DE1214810B

DE1214810B - Mechanical high frequency filter

Info

Publication number: DE1214810B
Application number: DET17886A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ulrich Weber
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1960-02-15
Filing date: 1960-02-15
Publication date: 1966-04-21

Description

Mechanisches Hochfrequenzfilter Es sind mechanische Hochfrequenzfilter mit leitungsartigen Resonanzkörpern und Koppelelementen bekannt. Diese Filter kann man als mechanische Leitungen mit abschnittsweise verschiedenem Wellenwiderstand darstellen. Erregt man die Koppelelemente in einem anderen Schwingungsmodus als die Resonanzkörper, so lassen sich dadurch bekanntlich störende Nebenwellen in der Filtercharakteristik unterdrücken.Mechanical high frequency filter These are mechanical high frequency filters known with line-like resonance bodies and coupling elements. This filter can are mechanical lines with different wave resistance in sections represent. If the coupling elements are excited in a different vibration mode than the resonance body, so as is known, disturbing secondary waves in the Suppress filter characteristics.

Die Breite des Durchlaßbereiches eines Filters hängt bekanntlich wesentlich von der Größe des Koppelfaktors ab. In F i g. 1 ist ein Filterabschnitt gezeigt. Es sind rechteckförmige Resonanzkörper 1, 2 zu Longitudinalschwingungen erregt. Die Resonanzkörper haben für die Grundschwingung in der Mitte eine Knotenebene 3. Als Koppelelemente werden zu Biegeschwingungen erregt Drähte 4 verwendet, die durch Schweißpunkte 5, 6 mit den Resonanzkörpern verbunden sind. Im einfachsten Fall hat man eine .1/4-artige Kopplung. Bei der Resonanzfrequenz ist der Koppelfaktor bei Kopplung durch einen Koppel=-draht R = Radius des Koppeldrahtes 4, AL = Wellenlänge von Longitudinalwellen im Koppeldraht bei der Resonanzfrequenz des Filters, b = Länge eines Filterkörpers in Richtung der Knotenebene 3, d = Breite eines Filterkörpers in Richtung der Filterachse, h = Abstand der Schweißpunkte 5, 6 von der oberen Endfläche der Filterkörper 1, 2, l = Länge eines Filterkörpers senkrecht zur Knotenebene 3.As is known, the width of the pass band of a filter depends essentially on the size of the coupling factor. In Fig. 1 shows a filter section. There are rectangular resonance bodies 1, 2 excited to longitudinal vibrations. The resonance bodies have a node plane 3 in the middle for the fundamental oscillation. Wires 4 , which are excited to flexural vibrations and are connected to the resonance bodies by welding points 5, 6, are used as coupling elements. In the simplest case, you have a .1 / 4-like coupling. At the resonance frequency, the coupling factor is when coupling through a coupling = -wire R = radius of the coupling wire 4, AL = wavelength of longitudinal waves in the coupling wire at the resonance frequency of the filter, b = length of a filter body in the direction of the node plane 3, d = width of a filter body in the direction of the filter axis, h = distance between the welding points 5, 6 from the upper end surface of the filter bodies 1, 2, l = length of a filter body perpendicular to the nodal plane 3.

