CH197694A - Electric wave filter. - Google Patents

Electric wave filter.

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CH197694A
CH197694A CH197694DA CH197694A CH 197694 A CH197694 A CH 197694A CH 197694D A CH197694D A CH 197694DA CH 197694 A CH197694 A CH 197694A
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Bell Telephone Manufac Anonyme
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Bell Telephone Mfg
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  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  

  Elektrisches Wellenfilter.    Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf elektrische     Wellenfilter,    bei denen me  chanische Schwingungselemente benützt wer  den.  



  Die Erfindung bezweckt die Erweiterung  des Frequenzbereiches solcher     Filter,    .die  Herabsetzung ihrer     Herstellungskosten    und  der Zahl der für ihren Bau erforderlichen       Schwingungselemente.     



  Es ist bekannt, dass Wellenfilter dritter  Art in bezug auf die bei ihnen erhältlichen       Übertragungskenngrössen    den     Vorteil    der all  gemeinen Verwendbarkeit besitzen. Dieser  Vorteil ist jedoch vom Nachteil begleitet,  dass sie eine sehr grosse Anzahl von     Impe-          danzelementen    und zwischen den Impedanz  elementen gewisser Zweige einen hohen Ab  gleichungsgrad erfordern.

   Wo     zur    Gewähr  leistung der aus ihrem geringen Energie  verbrauch hervorgehenden Vorteile     mecha-          nisehe        Schwingungsvorrichtungen,    beispiels  weise     piezoelektrische        Kristalle,    in den         Filterstromkreis    eingefügt werden,     lassen    die       Herstellungskosten    und der Aufwand beider       Einstellung        @dieser        Vorrichtungen    es     wüün-          sehenswert    erscheinen,

   ihre Anzahl auf ein       Mindestmass;        herabzusetzen.     



  Das elektrische Wellenfilter nach der Er  findung, welches zwei Paare von Impedanz  zweigen aufweist, die     zwischen    ein Ein  gangsklemmenpaar und ein     Ausgangsklem-          menpaar    derart eingeschaltet sind, dass sie  ein symmetrisches     Kettenglied        dritter    Art  bilden, wobei je die beiden zu einem Paar  zusammengehörigen     Impedanzzweige    gleich  sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein  mechanisches 'Schwingungselement symme  trisch mit beiden Zweigen des einen Paares  elektromechanisch gekoppelt ist,

   und dass ein  zweites     mechanisches        Schwingungselement    in  gleicher Weise mit beiden Zweigen des an  dern Paares gekoppelt     ist,    wobei die genann  ten     Schwingungselemente    verschiedene Reso  nanzfrequenzen besitzen. Die elektromecha-           ni.sehe        Kopplung    kann entweder elektrosta  tisch oder elektromagnetisch sein, wobei sich  die erste Art dort eignet, wo     piezoelektrische     Kristalle als mechanische Schwingungs  elemente verwendet werden, und die zweite  Art, wo metallische     Resonatoren    verwendet  werden.

   Ferner können für den Bau der Fil  ter     piezoelektrische    Kristalle verwendet wer  den, die     Biegtings.schwingungen    ausführen  können, wodurch der Frequenzbereich erheb  lich     erweitert    wird. Zu diesem Zwecke kön  nen     Kristallelemente    verwendet     werden.    die  entweder in Form eines Stabes oder einer  Stimmgabel     zugeschnitten    sind und die vor  zugsweise in oder in der     -Nähe    ihrer       Sch -inrungsknoten    gehalten werden.  



  Nachstehend werden Ausführungsbei  spiele der Erfindung, die in den beiliegenden       Zeichnungen    dargestellt sind. beschrieben.    In den Zeichnungen zeigt:         Fig.    1 schematisch ein Wellenfilter, in  welchem als mechanische     Impedanzelemente          piezoelektrisehe        Kristalle    verwendet werden,       Fio-.    2 einen     piezoelektrischen        Schwing-          körper.     



       Fig.    3 das Ersatzschema der Vorrichtung       nach    Fit' o-.<B>2</B>,       Fig.    4 eine auf dem Prinzip der     Magneto-          striktion    beruhende Schwingungsvorrichtung,       Fin.    5 das     Ersatzschema    der Vorrichtung  der     Fig.    4,       Fig.        t;    die Kennlinien dieser Vorrichtung,       Fig.        -7    eine schematische Darstellung eines  Filters mit     magnetostriktiven    Schwingungs  vorrichtungen.  



       Fig-.8    und 9 Kennlinien des Filters der       Fig.    7,       Fig.    10 ein     piezoelektrisches    Kristall  element. das in der Form eines     Stabes    zu  geschnitten ist und     Biegungsschwingungen     ausführen kann,       Fig.1l    eine Seitenansicht des Kristall  elementes der     Fig.    10, aus welcher ersicht  lich ist, in welcher Weise das Element durch  mit den einzelnen Elektroden kontakt  machende Klemmen getragen wird,       Fig.    12 ein     piezoelektrisches    Kristall-         element,

      das in der Form einer     Stimmgabel     zugeschnitten ist,       Fig.    13 einen Schnitt in der Ebene 4-4  des Kristallelementes der     Fig.    12,       Fig.    14, wie die Elektroden .der Elemente  der     Fig.    10 und 12 angeschlossen werden  müssen, damit     diese        Biegungsschwingungen     ausführen können,       Fig.    15 Kurven, die bei der Berechnung  derartiger Filter vorteilhaft angewendet wer  den können,       Fig.    16 ein Kettenglied     dritter    Art. in  welchem zwei Kristallelemente nach     Fig.    111  oder 12 verwendet werden.  



  Das in der     Fig.    1     gezeigte    Filter dritter  Art besitzt zwei     piezoelektrische    Kristalle 10  und 11. welche als mechanische     Schwin;.n         igs-          elemente    wirken und so mit dem elektrischen  Teil gekoppelt sind, dass jeder Kristall in  zwei gleich     angeordneten    Zweigen     des        Ketten-          gliedes        dritter    Art liegt. Auf diese Wehe ist  der     Kristall    10 in beide Leitungszweige und  der Kristall Il in beide     l@reuzz-uveige    ein  geschaltet.

   Die     Eingangsklemmen    des Fil  ters sind mit 1 und 2 und die Ausgangs  klemmen mit 3 und 4 bezeichnet.  



  Die Kristalle können als rechtwinklige  Platten ausgebildet sein, die so zugeschnitten  sind, dass die grösste Fläche senkrecht zur  elektrischen Achse des Kristallen und die  längere     Seitenfläche    parallel zur mecha  nischen Achse des Kristallen liegt. Dabei  ist unter der mechanischen Achse diejenige  zu verstehen, die senkrecht zu den ihrer  seits senkrecht zueinander stehenden elek  trischen und optischen Achsen steht und  längs welcher die Hauptschwingungen     eines          longitudinal    schwingenden     Niederfrectuenz-          kristalles    auftreten.

