DE1275700B

DE1275700B - Elektromechanisches Filter

Info

Publication number: DE1275700B
Application number: DES93474A
Authority: DE
Inventors: Hans Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-01-30
Filing date: 1964-09-30
Publication date: 1968-08-22
Also published as: DE1260650B; GB1074292A; NL6501003A; NL143393B; DE1236684B; DK131360B; DK131360C; DE1265888B; SE330576B; DE1265887B; US3369200A; BE659060A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WWW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03h

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 g - 34

P 12 75 700.5-35 (S 93474)

30. September 1964

22. August 1968

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter, bestehend aus wenigstens zwei durch ein Koppelorgan miteinander gekoppelten, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren und Wandlern zum Übergang von den elektrischen auf die mechanischen Schwingungen bzw. zum Übergang von den mechanischen auf die elektrischen Schwingungen, bei dem die Abmessungen der Resonatoren derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte Biege-Eigenschwmgungen zumindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz auftreten, und bei dem die Resonatoren mit einer Unsymmetrie versehen sind, durch die die Kopplung der in dem jeweiligen Resonator auftretenden Biege-Eigenschwingungen in vorgegebenem Maß erfolgt, und bei dem weiterhin das Koppelorgan im Bereich eines den Biege-Eigenschwingungen entsprechenden Schwingungsbauches an den Resonatoren befestigt ist und zwei voneinander unterschiedliche Schwingungen ausführt, von denen eine in an sich bekannter Weise in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Biege-Eigenschwingungen unterschiedlicher Resonatoren koppelt, während die Kopplung der diesen Biege-Eigenschwingungen in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar vorhergehenden bzw. nachfolgenden Biege-Eigenschwingungen unterschiedlicher Resonatoren über die zweite im Koppelorgan auftretende Schwingung erfolgt, nach Patent 1 236 684.

Im Hauptpatent sind mechanische Filter angegeben, die mit Hilfe von Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren aufgebaut sind. Die Anregung der mechanischen Resonatoren erfolgt durch elektrostriktiv wirkende Wandlerelemente. Die einzelnen Resonatoren sind untereinander durch Koppelstege gekoppelt, die im Schwingungsbauch der Biegeschwingungen an den Resonatoren befestigt sind. Durch eine doppelte Ausnutzung sowohl der einzelnen Resonatoren als auch der Koppelelemente lassen sich mit den im Huaptpatent angegebenen mechanischen Filtern n-kreisige Bandfilter mit nur n/2 Resonatoren aufbauen, wobei gleichzeitig mehrere Dämpfungspole erzielbar sind, deren Frequenzlage in weiten Grenzen frei wählbar ist. Da bei diesen Filtern sowohl die die Filterbandbreite bestimmende Kopplung als auch die den Abstand der Dämpfungspole bestimmende Kopplung nur von einem einzigen Koppelelement bewirkt wird, ist die Bemessung dieses Kopplers bei extremen Anforderungen erschwert. Wenn hinsichtlich der zu erzielenden Filtercharakteristik sehr hohe Anforderungen an das Filter gestellt werden, beispielsweise wenn die Dämpfungspole dem Elektromechanisches Filter

Zusatz zum Patent: 1 236 684

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Hans Albsmeier, 8000 München

Filterdurchlaßbereich verhältnismäßig eng benach-

ao bart sein sollen, wirkt sich dies dahingehend aus, daß bis zu einem gewissen Grad die freie Wählbarkeit der einzelnen Bemessungsparameter eingeengt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Hauptpatent angegebenen Filteranordnungen unter anderem hinsichtlich der freien Wählbarkeit der einzelnen Bemessungsparameter noch zu verbessern.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter, bestehend aus wenigstens zwei durch ein Koppelorgan miteinander gekoppelten, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren und Wandlern zum Übergang von den elektrischen auf die mechanischen Schwingungen bzw. zum Übergang von den mechanischen auf die elektrischen Schwingungen, bei dem die Abmessungen der Resonatoren derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte Biege-Eigenschwingungen zumindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz auftreten, und bei dem die Resonatoren mit einer Unsymmetrie versehen sind, durch die die Kopplung der in dem jeweiligen Resonator auftretenden Biege-Eigenschwingungen in vorgegebenem Maß erfolgt, und bei dem weiterhin das Koppelorgan im Bereich eines den Biege-Eigenschwingungen entsprechenden Schwingungsbauches an den Resonatoren befestigt ist und zwei voneinander unterschiedliche Schwingungen ausführt, von denen eine in an sich bekannter Weise in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Biege-Eigenschwingungen unterschiedlicher Resonatoren koppelt, während die Kopplung der diesen Biege-Eigenschwingungen in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar vorhergehenden bzw. nachfolgenden Biege-Eigenschwingungen unter-

