DE1816480A1 - Elektromechanische Einrichtung zur Aufteilung oder Bildung eines Frequenzbandes - Google Patents
Elektromechanische Einrichtung zur Aufteilung oder Bildung eines FrequenzbandesInfo
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Description
Anmelderin: Stuttgart, den 19.12.1968
Nippon Electric Company Limited P 2177 88/85 7-15,.SM-Oa G-ochome
Kinato-ku
Tokio / Japan
Kinato-ku
Tokio / Japan
Vertreter: " g
Dipl.-Ing.Max Bunke
Patentanwalt . '
7000 Stuttgart W , '
Schloßstr. 73 B
Elektromechanisch^ Einrichtung zur Aufteilung oder Bildung eines Frequenzbandes
Die Erfindung "bezieht sich auf elektromechanisch^ Einrichtungen
zur Aufteilung oder Bildung eines Frequenzbandes.
!{ein elektrisch arbeitende Netzwerke zur Band auf teiung bestehen
aus Induktivitäten und Kapazitäten und spalten das elektrische
Eingangssignal in eine Anzahl von elektrischen AusgangsSignalen
auf, die sich in ihren Frequenzkomponenten voneinander
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unterscheiden. Solche Netzwerke spielen "bei Übertragungssystemen
eine bedeutsame Ro'.'ie, z.B. bei Trägerfrequenztelefoniesystemen.
Die Erfindung befaßt sich mit mechanischen Einrichtungen, die durch elektromechanische Umwandlung und mechanische Filterung
genau die gleiche Funktion erfüllen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektromechanische Einrichtungen dieser Art zu schaffen, die es gestatten, ein
Eingangssignal in eine beliebige Anzahl von Durchlaßbänder aufzuteilen und dabei die Breite von allen oder bestimmten Durchlaßbändern
relativ zu den Bandabständen zu verringern, so daß ycharfe Forderungen hinsichtlich der Selektivität, wie sie z.B.
bei der Trägeraussiebung auftreten, erfüllt werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, Einrichtungen kompakter Bauweise zu schaffen, deren Herstellungskosten niedriger liegen
als diejenigen von Bandaufteilungseinrichtungen, der bekannten
Bauart, bei der eine Anzahl mechanischer Zweipolfilter elektrisch parallel geschaltet werden.
Die elektromechanische Einrichtung zur Aufteilung oder Bildung eines Frequenzbandes nach der Erfindung ist durch einen stangenfarmigen
Hauptwandler zur Umwandlung elektrischer Eingangssignale in mechanische längsschwingungen gekennzeichnet, durch
eine Anzahl an den Hauptwandler angekoppelter Zweige , die aus einer Reihe eines oder mehrerer in gleichen Abständen in
einer Ebene- untereinander und zur Achse des Hauptwandlers parallel
angeordneter längsschwingungsresonatoren und eines stangenförmigen
Zweigwandlers zur Rückwandlung der ausgesiebten längsachwingungen
in elektrische Schwingungen bestehen, durch Biegeschwingungskoppelglieder
zur Verbindung des Hauptwandlers mit den ihm benachbarten Resonatoren in zu seiner Achse senkrechter
Richtung und durch Biegeschwingungskoppelgli-eder mit geringeren
Durchmessern, als die zuerst genannten Koppelglieder sie aufweisen, zur Verbindung benachbarter Resonatoren und des Zweigwandlers
innerhalb der Zweige.
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Alle Resonatoren in den Zweigeinrichtungen und auch der Hauptwandler
weisen eine für Längsschwingungen geeignete geometrische Gestalt auf.
Diese Schwingungsform ist für den Tragerfrequenzbereich besonders
günstig, weil den Resonatoren für diesen Bereich eine kompakte und leicht zu handhabende Gestalt gegeben werden kann, weil
sie leicht und ohne ungünstige Beeinflussung der Schwingungen in Reihen gehaltert werden können und weil die Längsschwingungen
in äußerst einfacher Weise an die Biegeschwingungen der Biegeschwingungskopplungsglieder,
im folgenden kurz Biegekoppler genannt, angekoppelt werden können.