   Kristalle, die so ge  schnitten und deren grosse Flächen mit Elek  troden versehen sind, schwingen bei elek  trischer Erregung     longitudinal    und be  sitzen, wenn sie für den beim     Trägertelepho-          niebetrieb    benützten, verhältnismässig nied  rigen Frequenzbereich bemessen      -orden    sind,  Abmessungen, die einen zweckmässigen me  chanischen Einbau erlauben. Andere be  kannte Formen von Kristallen können jedoch      auch verwendet und unter Umständen sogar  bevorzugt werden. Das in der     Fig.    1 .gezeigte  Filter ist jedoch mit den oben beschriebenen  rechteckigen Kristallen versehen, die von der  Seite gezeigt sind.  



  Der Kristall 10 ist mit zwei Elektroden  paaren 1'2, 121 und 13, 131 versehen, die  auf gegenüberliegenden Seiten     des    Kristallgis  liegen, das Paar 12, 121 in der     obern    Kri  stallhälfte und das Paar 13, 131 in der un  tern. Diese Elektroden können aus Silber be  stehen, das direkt auf den Kristall auf  gebracht ist,     beispielsweise    so, dass die     bei-          der.    :u belegenden Flächen zuerst ganz mit  Silber überzogen werden, worauf     in    der  Mitte jeder Fläche ein schmaler Streifen des       Sill        rüberzuges    entfernt wird.

   Im allgemei  nen empfiehlt es sich, auch an den Kanten  einen schmalen Streifen zu entfernen. Der  Kristall 11     ist    in gleicher Weise mit zwei  entsprechenden     Elektrodenpaaren    14, 14' und  15, 151 versehen. Die Elektroden 12 und 12'  des Kristallgis 10 sind mit den Klemmen 1       bezw.    3 verbunden und die Elektroden 13  und 131 mit den Klemmen 2     bezw.    4. Die  Elektroden 14 und 141 des Kristallgis 11 sind  mit den Klemmen 1     bezw.    4 und die Elek  troden 15 und 151 mit .den Klemmen 3     bezw.    2  verbunden. Die     Fig.    2 zeigt eine perspekti  vische Ansicht des Kristallgis 10 und die An  ordnung der Elektroden und ihrer An  schlüsse.  



  Obschon jeder Kristall als einheitliches  Schwingungsgebilde arbeitet, lässt sieh sein  Verhalten im Filterstromkreis am besten da  durch     betrachten,    dass man ihn als gleich  wertig zu zwei Kristallen auffasst, die da  durch erhalten werden, dass man ihn zwi  schen zwei     benachbarten    Elektroden durch  schneidet. Dadurch würde man zwei gleiche       Leitungszweigkristalle    und zwei gleiche       Kreuzzweigkristalle    erhalten.

   Würden vier  getrennte Kristalle benützt, so müsste man  der Verbindungsweise der Elektroden und  der Filterklemmen keine Beachtung schen  ken, dagegen muss man, wenn sie wie in       Fig.1    und 2 .gepaart sind und so einheitliche  Gebilde bilden, darauf achten, dass die Er-         regungsspannungen,    die jeder Hälfte an  gelegt werden, eine derartige gegenseitige       Beziehung    aufweisen, dass beide Hälften  gleichzeitig in der gleichen Richtung schwin  gen.

       Andernfalls        wü.rd-e    die     Schwingung     jeder Hälfte diejenige der andern aufzuheben  versuchen, und es würde eine     Durchbiegung     längs der Längsachse des     Kristallgis    auf  treten. Bei der in der     Fig.    1 gezeigten Ver  bindungsweise werden die richtigen gegen  seitigen     Polaritätsverhältnisse    für die Er  regungsspannungen erhalten, so dass jede  Hälfte des Kristallgis in der richtigen     Weise     schwingt.

   Aus der     Fig.    1 geht hervor, dass  im Falle des Kristallgis 10 die untern Elek  troden 13 und 131 gegenüber den Elektroden  12 und 121 in umgekehrter- Weise mit den  Eingangsklemmen und den Ausgangsklem  inen verbunden sind. Das gleiche gilt auch  für die     Elektrodenpaare    des Kristallgis 11.  



  Die     Fig.    3 zeigt den elektrischen Ersatz  stromkreis für den Kristall 10. Er umfasst  zwei gleiche Impedanzen, von denen jede aus  einem einfachen Resonanzstromkreis besteht,  zu dem eine Kapazität in     Nebenschluss    ge  legt ist, wobei die eine Impedanz zwischen  die Klemmen 1 und 3 und die andere zwi  schen die Klemmen 2 und 4     eingeschaltet     ist. Die beiden Impedanzen des Ersatzstrom  kreises sind keiner gegenseitigen     Kopplung     unterworfen, obgleich in Wirklichkeit der  gleiche mechanische .Schwingkörper in jedem  Stromweg wirkt.  



  Die Werte der im elektrischen Ersatz  stromkreis vorhandenen     Induktanzen    und  Kapazitäten können aus den Kristallabmes  sungen bestimmt werden, indem man zuerst  das elektrische Äquivalent des ganzen Kri  stallgis unter der Annahme bestimmt, dass die  beiden Elektroden einer jeden Fläche eine  praktisch die ganze Fläche bedeckende ein  zige Elektrode bilden. Die Impedanz jeder  Hälfte des     Kristallgis    ist dann zweimal so  gross wie jene des ganzen     Kristallgis.    In  der     Fig.    3 besteht jede Impedanz aus einem  Resonanzzweig mit einer     Induktanz    2     L1    und  einer Kapazität von
EMI0003.0044  
   dem eine Kapazität      von
EMI0004.0001  
   parallelgeschaltet ist.

   Als Funktio  nen der     Abmessungen        des        Kristalles    können  diese Grössen wie folgt     dargestellt    werden:  
EMI0004.0006     
    worin     l.,        zc    und<I>t</I> die Länge, Breite und Dicke  des     Kristalles    in Zentimetern sind.  



  Für die Kombination zweier Paare     piezo-          elektrischer    Kristalle in einem Kettenglied  dritter Art, das nur ein einziges Übertra  gungsband aufweisen soll, gilt,     dass    die Lei  tungszweig- und die     Kreuzzweig-Kristall-          impedanzen    ungleiche     Frequenzcharakteristi-          ken    besitzen müssen, die eine solche Be  ziehung zueinander aufweisen, dass die Reso  nanz der Leitungszweige mit der Antireso  nanz der Kreuzzweige zusammenfällt oder  umgekehrt. Die Gleichungen (1) ermöglichen       ec:,    die Kristalldimensionen so zu bemessen,  dass diese Bedingung erfüllt, wird.  



       Fig.    1 zeigt vier gleiche     Reihenindukta.n-          zen    vom Wert     ?!,        L",    die in die Zuleitungen  zum Kettenglied     eingeschaltet    sind und  durch die ein breiteres     Übertragungsband    er  halten wird, ohne dass die Schärfe der Selek  tivität leidet.  



       Fig.    4 zeigt eine andere Art von elektro  mechanischen Impedanzen, die sich zur Ver  wendung in derartigen Filtern eignet. Bei  dieser Vorrichtung besteht das Schwingungs  element aus dem rohrförmigen Glied 16 aus       magnetostriktivem    Material, das in der Mitte  durch die Schneiden 17 und 171     getragen     wird und mit den zur Aufnahme der       Wechselströme    dienenden Erregerspulen 18  und 19 versehen ist.

