DE1257992B - Elektromechanisches Bandfilter - Google Patents

Elektromechanisches Bandfilter

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DE1257992B
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electromechanical
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Hans Albsmeier
Josef Adamietz
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/48Coupling means therefor
    • H03H9/50Mechanical coupling means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Elektromechanisches Bandfilter Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bandfilter, bestehend aus mehreren, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren, die über Längsschwingungen .ausführende mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt sind, und dessen Endresonatoren mit elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandlerelementen zur Umwandlung der elektrischen Schwingungen in mechanische Biegeschwingungen versehen sind.
  • Zum Aufbau elektromechanischer Bandfilter werden bekanntlich mehrere mechanische Resonatoren über mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt. Die Endresonatoren derartiger Filter sind mit Wandlerelementen versehen, :die die Umwandlung der elektrischen in die mechanische Energie ermöglichen. Wegen ihres geringen Raumbedarfs und wegen der hohen Güte der einzelnen Resonatoren sind mechanische Filter den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern erheblich überlegen. Andererseits stellen jedoch mechanische Resonatoren auf Grund ihrer vorgegebenen geometrischen Raumform eine dementsprechende elektrische Schaltungseinheit dar, -die bei der Realisierung mechanischer Filter berücksichtigt werden muß, weswegen sich nicht alle aus konzentrierten Schaltelementen bestehenden Filter ohne weiteres durch mechanische Filter realisieren lassen. Unter der Vielzahl der möglichen Schwingungsformen sind Biegeschwingungen ausführende Resonatoren solchen Resonatoren, die von der Biegeschwingung abweichende Schwingungen ausführen, besonders deshalb vorzuziehen, weil die Resonanzfrequenz von Biegeschwingern nicht allein von der Länge des Schwingers, sondern zusätzlich von dessen in Schwingungsrichtung wirksamen Flächenträgheitsmoment mitbestimmt wird. Durch eine geeignete Wahl des Querschnitts läßt sich somit die Resonanzfrequenz von Biegeschwingern weitgehend beeinflussen, wodurch gleichzeitig die Länge der Resonatoren verhältnismäßig klein gehalten «>erden kann. Bei sehr hohen Anforderungen an die vorgegebene Dämpfungscharakteristik eines Filters, beispielsweise, wenn die Dämpfungsflanken sehr steil ansteigen sollen, müssen verhältnismäßig viele Resonatoren im Filter eingesetzt werden, wodurch einerseits der Vorteil des geringen Raumbedarfs zumindest teilweise wieder aufgegeben wird und andererseits die Neigung zu sogenannten Nebenschwingungen sich vergrößert. Solche Nebenschwingungen können beispielsweise durch Resonanzen der Gesamtanordnung zustande kommen, und sie werden um so größer, je größer die Anzahl der in einem Filter verwendeten Resonatoren ist. Solche Nebenschwingungen können das Gesamtverhalten des Filters insofern erheblich stören, als durch sie unerwünschte Dämpfungseinbrüche im Filter-Sperrbereich entstehen.
  • Es sind bereits mechanische Filter bekanntgeworden, die aus achsparallel angeordneten Torsionsresonatoren oder aus stirnseitig gekoppelten Längsresonatoren bestehen. Die Kopplung erfolgt über Longitudinalschwingungen ausführende Koppelelemente, die als sogenannte .1/4-Koppler ausgebildet sind. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen im Sperrbereich der Filtercharakteristik sind einzelne einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren durch ein zusätzliches Koppelelement miteinander verbunden. Einer Realisierung bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen ist dieses bekannte Filter jedoch nur schwer zugänglich, da Torsions- und Längsresonatoren bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen verhältnismäßig unhandliche Formen annehmen. Darüber hinaus lassen sich Torsionsschwingungen in den Endresonatoren im allgemeinen nur auf dem Umweg über besonders ausgebildete Wandlerelemente anregen, was in der Regel die Verwendung von Resonatoren erforderlich macht, die von der Torsionsschwingung abweichende Schwingungsformen, wie beispielsweise eine Längsschwingung, ausführen. Es lassen sich deshalb auf diese Weise nur Filter mit verhältnismäßig schmaler Bandbreite realisieren. Bei Filtern, die aus stirnseitig gekoppelten Longitudinalresonatoren bestehen, tritt andererseits der Nachteil auf, daß die zur Erzeugung von Dämpfungspolen erforderlichen zusätzlichen Koppelelemente .insbesondere dann verhältnismäßig lang werden, wenn .als Koppelelement der longitudinal schwingende A/4-Koppler verwendet wird.
