DE1275216B

DE1275216B - Electromechanical filter

Info

Publication number: DE1275216B
Application number: DE1965S0095976
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Ilse Lucas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-03-16
Filing date: 1965-03-16
Publication date: 1968-08-14

Description

Elektromechanisches Filter Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter.Electromechanical filter The invention relates to an electromechanical filter Filter.

Es ist bereits ein mechanisches Filter bekanntgeworden, in dem neben wenigstens einem zu Längsschwingungen erregten Resonator Biegeschwingungen ausführende Resonatoren verwendet sind, an denen die Koppelelemente im Bereich eines Schwingungsmaximums angreifen. Abgesehen davon, daß bei den Biegeresonatoren keine besonderen Ansätze vorgesehen sind, liegt dieser Anordnung nicht die Aufgabe zugrunde, bei mechanischen Filtern Dämpfungspole im Sperrbereich zu erzeugen, sondern es sollen Dämpfungseinbrüche durch unerwünschte Nebenwellen vermieden werden. Es ist ferner ein mechanischer Resonator bekanntgeworden, der aus einem in mehrere Abschnitte unterteilten elastischen Stab besteht. Die einzelnen Abschnitte sind dabei so bemessen, daß eine Anzahl mechanischer Resonanzen entsteht, welche bei in einem nichtharmonischen Verhältnis zueinander stehenden Frequenzen liegen. Bei dieser Anordnung wird jedoch von einem anderen physikalischen Konzept als beim Erfindungsgegenstand insofern ausgegangen, als nämlich der mechanische Resonator zu Längsschwingungen angeregt wird. Wenn dabei die zu erzielende Wirkung erreicht werden soll, dann ist es zwingend erforderlich, diesen Resonator an seinen beiden Enden mit gleichartig ausgebildeten Wandlerelementen gegenphasig zu Schwingungen zu erregen. Dadurch eignet sich ein derartiger Resonator nicht mehr für den Einsatz in solchen mechanischen Filtern, deren elektrisches Ersatzschaltbild einer Abzweigschaltung entspricht, sondern er läßt sich praktisch nur in Brückenschaltungen verwenden, die einen wesentlich höheren schaltungstechnischen Aufwand als Abzweigschaltungen erfordern.A mechanical filter has already become known in which, in addition to at least one resonator excited to longitudinal vibrations executing bending vibrations Resonators are used on which the coupling elements are in the range of a vibration maximum attack. Apart from the fact that there are no special approaches to the bending resonators are provided, this arrangement is not based on the task of mechanical Filter to generate attenuation poles in the blocking area, but rather there should be attenuation notches can be avoided by unwanted secondary waves. It is also a mechanical one Resonator has become known, which consists of an elastic subdivided into several sections Rod exists. The individual sections are dimensioned so that a number of mechanical Resonances arise, which when in a non-harmonic relationship to each other standing frequencies. However, this arrangement is used by a different one physical concept as assumed in the subject matter of the invention, as namely the mechanical resonator is excited to longitudinal vibrations. If that too achieving effect is to be achieved, then it is imperative to use this Resonator at both ends with transducer elements of the same design to excite in phase opposition to vibrations. Such a resonator is therefore suitable no longer for use in such mechanical filters, their electrical equivalent circuit diagram corresponds to a branch circuit, but it can practically only be used in bridge circuits use that have a much higher circuit complexity than branch circuits require.

