DE2142332C2

DE2142332C2 - Mechanisches Filter und Verfahren zur Herstellung des Filters

Info

Publication number: DE2142332C2
Application number: DE2142332A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Phys. Dr.rer.nat. Börner; Hans Dr.-Ing. 7900 Ulm Schüßler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-08-24
Filing date: 1971-08-24
Publication date: 1983-07-14
Also published as: SE382726B; IL40139A; IT963927B; GB1394289A; FR2151391A5; US3808563A; JPS4830841A; DE2142332A1; IL40139A0

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter, bestehend aus Resonatoren vom Biegeschwingungstyp und longitudinal schwingenden Koppelelementer. sowie piezoelektrisch wirkenden Wandlerresonatojan am Eingang und am Ausgang.

Mechanische Filter bei einer Frequenz von 50 kHz und einer Bandbreite von 3 kHz sind in letzter Zeit durch den Umstand besonders wichtig geworden, daß ein Trägerfrequenzsystem auf der Basis von Kanalfiltern bei dieser Frequenz zur Einführung vorgesehen ist Damit hat sich bei den mechanischen Filtern eine wirtschaftlich eminent wichtige Situation ergeben. Während bisher vorwiegend technische Qualitäten interessant waren und den Gang der Arbeiten auf diesem Gebiete beherrschten, ist nunmehr in extremer Weise die Technik dieser Filter im Zusammenhang mit ihrer Produktionstechnik und deren weitgehender Automatisierbarkeit zu sehen.

Es wird, gemäß der DE-OS 15 41 975, von einem elektromechanischen Filter ausgegangen, bei welchem mehrere, parallelachsig angeordnete, stabförmig ausgebildete mechanische Biegeresonatoren vorgesehen sind, die nebeneinander in einer Ebene liegen und die über Längsschwingungen ausführende Koppelelemente miteinander verbunden sind und bei welchem die Endresonatoren als piezoelektrisch wirkende, gleichfalls für Biegeschwingungen bemessene Wandlerresonatoren verwirklicht sind und bei welchem die einzelnen Biegeresonatoren auf einer Grundplatte durch auf Torsion beanspruchte Halteelemente befestigt sind, die an den Schwingungsknoten der Resonatoren angreifen. Dabei sind die Biegeresont,toren im wesentlichen auf zweierlei Arten miteinander gekoppelt Bei der ersten Art im folgenden Hauptkopplung genannt, sind alle Resonatoren in Signalflußrichtung mechanisch gekoppelt Bei der zweiten Art im folgenden Zusatzkopplung genannt sind lediglich einige Resonatoren in vielfältiger Weise mechanisch gekoppelt Ein Nachteil des bekannten Filters besteht darin, daß die Hauptkopplung, gemäß Fig. 2, lediglich aus einem einzigen Koppeldraht 3 besteht der longitudinal schwingt und die Resonatoren 2 in deren Mitte miteinander koppelt Ein derartiges Filter ist aufgrund von theoretischen Berechnungen schwer herstellbar, insbesondere bei einer Serienfertigung, denn herstellungsbedingte Toleranzen, z. B. Abweichungen des Koppelpunktes von der Mitte des Resonators, können bereits zu einem unbrauchbaren Filter führen.

Aus der DE-AS 11 00 83v ist weiterhin ein elektrome

chanisches Filter bekannt, bei dem die zu Biegeschwingungen erregten Resonatoren durch longitudinal schwingende Koppeldrähte oder -streifen miteinander gekoppelt sind, die zugleich der Halterung der Resonatoren dienen. Dazu sind Koppeldrähte an den Enden der Resonatoren befestigt, wodurch eine größere mechanische Stabilität entsteht

Aus der DE-OS 20 01337 ist bekannt einen Biegeschwinger, insbesondere einen Biegequarz, durch ίο gebogene Bänder, die einen rechteckförmigen Querschnitt besitzen und Torsionsstücke aufweisen, an einem Träger zu befestigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Erreichung von gewissen Mindestanforderungen an die Filter deren Konzept so zu fassen, daß eine extreme Rationalisierung der Fertigung erreicht wird. Schwierige Fertigungsgänge sind zu eliminieren, notfalls unter Außerachtlassung höherer Qualität wenn diese die Mindestanforderungen an die Filtertoleranzen zu weit übertreffen würde.

