DE1206103B

DE1206103B - Electromechanical filter

Info

Publication number: DE1206103B
Application number: DES67295A
Authority: DE
Inventors: Hans Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-02-26
Filing date: 1960-02-26
Publication date: 1965-12-02
Also published as: GB926306A; BE600604A; CH399612A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
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HOIpHOIp

H03hH03h

Deutsche Kl.: 21g-34German class: 21g-34

1206103
S67295IXd/21g
26. Februar 1960
2. Dezember 19651206103
S67295IXd / 21g
February 26, 1960
December 2, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter mit als Biegeschwinger ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über im Bereich der Schwingungsknoten angeordnete, Torsionskräfte übertragende, klein gegenüber einem Viertel der Wellenlänge im Material gewählte Kopplungsglieder zu einem Schwingsystem verbunden sind.The invention relates to an electromechanical Filters with mechanical resonators designed as flexural oscillators, which are in the range the vibration nodes, which transmit torsional forces, are small compared to a quarter of the Wavelength in the material selected coupling elements are connected to a vibration system.

Filteranordnungen unter Verwendung von mechanischen Resonatoren zeichnen sich durch eine hohe elektrische Güte und damit verbunden durch eine große Flankensteilheit an den Grenzen des Durchlaßbereiches bzw. Sperrbereiches aus. Die bisher bekannten Filter, in denen mechanische Resonatoren verwendet werden, arbeiten meist mit Torsionsschwingern oder Längsschwingern. Torsionsschwinger sind vor allem für Frequenzen in der Größenordnung von 100 kHz und darüber geeignet. Längsschwinger werden im Bereich niedrigerer Frequenzen, also beispielsweise unter 50 kHz, geometrisch sehr groß. Für derartige niedrige Frequenzen wurde auch bereits versucht, ein mechanisches Filter unter Verwendung von Stimmgabeln aufzubauen, jedoch hat auch dieses Filter relativ große Abmessungen. Weiterhin ist es beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 2 814785 bekannt, eine Filteranordnung für elektrische Wellen unter Verwendung von elektromechanischen Resonatoren in der Weise auszubilden, daß als Resonatoren Biegeschwinger verwendet werden, die über im Bereich der Schwingungsknoten angeordnete, Torsionskräfte übertragende Kopplungsglieder zu einer mechanisch starren Einheit, also einem Schwingsystem, verbunden sind. Die Länge der Kopplungsstücke ist hierbei klein gegenüber einem Viertel der Wellenlänge im Material der Koppler. Zur Halterung des Schwingsystems sind bei diesem Filter besondere Streifen vorgesehen, die im Bereich der Schwingungsknoten auf den Resonatoren befestigt sind und aus nicht schwingungsfähigem Material bestehen müssen. Dies hat nicht nur eine relativ komplizierte Bauweise des Filters zur Folge, sondern bedingt auch eine zusätzliche Dämpfung der einzelnen mechanischen Resonatoren.Filter arrangements using mechanical resonators are characterized by a high electrical quality and associated with it by a large edge steepness at the limits of the pass band or restricted area. The previously known filters in which mechanical resonators are used, mostly work with torsional or longitudinal oscillators. Torsional vibrator are particularly suitable for frequencies in the order of 100 kHz and above. Longitudinal oscillator become geometrically very high in the range of lower frequencies, for example below 50 kHz great. Attempts have also been made to use a mechanical filter for such low frequencies of tuning forks, but this filter also has relatively large dimensions. Farther it is known for example from US Pat. No. 2,814,785, a filter arrangement for electrical Form waves using electromechanical resonators in such a way that Flexural oscillators are used as resonators, which are arranged in the area of the oscillation nodes, Coupling members which transmit torsional forces to form a mechanically rigid unit, that is to say one Oscillating system, are connected. The length of the coupling pieces is here small compared to a Quarter of the wavelength in the coupler material. To hold the oscillating system are in this Filters special strips are provided, which are attached to the resonators in the area of the oscillation nodes and must be made of non-vibratory material. This is not just a relative result in a complicated construction of the filter, but also requires additional attenuation of the individual mechanical resonators.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Filter vor allem in dieser Hinsicht zu verbessern.The invention is based on the object of an electromechanical filter, especially in this regard to improve.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter mit als Biegeschwinger ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über im Bereich der Schwingungsknoten angeordnete, Torsionskräfte übertragende, klein gegenüber einem Viertel der Wellenlänge im Material gewählte Kopplungsglieder zu einem Schwingsystem verbunden sind, wird diese Aufgabe Elektromechanisches FilterBased on an electromechanical filter with a mechanical one designed as a flexural oscillator Resonators, which are arranged in the area of the vibration nodes and transmit torsional forces, small compared to a quarter of the wavelength in the material chosen coupling members to one Vibrating system are connected, this task becomes electromechanical filter

Anmelder:Applicant:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,Berlin and Munich,

München 2, Wittelsbacherplatz 2Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Hans Albsmeier, MünchenNamed as inventor:
Hans Albsmeier, Munich

erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß auf den einzelnen Biegungsschwingern ein für alle gemeinsamer, zugleich Kopplungsstücke bildender Draht starr befestigt ist, der vorzugsweise zugleich als Halterung des Filters dient.solved according to the invention in such a way that on the individual flexural oscillators a common for all, at the same time coupling pieces forming wire is rigidly attached, preferably at the same time as Holder of the filter is used.