809 597/364

von dem in Schwingungsrichtung wirksamen Flächenträgheitsmoment erheblich mitbestimmt wird. Die in den F i g. 2 und 3 gezeichneten Funktionen lassen sich bekanntlich an Hand der für die sogenannte elastische Linie gültigen Gesetze herleiten. Die Schwingungsbäuche der in der y-Richtung verlaufenden Grundschwingung befinden sich in der Mitte (0,5 -Z) und an den Enden des Schwingers, die Schwingungsbäuche der zweiten Eigenschwingung

daß die Resonatorenden bei der ersten Eigenschwingung in Phase schwingen, während sie bei der zweiten Eigenschwingung in Gegenphase sind.

Im Hauptpatent sind bereits elektrostriktiv wirkende Anregungssysteme angegeben, die es gestatten, den sogenannten direkten piezoelektrischen Effekt zur Anregung von Biegeschwingungen auszunutzen. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen sei hier

Schwinger in der Weise mit solchen Anregungen versehen ist, daß die in y-Richtung verlaufende Grundschwingung entsprechend dem Doppelpfeil 1 angeregt wird. Im folgenden wird noch erläutert, wie aus der Grundschwingung heraus die in x-Richtung verlaufende zweite Eigenschwingung entsprechend dem Doppelpfeil! angeregt werden kann. Zu diesem Zweck werden am Schwinger Unsymmetrien vorge-

schiedlicher Resonatoren über die zweite im Koppelorgan auftretende Schwingung erfolgt, nach Patent 1236 684, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die zueinander senkrechten, den Querschnitt der Resonatoren bestimmenden Abmessungen derart unterschiedlich voneinander gewählt sind, daß die beiden zueinander senkrechten Biege-Eigenschwingungen unterschiedliche Ordnungszahlen haben.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Resonatoren io befinden sich bei etwa 0,3-I und 0,7·/ sowie ebenrechteckförmigen Querschnitt haben und mit an den falls an den Resonatorenden. Zu beachten ist hierbei, Kanten verlaufenden, vorwiegend bis zur Hälfte der
Resonatorlänge sich erstreckenden Abplattungen versehen sind, die zumindest näherungsweise aufeinander senkrecht stehen, oder wenn wenigstens zwei als 15
Koppeldrähte mit unterschiedlicher kreisförmiger
Querschnittsfläche ausgebildete Koppelelemente derart an den Resonatoren befestigt sind, daß der Koppeldraht mit größerer Querschnittsfläche etwa bei

1/2 liegt, während der Koppeldraht kleinerer Quer- 20 ausdrücklich auf das Hauptpatent verwiesen, und es schnittsfläche etwa bei 0,3 Z liegt, wenn Z die Gesamt- sei angenommen, daß der in der F i g. 1 gezeichnete länge des Schwingers bedeutet.

Es ist ferner daran gedacht, den Koppelelementen einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt zu geben.

Als elektrischer Vierpol läßt sich ein elektromechanischer Biegeschwinger durch eine Ausbildung
als elektrostriktiv wirkender elektromechanischer
Wandler in der Weise verwenden, daß die Abmessungen des Schwingers derart gewählt sind, daß zwei 30 sehen, die beispielsweise entsprechend dem in der seiner aufeinander senkrecht stehender Biege-Eigen- F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgebildet schwingungen unterschiedlicher Ordnungszahl zu- sein können. Hierzu wird die im Hauptpatent bereits mindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz vorgeschlagene Methode mit an den Kanten dei auftreten, daß der Schwinger mit Unsymmetrien zur Resonatoren verlaufenden Abplattungen auf Reso-Verkopplung der einzelnen Biegeschwingungen ver- 35 natoren mit rechteckförmigem Querschnitt übertrasehen ist und daß die Wandlerelemente im Bereich gen. Da sich jedoch bei der im Ausführungsbeispiel der den Biege-Eigenschwingungen entsprechenden ausgenutzten zweiten Eigenschwingung das Vorzei-Schwingungsbäuche mit dem Resonator verbunden chen der Krümmung in der Schwingermitte ändert sind. (s. Fig. 3), muß auch die Abplattung an dieser Stelle