Es hat sich gezeigt daß es eine Reihr ,on bisher nicht bekannten Praktiken und Konstruktionen cnbt die eine Vereinfachung der Fertigung und sogar noch eine Verbesserung der Qualität in einiger Hinsicht erlauben. Dadurch ist es möglich, an anderen Stellen im Filtergesamtkonzept mit den Qualitätsanforderungen nachzulassen.

Die Erfindung besteht daher in der Kombination der folgenden Merkmale, die den Filtergesamtentwurf in der gewünschten Weise optimiert:

a) die Anwendung von Koppeldrähten (3) als der Hauptkopplung dienende Koppelelemente, welche aufeinanderfolgende Resonatoren (1, Γ, 2) an den Enden ihrer Mantelflächen, vorzugsweise an ihren Stirnflächen miteinander verbinden,

b) die Anwendung von Halteelementen für die einzelnen Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1, 1'), die als dünne Blechstreifen (4) ausgebildet sind

mit (-2Γ Maßgabe, daß die Hauptflächen der die Hülteelemente verwirklichenden dünnen Blechstreifen senkrecht zu den Längsachsen der Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1, Γ) verlaufen und daß die Abmessungen von Dicke und Länge dieser Blechstreifen sich aus der Gleichung

-J₇ - ·. |/_T a

ergeben, dabei ist

d Dicke des Blechstreifens in cm / Länge des Blechstreifens in cm Wo Mittenkreisfrequenz des Filter-Durchlaß-

Sperrbereiches

ρ Dichte des Werkstoffes des Blechstreifens E Elastizitätsmodul des Werkstoffes des Blechstrei fens

= 0,62 für λ/4-artiges Verhalten

= 0,115 für 3A/4-artiges Verhalten

- 0,046 für 5A/4-artiges Verhalten.

F i g. 1 zeigt das Gesamtkonzept des Filters, und es soll anhand dieser Figur der wirtschaftlich-technische Vorteil der Erfindung erläutert werden. Jedes elektromechanische Filter besteht aus elektromechanischen

Wandlern und einer mechanischen Filterstruktur, die rein mechanische Wellen überträgt (Übertragungsbereich) oder reflektiert (Sperrbereich). Um das zu erreichen, sind zwischen dem Eingangsresonator 1 und dem Ausgangsresonator Γ noch eine Reihe anderer Resonatoren 2, die im allgemeinen aus einer speziellen Metallegierung bestehen, angeordnet. Alle Resonatoren sind entweder der Reihe nach mit Koppelelementen 3, z. B. dünnen Drähten, verbunden, die der Hauptkopplung dienen, oder es werden, bei einer Zusatzkopplung, zusätzlich noch nichtbenachbarte Resonatoren (1, Γ, 2) in durchaus vielfältiger Weise miteinander verkoppelt. Im ersten Fall zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild die Eigenschaften eines Polynomfilters. Bei beliebigen Kopplungen kann man Dämpfungspole bei reellen und komplexen Frequenzen erzeugen. Hierbei spielt noch eine Rolle, wie lang die Koppeldrähte, bezogen auf die Wellenlänge der übertragenen Schwingung, sind. Eine ganz entscheidende Rolle spielt die mechanische Hajtprnno 4; 4' d?r Resonatoren. Folgende Gesichtspunkte sind dabei mit durchaus gleichem Gewicht von Bedeutung:

a) Die Halterung muß möglichst vollständig vom Gehäuse entkoppeln

b) Die Halterung muß stabil sein

c) Die Halterung muß billig sein

d) Resonatoren dürfen nicht oder nur reproduzierbar verstimmt werden

e) Die Resonatoren dürfen durch die Halteelemente keine zusätzlichen ResonanzsteHen (Nebenwellen) erhalten, vorhandene unerwünschte Resonanzen sollen im Gegenteil geschwächt oder in nichtstörende Frequenzgebiete verlagert werden.