  • Es ist weiterhin ein mechanisches Filter bekannt, das aus plattenförmigen Resonanzkörpern besteht, die derart angeordnet sind, daß die Plattenebenen zueinander parallel verlaufen. Die Kopplung der einzelnen Platten erfolgt über Längsschwingungen ausführende Koppelelemente, die an den Plattenrändern befestigt sind. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen ist ein zusätzliches Koppelelement vorgesehen, das einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren miteinander verbindet. Abgesehen davon, daß auch dieses bekannte Filter :der Realisierung bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen nur schwer zugänglich ist, da sonst die Platten verhältnismäßig unhandliche Formen annehmen müßten, ist man in der Wahl der Lage des Dämpfungspols nicht frei. Es schwingen nämlich die Plattenränder der einzelnen Resonatoren gleichphasig, so daß zwangläufig auch nur gleichphasig schwingende Abschnitte einander nicht benachbarter Resonanzkörper zusätzlich miteinander verbunden werden können. Ferner ist bei diesem bekannten Filter wegen der Anbringung der Koppelelemente an den Plattenrändern die Stärke der Kopplung sowohl für.das eigentliche Koppelelement als auch für das zusätzliche Koppelelement nur durch dessen Querschnitt, nicht aber durch die relative Lage der Koppelelemente zu den Resonatoren einstellbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere soll ein Weg zum Aufbau eines mechanischen Filters angegeben werden, das auch verhältnismäßig niedrigen Frequenzen eine verhältnismäßig große Bandbreite hat und das trotz der -großen Bandbreite außerordentlich nebenwellenarm bei kleinem Raumverbrauch :ist.
  • Ausgehend von einem elektromechanischen Bandfilter, bestehend aus mehreren, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren, die über Längsschwingungen ausführende mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt sind und dessen Endresonatoren mit elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandlerelementen zur Umwandlung der elektrischen Schwingungen in mechanische Biegeschwingungen versehen sind, wird :diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale gelöst: a) die mechanischen Resonatoren einschließlich der Endresonatoren sind derart ausgebildet, daß sie in einer Ebene verlaufende Biegeschwingungen ausführen; b) die elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandlerelemente sind derart in die Endresonatoren eingebracht, daß die Anregung der Biegeschwingungen über den direkten piezoelektrischen Effekt erfolgt; c) zumindest einer der Resonatoren ist über in den Schwingungsknoten angreifende Halteelemente im. Filtergehäuse od. dgl. verankert; d) .an .den Resonatoren sind .in Bereichen außerhalb der Schwingungsknoten zusätzliche Koppelelemente angebracht, die einander in der mechanischen Wirkungsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren überbrücken und die als Längsschwingungen oder als Längs-und Biegeschwingungen ausführende Koppelelemente ausgebildet sind.
  • Je nach ,der Zahl der gewünschten Dämpfungspole ist es zweckmäßig, durch die zusätzlichen Koppelelemente eine geradzahlige Anzahl oder eine ungeradzahlige Anzahl von Resonatoren zu überbrücken.
  • Ferner ist daran gedacht, die zusätzlichen Koppelelemente als U-förmige Bügel auszubilden und derart an den Resonatoren zu befestigen, daß die die Schenkel des U bildenden Abschnitte Biegeschwingungen ausführen, während der die Grundlinie des U bildende Abschnitt Längsschwingungen ausführt.
  • Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn durch die zusätzlichen Koppelelemente in Phase schwingende Abschnitte unterschiedlicher Reson:atoren miteinander gekoppelt sind oder wenn durch die zusätzlichen Koppelelemente in Gegenphase schwingende Abschnitte unterschiedlicher Resonatoren miteinander gekoppelt sind.
  • Wenn die zusätzlichen Koppelelemente eine nur geringe Querschnittsfläche haben, ist es vorteilhaft, sie in Form von Drähten oder Bändern als Längskoppler auszubilden und derart mechanisch vorzuspannen, daß die mechanische Vorspannung innerhalb des Elastizitätsbereiches :des für die Koppelelemente verwendeten Materials liegt.
