DE1276238B

DE1276238B - Mechanical filter

Info

Publication number: DE1276238B
Application number: DE1963S0087069
Authority: DE
Inventors: Hans Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-09-03
Filing date: 1963-09-03
Publication date: 1968-08-29
Also published as: JPS4942809B1

Description

Mechanisches Filter Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter, bei dem ein oder mehrere mechanische Resonatoren mit ihren Eingängen an einer Koppelleitung befestigt sind.Mechanical filter The invention relates to a mechanical filter, in which one or more mechanical resonators with their inputs on a coupling line are attached.

Im Frequenzgebiet zwischen etwa 50 und 500 kHz werden neuerdings für relativ schmale Frequenzbänder als Siebmittel gern mechanische Filter verwendet. Derartige Filter sind solchen Schaltungen, die mit konzentrierten Schaltelementen aufgebaut sind, unter anderem hinsichtlich ihres Raumverbrauches und bezüglich der elektrischen Eigenschaften, vor allen Dingen auch wegen der hohen Güte der einzelnen Resonatoren, überlegen. Andererseits stellen die mechanischen Schwinger in bestimmtem Maße eine vorgegebene Einheit dar, so daß sich mit ihnen nicht alle durch konzentrierte Schaltelemente dargestellten Schaltungen realisieren lassen. Eine Reihe von Anforderungen, die an Filterschaltungen gestellt werden, lassen sich jedoch nur dadurch erf üllen, daß sogenannte polerzeugende Elemente in die Filterschaltung eingebaut werden. Die Nachbildung derartiger polerzeugender Elemente durch mechanische Resonatoren bringt eine Reihe von Schwierigkeiten mit sich. Auf diese Schwierigkeiten wurde in der Literatur bereits hingewiesen, wo unter anderem gesagt ist, daß als Voraussetzung für den Bau guter mechanischer Polfilter die Existenz eines nebenwellensicheren Filtertyps zu werten sei.In the frequency range between around 50 and 500 kHz, Relatively narrow frequency bands are often used as a sieve medium using mechanical filters. Such filters are such circuits that have concentrated switching elements are constructed, among other things with regard to their space consumption and with regard to the electrical properties, especially because of the high quality of each Resonators, consider. On the other hand, the mechanical oscillators represent in a certain way Dimensions represent a given unit, so that with them not all focused through Realize switching elements shown circuits. A set of requirements which are placed on filter circuits, however, can only be fulfilled by that so-called pole-generating elements are built into the filter circuit. the Bringing simulation of such pole-generating elements through mechanical resonators a number of difficulties with it. These difficulties were addressed in the Literature has already been pointed out, where it is said, among other things, that as a prerequisite for the construction of good mechanical polarizing filters the existence of a secondary wave safe Filter type is to be evaluated.

Es findet sich zwar in der Zeitschrift »RCA-Review«, Vol. X, Nr. 3, 1949, insbesondere S. 353, ein Hinweis darüber, eventuell auftretende unerwünschte Schwingungstypen gegebenenfalls zur Erzeugung von Polstellen im Dämpfungsverhalten heranzuziehen. Jedoch wird auch in dem dort beschriebenen mechanischen Filter davon ausgegangen, die gesamte Anordnung gegenüber Nebenresonanzen möglichst unempfindlich auszubilden, so daß ein Lösungsweg in Richtung zum Erfindungsgegenstand dieser Literaturstelle an sich nicht entnehmbar ist. Darüber hinaus ist, wie der dort ferner angegebene Literaturhinweis zeigt, an einen gegenüber dem Erfindungsgegenstand andersartigen Lösungsweg gedacht.It can be found in the journal "RCA-Review", Vol. X, No. 3, 1949, especially p. 353, a note about any undesired occurrences Vibration types, if necessary to generate poles in the damping behavior to use. However, it is also used in the mechanical filter described there assumed that the entire arrangement is as insensitive as possible to secondary resonances train, so that a solution towards the subject matter of this reference in itself is not removable. In addition, as is also stated there The literature reference indicates a different type of material compared to the subject matter of the invention Solution thought.

Es ist durch die USA.-Patentschrift 2 696 590 bereits ein mechanisches Filter mit Dämpfungspolen bekanntgeworden, bei dem die Erzeugung von Dämpfungspolen auf der Anwendung des Prinzips von Differentialfiltern beruht, wie sie beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 631193 angegeben sind. Für das Differentialfilter ist es dabei erforderlich, zwei Resonatoren magnetostriktiven Materials zu verwenden bzw. können zur Vereinfachung des Aufbaues zwei Resonatoren durch einen einzigen magnetostriktiven Resonator ersetzt werden, in dem zwei voneinander unabhängige Scherungsschwingungen angeregt werden. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen ist jedoch die Verwendung elektrischer Schaltkreise erforderlich, die in Form von magnetostriktiven Wandlersystemen ausgebildet sind. Abgesehen davon, daß bei der bekannten Anordnung von einem anderen physikalischen Konzept als beim Erfindungsgegenstand ausgegangen wird, tritt die Schwierigkeit der Entkopplung zwischen Eingang und Ausgang des Filters durch die an einem einzelnen Resonator aufgebrachten Anregungsspulen der magnetostriktiven Wandlersysteme auf. Darüber hinaus ist die Zahl der zu erzielenden Dämpfungspole durch den besonderen Aufbau der Anordnung fest vorgegeben, da der einzelne magnetostriktive Resonator in Verbindung mit den Wandlersystemen als Vierpol betrieben werden muß, ohne daß eine Erhöhung der Anzahl der Resonatoren im einzelnen Filter möglich wäre.A mechanical filter with attenuation poles is already known from US Pat. No. 2,696,590, in which the generation of attenuation poles is based on the application of the principle of differential filters, as indicated, for example, in US Pat. No. 2,631,193. For the differential filter, it is necessary to use two resonators of magnetostrictive material or, to simplify the structure, two resonators can be replaced by a single magnetostrictive resonator in which two mutually independent shear vibrations are excited. To generate damping poles, however, it is necessary to use electrical circuits which are designed in the form of magnetostrictive transducer systems. Apart from the fact that in the known arrangement a different physical concept than in the subject matter of the invention is assumed, the difficulty of decoupling between the input and output of the filter arises due to the excitation coils of the magnetostrictive transducer systems attached to a single resonator. In addition, the number of damping poles to be achieved is fixed by the special structure of the arrangement, since the individual magnetostrictive resonator must be operated as a quadrupole in connection with the transducer systems, without an increase in the number of resonators in the individual filter would be possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Vor allem sollen gerade die in mechanischen Filtern neben der Hauptschwingung verhältnismäßig leicht anzuregenden Nebenschwingungen zur Erzeugung von Dämpfungspolen herangezogen werden.The invention is based on the object described above To deal with difficulties in a relatively simple manner. Above all, should especially those in mechanical filters, in addition to the main oscillation, are relatively easy secondary vibrations to be excited are used to generate damping poles.

