DE1236683B - Elektromechanisches Bandfilter, bei dem an ein durchgehendes mechanisches Koppelglied mehrere mechanische Resonatoren angekoppelt sind - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1236 683

Aktenzeichen: S 84540IX d/21 j

Anmeldetag: 3. April 1963

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Bandfilter, bei dem an ein durchgehendes mechanisches Koppelglied (mechanische Übertragungsleitung) mehrere mechanische Resonatoren angekoppelt sind, die der Erzeugung von Dämpfungspolen in den Sperrbereichen der Frequenzcharakteristik des Filters dienen, und bei dem mindestens eine Anpassungsstelle im Durchlaßbereich des Filters vorhanden ist.

Elektromechanische Bandfilter bestehen aus mehreren mechanischen Resonatoren, die mechanisch untereinander gekoppelt sind und für die wenigstens ein Wandler zum Übergang von den elektrischen Schwingungen auf die mechanischen Schwingungen und umgekehrt vorgesehen ist. Ist nur ein Wandler vorgesehen, so kann das Filter wie ein Zweipol in der elektrischen Schaltung eingesetzt werden. Ist in Übertragungsrichtung der mechanischen Schwingungen am ersten und am letzten mechanischen Resonator ein Wandler vorgesehen, so läßt sich das Filter wie ein elektrischer Vierpol in eine Schaltung zur Erfüllung der vorgegebenen Forderungen einfügen. In der Regel wird für elektrische Übertragungszwecke gefordert, daß das Filter eine Bandpaßcharakteristik hat, d.h., daß das Filter elektrische Schwingungen, die dem Eingangswandler zugeführt werden, zum Ausgangswandler nur innerhalb eines bestimmten, begrenzten Frequenzbereiches überträgt. Dabei kommt es häufig darauf an, daß der Übergang von dem Durchlaßbereich auf zumindest einen der Sperrbereiche, frequenzmäßig betrachtet, möglichst rasch erfolgt, und zwar bei möglichst hoher Sperrdämpfung am Ende des Übergangsbereiches zum Sperrbereich hin. Man kann dies auch als die Forderung nach hoher Flankensteilheit des Filters bezeichnen. Die meisten bisher bekanntgewordenen mechanischen Filteranordnungen besitzen eine Dämpfungscharakteristik, deren Flankensteilheit nur bei einer relativ hohen Anzahl von mechanischen Resonatoren hinreichend groß ist. Mit wenigen Resonatoren läßt sich eine hohe Flankensteilheit auch dann erreichen, wenn ein sogenannter Dämpfungspol am Ende des Übertragungsbereiches in den Sperrbereich gelegt wird. Für die Erzeugung eines derartigen Dämpfungspoles sind verschiedene Methoden bekannt. Beispielsweise läßt sich durch eine Kondensatorüberbrückung vom ausgangsseitigen Wandler zum eingangsseitigen Wandler wenigstens ein Dämpfungspol erzeugen. Nach dieser Methode lassen sich aber bestenfalls zwei Dämpfungspole in der gesamten Filtercharakteristik gewinnen, und wenn zwei Dämpfungspole vorgesehen werden, dann sind diese in ihrer Frequenzlage nicht Elektromechanisches Bandfilter, bei dem an ein
durchgehendes mechanisches Koppelglied
mehrere mechanische Resonatoren angekoppelt
sind

Anmelder:

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

Ab Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Karl-Heinrich Krambeer,

Dipl.-Ing. Friedrich Künemund, München

mehr unabhängig voneinander. An Stelle einer elektrischen Überbrückung ist auch eine mechanische Überbrückung denkbar naheliegend, für die die Einschränkung der gegenseitigen Abhängigkeit der Pole ebenfalls gilt. Weiterhin ist bekannt, auf mechanische Weise Dämpfungspole mit Hilfe von zusätzlichen Resonatoren zu erzeugen, die aber in vielen Fällen einen sehr hohen zusätzlichen Aufwand darstellen.

Es ist durch die USA.-Patentschrift 2 821686 bereits ein mechanisches Filter bekanntgeworden, bei dem zur Erzeugung eines Dämpfungspoles ein mechanischer Resonator herangezogen wird. Bei diesem Filter sind mehrere Längs schwingungen ausführende mechanische Resonatoren über Längsschwingungen ausführende mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt. Der polerzeugende mechanische Resonator ist an einen Resonator des Filters angekoppelt und wird über den Querkontraktionseffekt selbst zu Längsschwingungen erregt. Das diesem Filter zugrunde liegende physikalische Konzept unterscheidet sich jedoch erheblich von dem des Erfindungsgegenstandes.