Es sind bereits mechanische Filter vorgeschlagen worden, bei denen als Resonatoren rechteckförmige Platten mit rechteckigem Querschnitt verwendet sind. Die Schwingungsanregung erfolgt bei diesen Resonatoren durch ein Koppelelement, das entlang der zu den Breitseiten der Platte parallel verlaufenden Mittellinie an den einzelnen Resonatoren befestigt ist und dessen Kraftwirkung in der Weise auf die Resonatoren übertragen wird, daß diese in der Plattenebene verlaufende Biegeschwingungen ausführen. In diesem älteren Vorschlag ist bereits ausgeführt, daß bei einem derartigen Biegeresonator ein unterhalb der Resonanzfrequenz liegender Dämpfungspol auftritt, mit dessen Hilfe die Dämpfungscharakteristik eines mit einem solchen Resonator aufgebauten Filters unterhalb des Filterdurchlaßbereichs versteilert werden kann. Es sind ferner Angaben. über den zu erzielenden Abstand des Dämpfungspols von der Biegeeigenresonanz gemacht sowie auch die Möglichkeiten beschrieben, diesen Abstand durch die Anbringung von sogenannten Zusatzmassen. am Resonator zu variieren. Das Auftreten des Dämpfungspols beruht physikalisch darauf, daß ein derart angeregter Resonator der Schwingungsanregung bei der Polfrequenz einen sehr großen Widerstand entgegensetzt, d. h. also, daß sein mechanischer Eingangswiderstand bei der Polfrequenz außerordentlich groß wird. Wie sich gezeigt hat, müssen die der Änderung des Polabstandes dienenden Zusatzmassen verhältnismäßig groß werden, wenn der Abstand zwischen Dämpfungspol und Filterdurchlaßbereich verhältnismäßig klein sein soll. Dieser Umstand wird dann als störend empfunden, wenn die erforderlichen Zusatzmassen im Verhältnis zur Gesamtmasse des Schwingers zu groß werden, wodurch sich unter Umständen eine unsichere Befestigung und eine hinsichtlich einer ausreichenden geometrischen Symmetrie zu ungenaue Anbringung der Zusatzmassen am Resonator ergibt.Mechanical filters have already been proposed in which rectangular plates with a rectangular cross section are used as resonators. In these resonators, the vibrations are excited by a coupling element, that along the center line running parallel to the broad sides of the plate is attached to the individual resonators and its force effect in the way is transmitted to the resonators that these bending vibrations running in the plane of the plate carry out. In this older proposal it is already stated that in such a Bending resonator a damping pole below the resonance frequency occurs, with the help of which the damping characteristics of a built with such a resonator Filters below the filter pass range can be steepened. There are also Declarations. about the distance to be achieved between the damping pole and the natural bending resonance made as well as the possibilities described by attaching this distance of so-called additional masses. to vary on the resonator. The appearance of the pole of attenuation is physically based on the fact that such an excited resonator excites the vibrations opposes a very high resistance at the pole frequency, d. H. so that its mechanical input resistance becomes extremely large at the pole frequency. As has been shown, the additional masses used to change the pole spacing must be relatively large if the distance between the attenuation pole and the filter pass band should be relatively small. This circumstance is then perceived as annoying, if the required additional mass in relation to the total mass of the transducer become too large, which may result in an unsafe attachment and a too imprecise attachment with regard to sufficient geometric symmetry the additional masses on the resonator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit zur Veränderung des Frequenzabstandes zwischen Dämpfungspol und Biegeeigenresonanz des Resonators zu realisieren und gleichzeitig eine verhältnismäßig einfache mechanische Herstellbarkeit der Resonatoren zu ermöglichen. Wie sich ferner zeigt, lassen sich auch Resonatoren verwenden, die eine von der Plattenform abweichende Form haben und bei denen die Schwingungsebene nicht mit der Plattenebene zusammenfällt.The invention is based on the object of a further possibility to change the frequency distance between the damping pole and the natural bending resonance to realize the resonator and at the same time a relatively simple mechanical To enable manufacturability of the resonators. How further shows, resonators can also be used which have a shape deviating from the plate shape Have shape and where the plane of vibration does not coincide with the plane of the plate.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: a) Das Filter besteht aus wenigstens einem Biegeresonator, bei dem das der Schwingungsanregung dienende Element entlang der im mittleren Schwingungsmaximum verlaufenden Umfangslinie des Resonators angreift; b) an den gegenüberliegenden stirnseitigen Begrenzungsflächen des Resonators sind untereinander gleichartig ausgebildete, symmetrisch zu der von der Umfangslinie des mittleren Schwingungsmaximums gebildeten Ebene liegende Ansätze angebracht, deren Längen- und Querschnittsabmessungen derart unterschiedlich gegenüber den Längen- und Querschnittsabmessungen des Resonators gewählt sind, daß in der Dämpfungscharakteristik des Filters ein in einem vorgegebenen Frequenzabstand unterhalb des Filter-Durchlaßbereichs liegender Dämpfungspol auftritt.This task is based on an electromechanical filter solved according to the invention by the combination of the following features: a) The filter consists of at least one bending resonator, in which the vibration excitation serving element along the circumferential line running in the middle oscillation maximum attacks the resonator; b) on the opposite frontal boundary surfaces of the resonator are designed in the same way, symmetrical to that of Approaches lying on the circumference of the mean oscillation maximum plane attached whose length and cross-sectional dimensions are so different from each other the length and cross-sectional dimensions of the resonator are chosen that in the Attenuation characteristics of the filter a in a predetermined frequency spacing below The attenuation pole lying in the filter passband occurs.

Es ist hierbei vorteilhaft, wenn der Resonator als Platte rechteckförmigen Querschnitts ausgebildet ist und wenn die Schwingungsanregung in der Weise erfolgt, daß der Resonator in der Plattenebene verlaufende Biegeschwingungen ausführt. Zur einfachen Herstellung können dabei der Resonator und die Ansätze aus einer durchgehenden Platte, beispielsweise durch Stanzen, gefertigt sein.It is advantageous here if the resonator is rectangular in shape as a plate Cross-section is formed and if the vibration excitation takes place in such a way, that the resonator executes bending vibrations running in the plane of the plate. To the The resonator and the approaches can be easily manufactured from a continuous Plate, for example, be made by punching.