  • Nachstehend wird die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
  • In der F i g. 1 ist zunächst schematisch ein mit Biegeresonatoren realisiertes Bandfilter gezeigt. An einer Grundplatte 10 sind über die Haltedrähte 11 vier mechanische Resonatoren 1, 2, 3 und 4 befestigt. Die Haltedrähte 11 sind in den den Biegeschwingungen entsprechenden Schwingungsknoten 12 beispielsweise mit den aus Stahl bestehenden Resonatoren verlötet. Die einzelnen Resonatoren sind durch Koppeldrähte 13, die im Bereich der den Biegeschwingungen entsprechenden Schwingungsbäuche an den Resonatoren angebracht sind, miteinander gekoppelt. In den Endresonatoren 1 und 4 sind in eigens dafür vorgesehene Schlitze die aus einem elektrostriktiven Material bestehenden Plättchen 15, 16, 17 und 18 eingebracht. Hierzu können beispielsweise die elektrostriktiven Plättchen auf den den Stahlteilen zugewandten Oberflächen in an sich bekannter Weise mit einer Silberschicht versehen und mit den Stahlteilen verlötet werden. Die im Resonator 1 vorgesehenen Plättchen 15 und 16 sind zusätzlich durch .eine elektrisch leitende Schicht 19, beispielsweise eine Silberschicht, getrennt. Gleichermaßen sind die im Resonator 4 vorgesehenen Plättchen 17 und 18 durch eine Silberschicht 20 voneinander getrennt. Von der Silberschicht 19 führt ein Zuleitungsdraht 21 zu einer Anschlußklemme 23, vom Stahlteil des Resonators 1 führt ein Zuleitungsdraht 22 zu einer Anschlußklemme 24. Die Silberschicht 20 ist über einen Zuleitungsdraht 21' mit einer Klemme 25 und das Stahlteil des Resonators 4 über einen Zuleitungsdraht 22' mit einer Klemme 26 verbunden. Durch eine Gleichspannungsvorbehandlung sind die elektrostriktiven Plättchen 15 bis 18 mit einer Vorpolarisation versehen, wie sie beispielsweise durch die Pfeile 27 bis 30 angedeutet ist, so daß jeweils zwei einander benachbarte Plättchen in entgegengesetzter Richtung polarisiert sind.
  • Wenn an die Klemmen 23 und 24 .eine Eingangswechselspannung angelegt wird, dann entstehen zwischen der Silberschicht 19 und dem Stahlteil des Resonators 1 ein elektrisches Feld, unter dessen Einfluß die elektrostriktivaktiven Plättchen 15 und 16 gedehnt werden, da beispielsweise in der einen Halbperiode der elektrischen Wechselspannung die Richtung des elektrischen Feldes mit der Polarisationsrichtung zusammenfällt. In der nächsten Halbperiode der elektrischen Wechselspannung ist das elektrische Feld entgegen der Polarisationsrichtung 27, 28 gerichtet, wodurch die Plättchen 15 und 16 verkürzt werden. Wegen dieser Dehnungs- und Verkürzungsbewegungen werden auf den Resonator 1 Biegekräfte ausgeübt, die ihn dann zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 31 anregen, wenn seine Biegeeigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung übereinstimmt. über die Koppelelemente 13 werden diese Biegeschwingungen auf die Resonatoren 2, 3 und 4 übertragen, wodurch die Koppelelemente 13 auf Zug bzw. Druck beansprucht werden, d. h., sie wirken als Längskoppler. Wegen der Biegeschwingungen des Resonators 4 werden die Plättchen 17 und 18 gedehnt und zusammengezogen, und es entsteht zwischen der Silberschicht 20 und dem Stahlteil des Resonators 4 eine elektrische Wechselspannung, die über die Zuleitungsdrähte 21' und 22' an den Klemmen 25 und 26 als Ausgangswechselspannung abgenommen werden kann. In vielen Fällen ist es zweckmäßig, die elektrostriktiv wirkenden Wandlersysteme nur -auf einer Seite der neutralen Faser anzubringen. Unter der neutralen Faser ist dabei diejenige Ebene zu verstehen, an der die im Resonator wirksamen Biegekräfte ihr Vorzeichen umkehren. Zusätzlich werden senkrecht zur Längsrichtung noch die Spalte S zwischen den elektrostriktiven Plättchen und den Stahlteilen der Endresonatoren 1 und 4 belassen, so daß sich die elektrostriktiven Plättchen im Bereich der neutralen Faser frei bewegen können.
