke handeln, bei denen der Quadratur-Hybridkopf'er. Netzwerkaufbau gleich, aber die Netzwerkparameter Die Erfindung wird na-wP^r--|gend an Hand verschie- verschieden sind, oder um identische Netzwerke. In dener Ausfür-rungsbcispieic . j in Verbindung mit beiden Fällen spricht jedes Netzwerk verschieden auf den Zeichnungen näht·- bt—lrieben. Es zeigt 15 die beiden verschiedenen Anregungsarten an. So läuft F i g. 1 ein B'<-K<=!.h; · -;:d des Filiers, ein aus einer Signalquelle 18 kommendes Signal, das Fig. 2 ein eir*~- ^usiührungsbeispiei des Filters an den Eingang des Filters 10 gekoppelt ist. Jber das unter Yerweqd··;.^, tines Doppelleiter-Koaxialkabels Netzwerk II mit ein'.-r Moden-Konfiguration und führt als bimodai. TietTwerk, zu einem entsprechenden Ansprechen des Netzwerks. Fig. 3 die impedanz der Netzwerke, die das 2° Das Signal durchläuft dann den Moden-Wandler 15, j Filter nach F i g. 2 bilden, der die Moden-Kr figuration in eine zweite Anre-F i g. 4 ein zweites Ausfüh'ungsbeisoiel des Filters gung^rt ändert. Dadurch ergibt sich ein entsprechend mit einer Reihenschaltung von Quadratur-Hybrid- anderes Ansprechen des Netzwerkes 12. Die L m A-andkopplern, lung bzw. Rückumwandlung zwischen den Moden mr F i g. 5 das Ersatzschaltbild eines Quadratur- 25 Erzeugung eines unterschiedlichen Ansprechens be- * Hybridkopplers mit konzentrierten Elementen, nachbarter Netzwerke setzt sich fort, his das letzte f Fig. 6 den Frequenzgang des Hybridkopplers Netzwerk 14 erreicht ist. Das sich ergebende Ausgangsmit konzentrierten Elementen nach F i g. 5, signal dieses Filters, das an das Ausgangskoppelnetz^x Fig. 7, 18 und 19 einen Quadratur-Koppler, werk 20 abgegeben wird, ist eine Funktion der in Reihe T der symmetrisch mit Bezug auf ein gewähltes Anschluß- 3° geschalteten Ansprechwerte jedes Netzwerkes und : paar angeregt ist, und die Ersatzschaltungen für sym- läßt sich durch die richtige Auswahl der Schaltungsmetrische Anregung des Kopplers mit Bezug auf das parameter und Moden steuern.
£ gewählte Anschlußpaar, Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Filters ist in χ Fig. 9 das symmetrische Ersatzschaltbild jedes F i g. 2 gezeigt. Jedes Netzwerk 11, 12, 13 und 14 ist Netzwerkabschnittes nach F i g. 4. 35 ein Abschnitt einer Doppelader-Koaxialübertragungs- ~ Fig. 10, 20,11 und 21 einen Quadratur-Koppler, leitung mit einem Paar von Innenleitern 30 url 31, der a π »symmetrisch mit Bezug auf ein gewähltes die symmetrisch mit B°zug auf uie Symmetrieachse z-z » Anschlußpaar angeregt ist, und die Ersatzschaltungen der Übertragungsleitung angeordnet und von einem - für antisymmetrische Anregung des Kopplers mit Außenleiter 32 umgeben sind. Die Moden-Wandler .z Bezug auf die gewählten Anschlüsse, 4° 15, 16 und 17 enthalten phaseninvertierende Über-F i g. 12 das antisymmetrische Ersatzschaltbild je- trager 24, 25 und 26, die zwischen einem der Innendes Netzwerkabschnittes nach F i g. 4, leiter 30 und dein Außenleiter 32 so geschaltet sind, Fig. 13 aas Ersatzschaltbild des Filters nach daß benachbarte Abschnitte des Leiters 30 gekoppelt r F i g. 4 bei symmetrischer Anregung, werden.

