DE1236682B

DE1236682B - Elektromechanisches Filter

Info

Publication number: DE1236682B
Application number: DES76058A
Authority: DE
Inventors: Hans Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1961-09-29
Publication date: 1967-03-16
Also published as: SE313881B; NL283723A; CH398825A; BE623016A; GB994384A; US3293575A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1236 682

Aktenzeichen: S 76058IX d/21 g

Anmeldetag: 29. September 1961

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Elementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist.

Derartige Filter können aus einem einzelnen, nach Art eines Zweipols in einer Schaltung zu verwendenden Resonator oder aus mehreren mechanisch gekoppelten Resonatoren bestehen, die mit entsprechenden elektrostriktivem Wandler- bzw. Anregungselementen am ersten und gegebenenfalls auch am letzten Schwinger als Vierpol betrieben werden. Derartige Anregungselemente sind beispielsweise durch die argentinische Patentschrift 126 261 bekannt. Eine gewisse Problematik tritt hierbei insofern auf, als die für das einzelne mit den Anregungselementen versehenen Resonanzelemente erzielbare Bandbreite unter Umständen zu gering ist für die gestellten Forderungen. Außerdem zeigen sich in der Frequenznähe der geraden und ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz des Resonanzelementes oftmals störende Dämpfungseinbrüche, die sich sowohl bei Verwendung des Resonanzelementes als Zweipol als auch in einem Vierpol störend bemerkbar machen.

Es ist durch die britische Patentschrift 840 816 bereits eine Anordnung bekanntgeworden, bei der entlang einem zu Longitudinalschwingungen erregbaren metallischen Resonator ein oder mehrere elektrostriktive Anregungselemente eingefügt sind. Es wird bei dieser Anordnung davon ausgegangen, daß ein durchweg aus piezoelektrischer Keramik bestehender Resonator einen verhältnismäßig hohen Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz hat. Zur Erzielung eines verhältnismäßig geringen Temperaturkoeffizienten ist ein aus einem elektrostriktiv inaktiven Material, beispielsweise Stahl, bestehender Resonator verwendet, durch den im wesentlichen der Temperaturgang der Resonanzfrequenz bestimmt wird. Das in den Resonator eingebrachte elektrostriktiv aktive Material dient der Anregung von Longitudinalschwingungen. Auch ein derart aufgebauter Resonator hat den Nachteil, daß bei geraden und ungeraden Vielfachen der Grundresonanzfrequenz weitere Resonanzen angeregt werden, die dann störende Dämpfungseinbrüche in der Dämpfungscharakteristik eines mechanischen Filters hervor- rufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vor Elektromechanisches Filter

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Hans Albsmeier, München

allem den Schwierigkeiten hinsichtlich der Bandbreite und der Dämpfungseinbrüche in einfacher Weise zu begegnen.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Elementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß sich an die Metallisierung der Scheibe aus elektrostriktivem Material eine weitere Scheibe aus elektrostriktivem Material anschließt, die auf ihrer freien Endfläche ebenfalls mit einer dem elektrischen Anschluß dienenden Metallisierung versehen ist.

Vorteilhaft kann an der freien Seite der weiteren Scheibe aus elektrostriktivem Material auch eine in deren Metallisierung übergehende dünne Metallscheibe vorgesehen werden. Hierdurch läßt sich eine weitere Steigerung des Kopplungsgrades des Reaktionskraftantriebs erreichen.

Es empfiehlt sich, die beiden elektrostriktiven Elemente untereinander gleich auszubilden. Dabei werden schaltungsmäßig vorteilhaft jeweils gleichartig zum Schwingungsknoten des Längsschwingers gelegene Metallisierungen zumindest wechselstrommäßig miteinander verbunden.

Die Längsschwinger erhalten vorteilhaft einen balkenförmigen oder kreisförmigen Querschnitt. Die Halterung des Resonators erfolgt vorteilhaft über im Schwingungsknoten an diesem seitlich angreifende und vorzugsweise durch Punktschweißung verankerte Haltedrähte.