Die Bauweise erfordert zwei verschiedene Arten von Biegekopplern, die sich in ihren Durchmessern unterscheiden: solche für die
Verbindung des Hauptwandlers mit den ihm benachbarten Resonatoren und solche für die Verbindung der Resonatoren in den Zweigeinrichtungen.
Die Biegekoppler der gleichen Art können gleiche Durchmesser haben. Um scharfe Forderungen der Selektivität bei der Bandaufteilung
zu erfüllen, kann es aber auch notwendig sein, den Biegekopplern gleicher Art verschiedenen Durchmesser zu geben.
Zur Wahl des Verhältnisses zwischen den Durchmessern werden später nähere Erläuterungen gegeben werden.
V/ie la einseinen noch dargelegt werden wird, ist die bezeichnete
Bauweise für solche mechanischen Einrichtungen zur BandaufteiluTig
hervorragend geeignet, bei denen die Mittenfrequenz ,des "JurchlaS-cancec oberhalb 50 kKz liegt und bei denen die spezifischen
DurchlaSbandbreiten (also die Verhältnisse der Durchla3-"c vnäbrGiten zur Hittenfrequenz des JDurchlaabandes) zwischen
einer, extrem kleinen Wert wie 0,1 \* und einem mittleren Viert
wie 5 )'■> liegen. Ganz besonders bewährt sich diese Bauweise bei
I-Jir.richvongen mit spezifischen DurchlaSbandbreiten in der
^r3.3enordr»ung von 0,1 und bei solchen, die kleine und mittlere
^urchluicundbreiten und Keine spezifische Durchla3bandbreiten
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aufweisen sollen. Letztere Spielart kann durch geeignete Wahl der Durchmesser einiger Biegekoppler leicht verwirklicht werden.
Schmalbandigkeit dieses Ausmaßes kann, wenn überhaupt, bei rein elektrischen Netzwerken zur Banäaufteilung bekanntlich
kaum erreicht werden.
Der mechanische Kopplungskoeffizient eines Biegekopplers, der
zwei längsschwingende Resonatoren in zur Achse der Resonatoren
senkrechter Richtung miteinander verbindet, oder das Maß für die .Übertragung der mechanischen Energie von einem Resonator zu
einem anderen, schwankt erheblich mit Änderungen im Durchmesser des 3iegekopplers. Dies bedeutet, daß die Übertragung der
Energie der mechanischen Schwingung von einem Resonator zum anderen durch zweckmäßige Wahl des Durchmessers des Biegekopplers
auf einfache Weise beeinflußt werden kann.
Die durch theoretische und experimentelle Untersuchungen gewonnene
Grundlage für die Erfindung kann wie folgt kurz umrissen werden: die Kopplungskoeffizienten der Biegekoppler,
die den Hauptwandler mit den Zweigeinrichtungen verbinden, können so gewählt werden, daß sich die gewünschten Abstände
zwischen den Durchlaßbändern der mechanischen Aufteilungseinrichtung ergeben. Die Kopplungskoeffizienten der .Biegekoppler,
die benachbarte Resonatoren oder den Zweigwandler mit seinem benachbarten Resonator jeder Zweigeinrichtung verbinden, können
so gewählt werden, daß sich die gewünschten Durchlaßbandbreiten ergeben.
Die Kopplungskoeffizienten (oder Durchmesser) der zuerst genannten
Biegekoppler sind, um Banäaufteilungseinrichtungen zu verwirklichen,
bei denen zwei Bedingungen, nämlich große Abstände zwischen den Bändern und kleine Bandbreiten, erfüllt sein
sollen, erheblich größer zu wählen als die Kopplungskoeffizienten (oder Durchmesser) der^ zuletzt genannten Biegekoppler.
Der überragende Vorteil von elektromechanischen Einrichtungen nach der Erfindung zur Bandaufteilung ο dar Bandbildung liegt
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darin, daß die mechanischen Kopplungskoeffizienten der beiden
Arten von Biegekopplern mit Leichtigkeit in einem weiten'Bereich
geändert werden können.
Weitere Vorteile und Merkmals der Erfindung gehen aus der
•nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen
hervor. '
Fig.1 ist eine perspektivische Ansicht eines Filters zur Aussiebung
von Trägerfrequenzen in einer Bauweise nach der Erfindung für Trägerfrequenzgeräte,
■Fig.2 ist eine perspektivische Ansicht eines solchen Filters in
einer anderen Bauweise nach der Erfindung.