Dem Gehäuse 6 kommt ebenfalls Bedeutung zu, auch wegen der Nebenwellen, besonders dann, wenn im Filter Biegeresonatoren verwendet werden, deren Schallabstrahlung gerade im Bereich von 5OkHz nicht vernachlässigbar ist. Im allgemeinen kann man sich hier aber auf bewährte Konstruktionen verlassen.

Damit kommt man zu den Problemen, die im Zusammenhang mit einem Filter bei einer Frequenz von etwa 50 kHz besonders berücksichtigt werden müssen. Da die Abmessungen von den bekannten Longitudinal- und Torsionsresonatoren zu groß werden (Längen 50 mm oder 28 mm) kommen nur Biegeschwinger in Betracht. Gemäß der DE-OS 1541 975 ist bekannt, diese Resonatoren mit einem einzigen Draht (Fig. 2), der longitudinal schwingt und der Hauptkopplung dient, zu verkoppeln. An dieser Stelle setzt nun eine zweifache Kritik an, die zi· einem ersten Teilaspekt der hier dargelegten Erfindung führt Da die λ/4-Länge der Longitudinalschwingung im Koppeldraht bei einer Frequenz von 50 kHz bei 25 mm liegt, muß man, um Baulänge zu sparen mit einer Koppellänge <2525 mm arbeiten, praktisch etwa mit einer Länge von 5 mm.

Wenn man nun bei einem solchen Filter berechnet, wie groß der Einfluß des Temperaturkoeffizienten der longitudinalen Schallgeschwindigkeit auf die Lage der Filterflanken ist, so stellt man fest, daß man als Koppeldraht für diesen Zweck nur spezielle Nickel-Eisenlegierung (z. B. die unter den Warenzeichennamen Ni-Span-C und Thermelast bekannten Nickel-Eisenlegierungen) nach Ausführung einer speziellen Wärmebehandlung verwenden kann. Hätte man die λ/4-Kopplung verwendet wäre man ohne diese Speziallegierungen ausgekommen. Für die Praxis der Anwendung bedeutet das nun über die Wärmebehandlung hinaus, die man gut beherrschen kann, daß man von dieser Legierung Drähte mit sehr geringen Durchmessertoleranzen herstellen muß (etwa ± 1 μ in der Charge). Das gelingt ί aber verglichen mit Drähten aus einer Nickel-Eisen-Molybdän-Legierung, die man in der Röhrentechnik als Α-Draht bezeichnet und die bei λ/4-Kopplung sich hervorragend bewährt hat, nicht mit einer für die Fertigung ausreichenden Gleichmäßigkeit. Ein Merkin mal der Erfindung ist es deshalb, 2 Koppeldrähte zu verwenden, wobei diese beiden Drähte aus den vorhandenen verschiedenen Ziehchargen so zusammengestellt sind, daß 'lie Summe der Querschnitte beider Drähte dem für die Größe der genau einzuhaltenden ι"' Gesamtkopplung verantwortlichen Gesamt-Koppeldrahtquerschnitt entsprechen.

Zu diesem einen Merkmal tritt ein weiteres hinzu: Bei der Verwendung nur eines Drahtes zur Kopplung erscheint es zunächst durchaus vorteilhaft, diesen in der

~>i\ KAltto /-lof Ri0(TArAcnn>ilAi-on /C ι er 0\ αη7ΐιΚπηπΑΠ

Betrachtet man aber die Wirksamkeit einer solchen Kopplung, so stellt man fest, daß man zur Erzielung einer bestimmten Bandbreite in der Mitte der

Resonatoren einen um den Faktor =2,7 größeren

2) O.J /

Koppeldrahtquerschnitt benötigt (F ig. 3), wie man auch aus einer Veröffentlichung in der Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung« (A. E. Ü.) Band 16, Heft 7, Seiten ?55 bis 358 (Juli 1962) entnehmen kann.

jo Erfahrungsgemäß liegt nun bei einem Kanalfilter bei einer Frequenz von 50 kHz bei Verwendung eines einzigen Drahtes in. der Mitte (h — h) der Resonatoren der Durchmesser des Koppeldrahtes bei etwa 0,45 mm. Verwendet man nun statt dessen 2 Drähte an den beiden Enden des Resonators, so ergibt sich für diese Drähte jeweils ein Durchmesser von

0,45

VT VTJ

mm = 0,19 mm.

