DK169648B1 - Båndpasfilterkredsløb - Google Patents

Description

i DK 169648 B1

Opfindelsen angår et båndpasfilterkredsløb af den art, der omfatter en første og en anden parallelresonanskreds, som hver især omfatter en induktiv og en kapacitiv komponent, hvor hver af de kapacitive kompo-5 nenter omfatter et par kondensatorer i serie, idet en kondensator i hvert par er varierbar i takt med variationen af den tilsvarende kondensator i det andet par, og en reaktiv tovejskobling anbragt mellem forbindelsespunktet mellem kondensatorerne i det ene par og for-10 bindelsespunktet mellem kondensatorerne i det andet par.

Et filterkredsløb af denne type er beskrevet i patentskrift GB-A-1 295 850 (fig. 4, som modificeret ved fig. 5 og den tilsvarende beskrivelse). I dette 15 kendte filter omfatter tovejskoblingen en seriekondensator, og hver af de variable kondensatorer varieres i takt med variationen af afstemningskondensatorer, som afstemmer de respektive resonanskredsløb for at opnå i det væsentlige konstant tilpasning af filteret til ud-20 gangs impedansen for en transistor som føder det over hele afstemningsområdet.

Båndpas R.F.filtre bruges i udstrakt grad i radiokommunikationsudstyr til mange formål såsom undertrykkelse af falske frekvenser i superheterodynmodtage-25 re, undertrykkelse af uønsket udstråling fra oscillatorer, impedanstilpasning, osv. Et typisk sådant filter består af to eller flere parallelresonanskredse med en tovejskobling mellem hver resonanskreds og den næste.

Mange former for kobling er mulige og er veldokumente-30 rede i standardreferencebøgerne. Den mest almindelige brugte på grund af dens enkelthed og lave pris er den såkaldte "topkondensatorkobling", hvori et fælles punkt for den kapacitive komponent og den induktive komponent i hver resonanskreds forbindes med det tilsvaren-35 de punkt på den næste resonanskreds, (hvis den er tilstede) via en seriekondensator, (idet det andet til- DK 169648 B1 2 svarende punkt er forbundet til jord). Størrelsen af hver seriekondensator vælges således, at den ønskede grad af kobling opnås; normalt betyder dette, at størrelsen af hver seriekondensator skal stå i et bestemt 5 forhold til størrelsen af den kapacitive komponent i hver af de to resonanskredse, som den kobler sammen, fx for at opnå en såkaldt "kritisk kobling". Dette betyder, at hvis et filter som anvender simpel topkapacitetskobling ønskes at tunes over et væsentligt frek-10 vensområde fx et frekvensområde, der overskrider 10% af en frekvens i området, skal afstemningen foretages ved at justere den induktive komponent i de forskellige resonanskredse fx ved hjælp af justerbare ferritkerner, da justering af den kapacitive komponent ville resulte-15 re i en utilladelig ændring af graden af kobling fra det optimale. Således kan variable kapacitetsdioder ikke bruges til afstemning af sådanne filtre over et væsentligt frekvensområde; hvis man gjorde det, ville et filter som er optimal koblet midt i afstemningsfrek-20 vensområdet være væsentligt overkoblet i den øvre ende af dette område og væsentligt underkoblet i den lave ende.

Det er et formål med opfindelsen at gøre det muligt at mindske denne ulempe, og med dette formål er et 25 båndpasfilterkredsløb af den art, der er specificeret i indledningen kendetegnet ved, at hver af de nævnte kapacitive komponenter omfatter hver sin yderligere kondensator i serie med kondensatorerne i det tilsvarende par, og at en yderligere reaktiv tovejskobling er an-30 bragt mellem forbindelsespunktet mellem den ene yderligere kondensator og det tilsvarende par kondensatorer og forbindelsespunktet mellem den anden yderligere kondensator og det tilsvarende par kondensatorer.