Im Falle einer d/4-artigen Kopplung ist die Länge a der Koppelleitung 4 zwischen den Schweißpunkten 5, 6. Man kennt im wesentlichen drei Möglichkeiten, den Koppelfaktor zu verändern. Einmal kann man den Radius des Koppeldrahtes variieren, doch ändert sich dann auch die Länge des Koppeldrahtes nach Formel (2). Damit ändert sich aber die Gesamtlänge des Filters. Man kann also nicht den Koppelfaktor bzw. die Durchlaßcharakteristik eines Filters bei Erhaltung seiner Gesamtlänge ändern durch eine Variation des Durchmessers der Koppeldrähte. Andererseits kann man den Koppelfaktor ändern, indem man den Abstand 1, der Koppeldrähte von den Endflächen der Filterkörper variiert. Hierdurch ist jedoch eine Änderung des Koppelfaktors nur in engen Grenzen möglich, da man aus Gründen der mechanischen Stabilität des Filters 1i nicht beliebig verändern kann.In the case of a d / 4-type coupling, the length a of the coupling line 4 is between the welding points 5, 6. There are essentially three ways of changing the coupling factor. Once you can vary the radius of the coupling wire, but then the length of the coupling wire also changes according to formula (2). However, this changes the overall length of the filter. It is therefore not possible to change the coupling factor or the transmission characteristic of a filter while maintaining its overall length by varying the diameter of the coupling wires. On the other hand, the coupling factor can be changed by varying the distance 1, of the coupling wires from the end faces of the filter body. As a result, however, a change in the coupling factor is only possible within narrow limits, since, for reasons of the mechanical stability of the filter 1i, it cannot be changed at will.

Weiterhin ist es auch bekanntgeworden, den Koppelfaktor und damit die übertragungsbandbreite des Filters durch Änderung der Anzahl der Koppeldrähte zu variieren. Diese bisher wirksamste von den bekanntgewordenen Methoden nutzt die Erfindung in einer herstellungsmäßig besonders vorteilhaften Fliteranordnung aus, die aus mehreren parallel zueinander liegenden Resonanzkörpern besteht, die über jeweils mit jedem Resonanzkörper mechanisch verbundene Drähte miteinander gekoppelt sind, in dem erfindungsgemäß die Koppeldrähte Abschnitte einer fortlaufenden spulenförinigen Wicklung um die Resonanzkörper bilden.Furthermore, it has also become known, the coupling factor and thus the transmission bandwidth of the filter by changing the number of coupling wires to vary. This so far most effective of the known methods uses the Invention in a particularly advantageous filter arrangement in terms of production, which consists of several parallel resonance bodies, which over Wires mechanically connected to each sound box are coupled to one another are, in which, according to the invention, the coupling wires are sections of a continuous bobbin-shaped Form winding around the sound box.

Wie schon oben angedeutet, liegt der wesentliche Vorteil dieser Erfindung in der besonders leichten Herstellung gegenüber den bisher bekanntgewordenen mechanischen Filteranordnungen dieser Art. Ein solches Filter kann nämlich ohne weiteres maschinell hergestellt werden, wobei man die Spulenwickeltechnik zum Aufbringen der Koppelleitungen anwenden kann.As already indicated above, the main advantage of this invention lies in the particularly easy production compared to the previously known mechanical Filter arrangements of this type. Such a filter can namely easily be machined manufactured using the coil winding technique for applying the coupling lines can apply.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in den F i g. 2 bis 5 dargestellt sind, soll die Erfindung näher erläutert werden. In F i g. 2 ist ein Filter mit beispielsweise vier zylinderförmigen Resonanzkörpern 7 gezeigt. Um die Resonanzkörper ist ein Draht 8 in spulenförmigen Windungen herumgelegt, Der Koppeldraht ist mit den Resonanzkörpern jeweils fest verbunden, beispielsweise durch Schweißstellen 10. Die Art der Befestigung wird unten erläutert. Werden die Resonanzkörper 7, wie angedeutet, zu Longitudinalschwingungen erregt, so bildet sich in der Ebene 9 eine Knotenfläche aus. Die Drahtwindung, die in: dieser Knotenebene liegt, trägt zur Kopplung nicht bei.On the basis of exemplary embodiments that are shown in FIGS. 2 to 5 shown are, the invention will be explained in more detail. In Fig. 2 is a filter with for example, four cylindrical resonance bodies 7 are shown. To the sound box a wire 8 is laid around in coil-shaped turns, The coupling wire is firmly connected to the resonance bodies, for example by welding points 10. The type of attachment is explained below. Will the sound box 7, like indicated, excited to longitudinal vibrations, a is formed in plane 9 Node surface. The wire turn, which lies in this nodal plane, contributes to the Coupling not with.

