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Verstellbares Wellenfilter.
Für viele Zwecke der Wechselstromtechnik. z. B. Rundfunkempfang, Stromreiniger, Empfang bei Mehrfachverke. hr längs Starkstromleitungen mit tragbaren Stationen u. dgl. ist es erwünscht. Wellenfilter (Bandfilter) zu benutzen, die in einfacher Weise derart einstellbar sind, dass ähnlich wie bei einem
Rundfunkempfangsgerät die Abstimmung auf ein gewünschtes Frequenzband in einfacher Weise, z. B. durch Bedienung eines Drehknopfes erfolgen kann, ohne dass die Randfrequenzen zufolge des schrägen Abfalles der Resonanzkurve verzerrt werden. Bei Rundfunkempfang wächst das Bedürfnis nach einem derartigen Wellensieb mit zunehmender Zahl von Sendern, da der für ein Programm zur Verfügung stehende Frequenzbereich mit zunehmender Entwicklung immer mehr eingeengt wird.
Aber nicht nur das Fernhalten von fremden Sendern. sondern auch die Beseitigung atmosphärischer Störungen lässt den Empfang auf einem scharf begrenzten Frequenzbereich erwünscht erscheinen. Es sind bereits Filter vorgeschlagen worden, mit deren Hilfe ein solcher Empfang möglich ist. Diese bestehen aus mehreren Schwingungskreisen gleicher Abstimmung, die lose miteinander gekoppelt sind. Nach einem Vorschlag. sollen die Kondensatoreinstellungen der einzelnen Kreise derart mechanisch gekoppelt werden, dass die Abstimmung dieser Bandfilter durch einen einzigen Handgriff vorgenommen werden kann. Filter dieser Art besitzen jedoch die Nachteile, dass ihr Scheinwiderstand von der Abstimmung abhängig ist.
Auch bleibt nur die relative Lochbreite bei Verstimmung konstant, während die absolute Lochbreite durch Änderung der Kopplung auf den gewünschten Wert gebracht werden muss.
Die Erfindung betrifft ein verstellbares Wellenfilter, das sich gegenüber den bisher bekannten dadurch auszeichnet, dass bei Verstellung des Durchlässigkeitsbereiches über ein grosses Frequenzgebiet die absolute Bandbreite, wie auch die Grösse des Wellenwiderstandes im Durchlässigkeitsbereich des Filters konstant erhalten bleibt.
Wellenfilter dieser Art werden in einfacher Weise dadurch gewonnen, dass die Elemente (Spulen oder Kondensatoren) des Wellenfilters in zwei Zweigen oder Kreisen angeordnet sind, die derart miteinander verbunden sind, dass die Eingangsspannungen bzw.-ströme des Wellenfilters in zwei in den zwei verschiedenen Zweigen bzw. Kreisen wirksame Teilspannungen bzw.-ströme zerlegt werden, deren Differenz die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom des Wellenfilters bildet. Die elektrischen Werte der beiden Zweige bzw. Kreise aus ein oder mehreren Schwingungskreisen, deren gleichartige Elemente in ihrer Einstellung mechanisch gekoppelt sind.
Eine besonders günstige Ausführungsform des Wellenfilters, die mit einer geringen Zahl von Elementen auskommt, besitzt den Aufbau einer Halbbrüeke, die aus zwei Zweigen besteht, die auf einer Seite direkt, auf der andern Seite über eine Transformatorwicklung miteinander verbunden sind, wobei der gemeinsame Punkt der beiden Zweige und der Mittelpunkt der Transformatorwicklung den Eingang, der Transformator den Ausgang des Wellenfilters bildet.
Im folgenden soll an diesem Ausführungsbeispiel die Erfindung näher erläutert werden.
Wie die Fig. 1 veranschaulicht, wird das Wellensieb aus zwei Impedanzen Zi uns Zu gebildet, deren jede aus mindestens je einer Serienschaltung von Spule und Kondensator besteht. Zl oder Zs oder beide können aber auch aus mehreren parallelen Zweigen dieser Art aufgebaut sein. In jedem Resonanzzweig ist je ein Element (Spule oder Kondensator) verstellbar angeordnet, u. zw. derart, dass die Einstellung eines Elementes eines Resonanzzweiges mit der Einstellung des Elementes des andern Zweiges gekoppelt ist.
Sind die Zweige Zi bzw. Z durch Parallelschaltung mehrerer Serienschaltungen
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aus Spule und Kondensator gebildet, so muss für jede einzelne der parallelgeschalteten Resonanzzweige eine variable Impedanz vorgesehen sein.
