DE3405578A1 - Elektronisches filter - Google Patents

Description

STRASSE & STO FFH EG ISN ^ , η ς r Π Q

I'ntontimwfilte · Buroponn I'ntoiit AttorneyH

ntf. Joachim StrnsHO, Münohen · nipI.-Phy·. Dr. Iliuid-Horborl 8toffri>gen, Hanau ZvrelbrückonstralJe 17 - D-B(KK) MAnohcm 2 (Gegenüber dem Patentamt) ■ Telefon (08I)) 22 20 (K) · Telex B22 0O4

Oi Tektronix, Inc. München, 16. Februar 1984

Beaverton, Oregon 97077, V.St.A. pu-pe 14 516

Elektronisches Filter

Die Erfindung betrifft allgemein elektronische Filteranordnungen und spezieller eine Filteranordnung mit einem Hochfrequenzabschnitt und einem Niederfrequenzabschnitt.

Breitbandspektralanalysatoren und Sweepgeneratoren (Wobbelgeneratoren) sind für den Betrieb über einen weiten Frequenzbereich ausgelegt, der sich von nahe Gleichspannung (einigen Hertz) bis zu vielen Gigahertz erstrecken kann. Der außerordentlich breite Betriebsfrequenzbereich derartiger Geräte macht es erforderlich, mehrere unterschiedliche Arten von Filtern für eine genügende Filterung des Signals zu verwenden. Typisch wird ein Bandpaß-YIG-(Yttriumeisengranat)-Fi lter für Frequenzen oberhalb von 1,5 Gigahertz verwendet, während ein Tiefpaß-LC-Filter für den Frequenzbereich unterhalb von 1,5 Gigahertz vorgesehen ist.

Nach dem Stand der Technik wird bei bekannten Spektralanalysatoren oder Sweepgeneratoren das jeweils geeignete Filter manuell mittels eines Schalters ausgewählt, der ein in der Eingangsleitung zu den Filtern angeordnetes elektromechanisches Relais steuert. Das Relais leitet das Eingangssignal zum LC-Filter, wenn der Schalter in seiner Niedrigfrequenzstellung ist, und zu den YIG-Filter, wenn sich der Schalter in seiner Hochfrequenzstellung befindet.

Es hat sich nun herausgestellt, daß die zum Schalten der Filtereingänge in einem Spektral analysator oder Sweepgenerator verwendeten elektromechanischen Relais gewisse Unzulänglichkeiten 35

Ol aufweisen. So ist es schwierig ein Relais zu erhalten, welches verläßlich über den gesamten Frequenzbereich des Gerätes arbeitet. Hinzu kommt, daß diese elektromechanischen Relais teuer und nur mit hohem Kostenaufwand zu ersetzen sind.

Der Erfindung liegt daher die Erkenntnis zugrunde, nach Wegen zu suchen, bekannte elektromechanische Relais möglichst zu ersetzen. Daher steht die Erfindung unter der Aufgabe, in einem breiten Frequenzbereich arbeitende Geräte bereitzustellen, bei denen keine elektromechanische Umschaltung auf verschiedene Filter vorgesehen werden muß.

Die Aufgabe wird durch Bereitstellung eines elektronischen Filters für den Betrieb in einem Frequenzbereich von nahezu Gleichspannung bis über 20 Gigahertz gelöst. Die Filteranordnung umfaßt die Kombination eines gyromagnetisehen Resonanzfilters, in dem vorzugsweise ein magnetisches Resonanzelement aus Granat, beispielsweise Yttriumeisengranat (YIG) und ein LC-Filter vorgesehen sind. Insbesondere ist die Eingangskopplungsschleife eines YIG-Filters in die Induktivität eines LC-Filters integriert. Ein niederfrequentes Eingangssignal geht durch das LC-Filter, einschließlich der YIG-Eingangskoppelschleife, und ergibt ein Tiefpaßausgangssignal. In ähnlicher Weise geht ein Hochfrequenzeingangssignal durch das YIG-Filter unter Verwendung derselben Eingangskoppel schleife und ergibt ein Bandpaßausgangssignal.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung hervorgehen. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines kombinierten YIG/LC-Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ol Das in der Zeichnung dargestellte Filter weist einen Eingangssignalanschlußpunkt 10 auf, der mit einem YIG-Filter 12 verbunden TSC. Z = S ti3 -FfIc='- 12 ürnfaSt erste ur.i zweite 'flü-.vigeln 14 ur.d 16 und Koppel schleifen 18, 20, 22 und 24. Die Koppel schleife 18 ist mit ihrem einen Ende an den Eingangssignalanschlußpunkt 10 angeschlossen und dient zur Kopplung des Eingangsanschlußpunktes 10 and die erste YIG-Kugel 14. Koppel schleifen 20 und 22 sind miteinander über einen Leiter 26 verbunden sowie an Masse angeschlossen und dienen zur Kopplung der YIG-Kugel 14 an die zweite YIG-Kugel 16. Koppel schleife 24 ist zwischen Masse und einen Bandpaßausgangssignalanschluß 28 geschaltet und dient zur Kopplung der YIG-Kugel 16 an den Anschlußpunkt 28. Eine Abstimmspule 48 ist den YIG-Kugeln 14, 16 zugeordnet, um ein Magnetfeld in dem Bereich, in dem die Kugeln angeordnet sind, zu erzeugen. Die Abstimmspule wird mit Strom versorgt von einer Stromquelle 50 unter Steuerung eines Schalters 46A.

