DE1265889B - Elektromechanisches Bandfilter - Google Patents

Elektromechanisches Bandfilter

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DE1265889B
DE1265889B DE1965S0099693 DES0099693A DE1265889B DE 1265889 B DE1265889 B DE 1265889B DE 1965S0099693 DE1965S0099693 DE 1965S0099693 DE S0099693 A DES0099693 A DE S0099693A DE 1265889 B DE1265889 B DE 1265889B
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resonators
electromechanical
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Dr Rer Nat Ilse Lucas
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/48Coupling means therefor
    • H03H9/50Mechanical coupling means

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Description

  • Elektromechanisches Bandfilter Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bandfilter mit Dämpfungspolen, das wenigstens einen mechanischen Biegeresonator rechteckigen Querschnitts enthält, dessen Querschnittsabmessungen derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte, im Durchlaßbereich des Bandfilters gelegene Biege Eigenschwingungen auftreten, und bei dem der Biegeresonator zwischen wenigstens zwei überwiegend auf Zug bzw. Druck beanspruchten Koppelelemen#:n angeordnet ist.
  • Zum Aufbau elektromechanischer Bandfilter werden bekanntlich mehrere mechanische Resonatoren über mechanische Koppelelemente miteinander gekoppelt. Die Endresonatoren derartiger Filter sind mit Wandlerelementen versehen, die die Umwandlung der elektrischen in die mechanische Energie ermöglichen. Wegen ihres geringen Raumbedarfes und wegen der hohen Güte der einzelnen Resonatoren sind mechanische Filter den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern zumindest in einem dafür geeigneten Frequenzbereich erheblich überlegen.. Andererseits stellen jedoch mechanische Resonatoren auf Grund ihrer vorgegebenen geometrischen Raumform eine dementsprechende elektrische Schaltungseinheit dar, die bei der Realisierung mechanischer Filter berücksichtigt werden muß. Es lassen sich deshalb nicht alle aus konzentrierten Schaltelementen bestehenden Filter ohne weiteres durch mechanische Filter realisieren. Unter der Vielzahl der bei mechanischen Resonatoren möglichen Schwingungsformen sind Biegeschwingungen ausführende Resonatoren solchen Resonatoren, die von der Biegeschwingung abweichende Schwingungen ausführen, besonders deshalb vorzuziehen, weil die Resonanzfrequenz der Biegeschwingung nicht allein von der Länge des Resonators, sondern zusätzlich von dessen in Schwingungsrichtung wirksamen Flächenträgheitsmoment mitbestimmt wird. Durch eine geeignete Wahl des Querschnittes läßt sich somit die Resonanzfrequenz von Biegeresonatoren weitgehend beeinflussen, wodurch gleichzeitig die Länge der Resonatoren verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Bei hohen Anforderungen an die vorgegebene Dämpfungscharakteristik eines Filters, beispielsweise wenn bei einem relativ breiten Durchlaßbereich die Dämpfungsflanken sehr steil ansteigen sollen, müssen verhältnismäßig viele Resonatoren im Filter eingesetzt werden, wodurch einerseits der Vorteil des geringen Raumbedarfs zumindest teilweise wieder aufgegeben wird und andererseits die Neigung zu sogenannten Nebenschwingungen sich vergrößert. Solche Nebenschwingungen können außer durch Nebenresonanzen der einzelnen Resonatoren beispielsweise auch durch Resonanzen der Gesamtanordnung zustande kommen und sie werden um so größer, je größer die Anzahl der in einem Filter verwendeten Resonatoren ist und je kleiner die mechanische Eingangsimpedanz der Koppelelemente iür die Ubertragung der Störschwingung ist. Nebenschwingungen können das Gesamtverhalten des Filters insofern erheblich stören, als durch sie unerwünschte Dämpfungseinbrüche im Filter-Sperrbereich entstehen.
  • Um die vorerwähnten Schwierigkeiten zu umgehen, sind bereits mechanische Filter bekanntgeworden, bei denen einer oder mehrere -Biegeresonatoren mehrfach ausgenutzt werden. Diese Mehrfachausnutzung beruht dabei auf der Erkenntnis, in einem mechanischen Biegeresonator zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen anzuregen, wodurch mit bereits einem Resonator ein zweikreisiges Filter realisiert werden kann. Diese doppelte Ausnutzung der Resonatoren hat somit eine erhebliche Verminderung der Zahl der zur Realisierung vorgegebener Filtereigenschaften erforderlichen Resonatoren zur Folge. Bei den bekannten mechanischen Filtern wird die Erregung der zwei aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen durch eine am jeweiligen Resonator angebrachte Unsymmetrie bewerkstelligt. Die praktische Realisierung einer derartigen Unsymmetrie erfordert jedoch in der Herstellung einen weiteren Arbeitsgang.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verhältnismäßig einfachen Weg zur Herstellung elektromechanischer Bandfilter mit Biegeresonatoren zu weisen, bei dem zumindest einzelne Resonatoren durch die Anregung zweier aufeinander senkrechter Biegeschwingungen doppelt ausgenutzt sind, ohne daß zur Anregung der aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen die Anbringung einer zusätzlichen Unsymmetrie am jeweiligen Resonator erforderlich wäre.
  • Ausgehend von einem elektromechanischen Bandfilter mit Dämpfungspolen, das wenigstens einen mechanischen Biegeresonator rechteckigen Querschnitts enthält, dessen Querschnittsabmessungen derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte, im Durchlaßbereich des Bandfilters gelegene Biege-Eigenschwingungen auftreten, und bei dem der Biegeresonator zwischen wenigstens zwei überwiegend auf Zug bzw. Druck beanspruchten Koppelelementen angeordnet ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die aufeinander senkrecht stehenden Koppelelemente unter einem von 90° merklich verschiedenen Winkel in bezug auf die in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen am Biegeresonator unmittelbar befestigt sind.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsabmessungen des Resonators derart gewählt sind, daß in beiden Schwingungsrichtungen Eigenschwingungen gleicher Ordnungszahl auftreten, oder wenn die Querschnittsabmessungen des Resonators derart gewählt sind, daß in beiden Schwingungsrichtungen Eigenschwingungen unterschiedlicher Ordnungszahl auftreten. Im zweiten Fall gelangt man zu flachen Resonatorformen, deren Herstellung durch Stanzen aus gewalztem Material besonders billig ist. Zum Beispiel betragen die Querschnittsabmessungen etwa 1 :0,36, wenn die erste und die zweite Ordnungszahl auftreten. Einen noch flacheren Querschnitt von etwa 1:0,18 erhält man, wenn die erste und die dritte Ordnungszahl auftreten.
  • Die in der Praxis geforderte Abstimmbarkeit der Resonanzfrequenzen beider Kreise gegeneinander wird durch eine Drehung des Resonators um die Längsachse erreicht. Die Kreise liegen nur dann auf der gleichen Resonanzfrequenz, wenn die Hauptträglieitsachsen des Resonatorquerschnitts mit den Achsen der Koppeldrähte einen Winkel von 45° bilden.