An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus- 40 entsprechend versetzt werden. Zweckmäßig werden führungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend die Abplattungen derart am Schwinger vorgesehen, noch näher erläutert. daß die von ihnen gebildeten Ebenen zumindest

In der F i g. 1 ist ein rechteckförmiger Biegereso- näherungsweise aufeinander senkrecht stehen. Die nator gezeichnet, der die Länge 1, die Höhe al und Abplattungen können dabei an beliebigen Kanten des die Breite al hat. Der Resonator ist derart innerhalb 45 Resonators vorgesehen sein bzw. können auch mehr eines rechtwinkeligen räumlichen Koordinatensystems als zwei Abplattungen am Schwinger angebracht sein.

Darüber hinaus ist es nicht unbedingt erforderlich, die Abplattungen bis zur Schwingerhälfte verlaufen zu lassen, wenn nur darauf geachtet wird, daß der für die Verkopplung der beiden Schwingungen erforderliche Kopplungfaktor erzielt wird, dessen Größe durch die Tiefe der Abplattungen steuerbar ist. Um die Anbringung der Abplattungen noch zu verdeutlichen, sind in der Fig. 4 noch die in Richtung der

zwei aufeinander senkrechte Biegeschwingungen ver- 55 Schnittebenen A-A und B-B sichtbaren Querschnittschiedener Ordnungszahlen ausführt. Als Beispiel ist bilder gezeichnet.

dabei angenommen, daß die den Querschnitt al und Der Aufbau eines mechanischen Filters, dessen

al bestimmenden Abmessungen des Resonators der- Resonatoren in der vorher beschriebenen Weise dopart gewählt sind, daß die in y-Richtung verlaufende pelt ausgenutzt werden, ist in der Fig. 5 gezeigt. Das Schwingung die Grundschwingung (erste Eigen- 60 Filter besteht aus den beiden Resonatoren 7 und 8, schwingung) und die in x-Richtung verlaufende die mit den gegeneinander versetzten Abplattungen 5 Schwingung die zweite Eigenschwingung darstellt, und 6 versehen sind. Die beiden Resonatoren sind deren Frequenz zumindest näherungsweise mit der über die aus einem Draht mit kreisförmigem Quer-Frequenz der in y-Richtung verlaufenden Schwin- schnitt bestehenden Koppelelemente Kl und Kl gung übereinstimmt. Für einen rechteckförmigen 65 miteinander gekoppelt. Die im wesentlichen auf Bie-Resonator läßt sich das in einfacher Weise durch gung beanspruchten Koppler Kl liegen im Bereich entsprechende Wahl der Abmessungen al und al des Schwingungsbauches der Grundschwingung und erreichen, da bekanntlich die Biege-Eigenfrequenz verkoppeln somit die in Richtung der Doppelpfeile 1

angeordnet, daß die Längskanten 1 parallel zur Z-Achse, die die Höhe al bestimmenden Kanten parallel zur y-Achse und die die Breite al bestimmenden Kanten parallel zur x-Achse verlaufen.