  • Das elektrische Ersatzschaltbild eines gemäß der F i g. 1 .aufgebauten mechanischen Filters ist in der F i g. 2 gezeichnet. Hierbei liegen in den Querzweigen einer Abzweigschaltung die vier Parallelresonanzkreise 1', 2', 3' und 4', die über die Koppelinduktivitäten Lk miteinander gekoppelt sind. Im Filtereingang und Filterausgang liegen im Querzweig die den statischen Kapazitäten der elektrostriktiven Elemente entsprechenden Kapazitäten Cpo, denen im Längszweig die Induktivitäten L nachgeschaltet sind. Die Resonanzkreise 1' bis 4' entsprechen den mechanischen Resonatoren 1 bis 4, und die Koppelinduktivitäten Lk bilden die Verkopplung der Resonatoren über die Längskoppler wirkenden Koppelelemente 13 nach.
  • Zur einfachen Verbindung der einzelnen Resonatoren durch die Koppelelemente ist es zweckmäßig, auf die dem Koppelelement zugewandten Oberflächen der Resonatoren kleine warzenartige Vorsprünge .an den für die Verankerung der Koppelelemente vorgesehenen Stellen aufzubringen. Eine diesbezüglich besonders einfache Methode ist in der Fi g. 3 gezeigt. Dort ist ein Abschnitt eines Resonators R für sich getrennt -dargestellt. Der Vorsprung V wird von dem Stumpf eines Kopfdrahtes gebildet, der mittels Punktschweißung derart in den Resonator eingeschweißt ist, daß der Sattel S des Kopfdrahtes satt auf der Resonatoroberfläche aufliegt. Für die praktische Herstellung ist es dabei zweckmäßig, die einzelnen Resonatoren eines Filters zunächst mit Kopfdrähten zu versehen. Danach werden die Resonatoren R auf eine ebene Grundplatte aufgelegt und die dem Resonator abgewandten Enden des Kopfdrahtes beispielsweise durch Planschleifen in einem einzigen Arbeitsgang auf gleiche Länge gebracht, so daß beim späteren Zusammenbau des Filters das Koppelelement in einer durchgehenden Ebene liegt.
  • Die in den F i g. 4 bis 6 gezeigten mechanischen Filter sind nur mehr schematisch dargestellt, da ihr Aufbau im wesentlichen dem des in der F i g. 1 gezeigten Filters entspricht. Die mechanischen Resonatoren 1 bis 4 sind in den Schwingungsknoten 12 gehaltert und durch Koppelelemente 13, die im Bereich der den Biegeschwingungen entsprechenden Schwingungsbäuche an den Resonatoren befestigt sind, miteinander verkoppelt. Die elektrostriktiven Wandlersysteme sind mit W und W bezeichnet, die Resonatoren schwingen in der durch die Doppelpfeile 31 gekennzeichneten Richtung. Zur Erzeugung eines Dämpfungspols sind beim Ausführungsbeispiel der F i g. 4 die Resonatoren 1 und 3 durch einen zusätzlichen Koppeldraht 35 miteinander verbunden. Dieses zusätzliche Koppelelement ist in Bereichen .außerhalb der Schwingungsknoten (z. B. an den Resonatorenden) an den Resonatoren 1 und 3 befestigt und überspringt den Resonator 2. Allgemein läßt sich für mehrkreisige Filter sagen, daß der Schwingern (t2=1, 2, 3...) durch den Zusatzkoppler 35 mit dem Schwinger n + 2 gleichphasig gekoppelt ist, da nämlich in Phase schwingende Abschnitte der Resonatoren durch das zusätzliche Koppelelement miteinander gekoppelt werden. Das zugehörige Ersatzschaltbild ist in der F i g. 4 mitgezeichnet. Dort erscheint der Koppeldraht 35 als Induktivität L," die die Resonanzkreise 1' und 3' miteinander verbindet. Aus einem derartigen Ersatzschaltbild läßt sich herleiten, daß ein D'ämpfungspol oberhalb des Filterdurchlaßbereiches entsteht, d. h. also, daß durch die zusätzliche Verkopplung gleichphasig schwingender Abschnitte zweier nicht unmittelbar benachbarter Resonatoren durch das Koppelelement 35 ein Dämpfungspol oberhalb des Filterdurchlaßbereiches erzeugt wird.
  • Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 5 sind die Resonatoren 1 und 3 über einen zusätzlichen Koppeldraht 36 unter Überspringung des Resonators 2 miteinander gekoppelt. Allgemein ausgedrückt wird bei mehrkreisigen Filtern der Resonator n mit dem Resonator n+2 zusätzlich gekoppelt. Allerdings werden dabei gegenphasig schwingende Abschnitte des Resonators n und des Resonators n+2 zusätzlich miteinander verbunden. In der F i g. 5 ist das elektrische Ersatzschaltbild mitgezeichnet, und die zusätzliche Verkopplung gegenphasig schwingender Abschnitte über den Koppeldraht 36 ist durch eine Koppelkapazität C" berücksichtigt, die die Resonanzkreise 1' und 3' miteinander verbindet. Eine derartige Anordnung liefert einen unterhalb des Filterdurehlaßbereiches liegenden Dämpfungspol.
  • Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 6 sind die Resonatoren 1 und 4 :durch einen zusätzlichen Koppeldraht 37 miteinander verbunden, und zwar sind jeweils gegenphasig schwingende Abschnitte der Resonatoren 1 und 4 miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung wird eine geradzahlige Anzahl von Resonatoren überbrückt, oder, allgemein ausgedrückt, es wird der Resonator n mit dem Resonator n+3 verbunden. Diese zusätzliche Verkopplung ist im Ersatzschaltbild durch eine Koppelkapazität C" berücksichtigt, die die Resonanzkreise 1' und 4' miteinarider verbindet. Aus dem in der F i g. 6 mitgezeichneten elektrischen Ersatzschaltbild läßt sich herleiten, daß zwei Dämpfungspole entstehen, von denen der eine unterhalb und der .andere oberhalb des Filterdurchlaßbereiches liegt. Eine entsprechende Zusatzdopplung zwischen gleichphasig schwingenden Abschnitten der Resonatoren n und n+3 ergäbe Dämpfungspole bei komplexen Frequenzen und kann zur Realisierung eines besonderen Laufzeitverhaltens herangezogen werden.
  • Allgemein läßt sich für die in den F i g. 4 bis 6 gezeichneten Ausführungsbeispiele sagen, daß die Lage der Dämpfungspole von der Stärke und dem Phasenmaß der Zusatzkopplung abhängig ist. Die Stärke wird durch die Querschnittsfläche, die Länge und den Ort d er Befestigung am Schwinger bestimmt, das Phasenmaß -durch die Länge und den Ort der Befestigung der Koppelleitung am Schwinger. Bei Filtern, deren Durchlaßbereich bei verhältnismäßig tiefen Frequenzen liegt (beispielsweise etwa 5 bis 50 kHz), ist das Phasenmaß wegen der geringen Abstände der Resonatoren jedoch stets wesentlich kleiner als 180°. Aus diesem Grund werden bei den in den F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen die Zusatzkopplungen 36 bzw. 37 derart an den Resonatoren befestigt, daß sie die Ebene der Schwingungsknoten 12 schneiden, da sich nämlich in der Ebene der Schwingungsknoten das Vorzeichen des Ausschlages der Biegeschwingung umkehrt. Bei entsprechend hohenFrequenzenläßt sich eine gegenphasige Verkopplung (entsprechend den in den F i g. 5 und 6 gezeichneten elektrischen Ersatzschaltbildern) auch durch die zusätzliche Verkopplung gleichphasig schwingender Abschnitte erreichen, da nämlich die zusätzlichen Koppelelemente 36 bzw. 37 für verhältnismäßig hohe Frequenzen ein Phasenmaß von mehr als 180° wegen der den höheren Frequenzen entsprechenden kürzeren Wellenlängen annehmen.