  • Es ist ferner daran gedacht, daß die Koppelelemente in einem gemeinsamen Punkt am Resonator befestigt sind oder daß die Koppelelemente an unterschiedlichen Punkten am Resonator befestigt sind.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich ferner, wenn der Biegeresonator mit wenigstens einem weiteren Resonator, insbesondere einem Biegeresonator, gekoppelt ist, oder wenn der Resonator mit wenigstens einem weiteren, zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen ausführenden Biegeresonator gekoppelt ist.
  • In einfacher Weise lassen sich im Filtersperrbereich gelegene Dämpfungspole dadurch erzeugen, daß die Querschnittsabmessungen des Resonators derart gewählt sind, daß die erste und zweite Eigenschwingung in den zueinander senkrechten Schwingungsrichtungen auftreten, daß die zweite Eigenschwingung hinsichtlich ihrer Frequenzlage tiefer liegt als die erste Eigenschwingung und'daß die Koppelelemente im Bereich der stirnseitigen Enden am Resonator befestigt sind oder daß die Querschnittsabmessungen des Resonators derart gewählt sind, daß die erste und dritte Eigenschwingung in den zueinander senkrechten Schwingungsrichtungen auftreten, daß die dritte Eigenschwingung hinsichtlich ihrer Frequenzlage tiefer liegt als die erste Eigenschwingung und daß die Koppelelemente im mittleren Bereich am Resouator befestigt sind.
  • Zur Erzielung eines mechanisch stabilen Aufbaues bzw. zur Verankerung des Filters in einem Gehiüe ist es zweckmäßig, wenn einzelne Resonatoren über auf Biegung und auf Torsion beanspruchte Halteelemente miteinander verbunden sind, die in Schwingungsknoten der ersten oder zweiten Eigenschwingung an den Resonatoren befestigt sind.
  • In einfacher Weise lassen sich zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen in einem vorzugsweise als Endresonator oder als Zweikrfilter dienenden Resonator dadurch erzeugen, daß ein aus einem elektrostriktiv inaktiven Material; insbesondere Stahl, bestehender Resonator rechten Querschnitts mit Plättchen elektrostriktiven Mater" versehen ist, deren, Plättchenebene senkrecht zur Längsachse des Resonators orientiert ist und die längs einer Diagonalen durch einen Spalt unterteilt und in Richtung der Längsachse des Resonators gegensinnig vorpolarisiert sind.
  • Für einen raumsparenden Aufbau ist es ferner günstig, wenn bei einem mehr als zwei Biegeresonatoren umfassenden elektromechanischen Filier die Längsachse wenigstens eines Resonators außerhalb der von den Längsachsen der übrigen Resonatoren gebildeten Ebene liegt.
  • Es ist ferner vorteilhaft, wenn bei einem mehrteiligen elektromechanischen Filter die Koppelelemente derart an den einzelnen Resonatoren bstigt sind, daß die in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgenden Resonatoren abwechselnd nur eine bzw. zwei aufeinander senkrecht stehende Bnego-Schwingungen ausführen.
  • Zur Erzeugung von Dämpfungspolen ist es günstig, wenn bei einem mehrteiligen elektromechaufschen Filter wenigstens zwei, in ihrer elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, jeweils nur eine Biegeschwingung ausführende Resonatoren durch ein zusätzliches, im wesentlichen auf Zug bzw. Druck beanspruchtes Koppelelement miteinander gekoppelt sind.
  • An Hand von Ausführungsbeispielen wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert.
  • Die F i g. 1 zeigt einen mechanischen BiegeC-esonator R, an dessen Längskanten die Koppeldrähte K1 und K2 beispielsweise mittels Lötung oder Punktschweißung befestigt sind. Die Querschnittsabmessungen des Resonators sind nahezu quadratisch gewählt und die in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen sind mit H und H' bezeichnet. Die Koppelelemente K I und K2 sind beispielsweise in der Resonatormitte in der Weise am Resonator befestigt, daß sie aufeinander senkrecht stehen und mit den in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen einen von 90" verschiedenen Winkel einschließen. Wenn das Koppelelement K 1 durch eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtung in Richtung des Doppelpfeiles 20 zu Längsschwingungen angeregt wird. dann entsteht im Resonator R eine in Richtung des Koppelelements K 1 verlaufende Biegeschwingung. Die Antriebsvorrichtung, die das Koppelelement K I zu Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 20 anregt, kann beispielsweise aus einem weiteren,'mechanischen Biegeresonator bestehen, der in °Richtung des Doppelpfeiles 20 verlaufende Biegeschwin= gungen ausführt. Da das Koppelelement K 1 gegenüber den Hauptträgheitsachsen H und H' geneigt ist, entstehen im Resonator R zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen, die in Richtung der Doppelpfeile 1 und 2, d. h. in der Richtung der Hauptträgheitsachsen H und H', verlaufen. Im Fall, daß die Eigenfrequenzen der Biegeschwingungen in Richtung der Doppelpfeile 1 und 2 nicht genau zusammenfallen, entstehen im Koppelelement K 2 Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 21, die wiederum auf einen weiteren mechanischen Resonator übertragen werden können. Da Längsschwingungen ausführende Koppelelemente eine sehr kräftige Kopplung wegen der in ihnen auftretenden Zug- bzw. Druckbeanspruchung ergeben, verhalten sich diese Koppelelemente hochohmig hinsichtlich der mechanischen Eingangsimpedanz für die gewünschte Schwingungsart und niederohmig gegenüber allen unerwünschten Schwingungsarten, bei denen beispielsweise eine Biege- oder eine Torsionsbeanspruchung der Koppelelemente auftritt. Durch diese Dimensionierung der Koppeldrähte, die zu sehr kleinen Drahtquerschnitten führt, wird eine gute Stabilität der ganzen Anordnung gegenüber Störwellen erreicht.
  • Wenn der Querschnitt des Resonators R nahezu quadratisch gewählt wird, dann sind die in Richtung der Doppelpfeile 1 und 2 verlaufenden Biegeschwingungen von der gleichen Ordnungszahl.
  • In der F i g. 2 ist ein mechanischer Biegeresonator gezeigt, dessen äußerer Aufbau im wesentlichen dem der F i g. 1 entspricht. Abgesehen davon, daß die Koppelelemente K1 und K2 in einem gemeinsamen Punkt auf der Resonatoroberfläche befestigt sind, was hinsichtlich der Fertigung am günstigsten ist, hat der Querschnitt des Resonators eine ausgeprägte Rechteckform, die zu einer billigen Fertigungsmöglichkeit durch Stanzen aus gewalztem Material führt. Die Querschnittsabmessungen sind dabei so gewählt, daß die in Richtung der Hauptträgheitsachsen H und H' verlaufenden Biegeschwingungen unterschiedliche Ordnungszahlen haben, so daß beispielsweise die in Richtung der Achse H verlaufende Biegeschwingung die Grundschwingung und die in Richtung H' verlaufende Biegeschwingung eine Schwingung höherer Ordnungszahl ist. Die Koppelelemente K 1 und K 2 können im Bereich der Resonatormitte oder im Endbereich des Resonators befestigt sein, was in F i g. 2 gestrichelt angedeutet ist.
  • Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Resonatoranordnungen ergeben ein mechanisches Filter, das die Wirkung eines zweikreisigen Bandfilters hat. Das Zustandekommen des Zweikreisverhaltens sowie die elektrischen Ersatzschaltbilder werden im folgenden noch näher erläutert.
  • Die F i g. 3 zeigt den in der Ebene der Ankopplungen gelegenen rechteckigen Resonatorquerschnitt mit den aufeinander senkrechten Hauptträgheitsachsen H und H'. Die Kräfte PF und PA der Ankopplungen stehen aufeinander senkrecht und bilden mit dem System der in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen einen Winkel a.
  • Bekanntlich drehen sich bei einer Biegeeigenschwingung die Querschnittsebenen um eine der beiden Hauptträgerachsen. Die Querschnittsdrehung ergibt eine Verschiebung w des ganzen Querschnitts in Richtung der anderen Hauptträgheitsachse. Die Verschiebung w bildet mit der Resonatorachse die Schwingungsebene.
  • Die Hauptträgheitsachsen liegen also in den beiden Hauptschwingungsebenen. Auf eine in einer Hauptschwingungsebene wirkende Kraft reagiert der Resonator mit einer Verschiebung in Kraftrichtung. W und W sind die beiden mechanischen Eingangswiderstände des Resonators für die in der F i g. 3 dargestellten Kräfte P1 und P2 in den Hauptschwingungsebenen. , ran = j o) w1 und v2 = j r,) w2 sind die Geschwindigkeiten, w1 und w2 sind die Verschiebungen in den Hauptschwingungsebenen, o) ist die Kreisfrequenz. Die Geschwindigkeitskomponenten VE, VA in den Richtungen der Ankopplungen sind mit den Kräften in diesen Richtungen durch eine Widerstandsmatrix 1 Wi verknüpft. Diese Widerstandsmatrix wird durch eine Koordinatendrehung aus den Gleichungen (1) gewonnen. Um diese Drehung vorzunehmen, schreibt man Gleichung (1) zweckmäßigerweise in der Matrixform: Die Koordinatendrehung wird durch eine vom Drehwinkel a abhängige Matrix 2, ausgeführt, die die Komponenten in den Koppelrichtungen in die Komponenten in den Hauptschwingungsrichtungen überführt. Führt man die Gleichung (4a) und (4b) in Gleichung (3) ein, so erhält man: Multipliziert man diese Gleichung von links mit E -' und vergleicht sie mit Gleichung (2), so erhält man die Widerstandsmatrix: Die Berechnung des dreifachen Matrizenproduktes mit E aus Gleichung (5) ergibt. Die Widerstandsmatrix eines T-Gliedes mit den Widerständen WA, WB, Wk (F i g. 4) lautet: Durch einen Vergleich der Matrizen (8) und (9) erhält man für die Widerstände WA, WB, Wk de$ in der F i g. 4 dargestellten T -Ersatzschaltbildes die Werte: Die Gleichungen (10a) bis (10c) sind auf die in F i g. 1 und 2 gezeigten Resonatortypen anwendbar. Am wichtigsten ist die symmetrische Form nach F i g. 1 oder 2 mit a = 45°. Die Formeln (10a, 10b) vereinfachen sich für a = 45° zu: Die F i g. 5 zeigt schematisch den Verlauf der Eingangswiderstände und in Abhängigkeit von der Frequenz f .in der Umgebung der Resonanzfrequenzen f l, f2 für zwei Schwingungen gleicher Ordnungszahl. Je nachdem, ob die Eigenfrequenz f oder f2 tiefer liegt; ergibt sich eine kapazitive (F i g. 6 ) oder eine induktive (F i g. 7) Kopplung. Es sei bemerkt, daß f1 die Eigenfrequenz der Schwingung in der Ebene H und f2 die Eigenfrequenz der Schwingung in der Ebene H' darstellt (F i g. 3). Die Begriffe »kapazitive Kopplung« und »induktive Kopplung« beziehen sich auf die Phase der Kopplung, die genaue Frequenzabhängigkeit läßt sich durch eine numerische Berechnung des im Querzweig liegenden Widerstandes bestimmen. Das Vierpolphasenmaß unterscheidet sich bei den in F i g. 6 und 7 gezeigten Schaltungen um l80°. Die Ersatzschaltbilder der F i g. 6 und 7 sind symmetrisch, d. h., in den Längszweigen treten die gleichen Resonanzfrequenzen auf.
  • Das Ersatzschaltbild für symmetrische Formen ist auch als Kreuzglied darstellbar (F i g. 8). In den Zweigen des Kreuzgliedes liegen die durch Gleichung (1) definierten Eingangswiderstände W und W2. Aus F i g. 9 wird die für die Herleitung der Kreuzgliedform erforderliche Eigenschaft ersichtlich, daß bei symmetrischer bzw. antimetrischer äußerer Krafteinwirkung auf beide Koppelelemente die Eigenschwingungen getrennt angeregt werden. Die Bezeichnungen P1, P2, PE, P,, sind mit F i g. 3 identisch. Es ist P2 = PE + PA, P1 = PE - PA. Wenn die Eingangswiderstände W und W verschiedenen Schwingungsmoden angehören, wie es beim flachen Rechteckschwinger der Fall ist, können W und W in F i g. 5 unter Umständen mit verschiedenen Steigungen die Frequenzachse schneiden. Bei sehr starker Verschiedenheit ergibt sich ein Schnittpunkt dicht neben dem Durchlaßbereich, der wegen W = W bzw. Wk = 0 zu einem Dämpfungspol führt.
  • Wie sich zeigt, lassen dich die Resonatoren auch im Bereich ihrer in Längsrichtung gelegenen Enden miteinander koppeln. Die Steigungen im Nulldurchgang sind dabei für alle Schwingungsmoden gleich. Bei Verwendung der ersten und dritten Eigenschwingung kann man die Resonatoren im Bereich der Resonatormitte miteinander koppeln; in diesem Falle unterscheiden sich die Steigungen im- Nulldurchgang geringfügig.
  • In Schaltungsentwürfen, in denen die einzelnen Resonanzkreise auf verschiedenen Frequenzen liegen, kann durch die Wahl des Winkels «, unter dem die Koppelelemente zu _ den im Querschnitt liegenden Hauptträgheitsachsen an den Resonatoren befestigt sind die jeweilige Forderung gemäß den Gleichungen (10a) bis (10c) erfüllt werden. Dabei werden die Koppelelemente bei Resonatoren mit flachem rechteckigem Querschnitt unter einem von 45° abweichenden Winkel an den Resonatoren befestigt. Bei geringen Verdrehungen aus der symmetrischen Lage heraus ergeben diese Gleichungen mit a = 45° .1 a: WA= W +(W - W).,9a, WB =W-(W-W).,9- Die Nullstellen von WA und WB liegen bei den Eigenfrequenzen f, und f6, die jetzt voneinander verschieden sind. Ein entsprechendes Ersatzschaltbild ist in F i g. 10 dargestellt.