Das Filter nach Fig.1 ist so gebaut, daß es ein Eingangsfrequenz^·
band mit der Mittenfrequenz bei 82 kHz in ein 80 kHz-Band und ein 84- kHz-Band - beide Bänder mit einer Breite von 100 Hz aufteilen
kann. Es stellt eine mechanische Einrichtung mit zwei Zweigen dar, die ein gleichwirkendes, rein elektrisches Netzwerk
ersetzen kann.
Der Hauptwandler 1 und die beiden Zweigwandler 7 und 12 bestehen
aus zwei Zylinderabschnitten aus einer Eisen-iTickel-Legierung
und einem Stück aus gepoltem ferroelektrischen Keramikstoff 2,
das zwischen die beiden Zylinderabschnitte eingebettet ist. Solche Wandler werden gelegentlich als Langevin-Wandler bezeich-"
net. Ein an das Hauptklemmenpaar 13 angelegtes elektrisches Eingangssignal wird von dem gepolten ferroelektrischen Keramikstoff
in mechanische Längs schwingungen umgewandelt, und die Energie wird durch überbrückende Drähte (Biegeschwingungskoppelglieder
oder kurz Biegekoppler) 3-.und 18 aufgeteilt, um die zwei Resonatoren
4 und 9 zu Längsschwingungen anzuregen. Bei der dargestellten
Bauweise haben die Biegekoppler 3 und 8 den gleichen Durchmesser. Auch die Biegekoppler 5 und 10 zur Verbindung der
Resonatoren in den Zweigen haben gleichen Durchmesser. Die Bi.egekoppler sind an beiden Seiten, also an der Vorder- und der
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ι j a ·
y ι
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Rückseite, der Einrichtung angebracht. Sie könnten auch nur auf der einen Seite angebracht sein. Der Anbringung auf beiden Seiten
ist aber der Vorzug zu geben, da hierdurch die Möglichkeit· der Übertragung von unerwünschten Schwingungsformen von einem
Element auf das benachbarte -unterdrückt werden.-kann und die
Kopplungskoeffizienten stabilisiert werden können.
Die,Länge der Resonatoren 4, 6, 6 und des Zweigwandlers 7 sie
haben alle zylindrische Gestalt - im linken Zweig I und diejenige der Resonatoren 9, 11, 11 und des Zweigwandlers 12
im rechten Zweig II ist so gewählt, daß die Resonanzfrequenz / bei oder nahezu bei den Mittenfrequenzen Iq* und f«« (80 kHz
bzw. 84 IcIIz) der Durchlaßbänder liegt. Der Zweig.I überträgt
also mechanische Schwingungsenergie der Frequenz oder nahezu der Frequenz fQ1 besser als diejenige anderer Frequenzen, während
der Zweig II mechanische Schwingungsenergie der Frequenz oder nahezu der Frequenz f02besser als diejenige anderer Frequenzen
überträgt.'Dadurch treten an den Zweigklemmenpaaren 14 und.15 in weit überwiegendem Maße elektrische Ausgangsschwingungen
der Frequenzen oder nahezu der Frequenzen f«..
bzw. ±Q2 auf.
liun soll untersucht werden, warum die elektrischen Funktionsnotwendigkeiten von Filtern zur Trägerfrequenzaussiebung eine
Bauweise, wie sie in Fig.1 gezeigt ist, erfördern. Die dar Erfindung
zugrunde liegenden theoretischen und experimentellen Untersuchungen an vielen Versuchsmodellen der Art, wie sie in
Fig.1 dargestellt ist, haben ergeben, daß die Kopplungskoeffizienten k. und k1 ,' der Biegekoppler 3 und 8 für die Kopplung
zwischen dem Hauptwandler und den beiden Zweigen zur Verwirklichung
eines mechanischen Filters mit zwei Zweigen annähernd
zu 1.4 02 01 gewählt werden müssen; fn ist die Mittenfrequenz
•ρ υ
1O
des Durchlaßbandes (cT.h.: k1=k1 :'=1.4x^g|^ =1«4x^ ^1.4x1/20).