Weiterhin ist ein mechanisches Filter bekannt, bei dem an eine durchgehende mechanische Übertragungsleitung beispielsweise zwei mechanische Resonatoren angeschlossen sind, die der Erzeugung von Dämpfungspolen im Sperrbereich der Frequenzcharakteristik des Filters dienen. Diese Resonatoren wirken wie parallelgeschaltete Serienresonanzkreise unterschiedlicher Resonanzfrequenz in einer Abzweigschaltung. Eine Anpassungsstelle im Durchlaßbereich des Filters entsteht dann, wenn die parallelgeschalteten Serienresonanzkreise eine Parallelreso-

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nanz erzeugen. Der Abstand dieser Anpassungsstelle der bekannten Filtereinrichtung ebenfalls aus Quarz von den Dämpfungspolen ist jedoch festgelegt durch und sind vorzugsweise ein Stück. Durch einen geringden Abstand der Dämpfungspole selbst, so daß eine fügig außerhalb der Resonatormitte gewählten Anfreie Wahl der Frequenzlage der Polstellen und der kopplungspunkt des Kopplungsstücks an dem einzel-Anpassungsstelle an sich nicht möglich ist. 5 nen Resonator wird bei dieser bekannten Anordnung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei erzwungen, daß über das Kopplungsstück zwei in einem elektromechanischen Filter Dämpfungspole im ihrer mechanischen Länge etwas unterschiedliche Übertragungsverhalten in beliebig wählbarer Fre- Viertelwellenlängen-Resonatoren entstehen. Zur Erquenzlage zu erzwingen, und zwar mit innerhalb ge- klärung ist hierbei zu sagen, daß die gesamten Resowisser Grenzen beliebig wählbarer Halbwertsbreite to natoren und auch das stabförmige Kopplungselement, und gegenseitiger Unabhängigkeit. Dabei kommt es · das eine mechanische Übertragungsleitung bildet, in wesentlich auch darauf an, daß die Anzahl der in Längsschwingungen arbeitet. Es wird durch diese beden Sperrbereichen vorzusehenden Dämpfungspole kannte Ausbildung eines mechanischen Filters ernicht begrenzt ist, wie bei der bekannten Methode reicht, daß sozusagen über ein kurzes Kopplungsmittels wenigstens einer Überbrückung. 15 stück jeweils ein oberhalb und unterhalb der Band-Ausgehend von einem elektromechanischen Band- mittenfrequenz einen Dämpfungspol erzeugender filter, bei dem an ein durchgehendes mechanisches mechanischer Resonator von je einer Viertelwellen-Koppelglied (mechanische Übertragungsleitung) meh- länge bei der jeweiligen Polfrequenz angekoppelt ist. rere mechanische Resonatoren angekoppelt sind, die Abgesehen davon, daß diese Ausführung eines der Erzeugung von Dämpfungspolen in den Sperr- 20 mechanischen Filters äußerst kompliziert in mechabereichen der Frequenzcharakteristik des Filters die- nischer Hinsicht ist, bringt diese Ausführung noch nen, und bei dem mindestens eine Anpassungsstelle den Nachteil mit sich, daß die beiden Dämpfungsim Durchlaßbereich des Filters vorhanden ist, wird pole frequenzmäßig miteinander in enger Beziehung diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß stehen und somit ein vorgegebenes Toleranzschema dem eine Polstelle erzeugenden mechanischen Reso- 25 der Übertragungsdämpfung nur schwierig realisierbar nator in der gleichen Querschnittsebene der mecha- ist. Beim erfindungsgemäßen Filter treten diese nischen Übertragungsleitung eine mechanische Blind- Schwierigkeiten praktisch nicht auf. Es ist bei innerleitung derart unterschiedlich gewählten Querschnitts halb sehr weiter Grenzen beliebig wählbarer Haibund derart unterschiedlich gewählter Länge zugeord- wertsbreite des einzelnen Dämpfungspoles und bei net ist, daß der an die Anschlußstelle des mecha- 30 einer beliebig wählbaren Anzahl von Dämpfungsnischen Resonators transformierte Blindleitwert zu- polen, die wenigstens der Anzahl der Resonatoren sammen mit dem Blindleitwert des mechanischen entspricht, ein mechanisch einfacher Aufbau sicher-Resonators eine Anpassungsstelle im Durchlaß- gestellt,
bereich der Frequenzcharakteristik des Filters ergibt. Es ist weiterhin durch die USA.-Patentschrift