In den Fig. 2 und 3 sind die Ausschlagsfunktionen des Resonators in der y- bzw. in der x-Richtung in Abhängigkeit von der z-Koordinate gezeigt, und zwar unter der Voraussetzung, daß der Resonator

und 4 verlaufenden Schwingungsmoden. Im Bereich des Schwingungsbauches der Oberschwingung sind die Koppler K 2 an den Resonatoren befestigt, die im wesentlichen auf Zug- bzw. auf Druckkräfte beansprucht werden und die die in Richtung der Doppelpfeile 2 und 3 verlaufenden Schwingungsmoden miteinander verkoppeln. In den Schwingungsknoten der Grundschwingung sind die Haltedrähte 9 an den Resonatoren befestigt, die der Verankerung des Filters in einem zur besseren Übersicht nicht näher dargestellten Gehäuse dienen. Die Haltedrähte werden zweckmäßig, wie in der F i g. 5 gezeichnet, um einen Winkel von etwa 90° abgebogen, so daß der senkrecht verlaufende Abschnitt durch die Schwingungsmoden 2 und 3 auf Biegung beansprucht wird. Wenn der Schwinger durch die lediglich schematisch angedeuteten elektrostriktiv wirkenden Wandlersysteme W zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 1 (Grundschwingung) angeregt wird, dann erzeugt diese Schwingung auf Grund der Abplattungen 5 und 6 in der bereits beschriebenen Weise die in Richtung des Doppelpfeiles 2 verlaufende, etwa gleichfrequente zweite Eigenschwingung. Über die Koppeldrähte K 2 wird im Resonator 8 die in Richtung des Doppelpfeiles 3 verlaufende zweite Biege-Eigenschwingung angeregt, die ihrerseits wiederum über die Abplattung 5 und 6 die in Richtung des Doppelpfeiles 4 verlaufende Grundschwingung anregt. Die mechanische Wirkung dieser Schwingung wird dann mittels der Wandlersysteme W in elektrische Schwingungen zurückverwandelt. Damit wirkt das Filter wie ein vierkreisiges Bandfilter, dessen Bandbreite im wesentlichen von der Stärke der Längskopplung zwischen den Schwingungsmoden 2 und 3 bestimmt wird, die — abgesehen von den Materialkonstanten und der Länge des Kopplers — im wesentlichen durch die Querschnittsfläche des Kopplers K 2 steuerbar ist. Die Größe dieses Koppelfaktors sei mit k_2s bezeichnet. Der auf Biegung beanspruchte Koppler Kl verkoppelt zusätzlich die Schwingungsmoden 1 und 4. Da der Koppler Kl einerseits im Schwingungsmaximum der in Richtung 1 und 4 verlaufenden Grundschwingungen und andererseits (s. F i g. 2 und 3) im Minimum der in Richtung 2 und 3 verlaufenden zweiten Eigenschwingung angeordnet ist, werden bei der zusätzlichen Verkopplung der Schwingungsmoden 1 und 4 die Schwingungsmoden 2 und 3 übersprungen und die zwischen den Schwingungsmoden 2 und 3 wirksame Kopplung nahezu nicht beeinflußt. Die zusätzliche Verkopplung zwischen den Schwingungsmoden 1 und 4 bestimmt aber im wesentlichen den Abstand der zu beiden Seiten des Filterdurchlaßbereiches liegenden Dämpfungspole und ist im wesentlichen wegen der Biegebeanspruchung vom Flächenträgheitsmoment des Kopplers Kl abhängig. Die Größe dieses Koppelfaktors sei mit k_u bezeichnet. Umgekehrt trägt auch der Koppler K 2 zur Verkopplung der Schwingungsmoden 1 und 4 nahezu nicht bei, da er gegenüber dem Schwingungsmaximum der Schwingungsmoden 1 und 4 versetzt ist und gegenüber Biegeschwingungen eine wesentlich geringere Steifigkeit aufweist. In der nachfolgenden Tabelle sind Meßergebnisse für die Koppelfaktoren k_u und k_2S zusammengestellt, die an einem gemäß der Fig. 5 aufgebauten Filter gemessen sind, dessen Resonatoren einen Querschnitt von 4,2 · 1,5 mm und eine Länge von 43 mm haben. Der Koppler Kl hat einen Durchmesser von 0,5 mm und der Koppler K 2 einen Durchmesser von 0,3 mm.

Kopplungen

nur zwei Koppler Kl

zusätzlich zwei Koppler K 2 ....

ku

0,0225
0,0227

0,00435 0,180

ίο Aus der Tabelle ist zu ersehen, daß durch die zusätzliche Anbringung der Koppler K2 der den Abstand der Dämpfungspole bestimmende Koppelfaktor k_u nahezu nicht verändert wird (Änderung ungefähr 0,9 %), während der die Bandbreite bestimmende Koppelfaktor k_2s sich etwa um den Faktor 40 ändert.

