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Mechanisches Frequenzfilter mit mehreren durch Koppelelemente oder
unmittelbar miteinander verbundenen Resonanzkörpern Die Erfindung betrifft ein mechanisches
Frequenzfilter mit mehreren durch Koppelelemente oder unmittelbar ohne Zwischenschaltung
von Koppelelementen miteinander. . verbundenen Resonanzkörpern, die etwa auf die
gleiche Nutzfrequenz abgestimmt sind und deren . auf Nebenwelligkeit zurückgehende
Störfrequenzen .sich durch unterschiedliche Resonatorabmessungen auf ein breites
Frequenzband verteilen.
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Im allgemeinen bestehen solche Filter aus Resonanzkörpern, die für
die Durchlaßfrequenz auf 7/2 oder ein Vielfaches davon abgestimmt sind, und aus
Koppelelementen, die je zwei benachbarte Resonanzkörper miteinander verkoppeln.
Wesentlich für den Verlauf der Filtercharakteristik ist dabei die richtige Bemessung
der Kopplung zwischen den einzelnen Resonanzkörpern, die dadurch bewirkt wird, daß
der Wellenwiderstand der Resonanzkörper wesentlich verschieden vom Wellenwiderstand
der Koppelelemente ist. Man wählt im allgemeinen die Länge der Koppelelemente zu
A,/4 oder einem Vielfachen davon, z. B. 3 7/4, wobei das Koppelelement aus drei
Leitungsstücken von je .1/4 Länge mit verschiedenem Wellenwiderstand bestehen kann.
Mit den letztgenannten, an sich bekannten Koppelelementen kann man besonders kleine
Kopplungsfaktoren zwischen den einzelnen Resonanzelementen erhalten und damit einen
sehr schmalen Durchlaßbereich des Gesamtfilters erzielen.
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Es ist bereits eine piezoelektrische Resonatoreinrichtung durch die
deutsche Patentschrift 912 709 bekannt, die aus zwei oder mehreren Kristallelementen
besteht, bei der die Abmessungen der Kristallelemente so gewählt sind, daß sich
bei sämtlichen Kristallen für die Hauptwelle dieselbe oder annähernd dieselbe Frequenz
ergibt, die Nebenwellen jedoch an verschiedenen Stellen des Frequenzspektrums liegen.
Durch diese Maßnahme ergibt sich eine piezoelektrische Resonatoreinrichtung, die
nur auf die Frequenz der Hauptwellen anspricht, da nur diese Frequenz allen Kristallelementen
gemeinsam ist. Auf diese Weise wird das Auftreten von Oberwellen und deren Verkopplung
mit den Grundwellen weitgehend verhindert.
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Des weiteren ist durch die USA.-Patentschrift 2 652 543 ein mechanisches
Frequenzfilter bekannt, das aus longitudinalschwingenden plattenförmigen Resonanzkörpern
und in. der Plattenebene angeordneten, gleichfalls longitudinalschwingenden Koppeldrähten
besteht. Bei diesem Frequenzfilter weisen die plattenförmigen Resonanzkörper unterschiedliche
Grundrisse und damit unterschiedliche Impedanzen auf, wodurch eine Vergrößerung
der Flankensteilheit der Filtercharakteristik erreicht wird.
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Bei mechanischen Frequenzfiltern, deren Resonanzkörper zu Longitudinalschwingungen
angeregt werden, werden die einzelnen unter sich gleichen Resonanzkörper des Filters
meist in ihrer Grundschwingung erregt, d. h., sie haben bei der Resonanzfrequenz
des Filters jeweils eine Länge von d/2. Der Abstand der Oberschwingungen der einzelnen
Resonanzkörper für den erregten Schwingungstyp ist genügend groß, so daß eine Störung
der Filtercharakteristik durch das Auftreten von Oberschwingungen nicht zu befürchten
ist. Jedoch können in den Resonanzkörpern Schwingungen eines anderen unerwünschten
Schwingungsmodus auftreten. Da bei gleicher äußerer Form diese störenden Nebenresonanzen
der einzelnen Resonanzkörper auf den gleichen Frequenzen liegen, werden sie durch
die Koppelelemente miteinander verkoppelt und damit angehoben. Es entstehen so oft
in der Nähe der Durchlaßfrequenz oder einem beliebigen Abstand hiervon unerwünschte
starke Nebenwellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Resonanzen unerwünschter
Schwingungsmodi der einzelnen Resonanzkörper des Filters auf verschiedene Frequenzen
zu legen, ohne die gewünschten Resonanzfrequenzen der einzelnen Resonanzkörper und
die vorgeschriebenen Kopplungen zwischen ihnen verändern zu müssen. Diese Aufgabe
wird bei einem mechanischen Frequenzfilter mit drei oder mehr durch Koppelelemente
miteinander verbundenen Resonanzkörpern, die etwa auf die gleiche Nutzfrequenz abgestimmt
sind und deren auf Nebenwelligkeit zurückgehende Störfrequenzen sich durch. unterschiedliche
Resonatorabmessungen auf ein breites Frequenzband verteilen, erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß bei einem Filter mit longitudinalschwingenden plattenförntigen Resonanzkörperrn.
