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Elektromechanisches Bandfilter
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Bandfilter mit (2n + 1) mechanischen Reso- natoren (n = l, 2, 3,...), bei dem der erste und letzte mechanische Resonator mit je zwei' ; elektri- schen Anschlüssen versehen ist, und in der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung des Filters elektri- sehe Resonanzkreise vorgesehen sind.
Elektromechanische Bandfilter, die beispielsweise aus mehreren mechanisch gekoppelten Quarzre- sonatoren bestehen oder aus Resonatoren andern Materials, sind an sich seit längerem bekannt. Derartige
Filter haben in der Regel eine relativ scharfe Begrenzung des Durchlassbereiches, doch ist es schwierig, die Flanken des Durchlassbereiches zu versteilern. Eine bekannte Lösung dieser Aufgabe nach der USA-
Patentschrift Nr. 2, 774, 042 ermöglicht zwar die Erzeugung eines Dämpfungspoles bei einem derartigen Fil- ter, doch haftet dieser Lösung der wesentliche Nachteil an, dass die Polfrequenz in einem festen Verhältnis zur Durchlassfrequenz steht, also nicht frei wählbar ist. In der Praxis wird deshalb meist der Weg beschritten, dass auf derartige Massnahmen verzichtet und statt dessen die Anzahl der mechanischen Resonatoren wesentlich erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dämpfungspol, d. h. ein Maximum der Übertragungsdämpfung, wahlweise im oberen oder unteren Sperrbereich bei einem eine ungerade Anzahl Resonatoren aufweisenden elektromechanischen Filter zu erzwingen.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem elektromechanischen Bandfilter mit (2n + 1) mechanischen Resonatoren (n = l, 2, 3...), bei dem der erste und letzte mechanische Resonator mit je zwei elektrischen Anschlüssen versehen ist, und in der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung des Filters elektrische Resonanzkreise vorgesehen sind, gemäss der Erfindung in der Weise gelöst, dass vom Filterausgang zum Filtereingang eine kapazitive Überkopplung vorgesehen ist.
Zur Bildung eines im frequenztieferen Sperrbereich gelegenen Dämpfungspoles empfiehlt es sich, die kapazitive Überkopplung zwischen gegenphasigen Anschlüssen des Filtereingangsund des Filterausgangs vorzusehen. Zur Bildung eines im frequenzhöheren Sperrbereich gelegenen Dämpfungspoles empfiehlt es sich, die kapazitive Überkopplung zwischen gleichphasigen Anschlüssen des Filtereinganges und des Filterausganges vorzusehen.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass sich durch eine über einen Kondensator gleich- oder gegenphasig auf den Eingang vom Ausgang eines unversteilerten mechanischen Filters übergekoppelten Spannung auf einfache Weise ein Dämpfungspol erzeugen lässt. Die Polfrequenz hängt dabei vom Kapazitätswert des Kondensators ab. Je grösser dieser Kapazitätswert gewählt wird, umso näher liegt die Polfrequenz an der Grenze des Durchlassbereiches im Sperrbereich. Die für die Polbildung erforderliche Phase 0 oder-n-lässt sich durch einfaches Umpolen, d. h. durch Wahl des entsprechenden Anschlusses des Filterausgangs, einstellen.
Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Fig. 1 und 2 zusammen mit den entsprechenden Durchlasskurven gezeigt. Bei der Fig. 1 ist ein mechanisches Filter F mit einer ungeraden Anzahl Resonatoren vorgesehen. Die Endresonatoren dieses lediglich symbolisch angedeuteten mechanischen Filters sind mit Wandlern vorzugsweise auf elektrostriktiver Basis versehen, und diese Anschlüsse sind eingangs-und ausgangs-
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seitig zu Parallelresonanzkreisen EK und AK ergänzt. An Stelle dieser Parallelresonanzkreise können zumindest eingangsseitig auch Serienresonanzkreise vorgesehen sein.