Vorteilhaft ist es, wenn der mechanische Resona- 35 2 342 869 ein elektromechanisches Filter bekannt,

tor über einen kurzen Koppelleitungsabschnitt und bei dem Dämpfungspole durch seitlich an einen stab-

nicht unmittelbar an die mechanische Übertragungs- förmig ausgebildeten Resonator angesetzte Stäbe in

leitung angekoppelt ist; denn hierdurch läßt sich eine den Sperrbereichen des Filters erzwungen werden,

weitere Anpassungsstelle oder ein weiterer Pol in der Hierbei handelt es sich aber im Grunde genommen

Frequenzcharakteristik des Filters erreichen. 40 um die Ankopplung besonderer Resonatoren, die auf

Vorteilhaft können für die mechanische Übertra- die Frequenzen der Dämpfungspole für sich abgegungsleitung, die Blindleitung, den Resonator und stimmt sein müssen und die das Frequenzverhalten gegebenenfalls das diesem zugeordnete Kopplungs- des gesamten Filters im gewissen Sinne störend bestück die gleichen Schwingungsarten bei den Be- einflussen. Es beruht dies darauf, daß unerwünschte triebsfrequenzen vorgesehen werden. 45 Resonanzen in den Sperrbereichen auftreten können,

Vorteilhaft ist es unter anderem auch, wenn wenig- die sich gerade durch die zusätzlichen Resonatoren stens für eines der Filterelemente (mechanische Über- erst bilden. Beim Erfindungsgegenstand werden nicht tragungsleitung, Resonator, Blindleitung und gegebe- nur diese Schwierigkeiten vermieden, sondern es wird nenfalls Kopplungsstück) die Längsschwingung als zusätzlich noch der Vorteil erhalten, daß wählbare Übertragungsform der Energie vorgesehen ist. Vor- 50 Anpassungsstellen im Durchlaßbereich des Filters erteilhaft ist unter anderem auch, wenigstens für eines zielbar sind. Diesem Umstand kommt ganz besonder Filterelemente (mechanische Übertragungsleitung dere Bedeutung deshalb zu, weil elektromechanische Resonator, Blindleitung und gegebenenfalls Kopp- Filter für viele Anwendungszwecke nicht nur eine lungsstück), die Torsionsschwingung als Übertra- möglichst hohe Sperrdämpfung bei hoher Flankengungsform der Energie anwendbar. 55 steilheit, sondern auch möglichst frei wählbare An-

Entsprechend vorteilhaft kann für wenigstens eines passungsstellen im Durchlaßfrequenzbereich haben

der Filterelemente (mechanische Übertragungsleitung, müssen. Diese Forderung ist vor allem dann gegeben,

Resonator, Blindleitung und gegebenenfalls Kopp- wenn das elektromechanische Filter in der Träger-

Iungsstück) auch die Biegeschwingung als Übertra- frequenztechnik zur Aussiebung von Frequenzbän-

gungsform der Energie vorgesehen werden. 60 dem Verwendung findet, beispielsweise im Eingang

Es ist an sich durch die britische Patentschrift und im Ausgang von Modulatoren.

865 093 ein elektromechanisches Filter bekannt, bei Als Material für das Filtersystem, vorzugsweise

dem an einen durchgehenden Stab aus Quarz über für alle Elemente des Filters (mechanische Übertra-

kurze Kopplungsstücke parallel zur Stabachse lie- gungsleitung, Resonator, Blindleitung und das bzw.

gende stabförmige Resonatoren angekoppelt sind, die 65 gegebenenfalls die Kopplungsstücke) kommt das

für sich jeweils eine Länge von einer halben mecha- gleiche Material zur Anwendung. Bei den Wandlern

nischen Wellenlänge λ im Stabmaterial haben. Diese ist, z. B. bei elektrostriktiver Ausführung, lediglich

Resonatoren und die Kopplungsstücke bestehen bei noch entsprechend elektrostriktives Material, wie