   Wie dargestellt, be  decken diese Spulen die ganze Länge der  Röhre, doch können sie auch nur halb so  lang gemacht      >erden.    Das Schwingen der  Röhre 1.6 wird durch     magnetostriktive    Kräfte  hervorgerufen, die durch die Ströme in den    Wicklungen bewirkt     -#\,erderi.    und damit  diese Kräfte die gleiche Frequenz wie die  Erregungsströme erhalten, muss die Röhre  durch ein einseitig     gerichtetes    magnetisches  Feld magnetisch polarisiert werden.  



  Zu diesem Zweck ist ein Polarisierungs  magnet 21 vorgesehen, dessen Polflächen vor  den Enden des 'Schwingungselementes liegen  und der somit mit     letzterem    einen praktisch  geschlossenen magnetischen Kreis bildet. Die  zwischen den Enden des Rohres 16 und dem  Polarisierungsmagnet vorhandenen schmalen  Luftspalte ermöglichen ein     freies    Schwingen.  Das     @1-fagnetfeld    wird durch eine Wicklung  ?2 hervorgerufen. die von der Batterie 23  oder einer sonstigen     Gleichstromquelle    über  einen einstellbaren Widerstand 24 gespeist  wird.

   Um zu verhindern, dass unter der Ein  wirkung der     Erregungsströme    in der Röhre  16 ein     Wirbelstromfluss    auftreten kann, ist       diese    bei 20 in der Längsrichtung geschlitzt.  



  Die elektrische Impedanz eines     magneto-          striktiven    Elementes der gezeigten Art, ge  messen an den Klemmen einer der     Erre@,c,r-          w-icklungen,    entspricht derjenigen der     Fig.    5,  die eine     Induktanz        L"        besitzt,    zu der ein       Reilienresonanzstromkreis        L,        Cl    in Neben  schluss     gelegt    ist.

   Die     Induktanz        L"        ent-          ,cpricht    der     Induktanz    L" der Erregerwick  lung bei fehlender     Mmnnetotriktionswirkung     oder bei derart befestigter Reihre 16, dass sie       nicht    schwingen kann. Die     Induktanz        L,    und  die Kapazität Cl besitzen Werte, die von den  körperlichen     Abmessungen,    den mechanischen  Konstanten der Röhre 16 und dem     Magneto-          striktionskraftfaktor    abhängig sind.

   Näheres  darüber findet sich in einem Artikel von       ssutterworth    in     den        "Proceedings    of ehe     Phy-          sical        Societv"    vom<B>1.</B> März 1931, Seite 166.  Es ist zu erwähnen, dass die. Resonanz von  L, und     Cl    der ersten mechanischen Resonanz  frequenz des Rohres bei     Längsschwingungen     entspricht.  



  Die     Reaktanz-Frequenzkennlinie    der Im  pedanz ist durch die Kurve 25 der     Fi        g.    6  dargestellt. Sie zeigt     ns,ci    kritische     Fre-          quenzwerte,    den einen bei     fo,    bei welchem  Antiresonanz vorhanden ist, und eine höhere      Frequenz f,, die der Resonanzfrequenz von       L,    und C,, das heisst der mechanischen Reso  nanz     des    Schwingkörpers entspricht.

   Infolge  der durch die     iVIagnetostriktion        bewirkten,     verhältnismässig geringen elektromechani  schen Kopplung liegen die beiden Frequen  zen     f"    und     f,    sehr nahe beieinander, so dass  die Verwendung der Vorrichtung auf Filter  mit sehr schmaler Bandbreite beschränkt zu  sein scheint. Ein grösserer     Frequenzabstand          zwischen    den kritischen     Frequenzwerten    lässt  sich jedoch durch Hinzufügen einer Kapa  zität in Reihe zur Erregerwicklung erzielen,  wobei die     Reaktanzkennlinie    etwa den Ver  lauf der Kurve 26 der     F'ig.6    besitzt.

   Es  tritt dann eine     unterhalb        f"    liegende neue       ldesonanzfrequenz    f 2 auf, und die obere Reso  nanzfrequenz wird vom Wert f, nach     fa    ver  schoben. Der Abstand der Frequenzen     f2    und  A von der     Antiresonanzfrequenz    f     o    kann  durch Andern der Reihenkapazität beein  flusst werden.  



       Fig.    7 zeigt die Anwendung von     magneto-          striktiven    Schwingkörpern von der oben be  schriebenen Art in einem     Breitbandfilter.    Es  werden dabei zwei \Schwingungselemente 27  und 28 benützt, von denen das Element 27  zwei gleiche Erregerwicklungen     W3,    und     T/Va'          besitzt,    die in die     Leitungszweige    des     Ketten-          gliedes        dritter    Art eingeschaltet sind.

   Das  Element     \?8    besitzt zwei gleiche Wicklungen       13'b    und     TVb',    die in die Kreuzzweige ein  äeschaltet sind. In Reihe zu den Wicklun  gen     Ww    und     Wa'    sind     gleichgrosse    Kapazi  täten     C",    und     Ca'        eingeschaltet,    und ein ent  sprechendes Paar     gleichgrosser    Kapazitäten       C,,    und     Cb'    ist in die Kreuzzweige     eingefügt.     Die Schwingungselemente sind in dieser  Figur nur sehr schematisch     dargestellt,

      und  die Polarisierungsmagnete und ihre zugehö  rigen Stromkreise sind der Einfachheit hat-,       ber    nicht gezeigt.  



  Die Wicklung TV" ist zwischen .die Klem  men 1 und 3 des Filters und die Wicklung       W.;'    zwischen die Klemmen 2 und 4 ge  schaltet. Die Wicklungen     W.,    und     WJ    müs  sen so gepolt sein, dass der sie durchfliessende  Strom den Kern in der gleichen Richtung         magnetisiert.    Die     Wicklungen        Wb    und     Wb'     sind     in    gleicher Weise gepolt. Infolge der  Gleichheit der zwei Wicklungen eines jeden  Schwingungskörpers werden in     di4    beiden  Leitungszweige gleiche Impedanzen ein  geführt und ebenso in die Kreuzzweige.  



  Damit das Filter ein einziges Übertra  gungsband liefert, müssen die Kreuzzweig  impedanzen eine     Frequenzkennlinie    besitzen,  die von derjenigen der     LLeitungszweigimpe-          daDzen    verschieden ist, jedoch eine solche  gegenseitige Beziehung zueinander aufwei  sen, dass die kritischen     Frequenzwerte    zu  sammenfallen. Die     Antiresonanzfrequenzen     .der     Leitungszweige    müssen mit den Reso  nanzfrequenzen der Kreuzzweige zusammen  fallen und umgekehrt, und zwar innerhalb  des Frequenzbereiches des Übertragungs  bandes, während im     Dämpfungsbereich    die  Übereinstimmung zwischen kritischen Fre  quenzen gleichen Charakters liegen muss.

    Dies ist für das Filter .der     Fig.    7 an den  zwei in .den     Fig.    8 und 9 gezeigten Beispielen  dargestellt. In der     Fig.    8 entspricht die voll  ausgezogene Kurve 27 der     Reaktanz    der Lei  tungsimpedanzen und die gestrichelte Kurve  2.8 der     Reaktanz    der Kreuzzweige.