Ausgehend von einem mechanischen Filter, bei dem einer oder mehrere mechanische Schwinger mit ihren Eingängen an einer durchgehenden Koppelleitung befestigt sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Resonatoren mit der Koppelleitung derart verbunden sind, daß die Resonatoren neben einer Hauptschwingung noch eine Nebenschwingung ausführen, daß zur Erzeugung von Dämpfungspolen die Schwingungsform der Nebenschwingung unterschiedlich ist von der der Hauptschwingung und daß die Abmessungen der Resonatoren derart gewählt sind, daß der Durchiaßbereich des Filters von der Hauptschwingung bestimmt ist, während der Abstand zwischen Durchlaßbereich und der ihm benachbarten Dämpfungspole von der Nebenschwingung im Zusammenwirken mit der Hauptschwingung bestimmt ist.Starting from a mechanical filter in which one or more mechanical transducers with their inputs attached to a continuous coupling line are, this object is achieved according to the invention in that the resonators with the coupling line are connected in such a way that the resonators in addition to a main oscillation still carry out a secondary oscillation that the oscillation form to generate damping poles the secondary oscillation is different from that of the main oscillation and that the Dimensions of the resonators are chosen such that the passage area of the filter is determined by the main oscillation, while the distance between the pass band and the neighboring ones Damping poles from the secondary oscillation is determined in cooperation with the main vibration.

Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis der Eingangsleitwerte der Haupt- und Nebenschwingung an den Anschlußpunkten der Koppelleitung veränderbar ist.It is advantageous if the ratio of the input conductance the main and secondary oscillation can be changed at the connection points of the coupling line is.

Für die Praxis günstige Ausführungsformen erhält man unter anderem dann, wenn die Schwinger kreisförmige Querschnitte haben, wenn die Hauptschwingung durch eine Torsionsschwingung und die Nebenschwingung durch eine Biegeschwingung gebildet wird und wenn ferner die Ankopplung an die Schwinger über einen Längsschwingungen ausführenden Draht erfolgt, der auf der Mantelfläche der Schwinger befestigt ist, oder wenn die Ankopplung der Schwinger über zwei sich gegenüberliegende, Längsschwingungen ausführende Drähte unterschiedlichen Wellenwiderstandes erfolgt.Embodiments which are favorable in practice are obtained, among other things when the oscillators have circular cross-sections when the main oscillation by a torsional vibration and the secondary vibration by a bending vibration is formed and if, furthermore, the coupling to the oscillator via a longitudinal oscillation executing wire is made, which is attached to the outer surface of the transducer, or if the coupling of the oscillators is via two mutually opposite, longitudinal oscillations Executing wires of different wave resistance takes place.

Für Schwinger mit kreisförmigem Querschnitt ist es häufig günstig, einen Durchmessersprung nach Art einer abgesetzten Welle vorzusehen.For transducers with a circular cross-section, it is often beneficial to to provide a jump in diameter in the manner of a stepped shaft.

Eine für die Praxis günstige Ausführungsform ist ferner dann gegeben, wenn die Resonatoren vorzugsweise aus einer Platte bestehen, deren Hauptschwingung durch eine Längsschwingung und deren Nebenschwingung durch eine Biegeschwingung gebildet ist, und wenn die Kopplung über einen Biegeschwingungen ausführenden Draht erfolgt oder wenn der plattenförmige Schwinger einen Querschnittssprung aufweist.An embodiment which is favorable in practice is also given if the resonators preferably consist of a plate, the main oscillation of which by a longitudinal vibration and its secondary vibration by a bending vibration is formed, and when the coupling is via a wire which carries out bending vibrations takes place or when the plate-shaped oscillator has a jump in cross section.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

Die F i g. 1 zeigt schematisch einen an sich bekannten Aufbau eines mechanischen Filters. An einer durchgehenden Koppelleitung 5 sind die mechanischen Schwinger 6, 7 und 8 befestigt. Der Filtereingang 9 steht in Verbindung mit einem zur besseren Übersicht nicht näher dargestellten elektromechanischen Wandler, der beispielsweise mit Hilfe von Endschwingern, die mit elektrostriktiv wirkenden Elementen versehen sind, aufgebaut sein kann und der in der Lage ist, elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umzuwandeln. Am Filterausgang 10 ist ebenfalls ein elektromechanischer Wandler angeschlossen, der dann die mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen zurückverwandelt. Zum Schutz gegen äußere Einwirkungen ist das Filter in einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Gehäuse untergebracht. Dabei sind beispielsweise die Schwinger frei tragend an der Koppelleitung befestigt und nur die elektromechanischen Wandler fest mit dem Gehäuse verbunden, oder es können bei längeren Filterketten außer den Wandlern auch einer oder mehrere Schwinger an solchen Punkten im Gehäuse verankert sein, an denen sie je nach ihrer Schwingungsart nur eine geringe Bewegung ausführen. Das Dämpfungsverhalten eines in der F i g. 1 dargestellten Filters wird wesentlich vom mechanischen Eingangswiderstand der Schwinger bestimmt. Eine der Frequenzen, bei denen der Eingangswiderstand Null wird, liegt stets im Durchlaßbereich. Bei weiteren Resonanzfrequenzen des Schwingers wird sein Eingangswiderstand unendlich groß.The F i g. 1 shows schematically a structure known per se mechanical filter. On a continuous coupling line 5 are the mechanical Transducers 6, 7 and 8 attached. The filter input 9 is in connection with a Electromechanical converter not shown in detail for a better overview, the for example with the help of end oscillators with electrostrictive elements are provided, can be constructed and is capable of electrical vibrations to convert it into mechanical vibrations. At the filter output 10 there is also an electromechanical one Connected converter, which then converts mechanical vibrations into electrical vibrations transformed back. To protect against external influences, the filter is in an in Housing not shown in the drawing housing. There are for example the transducers are attached to the coupling line in a self-supporting manner and only the electromechanical ones Converter permanently connected to the housing, or it can be used for longer filter chains in addition to the transducers, there are also one or more transducers at such points in the housing be anchored, on which, depending on their mode of vibration, they only have a slight movement carry out. The damping behavior of one shown in FIG. 1 is shown filter largely determined by the mechanical input resistance of the transducer. One of the Frequencies at which the input resistance becomes zero is always in the pass band. At further resonance frequencies of the oscillator, its input resistance becomes infinite great.