Der gesamte Koppelfaktor zwischen zwei benachbarten Resonanzkörpern setzt sich additiv aus den Koppelfaktoren der einzelnen Koppelelemente zusammen. Dabei liefern nach Formel (1) Koppeldrähte, die einen großen Abstand von der Knotenebene 9 des Filters haben, einen großen Koppelfaktor, tragen also zur Kopplung mehr bei als Drähte in der Nähe in der Knotenebene. Man kann den Koppelfaktor in@weiten Grenzen durch die Zahl und den Abstand der Windungen ändern. Dabei bleibt die äußere Abmessung des Filters gleich.The total coupling factor between two neighboring resonance bodies is made up of the coupling factors of the individual coupling elements. According to formula (1), coupling wires provide a large distance from the nodal plane 9 of the filter have a large coupling factor, so they contribute more to the coupling as wires nearby in the nodal plane. The coupling factor can be set within wide limits by changing the number and spacing of the turns. The outer dimension remains of the filter the same.

Der Abstand der Windungen kann über die ganze Breite des Filters gleichbleiben (F i g. 3 a) oder sich ändern (F i g. 3 b). Um denselben Koppelfaktor in einem Filter mit gleichen äußeren Abmessungen zu erhalten, kann man entweder wenige Wicklungen in größerem Abstand oder mehr Wicklungen in kleinerem Abstand aufwickeln. Man hat also die Möglichkeit, den Koppeldraht so zu wickeln, daß das Filter eine große mechanische Stabilität erhält und andererseits die Anregung von Nebenwellen unterdrückt wird. Es gelingt so, unter einer Vielzahl von Möglichkeiten die technisch günstigste Lösung auszusuchen. Die Breite des Durchlaßbereiches eines Filters läßt sich durch Vermehrung der Drahtwindungen leicht vergrößern oder umgekehrt verkleinern.The distance between the turns can remain the same over the entire width of the filter (Fig. 3 a) or change (Fig. 3 b). The same coupling factor in one filter With the same external dimensions, you can either use a few windings Wind up at a greater distance or wind more windings at a smaller distance. One has so the possibility of winding the coupling wire so that the filter has a large mechanical Stability is maintained and, on the other hand, the excitation of secondary waves is suppressed. In this way, the technically most favorable solution is achieved from a multitude of possibilities to choose. The width of the pass band of a filter can be increased by increasing it of the wire windings slightly increase or vice versa reduce it.

Die Wickeltechnik gemäß der Erfindung läßt sich auf verschiedene Filtertypen anwenden. Beispielsweise auf Filter mit longitudinal erregten Resonanzkörpern mit Biegekopplungen oder bei Filtern mit zu Scherschwingungen erregten Resonanzkörpern und Biegekopplungen oder bei torsional schwingenden Resonanzkörpern mit longitudinal erregten Koppelelementen. Die stabförmigen Resonanzkörper können beispielsweise einen kreisförmigen oder rechteckförmigen Querschnitt haben. Doch ist die Erfindung auch auf Filter mit stabförmigen Resonanzkörpern von anderem Querschnitt anwendbar.The winding technique according to the invention can be applied to different types of filters use. For example on filters with longitudinally excited resonance bodies Flexural couplings or, in the case of filters, with resonance bodies excited to shear vibrations and flexural couplings or, in the case of torsionally vibrating resonance bodies, with longitudinal excited coupling elements. The rod-shaped resonance bodies can, for example have a circular or rectangular cross-section. Yet is the invention also applicable to filters with rod-shaped resonance bodies with a different cross-section.