Das dem Anschlußpunkt 10 abgewandte Ende der Koppelschleife 18 ist mit einem Ende einer Reihenschaltung dreier Induktivitäten 30, 32 und 34 verbunden, deren entgegengesetztes Ende mit einem Tiefpaßausgangsanschlußpunkt 36 verbunden ist. Drei Kapazitäten 38, 40 und 42 sind jeweils mit einer Seite an Masse angeschlossen und mit der entgegengesetzten Seite mit dem Ende der Induktivität 30, 32 und 34 verbunden, welche sich näher an der Koppelschleife 18 befindet. Der Verbindungspunkt der Induktivitäten 32, 34 und der Kapazität 42 ist über eine Pindiode 44 an einen Kontakt eines Schalters 46B angeschlossen. Der andere Kontakt des Schalters 46 B ist mit einer positiven Spannungsquelle verbunden. Die Schalter 46A und 46B sind Teile eines doppelpoligen Ein-Ausschalters.

Im Betrieb wird ein Eingangssignal an den Signalanschlußpunkt 10 angelegt. Dieses Eingangssignal kann in einem Bereich von etwa beinahe Gleichspannung (einigen Hertz) bis zu vielen Gigahertz

Ol liegen. Liegt das Eingangssignal im niederfrequenten Betriebsbereich, unter etwa 1,5 Gigahertz, werden die Schalter 46A und 46B in ihre offene Stellung geschaltet, wie in der Zeichnung dargestellt. In der offenen Stellung der Schalter 46A und 46B erhält die Abstimmspule 48 keinen Strom und daher ist das YIG-Filter außerhalb der Resonanz. Zusätzlich ist die Diode 44 nichtleitend. Unter diesen Bedingungen ist die Koppelschleife 18 elektrisch eine Induktivität (eine Induktivität in der Größenordnung von einem Nanohenry) welche, zusammen mit den Kapazitäten 38, 40 und 42 und den Induktivitäten 30, 32 und 34, ein Tiefpaß-LC-Filter bildet, dessen Ausgang an dem Anschlußpunkt 36 liegt. Es ist dem Fachmann offenbar, daß derselbe Effekt dadurch erreicht werden kann, daß der Schalter 46A offen bleibt und das YIG-Filter auf eine Frequenz abgestimmt wird, die entfernt von dem interessierenden Frequenzbereich, definiert durch den Durchlaßbereich des LC-Filters, ist, beispielsweise 3 Gigahertz.

Zu Betrieb bei Hochfrequenz, d.h. etwa oberhalb von 1,5 Gigahertz, werden die Schalter 46A und 46B geschlossen. Der Schalter 46A verbindet die Stromquelle 50 mit der Abstimmspule 48 und die Spule wird zur Erzeugung eines Magnetfeldes derart veranlaßt, daß die Resonanzfrequenz des YIG-Filters in einem interessierenden Frequenzbereich liegt. Dann arbeitet das YIG-Filter als ein Bandpaßfilter, welches Signal komponenten innerhalb des interessierenden Frequenzbereiches zum Anschlußpunkt 28 durchläßt. Um ein flaches Amplitudenverhalten in der Nähe der Abschneidefrequenz des Tiefpaßfilters zu erhalten, wird die Pindiode 44 über den Schalter 46B in den LC-Filterschaltkreis geschaltet, und zwar bei einer elektrischen Lage, welche einer ganzzahligen (einschließlich null) Anzahl halber Wellenlängen (bei der Abschneidefrequenz) entlang der Übertragungsleitung entspricht, welche von dem LC-Filter aus der Koppel schliefe 18 gebildet, wodurch ein scheinbarer elektrischer Kurzschluß zur Masse bei der Abschneidefrequenz an dem Ende der Koppel schleife 18 reflektiert wird, welches von dem Anschlußpunkt 10 entfernt ist.