In der F i g. 2 ist ein Ausschnitt aus dem in der F i g. 1 lediglich schematisch dargestellten Filter gezeigt. An einem Schwinger 11 mit kreisförmigem Querschnitt ist an der Mantellinie die Koppelleitung 5 beispielsweise durch Lötung befestigt. Der Schwinger und die Koppelleitung sind so bemessen, daß die Kraft F, als Hauptschwingung eine Torsionsschwingung und als Nebenschwingung eine Biegeschwingung anregt. Die Schwingungsanregung läßt sich so erklären, daß die von der Kraft F, an der AnregungsstelleA erzeugte longitudinale Bewegung der Koppelleitung den Schwinger 11 gewissermaßen verdrillt und somit eine Torsionsschwingung anregt. Außerdem wird der Schwinger durchgebogen, was die Anregung der Biegeschwingung zur Folge hat. Die durch den Pfeil angedeutete Richtung für die Kraft F1 stellt dabei den Zustand in einer Halbperiode der am elektromechanischen Wandler anliegenden Eingangswechselspannung dar, für die darauffolgende Halbperiode kehrt sich entsprechend auch die Richtung des Pfeiles um. Als Hauptschwingung wird diejenige Schwingungsart bezeichnet, welche das Durchlaßverhalten des Filters bestimmt. Hierbei läßt man eine gewünschte Schwingungsart dadurch als Hauptschwingung wirksam werden, indem man die geometrischen Abmessungen des Schwingers so wählt, daß in der Umgebung des Filterdurchlaßbereiches sein Eingangswiderstand für die Nebenschwingung wesentlich größer ist als für die Hauptschwingung. In diesem Frequenzbereich wird dann die Nebenschwingung nur schwach angeregt. Aus den bekannten Leitungsgleichungen erhält man den Eingangswiderstand ZT für die als Hauptschwingung wirkende Torsionsschwingung in Abhängigkeit von der Frequenz f nach folgender Formel: Hierbei ist vorausgesetzt, daß das Ende des Schwingers frei beweglich ist. In der Formel bedeutet W den mechanischen Wellenwiderstand für die tangentiale Anregung, f,. die Frequenz der gewünschten Nullstelle des Eingangswiderstandes, die im Durchlaßbereich des Filters liegt, und b, die Wellenphase des als Leitung aufgefaßten Schwingers bei der Resonanzfrequenz f,..In FIG. 2 is an excerpt from that shown in FIG. 1 shown only schematically illustrated filter. On an oscillator 11 with a circular cross-section, the coupling line 5 is attached to the surface line, for example by soldering. The oscillator and the coupling line are dimensioned in such a way that the force F excites a torsional oscillation as the main oscillation and a flexural oscillation as the secondary oscillation. The vibration excitation can be explained in such a way that the longitudinal movement of the coupling line generated by the force F 1 at the excitation point A twisted the vibrator 11 to a certain extent and thus excites a torsional vibration. In addition, the oscillator is bent, which leads to the excitation of the flexural oscillation. The direction indicated by the arrow for the force F1 represents the state in a half period of the input AC voltage applied to the electromechanical converter, for the following half period the direction of the arrow is correspondingly reversed. The main vibration is the type of vibration that determines the filter's transmission behavior. A desired mode of oscillation is made effective as the main oscillation by choosing the geometrical dimensions of the oscillator so that its input resistance for the secondary oscillation is significantly greater than for the main oscillation in the vicinity of the filter pass band. The secondary oscillation is then only weakly excited in this frequency range. The input resistance ZT for the torsional vibration acting as the main vibration is obtained from the known line equations as a function of the frequency f using the following formula: It is assumed that the end of the oscillator can move freely. In the formula, W denotes the mechanical wave resistance for the tangential excitation, f ,. the frequency of the desired zero point of the input resistance, which is in the pass band of the filter, and b, the wave phase of the oscillator perceived as a line at the resonance frequency f, ..

Durch die mitangeregte Nebenschwingung, im Fall des Ausführungsbeispiels des F i g. 2, werden nun die Dämpfungspole, welche an den Unendlichkeitsstellen des Eingangswiderstandes ZT erscheinen müßten, gewissermaßen überdeckt. Sie bilden sich dafür bei anderen Frequenzen aus. Die Nebenschwingung erzeugt somit eine Verschiebung der ursprünglichen Dämpfungspole, die sich durch eine Reihe von noch zu erläuternden Maßnahmen in weiten Grenzen steuern läßt.By the co-excited secondary oscillation, in the case of the exemplary embodiment of the F i g. 2, are now the attenuation poles, which are at the infinity points of the input resistance ZT would have to appear, so to speak covered. they form choose for other frequencies. The secondary vibration thus creates a shift the original attenuation poles, which are divided by a series of to be explained Can control measures within wide limits.

