DE1266414C2

DE1266414C2 - Elektromechanisches filter

Info

Publication number: DE1266414C2
Application number: DE1960S0100425
Authority: DE
Inventors: Hans 8000 München Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-02-26
Filing date: 1960-02-26
Publication date: 1975-12-04
Also published as: DE1266414B

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filier.

Filtcranordnungcn unter Verwendung von mechanischen Resonatoren zeichnen sich durch eine hohe elekirische Güte und damit verbunden durch eine große Flankensteilheit an den Grenzen des Durchlaßbereiches bzw. Sperrbereiches aus. Die bisher bekannten Filter, in denen mechanische Resonatoren verwendet werden, arbeiten meist mit Torsionsschwingern oder Längsschwingern. Torsionsschwinger sind vor allem für Frequenzen in der Größenordnung von 100 kHz und darüber geeignet. Längsschwinger werden im Bereich niedrigerer Frequenzen, also beispielsweise unter 50 kHz. geometrisch sehr groß. Für derartige niedrige Frequenzen wurde auch bereits versucht, ein mechanisches Filter unter Verwendung von Stimmgabeln aufzubauen, jedoch hat auch dieses Filter relativ große Abmessungen.

Gegenstand des Patents 12 62 468 ist ein elcktromechanisches Frequenzfilter, insbesondere für Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, bestehend aus mehreren zu Biegeschwingungen anregbaren scheiben- oder balkcnförmigen Resonatoren, die über parallel zueinander verlaufende, zu Biegeschwingungen anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind, bekanntgeworden.

Gekennzeichnet ist das Filter nach Patent 12 62 468

durch die Kombination folgender an sich bekannter

Merkmale: f" V ΐ .

a) die Resonatoren.^ind parallel zueinander beid-' ■ endig frei schwingend angeordnet:

b) die koppclelerhente greifen an den äußersten Enden der Resonatoren an.

Bei diesem Filter ist auch daran gedacht, die Resonanzkörper und die Koppelelemente aus einem Stück, beispielsweise durch Ausstanzen, herzustellen.

Wesentlich für dieses Filter ist also, daß die Koppelelemente an den äußersten Resonatorenden angreifen und somit Biegeschwingungen ausführen

Durch die französische Patentschrift 12 05 414 ist ein mechanisches Filter bekanntgeworden, dessen Resonanzclemcnte nach Art einer Stimmgabel als schwingende Zungen ausgebildet sind. Bei diesem Filter crfokt jedoch die Kopplung nicht über Kopplungsglicder" die Torsionsschwingungen im eigentlichen Sinne ausführen, weil das die Kopplung bewirkende Verb.ndungsstück gleichzeitig der festen Einspannung des Filters in ein Halleelement dient. Mit einer derartigen Anordnung lassen sich deshalb mechanische Filter mit beidseitig frei schwingenden Biegeresonatoren nicht

realisieren. ,.·,„..„

Weiterhin ist es beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 28 14 785 bekannt, eine Filteranordnung für elektrische Wellen, unter Verwendung von elektromechanischen Resonatoren in der Weise auszubilden, daß als Resonatoren Biegeschwinger verwendet werden, die über im Bereich der Schwingungsknoten angeordnete, Torsionskräfte übertragende Kopplungsglieder zu einer mechanischen starren Einheit, also ein Schwingsystem, verbunden sind. Die Länge der Kopplungsstükke ist hierbei klein gegenüber einem Viertel der Wellenlänge im Material der Koppler. Zur Halterung des Schwingsystems sind bei diesem Filter besondere Streifen vorgesehen, die im Bereich der Schwingungsknoten auf den Resonatoren befestigt sind und aus nicht schwingungsfähigem Material bestehen müssen. Dies hat nicht nur eine relativ komplizierte Bauweise des Filters zur Folge, sondern bedingt auch eine zusätzliche Dämpfung der einzelnen mechanischen Resonatoren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Filter anzugeben, das einerseits möglichst ciniach herstellbar ist und bei dem es gleichzeitig gelingt, die einzelnen, Biegeschwingungen ausführenden Resonatoren über auf Torsion beanspruchte Koppclclcmente miteinander zu koppeln, ohne daß es zur Halterung des Filierkörpers gleichzeitig erforderlich ist, Haltestützen aus nicht schwingungsfähigen Materialien zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch

a) die Verwendung eines Filter-Schwingsystems, bei welchem die aus Metall bestehenden Resonatoren zu Biegeschwingungen mit frei schwingenden Enden und mit jeweils zwei Knotenlinicn anrcgbar sind und bei welchem ferner auf Grund der räumlichen Anordnung der Resonatoren, die durch aus dem gleichen Metall bestehende, Torsionsschwingungen ausführende Kopplungsstücke miteinander verbunden sind, die Resonator-Knotenlinien längs zweier paralleler Geraden verlaufen, und bei welchem des weiteren die hinsichtlich ihres Querschnittes von der Kreisform abweichenden Kopplungsstücke den Raum zwischen den zwei parallelen Ebenen einnehmen, in welchen die Hauptflächen der Resonatoren liegen und

b) die Verwendung eines einstückigen. Resonatoren

und Kopplungsstücke umfassenden Filtcr-Schwingsystcms

mit der Maßgabe, daß die Kopplungsstücke entweder abwechselnd entlang der durch die Resonator-Knotcnlinien gebildeten Geraden oder ausschließlich entlang der einen dieser beiden Geraden angeordnet sind.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Filter-Schwingsystcm aus einer Stahllcgierung mit einem geringen Temperaturkoeffizienten besteht.