± Fig. 14 das Euatzschaltbild des Filters nach 45 Das Filter wird von einer Signalquelle 18 angeregt, F i g. 4 bei antisymmetrischer Anregung, die an den Anschluß 1 des Eingangskoppelnetzwerkes ^ä Fig. 15 eine an einen Anschluß des Filters n«uh 19 angeschaltet ist. Der Anschluß 2 des Netzwerkes 19 F i g. 4 angeschaltete Signalquelle, ist mit einem Widerstand abgeschlossen, und die An-F i g. 16 und 17 das Äquivalent des symmetrischen Schlüsse 3 und 4 liegen an den Leitern 31 bzw. 30. Das und antisymmetri«chen Modus bei der Anregungsart 5° Eingangskoppelnetzwerk 19 weist einen Gabelübernach Fig. 15. trager auf, derart, daß bei Anschaltung der Signal-F i g. 1 zeigt ein Filter 10 mit einer Vielzahl von quelle 18 an den Anschluß 1 gemäß F i g. 2 die Leiter in Reihe geschalteten bimodalen Netzwerken 11. 12, 30 und 31 in Phase oder symmetrisch angeregt werden. 13 und 14, die mit Hilfe von Moden-Wandlern 15, 10 wenn andererseits JIc Signaivjucüc iS zr. den A.n. und 17 gekoppelt sind. Eine Signalquelle 18 ist an die 55 schluß 2 gelegt wäre, wurden die Leiter 30 und Sl Anschlüsse 1 und 2 dos Filters 10 über den Anschluß 1 180" außer Phase oder antisymmetrisch angeregt. Auf eines Vierpol-Eingangskoppelnetzwerkes 19 angelegt. der Ausgangsseite des Filters weist das Ausgangs-Der Anschluß 2 des Eingangsnetzwerkes 19 ist mit koppelnetzwerk 20 einen zweiten Gabelübertrager auf, einem Widerstand abgeschlossen. dessen Ausgangsanschlüsse 1 und 2 mit Belastungen Ausgangsscitig sind die Anschlüsse 3 und 4 des 60 21 und 22 verbunden sine'. Wenn die Anschlüsse 3 Filters 10 über ein Vierpol- \usgangskoppelnetzwerk und 4 in Phase angeregt werden, wird das gesamte 20 an eine Last 21 angeschlossen, die am Anschluß 1 Signal der Belastung21 zugeführt. Wenn die Anschlüsse des Koppelnctzwerkes 20 liegt. De- Anschluß 2 des 3 und 4 außer Phase angeregt werden, wird die gesamte Netzwerkes 20 ist mit einem Widerstand abgeschlos- Signalenergie dem Anschluß 2 und der Belastung 22 sen. 65 zugeführt.

In Pi g. 1 sind zwar nur vier Netzwerke und drei Wenn die bignalquelle 18 gemäß F 1g. 2 an den

Moden-Wandler gezeigt, abei im allgemeinen hängt Anschluß 1 des Koppelnetzwerkes 19 angeschaltet ist.

die Anzahl der in einem spc/ .'Ilen Fall verwendeten werden die Leiter 30 und 31 in Phase beaufschlagt.

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Dann liegen beide Innenfeilcr auf dem gfcichcn F ι g. 5 in der Ersatzschaltung eines solchen Kopp-

Polcntial. und der das bimodale Netzwerk 11 bildende Icrs konzentrierte Impcdanzefcmentc verwendet wer-

Abschnitt der Übertragungsleitung stellt bezüglich des den. Jn F. ta,. 5 sind die beiden Adern durch zwei

Signals cir*e Länge einer koaxialen Übertragung.¹;- festgekoppelte Spulen 50 und 51 dargestellt.

leitung mit dem Wellenwiderstand Z_t dar. Wenn 5 Die Kapazität zwischen den beiden Leitern wird

jedoch das Signal auf dem Leiter 30 das Ende des durch die beiden Kondensatoren 52 und 53 wieder-

Nctzwcrkcs. 11 erreicht, erfährt es irrt Übertrager 24 gegeben. Die vier Koppleränschlüsse sind mit den

eine relative Pftitscnverschiefonng von JSö * mit Bezug Ziffern t, 2,3 und 4 bezeichnet, wobei die Anschlüsse 1

auf das Signal des Leiters 31, Auf Grund dieser und 4 das eine Paar von konjugierten Anschlüssen [

Phascnvcrscbicbuttii hüben die Staiale der beiden io und die Anschlüsse 2 und 3 das andere Paar bilden. i

hm· ι-iH-i ifi/i /*.ir ι·ι·.ι.'κ- \mplilU'le. aber eine Wenn die Sdbsiiniliiktivilät jedes Leiters L und die

l'l .· ii.· ' ... iii<-r>uni· um !HIi sii dall d< r antisymmc gesamte Kapa/ital /wischen den Leitern C ist, so er-

tfi !· ν·»Ι' voriieci l>-»nn *irki OV. Nei/werk 12 rechnet sich der Wellenwiderstand Z₀ des Kopplcrs /u

pi-L" " j'ht .)<■· Sij"i>-tk-n al- /v.cidrahl jbscl.ni'". einer

f kt r i>- inrsli-iiiifu' rni' ')··γπ Wellenwiderstand /₂. 15 /_n VlJC (1)

w.c.h( ι /, V Inner .ils /, Kl

Im nHUi.ii·., Vielen Wandler 16 crTa-ircn die S- _{und da<}. F^ergicdervcrhältnis ist gleich 1 bei einer

pn ii. ι /v.r,'.c rel-iii*e i'hascnmscriebung von Winkelfrcquenz

|kii λ, .. ah d<*' «.vrnmelrivche AnrciMiigsmodtis ,

fur !r I iiier 30 <,nd 31 Aiedcrnergcsielll wird. IcIg- ac i>„ I/ (2)

ln.li *i-ki d.is Nct/vsrrk 13 al* Abscfcn't einer ko- \ LC a*i.i!vn ( ivrif,ipiinir»leiiiinf? nut dem Wellenwider-

«,,.,„.) / Die Signalauftcilung als Funktion der Frequenz

I ni-p'i-chrnil siclli djs aniisymm? n«ih a igeregte ^wird durch die Kurven 60 und 6J in F i g. 6 angege-