Zur besseren Erläuterung ist in der F i g. 3 ein sogenannter Stufenschwinger 11' verwendet, d. h. also ein Schwinger, der einen Querschnittssprung nach Art einer abgesetzten Welle hat. Derartige Stufenschwinger lassen sich so dimensionieren, daß eine Unendlichkeitsstelle des Eingangswiderstandes nahe an der für den Durchlaßbereich ausgenutzten Nullstelle liegt. Um die folgenden Betrachtungen zu vereinfachen, werden an Stelle der Eingangswiderstände die Eingangsleitwerte herangezogen und noch weitere Einzelheiten an Hand der F i g. 4 näher beschrieben.For better explanation, FIG. 3 a so-called step transducer 11 'used, i.e. H. So an oscillator that has a jump in cross-section like a stepped shaft. Such step transducers can be dimensioned so that an infinity point of the input resistance is close to that for the pass band utilized zero. To simplify the following considerations, Instead of the input resistances, the input conductance values are used and more Details on the basis of FIG. 4 described in more detail.

In der F i g. 4 ist eine Draufsicht auf die in den F i g. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele dargestellt. Durch eine entsprechende Aufteilung der an der Anregungsstelle angreifenden Kraft F, in zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte F,/2 wird einmal eine reine Torsionsschwingung als Hauptschwingung angeregt und zum anderen durch die gleichgerichteten Kräfte F,/2 eine reine Biegeschwingung als Nebenschwingung. Bezeichnet man mit GT und GB die Eingangsleitwerte für die Haupt- und Nebenschwingung, so ergibt sich für die Torsionsgeschwindigkeit v,T (Tangentialgeschwindigkeitinfolge derTorsionsschwingung) bzw. für die Biegegeschwindigkeit v,B am Ausgang 1 die folgende Beziehung: v1 T = FI GT ; vi B = Fi GB . Überlagert man beide Anregungen, so erhält man die Anregung, von der beim Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ausgegangen wurde, und es ist für die Geschwindigkeit v, bei der Auskopplung am Ausgang 1 vi = vi T -1- vi B = F, (GT -F GB). (1) In analoger Weise läßt sich die Auskopplung auch, wie gestrichelt angedeutet, am Ausgang 2 anbringen, und für diese Auskopplung gilt dann Gleichung (2), in der die Torsionsgeschwindigkeit v2T und die Biegegeschwindigkeit v2B überlagert sind. Die Geschwindigkeiten v2T und v2B sind im Betrag den entsprechenden Geschwindigkeiten viT und v,B gleich. .V2= v2 T -I- v2 s = F, (-GT -I- GB) . (2) In Gleichung (2) ist der Leitwert GT mit dem negativen Vorzeichen behaftet, da die Geschwindigkeiten v2T und v2B am Ausgang 2 entgegengesetztes Vorzeichen haben.In FIG. FIG. 4 is a top plan view of the FIG. 2 and 3 illustrated embodiments shown. By correspondingly dividing the force F, acting at the point of excitation into two oppositely directed forces F, / 2, a pure torsional vibration is excited as the main vibration on the one hand, and a pure bending vibration as a secondary vibration on the other, due to the rectified forces F, / 2. If GT and GB denote the input conductance values for the main and secondary vibration, the following relationship results for the torsional speed v, T (tangential speed as a result of the torsional vibration) and for the bending speed v, B at output 1: v1 T = FI GT ; vi B = Fi GB . If both excitations are superimposed, one obtains the excitation from which in the embodiment of FIG. 2 was assumed, and it is for the speed v, when decoupling at the output 1 vi = vi T -1- vi B = F, (GT -F GB). (1) In an analogous manner, the decoupling can also be attached to output 2, as indicated by the broken line, and equation (2) then applies to this decoupling, in which the torsional speed v2T and the bending speed v2B are superimposed. The speeds v2T and v2B are equal in magnitude to the corresponding speeds viT and v, B. .V2 = v2 T -I- v2 s = F, (-GT -I- GB) . (2) In equation (2), the conductance GT has the negative sign, since the speeds v2T and v2B at output 2 have opposite signs.

In der F i g. 5 sind als Beispiel die Eingangsleitwerte GT und GB eines gemäß der F i g. 3 aufgebauten Schwingers in Abhängigkeit von der Frequenz f dargestellt. Die ausgezogen gezeichnete Kurve zeigt den Verlauf für den Eingangsleitwert GB der Biegeschwingung (Nebenschwingung), die gestrichelt gezeichnete Kurve den Eingangsleitwert GT für die Torsionsschwingung (Hauptschwingung). Bei der Frequenz f,, bei der eine Unendlichkeitsstelle des Eingangsleitwertes GT auftritt, liegt der schraffiert angedeutete Durchlaßbereich D des Filters. An der Stelle f oo, an der der Leitwert GT eine Nullstelle hat, würde dann ein Dämpfungspol auftreten, wenn die Schwinger 11 bzw. 11' eine reine Torsionsschwingung ausführen würden. Die Stelle fco läßt sich somit ebenfalls als Resonanzfrequenz deuten, nur daß dort der Eingangswiderstand des Schwingers hinsichtlich Torsionsschwingungen praktisch unendlich groß wird. Bei den Frequenzen f, und f2 tritt eine Pol- bzw. Nullstelle des Eingangsleitwertes GB für die Biegeschwingung auf, d. h., an der Stelle f, würde ein Durchlaßbereich und an der Stelle f2 ein Dämpfungspol auftreten, wenn der Schwinger reine Biegeschwingungen ausführen würde. Durch die Überlagerung beider Schwingungen entstehen jedoch - wie auch den Gleichungen (1) und (2) zu entnehmen ist - Dämpfungspole aus dem Zusammenwirken von GT und GB bei einer solchen Frequenz, bei der v, für die Auskopplung 1 bZw. v2 für die Auskopplung 2 verschwindet. Dies tritt für die Auskopplung bei 1 immer dann auf, wenn die Leitwerte GT und GB entgegengesetzt gleich groß sind. Diese Stellen sind im Diagramm der F i g. 5 mit 1' bezeichnet. Für die Auskopplung bei 2 wird v2 immer dann zu Null, was gleichbedeutend mit einem Dämpfungspol ist, wenn die Leitwerte der Haupt- und Nebenschwingung gleich groß sind. Diese Stellen sind im Diagramm der F i g. 5 mit 2' bezeichnet.In FIG. 5 are, as an example, the input conductance values GT and GB of a according to FIG. 3 built-up oscillator as a function of the frequency f. The curve drawn in solid lines shows the course for the input conductance GB of the flexural vibration (secondary vibration), the curve drawn in dashed lines shows the input conductance GT for the torsional vibration (main vibration). At the frequency f 1, at which an infinity point of the input conductance GT occurs, the pass band D of the filter, indicated by hatching, lies. At the point f oo, at which the conductance GT has a zero, a damping pole would then occur if the oscillators 11 or 11 'were to perform a pure torsional oscillation. The point fco can thus also be interpreted as a resonance frequency, only that there the input resistance of the oscillator with regard to torsional vibrations becomes practically infinite. A pole or zero of the input conductance GB for the flexural oscillation occurs at frequencies f 1 and f2, ie a pass band would occur at point f and a damping pole would occur at point f2 if the oscillator were to perform pure flexural oscillations. However, as can also be seen from equations (1) and (2), the superposition of the two oscillations creates damping poles from the interaction of GT and GB at such a frequency, at which v, for the coupling out 1 or. v2 for decoupling 2 disappears. For the decoupling at 1, this always occurs when the conductance values GT and GB are oppositely equal. These locations are shown in the diagram in FIG. 5 denoted by 1 '. For the decoupling at 2, v2 always becomes zero, which is equivalent to a damping pole when the conductance values of the main and secondary oscillation are equal. These locations are shown in the diagram in FIG. 5 denoted by 2 '.