Det er nu indset, at den ændring af koblingen, 35 som sker med en ændring af afstemnings frekvensen der opnås ved variation af afstemningskapaciteten kan re- 3 DK 169648 B1 * duceres ved at forbinde den tovejs reaktive kobling, der er anbragt mellem de relevante par resonanskredse mellem et udtag på den kapacitive komponent i den ene kreds og et tilsvarende udtag på den kapacitive kompo-5 nent i den anden kreds. Hvis hver af de nævnte kapacitive komponenter udelukkende bestod af et par kondensatorer i serie, hvoraf den ene er fast og den anden variabel, og forbindelsespunktet mellem disse udgjorde det tilsvarende udtag, så ville det, selv om den effek-10 tive ændring af placeringen af hvert udtag på den kapacitive deler der dannes af det tilsvarende par kondensatorer, der sker ved variation af den tilsvarende variable kondensator, kan fås til at ændre koblingen mellem de to resonanskredse i den rigtige retning til 15 at opnå kompensering for den ændring i kobling, som ellers ville forekomme i forbindelse med en ændring i afstemningsfrekvens, i mange tilfælde være vanskeligt at opnå den korrekte værdi af kompenseringen i det mindste uden at give andre problemer. Kapacitetsværdien af hver 20 af de faste kondensatorer bestemmer åbenbart størrelsen af den opnåede kompensering, men det område, som denne kapacitetsværdi skal ligge inden for er ofte begrænset af andre hensyn. Fx kan, hvis kapacitetsværdien er lille, et utilstrækkeligt afstemningsområde være 25 opnåeligt ved hjælp af den tilsvarende variable kondensator. Omvendt, hvis kapacitetsværdien er stor, vil ethvert signal, som behandles af filteret forekomme tværs over den tilsvarende variable kondensator med en relativ stor amplitude, hvilket vil resultere i dannelse af 30 en relativ kraftig forvrængning af signalet, hvis den variable kondensator er en ikke lineær enhed såsom en variabel kapacitetsdiode. Derfor omfatter ifølge opfindelsen hver kapacitiv komponent en yderligere kondensator i serie med kondensatorerne i det tilsvarende 35 par og en yderligere reaktiv tovejskobling er anbragt mellem forbindelsespunktet mellem den ene yderligere DK 169648 B1 4 kondensator og det tilsvarende par kondensatorer og forbindelsespunktet mellem den anden yderligere kondensator og det tilsvarende par kondensatorer. Denne udvej forårsager stor frihed i valget af størrelserne af kon-5 densatorerne som udgør hver af de nævnte kapacitive komponenter for opnåelse af den ønskede grad af kompensering fordi disse størrelser og størrelserne af reak-tanserne af de to tovej skoblinger er indbyrdes afhængige; sidstnævnte kan justeres fx ved at implementere 10 dem i form af respektive seriekondensatorer eller andre reaktive komponenter, og ved at vælge størrelsen af disse passende.

Som det er bekendt, kan forvrængning, der dannes i et signal der behandles af et filter, der benytter 15 sig af en enkelt variabel kapacitetsdiode som afstemningskondensator på grund af den ikke lineære karakteristik af dioden reduceres ved at erstatte den enkelte diode med et par sådanne dioder forbundet ryg mod ryg. Fortrinsvis er derfor hver af de nævnte yderligere kon-20 densatorer, der findes ifølge opfindelsen i sig selv variabel i takt med variationen af den anden yderligere kondensator og kondensatoren i det tilsvarende par, hvortil den er forbundet er fast, idet der findes organer til variation af kapaciteten af alle de variable 25 kondensatorer samtidigt. Hvis dette er tilfældet og hver variabel kondensator er en variabel kapacitetsdiode, kan indførelsen af de yderligere kondensatorer i overensstemmelse med opfindelsen forårsage den yderligere fordel der består i reduceret forvrængning.

30 Udførelsesformer for opfindelsen beskrives i det følgende ved hjælp af et eksempel med reference til de vedlagte tegninger, hvor fig. 1 er kredsløbsdiagrammet for en første udførelsesform, og 35 fig. 2 kredsløbsdiagrammet for en anden udfø relsesform.