Diese Verringerung des Durchmessers ist nun in anderer Hinsicht sehr entscheidend.

In Fig.4 ist aufgezeichnet, wie stark sich die Frequenzen der oberen und unteren Bandkante (7Ό, Q und die Bandmittenfrequenz /Jw verschieben, wenn die Länge der Koppelleitung /* von A/4 abweicht. Die Frequenzen sind auf die Vorabgleichfrequenz (r der Resonatoren normiert, die die Resonatoren vor dem Anschweißen der Koppeldrähte besitzen. K ist die Kopplung der Resonatoren. Man kann nun unmittelbar aus der starken Steigung der Kurven für f_o und /Jw bei IkKAIA sehen, daß die Einhaltung einer gc auen Koppellänge sehr kritisch ist. Für ein 50 kHz Kanalfilter

bei Ik = 5 mm (—r-) errechnet man aus den zulässigen

Toleranzen für das Filter eine Genauigkeit für die Länge Ik in der Fertigung von ALk = ±4 μ.

Entsprechend genau muß die Lage des Schweißpunktes beim Anschweißen des Koppeldrahtes an den Biegeresonator sein.

Man sieht hier sofort den Vorteil der Verwendung von zwei Koppeldrähten des Durchmessers von 190 μ an Stelle von einem Draht mit einem Durchmesser von 450 μ. Grundsätzlich kann ein Draht von 190 μ nämlich

tn viel genauer geschweißt werden als ein solcher von 450 μ. Zu diesem Vorteil gesellt sich nun noch ein weiterer, wenn man die vorgeschlagenen 2 Koppeldrähte auf die beiden Stirnflächen der Resonatoren

aufschweißt. Bezüglich der Stärke der Verkopplung, die ein Koppeldraht zwischen 2 Resonatoren bewirkt, ist zwar die Länge des Koppeldrahtes und seine Stärke von ausschlaggebender Wirkung, nicht aber die genaue Lage auf der Stirn!lache. Bei der Verwendung nur eines Drahtes, der in der Mitte des Resonators angreift, geht nach F i g. 3 auch die genaue Lage dieser Stelle ein (bei h « A). Der Wert K - K_mtx wird also bei der erfindrf^gsgemäßen Anordnung über die gesamte Stirnfläche mit Sicherheit erreicht. Das hat dann für die Fertigung von Filtern wieder eine entscheidende Bedeutung. Ein Filter nach F i g. I wild man so herstellen, daß man zunächst alle Teile nach F i g. 1 mit Ausnahme der Koppeldrähtc 3, miteinander verbindet, beispielsweise durch elektrisches Punktschweißen, Löten oder Kleben. Anschließend folgt der genaue Frequenzabgleich an den Einzelresonatoren 2 und den Wandlerresonatoren 1 und Γ. Die Schweißlehre, in der die Resonatoren 2 und Wandlerresonatoren t und 1' mit

einer bereits veröffentlichten Untersuchung (Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung« (A. E. Ü.) Band 15, Heft 4, Seiten 175 bis 180 (April 1961), dort die GIn. (ia)und (2Oa^l kann man beispielsweise bei vorgegebener Länge / die Größe d bei λ/4-artiger Kopplung bestimmen. Es gilt

keinen extremen Genauigkeitsanforderungen zu genügen. Eine Abstandstoleranz von etwa ±0,1 mm der Justierung der Teile zueinander ist bei der erfindungsgemäßen Art von Filtern ausreichend. Der ganz entscheidende Prozeß des Anschweißens der Koppeldrähte mit vorgeschriebener Länge /κ + 4 μ kann dann hochpräzise z. B. über Endmaße gesteuert durchgeführt werden. Dabei hat man aber nicht gleichzeitig mehr auf die genaue Lage des Schweißpunktes auf dem Resonator zu achten.