\ct/*ert 14 einen Absthnui oner Leitrng .->.i dem a? ben. die die Amplitude der übertragenen Signal-

kk-ini rcr Well«-n-*>dersiand /. dar komponenten / und der reflektierten Quadratur-Signal-

( ι μ ' /eipi svmbohs».h da. J illcr nach ί ι g. 2 ' »mponente/: angeben, wobei

mn .ibweihsHnden Absihniiicn einer C'Krrtraguiigs- . ₂ .. ₂

leu· mi» lies V·» eilen* Verstandes/,. gefolgt von Ab- 1 \ k \. (3)

s· tiniiitn <icr I bcriraeiinpsleilung mit dem kleineren 30

«Αι·:» n«.it'crsun<1 Z₁ Mar. erlcnnl. daß durvh Aus- Grundsätzlich hat die übertragene Komponente ein

ΓΜΐ/ιιΐ ι-de· · niersi hiedli* den Moden-Ansprecbwcrte Maximum bei der Frequenz Null und nimmt mit

emc ..ppclleiier Koatiaücinmg wesentlich verschic·- steigenden Frequenzen ab. Die reflektierte Kompo-

diTK clekiristhe I pensthaf'en ohne Veränderung des nente hat dagegen ein Minimum bei der Frequenz Null

ph. ί· «ili si he η Aufbaus der Leitung realisier« werden. 35 und nimmt mit steigenden Frequenzen zu. Bei der

ΛI¹ λ meiner ec-atf. ha. die ί inführung periodischer Übergangsfrequenz o>_a sind die beiden Komponenten

V!««i--n-i Hergänge entlang einer bimt/dalen Anord- gleich.

«■mir -Jen I ffeki. dall die '^ti/wirkcigenschaften der Wie die Ersatzschaltung nach F i g. 5 zeigt, ist ein

beulen VJoden sieh addieren. Quadratur-Mybridkopplerbisymmetrischoderdoppelt-

I ι ρ -J /«.·»£! ein erfindungsgemäßcs. Ausführung^- 40 achssymmetrisch mit Bezug auf zwei zueinander recht-

Nr-Sp₁ eines Koppeliiliers40 mit einer Reihen- winklige Achsen z-z und γ-γ, von denen jede den

stri.titirrni· mn y'i.idralur-HyrndkoppIern 41 bis 46. Koppler in zwei identische Zweipole aufteilt. Diese

f >at>s-i »ird «i-T Ausdruck »Ouadratui-Hybridkoppler« werden im folgenden als »zweigeteilte Prototypen«

in seinem üblichen Sinn Senut/1. um ein Fnergie- bezeichnet und lassen sich bequem zur Untersuchung

tei!ernd/»erfc mn vier Anschlüssen zu beschreiben, bei 45 des Kopplers verwenden, da jeder von ihnen alle

dem d"f Anschlüsse paarweise vorliegen, wobei die Eigenschaften des ursprünglichen Vierpols aufweist,

fedes Pj^r bildenden Anschluss«-konjugiert zueinander Der Koppler läßt sich auch als »bimodal« kenn-

sin»J und mit den Anschlüssen des anderen Paares zeichnen, womit gemeint ist, daß in je ler Gruppe von

koppeln ·* jßerdem liegen die aufgeteilten Signal- Anschlüssen / der Kehrwert von V ist und daß jede

komponenten um 90 außer Phase, worauf die Be- 50 Gruppe von Anschlüssen der Kehrwert der anderen

zeichnung «Quadratu^KoppIer beruht. Gruppe ist. Dies soll nachfolgend durch getrennte An-

Im folgenden wird der Aufbau einer Vielzahl von regung des Kopplers in dem symmetrischen und dem

K'-ppelfiiJeranordnungen mil Quadratur-Hybridkopp- antisymmetrischen Modus gezeigt werden,

lcr'j beschrieben. Zur Erläuterung soll dabei besonders Entsprechend F i g. 4 sind die das Filter 40 bil-

auf Koppler mil fconzentnerten Elementen eingegan- 55 denden Koppler in Paaren 41-42, 43-44 und 45-46

gen »erden, da diese sich am einfachsten beschreiben angeordnet, wobei jedes Paar einem der bimodalen

lassen. .^___ _c, Netzwerke 11, 12 und 13 in Fig. 1 entspricht.

!:?; Koppler Hat k^mx^_m,t^izsn Elementen weist Bezüglich jedes I*aares ist der zweite Koppler um 90"

/»ei oneunaiH'i-T isolierte Leiter auf. deren elektrische gegen den ersten Koppler verdreht, so daß ein Paar

I än^e ein !clesner Bruchteil der Wellenlänge bei der 60 von Anschlüssen 3 und 4, die symmetrisch zu einer

Betnebsf requerrz ist. Im typischer Weise werden Längen der Symmetrieachsen liegen, mit einem Paar von An-

m der iimßenordnuaf von einem Achte! der Wellen- Schlüssen 1 und 3 gekoppelt ist, die symmetrisch mit

länge und wer, aer verwendet. Die Leiter können ent- Bezug auf die andere Symmetrieachse liegen,

weder gegenseitig verdrillt sein, um eine konstante Benachbarte Paare sind über Phasenschieber 47

«rcfrrrrscrtige Orientierung beizubehalten oder können 65 bzw. 48 mit einer relativen Phasenverschiebung von

auf etitgsrsengesetyten Seiten eines dielektrischen Ma- 180 gekoppelt, die in einem der Verbindungswege

'««" anssroidnci sern. liegen. Diese Phasenschieber entsprechen den Moden-

Wctsrt» <3cr kleinen elektrischen Länge können gemäß wandlern 15 und 16 in Fig. 1.