Die in der F i g. 5 dargestellten Leitwertverläufe, und damit auch die Lage der dem Durchlaßbereich D benachbarten Resonanzfrequenzen f, und f2 der Nebenschwingung, die zur Einstellung des Abstandes des Dämpfungspols vom Filterdurchlaßbereich wesentlich sind, lassen sich durch eine Reihe von fertigungstechnischen Maßnahmen beeinflussen. Beispielsweise werden Haupt- und Nebenschwingung bei den in F i g. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen dadurch beeinflußt, daß der Koppeldraht an der Stirnseite der Schwinger befestigt und der Abstand vom Mittelpunkt verändert wird. In ähnlicher Weise lassen sich Form und Lage der Kurven auch dadurch beeinflussen, daß der Koppeldraht entlang einer Mantellinie der zylindrischen Schwinger verschoben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kopplung mit Hilfe : von zwei Koppeldrähten unterschiedlichen Querschnitts oder unterschiedlichen Materials, wodurch man unterschiedliche Wellenwiderstände erhält, zu bewirken. Insbesondere besteht bei dem in der F i g. 2 gezeichneten Schwinger die Möglichkeit, den Durchmesser zu verändern, bzw. bei dem in der F i g. 3 gezeichneten Stufenschwinger die Möglichkeit, das Durchmesserverhältnis sowie das Längenverhältnis der Stufung zu variieren. Daraus ist zu ersehen, daß je nachdem, ob die Auskopplung 1 oder 2 verwendet wird, und daß ferner je nach der Wahl der dem Durchlaßbereich benachbarten Resonanzfrequenzen f, und f2 der Nebenschwingung bzw. dem Verhältnis GTIGB der Dämpfungspol auf der ursprünglichen Seite verschoben oder sogar auf die andere Seite des Durchlaßbereiches gebracht werden kann. Es ergibt sich weiterhin die Möglichkeit, die Biegeschwingung als Hauptschwingung und die Torsionsschwingung als Nebenschwingung zu benutzen.The in the F i g. 5 shown conductance curves, and thus also the position of the resonance frequencies f, and f2 of the adjacent pass band D Secondary oscillation, which is used to adjust the distance between the damping pole and the filter pass band are essential can be achieved through a number of manufacturing measures influence. For example, the main and secondary vibrations in the in FIG. 2 and 3 shown embodiments influenced by the fact that the coupling wire attached to the front of the transducer and changed the distance from the center will. In a similar way, the shape and position of the curves can also be influenced by that the coupling wire moved along a surface line of the cylindrical transducer will. Another possibility is to use the coupling: by two Coupling wires of different cross-section or different material, whereby you get different wave resistances to effect. In particular, there is in the case of the FIG. 2 drawn transducers the possibility of the diameter to change, or in the case of the FIG. 3 step transducers shown the possibility of to vary the diameter ratio as well as the length ratio of the gradation. From it it can be seen that depending on whether decoupling 1 or 2 is used, and that furthermore, depending on the choice of the resonance frequencies adjacent to the pass band f, and f2 of the secondary oscillation or the ratio GTIGB of the damping pole on the moved to the original side or even to the other side of the passband can be brought. There is still the possibility of the bending vibration to use as the main vibration and the torsional vibration as the secondary vibration.

