Vorrichtung zur Trennung von elektrischen Frequenzgemischen. Vorliegende Erfindung betrifft eine Vor- niohtung zur Trennung von elektrischen Fre- ,quenzgamischen.
In der elektrischen Nachrichtentechnik sind neben rein elektrischen Filtern, bestehend uns Induktivitä:ben und Kapazitäten, auch Filter bekannt, bei welchen Resonanzschwin gungen von mechanischen Gebilden zur Er reichung einer Filterwirkung benützt werden (Stimmgabelfilter und Quarzfilter)
. Bei sol chen Filtern wird die elektrische Schwingung auf irgendeine Art erst in eine mechanische umgewandelt und nach erfolgter Ausnützung des mechanischen Schwingungsgebildes er folgt die Zurückwandlung in die elektrische Schwingung. Diese elektromechanischen Fil ter zeichnen sich durch eine besonders grosse Raesonanoschärfe aus,
die mit rein elektri- schen Filtern nur mit einem sehr grossen -Auf wand von Induktivitäten und Kapazitäten erreichbar ist.
Die Praxis der elektrischen Nachrichten technik verlangt jedoch nicht nur Frequenz- filter für eine bestimmte Resionanzfrequenz, sondern viel öfters Frequenzfilter für ganze Frequenzbänder (sogenannte Bandfilter).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Trennung von elek trischen Frequenzgemischen. - Die Vorrich tung gemäss der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass dieselbe ein durch die zuge führten elektrischen Schwingungen ange stossenes mechanisches Schwingungsgebilde aufweist., welches mit mindestens einem wei teren mechanischen Schwingungsgebilde ge koppelt ist,
daG Ganze derart, dassr rlie im an- gekoppelten %hwkgung%#ebilde erregten me chanischen Schwingungen wieder in elektri- sche Schwingungen verwandelt werden.
Hier werden also elektrische Schwingungen wie bei Stimmgabelfiltern in. mechanische Schwin gungen umgewandelt. Die Zurückverwand lung in elektrische Schwingungen erfolgt nun aber nicht, wie beim gewöhnlichen Stimm gabelfilter, direkt von diesem ersten mechani schen Schwingungsgebilde aus, sondern von einem, das mit dem ersten gekoppelt ist.
Für den Fall, dass das erste Schwingungs- gebilde mit einer sinusförmig verlaufenden Kraft konstanter Amplitude erregt wird und dass beide Schwingungsgebilde dieselbe Eigen- frequenoen besitzen, ergeben sich (nach der Theorie der gekoppelten Schwingungen) je nach der Grösse der Kopplung grundsätzlich verschiedene Verläufe für die Amplitude des zweiten Schwingungsgebildes in Funktion der erregenden Frequenz.
Für ganz lose Kopp- lung wird die Amplitude des zweiten Schwin gungsgebildes ein Maximum, wenn die erregende Frequenz gleich der Eigenfrequenz der beiden Schwingungsgebilde ist.
Bei fester Kopplung ergeben sich hingegen für die Am plitude des zweiten Schwingungsgebildes zwei Maxima, nämlich eines unterhalb und eines oberhalb seiner Eigenfrequenz. Bei der Eigen frequenz selbst ist die Amplitude ein Mini mum, das um so tiefer liegt, je stärker die Kopplung und je kleiner die Dämpfung des Schwingungsgebildes ist.
Der Frequenzab- stand der beiden Amplitudenmaxima wird mit stärker werdender Kopplung grösser.
Bei der Konstruktion von Bandfiltern grosser Bandbreite kann man zwar mit der obergenannten Anordnung durch die Wahl einer grossen Kopplung die beiden Maxima ge nügend weit auseinanderziehen, erhält dann aber in der Mitte des Bandes unzulässig tiefe Einsattelungen.
Dadurch, dass man statt nur zwei, mehrere Schwingungsgebilde aneinander koppelt. kann erreicht werden, dass innerhalb der Bandgrenze für die Amplitude des letzten Schwingungsgebildes, von welchem aus wie der die Zurückverwandlung in elektrische Schwingungen erfolgt, mehrere Maxima und Minima entstehen,
und zwar ist die Zahl der Maxima gleich der Zahl der aneinander ge koppelten Schwingungsgebilde.