Nachdem so die Bedeutung der Anordnung der Resonatoren und Koppeldrähte in Fig. 1 deutlich ist, kommt als weiterer Punkt, der dieser Anordnung erst zum praktischen Erfolg verhilft, die Halterung der Resonatoren 2 und Wandlerresonatoren 1 und Γ hinzu.

Auch hier liegt die Schwierigkeit wieder darin, kurze Halteelemente zu erzielen. Grundsätzlich breiten sich nämlich entlang der Halteelemente immer Ultraschallschwingungen aus. Je nachdem, ob diese sich ausbreitende Energie nun reflektiert oder absorbiert wird, werden die gehalterten Resonatoren verstimmt oder gedämpft. Die Größe dieser Effekte kann vermindert, werden, indem man bei möglichst einem zur Halterung gerade noch ausreichenden Querschnitt der Halteelemente die Verkopplung der Resonatoren mit dem Gehäuse dadurch verringert, daß man die akustisch wirksame Länge dieser Halteelemente etwa λ/4-lang macht. Das ist nun in einer Anordnung wie sie etwa in der DE-OS 1922 550 dargestellt ist (4, in Fig. 1 und Fig. 2) nur möglich, wenn die Länge der Haltestifte etwa 14 mm beträgt. Dann wären die in den Stiften übertragenen Torsionsschwingungen optimal vom Gehäuse entkoppelt.

In der erfindungsgemäßen Auslegung des Filters nach F i g. 1 wird daher ein neuartiger Weg gegangen, der mit Hilfe von F i g. 1 erläutert wird. Das Halteelement 4, 4' in F i g. 1 besteht sehr wesentlich aus dem in F i g. 5 vergrößert herausgezeichneten eigentlichen Halteelement, einem dünnen Blechstreifen 4 der Länge /, der Breite b und der Dicke d Dieses Element wird durch die Biegeschwingungen in der Ebene der Resonatoren ausführenden Resonatoren auf Torsion beansprucht. Denkt man sich dieses Halteelement entlang der in Fig.5 gestrichelten Linien aufgetrennt in parallele Stücke, so führen die einzelnen Teilstege Biegeschwingungen aus. Am Mechanismus, dieser Schwingungen ändert sich in erster Näherung (bei kleiner Amplitude) nichts, wenn man die Auftrennung unterläßt Mit Hilfe

I P · q 2 2,365

τπ^{ω =} —r

Dabei ist

,. = Ä ~ 5 . io⁵cm/sec,
ι > ρ

die Schallgeschwindigkeit für longitudinale Wellen (E = Elastizitätsmodul,/; - Dichte),

;„,!„„U in (J₁₁ = Mittenfrequenz des Filter-Durchlaß- oder Sperrbereiches und

A. - ₌

Ab ■ (I

Ti"-*

12

d² '

wobei /das Flächenträgheitsmoment eines Querschnittsjo elements nach F i g. 5 mit der Breite Ab und der Tiefe d um eine Achse in Richtung der Δ Wangen Kante ist. Man sieht, daß die Größe b, bzw. Ab aus den Berechnungen der λ/4-Länge herausfällt, und das begründet nochmals die Annahme, daß ein Halteelement nach Fig. 5 in der r> durch die gestrichelten Linien angedeuteten Weise in Segmente separiert werden kann. Aus obigen Gleichungen folgt mithin:

_4n -^- = (W₀ \'-jr ■ 0,62 bei Λ/4-artiger Kopplung

ι ι tL

(rf./in cm) (2)

wählt man / = 0,3 cm, so folgt also bei einer Frequenz

/„ = -^- = 50 kHz =^> d = 0,035 cm.

