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Mechanisches Frequenzfilter
Es sind mechanische Hochfrequenzfilter ver- schiedener Formen bekannt, die aus in Longitudi- nal-, Torsions- oder Plattenschwingungen angereg- ten zylindrischen oder plattenförmigen Resonanz- körpern bestehen, welche über zylindrische oder drahtförmige Kopplungselemente miteinander ge- koppelt sind (Proc. I. RJ. Januar 1957, Seiten 5 bis 16). Es hat sich gezeigt, dass derartige Filter ausser dem gewollten Durchlassfrequenzband häu- fig noch eine Reihe von Nebenwellen aufweisen, die u. U. sehr nahe bei dem Durchlassfrequenzbe- reich liegen und deren Ursachen noch nicht völlig geklärt sind. Vermutlich beruht das Auftreten sol- cher Nebenwellen auf der Anregung anderer als der gewollten Schwingungsformen.
Es hat sich gezeigt, dass die Unterdrückung von
Nebenwellen bei derartigen Frequenzfiltem dadurch bewirkt werden kann, dass innerhalb des Filters der Schwingungsmodus der einzelnen Koppelele- mente gewechselt wird. Gemäss der Erfindung wer- den daher bei einem mechanischen Frequenzfilter, bestehend aus mehreren, alle im gleichen Schwin- gungsmodus erregten Resonanzkörpern, die über leitungsartige mechanische Koppelelemente miteinr ander gekoppelt sind, mindestens zwei verschiede- nen Arten von Kopplungselementen verwendet, die sich durch ihren Schwingungsmodus unterscheiden.
Die Fig. I, 2,3, 4 und 5 zeigen Beispiele für einige Arten von Kopplungen, die zwischen ein- zelnen Resonanzkörpern, die im gleichen Schwin- gungsmodus erregt sind, möglich. sind. Dabei sind bei den verschiedenen Elementen die Schwingung- formen durch Buchstaben angedeutet, und zwar für die Resonanzelemente durch grosse Buchstaben, für die Koppelelemente durch kleine Buchstaben.
T bzw. t bedeutet Erregung in Torsionsschwingun- gen, L bzw. I in Longitudinal-und B bzw. b in
Biegeschwingungen.
Fig. 6,7, 8,9, 10, 11 und 12 zeigen Ausführungsbeispiele für die Erfindung teilweise in rein schematischer Darstellung.
Fig. l zeigt zwei zylindrische Resonanzkörper. 1, die durch einen auf gleicher Achse liegenden Kopplungszylinder 2 geringeren Querschnitts miteinander gekoppelt sind. Ein solches, an sich bekanntes Gebilde kann sowohl in Torsionsschwingungen als auch in Longitudinalschwingungen erregt werden, wie für die ausgezogenen Pfeile einerseits und die gestrichelten Pfeile anderseits angedeutet ist. Unterhalb der Zeichnung ist durch T angedeutet, dass die beiden Resonanzkörper 1 in Torsionsschwin- gungen erregt sind und durch t, dass in diesem Falle auch das Koppelelement 2 Torsionsschwingungen ausführt.
Oberhalb der Zeichnung ist durch L an- gedeutet, dass die Schwingkörper 1 auch in Longi- tudinalschwingungen erregt sein können und durch
1, dass in diesem Falle auch das Koppelelement 2 longitudinal erregt wird. Fig. 2 zeigt die Kopp- lung zweier in Torsionsschwingungen T erregter
Resonanzkörper 1, die mittels Kopplungsdrähten 3 gekoppelt sind, die Longitudinalschwingungen I übertragen. Entsprechend ist die Kopplungsart un- terhalb der Zeichnung mit T, 1, T bezeichnet.
Fig. 3 zeigt die Kopplung zweier in Torsionsschwingungen erregter Resonanzkörper durch Bie- geschwingungen. Hiezu sind zwischen den beiden auf gleicher Achse angeordneten Resonanzkörpern
1 Drähte 4 befestigt, wobei auch jede andere An- zahl von Kopplungsdrähten möglich ist. Dieser Fall ist mit T, b, T zu bezeichnen. Fig. 4 zeigt in glei- cher Bezeichnungsweise eine Kopplung L, t, L, wobei als Resonanzkörper Zylinder 11 geringen Querschnitts dienen, die in Longitudinalschwingungen erregt sind, und als Kopplungselement ein Zylinder 12 grossen Querschnitts, der in Torsionsschwingungen erregt ist. Fig. 5 zeigt den Fall L, b, L, bei dem die Zylinder 1 in Longitudinalschwingungen erregt sind und durch ein draht-oder bandförmiges Koppelelement 14, welches in Biegeschwingungen erregt ist, gekoppelt sind.