In Fig. 1 ist die gekoppelte Einstellung bei den beiden Kondensatoren von Z1 und Z ; gezeigt.
Da die Kondensatoren der Serienschaltungen eine Belegung auf gemeinsamem Potential haben, können sie in einfacher Weise auf eine gemeinsame Achse gebracht werden, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Den Drehplatten der Kondensatoren wird dabei zweckmässig eine Gestalt gegeben, wie sie bei Fig. 3 angedeutet ist, derart, dass die Kapazität entgegengesetzt proportional dem Quadrat des Drehwinkels ist. Die Frequenz eines angeschlossenen Schwingungskreises ist bei Verwendung solcher, an sich schon bekannter Kondensatoren proportional dem Drehwinkel. Werden Z1 und der Fig. 1 durch je eine Hintereinanderschaltung von Spule und Kondensator gebildet, so lässt sich in einfacher Weise die Bemessung der Schaltelemente angeben, wie im folgenden Ausführungsbeispiel gezeigt wird.
In diesem wird der Einfachheit halber angenommen, dass die Spulen der beiden Zweige Z1 und Z ; gleich und die relative
EMI2.1
EMI2.2
EMI2.3
wenn (01 und to. die Resonanzkreisfrequenzen der Zweige sind.
Aus diesen Gleichungen erkennt man, dass bei Verwendung konstanter Induktivitäten im Falle gleichbleibender absoluter Bandbreite des Filters auch die Grösse des Wellenwiderstandes Z der Siebkette im Durchlässigkeitsbereich erhalten bleibt.
Die Bedingung konstanter absoluter Lochbreite fällt zusammen mit der Forderung, dass der Abstand der Resonanzfrequenzen der beiden Schwingungskreise stets konstant bleiben soll.
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Führt man die Kapazität des zweiten Kreises als Drehkondensator von beliebiger Plattenform (02 = f (a), o, = Drehwinkel) aus, so ist durch obige Bedingung die Plattenform des ersten Kondensators gegeben :
EMI2.5
Da bei geringer relativer Lochbreite-dies ist der praktisch wichtigste Fall-die Kondensatorwerte Cl und C2 nur wenig voneinander abweichen (#2 Z0 # # C2 # 1), wird man zweckmässig zwei gleiche Kondensatoren C2 wählen und die Abweichung der Kapazitäten durch einen kleinen mit einem der Kondensatoren festgekoppelten Zusatzkondensator :
EMI2.6
erreichen.
Noch einfacher kann man die Bedingung konstanter Lochbreite erfüllen, wenn man speziell Kondensatoren verwendet, deren Kapazität mit dem reziproken Quadrat des Drehwinkels steigt :
EMI2.7
In diesem Fall erhält man nach obigem :
EMI2.8
Man kann also in beiden Zweigen gleiche Kondensatoren der vorgeschriebenen Plattenform verwenden, die um einen konstanten kleinen Winkel verdreht, festgekoppelt sind (vgl. Fig. 3).
Bei dieser Ausführung kann überdies in einfacher Weise die absolute Lochbreite des Filters für das ganze überstreichbare Frequenzgebiet variiert werden, indem der Verstellwinkel der Kupplung geändert wird ; dabei ändert sich allerdings zwangsläufig auch der Wellenwiderstand der Siebkette für den ganzen Frequenzbereich.
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Sind mehrere Resonanzzweige in Parallelschaltung in den Impedanzen Z1 bzw. Z2 enthalten, so sind die in den Resonanzzweigen enthaltenen Kondensatoren denselben Bedingungen zu unterwerfen.
In diesem Fall kann, wie in Fig. 4 für den einen Zweig Z1 angedeutet, durch einen kleinen Zusatzkonden- sator, der am besten als einstellbare Zusatzbelegung ausgebildet ist, erreicht werden, dass bei dem Filter zwar die Lochbreite und der Wellenwiderstand in grosser Annäherung aufrechterhalten wird. aber die
Steilheit des Dämpfungsanstieges an den LoeLgrenzen eingestellt werden kann, um so günstige Bedingungen für die Beseitigung von Aussenstörungen noch willkürlich wählbar zu machen.
Die in Fig. 4 gezeigte kleine Zusatzkapazität 0". ergibt nämlich die Möglichkeit, zwei Resonanzfrequenzen des Wellensiebes, die innerhalb des Durchlässigkeitsbereiches liegen, mehr oder weniger nahe an die Lochgrenzen zu schieben.