Zur zusätzlichen Einstellung des Abstandes zwischen Dämpfungspol und Filterdurchlaßbereich kann entlang der im mittleren Schwingungsmaximum verlaufenden Umfangslinie wenigstens ein aus einem dämpfungsarmen Material, vorzugsweise Metall oder Quarzglas, bestehender Körper befestigt sein, dessen Massenverteilung symmetrisch zu dieser Umfangslinie liegt.For additional setting of the distance between the damping pole and The filter pass range can run along the mean oscillation maximum At least one circumferential line made of a low-damping material, preferably metal or quartz glass, an existing body whose mass distribution is symmetrical to this circumference.

Das der Schwingungsanregung dienende Element kann als elektrostriktiver Wandler bzw. bei mehrteiligen Filtern als Längsschwingungen oder Biegeschwingungen ausführendes Koppelelement ausgebildet sein.The element serving to excite vibrations can be called electrostrictive Converter or, in the case of multi-part filters, as longitudinal vibrations or bending vibrations executing coupling element be formed.

Wenn zusätzlich zu dem unterhalb des Filterdurchlaßbereichs auftretenden Dämpfungspol ein oberhalb des Filterdurchlaßbereichs liegender Dämpfungspol erzeugt werden soll, ist es zweckmäßig, wenn bei einem aus mehreren Resonatoren bestehenden Filter wenigstens ein Resonator als plattenförmiger Längsschwinger rechteckförmigen Querschnitts ausgebildet ist, dessen Schwingungsanregung durch ein auf Querkontraktion beanspruchtes Koppelelement erfolgt, das in der Mitte der Längsseite in der Plattenebene am Längsschwinger angreift.If in addition to that occurring below the filter passband Damping pole generates a damping pole lying above the filter passband is to be, it is useful if one consists of several resonators Filter at least one resonator as a plate-shaped longitudinal oscillator rectangular Cross-section is formed, the vibration excitation by an on transverse contraction stressed coupling element takes place in the middle of the long side in the plane of the plate attacks the longitudinal oscillator.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail.

In der F i g. 1 ist ein Resonator gezeigt, der aus einer rechteckförmigen Platte 1 besteht, an deren Breitseiten die Ansätze 2 und 2' befestigt sind. Die Anbringung der Ansätze 2 und 2', die hinsichtlich ihrer geometrischen Formen und ihrer Masse untereinander möglichst gleichförmig ausgebildet sein sollen, erfolgt in der Weise, daß die Ansätze 2 und 2' symmetrisch zur mittleren Längsachse 3 liegen. Unter der mittleren Längsachse ist dabei diejenige Linie zu verstehen, die sowohl die Breitseiten als auch die Höhenabmessungen der Rechteckplatte 1 halbiert. Durch eine in der Mitte der Längsseiten parallel zur Plattenebene am Resonator angreifende Kraft F wird dieser in Richtung des Pfeiles 4 ausgelenkt und schwingt in Richtung des Doppelpfeiles 5, wenn die Kraft F ihr Vorzeichen mit der Periode der Biegeeigenschwingung ändert. Die größte Schwingungsamplitude tritt bei der Biegeeigenfrequenz des Resonators auf. Diese Biegeschwingung verläuft in der Plattenebene und es entsteht auf Grund der besonderen Schwingungsanregung und der in der Plattenebene verlaufenden Biegeschwingung ein Dämpfungspol, der hinsichtlich seiner Frequenzlage unterhalb der Biegeeigenresonanz des Resonators liegt. Das Zustandekommen des Dämpfungspols beruht darauf, daß der mechanische Eingangswiderstand bei der Polfrequenz außerordentlich groß wird. Der Abstand des Dämpfungspols von der Biegeeigenresonanz läßt sich durch das Längenverhältnis l1/12 und das Breitenverhältnis bi/b2 der Ansätze 2 und 2' steuern. In der F i g. 3 sind beispielsweise für die Grundschwingung Dimensionierungsvorschriften für die Wahl der Längen- und Breitenstufung bei einem vorgegebenen Abstand der Polfrequenz von der Biegeeigenfrequenz angegeben. Die Bezugsgrößen 12 und b2 sind ungefähr so zu wählen, daß bei der gewünschten Resonanz des Schwingers jeder Ansatz die Resonanzbedingung einer an einem Ende eingespannten Feder erfüllt.In FIG. 1 shows a resonator which consists of a rectangular Plate 1 consists, on the broad sides of which the approaches 2 and 2 'are attached. the Attachment of the approaches 2 and 2 ', which in terms of their geometric shapes and their mass should be as uniform as possible among each other, takes place in such a way that the projections 2 and 2 'are symmetrical to the central longitudinal axis 3. The middle longitudinal axis is to be understood as the line that both the broad sides as well as the height dimensions of the rectangular plate 1 halved. By one engaging the resonator in the middle of the long sides parallel to the plane of the plate Force F this is deflected in the direction of arrow 4 and swings in the direction of the double arrow 5 when the force F has its sign with the period of the natural bending oscillation changes. The greatest oscillation amplitude occurs at the natural bending frequency of the resonator on. This bending vibration runs in the plane of the plate and it arises on the ground the special vibration excitation and the bending vibration running in the plane of the plate a damping pole which, with regard to its frequency position, is below the natural bending resonance of the resonator. The creation of the damping pole is based on the fact that the mechanical input resistance at the pole frequency is extremely large. Of the The distance between the damping pole and the natural bending resonance can be determined by the length ratio l1 / 12 and the width ratio bi / b2 of approaches 2 and 2 'control. In FIG. 3 are, for example, the dimensioning rules for the fundamental Choice of length and width gradation for a given pole frequency spacing given by the natural bending frequency. The reference quantities 12 and b2 are roughly like this to choose that at the desired resonance of the oscillator each approach the resonance condition fulfilled by a spring clamped at one end.