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Der Anschluß 1 des Hybridkoppfcrj;41 ist der Fig. 9. Man sieht, daß das Ergebnis ein einfacher

Fiftcr-EingangsansdifuiJ, mit dem eine Signalqucllc 49 LC-Reihenresonanzkreis ist, dessen Resonanzfrequenz

ferbundcn ist, Ausgangssignale werden dem An- o>₀ gegeben ist durch

#ehluB2 dt* ersten. Hybridkopplcrs41 und dem An- 1

#ehluü2 des letzten Hybridkopplcrs 46 entnommen. 5 (O₀ = -prrr' (4)

|)er Anschluß 4 des Kopplcrs 46 ist durch einen Wider- \iL_sC_s
MiMd abgeschlossen,

Ks Sind zwar nur drei bämodale Netzwerke gezeigt, Setzt man IL für L₈ und C/2 für C, ein, so erhält

fcer es können nach Bedarf weitere Abschnitte hinzu- _man ■

glfugt werden, io 1 f

Die Betriebsweise und die i.igenschaft?n des Filters "Ό , *5)

4i ««ilen jet/: untersucht werden, indem zuerst die \LL
■iixjj'cn l.ipcnsthaflcn eines Quadratur-Hybridkopp-

lcrs mn Bezug auf seine beiden Symmetrieachsen gc- nämlich die Übergangsfrequenz für jeden der Koppler,

prüft werden, d.h.. der Kuppler soll zuerst symmetrisch 15 Folglich entsprechen im Bereich des symmetrischen

tnd dann anfi-.>nimctnsch angeregt sein. Betriebs zwei identische, auf die gezeigte Art zusam-

iJic modalen Figcnschaften des kopplers werden mengeschaltete Koppler einem /.C-Reihenresonanzfcstgcstcllt. indem der Koppler mit seinen normalen kreis, dessen Resonanzfrequenz gleich der C'bergangs-Mo-len angeregt u»id die daraufhin vom Koppler ab- frequenz des Kopplers ist. fypischerweisc sino die jpegebenen Anspretliwcrtc bcobathtci werden. Diese ao beiden Koppler nicht identisch. In diesem allgemeine-Ansprcch werte, die alle inlcrnen Wechselwirkungen ren Fall kommt die induktive Komponente von einem (htrUcksichnpen, werd.-n nur hinsichitn h ihrer von Koppler und die kapazitive Komponente vom anderen •uüen feststellbaren Wirkungen dargestellt. So lassen Koppler. Dann können die Übergangsfrequenzen und beispielsweise die iJarstcIlungen der modalen Ansprech- die Resonanzfrequenz der Ersatzschaltung alle verwerte gegenseitige induktive Einflüsse unberücfcsich- 35 schieden sein.

ligl. da diese interne Wechselwirkung für jeden be- Es soll jetzt die Ersatzschaltung für den antisymme-

(Mimmlen Modus eindeutig definiert und in dem von Irischen Modus mit Bezug auf die Anschlüsse 1 und 2

iuiten beobachtbaren Ansprcihwcrt enthalten ist. abgeleitet werden, indem diese Anschlüsse gemäß

Der erste zu prüfende modale Ansprechwert ist der F i g. 10 an entgegengesetzte Anschlüsse einer gemein-

i)-mmclri%chc Modu% mit Bezug auf die Anschlüsse I 30 sation Signalquelle 80 angeschaltet werden. Die An-

•nd 2 (und wegen der Symmetrie des Kopplers mit Schlüsse 3 und 4 sind durch einen Widerstand abge-

fet/ug auf dse Anv_hlü%sc3 und 4) l.r wird bestimmt, schlossen. Bei einem solchen Betrieb sind die Leiter 50

Indem d*f Anschlüsse 1 und 2 entsprechend F i g. 7 und 51 180 außer Phase erregt. Folglich fließen die

4urch zwei in Phase liegende Stgxialquellen 70 und 71 Ströme in den beiden Leitern in entgegengesetzter

Mil pie .eher Amplitude angcregi werden. Die An- 35 Richtung, so daß sich keine Komponente eines induk-