  • Die F i g. 11 und 12 zeigen schematisch den zweckmäßigen Aufbau mechanischer Filter, bei denen mehrere einzelne Resonatoren verwendet sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der F i g. 11 ist an einen mechanischen Biegeresonator 25 über ein Koppelelement K 1 der Resonator R angekoppelt, der wiederum über das Koppelelement K 2 mit dem Biegeresonator 26 verkoppelt ist. Die einzelnen Resonatoren sind dabei in der Weise angeordnet, daß ihre Längsachsen zueinander parallel verlaufen und daß die Längsachse des Resonators R außerhalb der von den Längsachsen der Resonatoren 25 und 26 gebildeten Ebene liegt. Darüber hinaus sind die Resonatoren 25 und 26 derart schräg gegeneinander angestellt, daß ihre einander zugewandten Oberflächen mit der ihnen zugewandten Oberfläche des Resonators R den gleichen Winkel wie die Koppelelemente K 1 und K 2 mit den Hauptträgheitsachsen des Resonators R einschließen. Die Koppelelemente K 1 und K2 sind an den Stirnseiten der Resonatoren befestigt. Wenn der Resonator 25 zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 27 angeregt wird, dann rufen diese Biegeschwingungen im Koppelelement K 1 Längsschwingungen hervor. Diese Längsschwingungen erzeugen im Resonator R zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen, die in Richtung der Doppelpfeile 1 und 2 verlaufen. Über die im Koppelelement K2 erzeugten Zug-und Druckkomponenten wird der Resonator 26 zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 28 angeregt. Wenn die Resonatoren 25 und 26 mit auf Biegeschwingungen ansprechenden elektrostriktiv wirkenden Anregungselementen versehen sind, dann läßt sich eine am Resonator 25 anliegende Eingangswechselspannung nur dann am Resonator 26 abnehmen, wenn die Resonanzfrequenzen der einzelnen als Resonatoren wirkenden Abschnitte zumindest näherungsweise mit der Frequenz der anliegenden Wechselspannung übereinstimmen. Das in der Fi g. 11 dargestellte Filter wirkt somit als vierkreisiges Bandfilter, bei dem die beiden Mittelkreise nur durch einen einzigen Resonator realisiert werden. Beispielsweise können in den hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden Schwingungsknoten der Resonatoren 25 und 26 Halteelemente vorgesehen sein, die der Verankerung des Filters in einem nicht näher dargestellten Gehäuse dienen.
  • Die F i g. 12 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Filters, bei dem zwei doppelt ausgenutzte mechanische Biegeresonatoren R und R' über das an ihren Stirnseiten befestigte Koppelelement K in Kette geschaltet sind. Die aus Platten rechteckförmigen Querschnitts bestehenden Resonatoren R und R' sind beispielsweise untereinander derart schräg angeordnet, daß die einander zugekehrten Oberflächen einen Winkel von 90° bilden und daß ihre Längsachsen zueinander parallel verlaufen. Die Kopplung der Resonatoren erfolgt über das Koppelelement K, das gegenüber den in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen einen Winkel von 45° bildet, d. h., das Koppelelement K schließt mit den einander zugekehrten Resonatoroberflächen ebenfalls einen Winkel von 45" ein. Die an den Stirnseiten der Resonatoren befestigten Einkoppelelemente K1 und K2 stehen senkrecht am Koppelelement K, so daß auch die Koppelelemente K 1 und K 2 mit den Hauptträgheitsachsen des Querschnittes einen Winkel von 45° einschließen. Durch eine in Richtung des Koppelelementes K 1 (Doppelpfeil 30) wirkende, periodisch sich ändernde Kraft, wird das Koppelelement K 1 auf Zug und Druck beansprucht und somit zu Längsschwingungen erregt. Wenn die Frequenz der sich periodisch ändernden Kraft, die beispielsweise von einem weiteren mechanischen Resonator erzeugt werden kann, mit den zwei Eigenfrequenzen des Resonators R näherungsweise übereinstimmt, dann wird dieser in der bereits beschriebenen Weise zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen angeregt, die in Richtung der Hauptträgheitsachsen verlaufen. Bei nicht exakt übereinstimmenden Eigenfrequenzen der beiden Eigenschwingungen des Resonators R werden dabei im Koppelelement K Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 31 erzeugt, über die wiederum der Resonator R' zu zwei aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen in Richtung der Hauptträgheitsachsen angeregt wird. Bei nicht exakt zusammenfallenden Eigenfrequenzen der beiden Biegeeigenschwingungen des Resonators R' werden dabei im Koppelelement K 2 Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 32 erzeugt, die dann beispielsweise auf einen weiteren mechanischen Resonator oder auf einen elektromechanischen Wandler übertragen werden können. Die Querschnittsabmessungen der Resonatoren können dabei so gewählt werden, daß die aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen von gleicher oder auch von unterschiedlicher Ordnungszahl sind. Es ist auch nicht unbedingt erforderlich, das Koppelelement K unter einem Winkel von 45° gegenüber den in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen anzuordnen, sondern es kann, wie bereits erwähnt, die Resonanzfrequenz der einzelnen Kreise noch durch eine von 45° abweichende Einstellung des Koppelelementes K beeinflußt werden. Wesentlich ist nur, daß die Koppelelemente K1 und K2 senkrecht auf dem Koppelelement K stehen. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel haben die Koppelelemente K, K1 und K2 einen derart geringen Querschnitt, daß die in ihnen mit auftretenden Biegekomponenten praktisch nicht übertragen werden können und somit keine störenden Einwirkungen auf das Gesamtverhalten des Filters hervorrufen. Wie die einzelnen Resonatoren zu einer mechanisch stabilen Einheit miteinander verbunden werden können, wird später an Hand der F i g. 17 bis 20 noch näher erläutert.
  • Wie sich ferner zeigt, lassen sich durch eine besondere Bemessung der einzelnen Resonatoren Dämpfungspole im Sperrbereich des Filters erzeugen. Insbesondere ergibt sich, daß bei derartigen Resonatoren in Verbindung mit den bereits beschriebenen Koppelelementen keine Dämpfungspole auftreten, wenn die Querschnittsabmessungen so gewählt sind, daß Eigenschwingungen gleicher Ordnungszahl auftreten, d. h. also bei nahezu quadratischem Querschnitt der einzelnen Resonatoren. Es zeigt sich ferner, daß zwei Dämpfungspole auftreten können, wenn beispielsweise für die aufeinander senkrecht stehenden Biegeschwingungen die erste und die zweite Eigenschwingung in den Resonatoren ausgenutzt werden, und wenn die Resonatoren im Bereich der stirnseitigen Enden in der bereits beschriebenen Weise miteinander gekoppelt werden. Wie sich ferner zeigt, können Dämpfungspole auch dann auftreten, wenn die Querschnittsabmessungen der Resonatoren so gewählt sind, daß die erste und die dritte Biegeeigenschwingung als zueinander senkrechte Schwingungen auftreten, und wenn die Koppelelemente im Bereich der Resonatormitten an den Resonatoren befestigt sind. Das Auftreten dieser Dämpfungspole läßt sich theoretisch durch eine Berechnung von W und WZ aus der Lösung einer Differentialgleichung vierter Ordnung für stabförmige Biegeresonatoren nachweisen. Auf den theoretischen Nachweis sei an dieser Stelle verzichtet und nur das praktische Ergebnis an Hand der F i g-. 13 bis 16 noch näher erläutert.