   In die  sem Falle erstreckt sich das Übertragungs  band von der untersten kritischen Fre  quenz     f,,    nach der höchsten Frequenz     fb.    Die  Kurven 29 und 30, die den     Leitungs-    und       Kreuzzweigimpedanzen    entsprechen, zeigen  ein .direktes Zusammenfallen zweier Reso  nanzen bei der Frequenz     fe    und die Koinzi  denz einer Resonanz- und einer     Antireso-          nanzfrequenz    beim Wert     fg.    Das Band er  streckt sich in diesem Falle von der unter  sten kritischen Frequenz f     ,#    nach der dritten  kritischen Frequenz<B>f d,

  </B> und die Frequenz f     e     liegt ausserhalb des übertragenen Bandes. In  beiden Figuren ist die Lage des Bandes  durch die schraffierten Streifen angedeutet.  



  Das     piezoelektrische    Kristallelement der       Fig.    10 umfasst ein     Parallelep.iped    61 mit  einem auf der einen Grossfläche     angeordneten          E.lektrodenpaar    62 und 63 und einem auf  der gegenüberliegenden Fläche liegenden       Elektrodenpaar        64@    und 65.

   Wenn ein     @ol.cher         Stab, wie weiter unten beschrieben, zum Aus  führen von     Biegungsschwingungen    veranlasst  wird, so schwingt er um die beiden Knoten  linien 66 und<B>67,</B> die von den Enden des       Stabes    um ungefähr den     0,224ten    Teil der  Länge entfernt sind.

   Damit die     Haltüeinrich-          tun-    nur eine     --eringe    Dämpfung der     Sehwin-          en        el          ),uncren    bewirken kann, muss der Stab an     die-          11     sen Stellen oder in der Nähe derselben ge  halten werden.

   Dies kann beispielsweise in  der in der Figur gezeigten Weise geschehen,        -o    auf der einen Seite des     Kristalles    die  Klemmen 70 und 71 die     Elekt.rorlen.        Fit    und  <B><I>63</I></B> fassen und die Klemmen 7 2 und 73 die  auf der andern Seite befindlichen Elektroden  64 und 65, und zwar in nächster Nähe der  Linie<B>67.</B> In gleicher Weise sind zwei wei  tere     Klemmenpaare,    von     denen    die Klemmen  74 und 75 sichtbar ,sind. in nächster Nähe der  Linie<B>66</B> angeordnet.  



       'NZ'ie    aus der     Fig.    11 hervorgeht., können  die oben beschriebenen Klemmen beispiels  weise als     :Metalleinsätze    ausgebildet sein, die  in die aus Isoliermaterial bestehenden Träger  76 und 77 eingebettet sind. Die     Anschluss-          drähte,    die an den Stellen 78, 19, 80 und 81  gezeigt sind, können angelötet oder     sonstwie     mit den Klemmen verbunden sein.  



  Die     Fig.    12 zeigt eine zweite Form eines  Kristallelementes, das die Form einer Stimm  gabel mit zwei Zinken 32 und 33 und einem  Rücken 34 besitzt. Auf der einen Seite der  Stimmgabel befindet sich eine Elektrode 35,  die längs den äussern. Kanten der Zinken und  dem untern Teil des Rückens verläuft. Eine  zweite Elektrode 36 verläuft längs den innern  Kanten der Zinken und dem obern Teil des  Rückens. Auf der gegenüberliegenden Seite  der Stimmgabel ist ein gleiches Elektroden  paar 3 7 und 38 angeordnet. Eine derartige  Stimmgabel besitzt eine Knotenlinie, die  parallel zu den Zinken verläuft und den  Rückenteil in zwei Teile teilt.

   Sie ist in       Fig.    12 mit     39-40        bezeichnet.    Die Stimm  gabel wird     vorzugsweise    längs dieser Linie  gehalten, was     beispielsweise    mittelst     eines     Paares von Klemmen 41 und 42 auf der  einen Seite und eines     Klemmenpaares    43 und    44 auf der andern     Seite    erfolgen kann.

   Wie  aus der     Fig.        1;3    zu entnehmen ist, können  diese     Klemmei    Metalleinsätze sein, die in  ein Trägerpaar aus Isoliermaterial eingelas  sen sind     und        an    die     Anschlussleiter    angelötet  oder     sonstwie    befestigt sind.  



  Die     Fig.    14 zeigt, in welcher Weise das       Kristallelement    der     Fig.    10 zu schalten ist,  damit der Stab     Biegungsschwingungei    aus  führt. Die Elektrode 62 und die diagonal       gegenüberliegende    Elektrode 65 sind mit der  Klemme 45 verbunden und die     beiden    andern  Elektronen mit der Klemme 46. Wenn den       Klemmen    45 und 46 eine     Weehsel-E.        M.    K.  aufgedrückt wird. so wird das Element 61  in     Biegungsschwingungen    versetzt.  



  Die Kurve 4 7 der     Fig.    15 veranschau  licht die Abhängigkeit der     Biegungssehwin-          gungsfrequenz    eines 1     ein    langen,     "N-ge-          sehnittenen"        0'-Kristalles    vom Verhältnis  der Längen der optischen und mechanischen       Achse,    wobei in dieser Figur die Ordinate  die Frequenz in Kilohertz und die Abszisse  die Werte der gewählten Verhältnisse zeigt.

    Unter einem     "Y-geschnitteneri"    0 "-Kristall       versteht    man einen Kristall, dessen Haupt  fläche, das heisst die grösste Fläche, senkrecht  zu einer Fläche des     Mutterkristalles    geschnit  ten wird und dessen     Breitseite    mit der  optischen Achse den Winkel 0 Grad ein  schliesst. Die Kurve 48 zeigt dasselbe für  einen     "N-geschnittenen"    18 '-Kristall, das  heisst einen Kristall, dessen Breitseite mit  der optischen Achse einen Winkel von<B>18'</B>  einschliesst. Die in der Richtung der elek  trischen Achse verlaufende Dicke spielt bei  der Bestimmung der Frequenz keine Rolle.

    Für einen Kristall irgendwelcher anderer  Länge kann die Frequenz nach dem     Ähnlich-          keitsprinzip    bestimmt werden, nach welchem  für einen Kristall von gegebener Form die  Resonanzfrequenz irgendwelcher Schwin  gungsart umgekehrt proportional zur Grösse  irgendeiner Dimension ist. Für einen 5 cm  langen     0'-Kristall    mit einem Verhältnis  der Längen der optischen Achse zur mecha  nischen Achse von 0,2 findet man in der  Kurve 47 für die Frequenz beispiels-      weise den Wert von 20 Kilohertz. Das ist  nur ungefähr ein Drittel der Frequenz für  den gleichen Kristall, falls er     LängescUwin-          gungen    durchführt.

   Für einen     18'-Kristall     ist die Frequenz, wie die Kurve 48 zeigt,  etwas geringer, da der     Youngsche    Modul für  diese Schnittart kleiner ist.  



