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Mechanischer Bandpass
Die Erfindung betrifft einen mechanischen Bandpass zur Selektion elektrischer, insbesondere hochfrequenter Schwingungen.
Zur Selektion von Hochfrequenzschwingungen werden im allgemeinen elektrische Filter verwendet, die im wesentlichen aus Spulen und Kondensatoren bestehen.
Diese elektrischen Filter haben den Nachteil, dass der gewünschte Dämpfungsverlauf bei hohen Forderungen infolge der in den Spulen und Kondensatoren auftretenden Verluste praktisch nicht erreicht wird.
Es ist bekannt, dass durch den Einsatz mechanischer schwingfähiger Gebilde in sogenannten mechanischen Bandpässen gegenüber den aus oben beschriebenen elektrischen Schaltelementen bestehenden Filtern ein technisch günstigeres Dämpfungsverhalten erreicht wird.
Es sind mechanische Bandpässe bekannt, deren zu Kompressions-, Torsions- und Biegeschwingungen anregbare Resonanzkörper und Koppelelemente eine mechanische Leitung bilden.
Die Länge der auf die Bandmittenfrequenz des Durchlassbereiches abgestimmten Resonanzkörperentspricht im allgemeinen jeweils der Hälfte der Wellenlänge der Kompressions-, Torsions- oder Biegeschwingungen. Sie ist abhängig vom Material des Resonatorwerkstoffes.
Bei derartigen Bandpässen mit einer grossen Anzahl in einer Achse angeordneter Resonatoren undKoppler, die in ihren Durchmessern-ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers - gleich oder symmetrisch abgestuft sein können, ergeben sich verhältnismässig lange Gebilde, die fertigungstechnisch schwer herstellbar sind und einen grossen Platzbedarf erfordern.
Bekannt sind auch mechanische Bandpässe, die aus mehreren zu Torsionsschwingungen anregbaren achsparallel zueinander angeordneten Resonanzkörpern bestehen, die durch zu Longitudinalschwingungen anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind.
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fertigungs-Resonatoren mit gleichen Durchmessern geführt werden müssen, ohne dass diese Resonatoren berührt werden dürfen.
Bei der Dimensionierung mechanischer Bandpässe wird allgemein davon ausgegangen, dass die einzelnen resonanzfähigen Gebilde (Resonatoren) verlustfrei sind.
Die Vernachlässigung der mechanischen Verluste führt bei hochwertigen Bandpässen zu nicht vertretbaren Fehlern. Diese Fehler äussern sich insbesondere in einer zu grossen Welligkeit der Dämpfung im Durchlassbereich und einer geringen Steilheit der Dämpfungskurve an den Bandkanten. Das hat zur Folge, dass der ausnutzbare Durchlassbereich verkleinert wird.
Es ist Zweck der Erfindung, einen mechanischen Bandpass zu realisieren, der höchsten Forderungen an die Übertragungseigenschaften gerecht wird und damit einem grösseren Anwendungsbereich - insbe-
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sondere in der Nachrichtentechnik - zugänglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei bekannten mechanischen Bandpässen auftretenden Abweichungen des Dämpfungsverlaufes von den gewünschten Werten möglichst gering zu halten oder ganz zu vermeiden und eine hohe Flankensteilheit der Dämpfungskurve an den Grenzen des Durchlassbereiches zu erhalten.
Erfindungsgemäss wird ein mechanischer Bandpass, bestehend aus mechanischen Resonatoren, die durch mechanische Koppelelemente miteinander verbunden sind, wobei die Durchmesser der Resonatoren und bzw. oder Koppelelemente voneinander abweichen, so ausgelegt, dass die Durchmesser der Resonatoren und bzw. oder Koppelelemente - ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers-in ihrer Grösse unsymmetrisch abgestuft sind, die Koppelfaktoren zwischen den einzelnen Resonatoren-ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers - in ihrer Grösse unsymmetrisch abgestuft sind und die Abschlusswiderstände, die zur zusätzlichen Dämpfung der Endkreise in die Schaltung eingefügt werden, unterschiedlich gross sind.
Die Be- messung der Kopplungsfaktoren erfolgt nach Vorschriften, die sich aus den bekannten Theorien zur Bemessung von Filterschaltungen - bei strenger Berücksichtigung der Verluste der Resonatoren-ergeben.
Die technischen und technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen in der Verbesserung der Übertragungseigenschaften mechanischer Bandpässe und damit verbunden in einer grösseren Verwendungs- möglichkeit dieser Bauelementein Einrichtungen derElektronik und derNachrichtentechnik.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine Resonatorkette aus zylindrischen, zu Kompressionsschwingungen anregbaren Resonatoren 1 ; 2 ; 3 und 4. die durch zylindrische Koppelelemente 5 ; 6 und 7 miteinander verkoppelt sind.
Die Durchmesser der Koppelelemente 5 ; 6 und 7 weichen in ihren Abmessungen voneinander ab, u. zw. so, dass die Koppelfaktoren-ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers - unsymmetrisch abgestufte Grössen aufweisen.
In Fig. 2 ist die achsparallele Anordnung mehrerer gleichachsiger, zu Torsionsschwingungen an-
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unterschiedliche Durchmesser der Koppelelemente 17 ; 18 ; 19 ; 20 ; 21 ; 22 ; 23 und 24 sind-ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers-in ihrer Grösse unsymmetrisch abgestuft.
Zur Bemessung des Koppelfaktors zwischen den Resonatoren 10 und 11 bzw. 13 und 14 dient ausserdem der Abstand des Angriffspunktes der Koppelelemente 19 bzw. 22 von der Stirnfläche der Reso- natoren 10 und 11 bzw. 13 und 14.
Durch die Energiewandler 25 am Eingang und 26 am Ausgang des Bandpasses werden vonein - ander abweichende Dämpfungswerte in die Resonatoren 8 und 16 hineintransformiert.
Die Resonatorkette eines Bandpasses für tiefe Frequenzen zeigt Fig. 3.
Auch hier weisen die Durchmesser der die als Resonatoren wirkenden Hohlräume 27 ; 28 ; 29 und 30 verbindenden Kanäle 31 ; 32 ; 33 ; 34 und 35 -ausgehend von der Mitte des Resonanzkörpers - unsymme- trisch abgestufte Grössen auf.
In Fig. 4 ist der Verlauf der Grössenabweichungen der Kopplungsfaktoren als Funktion der Anzahl der Kopplungsfaktoren eines Bandpasses graphisch dargestellt.