5 DK 169648 B1 I fig. 1 omfatter et filterkredsløb første og anden parallelresonanskreds henholdsvis 1 og 2, som hver omfatter en induktiv komponent og en kapacitiv komponent. De induktive komponenter i disse kredse er i 5 form af spoler henholdsvis 3 og 4. Den kapacitive komponent af resonanskredsen 1 omfatter et par seriekondensatorer 5 og 6 med en yderligere kondensator 7 forbundet i serie dermed, idet serieforbindelsen af kondensatorerne 5, 6 og 7 er forbundet parallelt 10 med spolen 3. Tilsvarende omfatter den kapacitive komponent af resonanskredsen 2 et par seriekondensatorer 8 og 9 med en yderligere kondensator 10 forbundet i serie dermed, idet serieforbindelsen af kondensatorerne 8, 9 og 10 er forbundet parallelt 15 med spolen 4. Trimmekondensatorer 11 og 12 er også forbundet parallelt med spolerne henholdsvis 3 og 4. Porbindelsespunktet mellem spolen 3 og kondensatoren 7 er forbundet til jord ligesom forbindelsespunktet mellem spolen 4 og kondensatoren 10. En 20 første reaktiv tovejskobling implementeret som en seriekondensator 13 er anbragt mellem forbindelsespunktet mellem kondensatorerne 5 og 6, og forbindelsespunktet mellem kondensatorerne 8 og 9. Tilsvarende er en anden reaktiv tovejskobling implementeret som en 25 seriekondensator 14 anbragt mellem forbindelsespunktet mellem kondensatorerne 6 og 7, og forbindelsespunktet mellem kondensatorerne 9 og 10. Indgangsterminalerne 15 og 16 er forbundet til henholdsvis et udtag på spolen 3 og jord, og udgangsterminalerne 30 17 og 18 er forbundet til henholdsvis et udtag på spolen 4 og til jord.

Medens kondensatorerne 6 og 9 er faste, er kondensatorerne 5, 7, 8 og 10 variable i form af variable kapacitetsdioder. For at kunne variere kapaci-35 teten af disse dioder i takt med hinanden og dermed afstemme filteret, kan en variabel forspænding i forhold DK 169648 B1 6 til jord påtrykkes fra en kilde 35 på en afstemningsspændings indgangsterminal 19. I det viste eksempel er terminal 19 forbundet til katoderne på dioderne 5, 7, 8 og 10 således, at afstemningsspændingen skal 5 være positiv i forhold til jord. Afstemningsspændingsindgangsterminalen 19 er forbundet til katoderne på dioderne 7 og 10 via høj impedansede seriemodstande henholdsvis 20 og 21, idet disse katoder videre er forbundet til katoderne på dioderne henholdsvis 5 og 10 7 via høj impedansede seriemodstande henholdsvis 22 og 23. Terminal 19 er også afkoblet til jord via en kondensator 24.

