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Elektromechanisches Filter
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwin- gungen erregten metallischen Resonator von vorzugsweise balkenförmigem oder kreisförmigem Quer- schnitt, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Anregungselementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewendeten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, wobei die Halterung zweckmässig über im Schwingungsknoten des Resonators an diesem seitlich angreifende und vorzugsweise durch Punktschweissung verankerte Haltedrähte erfolgt.
Derartige Filter können aus einem einzelnen, nach Art eines Zweipols in einer Schaltung zu verwendenden Resonator oder aus mehreren mechanisch gekoppelten Resonatoren bestehen, die mit entsprechenden elektrostriktiven Wandler- bzw. Anregungselementen am ersten und gegebenenfalls auch am letzten Schwinger als Vierpol betrieben werden. Derartige Anregungselemente sind beispielsweise durch die argentinische Patentschrift Nr. 126.261 bekannt. Eine gewisse Problematik tritt hiebei insofern auf, als die für das einzelne mit den Anregungselementen versehenen Resonanzelemente erzielbare Bandbreite unter Umständen zu gering ist für die gestellten Forderungen.
Ausserdem zeigen sich in der Frequenznähe der geraden und ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz des Resonanzelementes oftmals störende Dämpfungseinbrüche, die sich sowohl bei Verwendung des Resonanzelementes als Zweipol als auch in einem Vierpol störend bemerkbar machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor allem den Schwierigkeiten hinsichtlich der Bandbreite und der Dämpfungseinbrüche in einfacher Weise zu begegnen.
Ausgehend von einem elektromechanischen Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator von vorzugsweise balkenförmigem oder kreisförmigem Querschnitt, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Anregungselementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewendeten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, wobei die Halterung zweckmässig über im Schwingungsknoten des Resonators an diesem seitlich angreifende und vorzugsweise durch Punktschweissung verankerte Haltedrähte erfolgt,.
wird diese Aufgabe erfindungsgemäss in der Weise gelöst, dass sich an die Metallisierung der Scheiben aus elektrostriktivem Material mindestens ein weiteres Scheibenpaar aus elektrostriktívem Material anschliesst, die auf ihren freien Endflächen ebenfalls mit einer dem elektrischen Anschluss dienenden Metallisierung versehen sind.
Die physikalische Begründung für dieses Verhalten kann darin gesehen werden, dass für die geradzahligen Harmonischen an sich, also ohne die erfindungsgemässe Wandlervorrichtung, die Enden des Schwingers Gleichtaktschwingung ausführen würden. Dadurch, dass aber an beiden Enden die erfindungsgemässe Anregung vorgesehen ist, wird diese Gleichtaktschwingung der Enden für die geradzahligen Harmonischen unterbunden.
Vorteilhaft können an der freien Seite der Scheiben aus elektrostriktivem Material weitere dünne Metallscheiben vorgesehen sein, die an der Metallisierung der Scheibe verankert sind. Hiedurch lässt sich eine weitere Steigerung des Kopplungsgrades des Reaktionskraftantriebes erreichen.
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Es empfiehlt sich, die beiden Anregungselemente untereinander gleich auszubilden. Dabei werden schaltungsmässig vorteilhaft jeweils gleichartig zum Schwingungsknoten des Längsschwingers gelegene
Metallisierungen zumindest wechselstrommässig miteinander verbunden.
In einem Vierpolfilter lässt sich der erfindungsgemässe Resonator mit dem Anregungselement vorteil- haft in der Weise verwenden, dass der mit jeweils mindestens einem Scheibenpaar aus elektrostriktivem
Material versehene Resonator mittels der Haltedrähte durch Querkontraktionskopplung und/oder Sche- rungskopplung oder Biegekopplung mit weiteren Resonatoren mechanisch gekoppelt ist, wobei diese Reso- natoren eine mechanisch starre, über die Haltedrähte des Resonators vorzugsweise in einem Gehäuse fest verankerte Filtereinheit bilden.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt einen aus einem Stahlstab 1 bestehenden Längsschwinger, der an den beiden Enden mit Scheiben 2,3 aus elektrostriktivem Material, z. B. Bariumtitanat, versehen ist. Diese Scheiben 2,3 sind durch Lötung am Stahlstab 1 befestigt und auf ihrer freien Endfläche mit einer Metallisierung, z. B. einem Gold- oder Silberbelag, versehen. An die Beläge der Scheiben sind dünne Anschlussdrähte 4,5 an- gelötet, die derart dünn und lang sind, dass sie die Längsschwingung nicht stören.
Ein derartiger Schwinger ist als Vierpol in der Weise verwendbar, dass z. B. zwischen den Anschlussdraht 4 und die im Schwingungsknoten des Resonators 1 z. B. durch Punktschweissung befestigten metallischen Haltedrähte 6 eingespeist und zwischen dem Anschlussdraht 5 und den Haltedrähten 6 entnommen wird.
Ein derartiges Filter hat ein Ersatzschaltbild entsprechend Fig. 2, d. h. es sind Durchlassbereiche ausser bei der Grundfrequenz fo auch bei deren sämtlichen Harmonischen vorhanden.
Werden erfindungsgemäss (vgl. Fig. 3) an die Scheiben 2 und 3 bzw. deren Metallisierungen weitere derartige Scheiben 7,8 angesetzt, z. B. angelötet, deren freie Endflächen ebenfalls eine Metallisierung tragen, so lassen sich die Harmonischen wesentlich reduzieren.
Werden nämlich die Anschlussdrähte 4,5 und die Anschlussdrähte 9,10 miteinander verbunden, so ist der Resonator in der Weise als Vierpol betreibbar, dass zwischen die verbundenen Anschlüsse 4,5 und die Haltedrähte 6 eingespeist und zwischen den durchverbundenen Anschlüssen 9,10 und den Haltedrähten 6 entnommen wird.
Es ergibt sich dann ein Ersatzschaltbild entsprechend Fig. 4, d. h. die geradzahligen Harmonischen, vor allem die besonders störende zweite Harmonische, sind verschwunden.
In Weiterbildung der Erfindung lässt sich eine Steigerung der Kopplung für den Reaktionskraftantrieb noch dadurch erreichen, dass an die letzten Metallisierungen der Scheiben 7,8 aus elektrostriktivem Material dünne MetÅallscheiben 11, 12, so wie in Fig. 5 angedeutet, verankert werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator von vorzugsweise balkenförmigem oder kreisförmigem Querschnitt, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Anregungselementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewendeten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, wobei die Halterung zweckmässig über im Schwingungsknoten des Resonators an diesem seitlich angreifende und vorzugsweise durch Punktschweissung verankerte Haltedrähte erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Metallisierung der Scheiben (2, 3) aus elektrostriktivem Material mindestens ein weiteres Scheibenpaar (7,8) aus ebenfalls elektrostriktivem Material anschliesst,
die auf ihren freien Endflächen ebenfalls mit einer dem elektrischen Anschluss dienenden Metallisierung. versehen sind (Fig. 3).