Der Ausgang des Filters ist mit einem Übertrager mit dem Übersetzungsverhältnis 1 :-l versehen und von der Sekundärwicklung des Übertragers führt eine kapazitive Überkopplung zum Filtereingang, die bei der Fig. 1 als gegenphasig angenommen ist. Die kapazitive Überkopplung erfolgt über den Kondensator C. Für ein derartiges Filter ergibt sich ein Verlauf der Übertragungsdämpfung a in Abhängigkeit von der Frequenz in der in der Fig. 1 gezeigten Weise, d. h. im frequenztiefer gelegenen Sperrbereich tritt ein Dämpfungspol auf. Die entsprechende
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ist in der Fig. 2 wiedergegeben. Hier hat der Übertrager am Ausgang des Filters das Übersetzungsverhältnis l : +1, so dass die kapazitive Überkopplung über den Kondensator C gleichphasig ist.
Es ergibt sich ein Übertragungsverhalten, bei dem die Polfrequenz fp'im frequenzhöheren Sperrbereich liegt.
In beiden Fällen wird die Lage der Polfrequenz durch den Kapazitätswert des Kondensators C bestimmt. In beiden Fällen ist der Übertrager am Ausgang des Filters entbehrlich, wenn ein Anschluss des Filterausgangs mit einem entsprechenden gegenphasigen oder gleichphasigen Anschluss des Filtereingangs über den Kondensator C und die beiden verbleibenden Anschlüsse unmittelbar durchverbunden werden. Auch durch Umkehrung der Polarisationsrichtung des elektromechanischen Wandlers kann die Phase der Ausgangsspannung umgepolt werden.
Bei der Untersuchung eines derartigen Filters ist vom Bartlettschen Satz auszugehen, da mechanische Filter sich gewöhnlich durch einen Schnitt in zwei spiegelsymmetrische Hälften zerlegen lassen. Bei gegenphasiger Überkopplung ist der erweiterte Bartlettsche Satz anzuwenden. Dieser ermöglicht die Um-
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chen, ob und wo die Zweige des in eine Brücke verwandelten Filters gleich werden. Dazu ist in der Fig. 3 das Ersatzbild eines in zwei gleiche Teile zerlegten mechanischen Filters mit zwei Resonatoren aufgezeichnet. Die elektrischen Endkreise LoCo des mechanischen Filters erzeugen keine Dämpfungspole. Sie können daher abgespalten und der Kern des Filters allein nach der Bartlettschen Vorschrift behandelt werden, wobei Cv zunächst ausser acht gelassen wird.
Am Reaktanzverlauf der so gewonnenen Brückenzweig erkennen wir folgendes : a) Wk läuft stets über Wu wok und Wj schneiden sich nicht. b) Schaltet man Cy//W, so müssen zwei Schnittpunkte mit Wk, einer im oberen und einer im unteren Sperrbereich entstehen. c) Schaltet man Cv//Wk, so entstehen keine Schnittpunkte mit Wl.
Durch WahlderPhaseder Überkopplunghatman es in der Hand, Cventweder anWi oder an Wk zu legen.
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bereich. Dass sich dieFälle Resonatorzahl n=2 und n=3 so wesentlich unterscheiden, hat offenbar folgenden Grund : Schreibt man die Bedienung für die Gleichheit der Reaktanzen an, so hat man ein Polynom in w2 als Bestimmungsgleichung, welches als höchste Potenz w2n enthält, wobei n die Zahl der Resonatoren bedeutet. Ist nun n eine ungerade Zahl n = l, 3, 5 usw., so hat nach den Regeln der Algebra dieses Polynom mindestens eine reelle Lösung für wu. Für n = 2,4, 6 usw., kann der Fall eintreten, dass keine reelle Lösung, d. h. kein Pol, existiert.
Eine reelle Lösung allein ist nicht möglich, es müssen min- destens zwei reelle Lösungen, d. h. zwei Pole, auftreten. Das bedeutet, dass je nach Phase der Überkopplung bei allen geraden Resonatorzahlen durch Cv kein Pol oder (mindestens) zwei Pole entstehen, während bei allen ungeraden Resonatorzahlen in jedem Fall ein Pol auftritt. Für die Verläufe der Zweig- reaktanzen im Sperrbereich bei höheren Resonatorzahlen ändert sich gegenüber dem Fall n = 2 und n = 3 nichts wesentliches, d. h. die Zahl der Schnittpunkte und ihre Lage im linken bzw. rechten Sperrbereich bleiben erhalten. Die Minimalzahlen der auftretenden Pole, nämlich einer bzw. zwei, werden daher auch bei grosser Anzahl von Resonatoren nicht überschritten.
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