Durch die in der Mitte der Längsseite erfolgende Schwingungsanregung werden nur ungeradzahlige Eigenschwingungen angeregt, da nämlich alle geradzahligen Biegeeigenschwingungen an der Anregungsstelle einen Schwingungsknoten haben und somit nicht angeregt werden können. Je nach Bedarf läßt sich somit ein, gemäß der F i g. 1 ausgebildeter Resonator bei allen ungeradzahligen Oberschwingungen betreiben, wobei gleichzeitig jeweils unterhalb der als Nutzfrequenz ausgewählten Eigenschwingung ein Dämpfungspol auftritt. In der F i g.1 ist auch eine einfache Möglichkeit zur Herstellung des mit den Ansätzen versehenen Schwingers gezeigt, die darin besteht, die Platte 1 und die Ansätze 2 und 2' sowie die Kopplungen in einem einzigen Arbeitsgang aus einer Platte mit geeigneter Dicke auszustanzen. In diesem Fall haben dann die Platte 1 und die Ansätze 2 und 2' und die Koppler die gleichen Höhenabmessungen.Due to the vibration excitation in the middle of the long side only odd-numbered natural vibrations are excited, since all even-numbered ones Natural bending vibrations have a vibration node at the point of excitation and thus cannot be stimulated. Depending on your needs, a, according to the F i g. Operate 1 trained resonator for all odd harmonics, at the same time each below the natural oscillation selected as the useful frequency a pole of attenuation occurs. In the F i g.1 is also a simple way to Production of the transducer provided with the lugs is shown, which consists in the plate 1 and the approaches 2 and 2 'and the couplings in a single operation punch out of a plate of suitable thickness. In this case the Plate 1 and lugs 2 and 2 'and the couplers have the same height dimensions.

In dem eingangs erwähnten älteren Vorschlag sind ferner einige Möglichkeiten zur Schwingungsanregung beschrieben, die eine Wirkung der Kraft F in bzw. entgegen der Richtung der Pfeile 4 (vgl. F i g. 4) und damit eine Schwingung in Richtung des Doppelpfeiles 5 hervorrufen. Beispielsweise kann das Anregungssystem aus einem elektromechanischen Wandler bestehen, der von einem aus elektrostriktivem Material bestehenden Klötzchen gebildet wird, das in der Plattenebene liegt und das am Rand der Platte befestigt ist. Wird auf das elektrostriktive Klötzchen auf der der Platte abgewandten Seite ein metallischer Belag aufgebracht und wird das Klötzchen mit einer zur Breitseite parallel verlaufenden Vorpolarisation versehen, dann wirken der auf das Klötzchen aufgebrachte metallische Belag und der Resonator als Anregungselektroden, wenn zwischen den Belag und den Resonator eine elektrische Wechselspannung angelegt wird. In ähnlicher Weise sind auch andere Anregungssysteme verwendbar, die eine in Richtung des Doppelpfeiles 5 verlaufende Biegeschwingung erzeugen.In the earlier proposal mentioned at the beginning there are also some possibilities described for the excitation of vibrations, which have an effect of the force F in or against the direction of the arrows 4 (see FIG. 4) and thus an oscillation in the direction of the double arrow 5. For example, the excitation system from a Electromechanical transducers consist of an electrostrictive material existing block is formed that lies in the plane of the plate and that on the edge attached to the plate. Used on the electrostrictive block on the plate facing away a metallic coating is applied and the block with a pre-polarization running parallel to the broadside, then take effect the metallic coating applied to the block and the resonator as excitation electrodes, if between the topping and the Resonator an electrical alternating voltage is created. In a similar way, other excitation systems can also be used, which generate a bending vibration running in the direction of the double arrow 5.

In der F i g. 2 sind die Biegelinien eines gemäß der F i g. 1 aufgebauten Resonators gezeigt, wenn er in Richtung des Doppelpfeiles 5 schwingt. Die Kurve A zeigt die Schwingungslinie für die erste Eigenschwingung, und die Kurve B zeigt die Schwingungslinie für die dritte Eigenschwingung. In den Schnittpunkten, in denen sich die Schwingungslinien mit der Grundlinie 9 schneiden, liegen die Schwingungsknoten 10, in denen zweckmäßig Haltedrähte zur Verankerung des Resonators in einem Gehäuse oder auf einer Grundplatte vorgesehen werden. Bei mehrteiligen Filtern können entweder jeder Resonator oder nur einzelne Resonatoren mit Haltedrähten versehen sein.In FIG. 2 are the bending lines of a according to FIG. 1 built Resonator shown when it swings in the direction of double arrow 5. The curve A shows the vibration line for the first natural vibration, and curve B shows the oscillation line for the third natural oscillation. In the intersections where If the oscillation lines intersect with the base line 9, the oscillation nodes are located 10, in which appropriately holding wires for anchoring the resonator in a housing or be provided on a base plate. In the case of multi-part filters, either each resonator or only individual resonators can be provided with holding wires.