In der F i g. 6 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Stufenschwinger ähnlich dem der F i g. 3 verwendet ist. Die gesamte Filteranordnung ist über die Haltedrähte 17 an den Lappen 16 befestigt, die aus den senkrechten Gehäusewänden des Gehäuses 15 ausgebrochen und rechtwinklig umgebogen sind. Die am Filtereingang und Filterausgang liegenden elektromechanischen Wandler werden von zylindrischen Stäben 18 und 18' gebildet, in die dünne Plättchen 19 und 19' aus einem elektrostriktiven Material in an sich bekannter Weise eingelötet sind. Die Wandler 18 und 18' stellen somit die Endschwinger des Filters dar, und es sind daher die zu ihnen führenden Haltedrähte 17 an einem solchen Punkt befestigt, an dem ein Schwingungsknoten auftritt. Der Wandler 18 ist über eine Koppelleitung 20 mit dem Schwinger 21 verbunden, von dem aus die Koppelleitung 20' zum Wandler 18' führt. Von den Teilabschnitten des Wandlers 18 führen die Zuleitungsdrähte 22 und 23 an die Eingangsklemmen 24 und 25. Von den Teilabschnitten des Wandlers 18' führen die Zuleitungsdrähte 26 und 27 zu den Eingangsklemmen 28 und 29. Falls das Gehäuse aus einem elektrisch leitenden Material besteht, müssen beispielsweise die Klemmen 24 und 28 durch eine isolierende Schicht elektrisch vom Gehäuse 15 getrennt sein. In diesem Fall können dann die Zuleitungsdrähte 23 und 27 entfallen, da die Rückleitung zu den Klemmen 25 und 29 direkt über die aus Stahl bestehenden Schwinger und die Haltedrähte erf olgt.In FIG. 6 shows a practical embodiment in which a step transducer similar to that of FIG. 3 is used. The entire filter arrangement is fastened via the retaining wires 17 to the tabs 16 which have broken out of the vertical housing walls of the housing 15 and bent at right angles. The electromechanical transducers located at the filter inlet and the filter outlet are formed by cylindrical rods 18 and 18 'into which thin plates 19 and 19' made of an electrostrictive material are soldered in a manner known per se. The transducers 18 and 18 'thus represent the final oscillators of the filter, and the holding wires 17 leading to them are therefore attached to a point at which a vibration node occurs. The transducer 18 is connected to the transducer 21 via a coupling line 20 , from which the coupling line 20 'leads to the transducer 18'. From the sections of the transducer 18, the lead wires 22 and 23 lead to the input terminals 24 and 25. From the sections of the converter 18 ', the lead wires 26 and 27 lead to the input terminals 28 and 29. If the housing is made of an electrically conductive material, must For example, the terminals 24 and 28 can be electrically separated from the housing 15 by an insulating layer. In this case, the lead wires 23 and 27 can be omitted, since the return line to the terminals 25 and 29 takes place directly via the oscillators made of steel and the holding wires.

Legt man an die Eingangsklemmen 24 und 25 eine elektrische Wechselspannung, dann wird das aus elektrostriktivem Material bestehende Plättchen 19 gedehnt und zusammengezogen. Wenn die Eigenresonanzfrequenz des Schwingers 18 zumindest näherungsweise mit der Frequenz der angelegten Wechsel- Spannung übereinstimmt, dann führt der Schwinger 18 ausgeprägte Längsschwingungen aus. Diese Längsschwingungen werden über die Koppelleitung 20 auf den Schwinger 21 übertragen. Da die Koppelleitung 20 am Umfang des Schwingers 21 befestigt ist, wird dieser zu Torsionsschwingungen und gleichzeitig zu Biegeschwingungen angeregt. Wegen der zentrischen Befestigung des Haltedrahtes 17 am Schwinger 21 wird dieser in seinen Torsionsschwingungen praktisch nicht beeinflußt. Wegen der im Verhältnis zum Schwinger 21 geringen Masse des Haltedrahtes 17 werden auch die im Schwinger 21 als Nebenschwingungen auftretenden Biegeschwingungen praktisch nicht beeinflußt bzw. kann der Haltedraht 17 mit in den Schwinger 21 einbezogen werden. Die elektrische Wirkungsweise, insbesondere die Erzeugung von Dämpfungspolen durch die gleichzeitige Anregung einer Haupt- und einer Nebenschwingung, entspricht somit den an Hand der in den F i g. 2 bis 5 gegebenen Erläuterungen. Wie aus der F i g. 6 hervorgeht, ist die Stufung des Schwingers 21 gerade umgekehrt zur Stufung des in der F i g. 3 gezeichneten Schwingers. Diese Maßnahme dient vor allem dazu, den Verlauf der Eingangsleitwerte für die Haupt- und Nebenschwingung so aufeinander abzustimmen, daß die Dämpfungspole an den geforderten Stellen der Dämpfungscharakteristik des Filters erscheinen. Durch die Schwingungen des Schwingers 21 wird der als Wandler ausgebildete Schwinger 18' über die Koppelleitung 20' zu Längsschwingungen angeregt, durch die das elektrostriktive Plättchen 19' gedehnt und zusammengezogen wird. Dadurch entsteht zwischen den beiden Teilabschnitten des Wandlers 18' eine elektrische Wechselspannung, die an den Ausgangsklemmen 28 und 29 abgenommen werden kann.If an electrical alternating voltage is applied to the input terminals 24 and 25 , the plate 19 made of electrostrictive material is stretched and contracted. If the natural resonance frequency of the oscillator 18 corresponds at least approximately to the frequency of the applied alternating voltage, then the oscillator 18 carries out pronounced longitudinal oscillations. These longitudinal vibrations are transmitted to the vibrator 21 via the coupling line 20. Since the coupling line 20 is attached to the circumference of the oscillator 21, this is excited to torsional vibrations and at the same time to flexural vibrations. Because of the central attachment of the holding wire 17 to the oscillator 21 , the latter is practically not influenced in its torsional oscillations. Because of the low mass of the holding wire 17 in relation to the oscillator 21 , the bending vibrations occurring as secondary oscillations in the oscillator 21 are practically not influenced or the holding wire 17 can be included in the oscillator 21. The electrical mode of operation, in particular the generation of damping poles by the simultaneous excitation of a main and a secondary oscillation, thus corresponds to the one shown in FIGS. 2 to 5 given explanations. As shown in FIG. 6, the gradation of the oscillator 21 is exactly the opposite of the gradation of the one in FIG. 3 drawn oscillator. This measure serves primarily to coordinate the course of the input conductance values for the main and secondary oscillation so that the damping poles appear at the required points of the damping characteristics of the filter. Due to the vibrations of the vibrator 21, the vibrator 18 ', which is designed as a transducer, is excited to longitudinal vibrations via the coupling line 20', by means of which the electrostrictive plate 19 'is stretched and contracted. This creates an electrical alternating voltage between the two subsections of the converter 18 ′, which can be picked up at the output terminals 28 and 29.