In völlig analoger Weise ergeben sich die entsprechenden Formeln für die Verhältnisse z. B bei — und — -artiger Kopplung, d. h. also

— = <y₀ I/ "0,115 bei artiger Kopplung

und

I¹

= 6>₀ \/-jr " 0,046 bei — -artiger Kopplung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Halteelementes 4, 4' ist in Fig. 6 dargestellt. Das Halteelement besteht zumindest in seinem auf Torsion beanspruchten Bereich aus einem Rahmen, der etwa folgende Innenmaße aufweist:

ft' = i £' bis i L'.

Durch diese Ausbildung des Halteelementes kann eine noch bessere Entkopplung zwischen den Resonatoren bzw. Wandlerresonatoren und dem Gehäuse erzielt werden.

Ein rechtwinklig abgebogener Ansatz 4' dient dabei zur Befestigung der Resonatoren 1, Γ, 2. Ein weiterer, ebenfalls abgebogener Ansatz 4" dient der Befestigung des Halteelementes an dem Gehäuse.

Die Breite b paßt man der der Resonatoren 2 oder der der Wandlerresonatoren 1, Γ an. Praktisch ergibt sich eine Breite b von ungefähr 2 mm. Damit kann dann neben der optimalen Entkopplung auch für eine gehörige Stabilität des gesamten Aufbaues gesorgt werden.

Vorteilhafterweise wird man dieA/4-iangen Haiteeiemente nach F i g. 5 oder 6 entsprechend dem Konstruktionsprinzip des Filters und der Anordnung der Resonatoren so aus einem gemeinsamen Blechstück 10 herausarbeiten, z. B. durch Stanzen und Biegen, daß daraus ein einheitlicher Körper nach Fig. 7 entsteht. Dadurch ergibt sich schon während der ersten Fertigungsstufen eine gute Stabilität.

Diese Stabilität ist besonders wichtig, da nach dem Zusammenbau der Teile von Fig. 1, oder vor dem Anschweißen der Koppeldrähte 3 die Resonatoren 2 und die Wandlerresonatoren 1 und Γ abgeglichen werden müssen. Zuvor haben sie entweder durch präzise Herstellung oder durch einen ersten Vorabgleich vor dem Verschweißen mit der Halterung 4, 4' schon eine annähernd stimmende Frequenzlage. Jedoch ist der erste Anschweißprozeß so mit Streuungen behaftet, daß ein Nachabgleich auf wenige Hertz an dieser Stelle im allgemeinen nötig ist. Auch ergeben sich durch die beim elektrischen Schweißen entstehenden Magnetfelder Beeinflussungen der Eigenfrequenz, die ebenfalls durch einen Entmagnetisierungsprozeß beseitigt werden müssen.

Der eigentliche Abgleichprozeß kann durch Schleifen mit einer feinen hochtourigen Schleifscheibe vorgenommen werden. Am besten schleift man am Ende der Resonatoren und erhöht auf diese Weise die Frequenz. Dabei bleibt nämlich der charakteristische Widerstand Z der Resonatoren erhalten und damit auch die Stärke der Kopplung zu den benachbarten Resonatoren bei vorgegebenem Querschnitt der Koppelleitungen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß man die Kopplung zwischen den Resonatoren nach den Erfordernissen der Filtertheorie einstellen muß; im allgemeinen nimmt die Kopplung zwischen den äußeren Resonator-Paaren zu den inneren hin um den Faktor 2 oder mehr ab. Bei konstantem Abstand I_K zwischen den Resonatoren und bei konstantem Querschnitt der Koppelleitungen 3 kann man das nur über eine Variation des Querschnittes der Resonatoren erreichen.