Das elektrische Ersatzschaltbild eines gemäß der F i g. 5 aufgebauten mechanischen Filters sowie das Zustandekommen der Dämpfungspole wurden im Hauptpatent bereits ausführlich erläutert.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens sind in den F i g. 6 und 7 elektromechanische Schwinger dargestellt, die als elektrostriktiv wirkende elektromechanische Wandler ausgebildet sind und die sowohl als elektrische Vierpole als auch als elektrische Zweipole betrieben werden können. Der Schwinger nach der F i g. 6 besteht aus den drei Stahlteilen 15, 16 und 17 mit rechteckförmigem Querschnitt. Zwischen den Stahlteilen 16 und 17 sind die aus einem elektrostriktiven Material bestehenden Plättchen 20, 21, 22 und 23 eingelötet. Zwischen den Stahlteilen 15 und 16 liegen die aus elektrostriktivem Material bestehenden Plättchen 24, 25, 26 und 27. Die elektrostriktiven Plättchen sind derart in den Schwinger eingebracht, daß entlang der neutralen Faser die Spalte S und S' verbleiben. Zusätzlich sind die elektrostriktiven Plättchen durch elektrisch leitende Schichten, vorzugsweise Silberschichten, unterteilt, die senkrecht zur Längsachse des Schwingers verlaufen, so daß zwischen den Plättchen 20 und 21 die Silberschicht 30 liegt, zwischen den Plättchen 22 und 23 liegt die Silberschicht 31, zwischen den Plättchen 24 und 25 liegt die Silberschicht 32, und zwischen den Plättchen 26 und 27 liegt die Silberschicht

33. Von den Silberschichten 30 und 31 führen die Anschlußdrähte 35 und 36 zu einer gemeinsamen Anschlußklemme 39, von den Silberschichten 32 und 33 führen die Anschlußdrähte 37 und 38 zu einer gemeinsamen Anschlußklemme 40. Darüber hinaus sind die drei Stahlteile durch elektrisch leitende Verbindungen 53 miteinander verbunden, so daß beim Anlegen einer elektrischen Wechselspannung die Stahlteile 15, 16 und 17 auf dem gleichen elektrischen Potential liegen. Durch eine Gleichspannungsvorbehandlung sind die elektrostriktiven Plättchen mit einer Polarisation versehen, wie sie durch die Pfeile 42 bis 49 angedeutet ist. Die Polarisation ist dabei so gewählt, daß jeweils zwei einander benachbarte Plättchen in entgegengesetzter Richtung polarisiert sind und daß zusätzlich die auf der einen Seite der neutralen Fasern liegenden Plättchen entgegengesetzt zu den auf der anderen Seite der neutralen Fasern liegenden Plättchen polarisiert sind. Unter den neutralen Fasern sind dabei diejenigen Ebenen zu verstehen, entlang denen die im Schwinger wirksamen Biegekräfte ihr Vorzeichen umkehren. Am Schwinger sind die Abplattungen 5 und 6 in der Weise vorgesehen, daß die von ihnen gebildeten

Ebenen zumindest näherungsweise zueinander senkrecht stehen. Mit den Stahlteilen sind die Anschlußdrähte 50 und 51 verbunden, die zu den Anschlußklemmen E führen.