  Wie bereits erwähnt worden ist, besteht  ein bekannter gleichwertiger     Ersatzstrom-          hreis    für einen     piezoelektrischen    Kristall aus  einer Kapazität C,, die in     Nebenschlüss    zu  der Reihenschaltung einer     Induktivität    und  einer Kapazität     C2    liegt. Der Wert des     Ver-          hältnieses   
EMI0007.0013  
   für einen     18'-Kristall,    bei wel  chem die Elektroden einer Seite etwa     "j3    bis  der Oberfläche bedecken, liegt bei 180  und für einen     0'-Kristall    bei 150.

   Die Neben  schlusskapazität     C,        des    Ersatzkreises ist die  elektrostatische Kapazität zwischen den bei  den Plattensätzen. Für einen     Biegungs-          s        c        Uwingungen        t'        ausführenden        Stab        lassen        sich     daraus die Werte der     R.eaktanzen    des Ersatz  kreises bestimmen.  



  Mit     stabförmigen    Kristallelementen, die  zur Ausführung von     Biegungsschwingungen     angeregt werden, können Frequenzen her  unter bis zu 16 oder 17 Kilohertz erzielt  werden. Noch niedrigere Frequenzen lassen  sich mit stimmgabelförmig zugeschnittenen       piezoelektrischen    Kristallen erzielen. Damit  dieser Kristall zum .Schwingen kommt, müs  sen die Elektroden wie in der     Fig.14    an  geschlossen werden, wobei die Elektroden 62,  63, 64 und 65 die Elektroden 35, 36, 37 und  38 der Stimmgabel der     Fig.l2    darstellen.

    Die beiden Aussenelektroden 35 und 37 be  wirken bei einer gewissen Spannungspola  rität,     .dass    sich die Aussenseite der Zinken  ausdehnt, während gleichzeitig die den  Innenelektroden 36 und 38 aufgedrückte  Spannung bewirkt, dass sich die     Innenseite     zusammenzieht, so dass sich die Zinken gegen  innen verbiegen und wie bei einer Stimm  gabel     schwingen.     



  Die Frequenz f einer     Stimmgabel    in  Perioden pro Sekunde ist durch folgende  Gleichung gegeben:  
EMI0007.0038     
    worin K eine     Konstante,    W die     Breite    einer  Zinke und l ihre Länge     bedeuten.    Diese For  mel setzt voraus, dass der Rücken verhältnis  mässig breit ausgeführt ist, andernfalls eine  Korrektur vorgenommen werden muss. Aus  Messungen an einem     "X-geschnittenen"          V-Kristall    hat man für     K    den Wert 65,000  ermittelt.

   Füreinen konkreten Fall mit einem  stimmgabelförmigen Kristall von 6 cm Länge  mit 4,5 cm langen und 0,4 cm breiten Zin  ken ergibt sich demnach die folgende Fre  quenz:  
EMI0007.0045     
    Mit einem 6 cm langen Kristall von noch  ausführbarer Breite kann man deshalb auf  Frequenzen von der Grössenordnung 1 Kilo  liertz heruntergehen.

   Auf diese Weise     ist    es  durch gleichzeitige Verwendung von     stab-          und    von     stimmgabelförmigen    Kristallelemen  ten möglich, einen Frequenzbereich von 1     bis     50 Kilohertz zu erhalten, ohne     dass    dabei ein  breiterer Kristall     verwendet    werden     muss,     als er für Längsschwingungen von 50 Kilo  hertz erforderlich ist.  



  Der Wert des     Verhältnisses    von     C,    und       Cl    liegt für einen     stimmgabelförmigen          0'-Kristall    ungefähr bei 300. Damit     können     .die     Reaktanzen    des Ersatzkreises bestimmt  werden. Aus zwei Paaren stimmgabelför  migen Kristallen kann ein Kettenleiter  dritter Art gebildet werden.  



  Die     Fig.    1.6 zeigt, wie die     piezoelek-          trischen    Kristallelemente von der     in        Fig.    10  oder 12 gezeigten Art in einem Filter ver  wendet werden können. Wie aus der Figur  hervorgeht, sind zwei Kristallelemente 55  und 56 zwischen einem Eingangsklemmen  paar 5 7 und 58 und einem     Ausgangsklemmen-          paar    59 und 60 derart angeordnet, dass sie  ein     Kettenglied        dritter    Art bilden.

   Das eine  Paar gegenüberliegender Elektroden des     Kri-          stalles    55 ist in den zwischen den Klemmen  57 und 59 liegenden     obern    Leitungszweig  eingeschaltet, während das andere Elektro-           denpaar    zwischen die Klemmen 58 und 60  geschaltet ist. Die     Kreuzzweigimpedanzen           -erden    durch das andere Kristallelement 56  gebildet, dessen eines     Elektrodenpaar    zwi  schen die Klemmen 58 und 59 geschaltet ist,  während das andere     Elektrodenpaar    zwischen  den Klemmen 57 und 60 liegt.

   Wenn, wie  in der     Fig.    16, zwei     Elemente    verwendet wer  den, so sind die     Übertragungskenngrössen    der  resultierenden Filter gleich, wie wenn in  jedem     Impedanzzweig    einzelne Impedanz  elemente verwendet würden; dagegen ist der  Wellenwiderstand des Filters doppelt so  gross.



  Electric wave filter. The present invention relates to electrical wave filters in which mechanical vibration elements are used.



  The invention aims to expand the frequency range of such filters, to reduce their manufacturing costs and the number of vibration elements required for their construction.



  It is known that wave filters of the third type have the advantage of general usability with regard to the transmission parameters obtainable from them. However, this advantage is accompanied by the disadvantage that they require a very large number of impedance elements and a high degree of equalization between the impedance elements of certain branches.

   Where mechanical vibration devices, for example piezoelectric crystals, are inserted into the filter circuit to guarantee the advantages resulting from their low energy consumption, the manufacturing costs and the effort involved in setting these devices make it worthwhile

   their number to a minimum; belittle.



  The electrical wave filter according to the invention, which has two pairs of impedance branches that are switched between a pair of input terminals and a pair of output terminals so that they form a symmetrical chain link of the third type, the two impedance branches belonging to a pair being the same , is characterized in that a mechanical 'vibration element is symmetrically coupled electromechanically with both branches of one pair,

   and that a second mechanical vibrating element is coupled in the same way to both branches of the other pair, the said vibrating elements having different resonance frequencies. The electromechanical coupling can be either electrostatic or electromagnetic, the first type being suitable where piezoelectric crystals are used as mechanical vibration elements, and the second type where metallic resonators are used.

   Furthermore, piezoelectric crystals can be used for the construction of the Fil ter who can carry out bending vibrations, whereby the frequency range is considerably expanded. Crystal elements can be used for this purpose. which are either cut in the form of a rod or a tuning fork and which are preferably kept in or near their hinge knots.



  The following are Ausführungsbei games of the invention, which are illustrated in the accompanying drawings. described. In the drawings: Fig. 1 shows schematically a wave filter in which piezoelectric crystals are used as mechanical impedance elements, Fio-. 2 a piezoelectric oscillating body.



       3 shows the substitute scheme of the device according to Fit'o-. 2 </B>, FIG. 4 shows an oscillation device based on the principle of magnetostriction, Fin. 5 the substitute scheme of the device in FIG. 4, FIG. t; the characteristics of this device, Fig. -7 is a schematic representation of a filter with magnetostrictive vibration devices.