In Weiterbildung der Erfindung sollen die Biegungsschwinger und/oder die Kopplungsstücke aus Metall, insbesondere aus einer einen geringen Temperaturkoeffizienten aufweisenden Stahllegierung bestehen. Zweckmäßig ist es außerdem, wenn mehrere derartige Drähte vorgesehen werden.In a further development of the invention, the flexural oscillator and / or the coupling pieces should be made Metal, in particular consist of a steel alloy having a low temperature coefficient. It is also useful if several such wires are provided.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Biegungsschwinger derart lang ausgebildet sind, daß in Längsrichtung des einzelnen Biegungsschwingers zwei Knotenlinien gegeben sind, daß in jeder dieser Knotenlinien ein Kopplungsdraht verläuft und daß an den Endresonatoren in dem zwischen den Kopplungsdrähten gelegenen Bereich auf elektrostriktiver Basis arbeitende Kopplungsorgane zum Übergang von elektrischen auf mechanische Schwingungen und umgekehrt vorgesehen sind.Furthermore, it has proven to be advantageous if the flexural oscillators are designed to be so long that that there are two nodal lines in the longitudinal direction of the individual flexural oscillator, that in each this node lines a coupling wire runs and that at the end resonators in the between the Coupling wires located area on an electrostrictive basis working coupling organs to Transition from electrical to mechanical vibrations and vice versa are provided.

Es ist an sich, beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 2 905 909, ein Filter mit mehreren mechanischen Resonatoren bekannt, die über durchgehende Kopplungsdrähte mechanisch gekoppelt sind. Hierbei dienen die Kopplungsdrähte nicht der Halterung des Schwingsystems, und es ist auch eine andere Schwingungsform für die Resonatoren vorausgesetzt. Dadurch übertragen bei diesem Filter die Drähte im wesentlichen auch nur Zugkräfte. Die Halterung des Schwingsystems geschieht über eine besondere Haltevorrichtung.It is per se, for example by U.S. Patent 2,905,909, a multiple mechanical filter Known resonators which are mechanically coupled via continuous coupling wires. The coupling wires are not used here Holder of the oscillation system, and a different oscillation form for the resonators is also required. As a result, the wires in this filter essentially only transmit tensile forces. the The oscillation system is held using a special holding device.

Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail below.

Die F i g. 1 und 2 dienen der Beschreibung der bekannten Biegungsschwinger, wobei die F i g. 2 eine bekannte Filterausführung mit zwei Biegungsschwingern 1, 2 zeigt, die vorzugsweise aus einer möglichst geringe Ausdehnung in Abhängigkeit von der Tem-The F i g. 1 and 2 serve to describe the known flexural oscillator, FIG. 2 one known filter design with two flexural oscillators 1, 2 shows, preferably from one if possible low expansion depending on the temperature

509 740/356509 740/356

peratur aufweisenden Stahllegierung bestehen. Für diese Biegungsschwinger ist der in der Fig. 1 angedeutete Schwingungszustand angenommen, wobei die F i g. 1 lediglich die Auslenkung nach der einen Seite wiedergibt. Im Bereich der Schwingungsknoten A und B sind die in der F i g. 2 gezeigten Biegungsschwinger 1 und 2 über Koppelstücke 3, 4 zu einer starren Einheit verbunden. Die Koppelstücke 3, 4 bestehen aus runden Stäben, vorzugsweise aus Metall, die in die Biegungsschwinger 1, 2 eingesetzt und eingelötet oder auf die Biegeschwinger nur aufgelötet oder aufgepunktet sind. Infolge der Anordnung der Kopplungsstücke 3, 4 im Bereich der Schwingungsknoten A und B werden durch diese Kopplungsstücke nur Torsionskräfte zwischen den Biegungsschwingern 1 und 2 übertragen. Je kürzer die Länge I der Kopplungsstücke 3, 4 gewählt wird, um so fester läßt sich die Kopplung aufeinanderfolgender Resonatoren gestalten. Für die Kopplung ist außer den. Materialeigenschaf ten der Kopplungs- «o stäbe noch deren Durchmesser d maßgebend.temperature having steel alloy exist. The oscillation state indicated in FIG. 1 is assumed for this flexural oscillator, FIG. 1 only shows the deflection to one side. In the area of the oscillation nodes A and B , those in FIG. The flexural oscillators 1 and 2 shown in FIG. 2 are connected via coupling pieces 3, 4 to form a rigid unit. The coupling pieces 3, 4 consist of round rods, preferably made of metal, which are inserted into the flexural transducers 1, 2 and soldered or only soldered or dotted onto the flexural transducers. As a result of the arrangement of the coupling pieces 3, 4 in the area of the oscillation nodes A and B , only torsional forces are transmitted between the flexural oscillators 1 and 2 through these coupling pieces. The shorter the length I of the coupling pieces 3, 4 is chosen, the more firmly the coupling of successive resonators can be made. For the coupling is also the. Material properties of the coupling rods and their diameter d are decisive.