Die Koppelelemente können mit den Resonanzkörpern in herkömmlicher Weise durch Schweißen verbunden werden. Dabei kann die Erhitzung der Schweißstelle durch einen Schweißstrom erfolgen oder durch Beschuß mit Elektronen. Jedoch ist auch ein. Kaltschweißen durch Druck mit Gold- oder Indiumfolie als Bindemittel möglich. - Die Verbindung der Resonanzkörper mit den Koppelelementen kann auch durch einen Lötfluß erfolgen. Dabei werden die Resonanzkörper und/oder der Koppeldraht mit dem Lötmittel versehen. Nach dem Wickeln der Koppelwindung wird das ganze Filter auf die Schmelztemperatur des Lötmittels erhitzt. Bei kreis- oder rechteckförmigem Querschnitt der Resonanzkörper ist die Lage der Lötstellen auf den Oberflächen der Resonanzkörper nicht sehr gut zu lokalisieren. Darum ist es zweckmäßig, den Resonanzkörpern einen Querschnitt beispielsweise nach F i g. 4 a oder 4 b zu geben. Die Ankopplung der Koppelelemente an die Resonanzkörper erfolgt dann in definierten Punkten 10 auf den Kanten der Resonanzkörper. An Stelle eines Lötflusses kann auch ein Glasfiuß zur Verbindung von Koppeldraht und Resonanzkörpern verwendet werden.The coupling elements can be connected to the resonance bodies in a conventional manner Way to be connected by welding. This can cause the welding point to heat up take place by a welding current or by bombardment with electrons. However is also a. Cold welding possible by printing with gold or indium foil as a binding agent. - The connection of the resonance body with the coupling elements can also be done by a Solder flow take place. The sound box and / or the coupling wire with the Solder provided. After winding the coupling winding, the whole filter opens heated the melting temperature of the solder. With a circular or rectangular cross-section the sound box is the position of the soldering points on the surfaces of the sound box not very easy to locate. That is why it is advisable to unite the resonance bodies Cross-section, for example according to FIG. To give 4 a or 4 b. The coupling of the Coupling elements to the resonance body then takes place in defined points 10 the edges of the sound box. Instead of a soldering flux, a glass foot can also be used can be used to connect coupling wire and resonance bodies.

Die Erregung eines Filters nach der Erfindung kann, wie es auch schon bei anderen mechanischen Filtern bekanntgeworden ist, vorzugsweise durch piezoelektrische Wandler erfolgen. Dabei kann nach F i g. 5 a, die einen Schnitt durch einen Filter in Richtung der Knotenfläche 9 zeigt, die piezoelektrische Masse 11 (z. B. Bariumtitanat) mit dem Endresonanzkörper 12 des Filters verbunden werden. Dabei wird die Wicklung des Koppeldrahtes 14, der mit den Resonanzkörpern 12,15 beispielsweise durch Schweißen in den Punkten 10 verbunden ist, um den Endresonanzkörper 12 herumgeführt. Der Wandler 11 wird von außen aufgebracht und durch ein Bindemittel, vorzugsweise Araldit oder Weichlot, oder durch einen Glasfiuß mit dem Endresonanzkörper 12 verbunden. Das Bindemittel füllt den Zwischenraum 13 zwischen Resonanzkörper, Wandler und Wickeldraht aus.The excitation of a filter according to the invention can, as it has already been has become known in other mechanical filters, preferably piezoelectric ones Converter done. According to FIG. 5a showing a section through a filter in the direction of the nodal surface 9 shows the piezoelectric mass 11 (e.g. barium titanate) be connected to the end resonance body 12 of the filter. Thereby the winding of the coupling wire 14, which is connected to the resonance bodies 12, 15, for example by welding is connected at the points 10, led around the end resonance body 12. The converter 11 is applied from the outside and supported by a binding agent, preferably araldite or Soft solder or connected to the end resonance body 12 by a glass fus. That Binder fills the space 13 between the resonance body, transducer and winding wire the end.