Khlusse 3 und 4 sind unter Anpassung abgeschlossen. tiven Stromes ergibt. Eis fließt lediglich ein kapazitiver

ton die I eiJef SO '«ru? 53 immer an' gleichem Potential Strom, und zwar auf Cirund der durch die Kondenra-

licgcn. wenn die Anschlüsse 1 und 2 symmetrisch an- toren 52 und 53 dargestellten Kapazität zwischen den

gcrcgi »erden, fließ! kein Va; aziliver Strom, und Leitern. Demgemäß weist die in Fig 20 gezeigte

jedes der Signale sieh'eine symmetrische Impedanz Ζ.*, 40 antisymmetrische Ersatzschaltung bezüglich der An-

4k induktiv ist und. dd die C icgeninduktivität zwischen schlüssel und 2 (sowie 3 und 4) eine Qucrkapazilät

4cn beiden I «lern angenähert 1 ist. annähernd gleich Can auf, die gleich der Leiterkapazität C des Kopplers

Il ist. Demgemäß enthält die Frs,it,-,chaltung des ist und zwischen den Anschlüssen 1 und 2 (sowie 3

Kopplers für symmelnschen Betrieb m 1 Bezug auf die und 4) liegt.

Anschlüsse I und 2 (sowie die Anschlüsse 3 und 4) 45 Die anlisymmelrische Ersatzschaltung bezüglich

grmäß Fig. IX zv.ci Serienspulen mit dem Wert der Anschlüsse 1 und 3 (sowie 2 und 4) wird durch

Lt 2L. F s sei erneui daruif hingewiesen, daß bei Anschalten einer Signalquelle 81 /wischen die An-

Äcser Darstellung keine gegenseitige Kopplung zwi- schlüssel und 3 gemäß Fig. 11 abgeleitet. Wegen

tchim den Spulen L, vorhanden ist. der festen Kopplung zwischen den Spulen 50 und '«I

Das Ersatzschaltbild für den symmetrischen Modus 50 (Λ/ =& 1) liegen die beiden Spulen im wesentlichen auf mit Bezug auf die Anschlüsse 1 und 3 sowie wegen der dem gleichen Potential, und es fließt kein kapazitiver Symmetrie des Kopplers zwischen den Anschlüssen 2 Strom. Die Ersatzschaltung des Kopplers für den und 4 wird bestimmt, indem die Anschlüsse 1 und 3 antisymmetrischen Modus mit Bezug auf die An- ££:mäß Fig. 8 durch zwei in Phase liegende Signal- Schlüsse 1 und 3 (sowie 2 und 4) ist demgemäß entquellen 72 und 73 gleicher Amplitude angeregt wer- 55 sprechend F i g. 21 eine Querinduktivität L_as gleich den. Da entgegengesetzte Enden der Spulen 50 und 51 der Selbstinduktivität L einer einzelnen Spule.
immer auf gleichem Potential liegen, wenn die An- Fig. 12, die eine Reihenschaltung der Ersatzsshbs ί ssd 3 spssseinsefe ssgeregi viZTdcn, SkSt schaltunger, nach F i g. 20 und 21 enthält, zeigt die kein induktiver Strom. Der einzige Stromfluß geht antisymmetrische Ersatzschaltung jedes der bimodalen über die Kondensatoren 52 und 53. Demgemäß ent- 60 Netzwerkabschnitte 11, 12 und 13 des Filters 40. Da hält das Ersatzschaltbild des Kopplers f^;>r den sym- C_as C und Las ~ L sind, ist die Schaltung ein metrischen Betrieb mit Bezug auf die Anschlüsse 1 einfacher LC-Parallelresonanzkreis, dessen Rcsonanz- und 3 (sowie die Anschlüsse 2 und 4) gemäß Fig. 19 frequenz w„ gleich der Übergangsfrequcnz der jeden zwei Serienkondensatoren mit dem Wert O C/2. Abschnitt bildenden beiden Koppler is!.

Die Ersatzschaltung bei symmetrischem Betrieb für 65 Da die Ersatzschaltungcn für den symmetrischen

jedes der bimodalen Netzwerke II, 12 und 13 des Modus (Fig. 18 und 19) die dualen Netzwerke der

Fihers 40 erhält man durch eine Reihenschaltung der Ersatzschaltungen für den antisymmclrischcn Modus

Ersafzschallongen nach Fig. 18 und 19 gemäß (F i g. 20 und 21) sind, zeigt sich, daß der Quadratur-

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koppler mit konzentrierten Elementen bisymmetriwh des Filters aeif jede der beiden Mod d getrennt analy-

iit. Dies ist eine allgemeine Eigenschaft allerQuadratur- nuten und dann die beiden Ansprechwertc summieren.