  • Die F i g. 13 zeigt die Frequenzabhängigkeit des Eingangswiderstandes W, (Kurve 60) und des Eingangswiderstandes W (Kurve 61) für einen Resonator nach F i g. 2, der so dimensioniert ist, daß in der Schwingungsrichtung H die erste Eigenfrequenz fö, und in der Schwingungsrichtung H' die dritte Eigenfrequenz f03 im Durchlaßbereich auftreten, und daß f03 tiefer als fol liegt. Bei Ankopplung durch kurze Koppelelemente, die unter 45@ gegen die Hauptträgheitsachsen geneigt sind, erstreckt sich der Filterdurchlaßbereich D etwa von der unteren Grenzfrequenz f03 bis zur oberen Grenzfrequenz 2 fol - .1o3- Dicht oberhalb des Durchlaßbereiches tritt eine Sperrfrequenz f"., auf, bei der beide Eingangswiderstände gleich sind, und die daher Anlaß zum Auftreten eines Dämpfungspoles dicht an der oberen Dämpfungsflanke gibt. Die unterhalb des Durchlaßbereiches gelegene zweite Sperrfrequenzl'" 2 beeinflußt die Steilheit der Dämpfungsflanke praktisch nicht, da sie vom Filterdurchlaßbereich zu weit entfernt liegt. Bei der Frequenz .fs tritt eine Störresonanz - herrührend von der ersten Eigenschwingung - in der Schwingungsrichtung H' auf, die jedoch so weit vom Filterdurchlaßbereich entfernt liegt, daß sie das Sperrverhalten des Filters nicht nachteilig beeinflußt.
  • Die F i g. 14 zeigt schematisch das Dämpfungsverhalten a eines Filters, bei dem mindestens ein Resonator in der an Hand der F i g. 13 beschriebenen Weise ausgebildet ist. Wie gesagt gilt dieses Dämpfungsverhalten nur, wenn die Koppelelemente K 1 und K2 gemäß der F i g. 1 oder der F i g. 2 in der Resonatormitte befestigt sind und wenn der doppelt ausgenutzte Resonator R in der ersten und in der dritten Eigenfrequenz betrieben wird und außerdem die erste Eigenfrequenz höher als die dritte Eigenfrequenz ist. Unter den gemachten Voraussetzungen kann das in F i g. 14 gezeigte Dämpfungsverhalten für unterschiedliche Filterbandbreiten realisiert werden, wobei die Filterbandbreite durch den gegenseitigen Abstand der beiden Eigenfrequenzen und f03 regulierbar ist.
  • Die F i g. 15 zeigt die Frequenzabhängigkeit des Eingangswiderstandes W (Kurve 62) und des Eingangswiderstandes W (Kurve 63) eines nach F i g. 2 aufgebauten Resonators mit Ankopplung durch die im endseitigen Bereich befestigten Koppelelemente K l, K2, wobei der Resonator R so dimensioniert ist, daß in der Schwingungsrichtung H die erste und in der Schwingungsrichtung H' die zweite Eigenfrequenz im Durchlaßbereich des Filters auftritt, und daß die zweite Eigenfrequenz tiefer als die erste liegt. Bei Ankopplung durch kurze Koppelelemente, die unter 45° gegen die Hauptträgheitsachsen des Resonatorquerschnittes geneigt sind, erstreckt sich der Filterdurchlaßbereich D etwa von der unteren Grenzfrequenz _f@2 bis zur oberen Grenzfrequenz 2./ö, -- .f<'2-Dicht oberhalb der oberen Grenzfrequenz und dicht unterhalb der unteren Grenzfrequenz treten die beiden Sperrfrequenzen f", und./'"2 auf, bei denen die beiden Eingangswiderstände W und W gleich sind, und die daher zum Auftreten von Dämpfungspolen im Ubertragungsverhalten Anlaß geben.
  • Bei der Frequenz Js tritt eine Störresonanz - herrührend von der ersten Eigenschwingung - in der Schwingungsrichtung H' auf, die jedoch so weit vom Durchlaßbereich des Filters entfernt liegt, daß sie das Sperrverhalten des Filters nicht nachteilig beeinflußt.
  • Die F i g. 16 zeigt schematisch das Dämpfungsverhaltens a eines Filters, bei dem mindestens ein Resonator in der an Hand der F i g. 14 beschriebenen Weise ausgebildet ist. Wie gesagt, gilt dieses Dämpfungsverhalten nur, wenn der doppelt ausgenutzte Resonator R in der ersten und in der zweiten Eigenfrequenz betrieben wird, wobei die erste Eigenfrequenz höher liegt, und wenn die Koppelelemente gemäß F i g. 2 am Resonatorende befestigt sind. Unter den gemachten Voraussetzungen kann das in F i g. 16 gezeigte Filterdämpfungsverhalten für unterschiedliche Filterbandbreiten realisiert werden, wobei die Filterbandbreite durch den gegenseitigen Abstand der beiden Eigenfrequenzen fo, und f02 regulierbar ist.
  • Die hier besprochenen Ausführungsformen stellen typische Beispiele für Filter ohne und mit Dämpfungspolen dar. Filter, bei denen keine Dämpfungspole im Sperrbereich auftreten, lassen sich, wie bereits erwähnt, durch die Ausnutzung von Eigenschwingungen gleicher Ordnungszahl in einem Resonator realisieren.
  • Filter mit Dämpfungspolen lassen sich durch die Ausnutzung der ersten und zweiten bzw. der ersten und dritten Eigenschwingung realisieren; dabei müssen die vorstehend erläuterten Bedingungen 'eingehalten werden.
  • Unter gleichen Anregungsbedingungen bei umgekehrter Lage der Eigenfrequenzen zueinander, wenn die erste Eigenschwingung tiefer als eine der Eigenschwingungen höherer Ordnung liegt, lassen sich polfreie Filter mit flachen Resonatoren aufbauen.
  • Wie bereits erwähnt, wirken die Koppelelemente als reine Längskoppler, d. h., sie können nur Zug-und Druckkräfte in Richtung ihrer Längsachsen übertragen. Dies hat zur Folge, daß die Querschnittsabmessungen der Koppelelemente verhältnismäßig klein gehalten werden müssen, so daß die Koppelelemente für sich allein gegebenenfalls nicht in der Lage sind, die einzelnen, in einem mehrteiligen mechanischen Filter enthaltenen Resonatoren zu einer mechanisch starren Einheit zu verbinden. In den F i g. 17 bis 20 sind einige typische Möglichkeiten gezeigt, die den mechanisch stabilen Aufbau erfindungsgemäßer Filter gewährleisten. Hierzu ist es zweckmäßig, die einzelnen aufeinanderfolgenden Resonatoren über auf Biegung und auf Torsion beanspruchte Halteelemente miteinander zu verbinden, die in Schwingungsknoten der ersten oder zweiten Eigenschwingung an den Resonatoren befestigt sind, da solche Halteelemente trotz ihrer Steifigkeit praktisch keine Kopplung ergeben.