Ol Aus den voranstehenden Darlegungen wird deutlich, daß die dargestellte Filteranordnung ein Schalten zwischen dem Bandpaßabschnitt und dem Tiefpaßabschnitt erlaubt, ohne daß ein Relais oder ein mechanischer Schalter im Eingangssignal pfad vorgesehen ist.

Es wird ausdrücklich hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf das speziell dargestellte Filter beschränkt ist. Es ist offenbar daß Abweichungen möglich sind, ohne von dem Kern der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und entsprechenden Äquivalenten dargelegt ist, abzuweichen. Beispielsweise können gyromagnetische Resonanzelemente aus einem anderen Material als Yttriumeisengranat anstelle der YIG-Kugeln 14 und 16 Verwendung finden.

L ο ο r s ο i t e

Claims (7)

STRASSB & STOFI^HEGEN Patentanwälte · European Patont Attorneys Dipl.-Ing. Joachim BtrasHe, Münohen · DIpl.-Phy·. Dr. Unns-Herbert Stoffrogen, Hanau ZweibrückonetruUe 17 · D-HOOO Mfmohon 2 (Gegenüber dam Patentamt) - Tnlnfon (OSO) 22 2B IMJ · Tolex β 22 004 Tektronix, Inc. München, 16. Februar 1984 Beaverton, Oregon 97077, V.St.A. pu-pe 14 516 Elektronisches Filter . .._o 3405b /8 Patentansprüche

1. Elektronische Filteranordnung,
gekennzeichnet durch einen Eingangsanschluß (10); einen Hochfrequenzabschnitt mit einer Eingangskoppelschleife (18), welche mit dem Eingangsanschluß (10) verbunden ist, einem gyromagnetisehen Resonanzelement (12, 14, 16) und einem ersten Ausgangsanschluß (28); und zumindest eine Induktivität (30) und zumindest eine Kapazität (38), welche an die Eingangskoppelschleife (18) angeschlossen und mit dieser einen Niedrigfrequenzfilterabschnitt bilden, wobei der Niederfrequenzfilterabschnitt einen zweiten Ausgangsanschluß (36) aufweist.

2. Elektronische Filteranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzfilterabscnitt ein Bandpaß-YIG-Filter ist, welches eine Ausgangskoppelschleife (24) umfaßt, die an den ersten Ausgangsanschluß (28) angeschlossen ist, und zumindest einen Yttriumeisengranat-(YIG)-Resonator (12, 14, 16) zur Überleitung elektromagnetischer Energie von der Eingangskoppelschleife (18) zur Ausgangskoppel schleife (24).

3. Elektronische Filteranordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedrigfrequenzfilterabschnitt ein Tiefpaß-LC-Filter ist.

Oi

4. Elektronische FiHeranordnung gemäß Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine scheinbare Masseverbindung zu dem Ende der Eingangskoppelschleife (18) bereitstellt, welches weiter entfernt von dem Eingangsanschluß ist.

5. Elektronische Filteranordnung gemäß Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung zur selektiven Bereitstellung einer scheinbaren Masseverbindung eine Pindiode (44) umfaßt, welche in den Niedrigfrequenzfilterabschnitt schaltbar ist.

6.-Elektronische Filteranordnung gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Niedrigfrequenzfilterabschnitt ein Tiefpaßfilter (30, 32, 34; 38, 40, 42) mit einer Abschneidefrequenz aufweist, daß die 'Pindiode (44) in den Niedrigfrequenzfilterabschnitt in einer Lage gekoppelt wird, welche eine ganzzahlige Anzahl halber Wellenlängen bei der Abschneidefrequenz entlang des Niedrigfrequenzfilterabschnitts von der Eingangskoppelschleife ist.

7. Elektronische Filteranordnung gemäß Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Hochfrequenzfilterabschnitt ein Bandpaß-YIG-Filter (12) ist, welches eine Ausgangskoppelschleife (24), zumindest einen Yttriumeisengranat-(YIG)-Resonator (12, 14, 16), einen Elektromagneten (48) zum Anlegen eines magnetischen Feldes an den Resonator (12, 14, 16), und eine Quelle (50)für den Elektromagneten (48) beaufschlagenden Strom umfaßt, und daß die Filteranordnung eine Schaltvorrichtung (46A) zum Trennen der Stromquelle (50) vom Elektromagneten (48) aufweist, wenn die Pindiode (44) aus dem Niedrigfrequenzfilterabschnitt geschaltet wird.