Auf diese Art ist es möglich, mit ver- hältnismässig geringem Aufwand Bandfilter beliebiger Bandbreite mit sehr steilen Flanken und verhältnismässig kleinen Einsattelungen bauen zu können.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 die Vorrichtung im Aufriss und Fig. 2 eine Draufsicht derselben.
Auf einer Grundplatte 1 aus nichtmagne tischem Material sind zwei Dauermagnete 2, 2a befestigt, auf welchen je zwei gegen- einander gekröpfte Polschuhe 3, 3. 3a. 3a be festigt sind.
Die senkrechten Endteile dieser Polschuhe dienen als gerne für aufgesetzte Primärspulen 4, 4 und Sekundärspulen 4a. 4a, und zwar sind die Spulen jedes Paares in Reihe geschaltet. An einer senkrecht auf wärts gebogenen Seitenwand 1s der Grund platte 1 sitzen zwei parallele Ankerfedern 5 und 5a,
welche mit einem Luftspalt 6 bezw. 6a über die obern Enden der Magnetkerne binausmagen und durch eine Kopplungsfeder i miteinander verbunden sind.
L sind die Zu führungsklemmen, E die Ausgangsklemmen. Von diesen beiden,Schwringungssystemen bil det das System 2 bis 5 das primäre und 2a bis 5a das sekundäre Schwingungssystem, dessen Schwingungsfeder 5a mit der Schwin gungsfeder 5 des ersteren gekoppelt ist und an welches noch weitere Schwingungsgebilde, z. B. gleiche Federn, angekoppelt sein können.
Die . Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist folgende: Das zu trennende elektrische Frequenz gemisch gelangt über die Eingangsklemmen L in die beiden in Reihe geschalteten Pri märspulen 4. Diese sitzen im magnetischen greis, welcher aus dem Dauermagnet 2, den beiden Polen 3, den zwei Luftspalten 6 und der Ankerfeder 5 gebildet wird.
Die in den Primärspulen auftretenden Stromänderungen erzeugen im magnetischen Breis FluBände- rungen und diese letzteren haben in den bei den Luftspalten Änderungen der Anziehungs- kraft zwischen den Polkernen und der Anker- feder 5 zur Folge. Die
durch diese Kraft- änderungen bedingten Bewegungen werden durch die Kopplungsfeder ? von,der Anker feder 5 auf die Ankerfeder 5a des zweiten elektromagnetisch-mechanischen Systems, das ganz analog wie das erste aufgebaut ist, über tragen.
Durch die Bewegungen der Anker feder 5 desselben entstehen Änderungen des magnetischen Widerstandes im magnetischen Kreis, bestehend aus dem Dauermagneten 2a, den Polschuhen 3a, den Luftspalten 6a und der Ankerfeder 5a. Die Widerstandsänderung hat eine Flussänderung zur Folge, die ihrer seits in den Sekundärspulen 4a eine Spannung erzeugt, welche an den Klemmen l abgenom men werden kann.
Die Bewegung der beiden Ankerfedern 5 und 5a und damit die Grösse der übertragenen Leistung ist sehr klein, solange die Frequenz des erregenden Stromes nicht angenähert der Eigenfrequenz der beiden Ankerfedern ist, worauf eben die Filterwirkung beruht.
Device for separating electrical frequency mixtures. The present invention relates to a device for separating electrical frequency mixers.
In electrical communications engineering, in addition to purely electrical filters, consisting of inductances and capacitances, filters are also known in which resonance vibrations from mechanical structures are used to achieve a filter effect (tuning fork filters and quartz filters)
. With such filters, the electrical oscillation is first converted into a mechanical one in some way, and after the mechanical oscillation structure has been used, it is converted back into electrical oscillation. These electromechanical filters are characterized by a particularly large Raesonano sharpness,
which can only be achieved with purely electrical filters with a very large amount of inductance and capacitance.
However, the practice of electrical communications technology not only requires frequency filters for a certain resonance frequency, but also frequency filters for entire frequency bands (so-called band filters).