In einem Vierpolfilter läßt sich der erfindungsgemäße Resonator mit dem Anregungselement vorteilhaft in der Weise verwenden, daß der Resonator mit weiteren Resonatoren rein mechanisch durch Querkontraktionskopplung und/oder Scherungskopplung

709 519/441

Claims

oder Biegekopplung gekoppelt wird, die mit dem Resonator eine mechanisch starre Filtereinheit bilden, die über die Haltedrähte des Resonators vorzugsweise in einem Gehäuse fest verankert wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen aus einem Stahlstab 1 bestehenden Längsschwinger, der an den beiden Enden mit Scheiben 2, 3 aus elektrostriktivem Material, z. B. Bariumtitanat, versehen ist. Diese Scheiben 2, 3 sind durch Lötung an dem Stahlstab 1 befestigt und auf ihrer freien Endfläche mit einer Metallisierung, z. B. einem Gold- oder Silberbelag, versehen. An die Beläge der Scheiben sind dünne Anschlußdrähte 4, 5 angelötet, die derart dünn und lang sind, daß sie die Längsschwingung nicht stören.

Ein derartiger Schwinger ist als Vierpol in der Weise verwendbar, daß z. B. zwischen den Anschlußdraht 4 und die im Schwingungsknoten des Resonators 1 z. B. durch Punktschweißung befestigten metallischen Haltedrähte 6 eingespeist und zwischen dem Anschlußdraht 5 und den Haltedrähten 6 entnommen wird.

Ein derartiges Filter hat ein Ersatzschaltbild entsprechend der Fig.2, d.h., es sind Durchlaßbereiche außer bei der Grundfrequenz /₀ auch bei deren sämtlichen Harmonischen vorhanden.

Werden erfindungsgemäß (vergl. F i g. 3) an die Scheiben 2 und 3 bzw. deren Metallisierungen weitere derartige Scheiben 7, 8 angesetzt, z. B. angelötet, deren freie Endflächen ebenfalls eine Metallisierung tragen, so lassen sich die Harmonischen wesentlich reduzieren.

Werden nämlich die Anschlußdrähte 4, 5 und die Anschlußdrähte 9, 10 miteinander verbunden, so ist der Resonator in der Weise als Vierpol betreibbar, daß zwischen die verbundenen Anschlüsse 4, 5 und die Haltedrähte 6 eingespeist und zwischen den durchverbundenen Anschlüssen 9,10 und den Haltedrähten 6 entnommen wird.

Es ergibt sich dann ein Ersatzschaltbild entsprechend der F i g. 4, d. h., die geradzahligen Harmonischen, vor allem die besonders störende zweite Harmonische, sind verschwunden.

In Weiterbildung der Erfindung läßt sich eine Steigerung der Kopplung für den Reaktionskraftantrieb noch dadurch erreichen, daß an die letzten Metallisierungen der Scheiben 7, 8 aus elektrostriktivem Material dünne Metallscheiben 11, 12, so wie in der F i g. 5 angedeutet, verankert werden.

sehen Resonator, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Elementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Metallisierung der Scheibe (2, 3) aus elektrostriktivem Material eine weitere Scheibe (7, 8) aus elektrostriktivem Material anschließt, die auf ihrer freien Endfläche ebenfalls mit einer dem elektrischen Anschluß (9, 10) dienenden Metallisierung versehen ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der freien Seite der weiteren Scheibe (7, 8) aus elektrostriktivem Material eine dünne Metallscheibe (11, 12) vorgesehen ist, die an der Metallisierung der Scheibe verankert ist.
3. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden elektrostriktiven Elemente (2, 7; 3, 8) untereinander gleich ausgebildet sind.
4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils gleichartig zum Schwingungsknoten des Längsschwingers (1) gelegene Metallisierungen zumindest wechselstrommäßig miteinander verbunden sind.
5. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschwinger (1) einen balkenförmigen oder einen kreisförmigen Querschnitt haben.
6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung über im Schwingungsknoten des Resonators (1) an diesem seitlich angreifende und vorzugsweise durch Punktschweißung verankerte Haltedrähte (6) erfolgt.
7. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem mit Anregungselementen (2, 7; 3, 8) versehenen Resonator (1) weitere Resonatoren rein mechanisch durch Querkontraktionskopplung und/oder Scherungskopplung oder Biegekopplung gekoppelt sind und mit dem Resonator (1) eine mechanische starre, über die Haltedrähte (6) des Resonators (1) vorzugsweise in einem Gehäuse fest verankerte Filtereinheit bilden.

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metalli-In Betracht gezogene Duckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 840 816;

»Bulletin of the Yamagata University«, Ausgabe »Engineering«, Vol. 5, Nr. 2, S. 335 bis 372
(März 1959).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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