In den F i g. 3 und 4 sind die zur Dimensionierung des Schwingers erforderlichen Kurven aufgezeichnet. Auf der Abszisse ist jeweils das Längenverhältnis li/l#, aufgetragen, wobei die Länge der eigentlichen Rechteckplatte in der mitgezeichneten schematischen Darstellung des Resonators mit 2 h und die Länge der Ansätze mit 1., bezeichnet ist. Auf der Ordinate ist der relative Abstand (to - foo)Ifo des Dämpfungspols von der Biegeeigenschwingung aufgetragen. Die F i g. 3 zeigt die Verhältnisse für die erste Eigenschwingung, und die F i g. 4 zeigt die Verhältnisse für die dritte Eigenschwingung, wobei jeweils als Kurvenparameter das Verhältnis der Breitenstufung b1/bz der Rechteckplatte zu den Ansätzen gewählt ist. In beiden Fällen durchlaufen die Kurven ein breites Minimum, und es ist bei einem vorgegebenen Abstand des Dämpfungspols von der Eigenfrequenz zweckmäßig, den Kurvenparameter so zu wählen, daß die Längenstufung in einem Minimum der Kurve liegt, wodurch gleichzeitig auch die geringsten Breitenunterschiede erzielt werden, so daß die Ansätze eine möglichst hohe mechanische Stabilität haben.In the F i g. 3 and 4 are the ones for dimensioning the transducer necessary curves are recorded. The length ratio is in each case on the abscissa li / l #, plotted, with the length of the actual rectangular plate in the schematic representation of the resonator with 2 h and the length of the approaches with 1., is designated. The relative distance (to - foo) Ifo of the damping pole is on the ordinate plotted from the natural bending vibration. The F i g. 3 shows the relationships for the first natural oscillation, and the F i g. 4 shows the relationships for the third Natural oscillation, with the ratio of the width gradation as the curve parameter b1 / bz of the rectangular plate is selected for the approaches. Run through in both cases the curves have a broad minimum, and it is at a given distance of the attenuation pole of the natural frequency, it is advisable to choose the curve parameter so that the length gradation lies in a minimum of the curve, which also means the smallest differences in width can be achieved so that the approaches have the highest possible mechanical stability.