Bei allen diesen bekannten oder anderweitig vorgeschlagenen Kopplungsarten haben die Resonanzelemente vorzugsweise die Länge)../2 für die der Durchlassfrequenz entsprechende mechanische Wellenlänge in dem Material des Schwingkörpers, während die Kopplungse1emente vorzugsweise die Länge /4 besitzen.
Während die bekannten Filter bisher stets so aufgebaut waren, dass durch das ganze Filter hindurch sowohl für die Kopplungselemente als auch für die Resonanzkörper jeweils der gleiche Schwingungsmodus verwendet wurde, wird bei der Erfindung - wie erwähnt - der
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Schwingungsmodus der Kopplungselemente im Zuge des Filters gewechselt, um in den einzelnen Resonanzkörpern auftretende Nebenwellen, für welche die unterschiedlichen Kopplungselemente verschiedene Übertragungseigenschaften besitzen, an ihrer Fortpflanzung durch das ganze Filter hindurch zu verhindern.
Fig. 6 zeigt als Beispiel die Ausführung eines Filters, bei dem zwischen der Kopplungsart gemäss Fig. l und der Kopplungsart gemäss Fig. 2 abgewechselt wird. Das Filter besteht aus vier Gruppen
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einen koaxialen Zylinder 2 gekoppelt sind. Die ein- zelnen Gruppen sind durch Kopplungselemente 3 gemäss Fig. 2 miteinander gekoppelt. Zur Ein- und
Auskopplung der Hochfrequenzenergie dienen über longitudinal schwingende Koppeldrähte 5 angekop- pelte elektromechanische Energiewandler 6, die z. B. aus vormagnetisierten, magnetostriktiven Fer- ritschwingern bestehen können, welche ihrerseits durch Koppelspulen 7 erregt werden. Die einzelnen
Gruppen von Resonanzkörpern sind zwischen zwei festen Platten 8 grosser Masse eingespannt. Dabei liegt zwischen dem Einspannpunkt und dem Reso- nanzkörper jeweils ein Koppelelement 2 von z. B.
) J4 Länge.
Eine Abwandlung der an Hand der Fig. 6 be- schriebenen Anordnung zeigt Fig. 7, bei der die einzelnen Gruppen zwischen den beiden Platten 8 grosser Masse durch eine Spitzenlagerung 9 gehal- ten werden. Im übrigen entspricht die Anordnung der in Fig. 6 dargestellten und braucht nicht noch- mals beschrieben zu werden.
In den Abbildungen 8-12 sind rein schematisch weitere Möglichkeiten zum Aufbau von Filtern mit gemischter Kopplung gemäss der Erfindung dargestellt, wobei-wie. in den Fig. l bis 5 - durch
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Biegeschwingungen)Schwingungsmodus der Koppelelemente entsprechend bezeichnet ist. Fig. 8 zeigt z. B. den Fall T, t, T, b, T, also bei den Koppelekmenten einen Wechsel zwischen Torsions- und Biegekopplung.
Fig, 9 zeigt den Fall T, t, T, T-und Fig. 10 den Fall L, 1, L, b, L. Fig. 11 zeigt den Fall L, t, L, 1, L und Fig. 12 den Fall T, 1, T, b, T. In dieser
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gleichartigschwingenden Resonanzkörpern finden.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Mechanisches Frequenzfilter, bestehend aus mehreren, alle im gleichen Schwingungsmodus erregten Resonanzkörpern, die über leitungsartige mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet,, dass mindestens zwei verschiedene Arten von Kopplungselementen verwendet sind, die sich durch ihren Schwingung modus unterscheiden.
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Mechanical frequency filter
Mechanical high-frequency filters of various forms are known which consist of cylindrical or plate-shaped resonance bodies excited in longitudinal, torsional or plate vibrations, which are coupled to one another via cylindrical or wire-shaped coupling elements (Proc. I. RJ January 1957, pages 5 to 16). It has been shown that such filters, in addition to the desired pass frequency band, often also have a number of spurious waves, which u. U. are very close to the pass frequency range and their causes have not yet been fully clarified. The occurrence of such secondary waves is presumably based on the excitation of other than the intended oscillation forms.
It has been shown that the suppression of
In the case of frequency filters of this type, secondary waves can be caused by changing the vibration mode of the individual coupling elements within the filter. According to the invention, therefore, at least two different types of coupling elements are used in a mechanical frequency filter consisting of several resonance bodies all excited in the same oscillation mode, which are coupled to one another via line-like mechanical coupling elements distinguish.