Zur besseren Übersicht ist im Ausführungsbeispiel der F i g. 6 nur ein Schwinger 21 gezeichnet. Es lassen sich auch mehrere solche Schwinger über weitere Koppelleitungen zusammenschalten (vgl. hierzu auch die schematische Darstellung in F i g. 1). Durch die bereits geschilderten Maßnahmen können dann die Eingangsleitwerte für die Haupt- und Nebenschwingung der einzelnen Schwinger unterschiedlich gewählt werden, so daß dann bei einem solchen mehrgliedrigen Filter je nach den gestellten Anforderungen eine größere Anzahl von Dämpfungspolen entweder nur auf einer Seite oder zu beiden Seiten des Durchlaßbereiches erzielbar sind.For a better overview, FIG. 6 only a transducer 21 is drawn. Several such transducers can also be added to another Interconnect coupling lines (see also the schematic illustration in Fig. 1). The measures already outlined can then be used to adjust the input conductance selected differently for the main and secondary oscillation of the individual oscillators be, so that then with such a multi-section filter depending on the provided Requires a larger number of attenuation poles either only on one side or can be achieved on both sides of the pass band.

In der F i g. 7 ist noch ein Ausführungsbeispiel eines dreikreisigen Filters gezeigt, bei dem ein plattenförmiger Resonator 35 über eine Koppelleitung 36 angeregt wird, die an den Stirnseiten zweier Endschwinger 37 und 38 befestigt ist. Im. Ausführungsbeispiel ist die Koppelleitung als Stab mit kreisförmigem Querschnitt dargestellt. Jedoch sind auch beliebige andere Querschnittsformen denkbar. Die beiden Außenkreise werden von den zwei elektrostriktiv angeregten, aus Stahl bestehenden Schwingern 37 und 38 gebildet, die gleichzeitig die elektromechanischen Wandler darstellen. Hierzu sind in die Schwinger 37 und 38 die aus einem elektrostriktiven Material bestehenden Plättchen 39 und 40 unter Zwischenlage einer Silberschicht eingelötet. Die elektromechanischen Wandler 37 und 38 sind über die metallischen Haltedrähte 50 im Filtergehäuse 51 befestigt. Hierzu sind die Haltedrähte 50 einerseits in den Schwingungsknoten der Endschwinger 37 und 38 und andererseits an den rechtwinkelig aus dem Gehäuse ausgebrochenen Lappen 52 angelötet. Von den unteren Teilabschnitten der Endschwinger 37 und 38 führen flexible Zuleitungsdrähte 53 zu den Klemmen 41 und 43, die über isolierte Durchführungen 54 elektrisch vom Gehäuse getrennt sind. Im Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuse aus einem elektrisch leitenden Material und übernimmt somit über die Haltedrähte 50 die Rückleitung des Stromes. Die Anschlußklemmen 42 und 44 sind direkt mit dem Gehäuse verbunden. Im allgemeinen kann der Schwinger 35 frei tragend an der Koppelleitung 36 befestigt werden. Erforderlichenfalls kann der Schwinger 35 auch durch weitere Haltedrähte 55 an dem rechtwinkelig aus der Gehäusewand ausgebrochenen Lappen 56 befestigt sein. Legt man an die Eingangsklemmen 41 und 42 eine elektrische Wechselspannung, dann wird das Plättchen 39 im Takt der angelegten Wechselspannung gedehnt und zusammengezogen. Der Schwinger 37 führt dann ausgeprägte Längsschwingungen aus, wenn seine Eigenresonanzfrequenz mit der Frequenz der anregenden Wechselspannung übereinstimmt. In analoger Weise kann an den Ausgangsklemmen 43 und 44 eine elektrische Wechselspannung abgenommen werden, wenn die Eigenresonanzfrequenz des Schwingers 38 mit der vom Koppelelement 36 angebotenen Schwingung übereinstimmt. Durch den Schwinger 37, der entsprechend der gewählten Anregung Längsschwingungen ausführt, wird die Koppelleitung 36 zu Biegeschwingungen angeregt, die in Richtung des Doppelpfeiles 45 verlaufen. Diese Biegeschwingungen erzeugen im mittleren Schwinger 35 in Richtung des Pfeiles 47 verlaufende Längsschwingungen, die seine Hauptschwingungen darstellen und den Durchlaßbereich des Filters bestimmen. Die Längsschwingung wird durch die eventuell erforderlichen Haltedrähte 55 praktisch nicht gestört, da diese im Schwingungsknoten der Längsschwingung befestigt sind. Gleichzeitig bildet sich in der Koppelleitung 36 eine in Richtung des halbrunden Pfeiles 46 verlaufende Torsionsschwingung aus, deren Amplitude über die Länge des Biegekopplers zwischen Null und einem Maximalwert schwankt. Diese Torsionsschwingung wird dazu benutzt, um im mittleren Resonator 35 eine Nebenschwingung in Form einer Biegeschwingung in Richtung des Doppelpfeiles 48 anzuregen. (Die Wirkung der Haltedrähte 55 läßt sich durch geeignete Bemessung des Schwingers 35 in das Verhalten des Eingangsleitwertes für die Biegeschwingung einbeziehen.) Die Nebenschwingung erzeugt im Zusammenwirken mit der Hauptschwingung einen Dämpfungspol, dessen Abstand vom Durchlaßbereich wiederum durch die dem Durchlaßbereich benachbarten Resonanzfrequenzen der Nebenschwingung sowie durch den Verlauf der Eingangsleitwerte für die Haupt- und Nebenschwingung beeinflußbar ist.In FIG. 7 shows another embodiment of a three-circle filter in which a plate-shaped resonator 35 is excited via a coupling line 36 which is attached to the end faces of two end oscillators 37 and 38. In the embodiment, the coupling line is shown as a rod with a circular cross-section. However, any other cross-sectional shapes are also conceivable. The two outer circles are formed by the two electrostrictively excited oscillators 37 and 38 made of steel, which at the same time represent the electromechanical transducers. For this purpose, the platelets 39 and 40 made of an electrostrictive material are soldered into the transducers 37 and 38 with a layer of silver in between. The electromechanical converters 37 and 38 are fastened in the filter housing 51 via the metallic retaining wires 50. For this purpose, the holding wires 50 are soldered on the one hand in the oscillation nodes of the end oscillators 37 and 38 and on the other hand to the tabs 52 broken out of the housing at right angles. From the lower sections of the end oscillators 37 and 38, flexible lead wires 53 lead to the terminals 41 and 43, which are electrically isolated from the housing via insulated bushings 54. In the exemplary embodiment, the housing consists of an electrically conductive material and thus takes over the return of the current via the retaining wires 50. The terminals 42 and 44 are connected directly to the housing. In general, the oscillator 35 can be attached to the coupling line 36 in a cantilevered manner. If necessary, the oscillator 35 can also be fastened by further holding wires 55 to the tab 56 broken out of the housing wall at a right angle. If an electrical alternating voltage is applied to the input terminals 41 and 42, then the plate 39 is expanded and contracted in time with the alternating voltage applied. The oscillator 37 then executes pronounced longitudinal oscillations when its natural resonance frequency coincides with the frequency of the exciting alternating voltage. In an analogous manner, an electrical alternating voltage can be picked up at the output terminals 43 and 44 if the natural resonance frequency of the oscillator 38 matches the oscillation offered by the coupling element 36. By means of the oscillator 37, which executes longitudinal vibrations in accordance with the selected excitation, the coupling line 36 is excited to flexural vibrations which run in the direction of the double arrow 45 . These flexural vibrations generate longitudinal vibrations in the central vibrator 35 in the direction of arrow 47, which represent its main vibrations and determine the transmission range of the filter. The longitudinal oscillation is practically not disturbed by the holding wires 55 that may be required, since these are fastened in the oscillation node of the longitudinal oscillation. At the same time, a torsional oscillation is formed in the coupling line 36 in the direction of the semicircular arrow 46, the amplitude of which fluctuates between zero and a maximum value over the length of the flexural coupler. This torsional oscillation is used to excite a secondary oscillation in the middle resonator 35 in the form of a flexural oscillation in the direction of the double arrow 48. (The effect of the retaining wires 55 can be included in the behavior of the input conductance for the flexural vibration by suitable dimensioning of the vibrator 35.) The secondary vibration, in cooperation with the main vibration, generates a damping pole, the distance of which from the transmission range is in turn determined by the resonance frequencies of the secondary vibration adjacent to the transmission range as well as can be influenced by the course of the input conductance for the main and secondary oscillation.