Hvis kondensatoren 14 blev udeladt og kondensatoren 13 blev forbundet mellem anoderne på dioderne 15 5 og 8 i stedet for deres katoder, (sædvanlig topkapacitetskobling) og kapaciteten af kondensatoren 13 blev valgt således, at den gav den ønskede kobling mellem resonanskredsene 1 og 2 midt i afstemningsområdet, ville man finde, at koblingen ville være større 20 end den ønskede i højfrekvensenden af afstemningsområdet og mindre end den ønskede i lavfrekvensenden af afstemningsområdet på grund af ændringen af impedans af kondensatoren 13 med frekvensen. Denne effekt kunne mindskes noget ved at forbinde kondensatoren 13 som 25 vist (igen uden kondensatoren 14), fordi formindskelsen i kapacitet af dioderne 5, 7, 8 og 10, der er nødvendig for at nå højfrekvensenden af afstemningsområdet ville resultere i, at forbindelsespunkterne for kondensatoren 13 til de kapacitive spændingsdelere 30 5, 6, 7 og 8, 9, 10 effektivt bevæger sig ned på disse spændingsdelere, med en tilsvarende omvendt effekt, hvis kapaciteten af dioderne øges for at nå lavfrekvensenden af afstemningsområdet, idet den effektive flytning af disse forbindelsespunkter er bestemt af 35 størrelsen af kondensatorerne 6 og 9. Imidlertid er, som det er omtalt ovenfor det område indenfor hvil- 7 DK 169648 B1 ket kapacitetsværdierne af kondensatorerne 6 og 9 skal ligge ofte begrænset af andre hensyn; i en anvendelse fandtes det, at denne begrænsning altid resulterede i overkompensering for ændringen i impedans af 5 kondensatoren 13 med frekvensen. Derfor er kondensatoren 14 også anbragt som vist. Forbindelsespunkterne for kondensatoren 14 til de kapacitive spændings-delere 6, 7 og 8, 9, 10 er således, at disse punkter effektivt bevæger sig op og ned på de respektive spæn-10 dingsdelere med ændringerne i kapaciteten af dioderne 5, 7, 8 og 10 i modsat retning af den tilsvarende flytning af forbindelsespunkterne for ·kondensatoren 13. Tilstedeværelsen af kondensatoren 14 resulterer derfor i, at den kompensation, som ville opnås, hvis 15 kondensatoren 13 alene var til stede bliver reduceret således, at nettokompenseringen der opnås, kan varieres ved at vælge de relative kapacitetsværdier af kondensatorerne 13 og 14 passende.

I et praktisk filter opbygget som vist i fig. 1 20 var induktansen af den del af hver spole 3 og 4, som ligger over udtaget 44 nH og induktansen af den del af spolerne 3 og 4, som ligger under dette udtag var 5 nH. Kapacitetsværdierne for kondensatorerne 6, 9, 13 og 14 var henholdsvis 18 pF, 18 pF, 1,17 pF 25 og 1,54 pF. Hver variabel kapacitetsdiode 5, 7 8 og 10 bestod faktisk af to sådanne dioder, som fås under typebetegnelsen BB809, forbundet parallelt. Centerfrekvensen for filteret kunne afstemmes over et område fra ca. 136 MHz til 164 MHz ved at variere spændingen der 30 påtrykkes terminal 19 i forhold til terminal 16 over området +2V til +20V. En i det væsentlige optimal But-terworthkarakteristik blev opnået over hele dette afstemningsområde .

Det skal bemærkes, at den uundgåelige ikke 35 ideelle opførsel for forskellige komponenter i filteret med varierende frekvens også kan tages med i betragt- 8 DK 169648 B1 ning, når man vælger de relative kapacitetsværdier for kondensatorerne 13 og 14 for at opnå i det mindste nogen kompensation for denne opførsel, hvis ønsket.

Fig. 2, i hvilken komponenter som har modparter 5 i fig. l har fået samme referencecifre, er kredsløbsdiagrammet for en anden udførelsesform for opfindelsen.