  • Die Intensität der Kopplung ist bei Längskopplern wegen der Zug- und Druckbeanspruchung verhältnismäßig groß, so daß die Querschnitte der zusätzlichen Koppelelemente auch dann verhältnismäßig gering sein müssen, wenn enge Polabstände erreicht werden sollen. (Es wurden Filter entsprechend den Ausführungsbeispielen der F i g. 1 bis 6 realisiert, bei denen die die Dämpfungspole erzeugenden Koppelelemente einen Durchmesser von etwa 0,10 mm hatten). Wegen dieses geringen Durchmessers läßt sich der Koppeldraht praktisch nicht mehr .in gestreckter Form an den einzelnen Resonatoren befestigen, wodurch er die in ihm auftretenden Zug- und Druckkomponenten nicht mehr in der dem Längskoppler eigenen Weise überträgt. In diesem .Fall ist es zweckmäßig, die Koppelelemente derart mechanisch vorzuspannen, daß die mechanische Vorspannung innerhalb des Elastizitätsbereiches des für .sie verwendeten Materials liegt. Bei der praktischen Ausführung läßt sich eine solche mechanische Vorspannung beispielsweise dadurch erreichen, daß der Koppeldraht zunächst am Resonator 1 angelötet wird. Wird nun der Resonator 3 in Richtung zum Resonator 1 gedrückt und in dieser Stellung der Koppeldraht am Resonator 3 .angelötet, dann geht der Resonator 3 nach Wegnahme der Druckkraft wegen der von den Haltedrähten erzeugten Spannung nahezu vollständig in seine Ausgangslage zurück. Auf diese Weise ist der Koppeldraht mechanisch vorgespannt, wodurch eine einwandfrei gestreckte Form erzwungen wird. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß die mechanische Vorspannung einerseits innerhalb der Elastizitätsgrenze des für den Koppeldraht verwendeten Materials bleibt und daß andererseits die mechanische Vorspannung größer ist als die maximal bei der Verkopplung der Resonator-Biegeschwingungen im Koppeldraht auftretenden Druckkomponenten. Dadurch lassen sich auch Druckkomponenten einwandfrei auf die miteinander verkoppelten Resonatoren übertragen. Erforderlichenfalls können auch die Koppelelemente, die einander benachbarte Schwinger miteinander verkoppeln, mit einer mechanischen Vorspannung versehen sein, oder es können je nach der erforderlichen Querschnittsform die Koppelelemente als dünne Bänder ausgebildet sein.
  • Das in der F i g. 7 gezeichnete Filter besteht aus fünf Biegeresonatoren 1 bis 5, die über die Haltedrähte 11 in einem nicht näher gezeichneten Gehäuse verankert sind. Die Endresonatoren 1 und 5 sind mit den elektromechanischen Wandlern W und W' versehen. Die unmittelbar aufeinanderfolgenden Resonatoren sind über die Koppeldrähte 13 miteinander gekoppelt. (Zur besseren Übersicht ist in der F i g. 7 die Vorderansicht des Filters mitgezeichnet). Ein derartiger Aufbau ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Gesamtlänge des Filters verhältnismäßig klein sein soll, was sich durch die paarweise Anordnung der Resonatoren und die Anbringung der Koppeldrähte 13 an den einander zugekehrten Flächen zweier in einer Ebene liegenden Resonatoren erreichen läßt. Die zusätzliche Verkopplung des Resonators n mit dem Resonator n+2 wird durch einen Koppeldraht 40 erreicht, der als reiner Biegekoppler wirkt, da die Resonatoren in Richtung des Doppelpfeiles 31 schwingen. Da der Biegekoppler 40 an den Enden der Resonatoren befestigt ist und somit gleichphasig schwingende Abschnitte der Resonatoren 2 und 4 zusätzlich miteinander verkoppelt, läßt sich das elektrische Ersatzschaltbild eines derartigen Filters auf ein Schaltbild ähnlich der F i g. 4 zurückführen, wobei zu beachten ist, daß im Querzweig der Schaltung fünf Parallelresonanzkreise erscheinen müssen.
  • Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 8 sind die Biegeresonatoren 1 bis 4 paarweise übereinander angeordnet und über die Koppelelemente 13 miteinander .gekoppelt. Der zusätzliche Koppler 41 wird wegen der in Richtung des Doppelpfeiles 31 verlaufenden Schwingung auf Biegung beansprucht. Durch diese zusätzliche Verkopplung werden gegenphasig schwingende Abschnitte des Resonators n und des Resonators n+3 miteinander verbunden.
  • Ähnlich den Längskopplern läßt sich auch bei Biegekopplern die Intensität der Kopplung und damit der Abstand der Dämpfungspole vom Durchlaßbereich des Filters durch die Länge und die Querschnittsabmessungen des Kopplers steuern. Beim Biegekoppler ist es hierbei als besonders vorteilhaft anzusehen, daß eine weitgehend freizügige Wahl des Phasenmaßes ohne nennenswerte räumliche Beschränkung möglich ist, da sich nämlich das Phasenmaß durch den Querschnitt des Kopplers mitbestimmen läßt.