Zur Erzeugung einer größeren Anzahl von Dämpfungspolen können wiederum mehrere dem Schwinger 35 etwa gleichartige Schwinger an der Koppelleitung 36 befestigt werden. Durch die entsprechende Wahl der Abmessungen liegt die Hauptresonanz aller Schwinger im Durchlaßbereich des Filters, während die Dämpfungspole an unterschiedlichen Stellen im Sperrbereich erscheinen.To generate a larger number of attenuation poles can turn several vibrators of approximately the same type are attached to the coupling line 36 will. The main resonance of all lies in the appropriate choice of dimensions Oscillators in the pass band of the filter, while the attenuation poles at different Places in the restricted area appear.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 7 ist als mittlerer Schwinger ein Stufenschwinger, der in der F i g. 8 nochmals gesondert dargestellt ist, verwendet. Beispielsweise kann durch Änderung der Dicke d und der Breite b des Ansatzes und/oder der Breite b' der Platte bzw. durch Änderung der Länge 1' der Platte und der Länge l des Ansatzes das Verhältnis der Eingangsleitwerte der Haupt- und Nebenschwingung geändert werden. Es läßt sich auch ein ungestufter Schwinger verwenden, bei dem dann zur Änderung der in Frage kommenden Leitwerte bei konstant gehaltener Querschnittsfläche die Dicke d und die Breite b' der Platte zu ändern sind.In the embodiment of FIG. 7, as the middle oscillator, is a step oscillator which is shown in FIG. 8 is shown separately again, is used. For example, by changing the thickness d and the width b of the attachment and / or the width b 'of the plate or by changing the length 1' of the plate and the length l of the attachment, the ratio of the input conductance of the main and secondary oscillation can be changed. A non-stepped oscillator can also be used, in which the thickness d and the width b 'of the plate have to be changed in order to change the conductance values in question while keeping the cross-sectional area constant.

Claims

Claims: 1. Mechanical filter in which one or more mechanical resonators are attached with their inputs to a coupling line, characterized in that the resonators (11) are connected to the coupling line (5) in such a way that the resonators in addition to a main oscillation (GT) carry out a secondary oscillation (GB) so that the oscillation form of the secondary oscillation is different from that of the main oscillation to generate damping poles and that the dimensions of the resonators are chosen such that the pass band (D) of the filter is determined by the main oscillation (GT), while the distance between the pass band (D) and the damping poles (1 ' or 2') adjacent to it is determined by the secondary oscillation (GB) in cooperation with the main oscillation (GT).

2. Filter according to claim 1, characterized in that the ratio of the input conductance of the main and secondary oscillation (GT, GB) can be changed at the connection points of the coupling line. 3. Filter according to claim 1 or 2, characterized in that the oscillators (11) have circular cross-sections, that the main oscillation is formed by a torsional oscillation and the secondary oscillation is formed by a flexural oscillation and that the coupling to the oscillator (11) via a longitudinal oscillation Wire (5) takes place, which is attached to the outer surface of the transducer (11). 4. Filter according to claim 3, characterized in that the coupling of the oscillators (11) takes place via two opposing, longitudinal vibrations executing wires of different wave resistance. 5. Filter according to claim 3 or 4, characterized in that the oscillators (11 ') have a jump in diameter in the manner of a stepped wave. 6. Filter according to claim 1 or 2, characterized in that the resonators (35) consist of a plate whose main vibration (47) is formed by a longitudinal vibration and whose secondary vibration (48) is formed by a bending vibration, and that the coupling is via a bending vibration (45) executing wire (36) takes place. 7. Filter according to claim 6, characterized in that the plate-shaped oscillator (35) has a jump in cross section. References considered: U.S. Patents Nos. 2,696,590, 2,631,193; "RCA Review", Vol. X, No.

3, September 1949, p.353.