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Barium-Titanat, vorzusehen. Hinsichtlich des Ma- großen Querschnitt hat. Diese Unterschiede in den terials für die Filterelemente ist vor allem an Stahl Querschnittsabmessungen wurden gewählt, um einen mit geringem Temperaturkoffizienten und auch an wesentlichen Sachverhalt zum Ausdruck zu bringen, dielektrische Materialien, wie Quarz, gedacht. Ein nur an einem Ende angekoppelter Stab wirkt bei Nachstehend wird die Erfindung an Hand von 5 einer wirksamen Länge von einem Viertel der an-Ausführungsbeispielen näher erläutert. regenden Wellenlänge wie ein Serienresonanzkreis, Fig. 1 zeigt eine mechanische Übertragungslei- der die anregende Leitung überbrückt, und ergibt tung 1, die beim Ausführungsbeispiel quadratischen einen Dämpfungspol. Wird die Frequenz der BeQuerschnitt hat, jedoch auch kreisförmigen oder triebswelle weiter erhöht, so tritt bei einer Länge des hiervon abweichenden Querschnitt aufweisen kann. io Resonators von einer halben Betriebswellenlänge am Nach dem in der Zeichnung links gelegenen Ende Ankoppelpunkt praktisch die Wirkung eines Parallel- und dem rechts gelegenen Ende hin ist die mecha- resonanzkreises auf. Bei weiterer Erhöhung erfolgt nische Übertragungsleitung 1 abgebrochen und die wiederum eine Serienresonanz, und das ganze wiean diesen Leitungsenden anschließenden Filterteile, derholt sich periodisch mit Erhöhung der Betriebswie weitere Resonatoren und die Wandler zum Über- 15 frequenz. Beim Erfindungsgegenstand sind zwei stabgang von den elektrischen Schwingungen auf die förmige Leitungsstücke 2, 3 an die mechanische mechanischen Schwingungen in der mechanischen Übertragungsleitung angesetzt. Beide haben also Übertragungsleitung und umgekehrt zum Übergang periodisch sich wiederholende Parallel- und Serienvon den mechanischen Schwingungen in der mecha- resonanzen am Ankoppelpunkt. Stimmen die Seriennischen Übertragungsleitung auf die elektrischen 20 resonanzen der beiden Teile 2, 3 nicht überein, so Schwingungen im Filterausgang, sind aus Gründen der ergibt sich das Ersatzschaltbild, wie es in der F i g. 1 Übersichtlichkeit fortgelassen. Als Wandler empfehlen gezeigt ist, mit der Maßgabe jedoch, daß JX die bei sich vor allem elektrostriktive Wandler. Es ergibt sich der betrachteten Betriebsfrequenz auftretende Blinddadurch ein besonders einfacher Filteraufbau. An komponente des Stabes 3 ist, der aber bei einer andie mechanische Übertragungsleitung 1 ist ein me- 25 deren Frequenz für sich ebenfalls als Serienresonanzchanischer Resonator 2 angekoppelt. Die Länge des kreis wirkt, und zwar liegt diese Serienresonanz stets Resonators 2 ist derart, daß dieser bei der im Wert frequenzmäßig auf der Seite der geforderten Anpasvorgegebenen Polfrequenz des elektromechanischen sungsfrequenz, die der Serienresonanz des Resona-Filters an der Übergangsstelle in die mechanische tors 2 gegenüber liegt. Man kann also, frequenzmäßig Übertragungsleitung 1 wie ein Serienresonanzkreis 30 betrachtet, das Schema des Grundvierpols nach der wirkt. Unter einer Polfrequenz wird hierbei die Fre- F i g. 1 etwa so charakterisieren, daß zwischen zwei quenz in dem Frequenzschema des Filters verstanden, relativ sehr stark frequenzverschiedenen Serienresobei der ein Maximum an Übertragungsdämpfung vom nanzen eine Anpassungsfrequenz liegt. Ob nun diese Filtereingang zum Filterausgang zu geben ist. Weiter- Anpassungsfrequenz der einen oder der anderen hin ist an der Ankopplungsstelle des Resonators 2, und 35 Serienresonanzfrequenz stärker benachbart ist, hängt zwar beim Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 die- von dem Wellenwiderstandsverhältnis der Teile 2, 3 sem gegenüberliegend eine mechanische Blindleitung zueinander ab. Wird der eigentliche Resonator 2 vorgesehen. Diese hat die Aufgabe, den mecha- relativ dünn ausgebildet und der Blindleitungsnischen Blindleitwert bei der gewünschten bzw. gefor- abschnitt 3 relativ dick im Querschnitt, so wandert derten Durchlaßfrequenz des Filters, wie er durch 40 mit zunehmender Dicke der Blindleitung 3 und abden Resonator 2 angeboten wird, zu einem Parallel- nehmendem Querschnitt des Resonators 2 die Anresonanzkreis zu ergänzen. Das dieser Ausbildung passungsstelle in Richtung der Serienresonanz des entsprechende elektrische Ersatzschaltbild ist in der Resonators 2. Man kann also, wie für die Praxis Fig. 1 ebenfalls mit dargestellt. wesentlich, die Anpassungsfrequenz und eine Pol-Soll die Anpassungsstelle, d. h. die Frequenz, bei 45 frequenz relativ frequenznahe zueinander legen. Die der die Parallelschaltung des Resonanzkreises 2 mit andere (zweite Polfrequenz) liegt dann frequenzmäßig der Blindleitung 3 wie ein Parallelresonanzkreis so weit ab, daß sie die Filtercharakteristik nicht wirkt, frequenzmäßig oberhalb der Polfrequenz nachteilig beeinflußt. Man kann diese Polstelle aber liegen, so ist es erforderlich, daß der Blindleitwert, auch zur Erhöhung der Sperrdämpfung in einem der der auf der Blindleitung 3 beruht und in dem Ersatz- 50 Sperrbereiche des Filters mit ausnutzen. Würde das schaltbild mit /Z bezeichnet ist, kapazitiv ist. Soll Querschnittsverhältnis umgekehrt, also der Resonadie Anpassungsstelle frequenzmäßig unterhalb der tor 2 im Querschnitt stark und die Blindleitung 3 im Polfrequenz liegen, so ist der Blindleitwert JX in- Querschnitt demgegenüber relativ dünn ausgebildet, duktiv zu wählen. Induktiv wirkt die Blindleitung so vertauschen sinngemäß für die vorstehenden Bedann, wenn ihre mechanisch wirksame Länge kleiner 55 trachtungen Resonator und Blindleitung ihre Rolle, als eine Viertelwellenlänge im Material der Blind- In der F i g. 1 ist fernerhin noch die mechanisch leitung ist. Ist die mechanisch wirksame Länge wirksame Länge L des Abschnitts der mechanischen größer als eine Viertelwellenlänge, so wird das Übertragungsleitung 1 eingetragen, der dem Filter Blindleitungsstück an der Anschaltungsstelle kapazi- zugehörig ist. Fernerhin ist in der Fig. 1 sowohl in tiv. Dabei ist nur der Längenbereich zwischen Null 60 der mechanischen Ausführung als auch im elek- und einer halben Wellenlänge betrachtet. Das induk- irischen Ersatzschaltbild noch die Länge I₁ bzw. L, tive bzw. kapazitive Verhalten wiederholt sich peri- mit eingetragen. Diese Längen bestimmen den Ab" odisch mit einer Verlängerung der Blindleitung über stand der Anschaltungsstelle der Parallelschaltung eine halbe Materialwellenlänge hinaus. von dem Anfang des Filtergrundgliedes aus ge-

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der 65 rechnet.

Resonator 2, der bei der Polfrequenz als Serien- In der F i g. 2 ist eine Weiterbildung der Erfindung

resonanzkreis wirken soll, als relativ dünner Stab in der Weise dargestellt, daß der Resonator 2 über

gezeichnet, während die Blindleitung 3 einen relativ ein Kopplungsstück 4 an die mechanische Über-

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tragungsleitung 1 angeschaltet ist. Dieses mecha- sich unter der Voraussetzung einer Biegeschwingung

nische Kopplungsstück verhält sich je nach seiner in der Übertragungsleitung 1, in dem Resonator 2

Länge ebenfalls wie ein kapazitiver oder induktiver und/oder dem Blindleitungsabschnitt 3 eine Kom-

Blindwiderstand. Ist dieses Kopplungsstück kleiner pressionsschwingung, eine Torsionsschwingung oder

als eine Viertelwellenlänge, so wirkt es induktiv; ist 5 eine Biegungsschwingung anregen lassen. Das rechte

es länger, so wirkt es kapazitiv. Dabei ist nur der untere Bild der Tabelle nach der F i g. 3 entspricht

Längenbereich zwischen Null und einer halben WeI- z. B. der Fig. 1.

lenlänge im Material des Kopplungsstücks betrach- Entsprechend ist auch die Übertragungsleitung in

tet. Das induktive bzw. kapazitive Verhalten wieder- einer Kompressionsschwingung bzw. Längsschwin-

holt sich periodisch mit einer Verlängerung des io gung betreibbar. In diesem Fall können sowohl das

Kopplungsstücks über eine halbe Wellenlänge im Blindleitungsstück als auch der Resonator in einer

Material des Kopplungsstücks hinaus. der drei Schwingungsarten, also Biegeschwingung,

Es ergibt sich damit ein Ersatzschaltbild, wie es Kompressionsschwingung oder Torsionsschwingung

in der F i g. 2 mit gezeigt ist. Man kann in diesem betrieben werden. Dies zeigt ebenfalls in Form einer

Fall den Resonator 2 für die Betriebsfrequenz bei- 15 Tabelle die Fig. 4.

spielsweise so bemessen, daß er im Durchlaßbereich Bei Verwendung der Torsionsschwingung in der Parallelresonanzverhalten zeigt. Dieser Parallelreso- mechanischen Übertragungsleitung 1 lassen sich nanzkreis ist im Ersatzschaltbild mit 2' bezeichnet. schließlich ebenfalls in dem Resonator bzw. in dem Er ist über eine Impedanz /Z₁ an die gemeinsame Blindleitungsstück die erwähnten drei Schwingungsmechanische Übertragungsleitung angeschaltet. Par- 20 arten realisieren. Die hierfür bei einem erfindungsallel zu dieser Reihenschaltung liegt der durch die gemäßen Bandfilter möglichen Formen für die Be-Blindleitung 3 gebildete Blindleitwert JX₂. Es ergibt triebsweise der einzelnen Filterelemente (mechanische sich damit frequenzmäßig betrachtet nach höheren Übertragungsleitung, Resonator, Blindleitung) sind Frequenzen hin zunächst eine erste Anpassungs- in der F i g. 5 tabellarisch zusammengestellt,
frequenz, auf die eine Polfrequenz folgt, der sich 25 Für die Verwendung eines Kopplungsstücks zum nach höheren Frequenzen hin eine weitere Anpas- Anschluß des Resonators 2 an die mechanische sungsfrequenz anschließt. Wird der Resonator 2 in Übertragungsleitung 1 ist ebenfalls eine Reihe von seiner elektrischen Länge so bemessen, daß er mit Möglichkeiten gegeben, in dem auch für dieses Koppoder ohne dem Kopplungsstück 4 wie ein Serien- lungsstück 4 die drei vorerwähnten Schwingungsarten resonanzkreis für eine erste Polfrequenz wirkt und 30 zur Anwendung kommen können. Um dies zu vergleichzeitig die elektrische Länge der Blindleitung 3 deutlichen, sind in drei weiteren Zeichnungsblättern so groß gewählt, daß diese bei einer zweiten, hiervon in den Fig. 6, 7 und 8 jeweils nur das mechanische frequenzverschiedenen Betriebsfrequenz einen Dämp- Leitungsstück, das Kopplungsstück und der Resonafungspol ergibt, so tritt zwischen den beiden Pol- tor dargestellt, und es ist jeweils entsprechend den frequenzen wiederum eine Anpassungsfrequenz auf. 35 F i g. 3, 4 und 5 noch das Blindleitungsstück an der Entsprechend kann auch die Blindleitung 3 über Anschaltungsstelle des Kopplungsstückes 4 angekopeinen Koppelabschnitt an die Leitung 1 angeschaltet pelt zu denken,
werden, wie es für den Resonator 2 gezeigt ist. Wie bereits erwähnt, ist n.an hinsichtlich der

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 wird Querschnittsform für die einzelnen Filterelemente im als Übertragungsform der mechanischen Schwin- 40 wesentlichen frei und kann diese in der für die jegungsenergie in der mechanischen Übertragungs- weilige Schwingungsform günstigsten Weise wählen. Teitung 1 eine Biegungsschwingung verwendet, die Um dies in der Zeichnung anzudeuten, sind in den derart orientiert ist, daß die Schwingungsrichtung in F i g. 3 bis 8 für Torsionsschwingungen im wesentder durch die Übertragungsleitung 1, den plattenför- liehen kreisförmige Querschnitte und für Biege- bzw. migen Resonator 2 in Verbindung mit der Blind- 45 Kompressionsschwingungen im wesentlichen quadraleitung 2 bzw. dem Kopplungsstück 4 bestimmten tische und rechteckförmige Querschnitte gewählt. Es Ebene verläuft. Weiterhin sind bei diesem Ausfüh- ist natürlich möglich, eine Torsionsschwingung beirungsbeispiel die Blindleitung 3, der Resonator 2 spielsweise in einem Stab mit quadratischem Querbzw, das Kopplungsstück 4 so an der Übertragungs- schnitt anzuregen bzw. eine Kompressionsschwinleituns 1 befestigt, daß sich in der Blindleitung 3, 50 gung oder eine Biegeschwingung in einem Stab mit dem Resonator 2 und in dem Kopplungsstück 4 eine kreisförmigem Querschnitt.

Kompression in Richtung auf den Resonator 2 er- In den Fig. 3 bis 8 sind in den einzelnen Bildern

gibt, wenn die mechanische Übertragungsleitung 1 in die mechanische Übertragungsleitung und die mecha-

ihren Biegeschwingungen erregt wird. Die Anregung nischen Resonatoren, bei manchen Bildern auch die

des Resonators 2 und der Blindleitung 3 erfolgt da- 55 Blindleitungen und/oder die Kopplungsstücke spitz-

mit in Kompressionsschwingungen, die man in der winklig zueinander geneigt dargestellt, um zu demon-

Fachsprache auch als Längsschwingungen bezeich- strieren, daß theoretisch nur in einem Punkt zwi-

net. und zwar in Richtung der eingezeichneten Pfeile. sehen den entsprechenden Elementen Berührung

An Stelle der Anregung von Kompressionsschwin- vorhanden ist. Diese spitzwinklige Bauweise ist dagungen im Kopplungsstück, im Resonator und in der 60 durch vermeidbar, daß eines der jeweils aneinander-Blindleitung und der Biegeschwingungen in der stoßenden beiden Filterelement geringfügig abmechanischen Übertragungsleitung 1 sind auch an- gewinkelt oder mit einem entsprechenden Ansatz dere Schwingungsarten anwendbar. Dies zeigt in versehen wird. In diesem Fall sind dann beispiels-Form einer Übersicht schematisch die F i g. 3. Es ist weise die Resonatoren und auch die Blindleitung dort tabellenmäßig dargestellt, wie für ein Filter 65 entsprechend zueinander ausrichtbar,
ohne Kopplungsstück die drei Teile, nämlich mecha- Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich für nische Übertragungsleitung 1, Resonator 2 und das erfindungsgemäße Filter, wenn Ausführungsfor-Blindleitung3, zueinander anzuordnen sind, .damit men entsprechend den Fig. 3a, 3b, 4a, 5a, 6a, 6b,

Claims (5)

6 c, 6d, 7 a, 8 a, 8 b gewählt sind; unter anderem auch deshalb, weil sie besonders günstige Resonator- und Kopplungsstückformen ergeben. Bei den Ausführungsbeispielen sind weiterhin die Resonatoren jeweils an dem der Übertragungsleitung abgewandten Ende frei stehend gezeigt, Es ist jedoch möglich, durch eine Verlängerung des einzelnen Resonators um eine mechanische Viertelwellenlänge bei der jeweiligen Schwingungsart des Resonators die einzelnen Resonatoren an dem der mechanischen Übertragungsleitung 1 abgewandten Ende einzuspannen, da bei dieser Art der Verlängerung des mechanischen Resonators dann das verlängerte Resonatorende sozusagen mechanisch tot oder praktisch stillstehend ist. Wie in der F i g. 9 noch an Hand eines Beispiels erläutert, lassen sich die Filtergrundabschnitte nach den F i g. 1 bis 8 zu einem Kettenfilter zusammensetzen, wobei die mechanisch wirksame Länge I eines einzelnen Filterabschnittes so zu wählen ist, daß sich die geforderte Bandpaßcharakteristik ergibt und I1 bzw. I2 so zu wählen sind, daß das jeweilige Wandlersystem W voll in das Filter — hinsichtlich der Filtercharakteristik — mit einbezogen ist. Die Längen I1 und Z2 in der Fig. 9 können wesentlich freier gewählt werden, wenn das einzelne Wandlersystem W wesentlich weniger selektiv ist als das eigentliche mechanische Filtersystem, bestehend aus den Resonatoren in Verbindung mit den Kopplungsstücken, den Blindleitungen und der mechanischen Übertragungsleitung. Weiterhin empfiehlt es sich, das Filtersystem über die Wandler W in Verbindung mit dem Innenwiderstand der elektrischen Schwingungsquelle einerseits und dem Verbraucherwiderstand andererseits reflexionsfrei abzuschließen. Die Wand- a5 ler W an beiden Enden des elektromechanischen Filters sind vorzugsweise elektrostriktive Wandler, die die elektrischen Schwingungen in die entsprechenden mechanischen Schwingungen bzw. die mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen umwandeln. Bei Verwendung des Filters als Zweipol kann einer der Wandler wegfallen. In der Fig. 10 ist noch eine Dämpfungscharakteristik gezeigt, die sich mit einem Filter nach der F i g. 9 durch Wahl der Abmessungen der Resonatoren, der Blindleitungen, der Koppelstücke und der Übertragungsleitungen einschließlich der Wandler erreichen läßt. Schraffiert ist ein Toleranzschema der Übertragungsdämpfung ab eingezeichnet. Zwei Dämpfungspole sind beispielsweise im frequenztieferen Sperrbereich und drei Dämpfungspole in den frequenzhöheren Sperrbereich gelegt. Trotzdem nur drei Resonatoren vorhanden sind, sind fünf Dämpfungspole in den Sperrbereichen ausgenutzt, indem von zwei Filtergrundabschnitten von den beiden möglichen Dämpfungspolen jedes Filtergrundabschnitts der eine in den frequenztieferen und der andere in den frequenzhöheren Sperrbereich gelegt ist, unter Plazierung der entsprechenden Anpassungsstelle im Durchlaßbereich. Von einem Filtergrund- abschnitt ist nur ein Dämpfungspol im gezeigten Dämpfungsschema wiedergegeben, und zwar der im frequenzhöheren Sperrbereich. Der andere Dämpfungspol kann bei ganz tiefen Frequenzen liegen. Im Durchlaßbereich sind fünf Anpassungsstellen erreicht, von denen drei Stellen den drei Filtergrundabschnitten und zwei den entsprechenden mit I1 und /2 ergänzten Wandlern W zugeordnet sind. In der F i g. 9 sind aus Vereinfachungsgründen die Kopplungsstücke gleich lang gezeichnet und ebenso die Resonatoren und Blindleitungsabschnitte untereinander gleich dargestellt. Diese Filterelemente sind entsprechend den erwähnten Frequenzlagen an Hand der vorstehenden Ausführungen unterschiedlich auszubilden. Die Halterung des Filtersystems kann in der Weise erfolgen, daß das Filtersystem über den oder über die Wandler gehalten wird. Die einzelnen Resonatoren sind dann an ihrem der mechanischen Übertragungsleitung abgewandten Ende frei. Mit Vorteil ist jedoch eine Halterung des Filtersystems auch dadurch möglich, daß Haltestützen in neutralen Zonen wenigstens einiger der Resonatoren angreifen. Werden beispielsweise als Resonatoren Längsschwinger der wirksamen Länge 2/2 (A=Wellenlänge im Schwingermaterial) verwendet, so können diese in der Entfernung von etwa 2/4 vom freien Ende mit dem Stützorgan fest verbunden werden, das seinerseits in einem Filterschutzgehäuse verankert werden kann. Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Bandfilter, bei dem an ein durchgehendes mechanisches Koppelglied (mechanische Übertragungsleitung) mehrere mechanische Resonatoren angekoppelt sind, die der Erzeugung von Dämpfungspolen in den Sperrbereichen der Frequenzcharakteristik des Filters dienen, und bei dem mindestens eine Anpassungsstelle im Durchlaßbereich des Filters vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem eine Polstelle erzeugenden mechanischen Resonator (2) in der gleichen Querschnittsebene der mechanischen Übertragungsleitung (1) eine mechanische Blindleitung (3) derart unterschiedlich gewählten Querschnitts und derart unterschiedlich gewählter Länge zugeordnet ist, daß der an die Anschlußstelle des mechanischen Resonators (2) transformierte Blindleitwert zusammen mit dem Blindleitwert des mechanischen Resonators (2) eine Anpassungsstelle im Durchlaßbereich der Frequenzcharakteristik des Filters ergibt.

2. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Resonator (2) über einen kurzen Koppelleitungsabschnitt (4) an die mechanische Übertragungsleitung (1) angekoppelt ist.

3. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die mechanische Übertragungsleitung (1), die Blindleitung (3) den Resonator (2) und gegebenenfalls das diesem zugeordnete Kopplungsstück (4) die gleiche Schwingungsart bei den Betriebsfrequenzen vorgesehen ist.

4. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens für eines der Filterglieder — mechanische Übertragungsleitung (1), Resonator (2), Blindleitung (3) und gegebenenfalls Kopplungsstück (4) — die Längsschwingung als Übertragungsform der Energie vorgesehen ist.

5. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens für eines der Filterglieder —

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