FIGS. 1, 2, 3, 4 and 5 show examples of some types of couplings that are possible between individual resonance bodies which are excited in the same mode of oscillation. are. The forms of vibration of the various elements are indicated by letters, namely by capital letters for the resonance elements and small letters for the coupling elements.
T or t means excitation in torsional vibrations, L or I in longitudinal and B or b in
Bending vibrations.
6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12 show exemplary embodiments of the invention, partly in a purely schematic representation.
Fig. 1 shows two cylindrical sound boxes. 1, which are coupled to one another by a coupling cylinder 2 with a smaller cross section lying on the same axis. Such a structure known per se can be excited both in torsional vibrations and in longitudinal vibrations, as is indicated for the solid arrows on the one hand and the dashed arrows on the other. Below the drawing, it is indicated by T that the two resonance bodies 1 are excited in torsional oscillations and by t that in this case the coupling element 2 also executes torsional oscillations.
Above the drawing, L indicates that the vibrating bodies 1 can also be excited in longitudinal vibrations and through
1 that in this case the coupling element 2 is also excited longitudinally. 2 shows the coupling of two torsional vibrations T excited
Resonance bodies 1, which are coupled by means of coupling wires 3, which transmit longitudinal vibrations I. The type of coupling is correspondingly designated by T, 1, T below the drawing.
Fig. 3 shows the coupling of two resonance bodies excited in torsional vibrations by bending vibrations. For this purpose, there are resonance bodies between the two arranged on the same axis
1 wires 4 attached, any other number of coupling wires being possible. This case can be denoted by T, b, T. 4 shows a coupling L, t, L using the same notation, cylinders 11 with a small cross section serving as the resonance body, which are excited in longitudinal vibrations, and a cylinder 12 with a large cross section, which is excited in torsional vibrations, as the coupling element. 5 shows the case L, b, L, in which the cylinders 1 are excited in longitudinal vibrations and are coupled by a wire-shaped or band-shaped coupling element 14 which is excited in bending vibrations.
In all of these known or otherwise proposed types of coupling, the resonance elements preferably have the length) ... / 2 for the mechanical wavelength corresponding to the transmission frequency in the material of the oscillating body, while the coupling elements preferably have the length / 4.
While the known filters have so far always been constructed in such a way that the same vibration mode was used through the entire filter both for the coupling elements and for the resonance bodies, in the invention - as mentioned - the
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The vibration mode of the coupling elements changed in the course of the filter in order to prevent secondary waves occurring in the individual resonance bodies, for which the different coupling elements have different transmission properties, from propagating through the entire filter.
As an example, FIG. 6 shows the design of a filter in which there is an alternation between the coupling type according to FIG. 1 and the coupling type according to FIG. The filter consists of four groups
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a coaxial cylinder 2 are coupled. The individual groups are coupled to one another by coupling elements 3 according to FIG. For entry and
The high-frequency energy is decoupled by means of longitudinally oscillating coupling wires 5 coupled electromechanical energy converters 6 which, for example, B. can consist of pre-magnetized, magnetostrictive ferrite oscillators, which in turn are excited by coupling coils 7. The single ones
Groups of resonance bodies are clamped between two fixed plates 8 of great mass. In this case, a coupling element 2 of, for example, lies between the clamping point and the resonance body. B.
) J4 length.
A modification of the arrangement described with reference to FIG. 6 is shown in FIG. 7, in which the individual groups are held between the two plates 8 of great mass by a point bearing 9. Otherwise, the arrangement corresponds to that shown in FIG. 6 and does not need to be described again.
FIGS. 8-12 show, purely schematically, further possibilities for the construction of filters with mixed coupling according to the invention, with how. in Figs. 1 to 5 - by
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Bending vibrations) vibration mode of the coupling elements is designated accordingly. Fig. 8 shows e.g. B. the case T, t, T, b, T, so a change between torsional and flexural coupling in the coupling elements.
FIG. 9 shows the case T, t, T, T and FIG. 10 the case L, 1, L, b, L. FIG. 11 shows the case L, t, L, 1, L and FIG Case T, 1, T, b, T. In this one
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find similarly vibrating resonance bodies.
PATENT CLAIMS;
1. Mechanical frequency filter, consisting of several resonance bodies, all excited in the same vibration mode, which are coupled to one another via line-like mechanical coupling elements, characterized in that at least two different types of coupling elements are used, which differ by their vibration mode.