und in der Plattenebene angeordneten, gleichfalls longitudinalschwingenden Koppeldrähten
die Dicke benachbarter Platten derart voneinander abweichend gewählt ist, daß die
Störschwingungen jeweils aufeinanderfolgender Platten verschiedene Frequenzlagen
aufweisen, und daß die Koppeldrähte in Abhängigkeit von der. Resonaforabmessnngen
derart dimensioniert sind, da-ß sich. die geforderte Filterdurchlaßcharakteristik
ergibt. Dabei. können die Resonatoren größerer und kleinerer Dicke abwechselnd aufeinanderfolgen
und die Dicken der im Filterschwingsystem an ungeradzahligerStelle befindlichen
Resonanzkörper sowie die Dicken der Resonatoren an geradzahliger Stelle unter sich:
gleich sein..
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Die Erfindung soll im folgenden an Pfand der F i g. 1 und 2 noch etwas
näher erläutert werden.
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F i g-.-1 zeigt einen Ausschnitt aus einem mechanischen Frequenzfilter
mit longitudinalschwingenden plattenförmigen Resonanzkörpern. Das Filter besteht
aus Platten 1 und 2 von gleichem GGrundriß, wie F i g. 1 a zeigt, wobei jedoch die
Platte 2 dicker ausgebildet ist als die beiden. anderen. Platten 1, wie aus der
F i g. 1 b hervorgeht. Die einzelnen Platten sind durch Koppeldrähte '3 miteinander
verkoppelt, welche arr der Schhlrialseite der rechteckigen Plätten angeschlossen
sind. Da die Resonanzfrequenz von longitudinal angeregten Platten unabhängig von
der Dicke ist, sind die Grundrisse alles drei Platten gleich groß. Die Nebenwellen,
welche auf einen anderen Schwingungsmodus als den longinalen zurückzuführen, sind,,
werden, jedoch durch .die unterschiedlichen Plattendicken in verschiedene Frequenzgebiete
verlagert, sdg da>, sich am: Anfang des Filters angeregte Nebenwellen nicht durch
Resonanz mit den an weiter hinten im Filter angeregten Nebenwellen aufschaukeln
können.
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Statt rechteckiger Platten kann. man bei Filtern gemäß Fig..1 auch
anders geformte Platten,, z. B. solche mit elliptischem. oder rautenförmigem Grundriß,
verwenden. Wesentlich ist lediglich; daß. die Durchlaßfrequenz nicht von: der Verschiedenartigkeit
der Formgebung,. im vorliegenden Fälle also der Dicke der Plattere abhängt.
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Die Erfindung ist auch. auf sogenannte koppelfreie Filter. anwendbar,
d, h:.. Filter., die nur aus einer Reihe von Resonanzkörpern von je 7/2 bzw. n
- f/2 Länge. bestehen,. welche unmittelbar ohne Zwischenschaltung. von- besonderen.
Koppelelementen meehanisch miteinander verbunden: sind., Derartige Filter werden:
im allgemeinen aus zwei Arten von> Resananzkörpern, die sich durch ihren: Querschnitt
unter.-scheiden, aufgebaut,, so daß, abwechselnd ein Resonator größeren. Querschnitts
und- ein: Resonator geringeren Querschnittts vorgesehen ist. Auch derartige Filter
zeigen. Nebenwellen, die auf, die Verkopplung, zweier gleichartiger Resonatoren
durch den dazwischenliegenden andersartigen Resönator zurückzuführen sind-. In diesem
Falle ist bei: einem mechanischen Fxequenzfilter mit mehreren: unmittelbar ohne
Zwischenschaltung von Koppelelementen miteinander. verbundenen: Resonanzkörpern,,
die: etwa auf die gleiche Nutzfrequenz abgestimmt sind und deren auf Nebenwelligkeit
zurückgehende. Störfrequenzen: sieh: durch unterschiedliche Resonatorabmessungeri
auf ein breites Frequenzband verteilen,, erfindung-ggemäß eine abwechselnde Aufeinanderfolge
von stabförmigen Resonatoren, größeren und kleineren Durchmessers in der Weise vorgesehen,
daß zumindest je drei aneinandergrerlzende Resonatoren unterschiedliche Querschnitte
aufweisen. Ein solches Filter ist in der F i g. 2 schematisch angedeutet. Es besteht
aus, den 2/2 langen Resonanzkörpern 4, 5, 6, Iund 8, wobei mindestens je drei aufeinanderfolgende
Resonanzkörper - in diesem Beispiel die Resonanzkörper 6, 7 und 8 - verschiedene
Durchmesser besitzen müssen.