Viel praktischer ist es jedoch, durch leichte Variation der Längen Ik zwischen den Resonatoren die Kopplung einzustellen. Die Abgleichfrequenzen der Resonatoren 2 untereinander und die Wandlerresonatoren 1 und Γ sind dann auch etwas unterschiedlich. Im allgemeinen ist der dadurch bedingte Längenunterschied so gering (einige ¹Ao mm), daß der Zusammenschweißprozeß insbesondere be..η Ansel' · eibcii der Koppeldrähte, davon nicht Notiz zu nehmen braucht. Nur bei den Wandlerresonatoren 1 und Γ kann der Fall eintreten. daß sie merklich kürzer werden, da durch di.^a aufgebrachte Wandlerkeramik 8. die der Erregung und der Abnahme der mechanischen Schwingungen dient, die Eigenfrequenz bei gleicher Länge wie die normaler Resonatoren, stark erniedrigt wird. Man muß dann zum Ausgleich die Metallteile des Wandlers bis zu etwa 2 mm kürzen.

Um hier Schwierigkeiten mit der geraden Drahtführung für die Koppeldrähte zu vermeiden, kann vorteilhaft ein Wandlerresonator wie in F i g. 8 verwendet werden. Durch Ansätze 9 wird dort erreicht, daß die Gesamtlänge der Wandlerresonatoren 1 und 1' etwa gleich der der Resonatoren 2 ist. Die Form dieser Ansätze ist nahezu beliebig. Praktisch führt man den metallischen Teil der Wandlerresonatoren 1 und 1' z. B. als Drehteil aus, einschließlich der Ansätze 9, jedoch können diese Ansätze auch aufgeschweißt werden. Von Vorteil ist hierbei, daß die aufgeschweißten Ansätze nicht unbedingt aus temperaturkompensiertem Material sein müssen.

Die Länge der Wandlerresonatoren kann jedoch auch gleich derjenigen der Resonatoren gewählt werden, wenn zugleich der Durchmesser der Wandlerresonatoren erhöht wird. Bei entsprechender Wahl von Länge und Durchmesser bleibt die BiegeeigenfreQ Jenz erhalten, allerdings muß der Abstand der Wandlerresonatoren zu den benachbarten Resonatoren wegen abnehmender Kopplung verringert werden.

Die Anpassung der Länge kann weiterhin durch eine leichte Krümmung der auf den Endflächen befestigten Koppeldrähte erfolgen (Fig.9) oder auch durch eine Veränderung der Längen sowohl der Wandlerresonatoren als auch der Resonatoren, wodurch das Filter etwa entsprechend F i g. 10 aufgebaut ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

I. Elektromechantsches Riter, bei welchem mehrere, parallelachsig angeordnete, stabförmig ausgebildete mechanische Biegeresonatoren vorgesehen sind, die nebeneinander in einer Ebene liegen und die Ober Längsscbwingungen ausführende Koppelelemente miteinander verbunden sind und bei welchem die Endresonatoren als piezoelektrisch wirkende, gleichfalls für Biegeschwingungen bemessene Wandlerresonatoren verwirklicht sind und bei welchem die einzelnen Biegeresonatoren auf einer Grundplatte durch auf Torsion beanspruchte is Halteclemente befestigt sind, die an den Schwingungsknoten der Resonatoren angreifen, gekennzeichnet durch

a) die Anwendung von Koppeldrähten (3) als der Hai£>ikopplung dienende Koppelelemente, welche aufeinanderfolgende Resonatoren (1. Γ.

2) an den Enden ihrer Mantelflächen, vorzugsweise an ihren Stirnflächen, miteinander verbinden, «

b) die Anwendung von Halteelementen für die einzelnen Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1, 1'), die als dünne Blechstreifen (4) ausgebildet sind

30

mit der Maßgabe, daß die Hauptflächen der die Halteelemente verwirklichenden dünnen Blechstreifen senkrecnt zu den Längsachsen der Resonatoren (2) und Wondlerresot.atoren-_tl, 1') verlaufen und daß die Abmessungen vo.i Dicke und Länge dieser J5 Blechstreifen sich aus der Glek .lung

U)₀

\^/jL V E

ergeben, dabei ist

40

d Dicke des Blechstreifens in cm / Länge des Blechstreifens in cm

ωο Mittenkreisfrequenz des Filter-Durchlaß- oder Sperrbereiches

g Dichte des Werkstoffes des Blechstreifens,

E Elastizitätsmodul des Werkstoffes des Blechstreifens,

a = 0,62 für λ/4-artiges Verhalten « = 0,115 für 3A/4-artiges Verhalten « = 0,046 für 5A/4-artiges Verhalten.

2. Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Filter-Schwingsystem mit zwei Koppeldrähten (3) für die Verwirklichung der Hauptkopplung, die aus den zur Verfügung stehenden verschiedenen Drahtziehchargen von gleichem Nennwert ihres Querschnittes so zusammengestellt sind, daß die Summe der Querschnitte beider Drähte (3) den Betrag genau ergibt, der rechnerisch für die Realisierung der Hauptkopplung ermittelt worden ist.

3. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von ^ Dämpfungspolen bei reellen oder komplexen Frequenzen dünne Koppeldrähte an diskreten Punkten der Oberfläche der Resonatoren (2) und/oder der Wandlerresonatoren (t, t') aufgebracht sind, durch die nichtbenachbarte Resonatoren miteinander verkoppelt werden,

4. Elektromechanisches Riter nach einem der Ansprüche \ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstreifen (4) zumindest in ihrem auf Torsion beanspruchten Bereich in Form eines Rahmens ausgebildet sind,

5. Elektromechanisches Riter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der vom Rahmen umschlossenen öffnung annähernd gleich der Länge eines Blechstreifens (4) und die Breite der öffnung etwa '/3 bis '/a der Länge des Blechstreifen (4) ist

6. Elektromechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Stirnflächen der Wandlerresonatoren (1, Γ) und Resonatoren (2) befestigten Koppeldrähte (3) zur Anpassung an unterschiedliche Längen der Wandlerresonatoren (I₁ Γ) und Resonatoren (2) eine geringe Biegung aufweisen.

7. Elektromechanisches Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Stirnflächen der Wandlerresonatoren (1, 1') und Resonatoren (2) befestigten Koppeldrähte (3) gerade verlaufen und die Wandlerresonatoren (1, 1') und Resonatoren (2) bei Einhaltung gleicher Resonanzfrequenz in ihrer Länge einander angepaßt sind.

8. Elektomechanisches Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Wandlerresonatoren (1, Γ) mit Ansätzen (9) versehen sind, deren Querschnitt kleiner als derjenige der Wandlerresonatoren (1, Γ) ist, und deren Länge so bemessen ist, daß die Gesamtlänge der Wandlerresonatoren (1, Γ) gleich jener der Resonatoren (2) ist

9. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeldrähte etwa parallel zueinander und r'wa rechtwinkelig zu den Längsachsen der Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1,1') angeordnet sind.

10. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Wandlerresonatoren (1, Γ) größer als die der Resonatoren (2) sind.

11. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zuge des Filters hintereinanderliegenden Wandlerresonatoren (1,1') und Resonatoren (2) zunehmende Längen und Durchmesser aufweisen.

12. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Filters nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis II, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinabgleidi der Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1, Γ) nach dem Zusammenschweißen mit der Halterung und/oder vor dem Anschweißen der Koppeldrähte (3) durch mechanischen Materialabtrag erfolgt.

13. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Filters nach Anspnich 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Halterung dienenden dünnen Blechstreifen (4) aus der Randzone eines gemeinsamen Blechstückes (10) herausgearbeitet werden.

)4. Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Filters nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Randzone stehenblei-

bonden dünnen Blechstreifen (4) durch Stanzen oder Herausätzeader dazwischenliegenden Bereiche und nachfolgendes Biegen der Blechstreifen herausgearbeitet werden,

15, Verfahren zur Herstellung eines elektromechanischen Filters nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung der Resonatoren (2) und Wandlerresonatoren (1, 1') auf den Blechstreifen (4) durch elektrisches Punktschweißen, Löten oder Kleben erfolgt

16. Elektromechanisches Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung des Filters als Kanalfilter in einem Trägerfrequenzsystem.