       Fig. 8 and 9 characteristic curves of the filter of Fig. 7, Fig. 10 a piezoelectric crystal element. which is cut in the form of a rod and can perform bending vibrations, Fig.1l a side view of the crystal element of Fig. 10, from which ersicht Lich is the way in which the element is carried by terminals making contact with the individual electrodes, Fig 12 a piezoelectric crystal element,

      which is cut in the form of a tuning fork, Fig. 13 a section in the plane 4-4 of the crystal element of Fig. 12, Fig. 14, how the electrodes of the elements of Figs. 10 and 12 must be connected so that these flexural vibrations 15 curves that can be used advantageously in the calculation of such filters, FIG. 16 a chain link of the third type in which two crystal elements according to FIG. 111 or 12 are used.



  The third type of filter shown in FIG. 1 has two piezoelectric crystals 10 and 11, which act as mechanical vibration elements and are coupled to the electrical part in such a way that each crystal is in two identically arranged branches of the chain link of the third kind. In this woe, the crystal 10 is switched on in both line branches and the crystal II in both l @ reuzz-uveige.

   The input terminals of the filter are labeled 1 and 2 and the output terminals are labeled 3 and 4.



  The crystals can be designed as right-angled plates that are cut so that the largest surface is perpendicular to the electrical axis of the crystal and the longer side surface is parallel to the mechanical axis of the crystal. The mechanical axis is to be understood as that which is perpendicular to the electrical and optical axes, which are perpendicular to one another, and along which the main vibrations of a longitudinally vibrating low frequency crystal occur.

   Crystals that are cut in this way and whose large areas are provided with electrodes vibrate longitudinally when electrically excited and, if they are dimensioned for the relatively low frequency range used for carrier telephony, have dimensions that are appropriate allow mechanical installation. However, other known forms of crystals can also be used and may even be preferred. The filter shown in FIG. 1 is, however, provided with the rectangular crystals described above, which are shown from the side.



  The crystal 10 is provided with two pairs of electrodes 1'2, 121 and 13, 131, which lie on opposite sides of the crystal, the pair 12, 121 in the upper Kri stall half and the pair 13, 131 in the lower. These electrodes can be made of silver that is applied directly to the crystal, for example in such a way that the two. : u covering areas must first be completely coated with silver, after which a narrow strip of the sill is removed from the middle of each area.

   In general, it is advisable to also remove a narrow strip from the edges. The crystal 11 is provided with two corresponding pairs of electrodes 14, 14 'and 15, 151 in the same way. The electrodes 12 and 12 'of the crystal 10 are with the terminals 1 respectively. 3 connected and the electrodes 13 and 131 to the terminals 2 respectively. 4. The electrodes 14 and 141 of the crystal 11 are respectively with the terminals 1. 4 and the electrodes 15 and 151 with .den terminals 3 respectively. 2 connected. Fig. 2 shows a perspective view of the Kristallgis 10 and the arrangement of the electrodes and their connections.



  Although every crystal works as a uniform oscillation structure, its behavior in the filter circuit can best be seen by considering it to be equivalent to two crystals obtained by cutting it between two adjacent electrodes. This would result in two identical conduction branch crystals and two identical cross branch crystals.

   If four separate crystals were used, one would have to pay no attention to the way in which the electrodes and the filter clamps are connected, but if they are paired as in Fig. 1 and 2 and form a uniform structure, you have to make sure that the Excitation voltages applied to each half have such a mutual relationship that both halves oscillate in the same direction at the same time.

       Otherwise the oscillation of each half would try to cancel out that of the other, and a deflection would occur along the longitudinal axis of the crystal gis. In the connection manner shown in FIG. 1, the correct mutual polarity relationships for the excitation voltages are obtained, so that each half of the crystal oscillates in the correct manner.

   From Fig. 1 it can be seen that in the case of the crystal 10, the lower electrodes 13 and 131 compared to the electrodes 12 and 121 are connected in the opposite way to the input terminals and the output terminals. The same also applies to the electrode pairs of the crystal gis 11.



  Fig. 3 shows the electrical equivalent circuit for the crystal 10. It comprises two equal impedances, each of which consists of a simple resonance circuit, to which a capacitance is shunted, the one impedance between terminals 1 and 3 and the other between terminals 2 and 4 is switched on. The two impedances of the equivalent circuit are not subject to any mutual coupling, although in reality the same mechanical .Schwingkörper acts in each current path.



  The values of the inductances and capacitances present in the electrical equivalent circuit can be determined from the crystal dimensions by first determining the electrical equivalent of the entire crystal under the assumption that the two electrodes on each surface are a single electrode that covers practically the entire surface form. The impedance of each half of the crystal gi is then twice as great as that of the whole crystal gi. In FIG. 3, each impedance consists of a resonance branch with an inductance 2 L1 and a capacitance of
EMI0003.0044
   which has a capacity of
EMI0004.0001
   is connected in parallel.

   As functions of the dimensions of the crystal, these quantities can be represented as follows:
EMI0004.0006
    where 1., zc and <I> t </I> are the length, width and thickness of the crystal in centimeters.



  For the combination of two pairs of piezoelectric crystals in a chain link of the third type, which should only have a single transmission band, the line branch and cross branch crystal impedances must have unequal frequency characteristics for such a relationship have to one another that the resonance of the line branches coincides with the antireso nance of the cross branches or vice versa. Equations (1) enable ec: to measure the crystal dimensions so that this condition is met.



       1 shows four identical series inductances of the value "!, L", which are switched into the supply lines to the chain link and through which a wider transmission band is maintained without the sharpness of the selectivity suffering.



       Fig. 4 shows another type of electro-mechanical impedance suitable for use in such filters. In this device, the vibration element consists of the tubular member 16 made of magnetostrictive material, which is carried in the middle by the cutting edges 17 and 171 and is provided with the excitation coils 18 and 19 serving to absorb the alternating currents.

   As shown, these coils cover the entire length of the tube, but they can also be made only half as long. The oscillation of the tube 1.6 is caused by magnetostrictive forces, which are caused by the currents in the windings - # \, erderi. and so that these forces receive the same frequency as the excitation currents, the tube must be magnetically polarized by a unidirectional magnetic field.



  For this purpose, a polarizing magnet 21 is provided, the pole faces of which lie in front of the ends of the 'vibration element and which thus forms a practically closed magnetic circuit with the latter. The narrow air gaps between the ends of the tube 16 and the polarizing magnet allow free oscillation. The @ 1 magnetic field is created by a? 2 winding. which is fed from the battery 23 or another direct current source via an adjustable resistor 24.

   In order to prevent an eddy current flow from occurring under the action of the excitation currents in the tube 16, it is slotted at 20 in the longitudinal direction.



  The electrical impedance of a magnetostrictive element of the type shown, measured at the terminals of one of the Erre @, c, r-w windings, corresponds to that of FIG. 5, which has an inductance L "to which a Reilienresonanzstromkreis L, Cl is placed in shunt.

   The inductance L ″ corresponds to the inductance L ″ of the excitation winding in the absence of a torque restriction effect or in the case of a row 16 fastened in such a way that it cannot oscillate. The inductance L 1 and the capacitance Cl have values which are dependent on the physical dimensions, the mechanical constants of the tube 16 and the magnetostriction force factor.