Legt man zwischen die Klemmen 39 und E eine elektrische Wechselspannung, dann entsteht zwischen den Silberschichten 30, 31 und den Stahlteilen 16, 17 ein elektrisches Feld. Unter dem Einfluß dieses Feldes dehnen sich beispielsweise die Plättchen 20 und 21 in der einen Halbperiode der elektrischen Wechselspannung aus, während gleichzeitig die Plättchen 22 und 23 wegen der entgegengesetzt gerichteten Polarisation zusammengezogen werden. In der nächsten Halbperiode der elektrischen Wechselspannung kehrt sich dieser Vorgang um. Dadurch werden im Schwinger Biegekräfte wirksam, die ihn zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 1 anregen, wenn seine Biege-Eigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung übereinstimmt. Wählt man die den Querschnitt des Schwingers bestimmenden Abmessungen so, daß die in Richtung des Doppelpfeiles 2 mögliche zweite Eigenschwingung etwa bei der gleichen Frequenz auftritt wie die dazu senkrechte, in Richtung des Doppelpfeiles 1 verlaufende Biege-Grundschwingung, dann wird in der bereits beschriebenen Weise über die Abplattungen 5 und 6 auch diese zweite Eigenschwingung in Richtung des Doppelpfeiles 2 angeregt. Im Bereich des Schwingungsbauches dieser zweiten Eigenschwingung (vgl. F i g. 2 und 3) liegt das aus den Plättchen 24 bis 27 bestehende elektrostriktiv aktive System, bei dem beispielsweise die Plättchen 24 und 25 immer dann gedehnt werden, wenn gleichzeitig die Plättchen 26 und 27 verkürzt werden. Wegen dieser Dehnungs- und Verkürzungsbewegungen in Verbindung mit der durch die Pfeile 46 bis 49 angedeuteten Polarisation entsteht zwischen den Silberschichten 32, 33 und den Stahlteilen 15, 16 eine elektrische Wechselspannung, die zwischen den Klemmen 40 und E als Ausgangswechselspannung abgenommen werden kann. Aus den vorstehenden Erläuterungen ist auch zu erkennen, daß die zur Vermeidung von Nebenwellen vorgesehenen Spalte S und S' aufeinander senkrecht stehen müssen, da auch die den Schwingungsmoden 1 und 2 zugehörigen neutralen Fasern aufeinander senkrecht stehen. Wegen der doppelten Ausnutzung des Schwingers ergibt sich die Wirkung eines zweikreisigen Bandfilters, so daß das elektrische Ersatzschaltbild beispielsweise einem T-Glied entspricht, in dessen Längszweigen zwei auf etwa die gleiche Frequenz abgestimmte Serienresonanzkreise liegen und in dessen Querzweigen Koppelkapazitäten liegen. Der eine Serienresonanzkreis entspricht der in Richtung des Doppelpfeiles 1 verlaufenden Schwingung, der zweite Serienresonanzkreis entspricht der in Richtung des Doppelpfeiles 2 verlauf enden Schwingung, und die Koppelkapazitäten werden von der statischen Kapazität der elektrostriktiven Systeme bzw. den Abplattungen nachgebildet.

In der Fig. 7 ist schematisch ein aus Stahl bestehender Biegeresonator dargestellt, dessen elektrische Wirkungsweise weitgehend mit der des in der F i g. 6 gezeichneten Resonators übereinstimmt. Das in der Schwingermitte vorgesehene Wandlersystem PFl, das die in Richtung des Doppelpfeiles 1 verlaufende Biegeschwingung (Grundschwingung) anregt, ist analog zu dem beim Ausführungsbeispiel der F i g. 6 verwendeten mittleren Wandlersystem aufgebaut.

Über die Abplattungen 5 und 6 wird die in Richtung des Doppelpfeiles 2 verlaufende zweite Eigenschwingung gleicher Frequenz angeregt. Das Wandlersystem W2 verwendet jedoch den sogenannten transversalen piezoelektrischen Effekt zur Umwandlung der mechanischen in die elektrischen Schwingungen. Dazu ist im Bereich des Schwingungsbauches ein elektrostriktiv aktives Plättchen 60 am Schwinger festgelötet, das auf der dem Resonator abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen ist. Mit dieser Metallisierung ist der zur Anschlußklemme 40 führende Zuführungsdraht 61 verlötet. Auf Grund der in Richtung des Doppelpfeiles 2 verlaufenden Biegeschwingung entsteht zwischen der Metallisierung und dem Stahlteil des Schwingers eine elektrische Wechselspannung, die zwischen den Klemmen 40 und E abgenommen werden kann. Die durch das Wandlersystem Wl getrennten Stahlteile werden zweckmäßig durch einen Draht 62 miteinander verbunden, wodurch die beiden Stahlteile beim Anlegen elektrischer Wechselspannungen auf gleichem elektrischem Potential liegen.