The present invention relates to a device for separating electrical frequency mixtures. The device according to the invention is characterized in that it has a mechanical oscillation structure which is triggered by the supplied electrical oscillations, which is coupled to at least one other mechanical oscillation structure,
the whole thing in such a way that in the coupled% hwkgung% # e form excited mechanical vibrations are converted back into electrical vibrations.
So here electrical vibrations are converted into mechanical vibrations, as in tuning fork filters. The conversion back into electrical oscillations does not take place directly from this first mechanical oscillation structure, as is the case with the usual tuning fork filter, but from one that is coupled to the first.
In the event that the first oscillation structure is excited with a sinusoidal force of constant amplitude and that both oscillation structures have the same natural frequencies, there are fundamentally different courses (according to the theory of coupled oscillations) depending on the size of the coupling Amplitude of the second oscillation structure as a function of the exciting frequency.
For a completely loose coupling, the amplitude of the second oscillation structure becomes a maximum when the exciting frequency is equal to the natural frequency of the two oscillation structures.
With a fixed coupling, however, there are two maxima for the amplitude of the second oscillation structure, namely one below and one above its natural frequency. In the case of the natural frequency itself, the amplitude is a minimum that is lower, the stronger the coupling and the smaller the damping of the oscillatory structure.
The frequency difference between the two amplitude maxima increases as the coupling increases.
In the construction of band filters with a large bandwidth, the two maxima can be pulled far enough apart with the above arrangement by choosing a large coupling, but then inadmissibly deep depressions are obtained in the middle of the band.
By coupling several vibrational structures to one another instead of just two. it can be achieved that within the band limit for the amplitude of the last oscillation structure, from which the conversion back into electrical oscillations occurs, several maxima and minima arise,
namely, the number of maxima is equal to the number of vibrational structures coupled together.
In this way it is possible to build band filters of any bandwidth with very steep edges and relatively small indentations with relatively little effort.
An embodiment of the subject of the invention is shown in the drawing, namely: FIG. 1 shows the device in elevation and FIG. 2 shows a plan view of the same.
On a base plate 1 made of non-magnetic material, two permanent magnets 2, 2a are attached, on each of which two pole shoes 3, 3, 3a cranked towards one another. 3a be fastened.
The vertical end parts of these pole pieces serve as a happy place for attached primary coils 4, 4 and secondary coils 4a. 4a, namely the coils of each pair are connected in series. On a perpendicular to the downward curved side wall 1s of the base plate 1 sit two parallel anchor springs 5 and 5a,
which respectively with an air gap 6. 6a binausmagen over the upper ends of the magnetic cores and are connected to one another by a coupling spring i.
L are the supply terminals, E the output terminals. Of these two, oscillation systems bil det the system 2 to 5 the primary and 2a to 5a the secondary oscillation system, whose oscillation spring 5a is coupled to the oscillation spring 5 of the former and to which still other oscillation structures, for. B. same springs can be coupled.
The . Operation of the device described is as follows: The electrical frequency mixture to be separated passes through the input terminals L in the two series-connected primary coils 4. These sit in the magnetic circuit, which consists of the permanent magnet 2, the two poles 3, the two air gaps 6 and the armature spring 5 is formed.
The changes in current occurring in the primary coils produce changes in flux in the magnetic pulp, and these latter result in changes in the force of attraction between the pole cores and the armature spring 5 in the air gaps. The
movements caused by these changes in force are caused by the coupling spring? from, the armature spring 5 to the armature spring 5a of the second electromagnetic-mechanical system, which is constructed quite analogously to the first, carry over.
The movements of the armature spring 5 of the same result in changes in the magnetic resistance in the magnetic circuit, consisting of the permanent magnet 2a, the pole pieces 3a, the air gaps 6a and the armature spring 5a. The change in resistance results in a change in flux, which in turn generates a voltage in the secondary coils 4a which can be removed at the terminals l.
The movement of the two armature springs 5 and 5a and thus the size of the transmitted power is very small as long as the frequency of the exciting current does not approximate the natural frequency of the two armature springs, on which the filter effect is based.