   More details can be found in an article by ssutterworth in the "Proceedings of ehe Physical Societv" of March 1, 1931, page 166. It should be mentioned that the. Resonance of L and Cl corresponds to the first mechanical resonance frequency of the pipe in the case of longitudinal vibrations.



  The reactance-frequency characteristic of the impedance is indicated by curve 25 of Fi g. 6 shown. It shows ns, ci critical frequency values, the one at fo, at which antiresonance is present, and a higher frequency f ,, which corresponds to the resonance frequency of L and C ,, that is, the mechanical resonance of the oscillating body.

   As a result of the relatively low electromechanical coupling caused by the magnetostriction, the two frequencies f "and f are very close to one another, so that the use of the device seems to be limited to filters with a very narrow bandwidth. A larger frequency spacing between the critical frequency values can, however, be achieved by adding a capacitance in series to the excitation winding, the reactance characteristic having roughly the course of curve 26 in FIG. 6.

   A new resonance frequency f 2 then occurs below f ", and the upper resonance frequency is shifted from the value f to fa. The distance between the frequencies f2 and A and the antiresonance frequency f o can be influenced by changing the series capacitance.



       7 shows the use of magnetostrictive oscillating bodies of the type described above in a broadband filter. Two vibration elements 27 and 28 are used, of which element 27 has two identical excitation windings W3 and T / Va 'which are connected to the branches of the chain link of the third type.

   The element 8 has two identical windings 13'b and TVb 'which are switched into the cross branches. In series with the windings Ww and Wa 'capacitances C "and Ca' of the same size are switched on, and a corresponding pair of capacitances C ,, and Cb 'of the same size is inserted in the cross branches. The vibration elements are only very schematic in this figure shown,

      and the polarizing magnets and their associated circuits are not shown for simplicity.



  The winding TV "is between the terminals 1 and 3 of the filter and the winding W .;" between terminals 2 and 4. The windings W., and WJ must be polarized in such a way that the current flowing through them magnetizes the core in the same direction. The windings Wb and Wb 'are polarized in the same way of the two windings of each vibrating body, the same impedances are introduced into di4 in both branches of the line and also into the cross branches.



  In order for the filter to deliver a single transmission band, the cross-branch impedances must have a frequency characteristic that is different from that of the line-branch impedances, but have such a mutual relationship that the critical frequency values coincide. The Antiresonanzfrequenzen .der line branches must coincide with the resonance frequencies of the cross branches and vice versa, within the frequency range of the transmission band, while in the attenuation range, the correspondence between critical frequencies must be of the same character.

    This is illustrated for the filter of FIG. 7 in the two examples shown in FIGS. 8 and 9. In FIG. 8, the solid curve 27 corresponds to the reactance of the line impedances and the dashed curve 2.8 corresponds to the reactance of the cross branches.

   In this case, the transmission band extends from the lowest critical frequency f ,, to the highest frequency fb. The curves 29 and 30, which correspond to the line and cross arm impedances, show a direct coincidence of two resonances at the frequency fe and the coincidence of a resonance and an anti-resonance frequency at the value fg. In this case, the band extends from the lowest critical frequency f, # to the third critical frequency <B> f d,

  </B> and the frequency f e is outside the transmitted band. In both figures, the position of the tape is indicated by the hatched stripes.



  The piezoelectric crystal element of FIG. 10 comprises a parallelepiped 61 with a pair of electrodes 62 and 63 arranged on one large surface and a pair of electrodes 64 and 65 on the opposite surface.

   If an @ ol.cher rod is caused to carry out bending vibrations, as described further below, it oscillates around the two node lines 66 and 67, that of the ends of the rod by approximately 0.224 th part of the length are removed.

   So that the holding device can only cause slight attenuation of the angles of vision, the rod must be held at or near these locations.

   This can be done, for example, in the manner shown in the figure, -o on one side of the crystal, the terminals 70 and 71, the Elekt.rorlen. Fit and <B><I>63</I> </B> and clamps 72 and 73 the electrodes 64 and 65 on the other side, in close proximity to line <B> 67. </ B> In the same way, there are two other pairs of terminals, of which terminals 74 and 75 are visible. arranged in close proximity to the line <B> 66 </B>.



       11, the clamps described above can be designed as: metal inserts which are embedded in the carrier 76 and 77 made of insulating material. The connecting wires shown at locations 78, 19, 80 and 81 can be soldered on or otherwise connected to the terminals.



  Fig. 12 shows a second form of a crystal element which has the shape of a tuning fork with two prongs 32 and 33 and a back 34. On one side of the tuning fork there is an electrode 35, which extends along the outer. Edges of the prongs and the lower part of the back. A second electrode 36 runs along the inner edges of the prongs and the top of the back. On the opposite side of the tuning fork, an identical pair of electrodes 3 7 and 38 is arranged. Such a tuning fork has a knot line that runs parallel to the prongs and divides the back part into two parts.

   It is designated 39-40 in FIG. 12. The tuning fork is preferably held along this line, which can be done for example by means of a pair of clamps 41 and 42 on one side and a pair of clamps 43 and 44 on the other side.

   As can be seen from Fig. 1; 3, these terminals can be metal inserts that are einas sen in a pair of carriers made of insulating material and are soldered or otherwise attached to the connecting conductors.



  14 shows the manner in which the crystal element of FIG. 10 is to be switched so that the rod carries out bending vibrations. The electrode 62 and the diagonally opposite electrode 65 are connected to the terminal 45 and the other two electrons to the terminal 46. If the terminals 45 and 46 have a Weehsel-E. M. K. is pressed. so the element 61 is set in flexural vibrations.



  Curve 47 in FIG. 15 illustrates the dependency of the bending oscillation frequency of a 1-long, "N-stringed" 0 'crystal on the ratio of the lengths of the optical and mechanical axes, the ordinate in this figure being the frequency in kilohertz and the abscissa shows the values of the chosen ratios.

    A "Y-cut" 0 "crystal is understood to mean a crystal whose main surface, i.e. the largest surface, is cut perpendicular to a surface of the mother crystal and whose broad side forms an angle of 0 degrees with the optical axis Curve 48 shows the same for an “N-cut” 18 'crystal, that is to say a crystal whose broad side forms an angle of 18' with the optical axis, that running in the direction of the electrical axis Thickness does not play a role in determining the frequency.

    For a crystal of any other length the frequency can be determined according to the principle of similarity, according to which for a crystal of a given shape the resonance frequency of any kind of oscillation is inversely proportional to the size of any dimension. For a 5 cm long 0 'crystal with a ratio of the lengths of the optical axis to the mechanical axis of 0.2, the value of 20 kilohertz can be found in curve 47 for the frequency, for example. That is only about a third of the frequency for the same crystal if it makes length oscillations.

   For an 18 'crystal, as curve 48 shows, the frequency is somewhat lower, since the Young's modulus is smaller for this type of cut.



  As has already been mentioned, a known equivalent circuit for a piezoelectric crystal consists of a capacitance C ,, which is in shunt with the series connection of an inductance and a capacitance C2. The value of the relationship
EMI0007.0013
   for an 18 'crystal, in which the electrodes on one side cover approximately "j3 to the surface, is 180 and for a 0' crystal it is 150.