Der Zweig Z2 muss dann mit gleichem Aufbau genommen werden und der Zusatzkondensator mit dem
Zusatzkondensator des Zweiges 3i mechanisch derart gekoppelt werden, dass die inneren Resonanzfrequenzen symmetrisch von der Lochmitte gegen die Randfrequenzen verschiebbar sind.
Die Zahl der Resonanzzweige braucht in Zl und Z2 nicht die gleiche zu sein.
Ein weiterer Serienzweig innerhalb Z1 bzw. Z2 kann dazu dienen, den Wellenwiderstand bei
Verschiebung des Durchlässigkeitsbereiches konstanter Grösse nicht nur konstant, sondern auch im jeweiligen Durchlassbereich geebnet zu erhalten. Die Kondensatoren für die zu diesem Zweck zugesetzten Zweige müssen dann ebenfalls den mechanischen Koppelbedingungen der andern Kondensatoren unterworfen werden.
Die Abstimmung der zur Ebnung des Wellenwiderstandes zugesetzten Resonanzzweige muss mit den Grenzfrequenzen des Durehlässigkeitsbereiehes übereinstimmen, d. h. mit der Abstimmung der diese bestimmenden Resonanzzweige. Die gleichabgestimmten Resonanzzweige liegen jedoch in verschiedenen Zweigen Si bzw. Z2'
Statt den Kondensatoren eine geeignete Plattenform zu geben und sie durch eine gemeinsame Achse zu koppeln, können auch gleiche Kondensatoren mit beliebiger Plattenform in den paarweise entsprechenden Zweigen verwendet werden, wobei dann allerdings darauf zu achten ist, dass eine mechanische Übersetzung bei der Drehung der einzelnen Kondensatoren die vorher angegebenen Gesetze der Kapazitätsänderung verwirklicht.
Der Anschluss der Zweige Z1 bzw. Z2 (vgl. Fig. 1) oder des Ausganges muss nicht an den Enden des Transformators vorgenommen werden, auch brauchen die einzelnen Resonanzzweige innerhalb Z1 bzw. Z2 nicht vom gleichen Punkt des Transformators abgegriffen zu werden. Durch Wahl der Abgriffspunkte steht noch ein Mittel zur Variation des Wellenwiderstandes zur Verfügung. Die zu der näher beschriebenen Ausführungsform widerstandsreziproken Netzwerke gestatten ebenfalls den Bau verstellbarer Siebketten mit konstanter absoluter Bandbreite und konstantem Wellenwiderstand. Bei diesen Formen wählt man jedoch zweckmässig feste Kapazitäten und variable Induktivitäten (Variometer).
Da die Elemente des Wellenfilters nach der Erfindung bei Veränderung der Einstellung über weite Grenzen geändert werden sollen, ergibt sich manchmal, besonders bei niedrigen Frequenzen, die Schwierigkeit, grosse Impedanzelemente veränderlich zu erhalten.
Aber auch für die festen Elemente kann man bei der Bemessung zu ungünstigen Werten der Elemente gelangen.
Diese Schwierigkeiten können dadurch vermieden werden, dass ein oder mehrere Impedanzelemente oder Impedanzen des Wellensiebes durch Übertrager in den Kreisen bzw. Zweigen wirksam gemacht sind.
Durch die Wahl des Übersetzungsverhältnisses können die Impedanzelemente selbst (z. B. Spulen oder Kondensatoren oder deren Vereinigung) kleiner ausgeführt werden. Bei sehr hohen Frequenzen kann unter Umständen der umgekehrte Fall Vorteile bringen, nämlich die Impedanzelemente grösser zu wählen und durch Transformatorübersetzung in kleineren Werten wirksam zu machen.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäss ausgebildeten Wellensiebe dargestellt.
Nach Fig. 5 besteht das Wellensieb aus einem Ausgleichsübertrager 1 ! 7, an den verschiedene Zweige auf beiden Seiten angeschlossen sind. Die Zweige bestehen aus Spulen L1- L4 und Kondensatoren Ci-C. t, die über Übertrager tT,-U, in den Zweigen wirksam gemacht sind. Die Kondensatoren Ci-C4 sind in ihrer Verstellung mechanisch gekoppelt zu denken.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verstellbares Wellenfilter, dadurch gekennzeichnet, dass verstellbare Elemente vorgesehen und derart miteinander gekoppelt sind, dass bei Verstellung des Durchlässigkeitsbereiches über ein grosses Frequenzgebiet die absolute Bandbreite wie auch die Grösse des Wellenwiderstandes im Durchlässigkeitsbereich des Filters konstant erhalten bleibt.