Hybridkoppler. Die praktischen Schaltungen für die Dies wird jetzt an Hand der Fig. t6 und 17

Koppler mit verteilten Elementen, d. h. Übertragungs- durchgeführt, die die gesamte Signafverteilung an den

leitungskoppler, sind jedoch komplizierter. 5 vier Anschlüssen des Filters auf Grund der symmetri-

Es zeigt sich, daß die blo''e Reihenschaltung von scheu und antisymmetrischen Anregungsmoden dar'

Netzwerkabschnitten nicht zu dem gewünschten Filter- stelle«.

aLibau fühlt, da eine solche Reihenschaltung eine linisprechend Fig. 16 erzeugt ein symmetrisches Reihenschaltung von Z.C-Reihenresonanzkreisen bei Signal der Amplitude E/2, das an die Anschlüsse 1 Anregung im symmeirischen Modus und eine Reihen- io und t des ersten Hybridkoppfers 41 angelegt ist, eine schaltung von iC-Paralfelresonanzkreisen bei Anre- durchgelassenc Signalkomponente /Γ/2 /, an jedem der gung im antisymmc- sehen Modus bilden würde. Anschlüsse 2 und 4 des Kopplers 46 und eine reflek-Man benötigt daher eine F.inrichlung zur Umwand- lierte Signalkomponente E/2 k, an jedem der Anlung zwischen den Moden, so daß unabhängig davon, Schlüsse 1 und 2 des Kopplers 41. wobei /, der Überweicher Anregungsmodus an den ersten Abschnitt an- 15 tragungskoeffizient für den symmetrischen Modus des gelegt ist, dieser im zweiten und nachfolgenden gerad- Filtere und k_t der Rrflexionskoeffizic.; für den symzahligen Netzwerken in den anderen Modus umgewan- metrischen Modus des Filters sind,
delt und in den ursprünglichen Anregungsmodus in Fig. 16 zeigt das Ansprechen auf das antisymmeallen nachfolgenden ungeradzahligcn Netzwerken zu- Irische Signal mit f E/2 am Anschluß ! und -E/2 am rückgewandelt wiru Diese Moden-Umwandlung be- aö Anschluß 2 des Kopplers 41. Das Signa¹ E/2 erzeugt wirken die Phasenschieoer 47 und 48 mit einer relativen ein durchgelassen« Signal E/2 to* am Anschluß 2 Phasenverschiebung von 180°. die zwischen benach- des Kopplers 46 und eine reflektierte Signalkompobarten Netzwerken 11-12 bzw. 12-13 angeordnet sind. nenfe EfI k_a, am Anschluß 1 des Kopplers 41. Au.' So wandelt beispielsweise der Phasenschieber 47 den ähnliche Weise erzeugt das Signal —E/2 eine durchsymmetrischen, an die Eingangsanschlüsse 1 und 2 *5 gelassene Signalkomponente E/2 t_a» am Anschluß 4 des Hybrid kopplers 42 angelegten Anregungsmodus in des Kopplers 46 und eine reflektierte Signalkompoden antisymmetrischen Anregungsmodus an den An- nente E/2 k_a* am Anschluß des Kopplers 41, wobei Schlüssen I und 2 des Hybridkopplers 43 um. Das /«# der antisymmetrische Moden-Koeffizient für den erste birr adale Netzwerk 11 erscheint also auf Grund Durchlaß des Filters und k_a, der symmetrische Modender an ihn angelegten symmetrischen Anregungs- 30 Koeffizient für die Reflexion des Filters sind,
moden als / C-Reihenresonanzkreis. während das Da die Ersatzschaltungen für den symmetrischen zweite bimodale Netzwerk 12 auf Grund des angelegten und antisymmetrischen Modus duai zueinander sind, •unsymmetrischen Anregungsmodus als LC-Parallel- haben sie die gleichen Durchlaßkoeffizienten, während resonanzkreis erscheint. Entsprechend wird das dritte ihre Reflexionskoeffizienten negativ zueinander sind. Netzwerk symmetrisch angeregt und bildet einen LC- 35 Das heißt,

Reihenresonanzkreis. t, = t_as (6)
Die Ersatzschaltung des symmetrisch „ngeregten -k = k in
Filters40 ist in Fig. 13 gezeigt Es enthäk den * "" ^l/'
Reihenresonanzkreis cies Netzwerks 11, den Parallel- Durch eine Überlagerung !2ßt sich das Gesamtsignal resonanzkreis des Nct/»erks !2 und den Reihen- 4° an jedem der Anschlüsse erhalten, indem man die resonanzkreis ^s Netzwerks 13. Normal-Moden-Ansprechwerte an jedem der AnWenn dagegen die Anschlüsse 1 und 2 des Hybrid- Schlüsse summiert, wenn das Filter am Anschluß 1 kopplers41 antisymmetriscb angeregt werden, so des Kopplers41 auf die in Fig. 15 gezeigte Weise Sprechen das erste und dritte Netzwerk 11 und 13 im erregt wird.

•ntisymmetrischen Modus als Z-C-Parallelersatzschal- as Am Anschluß 1 des Kopplers 41 ist das reflektierte

•rag an, und das Netzwerk 12 im symmetrischen Signal

Modus als LC-Reihen rsatzschaltung. Die Filter- _ E E

ersatzschaltung für den antisymmetrischen Anregungs- ⁿ ~ V 2 ~ ^
Modus ist in F i g. 14 gezeigt Es zeigt sich, daß diese

Schaltung das duale Netzwerk der Schaltung nach 50 Das Filter reflektiert also nicht.
F ί g. 13 ist. Das reflektierte Signal E_n am Anschluß 2 des Koppln der Praxis wird das FHfer 40 jedoch in typischer- lers 41 beträgt
weise nicht ausschließlich entweder im symmetrischen „

oder im antisymmetrischen Modus angeregt, sondern E_n = —k_s— — k_as = Ek (9)

in beiden Moden gleichzeitig Dies läßt sich an Hand 55 2 2
von Fig. 15 erkennen, bei der eine Signalquelle49