  • Die F i g. 17 und 18 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die in einem mechanischen Filter aufeinander folgenden Resonatoren R und R' durch Halteelemente 50 miteinander verbunden sind. Die Halteelemente 50 sind dabei in Ruhepunkten der ersten Eigenschwingung an den Resonatoren befestigt und sind in einem Winkel von etwa 90 abgebogen, wodurch die Steifigkeit des Halteelementes nur in Form der Biegesteifigkeit in Erscheinung tritt und sich gleichzeitig ein für die Praxis günstiger Filteraufbau ergibt. Im Beispiel der F i g. 17 sind die Halteelemente 50 an den kleineren Längsoberflächen der plattenförmigen Resonatoren R und R' befestigt und werden beim Auftreten zweier Biegeeigenschwingungen im Resonator R und R' im wesentlichen auf Biegung und Torsion beansprucht. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 18 sind die Halteelemente 50 an den größeren Längsoberflächen der Resanatoren R und R' befestigt und werden beim Auftreten von Biegeschwingungen in den Resonatoren R und R° im wesentlichen ebenfalls auf Biegung und auf Torsion beansprucht. Diese Formen der Halterung eignen sich insbesondere dann, wenn die erste Eigenschwingung zusammen mit einer Eigenschwingung höherer Ordnung in den Resonatoren auftritt.
  • In den Ausführungsbeispielen der F i g. 19 und 20 sind die Resonatoren über ein einzelnes Halteelement 51 miteinander verbunden. Das Halteelement 51 ist dabei beispielsweise in Ruhepunkten der zweiten Eigenschwingung befestigt. Im Beispiel der F i g. 19 ist das Halteelement 51 an den kleineren Längsoberflächen der Resonatoren R und R' befestigt, so daß es beim Auftreten von Biegeschwingungen in den Resonatoren R und R' im wesentlichen auf Biegung und Torsion beansprucht wird. Im Beispiel der F i g. 20 ist das Halteelement 51 an den größeren Längsoberflächen der Resonatoren R und R' befestigt, so daß es im wesentlichen auf Biegung und Torsion beansprucht wird. Auch bei den in den F i g. 19 und 20 gezeichneten Beispielen sind die Halteelemente 51 unter einem Winkel von 90° abgebogen, wodurch die Steifigkeit der Halterung nur in Form der Biegesteifigkeit in Erscheinung tritt und gleichzeitig ein günstiger Aufbau des gesamten Filters erreicht wird. Die Ausführungsform nach F i g. 19 und 20 ist dann zu empfehlen, wenn eine der beiden Schwingungsformen in der Mitte einen Ruhepunkt besitzt, was z. B. bei Ausnutzung der ersten und der zweiten Eigenschwingung der Fall ist.
  • Die Halteelemente 50 und 51 können gleichzeitig auch der Verankerung in einem Gehäuse dienen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Halteelemente 50 und 51 nicht zu verwechseln sind mit den eigentlichen Koppelelementen, die in den F i g. 17 bis 20 zur besseren Ubersicht nicht mehr dargestellt sind. Da die Halteelemente in Ruhepunkten von wenigstens einer Eigenschwingung angeordnet sind, beeinflussen sie das Verhalten des Gesamtfilters kaum bzw. kann die durch sie eventuell hervorgerufene geringfügige Verwerfung der Resonanzfrequenz an den einzelnen Resonatoren nachgeglichen werden.
  • Für die Anregung von Biegeschwingungen eignet sich insbesondere die Ausnutzung des sogenannten direkten piezoelektrischen Effektes, da sich dadurch elektromechanische Wandler realisieren lassen, die bei einem nur geringen Anteil elektrostriktiver Keramik einen verhältnismäßig großen elektromechanischen Kopplungsfaktor liefern und damit Endresonatoren eines mehrteiligen mechanischen Filters ergeben, die gegenüber Temperatur- und Alterungseinflüssen außerordentlich stabil sind. Derartige elektromechanische Wandler sind bereits vorgeschlagen worden (deutsches Patent 1 203 329).
  • An Hand der F i g. 21 wird noch gezeigt, daß sich durch eine Abwandlung dieses Systems ein vorzugsweise als Endresonator eines mehrteiligen mechanischen Filters zu verwendender elektromechanischer Wandler ergibt, wenn bereits im Endresonator zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen erzeugt werden sollen. Im Resonator R sind elektrostriktiv wirkende Anregungssysteme 40 und 41. vorgesehen, die aus Plättchen elektrostriktiven Materials bestehen und die in Querschnittsebenen des beispielsweise aus Stahl bestehenden Resonators R angeordnet sind. Die den einzelnen Stahlteilen zugekehrten Oberflächen der aus einem elektrostriktiven Material, beispielsweise einer Bleikeramik, bestehenden Plättchen sind in an sich bekannter Weise mit einer metallischen Schicht versehen und mit den einzelnen Abschnitten des Resonators R beispielsweise durch Lötung fest verbunden. Die F i g. 21 a zeigt im Querschnitt das dem Eingang E' zugeordnete Anregungssystem 40. Das als Anregungssystem dienende Plättchen 40 ist dabei längs einer Diagonalen unterteilt, so daß der Spalt S in Richtung der Diagonalen verbleibt. Mit anderen Worten heißt dies, daß zwei dreieckförmige elektrostriktiv wirkende Plättchen 40a und 40b im Querschnitt des Resonators angeordnet sind. Durch eine Gleichspannungsvorbehandlung ist den elektrostriktiven Plättchen eine entgegengesetzt gerichtete Polarisation in Richtung der Pfeile 43 und 44 aufgeprägt, die in Richtung der Längsachse des Biegeresonators verläuft. Legt man an die dem Anregungssystem 40 benachbarten Stahlteile 47 und 48 über die Klemmen E' und 0 eine elektrische Wechselspannung, so dehnt sich beispielsweise das-Plättchen 40a in der einen Halbwelle der elektrischen Wechselspannung aus, während sich gleichzeitig auf Grund der entgegengesetzten Polarisation das Plättchen 40b zusammenzieht. Wenn diese Dehnungs- und Verkürzungsbewegungen mit den Eigenfrequenzen der in Richtung der Hauptträgheitsachsen des Resonatorquerschnittes auftretenden Eigenfrequenzen übereinstimmen, dann führt der Resonator zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen in Richtung der Hauptträgheitsachsen des Querschnittes (Doppelpfeile 1 und 2) aus. Wenn nur ein derartiges Anregungssystem im Resonator R vorgesehen ist, läßt sich diese Anordnung als doppelt ausgenutzter Endresonator eines mehrteiligen mechanischen Filters verwenden.