In der F i g. 3 ist als Ausführungsbeispiel ein erfindungsgemäß aufgebautes mechanisches Filter wiedergegeben, welches aus. vier Biegungsschwingern 5 besteht, auf denen im Bereich der Schwingungsknotend, B (Fig. 1) je ein Drahtbügel6, 7 durch Lötung oder Punktschweißung starr befestigt ist. Auf den beiden äußeren Resonatoren ist jeweils im Bereich des Schwingungsbauches ein Plättchen aus elektrostriktivem Material, vorzugsweise aus einer elektrostriktiven Keramik, wie Bariumtitanat, befestigt, vorzugsweise aufgelötet, das auf der dem jeweiligen Resonator abgewendeten Seite mit einem Metallbelag überzogen und einem entsprechenden Anschluß 8, 9 versehen ist. Durch Querkontraktion in Längsrichtung der einzelnen Biegungsschwinger regt dieses-' elektrostriktive Ankopplungssystem den jeweils als Eingang benutzten B.iegungsschwinger an, und der als Ausgang benutzte Biegungsschwinger gibt mechanische Energie, in analoger Weise an das entsprechende Kopplungsorgan ab, zwischen dessen Anschluß 9 und der Metallmasse des Resonators die elektrische Ausgangsspannung zur Verfügung steht. Die Drahtbügel 6, 7 dienen bei diesem Filter zugleich als Halterung für das gesamte Filtersystem und sind zu diesem Zweck an den Enden abgewinkelt. Die abgewinkelten Teile sind beispielsweise auf der Grundplatte des Filters oder in einem Schutz-' gehäuse befestigt.In FIG. 3 shows as an exemplary embodiment a mechanical filter constructed according to the invention, which consists of. four flexural oscillators 5, on which a wire bracket 6, 7 is rigidly attached by soldering or spot welding in the area of the oscillation nodes, B (FIG. 1). A plate made of electrostrictive material, preferably an electrostrictive ceramic such as barium titanate, is attached, preferably soldered, to the two outer resonators in the area of the antinode, which is covered with a metal coating on the side facing away from the respective resonator and has a corresponding connection 8, 9 is provided. By transverse contraction in the longitudinal direction of the individual flexural oscillators, this electrostrictive coupling system stimulates the respective flexural oscillator used as an input, and the flexural oscillator used as an output emits mechanical energy in an analogous manner to the corresponding coupling element, between its terminal 9 and the metal mass of the Resonator the electrical output voltage is available. The wire brackets 6, 7 in this filter also serve as a holder for the entire filter system and are angled at the ends for this purpose. The angled parts are fastened, for example, on the base plate of the filter or in a protective housing.

Claims

Patent claims:

1. Electromechanical filter with mechanical resonators designed as flexural oscillators, the torsional forces that are arranged in the area of the vibration nodes, small compared to a quarter of the wavelength in the material chosen coupling members to one Vibrating system are connected, characterized in that on the individual flexural vibrators (S) a wire (6, 7) which is common to all and which at the same time forms the coupling pieces is rigidly attached, preferably at the same time serves as a holder for the filter.

2. Electromechanical filter according to claim 1, characterized in that the bending _T oscillator (5) and / or the coupling pieces (6, 7) consist of metal, in particular of a steel alloy having a low temperature coefficient.

3. Electromechanical filter according to claim 1 or 2, characterized in that several such wires (6, 7) are provided.

4. Electromechanical filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flexural oscillator (5) are designed so long that in the longitudinal direction of the individual flexural oscillator two node lines are given, that a coupling wire (6, 7) runs in each of these node lines and that at the end resonators working on an electrostrictive basis in the area between the coupling wires Coupling organs (8, 9) for the transition from electrical to mechanical vibrations and reversed are provided.

Considered publications:
Swiss Patent No. 277 467;
U.S. Patent Nos. 2,814,785, 2,905,909.

1 sheet of drawings