Dieser V/ert steht offensichtlich in keiner Beziehung zur Forderung hinsichtlich der Breiten der .Durchlaßbänder. Die Kopplungs1-koeffizienten
kp und k« ' der Biegekoppler 5 und 10 zur Verbin-
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* t
r t
dung von zwei "benachbarten Resonatoren .oder dem Zweigwandler
und seinem benachbarten Resonator im linken und.rechten Zweig müssen zu annähernd W1ZfQi bsw, W3Zf02 gewählt werden.. W1 und
W« sind die beiden Durchlaßbandbreiten;
^101 = IQOHzZSQkHz= ^ und k2«=W
Man erkennt, daß k2 und kg', keine Besiehung zum Abstand fo2~fO1
der'Durchlaßbänder haben. 33a die Verhältnisse der beiden Kopplungskoeffizienten
1 und *·1' hohe Werte wie 56 annehmen,
K2 kg.1
erweist sich die Verwendung solcher Biegekoppler in Überein- ^
Stimmung mit der wohlfundierten Theorie als außerordentlich
vorteilhaft; ausgenutzt ist der Umstr ·>ά$ daß sich die Kopplungs- :
koeffizienten mit der vierten Potenz des Durchmessers ändern. !
Die gewünschte elektrisch© Punktion, der besprochenen Bauweise
kann mit anderes Worten dadurch verwirklicht werden, daß der
Durchmesser (oder oer äquivalente Durchmesser) der mit dem j
Hauptwandler verbundenen Biegekoppler annähernd auf das Drei- j
fache des Durchmessers öer anderes Biegekoppler bemessen wird. " \
Man übersieht ohne weiteres äas Allgemeingültiges die Erhöhung ;
äer Differenz zwischen den beiden Koppliingslc©effizienten - . :
d.h. die Erhöhung der Differenz zwischen den Durchmessern der i
beiden Biegekopplerarten - wird um so bedeutsamer, je kleiner i_
die Bandbreiten und je größer die Abstände zwischen den Bändern, <™
wie es Filter zur Trägerfrequensaussiebung erfordern, der zi \
schaffenden Einrich uingen sein sollen. \
Soweit es nicht anders angegeben ist, bestehen alle Bauelemente der Einrichtung nach Fig.1 und auch derjenigen nach Pig.2 aus
einer Eiseri-Nickel-Legierung. Es kann' aber auch jedes andere
Ketall oder jede andere Legierung benutzt werden, wenn sie eine
gute Temperaturkonstanz und eine hohe mechanische Güte aufweisen»
Da:ä Filter zur Trägeraussiebung gemäß der Bauform nach Pig.2
lot eine Einrichtung zur Bandaufteilung mit vier Zweigen, die
ein 2ingang3frequenzbajidAinitjäer Mittenfreauenz von 86 kHz in
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6AOOBIGtNAL
1816Α80
- 8 Teilbänder von 80 kHz, 84 kHz, 88 kHz und 92 kHz aufspaltet.
Die zwei Resonatoren 4 und der Zweigwandler 7 jedes vom Haupt- ·
wandler ausgehenden Zweiges bilden eine leihe von Stangen ·
prismatischer Gestalt, deren Achsen in einer Ebene parallel zueinander liegen. Der Hauptwandler 1 und der Zweigwandler 7
haben die gleiche Stangengestalt wie die Resonatoren und bestehen aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Auf einer der Oberflächen
ist ein Streifen aus gepoltem ferroelektrischen Keramikstoff angebracht, dessen von der Oberfläche abgewandte Seite mit.·
einer Silberelektrode belegt ist. Das Hauptklemmenpaar ist mit 16, die Zweigklemmenpaare sind mit 17» 18, 19 und 20 bezeichnet. .,
Die verwendeten Biegekoppler 3 und 5 haben verschiedene Durohmesser.
Die Gründe hierfür sind dieselben, die im Zusammenhang mit der Bauform nach Pig.1 erläutert wurden.
Pur die Kopplungskoeffizienten der beiden Biegekopplerarten und
die Abstände und Breiten der Durchlaßbänder gelten daher auch die gleichen Zahlenbeziehungen.