Zur geringfügigen Korrektur des Abstandes zwischen Dämpfungspol und Eigenschwingung kann es zweckmäßig sein, am Resonator kleine zusätzliche Massen zu befestigen. Entsprechende Möglichkeiten sind in der F i g. 5 gezeichnet. Die Zusatzmassen m können dabei beispielsweise aus kleinen kreisförmigen Scheiben bestehen, die in der Mitte der Längsseiten am Resonator befestigt sind. Die Zusatzmassen können auch aus einem Quader 12 (in der F i g. 5 gestrichelt angedeutet) bestehen, der auf einer oder erforderlichenfalls auf gegenüberliegenden Seiten der von Länge und Breite gebildeten Oberfläche am Resonator befestigt sein kann. Zweckmäßig bestehen diese Zusatzmassen aus dem gleichen Material wie die Resonatoren. Wesentlich ist dabei nur, daß die Massenverteilung der Zusatzmassen weitestgehend symmetrisch zu der Mittelebene liegt, die die Längsabmessung der Rechteckplatte halbiert und senkrecht zu der von Längen- und Breitenabmessung gebildeten Ebene steht. Wie sich gezeigt hat, wird durch die Anbringung der Zusatzmassen auf der bei der Polfrequenz starr erscheinenden Mittellinie die Lage der Polfrequenz nahezu nicht verändert, während die Durchlaßfrequenz durch die Trägheit der Zusatzmasse nach niedrigeren Frequenzen verschoben wird, wodurch sich der Abstand zwischen der Biegeeigenfrequenz und der Polfrequenz vermindert. In der F i g. 6 ist rein schematisch ein mechanisches Filter gezeigt, das aus mehreren einzelnen Resonatoren aufgebaut ist. Durch die gestrichelten Linien 15 ist angedeutet, daß sich an die Resonatoren 13 und 14 noch weitere Resonatoren anschließen können. An den eingangs- und ausgangsseitigen Enden des Filters liegen elektromechanische Wandlersysteme W und W', von denen aus Anschlußdrähte zu den Eingangsklemmen 16 und 16' bzw. zu den Ausgangsklemmen 17 und 17' führen. Zwischen dem Eingangswandler W und dem Resonator 13 liegt ein Koppelelement 18, das den Resonator zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 5 anregt. Diese Biegeschwingungen werden über weitere Koppelelemente 19 auf die nächstfolgenden Resonatoren und schließlich auf den Ausgangswandler W übertragen. Eine an den Eingangsklemmen 16 und 16' anliegende Wechselspannung kann nur dann an den Ausgangsklemmen 17 und 17' abgenommen werden, wenn die Eigenfrequenz der Resonatoren zumindest näherungsweise mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung übereinstimmt. Die Länge d der auf Zug und Druck beanspruchten Koppelelemente 19 kann gleich dem vierten Teil der Schallwellenlänge oder auch aus Gründen der Platzersparnis kleiner gewählt werden. Entsprechend den in der F i g. 3 bzw. in der F i g. 4 dargestellten Kurven können die Abmessungen der einzelnen Resonatoren so gewählt werden, daß ihre Eigenschwingung bei der gleichen Frequenz liegt, während die Polfrequenzen bei unterschiedlichen Frequenzen liegen. Auf diese Weise lassen sich je nach der Anzahl der Resonatoren mehrere Dämpfungspole bei verschiedenen Frequenzen erreichen, wobei die Zahl der maximal zu erzielenden Dämpfungspole gleich der Zahl der Resonatoren ist.For a slight correction of the distance between the damping pole and the natural oscillation, it can be useful to attach small additional masses to the resonator. Corresponding possibilities are shown in FIG. 5 drawn. The additional masses m can consist, for example, of small circular disks which are attached to the resonator in the middle of the longitudinal sides. The additional masses can also consist of a cuboid 12 (indicated by dashed lines in FIG. 5), which can be attached to the resonator on one or, if necessary, on opposite sides of the surface formed by the length and width. These additional masses are expediently made of the same material as the resonators. It is only essential that the mass distribution of the additional masses is largely symmetrical to the central plane, which bisects the longitudinal dimension of the rectangular plate and is perpendicular to the plane formed by the length and width dimensions. As has been shown, by attaching the additional masses to the center line, which appears rigid at the pole frequency, the position of the pole frequency is almost unchanged, while the transmission frequency is shifted to lower frequencies by the inertia of the additional mass, whereby the distance between the natural bending frequency and the Pole frequency reduced. In FIG. 6, a mechanical filter is shown purely schematically, which is made up of several individual resonators. The dashed lines 15 indicate that further resonators can be connected to the resonators 13 and 14. At the input and output ends of the filter are electromechanical converter systems W and W ', from which connecting wires lead to the input terminals 16 and 16' and to the output terminals 17 and 17 '. A coupling element 18, which excites the resonator to flexural vibrations in the direction of the double arrow 5, is located between the input transducer W and the resonator 13. These flexural vibrations are transmitted to the next following resonators and finally to the output transducer W via further coupling elements 19. An alternating voltage applied to the input terminals 16 and 16 'can only be picked up at the output terminals 17 and 17' if the natural frequency of the resonators corresponds at least approximately to the frequency of the applied alternating voltage. The length d of the coupling elements 19 subjected to tension and compression can be selected to be equal to the fourth part of the sound wavelength or to be smaller for reasons of space saving. According to the in FIG. 3 or in FIG. 4, the dimensions of the individual resonators can be chosen so that their natural oscillation is at the same frequency, while the pole frequencies are at different frequencies. In this way, depending on the number of resonators, several damping poles can be achieved at different frequencies, the number of maximum damping poles to be achieved being equal to the number of resonators.

Die F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines plattenförmigen Resonators, bei dem die Schwingungsebene mit der Plattenebene zusammenfällt. Die Ansätze 2 und 2' liegen dabei jedoch nicht entlang der mittleren Längsachse des Resonators 1, sondern sind gegenüber dieser Achse seitlich in Richtung des Plattenrandes versetzt. Die Schwingungsanregung erfolgt beispielsweise durch ein auf Zug und Druck beanspruchtes Koppelelement 18, das entlang der im mittleren Schwingungsmaximum verlaufenden Umfangslinie am Resonator 1 angreift und diesen zu Biegeschwingungen anregt, die in der Plattenebene liegen und in Richtung des Doppelpfeiles 5 verlaufen. Diese Biegeschwingung läßt sich durch ein weiteres Koppelelement 19 entweder auf einen weiteren gleichartigen Resonator oder auf einen elektromechanischen Wandler übertragen.The F i g. 7 shows a further exemplary embodiment of a plate-shaped resonator in which the plane of oscillation coincides with the plane of the plate. However, the projections 2 and 2 'do not lie along the central longitudinal axis of the resonator 1, but are offset laterally in the direction of the plate edge with respect to this axis. The vibrations are excited, for example, by a coupling element 18 which is subjected to tension and compression and which engages the resonator 1 along the circumferential line running in the middle vibration maximum and excites it to flexural vibrations that lie in the plane of the plate and run in the direction of the double arrow 5. This flexural vibration can be transmitted by a further coupling element 19 either to a further resonator of the same type or to an electromechanical converter.