'. Signa! Et₂ am Anschluß 2 des

den Anschluß 1 angelegte Signal +E, während das

an den Anschluß 2 angelegte Signal NuIi ist. Diese 60 EE

Erregungsart faßt sich so ansehen, daß zwei Kompo- Et₂= — t, -\ /„, — Et,. (10)

nenten vorhanden sind. Die erste Komponente ist ein 2 2

symmetrischer Modus mit +E/2 an beiden Anschlüssen und die zweite Komponer te ein antisymme- Das durchgelassene Signal E_ti am Anschluß 4 des Irischer Modus mit +E/2 am Anschluß 1 und' -E/2 65 Kopplers 46 beträgt
am Anschluß 2. Die Summe dieser beiden Komponenten am Anschluß 1 ist +E und die Summe am £·. = Ä_t,-JL_in - η fin Anschluß 2 ist Null. Man kann daher das Ansprechen 2 ₂

Il

Das an den Anschluß 1 des Kopplers 41 angelegte Signal teilt sich also proportional zu k„ und /„ zwischen dem Anschluß 2 des Kopplers 41 und dem Anschluß 2 des Kopplers 46 auf. Da sowohl t, als auch k> sich mit der Frequenz ändern, wird ein an das Filter angelegtes Breitbandsignal so aufgeteilt, da^ ein Ausgangssignal in seiner Bandbreite durch die Frequenzabhängigkeit von t, und das andere Ausgangssignal in seiner Bandbreite durch die Frequenzabhängigkeit von k, begrenzt ist, wobei

ι.

(12)

Ein bimodales Netzwerk läßt sich also durch zwei Voneinander unabhängige Moden-Ansprechwerte kennzeichnen; beide können aber trotz ihrer Unabhängigteit gleichzeitig verfügbar gemacht werden, Außerdem

zeigt sich, daß die Moden-Ansprechwerte zur Auslegung einer Vielzahl von Filteranordnungen benutzt werden können. Bei höheren Frequenzen kann ein Filter, das dem in F i g. 2 gezeigten ähnlich ist, unter

S Verwendung einer 'ritend begrenzten Übertragungsleitung an Stelle eines Doppdader-Koaxialkaöels aufgebaut werden, da in bekannter Weise die verschiedenen Übertragungs-M.odan unterschiedliche Feldvcrteilungen haben, so daß ein sehr unterschiedlicher Moden-

ίο Ansprechwert durch Diskontinuitäicn an einer bestimmten Steile innerhalb des Wellenleiters erzeugt wird. Auf ähnliche Weise kann das unterschiedliche Ansprechen von gyromagnetischen Materialien auf zirkularpolarisierte Wellen mit entgegengesetztem Drehsinn durch eine besondere Anordnung von in Längsrichtung im Abstand angeordneten Halbweilenplalten ausgenutzt werden.

Hie· zu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Beim Entwurf eines Filters unter Verwendung von Patentansprüche: Zweipol-Bauteilen müssen die Bauteile so angeordnet werden, daß sie die zur Erzielung der gewünschten

1. Filter mit mehreren bimodalen Netzwerken Filterkennlinie erforderlichen Kombinationen von und wenigstens einem die Netzwerke verbindenden 5 Reihen- und Parallelstromkreisen bilden. Vierpol-Wandler, wobei alle Netzwerke die gleichen beiden Bauteile sind dagegen bimodal und demgemäß durch orthogonalen Moden haben und der Wandkr als zwei verschiedene Normal-Moden und zwei verschie-Moden-Wandler ausgebildet ist, der die Moden- dene Moden-Ansprechwerte gekennzeichnet. Folglich Konfiguration der gesamten einlaufenden Wellen- läßt sich das gleiche Bauteil zur Erzielung wesentlich energie von dem einen in den anderen orthogonalen io verschiedener Funktionen in einer Tilterschaltung verModus umwandelt, dadurch gekenn- wenden.

zeichnet, daß die äquivalenten modalen Eines der bekannteren Vierpol-Bauteile ist der

Schaltungen bisymmetrische (doppelt- jchssymme- Quadratur-Hybridkoppler. Ein solcher Koppler weist

Irische) Netzwerke (30, 31, 32 oaer Fig. 5) eine Impedanzanpassung über einen verhältnismäßig sind. 15 großen Frequenzbereich auf. Er ist daher besonders

2. Filter nach Anspruch 1. dadurch gekenn- brauchbar in Systemen, bei denen eine Impediinzleichnet, daß jedes der bimodalen Asymmetrischen anpassung bei niedrigen Verlusten in einem großen Netzwerke ein Vierpolnetzwerk (11, 12. 13, 14) Frequenzbereich gefordert wird. Dies gilt in typischer ist Weise für Tunnel-Dioden verwendende Systeme, da