Bei der Bauform nach Pig.1 sind in den Zweigen drei und bei derjenigen nach Pig.2 zwei Resonatoren angeordnet. Wenn eine
größere Prequenzselektivität der Einrichtung zur Bandaufteilung
angestrebt wird, kann diese Zahl erhöht werden. Wie der Pachmann weiß, können die elektromechanischen Wandler der beiden
Bauformen oder einige davon durch zahlreiche längsschwingende, magnetostriktive Wandler ersetzt werden. Auch können die Bauformen teilweise oder ganz aus gepoltem ferroelektrischen Keramikstoff
bestehen, wenn Metallelektrodenpaare einbezogen werden.
Von der Ordnungszahl der Längsschwingungen,· die im Hauptwandler
und in den Zweigwandlern der Einrichtungen nach den Pig.1 und
auftreten, war nicht die Rede. Zunächst wurde angenommen, daß sie in ihrer Grundschwingung· erregt werden. Es ist aber klar, daß
die gleiche Punktion unabhängig von der Ordnungszahl der in den drei Wandlern erzeugten Längs3chvmgungen erreicht werden kann.
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Die Erfindung wurde anhand von ^Ausf ührungsf ormen und Modifikatbnen
davon erläutert. Dem Fachmanne sind im Rahmen der Erfindung aber auch zahlreiche andere Bauformen für mechanische Einrichtungen
zur Bandaufteilung oder Bandbildung mit einer Vielzahl
von Zweigen zugänglich.
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Claims (4)
1. Slektromechanische Einrichtung zur Aufteilung oder
Bildung eines Frequenzbandes, gekennzeichnet durch einen stangenförmigen Hauptwandler (1) zur Umwandlung elektrischer
Eingangssignale in mechanische Längsschwingungen, durch eine
Anzahl an den Hauptwandler angekoppelter Zweige (I, II), die aus einer Reihe eines oder mehrerer in gleichen Abständen
in einer Ebene untereinander und zur Achse des Hauptwandlers parallel angeordneter Längsschwingungsresonatoren (4, 6; S1
11) und eines stängenförmigen Zweigwandlers (7; 12) zur
Rückwandlung der ausgesiebten Längsschwingungen in elektrische
Schwingungen bestehen, durch Biegeschwingungskoppelglieder (3, 8) zur Verbindung des Hauptwandlers mit den ihm
benachbarten Resonatoren (4, 9) in zu seiner Achse senkrechter Richtung und durch Biegeschwingungskoppelglieder (5, 10)
mit geringeren Durchmessern, als die zuerst genannten Koppelglieder sie aufweisen, zur Verbindung benachbarter Resonatoren
und des Zweigwandlers innerhalb der Zweige.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser und damit die Kopplungskoeffizienten der mit
dem Hauptwandler verbundenen Biegeschwingungskoppelglieder (3, 8) nach Maßgabe der gewünschten Teilbandabstände und diejenigen
der in den Zweigen befindlichen Biegeschwingungskoppelglieder (5, 10) nach Maßgabe der gewünschten Teilbandbreiten
gewählt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der mit dem Hauptwandler verbundenen
B'iegeschwingungskoppelglieder (3, 8) ein Mehrfaches der Durchmesser
der in den Zweigen befindlichen Biegeschwingungskoppelglieder betragen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Durchmesser der mit dem Haupt-wandler verbundenen Biegeschwingungskoppelglieder
(3, 8) das Dreifache der Durchmes-
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ser der in den Zweigen befindlichen Biegeschwingungskoppelglieder
"betragen.
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Applications Claiming Priority (1)
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JP8448067 | 1967-12-28 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE (1) | DE1816480A1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS50142141A (de) * | 1974-05-07 | 1975-11-15 | ||
FR2320004A1 (fr) * | 1975-07-31 | 1977-02-25 | Lignes Telegraph Telephon | Filtre mecanique passe-bande pour hautes frequences |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2955267A (en) * | 1958-08-20 | 1960-10-04 | Bell Telephone Labor Inc | Electromechanical torsional band pass wave filter |
US3317858A (en) * | 1963-08-23 | 1967-05-02 | Kokusai Electric Co Ltd | Electromechanical filter of channel separation filter type comprising magnetostriction bar resonators |
-
1968
- 1968-12-21 DE DE19681816480 patent/DE1816480A1/de active Pending
- 1968-12-23 US US786134A patent/US3534297A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3534297A (en) | 1970-10-13 |
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