  • Im Ausführungsbeispiel der F i g. 9 ist ein aus den vier Resonatoren 1 bis 4 bestehendes Filter gezeigt, bei dem der der Erzeugung der Dämpfungspole dienende Zusatzkoppler als Längs- und als Biegekoppler ausgebildet ist. Die Wandlersysteme W bzw. W' sind derart in .den Endresonatoren verankert, d.aß die Resonatoren in Richtung :des Doppelpfeiles 31 schwingen. In Bereichen außerhalb der Schwingungsknoten sind an den Resonatoren 1 und 3 zwei senkrecht zu deren Längsachse verlaufende Ansätze 43 befestigt, die über den Draht 44 miteinander verbunden sind. Dabei werden gleichphasig schwingende Abschnitte des Resonators n und des Resonators n+2 zusätzlich miteinander gekoppelt, so daß sich ein Ersatzschaltbild gemäß der F i g. 4 ergibt. Da die an den Resonatoren 1 und 3 befestigten Ansätze 43 senkrecht zur Schwingungsrichtung stehen, werden sie auf Biegung beansprucht. Der Koppeldraht 44 wirkt wegen seiner parallel zur Schwingungsrichtung verlaufenden Lage :als Längskoppler. Die Ansätze 43 lassen sich so bemessen, daß sie als Biegeleitung wirken und damit die Zusatzkopplung überwiegend bestimmen. Entsprechende Anordnungen sind in der bereits beschriebenen Weise auch für die Verkopplung von gegenphasig schwingenden Abschnitten einander nicht unmittelbar benachbarter Resonatoren möglich.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Elektromechanisches Bandfilter, bestehend aus mehreren, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren, die über Längsschwingungen ausführende mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt sind, und dessen Endresonatoren mit elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandlerelementen zur Umwandlung der elektrischen Schwingungen in mechanische Biegeschwingungen versehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale: a) die mechanischen Resonatoren (2, 3) einschließlich der Endresonatoren (1, 4) sind derart ausgebildet, daß sie in einer Ebene verlaufende Biegeschwingungen (31) ausführen; b) die elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandlerelemente (15, 16; 17, 18; W, W) sind derart in die Endresonatoren eingebracht, daß die Anregung der Biegeschwingungen über den direkten piezoelektrischen Effekt :erfolgt; c) zumindest einer der Resonatoren (z. B. 2) ist über in den Schwingungsknoten (12) angreifende Halteelemente (11) im Filtergehäuse (10) od. dgl. verankert; d) an den Resonatoren sind in Bereichen außerhalb der Schwingungsknoten (12) zusätzliche Koppelelemente (z. B. 35, 40) angebracht, die einander in der mechanischen Wirkungsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren überbrücken und die als Längsschwingungen oder als Längs- und Biegeschwingungen ausführende Koppelelemente ausgebildet sind.
  2. 2. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Koppelelemente (37) eine geradzahlige Anzahl von Resonatoren (2, 3) überbrücken.
  3. 3. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Koppelelemente (35, 36) eine ungeradzahlige Anzahl von Resonatoren (2) überbrücken.
  4. 4. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Koppelelemente als U-förmige Bügel ausgebildet und derart an den Resonatoren (1, 3) befestigt sind, daß die die Schenkel des U bildenden Abschnitte (43) Biegeschwingungen ausführen, während der die Grundlinie des U bildende Abschnitt (44) Längsschwingungen ausführt.
  5. 5. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zusätzlichen Koppelelemente (35) gleichphasig schwingende Abschnitte unterschiedlicher Resonatoren (1, 3) miteinander gekoppelt sind (F i g. 4).
  6. 6. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß :durch die zusätzlichen Koppelelemente gegenphasig schwingende Abschnitte unterschiedlicher Resonatoren (1, 3) miteinander gekoppelt sind (F i g. 5).
  7. 7. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Koppelelemente (z. B. 35) in Form von Drähten oder Bändern als Längskoppler ausgebildet und derart mechanisch vorgespannt sind, -daß die mechanische Vorspannung innerhalb des Elastizitätsbereiches des für die zusätzlichen Koppelelemente (z. B. 35) verwendeten Materials liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 3135 933; Archiv der elektrischen übertrager (A. E. ü.), Bd. 17, März 1963, Heft 3, S.104.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US3135933A (en) * 1962-07-26 1964-06-02 Collins Radio Co M derived mechanical filter

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