3 Filter nach Anspruch 2, wobei die Moden- 20 diese in bekannter Weise einen negativen Widerstand Wa&Jler als 180'-Phasenschieber ausgebildet sind, über einen Frequenzbereich zeigen, der sich nach unten dadurch gekennzeichnet, daß jedes bimodale bi- bis zu Gleichstrom erstreckt. Auf Grund dieser mögsymmetrische Netzwerk einen Abschnitt eines liehen Instabilität müssen daher in Verbindung mit Doppelleiter-Koaxialtabels mit zwei von einem solchen aktiven Elementen Filterschaltungen verwen-Außenleiter (32) umgebenen Innei.Ieitem (30, 31) 25 det werden, die sowohl außerhalb als auch innerhalb aufweist. de? interessierenden Frequenzbandes impedanzange-

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- paßt sind

zeichnet, daß jedes der bimodalen, bisymmetrischen Aus den Zeitschriften »The Microwave Journale,

Netzwerke ein Paar von miteinander gekoppelten Bd. 11, Nr. 1, (Januar 1968, S. 100 bis 107) und Vi^rpolnetzwerken (41, 42) aufweist, -»on denen 30 »The Bell System Technical Journal«, Bd. 47 (Mai/Juni jedes zwei Symmetrieachsen (y-y, z- ) besitzt, und 1968), Nr. 5, S. 651 bis 722, sind Schaltungsanorddaß zwei Anschlüsse G, 4) des ersten Vierpolnetz- nungen bekannt, die aus einer Mehrzahl von Gabe!- werkes (41), die be7üglich der einen Symmetrie- anordnungen mit ISO'-Phasenschiebern zwischen Jen achse (z-z) des ersten Vierpolnetzwerkes symme- konjugierten Anschlüssen bestehen,
trisch angeordnet sind, mit zwei Anschlüssen 35 Bei diesen Schaltungsanordnungen handelt es sich (1, 3) des zweiten Vierpolnetzwerkes (42) verbun- jedoch nicht um Filier, auf die sich die Erfindung beden sind, die bezüglich der anderen Symmetrie- zieht, sondern um AIIpaß-Netzwerke.
achse (γ-γ) des zweiter. Vierpolnetzwerkes symme- Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu-

trisch angeordnet sind. gründe, den Aufbau einer Filterschaltung unter Ver-

5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekenn- 40 wendung einer Kaskade aus bimodalen Netzwerken zu zeichnet, daß jedes der Vierpolnetzwerke ein vereinfachen.

Quadratur-Hybridkoppler (F i g. 5) ist. Ausgehend von einem Filter der eingangs angegebe

nen Art. schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß d^;e äquivalenten modalen Schaltui gen

45 Asymmetrische (doppeltachssymmetrische) Netzwerke

sind. Auf Grund dieses Filteraufbaus werden die symmetrischer und antisymmetrischen Moden unter Ver-

Die Erfindung betrifft ein Filter mit mehreren bi- wendung von Moden-Wandlern zwischen benachbarmodalen Netzwerken und wenigstens einem die Netz- ten Netzwerken sequentiell derart in die Schaltung werke verbindenden Wandler, wobei alle Netzwerke 50 eiabezogen, daß ähnliche Asymmetrische bimodale die gleichen beiden orthogonalen Moden haben und Netzwerke für jeden Abschnitt Verwendung finden der Wandler als Moden-Wandler ausgebildet ist. der können.

die Moden-Konfiguration der gesamten einlaufenden Soweit in bekannten Schaltungen bimodale Netz-

Wellenenergie von dem einen in den anderen ortho- werke verwendet wurden, wurden ümiuic imymimii'tgonalen Modus umwandelt. 55 sehen F^:"-nschaften solcher Netzwerke nicht ausge-

Üblicherweise sieht man Schaltungselemente als nutzt, un.. auch die zum Aufbau einer FilteranoHnung Zweipol-Bauteile an, beispielsweise Spulen, Konden- erforderlichen Charakteristiken konnten mit den besatoren und Widerstände. Diese GrundbauleiJe sind kannten, AIIpaß-Neizwerke darstellenden Schaltungen nicht nur die übüchen Bauteile, sondern lassen sich nicht gewonnen werden.

außerdem sehr billig und genügend klein herstellen, 60 In bevorzugter Ausgestaltung ist jedes der bimodalen, wodurch eine Verwendung in großer Anzahl ermög- bisymmetrischen Netzwerke ein Vierpolnetzwerk. Bei licht wird. In der letzten Zeit ist jedocii der Quadratur- Ausbildung der Moden-Wandler als 180°-Phasen-Hybridkoppler (90°-Hybrid koppler) so weit entwickelt schieber ist dabei in weiterar Ausgestaltung der Erfin- «orden, daß er ebenfalls sehr billig und klein herge- dung vorgesehen, daß jedes bimodale Asymmetrische •teilt werden kann. Damit steht für den Entwurf von 65 Netzwerk einen Abschnitt eines Doppeileiter-Koaxial-Schaltungen ein weiteres Grundbauteil mit einer Viel- kabeis mit zwei von einem Außenleiter umgebenen zahl von interessanten und brauchbaren Eigenschaften Jnnenleitern aufweist,
lur Verfugung. Als Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorge-