DE1264635B

DE1264635B - Electromechanical filter

Info

Publication number: DE1264635B
Application number: DES77973A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Franz Schoefer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1962-02-09
Filing date: 1962-02-09
Publication date: 1968-03-28
Also published as: NL287749A; SE321037B; NL139430B; US3245012A; GB1028492A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H03hH03h

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

Nummer: 1 264 635Number: 1 264 635

Aktenzeichen: S 77973IX d/21 gFile number: S 77973IX d / 21 g

Anmeldetag: 9. Februar 1962 Filing date: February 9, 1962

Auslegetag: 28. März 1968Opening day: March 28, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter, bestehend aus wenigstens zwei, vorzugsweise plattenförmig oder streifenförmig ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über mechnische Kopplungsstege zu einer mechanisch starren Einheit verbunden sind und bei dem der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich einen größeren Querschnitt hat als an seinen an die Resonatoren angrenzenden Enden.The invention relates to an electromechanical filter, consisting of at least two, preferably Plate-shaped or strip-shaped mechanical resonators that have mechanical Coupling webs are connected to form a mechanically rigid unit and in which the individual Coupling web has a larger cross-section in its central area than on its to the resonators adjacent ends.

Elektromechanische Filter der vorerwähnten Art werden meist aus einer rechteckförmigen Quarzplatte hergestellt, die durch entsprechende Aussparungen in die einzelnen Resonatoren und Kopplungsstücke zur Verbindung dieser Resonatoren unterteilt ist. Ein Beispiel hierfür zeigt die F i g. 1 der Zeichnung. Das elektromechanische Filter besteht aus zwei Flächenscherungsschwingern, die über eine schmale Kopplungsbrücke miteinander in Verbindung stehen. Die Kopplungsbrücke hat die Länge I und die Breite b und die gleiche Dicke wie die etwa quadratischen Flächenscherungsschwinger. Das gesamte Filter besteht aus einer durch die Aussparungen in die zwei Resonatoren geteilten dünnen Quarzplatte. Mit dieser Formgebung des Schwingkörpers ist jedoch der Kopplungsfaktor zwischen den beiden über die Kopplungsbrücke miteinander verbundenen Schwinger ,nach niedrigen Kopplungswerten hin begrenzt. Es wird nämlich die mechanische Festigkeit bei einer Vergrößerung von I und einer Verkleinerung von b im Sinn einer Verringerung des Kopplungsfaktors immer geringer.Electromechanical filters of the aforementioned type are usually made from a rectangular quartz plate which is divided into the individual resonators and coupling pieces for connecting these resonators by means of corresponding cutouts. An example of this is shown in FIG. 1 of the drawing. The electromechanical filter consists of two surface shear oscillators, which are connected to one another via a narrow coupling bridge. The coupling bridge has the length I and the width b and the same thickness as the approximately square surface shear oscillator. The entire filter consists of a thin quartz plate divided into the two resonators by the recesses. With this shape of the oscillating body, however, the coupling factor between the two oscillators connected to one another via the coupling bridge is limited towards low coupling values. This is because the mechanical strength decreases with an increase in I and a decrease in b in the sense of a decrease in the coupling factor.

Es ist durch die britische Patentschrift 822 536 bereits ein elektromechanisches Filter bekanntgeworden, bei dem der die Resonatoren verbindende Kopplungssteg in mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen unterteilt ist.An electromechanical filter has already become known through British patent specification 822 536, in which the coupling web connecting the resonators is divided into several sections with different Cross-sectional dimensions is divided.

Bei diesem bekannten Filter wird jedoch von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich eine schwache Kopplung und damit eine verhältnismäßig schmale Bandbreite dann ergibt, wenn die Koppelelemente die Länge einer Viertelwellenlänge oder eines ungeradzahligen Vielfachen davon haben. Um die Wirkung eines einzelnen V4-Kopplers noch zu erhöhen, werden mehrere Jl/4-Koppler mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen in Kette geschaltet. Obzwar sich durch diese Maßnahme mechanische Filter mit verhältnismäßig schmaler Bandbreite realisieren lassen, hat die Kettenschaltung mehrerer Λ/4-Koppler jedoch zwangläufig zur Folge, daß der gesamte Koppelsteg verhältnismäßig lang wird im Vergleich zu den einzelnen Resonatoren selbst. Dadurch ist aber die mechanische Stabilität des gesamten Filters in Frage gestellt.In this known filter, however, it is assumed that there is a weak Coupling and thus a relatively narrow bandwidth results when the coupling elements are a quarter wavelength or an odd multiple thereof in length. To the To increase the effectiveness of a single V4 coupler, several Jl / 4 couplers with different Cross-sectional dimensions connected in chain. Although this measure is mechanical The chain connection has several filters that can be implemented with a relatively narrow bandwidth Λ / 4 coupler inevitably means that the entire coupling web is relatively long compared to the individual resonators themselves. As a result but the mechanical stability of the entire filter is called into question.

Elektromechanisches FilterElectromechanical filter

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, 8000 Munich 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dipl.-Ing. Franz Schöfer, 8034 UnterpfaffenhofenDipl.-Ing. Franz Schöfer, 8034 Unterpfaffenhofen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere soll ein Weg zum Aufbau eines mechanischen Filters angegeben werden, das trotz einer verhältnismäßig kurzen Baulänge eine sehr kleine Bandbreite hat und bei dem auch eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist.The invention is based on the problem of solving the aforementioned difficulties in a relatively simple manner Way to counter. In particular, a way of building a mechanical filter is to be specified be, which despite a relatively short overall length has a very small bandwidth and where sufficient mechanical stability is also guaranteed.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter, bestehend aus wenigstens zwei, vorzugsweise plattenförmig oder streifenförmig ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über mechanische Kopplungsstege zu einer mechanisch starren Einheit verbunden sind und bei dem der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich einen größeren Querschnitt hat als an seinen an die Resonatoren angrenzenden Enden, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die zwischen dem mittleren Bereich des Kopplungssteges und den benachbarten Resonatoren verbleibende Aussparung, jeweils in Längsrichtung des Filters betrachtet, wesentlich kleiner als die Abmessungen der Resonatoren und die Abmessungen des mittleren Bereiches des Kopplungssteges gewählt ist und daß die Längsabmessungen des mittleren Bereiches derart kleiner gegenüber den Längsabmessungen der Resonatoren gewählt sind, daß die Eigenresonanzfrequenz des mittleren Bereiches erheblich größer als die dem Schwingungstyp der Resonatoren entsprechende Eigenresonanzfrequenz ist.Starting from an electromechanical filter, consisting of at least two, preferably plate-shaped or strip-shaped mechanical ones Resonators that are connected to a mechanically rigid unit via mechanical coupling bars are and in which the individual coupling web in its central area a larger Cross-section than at its ends adjoining the resonators, this object is achieved according to the invention solved in such a way that between the central region of the coupling web and the adjacent Resonators remaining recess, viewed in the longitudinal direction of the filter, is essential is selected smaller than the dimensions of the resonators and the dimensions of the central region of the coupling web and that the longitudinal dimensions of the middle area are chosen so smaller compared to the longitudinal dimensions of the resonators, that the natural resonance frequency of the middle range is considerably higher than the natural resonance frequency corresponding to the vibration type of the resonators is.

Vorteilhaft ist es, wenn der gesamte Filterkörper aus einer durch Aussparungen in die Resonatoren und in die Kopplungsstege unterteilten Platte besteht.It is advantageous if the entire filter body consists of a plate subdivided by recesses in the resonators and in the coupling webs.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich mit Ausnahme der für seine dem Sohwingungstyp der Resonatoren entsprechenden Eigenresonanz maßgebenden Abmessungen wenigstens nahezu die gleichen Abmes-Furthermore, it is advantageous if the individual coupling web with exception in its central area the one that governs its natural resonance, which corresponds to the vibration type of the resonators Dimensions at least almost the same

809 520/544809 520/544

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sungen wie die Resonatoren hat und wenn außerdem die für seine dem Schwingungstyp der Resonatoren entsprechende Eigenresonanz maßgebende Abmessung derart unterschiedlich gegenüber den Resonatoren gewählt ist, daß die Eigenresonanz des mittleren Bereiches des Kopplungssteges weit von der Eigenresonanz der Resonatoren entfernt ist.sings like the resonators and if also for its the oscillation type of the resonators Corresponding natural resonance decisive dimension so different from the resonators it is chosen that the natural resonance of the central area of the coupling web is far from the natural resonance the resonators is removed.

Als besonders zweckmäßig hat sich die erfindungsgemäße Ausbildung für Resonatoren erwiesen, die in einer Flächenscherungsschwingung arbeiten.The design according to the invention has proven to be particularly useful for resonators which are shown in FIG a surface shear vibration work.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.

Die Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektromechanisches Filter mit zwei als Flächenscherungsschwinger ausgebildeten mechanischen *5 Resonatoren 1, 2 und einem Kopplungsstück 3. Das gesamte Filter besteht aus einer Quarzplatte, die durch Aussparungen 4 in die Resonatoren und das Kopplungsstück unterteilt ist. Die Längsabmessungen der Resonatoren 1 und 2 sind mit c bezeichnet, die Breitenabmessungen mit a. Der mittlere Abschnitt 3 des Kopplungsstückes hat, in Längsrichtung des Filters betrachtet, die Abmessung d, die Breitenabmessung des Abschnittes 3 ist mit e bezeichnet. Das Kopplungsstück hat beim Ausführungsbeispiel eine erhebliche Länge I und ist in seinem mittleren Bereich wesentlich breiter als an den in die Resonatoren 1 und 2 übergehenden Enden, die die Breite b haben. Durch die neue Formgebung des Schwingkörpers, wobei zwei Einschnitte in bestimmtem Abstand vorgesehen sind₅ kann der Bereich des Kopplungsfaktors zwischen den Resonatoren 1 und 2 nach niedrigen Werten hin bis unter l°/oo erweitert werden. Wesentlich ist jedoch, daß das Zwischenstück 3, welches beim Ausführungsbeispiel die gleiche Breite wie die Resonatoren 1, 2 hat, in seiner Länge — in Achsrichtung des Filters betrachtet — derart kurzer als die eigentlichen Resonatoren ausgebildet ist, daß die Eigenresonanz des Zwischenstücks 3 wesentlich höher als die Eigenresonanz der eigentlichen Resonatorenl, 2 ist.2 shows an electromechanical filter designed according to the invention with two mechanical * 5 resonators 1, 2 designed as surface shear oscillators and a coupling piece 3. The entire filter consists of a quartz plate which is divided into the resonators and the coupling piece by recesses 4. The longitudinal dimensions of the resonators 1 and 2 are denoted by c , the width dimensions by a. The middle section 3 of the coupling piece, viewed in the longitudinal direction of the filter, has the dimension d, the width dimension of the section 3 is denoted by e. In the exemplary embodiment, the coupling piece has a considerable length I and is substantially wider in its central region than at the ends merging into the resonators 1 and 2, which have the width b . The new design of the oscillating body, wherein two incisions are provided at a certain distance, the range of the coupling factor between the resonators 1 and 2 for low values towards to less than l ° / oo be extended. ₅ It is essential, however, that the length of the intermediate piece 3, which in the exemplary embodiment has the same width as the resonators 1, 2 - viewed in the axial direction of the filter - is so shorter than the actual resonators that the natural resonance of the intermediate piece 3 is significantly higher than the natural resonance of the actual resonators 1.2.

Während das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel als Resonatoren quadratische Flächenscherungsschwinger zeigt, ist die erfindungsgemäße Lösung auch dann anwendbar, wenn es sich bei den Resonatoren um Längsschwinger oder Biegungsschwinger handelt, wenn nur die Kopplung über Zwischenstücke erfolgt, deren Eigenresonanz wesentlich verschieden von der Eigerrresonanz der Resonatoren ist.While the embodiment shown in FIG. 2 has square shear vibrators as resonators shows, the solution according to the invention can also be used when the Resonators are longitudinal oscillators or flexural oscillators, if only the coupling is over Intermediate pieces are made whose natural resonance is significantly different from the Eigerrresonanz of the resonators is.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Formgebung für das Kopplungsstück auch bei Stäben, die über Kopplungsbrüeken miteinander verbunden sind, angewendet werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 3 in Form eines Filters aus zwei stabförmigen Resonatoren 5 und 6, die über eine Kopplungsbrücke 7 miteinander an ihren Stirnflächen in Verbindung stehen. Auch hier sind die Resonatoren und das Kopplungsstück 7 durch Aussparungen 4 aus dem einheitlichen Filterkörper gebildet. Als Schwingungsform hat sich für ein Filter dieser Art vor allem die Flächenscherungsschwingung als vorteilhaft erwiesen. Gerade bei Flächenscherungsschwingungen ausführenden Stäben ist die Erzielung eines kleinen Kopplungsfaktors überhaupt erst dadurch möglich, da in höheren- Frequenzlagen die Stabbreiten sehr klein werden und deshalb nur geringe Einschnittiefen möglich sind, wenn die mechanische Festigkeit des Schwingkörpers nicht gefährdet sein soll.Furthermore, the shaping according to the invention for the coupling piece can also be used in the case of rods that have Coupling bridges are connected to each other, are applied. An example of this is shown by the 3 in the form of a filter made up of two rod-shaped resonators 5 and 6 which are connected to one another at their end faces via a coupling bridge 7 stand. Here, too, the resonators and the coupling piece 7 are through recesses 4 from the uniform filter body formed. For a filter of this type, the waveform has proven to be above all the Surface shear vibration proved to be advantageous. Especially with surface shear vibrations Rods, it is only possible to achieve a small coupling factor because in higher frequency positions the bar widths become very small and therefore only small cutting depths are possible if the mechanical strength of the vibrating body is not to be endangered.

Claims

Patent claims:

1. Electromechanical filter, consisting of at least two, preferably plate-shaped or strip-shaped mechanical resonators, which are connected via mechanical coupling webs to form a mechanically rigid unit and in which the individual coupling web has a larger cross-section in its central area than its adjacent to the resonators Ends, characterized in that the recess (4) remaining between the central region (3) of the coupling web and the adjacent resonators (1, 2), viewed in the longitudinal direction of the filter, is significantly smaller than the dimensions (a, c) of the resonators (1, 2) and the dimensions (d, e) of the central region (3) of the coupling web is selected and that the longitudinal dimensions (d) of the central region (3) are so smaller compared to the longitudinal dimensions (c) of the resonators (1, 2 ) are chosen that the natural resonance frequency of the central region (3) is significantly greater than that of the vibration type de r resonators (1, 2) is the corresponding natural resonance frequency.

2. Electromechanical filter according to claim 1, characterized in that the entire filter body (1, 2, 3) consists of a plate which is divided into the resonators (1, 2) and the coupling webs (1) by recesses (4).

3. Electromechanical filter according to claim 2, characterized in that the individual coupling web in its central region (3) with the exception of the dimensions (d) which are decisive for its natural resonance corresponding to the vibration type of the resonators (X, 2), have at least almost the same dimensions (e ) how the resonators (c) has and that the dimension (d), which is decisive for its natural resonance corresponding to the vibration type of the resonators, is so different from the resonators (1, 2) that the natural resonance of the central region (3) of the coupling web is far from the natural resonance of the resonators (1, 2) is removed.

4. Electromechanical filter according to one of claims 1 to 3, characterized in that the resonators (1, 2) are designed as surface shear vibrators.

References considered: British Patent No. 822,536.

1 sheet of drawings