In den F i g. 6 und 7 sind Haltedrähte zur Verankerung des Schwingers in einem Gehäuse aus Gründen der besseren Übersicht nicht mehr dargestellt; als zweckmäßig hat es sich erwiesen, diese Haltedrähte, ähnlich dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5, in den Schwingungsknoten der Grundschwingung (Schwingungsrichtung 1) zu befestigen und unter einem Winkel von etwa 90° abzubiegen, so daß sie hinsichtlich der in Schwingungsrichtung 2 verlaufenden Schwingung auf Biegung beansprucht werden. Da durch die Ausnutzung verschiedener Ordnungszahlen der aufeinander senkrecht stehenden Eigenschwingungen die Resonatoren rechteckförmigen Querschnitt haben, lassen sie sich beispielsweise durch Stanzen verhältnismäßig einfach herstellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Filter, bestehend aus wenigstens zwei durch ein Koppelorgan miteinander gekoppelten, Biegeschwingungen ausführenden mechanischen Resonatoren und Wandlern zum Übergang von den elektrischen auf die mechanischen Schwingungen bzw. zum Übergang von den mechanischen auf die elektrischen Schwingungen, bei dem die Abmessungen der Resonatoren derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte Biege-Eigenschwingungen zumindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz auftreten, und bei dem die Resonatoren mit einer Unsymmetrie versehen sind, durch die die Kopplung der in dem jeweiligen Resonator auftretenden Biege-Eigenschwingungen in vorgegebenem Maß erfolgt, und bei dem weiterhin das Koppelorgan im Bereich eines den Biege-Eigenschwingungen entsprechenden Schwingungsbauches an den Resonatoren befestigt ist und zwei voneinander unterschiedliche Schwingungen ausführt, von denen eine in an sich bekannter Weise in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar aufeinanderfolgende Biege-Eigenschwingungen unterschiedlicher Resonatoren koppelt, während die Kopplung der diesen Biege-Eigenschwingungen in der elektrischen Wirkungsweise unmittelbar vorhergehenden bzw. nachfolgenden Biege-Eigenschwingungen unterschiedlicher Resonatoren über die zweite im Koppelorgan

auftretende Schwingung erfolgt, nach Patent 1236684, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander senkrechten, den Querschnitt der Resonatoren (7, 8) bestimmenden Abmessungen (öl, al) derart unterschiedlich voneinander gewählt sind, daß die beiden zueinander senkrechten Biege-Eigenschwingungen (1, 2 bzw. 3, 4) unterschiedliche Ordnungszahlen haben.

2.Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (7, 8) rechteckförmigen Querschnitt haben und mit an den Kanten verlaufenden, vorwiegend bis zur Hälfte der Resonatorlänge sich erstreckenden Abplattungen (5, 6) versehen sind, die zumindest näherungsweise aufeinander senkrecht stehen.

S.Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei als Koppeldrähte mit unterschiedlicher kreisförmiger Querschnittsfläche ausgebildete Koppelelemente (Kl, K2) derart an den Resonatoren (7, 8) befestigt sind, daß der Koppeldraht (Kl) mit größerer Querschnittsfläche etwa bei Z/2 liegt, während der Koppeldraht (K 2) kleinerer

Querschnittsfläche etwa bei 0,3 I liegt, wenn I die Gesamtlänge der Resonatoren (7, 8) bedeutet.

4.Elektromechanisches Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (Kl, K2) einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt haben.

5. Abwandlung eines elektromechanischen Filters nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einen elektrostriktiv wirkenden elektromechanischen Wandler in Form eines Biegeschwingers, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen des Schwingers (17) derart gewählt sind, daß zwei seiner aufeinander senkrecht stehenden Biege-Eigenschwingungen (1, 2) unterschiedlicher Ordnungszahl zumindest näherungsweise bei der gleichen Frequenz auftreten, daß der Schwinger (17) mit Unsymmetrien (5, 6) zur Verkopplung der einzelnen Biegeschwingungen versehen ist und daß die aus elektrostriktivem Material bestehenden Wandlerelemente (20 bis 23, 24 bis 27 bzw. Wl, W 2) im Bereich der den Biege-Eigenschwingungen (1,2) entsprechenden Schwingungsbäuche mit dem Resonator (17) verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 597/364 8.68 © Bundesdruckerei Berlin