   The shunt capacity C, of the equivalent circuit is the electrostatic capacity between the two sets of plates. From this, the values of the reactances of the equivalent circle can be determined for a rod that executes bending s c u vibrations t '.



  With rod-shaped crystal elements that are excited to perform flexural vibrations, frequencies below 16 or 17 kilohertz can be achieved. Even lower frequencies can be achieved with tuning fork-shaped piezoelectric crystals. In order for this crystal to vibrate, the electrodes must be closed as in FIG. 14, the electrodes 62, 63, 64 and 65 representing the electrodes 35, 36, 37 and 38 of the tuning fork of FIG.

    The two outer electrodes 35 and 37 act at a certain voltage polarity, .that the outside of the prongs expands, while at the same time the voltage applied to the inner electrodes 36 and 38 causes the inside to contract, so that the prongs bend towards the inside and swing like a tuning fork.



  The frequency f of a tuning fork in periods per second is given by the following equation:
EMI0007.0038
    where K is a constant, W is the width of a prong and l is its length. This formula assumes that the back is relatively wide, otherwise a correction must be made. From measurements on an "X-cut" V-crystal, the value of K was determined to be 65,000.

   For a specific case with a tuning fork-shaped crystal 6 cm in length with 4.5 cm long and 0.4 cm wide prongs, the following frequency results:
EMI0007.0045
    With a 6 cm long crystal of still feasible width, one can therefore go down to frequencies of the order of 1 kilogram.

   In this way, by using rod-shaped and tuning fork-shaped crystal elements at the same time, it is possible to obtain a frequency range from 1 to 50 kilohertz without having to use a wider crystal than is necessary for longitudinal vibrations of 50 kilohertz.



  The value of the ratio of C, and Cl is approximately 300 for a tuning fork-shaped 0'-crystal. With this, the reactances of the equivalent circle can be determined. A chain ladder of the third type can be formed from two pairs of tuning fork-shaped crystals.



  1.6 shows how the piezoelectric crystal elements of the type shown in FIG. 10 or 12 can be used in a filter. As can be seen from the figure, two crystal elements 55 and 56 are arranged between an input terminal pair 5 7 and 58 and an output terminal pair 59 and 60 in such a way that they form a chain link of the third type.

   One pair of opposing electrodes of crystal 55 is connected in the upper branch of the line located between terminals 57 and 59, while the other pair of electrodes is connected between terminals 58 and 60. The cross-arm impedances -erden formed by the other crystal element 56, one pair of electrodes between the terminals 58 and 59 is connected, while the other pair of electrodes between the terminals 57 and 60 is.

   If, as in FIG. 16, two elements are used, the transfer parameters of the resulting filters are the same as if individual impedance elements were used in each impedance branch; on the other hand, the wave resistance of the filter is twice as great.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektrisches Wellenfilter mit zwei Paa ren von Impedanzzweigen, die zwischen ein Eingangsklemmenpaar und ein Ausgangs klemmenpaar derart eingeschaltet sind, dass sie ein symmetrisches Kettenglied dritter Art bilden, wobei je die beiden zu einem Paar zusammengehörigen Impedanzzweige gleich sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein mecha nisches Schwingungselement : PATENT CLAIM Electrical wave filter with two pairs of impedance branches, which are connected between an input terminal pair and an output terminal pair in such a way that they form a symmetrical chain link of the third type, the two impedance branches belonging to a pair being the same, characterized in that a mechanical Vibration element: symmetrisch mit beiden Zweigen des einen Paares elektro mechanisch gekoppelt ist, und dass ein zweites mechanisches Schwingungselement in gleicher Weise mit beiden Zweigen des an dern Paares gekoppelt ist, wobei die genann ten Schwingungselemente verschiedene Reso nanzfrequenzen besitzen. UNTERANSPRÜCHE: 1. Elektrisches Wellenfilter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungselemente piezoelektrisohe Kristalle besitzen und dass jeder Kristall symmetrisch zwischen zwei Paaren von Plattenelektroden angeordnet ist, welche die elektromechanische Kopp lung mit den Paaren gleicher Impedanz- zweige herstellen. 2. is symmetrically coupled electro-mechanically with both branches of one pair, and that a second mechanical vibration element is coupled in the same way to both branches of the other pair, the said vibration elements having different resonance frequencies. SUBClaims: 1. Electrical wave filter according to patent claim, characterized in that the mechanical vibration elements have piezoelectric crystals and that each crystal is arranged symmetrically between two pairs of plate electrodes which produce the electromechanical coupling with the pairs of the same impedance branches. 2. Elektrisches Wellenfilter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungselemente Metallrohre mit magnetostriktiven Eigen schaften besitzen und dass die Kopplung mit den Impedanzzweigen mittelst induk tiver Wicklungen erfolgt, die sich über die ganze Länge der Rohre erstrecken. 3. Elektrisches Wellenfilter nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Schwingungselemente piezoelektrische Kristalle aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass sie Biegungs- sehwingungen ausführen können. 4. Electrical wave filter according to patent claim, characterized in that the mechanical vibration elements have metal tubes with magnetostrictive properties and that the coupling with the impedance branches is carried out by means of inductive windings which extend over the entire length of the tubes. 3. Electrical wave filter according to claim, characterized in that the mechanical vibration elements have piezoelectric crystals which are designed in such a way that they can carry out bending vibrations. 4th Elektrisches Wellenfilter nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten piezoelektrischen Kristalle stimmgabelförmig ausgebildet sind. 5. Elektrisches Wellenfilter nach Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den zur Ebene der Gabelzinken parallelen Flächen der Gabel je zwei Elektroden beigeordnet sind und dass zum Aalten des Kristalles längs einer Schwingungsknoten linie und zur Herstellung des elektrischen Kontaktes mit den Elektroden zwei Klem- menpaare vorhanden sind. 6. Electrical wave filter according to dependent claim 3, characterized in that the said piezoelectric crystals are configured in the shape of a tuning fork. 5. Electrical wave filter according to sub-claim 4, characterized in that two electrodes are assigned to the surfaces of the fork parallel to the fork prong plane and that two pairs of clamps are used to age the crystal along a vibration node and to establish electrical contact with the electrodes available. 6th Elektrisches Wellenfilter nach Unter anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass den grössten Flächen eines stabförmigen Kristalles je zwei Elektroden beigeordnet sind und dass zum Tragen des Krista.lles und zur Herstellung des elektrischen Kon taktes mit den Elektroden vier Klemmen paare längs zwei im Bereich der Sehwin- gungsknotenlinien liegenden Linien vor handen sind. Electrical wave filter according to sub-claim 3, characterized in that two electrodes are assigned to each of the largest areas of a rod-shaped crystal and that four pairs of clamps along two in the area of the viewing angle are used to carry the crystal and to make electrical contact with the electrodes. nodal lines are present.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE968967C (en) * 1952-01-18 1958-04-10 Philips Nv Band-pass chain link with a relatively wide pass band with a magnetostrictive transducer
DE1240761B (en) * 1963-10-30 1967-05-18 Gen Electric Object recognition system

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