  • Wenn, wie in der F i g. 21 gezeichnet, ein weiteres derartiges Anregungssystem 41 vorgesehen ist, dann entsteht dadurch ein elektrischer Vierpol, der als zweikreisiges Bandfilter wirkt. In der F i g. 21 b ist der Querschnitt durch das Anregungssystem 41 gezeichnet, bei dem wiederum zwei elektrostriktiv wirkende Plättchen 41 a und 41 b vorgesehen sind, zwischen denen längs einer Diagonalen der Spalt S' verbleibt. Die Plättchen 41 a und 416 sind ebenfalls gegensinnig in Richtung der Längsachse des Resonators (Pfeile 45 und 46) zueinander vorpolarisiert. Wenn beispielsweise die Plättchen 41 a und 41 h durch in Richtung der Hauptträgheitsachsen des Querschnittes verlaufende Biegebewegungen des Resonators R gedehnt und verkürzt werden, dann entsteht zwischen den ihnen benachbarten Stahlteilen 48 und 49 des Resonators R eine elektrische Wechselspannung, die zwischen den zu diesen beiden Stahlteilen führenden Anschlußklemmen A' und 0 als Ausgangswechselspannung abgenommen werden kann. Um die Funktion eines zweikreisigen Bandfilters zu erzielen, ist es wesentlich, daß die Spalte S und S' des Eingangs- und des Ausgangssystems in den beiden verschiedenen Diagonalen des rechteckförmigen Querschnittes verlaufen. Auf diese Weise wird nämlich eine an den Eingang E' und 0 angelegte elektrische Wechselspannung nur auf dem Umweg über die in Richtung der Doppelpfeile 1 und 2 verlaufenden, aufeinander senkrecht stehenden Biegeeigenschwingungen an das Ausgangssystem A' und 0 abgegeben. Es sind dadurch die beiden Biegeeigenschwingungen 1 und 2 am Gesamtverhalten des Resonators R beteiligt, wodurch das einem zweikreisigen Bandfilter entsprechende Verhalten des in der F i g. 21 dargestellten elektromechanischen Wandlers zustande kommt. Falls ein derartiger Resonator als einteiliges Filter betrieben werden soll ist es zweckmäßig, die der Verankerung in einem Gehäuse dienenden Halteelemente beispielsweise in Richtung der Querschnittsdiagonalen in einem Ruhepunkt einer Eigenschwingung am Resonator zu befestigen.
  • In den Ausführungsbeispielen der F i g. 22 und 23 sind mechanische Filter gezeigt, bei denen einfach und doppelt ausgenutzte mechanische Biegeresonatoren für den Gesamtaufbau des mechanischen Filters miteinander kombiniert sind. Es handelt sich dabei um mehrteilige mechanische Filter, bei denen mehr als zwei Biegeresonatoren zur Anwendung kommen. Die einzelnen Resonatoren sind dabei in der Weise angeordnet, daß die Längsachsen der einzelnen Resonatoren zueinander parallel verlaufen, und daß die Längsachse wenigstens eines Resonators außerhalb der von den Längsachsen der übrigen Resonatoren gebildeten Ebene liegt. Durch diese besondere Anordnung der Resonatoren läßt sich ein raumsparender Aufbau des Filters erreichen. Insbesondere ist ein raumsparender Aufbau dann gewährleistet, wenn die die Resonatoren verbindenden Koppelelemente derart an den einzelnen Resonatoren befestigt sind, daß die in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgenden Resonatoren abwechselnd einfach und doppelt ausgenutzt sind, das heißt also, wenn auf einen Resonator, der nur eine Biegeschwingung ausführt, ein Resonator folgt, der zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen ausführt, an den wiederum ein nur eine Biegeschwingung ausführender Resonator angekoppelt ist. In einfacher Weise lassen sich bei derartigen Filtern Dämpfungspole in der Dämpfungscharakteristik erzielen, wenn wenigstens zwei in ihrer elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, jeweils nur eine Biegeschwingung ausführende Resonatoren durch ein zusätzliches, im wesentlichen auf Zug bzw. Druck beanspruchtes Koppelelement miteinander gekoppelt sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der F i g. 22 sind fünf mechanische Resonatoren R1 bis R5 verwendet, von denen die Resonatoren R I, R 3 und R 5 derart angeordnet sind, daß ihre Längsachsen in der gleichen Ebene liegen, während die Längsachsen der Resonatoren R2 und R4 in einer dazu parallelen Ebene liegen. Die Koppelelemente K sind jeweils an den stirnseitigen Enden der Resonatoren befestigt. Durch eine an dem Einkoppelelement E in dessen Längsrichtung (Doppelpfeil 70) wirkende Kraft wird der Resonator R 1 in Richtung des Doppelpfeiles 61 zu Biegeschwingungen angeregt. Diese Biegeschwingungen regen im Resonator R 2 in der bereits beschriebenen Weise Biegeschwingungen in Richtung der Hauptträgheitsachse, d. h. in Richtung der Doppelpfeile 62 und 63 an, von denen die in Richtung des Doppelpfeiles 63 verlaufende Schwingung den Resonator R3 in Richtung des Doppelpfeiles 64 zu Biegeschwingungen anregt. In analoger Weise werden die Resonatoren R 4 und R 5 zu Biegeschwingungen angeregt, so daß der Resonator R4 zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeschwingungen in Richtung der Doppelpfeile 65 und 66 und schließlich der Resonator R 5 eine in Richtung des Doppelpfeiles 67 verlaufende Biegeschwingung ausführt. Diese Biegeschwingungen können am Auskoppelelement A als in dessen Längsrichtung (Doppelpfeil 71) verlaufende Schwingungen abgenommen und beispielsweise einem elektromechanischen Wandlersystem zugeführt werden. Es können aber auch unmittelbar die Resonatoren R 1 und R 5 mit elektromechanischen Wandlersystemen, die vorzugsweise als elektrostriktiv wirkende Wandlersysteme ausgebildet sind, versehen sein. Hierzu muß das am Resonator R 1 angebrachte Wandlersystem derart ausgebildet sein, daß es diesen in Richtung des Doppelpfeiles 61 zu Biegeschwingungen anregt, und das am Resonator R 5 angebrachte Wandlersystem muß derart angeordnet sein, daß es in Richtung des Doppelpfeiles 67 verlaufende Biegeschwingungen in eine elektrische Wechselspannung zurückverwandelt. In diesem Fall kann eine am Resonator R 1 anliegende elektrische Wechselspannung nur dann am Resonator R 5 als Ausgangswechselspannung abgenommen werden, wenn ihre Frequenz mit der Eigenfrequenz der Resonatoren zumindest näherungsweise übereinstimmt.