Nachstehend wird die Erfindung näher erläutert.

Die F i g. 1 und 2 dienen der Beschreibung der bekannten Biegeschwinger, wobei die F i g. 2 eine bekannte Filleriiiisführung mit zwei Biegeschwingern 1, 2 zeigt, die vorzugsweise aus einer möglichst geringen Ausdehnung in Abhängigkeil von der Temperatur aufweisenden Stahllegierung bestehen. Für diese Biegeschwinger ist der in der F i g. 1 angedeutete Schwingungszusland angenommen, wobei die F i g. I lediglich die Auslenkung nach der einen Seite wiedergibt. Im Bereich der Schwingungsknoten A und B sind die in der F i g. 2 gezeigten Biegeschwinger 1 und 2 über Kopplungsstücke 3. 4 zu einer starren Einheit verbunden. Die Kopplungsstückc 3. 4 bestehen aus runden Stäben, vorzugsweise aus Metall, die in die Biegeschwinger 1, 2 eingesetzt und eingelötet oder auf die Biegeschwinger nur aufgelötet oder aufgcpunktet sind. Infolge der Anordnung der Kopplungsstücke 3. 4 im Bereich der Schwingungsknoten A und B werden durch diese Kopplungsstücke nur Torsionskräftc zwischen den Biegeschwingern 1 und 2 übertragen. |e kürzer die Länge / der Kopplungsstücke 3, 4 gewählt wird, um so fester läßt sich die Kopplung aufeinanderfolgender Resonatoren gestalten. Für die Kopplung ist außer den Materialeigenschaften der Kopplungsstäbe noch deren Durchmesser d maßgebend.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist schematisch in der F i g. 3 gezeigt. Dieses Ausführungsbeispicl besteht aus vier mechanischen Biegeschwingern 5...8, die über auf Torsion beanspruchte Koppclelcmcnte 9... 11 miteinander gekoppelt sind. Die Biegcschwinger und die Kopplungsstücke bestehen dabei aus einem Stück, das durch Aussparungen in die Resonatoren und die Kopplungsstücke unterteilt ist. Diese Aussparungen können beispielsweise durch Ausfräsen und Ausbohren erzielt werden; zur leichteren Hcrstellbarkeit ist jeweils nur in einem Schwingungsknoten eine Kopplung vorgesehen. Die Kopplungsstücke 9... II liegen abwechselnd auf der Knotenlinie A bzw. B. l.s ist in manchen Fällen vorteilhaft, die Kopplungsstücke nur in der Knotcnlinie A oder B anzuordnen.

Zur Schwingungsanregung bzw. zur Schwingungsabnahme ist auf den beiden äußeren Resonatoren 5 und 8 jeweils im Bereich des .Schwingungsbauches ein Plättchen aus clcktrostriktivem Material — in F i g. 3 nicht näher dargestellt —, vorzugsweise aus einer elektrostriktiven Keramik, wie Bariumtitanat. befestigt, vorzugsweise aufgelötet, das auf der dem jeweiligen Resonato'· abgewendeten Seite mit einem Mctallbclag überzogen und einem entsprechenden Anschluß versehen ist. Durch Querkonlraktion J_n Längsrichtung der einzelnen Biegeschwinger regt dieses elektrosiriktivc Ankopplungssystem den jeweils als Eingang benutzten Biegeschwinger an, und der als Ausgang benutzte Bicgeschwinger gibt mechanische Energie in analoger Weise an das entsprechende Kopplungsorgan ab. zwischen dessen Anschluß und der Mctallmasse des Resonators die elektrische Ausgangsspannung zur Verfügung steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Filter, g e k e η η / c i c h netdurch

a) die Verwendung eines Filter-Schwingsysicms, bei welchem die aus Metall bestehenden Resonatoren (5... 8) zu Biegeschwingungen mit frei schwingenden Enden und mit jeweils zwei Knotenlinien anregbar sind und bei welchem ferner auf Grund der räumlichen Anordnung der Resonatoren, die durch aus dem gleichen Metallbestehendey Torsiohsschwingungcn ausführende Kopplurigsstückc (9... 11) miteinander verbunden sind, die Resonator-Knotcnlinien längs zweier paralleler Geraden (A. B) verlaufen, und bei welchem des weiteren die hinsichtlich ihres Querschnittes von der Kreisform abweichenden Kopplungsstückc den Raum zwischen den zwei parallelen Ebenen to einnehmen, in welchen die Hauptflächen der Resonatoren liegen und

b) die Verwendung eines einstückigen. Resonatoren (5 ... 8) und Kopplungsstückc (9 ... 11) umfassenden Filter-Schwingsystems «5

mit der Maßgabe, daß die Kopplungsstücke entweder abwechselnd entlang der durch die Resonator-Knotenlinien gebildeten Geraden (A, B) oder ausschließlich entlang der einen dieser beiden Geraden angeordnet sind.

2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Filter-Schwingsystem aus einer Stahllegierung mit einem geringen Temperaturkoeffizienten besteht.

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