Der endständige Resonanzkörper 12 kann in seinem Querschnitt von den anderen Filterkörpern 15 abweichen, um das Filter an den Wellenwiderstand des Wandlers anzupassen. Der Wandler 11 wird über die Querkontraktion des Piezoelektrikums zu Längsschwingungen angeregt. Die Schwingungen werden durch das Bindemittel auf den Resonanzkörper 12 des Filters übertragen.The terminal resonance body 12 can in its cross section of the other filter bodies 15 differ in order to adapt the filter to the characteristic impedance of the transducer adapt. The transducer 11 closes via the transverse contraction of the piezoelectric Longitudinal vibrations excited. The vibrations are caused by the binder on the Transfer resonance body 12 of the filter.

Vorteilhafterweise kann man für den Endresonanzkörper 16 des Filters einen kreisförmigen Querschnitt vorsehen und den piezoelektrischen Wandler 17 als Teil eines Zylindermantels ausbilden nach F i g. 5b. Man vermeidet dadurch scharfe Kanten, um die die Wicklungen des Koppeldrahtes 14 herumgelegt werden müssen. Die Ankopplung des Wandlers an den Endresonanzkörper erfolgt in oben beschriebener Weise durch ein Bindemittel.Advantageously, a circular cross section can be provided for the end resonance body 16 of the filter and the piezoelectric transducer 17 can be designed as part of a cylinder jacket as shown in FIG. 5b. This avoids sharp edges around which the windings of the coupling wire 14 have to be wrapped. The transducer is coupled to the final resonance body in the manner described above by means of a binding agent.

Die Halterung des Filters an dem Filterträger kann vorzugsweise in der Knotenebene 9 erfolgen. Es genügt, die elektrischen Zuleitungen der Wandler entsprechend stark vorzusehen, so daß sie den Filterkörper tragen können.The holder of the filter on the filter support can preferably be in the node level 9 take place. It is sufficient to connect the electrical leads to the converter to be provided accordingly strong so that they can carry the filter body.

Durch die Erfindung ist es möglich, sehr kompakte Filter mit kleinen Längsabmessungen zu bauen, die eine große mechanische Stabilität haben. Außerdem hat man die Möglichkeit, die Kopplung durch die Zahl der Windungen, bei gleichbleibendem Durchmesser des Koppeldrahtes, in einfacher Weise zu verändern, wie oben ausführlich beschrieben.The invention makes it possible to use very compact filters with small ones To build longitudinal dimensions that have great mechanical stability. aside from that one has the possibility of the coupling by the number of turns, with constant Diameter of the coupling wire can be changed in a simple manner, as detailed above described.

Die Figuren zeigen nur einige Ausführungsbeispiele. Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die speziell dargestellten Filterformen beschränkt, sondern läßt sich allgemein auf Filter mit parallel angeordneten Resonanzkörpern und drahtförmigen Koppelelementen anwenden.The figures show only a few exemplary embodiments. The application The invention is of course not limited to the specifically illustrated filter shapes limited, but can generally be applied to filters with resonance bodies arranged in parallel and use wire-shaped coupling elements.

Claims

Claims: 1. Mechanical frequency filter, consisting of several resonating bodies lying parallel to one another, each over with each resonating body mechanically connected wires are coupled to one another, that is not the case n -z e i c h n e t that the coupling wires are sections of a continuous coil-shaped Form winding around the sound box.

2. Mechanical frequency filter according to claim 1, characterized in that the coupling wires with the resonance elements connected by welding. 3. Mechanical frequency filter according to claim 1, characterized in that the coupling wires with the resonance elements by a Solder flux or glass flux are connected. 4. Mechanical frequency filter according to claim 1, characterized in that surface parts of the end resonators surrounded by coupling wires carry piezoelectric transducers, which are attached to these resonators with a binding agent, preferably soft solder or glass flux, are attached, each of the space between resonator, transducer and the coupling wires. Considered References: U.S. Patent No. 2,905,909; British Patent No. 722 664; Telefunken-Zeitung, Vol. 31, Issue 120, pp.105 to 114; "RCA Review", Vol. X, No.

3, pp. 348 to 365, September 1949.