In der F i g. 8 ist schematisch ein Filter gezeigt, dessen Resonatoren 20 und 21 als Quader mit quadratischem Querschnitt ausgebildet sind. Die Ansätze 2 und 2' haben ebenfalls quadratischen Querschnitt und verlaufen beispielsweise symmetrisch zur mittleren Längsachse. Die Koppelelemente 22 greifen ebenfalls entlang der im Schwingungsmaximum verlaufenden Umfangslinie der Resonatoren an, wodurch die Resonatoren Biegeschwingungen in Richtung der Doppelpfeile 5 ausführen. Die Resonatoren und die Ansätze können dabei auch einen vom Quadrat abweichenden Querschnitt haben, insbesondere eignet sich aus Gründen der leichten Herstellbarkeit ein kreisförmiger oder ein rechteckförmiger Querschnitt. Bei Verwendung von Platten mit rechteckförmigem Querschnitt sind die einzelnen Platten derart anzuordnen, daß die Plattenebenen zueinander parallel verlaufen.In FIG. 8 a filter is shown schematically, its resonators 20 and 21 are designed as cuboids with a square cross-section. The approaches 2 and 2 'also have a square cross-section and run for example symmetrical to the central longitudinal axis. The coupling elements 22 also grip along the circumferential line of the resonators running in the oscillation maximum, whereby the resonators perform bending vibrations in the direction of the double arrows 5. the Resonators and the approaches can also have a cross-section that deviates from the square have, in particular a circular one is suitable for reasons of ease of manufacture or a rectangular cross-section. When using plates with rectangular cross-section the individual panels are to be arranged in such a way that the panel planes are parallel to each other get lost.

In der F i g. 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines mechanischen Filters gezeigt, bei dem die mit Ansätzen versehenen plattenförmigen Resonatoren 50, 51 und 52 nicht nebeneinander in der Plattenebene liegen, sondern parallel zueinander angeordnet sind. Zur eventuellen zusätzlichen Einstellurig des Abstandes zwischen Dämpfungspol und Durchlaßbereich können an den Plattenrändern die als Zusatzmassen wirkenden halbkreisförmigen Scheiben 53, 54 und 55 befestigt sein. Die Platten 50, 51 und 52 sind über einen im mittleren Schwingungsmaximum angreifenden Koppeldraht 56 miteinander verbunden, auf den eine in Richtung des Doppelpfeiles 57 verlaufende Kraft F einwirkt, deren Vorzeichen sich periodisch ändert und die beispielsweise von einem am Filtereingang liegenden elektromechanischen Wandler erzeugt wird. Über die Kraft F werden die Resonatoren zu Biegeschwingungen angeregt, die in der Plattenebene verlaufen, so daß das Verhalten hinsichtlich der Schwingungsform und des Abstandes der Dämpfungspole von der Resonanzfrequenz auf die bereits an Hand der F i g. 1 bis 4 angestellten Überlegungen zurückzuführen ist. Bei einer derartigen Anordnung führt der Koppeldraht 56 ebenfalls Biegeschwingungen aus, die beispielsweise an dem über den Resonator 52 herausragenden Ende einem weiteren elektromechanischen Wandler aufgeprägt und in elektrische Schwingungen umgewandelt werden können.In FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a mechanical filter in which the plate-shaped resonators 50, 51 and 52 provided with extensions do not lie next to one another in the plane of the plate, but are arranged parallel to one another. The semicircular disks 53, 54 and 55, which act as additional masses, can be attached to the plate edges for any additional adjustment of the distance between the attenuation pole and the passage area. The plates 50, 51 and 52 are connected to one another via a coupling wire 56 acting in the middle vibration maximum, on which a force F acts in the direction of the double arrow 57, the sign of which changes periodically and which is generated, for example, by an electromechanical transducer located at the filter input. The force F excites the resonators to flexural vibrations which run in the plane of the plate, so that the behavior with regard to the mode of vibration and the distance between the damping poles and the resonance frequency is reduced to the level already shown in FIG. 1 to 4 made considerations. In such an arrangement, the coupling wire 56 also carries out flexural vibrations which, for example, can be impressed on a further electromechanical transducer at the end protruding beyond the resonator 52 and converted into electrical vibrations.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 9 können an Stelle des durchgehenden Koppeldrahts die einzelnen Schwinger auch über kurze Koppeldrähte miteinander verbunden sein, die abwechselnd an den oberen und unteren Rändern zweier benachbarter Schwinger befestigt sind. Eine solche Anordnung ist gegebenenfalls im Hinblick auf die Anbringung der Zusatzmassen bzw. mit Rücksicht auf die raumsparende Unterbringung des Filters in einem Gehäuse vorteilhaft.In the embodiment of FIG. 9 can be used in place of the continuous Coupling wire, the individual transducers are also connected to one another via short coupling wires be alternating on the upper and lower edges of two adjacent transducers are attached. Such an arrangement is possibly with a view to the attachment the additional mass or with consideration of the space-saving accommodation of the filter advantageous in one housing.