I fig. 2 omfatter et båndpasfilterkredsløb igen en første og en anden parallel resonanskreds 1 og 2. Imidlertid er de kapacitive komponenter i hver af disse re-10 sonanskredse nu anbragt noget anderledes end de tilsvarende komponenter i fig. 1. Hver sådan komponent omfatter igen et par seriekondensatorer henholdsvis 5, 6 og 8, 9, hvor de variable kondensatorer 5 og 8 hver er i form af et par ryg mod ryg forbundne variable 15 kapacitetsdioder henholdsvis 5A, 5B og 8A, 8B, hvilke par har yderligere kondensatorer henholdsvis 25 og 27 forbundet i serie dermed, idet serieforbindelsen af kondensatorerne 5, 6 og 25 er forbundet parallelt med spolen 3 og serieforbindelsen af kondensatorerne 20 8, 9 og 27 er forbundet parallelt med spolen 4. I-midlertid er nu hver kondensator 25 og 27 fast og er indsat mellem de tilsvarende variable kondensatorer 5 eller 8 og spolen 3 i stedet for mellem de tilsvarende faste kondensatorer 6 eller 9 og jord. Kon-25 densatoren 14 er nu forbundet mellem forbindelsespunktet mellem den variable kondensator 5 og den yderligere kondensator 25 og forbindelsespunktet mellem den variable kondensator 8 og den yderligere kondensator 27. På grund af den anderledes kredsløbs-30 konfiguration er forbindelserne til de forskellige variable kapacitetsdioder fra afstemningsspændingsindgangsterminalen 19 også noget anderledes, idet terminal 19 er forbundet til forbindelsespunktet mellem dioderne 5A og 5B via en høj impedanset modstand 29 35 og til forbindelsespunktet mellem dioderne 8A og 8B via en høj impedanset modstand 30, og yderligere høj- 9 DK 169648 B1 impedansede modstande 31, 32, 33 og 34 er forbundet parallelt med kondensatorerne henholdsvis 25, 27, 6 og 9. Filterkredsløbet fungerer på tilsvarende måde som kredsløbet i fig. 1. Hvis fx den positive afstemnings-5 spænding der påtrykkes terminal 19 øges for derved at reducere kapaciteten af dioderne 5A, 5B, 8A og 8B og således øge centerfrekvensen for filterkarakteristikken, flytter punkterne på de kapacitive spændingsdele-re 25, 5A, 5B, 6 og 27, 8A, 8B, 9, hvortil kondensa-10 toren 13 er forbundet sig effektivt ned på disse spændingsdelere, hvorimod forbindelsespunkterne for kondensatoren 14 effektivt bevæger sig op.

Med spoler 3, 4 med samme induktans som angivet for fig. 1 og hvor diode 5A, 5B, 8A og 8B igen 15 består af to dioder af type BB809 forbundet parallelt og med kondensatorer 6, 9, 13, 14, 25 og 27 med kapacitetsværdier på henholdsvis 36 pF, 36pF, 3,9 pF

0,75 pF, 36 pF og 36 pF fandtes overførings funktionen for filteret i fig. 2 for værdier af afstemningsspæn-20 dingen påtrykt terminal 19 mellem +2 og +20 V, at være i det væsentlige den samme som opnået med det "praktiske filter" opbygget som vist i fig. 1.

Det er selvfølgelig ikke væsentligt at kondensatorerne 6, 9, 25 og 27 i fig. 2 alle har samme vær-25 di. Forholdet mellem kapacitetsværdien af kondensatoren 6 til kapacitetsværdien af kondensatoren 25 og kapacitetsværdien af kondensatoren 9 til kapacitetsværdien af kondensatoren 27, kan vælges forskellig fra en, idet kapacitetsværdien af kondensatoren 13 30 og/eller kondensatoren 14 skal justeres tilsvarende for at opnå den ønskede overføringsfunktion.

Det vil være klart, at mange modifikationer er mulige i det beskrevne kredsløb indenfor opfindelsens ide som defineret ved kravene, fx kan kondensatorerne 35 13 og/eller 14 hver erstattes af et par kondensatorer i serie med forbindelsen af de to kondensatorer i

Claims (3)

1. 2. Kredsløb ifølge krav 1, kend etegnet ved, at hver yderligere kondensator (7, 10) er varier-bar i takt med variationen af den anden yderligere kon- 10 densator, og kondensatoren (6, 9) i det tilsvarende par, hvortil den er forbundet er fast, idet der findes organer (35) til variation af kapaciteten af alle de variable kondensatorer (5, 7, 8, 10) samtidigt.
2. 3. Kredsløb ifølge krav 1 eller 2, k e n deist e g n e t ved, at tovejskoblingerne omfatter hver sin seriekondensator (13, 14).
3. 4. Filter ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at hver af de variable kondensatorer omfatter en variabel kapacitetsdiode (5, 7, 20 8, 10), der er d.c.forbundet med en indgang (19) for en afstemningsspænding (35), hvilken indgang er fælles for alle de variable kapacitetsdioder.