  • Durch die zusätzlichen auf Zug und Druck beanspruchten Koppelelemente K68 und K69 sind jeweils die nur eine Biegeschwingung ausführenden Resonatoren R1, R 3 und R 5 miteinander gekoppelt. Diese Koppelelemente lassen sich, abgesehen von ihrer Länge, hinsichtlich ihres Querschnitts derart bemessen, daß bei weitgehend frei wählbaren vorgegebenen Frequenzen Dämpfungspole in der Freqüenzcharakteristik des Filters auftreten. Durch die zweifache zusätzliche Verkopplung (K68, K69) lassen sich beispielsweise zwei Paare symmetrisch zum Durchlaßbereich des Filters liegende Dämpfungspole erzielen.
  • Im Ausführungsbeispiel der F i g. 23 sind die einzelnen Resonatoren R 1 bis R 5 gewissermaßen entlang einer Bogenlinie angeordnet, so daß die Oberflächen der Resonatoren R1 und R4 gegenüber den Oberflächen der übrigen Resonatoren geneigt sind. Die die Resonatoren verbindenden Koppelelemente K sind in der Mitte der Resonatoren befestigt. Im übrigen gelten die an Hand der F i g. 22 angestellten Überlegungen analog. Zur Halterung des Filters können beispielsweise die an Hand der F i g. 17 bis 20 beschriebenen Halteelemente herangezogen werden, oder es können Halteelemente auch in den hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden Schwingungsknoten an den Resonatoren R 1, R 3 oder R 5 befestigt sein.
  • Das elektrische Ersatzschaltbild für die in den F i g. 22 und 23 gezeigten Filter ist in der F i g. 24 dargestellt. Die einzelnen auftretenden Biegeschwingungen werden von den Resonanzkreisen 61' bis 67' nachgebildet, die untereinander über die die Filterbandbreite bestimmenden Kopplungen K' gekoppelt sind. Die zusätzlichen Kopplungen der Koppelelemente K68 und K69 werden durch die Kapazitäten K'68 und K'69 nachgebildet, durch die die Resonanzkreise 61' und 64' und die Resonanzkreise 64' und 67' zusätzlich miteinander verbunden sind. Diese Kopplungen bestimmen den Abstand der Dämpfungspole vom Durchlaßbereich des Filters. Es ergibt sich somit ein siebenkreisiges Bandfilter, das mit Hilfe von nur fünf mechanischen Resonatoren aufgebaut ist.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Elektromechanisches Bandfilter mit Dämpfungspolen, das wenigstens einen mechanischen Biegeresonator rechteckigen Querschnitts enthält, dessen Querschnittsabmessungen derart gewählt sind, daß zwei zueinander senkrechte, im Durchlaßbereich des Bandfilters gelegene Biege-Eigenschwingungen auftreten, und bei dem der Biegeresonator zwischen wenigstens zwei überwiegend auf Zug bzw. Druck beanspruchten Koppelelementen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander senkrecht stehenden Koppelelemente (K1, K2) unter einem von 90 merklich verschiedenen Winkel (a) in bezug auf die in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen (H, H') am Biegeresonator (R) unmittelbar bestigt sind.
  2. 2. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen des Biegeresonators (R) derart gewählt sind, daß in beiden Schwingungsrichtungen (1, 2) Eigenschwingungen gleicher Ordnungszahl auftreten.
  3. 3. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen des Biegeresonators (R) derart gewählt sind, daß in beiden Schwingungsrichtungen (1, 2) Eigenschwingungen unterschiedlicher Ordnungszahl auftreten.
  4. 4. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (K1, K2) derart am Biegeresonator (R) befestigt sind, daß ihre Längsachsen mit den in der Querschnittsebene liegenden Hauptträgheitsachsen (H, H') einen Winkel von etwa 45 bilden.
  5. 5. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (K1, K2) in einem gemeinsamen Punkt am Biegeresonator (R) befestigt sind.
  6. 6. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente (K1, K2) an unterschiedlichen Punkten am Biegeresonator (R) befestigt sind.
  7. 7. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeresonator (R) mit wenigstens einem weiteren Resonätor (25, 26) insbesondere einem Biegeresonator, gekoppelt ist. B. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeresonator (R) mit wenigstens einem weiteren, zwei aufeinander senkrecht stehende Biegeeigenschwingungen ausführenden Biegeresonator (R') gekoppelt ist. 9. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsabmessungen des Biegeresonators derart gewählt sind, daß die erste und zweite Eigenschwingung in den zueinander senkrechten Schwingungsrichtungen (1, 2) auftreten, daß die zweite Eigenschwingung hinsichtlich ihrer Frequenzlage tiefer liegt als die erste Eigenschwingung und daß die Koppelelemente (K 1, K2) am Biegeresonator (R) im Bereich seiner stirnseitigen Enden befestigt sind. 10. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschinittsabmessungen des Biegeresonators (R) derart gewählt sind, daß die erste und dritte Eigenschwingung in den zueinänder senkrechten Schwingungsrichtungen (1, 2) auftreten, daß die dritte Eigenschwingung hinsichtlich ihrer Frequenzlage tiefer liegt als die erste Eigenschwingung und daß die Koppelelemente (K 1, K2) am Biegeresonator (R) in seinem mittleren Bereich befestigt sind. 11. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Biegeresonatoren (R, R') über auf Biegung und auf Torsion beanspruchte Halteelemente (50, 51) miteinander verbunden sind, die in Schwingungsknoten der ersten oder zweiten Eigenschwingung an den Biegeresonatoren (R, R') befestigt sind. 12. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem elektrostriktiv inaktiven Material, insbesondere Stahl, bestehender Biegeresonator (R) rechteckigen Querschnitts mit Plättchen (40, 41) elektrostriktiven Materials versehen ist, deren Plättchenebene senkrecht zur Längsachse des Biegeresonators orientiert ist und die längs einer Diagonalen durch einen Spalt (S) unterteilt und in Richtung der Längsachse des Biegeresonators gegensinnig vorpolarisiert (43, 44, 45, 46) sind. 13. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehr als zwei Biegeresonatoren (R1 bis R5) umfassenden elektromechanischen Filter die Längsachse wenigstens eines Resonators (z. B. R2) außerhalb der von den Längsachsen der übrigen Resonatoren (R 1, R 3, R 5) gebildeten Ebene liegt. 14. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrteiligen elektromechanischen Filter die Koppelelemente (K) derart an den einzelnen Biegeresonatoren befestigt sind, daß die in ihrer elektrischen Wirkungsweise aufeinanderfolgenden Biegeresonatoren (R1 bis R5) abwechselnd nur eine (61, 64, 67) bzw. zwei aufeinander senkrecht stehende (62, 63, 65, 66) Biegeschwingungen ausführen. 15. Elektromechanisches Bandfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehrteiligen elektromechanischen Filter wenigstens zwei, in ihrer elektrischen Wirkungsweise nicht unmittelbar aufeinanderfolgende, jeweils nur eine Biegeschwingung (61, 64) ausführende Biegeresonatoren durch ein zusätzliches, im wesentlichen auf Zug bzw. Druck beanspruchtes Koppelelement (K68) miteinander gekoppelt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: »Frequenz«, Bd. 18, September 1964, Nr. 9, S. 277 bis 280.
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