Falls es erforderlich ist, die Dämpfungskurve zusätzlich auch in dem oberhalb des Durchlaßbereichs liegenden Sperrbereich zu versteilern, kann im Zug des Filters ein aus einer rechteckförmigen Platte bestehender Resonator eingebaut werden, der in der Mitte seiner Längsseiten durch Zug- und Druckkräfte zu Längsschwingungen angeregt wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in der F i g. 10 dargestellt. Dabei ist zwischen zwei erfindungsgemäßen Resonatoren 25 und 26 ein aus einer Rechteckplatte bestehender Resonator 27 geschaltet. Regt man beispielsweise den Resonator 25 in der bereits beschriebenen Weise zu Biegeschwingungen an, die in Richtung des Doppelpfeiles 5 verlaufen und in der Plattenebene liegen, dann wird das Koppelelement 28 auf Zug und Druck beansprucht. über den Querkontraktionseffekt entstehen im Resonator 27 Längsschwingungen, die in Richtung des Doppelpfeiles 30 verlaufen. Diese Längsschwingungen werden, ebenfalls über den Querkontraktionseffekt, im Koppelelement 28' in Zug- und Druckbewegungen umgewandelt, über die der Resonator 26 zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 5 angeregt wird. Bei einem über den Querkontraktionseffekt angeregten Längsschwinger entsteht nämlich ein oberhalb des Filterdurchlaßbereichs liegender Dämpfungspol. Auch bei einem Filteraufbau gemäß der F i g. 10 läßt sich das gesamte Filter aus einer metal-If necessary, the damping curve also in the To steepen the blocking range lying above the pass band can be done in the train A resonator consisting of a rectangular plate is built into the filter in the middle of its long sides due to tensile and compressive forces to longitudinal vibrations is stimulated. A corresponding embodiment is shown schematically in FIG G. 10 shown. It is between two resonators according to the invention 25 and 26 a resonator 27 consisting of a rectangular plate is connected. One excites, for example the resonator 25 in the manner already described to flexural vibrations that run in the direction of double arrow 5 and lie in the plane of the plate, then will the coupling element 28 is subjected to tension and compression. about the transverse contraction effect Longitudinal vibrations arise in the resonator 27, which are directed in the direction of the double arrow 30 get lost. These longitudinal vibrations are, also via the transverse contraction effect, converted in the coupling element 28 'into tensile and compressive movements via which the resonator 26 is excited to flexural vibrations in the direction of the double arrow 5. At a This is because a longitudinal oscillator excited by the transverse contraction effect is created above attenuation pole lying in the filter pass band. Even with a filter structure according to the F i g. 10 the entire filter can be made of a metal

Claims

Claims: 1. Electromechanical filter, g e k e n n -z e i c h n e t d u r r h the combination of the following features: a) The filter consists of at least one bending resonator (1), in which the one used to excite vibrations Element (4) along. the circumferential line running in the mean oscillation maximum of the resonator (1} engages; b) on the opposite end-face boundary surfaces of the resonator (1) are designed identically to one another, symmetrical to the lying plane formed by the circumference of the mean oscillation maximum Approaches (2, 2 ') attached, their length and cross-sectional dimensions so different are selected in relation to the length and cross-sectional dimensions of the resonator (1), that in the attenuation characteristic of the filter one in a predetermined frequency spacing attenuation pole lying below the filter passband occurs.

2. Electromechanical Filter according to claim 1 ,. characterized in that the resonator (1) is a plate rectangular cross-section and that the vibration excitation in takes place in such a way that the resonator (1) in the plane of the plate extending bending vibrations executes.

3. Electromechanical filter according to claim 1 or 2, characterized in that that the resonator (1) and the lugs (2, 2 ') are made from a continuous plate are.

4. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of a low-damping material, preferably metal or quartz glass, existing body (12, m) is attached along the circumferential line running in the mean oscillation maximum, the mass distribution of which is symmetrical to this circumferential line .

5. Electromechanical filter according to one of the preceding Claims, characterized in that the element serving to excite vibrations is designed as an electrostrictive converter.

6. Electromechanical filter after one of the preceding claims, characterized in that in one of several Resonators (13, 14, 15) existing filter that serves to excite vibrations Element is designed as a coupling element (18) which executes longitudinal vibrations.

7. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of a filter consisting of a plurality of resonators (50, 51, 52) the element serving to excite vibrations is designed as a coupling element (56) which executes bending vibrations. Punch out the table top of the appropriate thickness in a single operation. B. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that in a filter consisting of several resonators (25, 26, 27) at least one resonator (27) is designed as a plate-shaped longitudinal oscillator of rectangular cross-section, the oscillation of which is excited by a coupling element stressed on transverse contraction (28) takes place, which engages in the middle of the longitudinal side in the plane of the plate on the longitudinal transducer. Documents considered: German Patent No. 687 871; British Patent No. 850154.