DE1491528B1

DE1491528B1 - MECHANICAL BANDPASS

Info

Publication number: DE1491528B1
Application number: DE19651491528
Authority: DE
Inventors: Horst Deliga; Hans Dipl-Ing Rudloff; Erich Dr-Ing Trzeba
Original assignee: ELEKTRONISCHE BAUELEMENTE VEB
Current assignee: ELEKTRONISCHE BAUELEMENTE VEB
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1965-04-20
Publication date: 1972-04-27

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Bandpaß zur Selektion elektrischer, insbesondere hochfrequenter Schwingungen.The invention relates to a mechanical bandpass filter for the selection of electrical, especially high-frequency vibrations.

Zur Selektion von Hochfrequenzschwingungen werden im allgemeinen elektrische Filter verwendet, die im wesentlichen aus Spulen und Kondensatoren bestehen.For the selection of high-frequency vibrations, electrical Filters are used, which essentially consist of coils and capacitors.

Diese elektrischen Filter haben den Nachteil, daß der gewünschte Dämpfungsverlauf bei hohen Forderungen infolge der in den Spulen und Kondensatoren auftretenden Verluste praktisch nicht erreicht wird.These electrical filters have the disadvantage that the desired attenuation curve with high demands due to the losses occurring in the coils and capacitors is practically not achieved.

Es ist bekannt, daß durch den Einsatz mechanischer schwingfähiger Gebilde in sogenannten mechanischen Bandpässen gegenüber den aus oben beschriebenen elektrischen Schaltelementen bestehenden Filtern ein technisch günstigeres Dämpfungsverhalten erreicht wird.It is known that through the use of mechanical vibrations Structures in so-called mechanical bandpasses compared to those described above electrical switching elements existing filters a technically more favorable damping behavior is achieved.

Es sind mechanische Bandpässe bekannt, deren zu Kompressions-, Torsions- und Biegeschwingungen anregbare Resonanzkörper und Koppelelemente eine mechanische Leitung bilden (schweizerische Patentschrift 358 873). Mechanical bandpass filters are known whose resonance bodies and coupling elements, which can be excited to produce compression, torsion and flexural vibrations, form a mechanical line (Swiss patent 358 873).

Die Länge der auf die Bandmittenfrequenz des Durchlaßbereiches abgestimmten Resonanzkörper entspricht im allgemeinen jeweils der Hälfte der Wellenlänge der Kompressions-, Torsions- oder Biegeschwingungen. Sie ist abhängig vom Material des ResonatorwerkstQffes.The length of the tuned to the band center frequency of the pass band The resonance body generally corresponds to half the wavelength of the Compression, torsion or bending vibrations. It depends on the material of the ResonatorwerkstQffes.

Bei derartigen Baridpässen mit einer großen Anzahl längs einer Achse angeordneter Resonatoren und Koppler, die in ihren- Durchmessern - ausgehend vom Mittelpunkt des Resenanzkörpers - gleich oder symmetrisch abgestuft% 'ei ndkönnen, ergeben sich verhältnismäßig lange Gebilde, die fertigungstechnisch schwer herstellbar sind und einen großen Platzbedarf erfordern.With such barid passes with a large number of resonators and couplers arranged along an axis, the diameters of which - starting from the center of the Resenanz body - can be equal or symmetrical, are relatively long structures that are difficult to manufacture and a large one Require space.

Bekannt sind auch mechanische Bandpässe, die aus mehreren zu Torsionsschwingungen anregbaren achsparallel zueinander angeordneten Resonanzkörpern bestehen, die durch zu Longitudinalschwingung anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind (schweizerische Patentschrift 366 104).Also known are mechanical bandpass filters which consist of several resonance bodies which can be excited to torsional vibrations and are arranged axially parallel to one another and which are connected to one another by coupling elements that can be excited to produce longitudinal vibrations (Swiss patent 366 104).

Der Nachteil bei derartigen Filteranordnungen besteht darin, daß sich Umwegkopplungen fertigungstechnisch ungünstig realisieren lassen, da die eine Umwegkopplung realisierenden Koppelelemente über Resonatoren mit gleichen Durchmessern geführt werden müssen, ohne daß diese RäsÖnatoren berührt werden dürfen. Des weiteren sind bereits mechanische Filter bekannt, deren zu Torsionsschwingungein anregbare Resonanzkörper durch longitudinalschwingende Koppelelemente mit unterschiedlichem Kopplungsgrad zwischen den einzelnen Resonanzkörpern verkoppelt sind (deutsche Auslegesehrift 1133 047).The disadvantage of such filter arrangements is that detour couplings can be implemented in a disadvantageous manner from a manufacturing point of view, since the coupling elements realizing a detour coupling have to be passed over resonators with the same diameter without these reactors being allowed to be touched. Furthermore, mechanical filters are already known whose resonance bodies, which can be excited to torsional vibrations, are coupled by longitudinally vibrating coupling elements with different degrees of coupling between the individual resonance bodies (German design guide 1133 047).

Die unterschiedlichen Kopplungsgrade zwischen den einzelnen Resonanzkörpern werden durch unterschiedliche Abstände der Befestigungspunkte der Koppeleleinente von- den Schwingungsknotenebenen der Resonanzkörper realisiert. Diese Möglichkeit, unterschiedliche Kopplungsgrade zwischen einzelnen Resonanzkörpern zu realisieren, ist jedoch auf longitudinalgekoppelte Torsionsresonatoren festgelegt. Derartige Filteranordnungen eignen sich besonders für Frequenzen um 200 kHz. Für Frequenzbereiche unterhalb und oberhalb 200 kHz müssen andere Filteranordnungen eingesetzt werden.The different degrees of coupling between the individual resonance bodies are due to the different distances between the attachment points of the coupling elements realized by the vibration node levels of the resonance body. This possibility, to realize different degrees of coupling between individual resonance bodies, however, is set to longitudinally coupled torsional resonators. Such Filter arrangements are particularly suitable for frequencies around 200 kHz. For frequency ranges other filter arrangements must be used below and above 200 kHz.

Bei der Dimensionierung mechanischer Bandpässe wird allgemein Javon ausgegangen, daß die einzelnen resonanzfähigeii Gebilde (Resonatoren) verlustfrei sind. Die Vernachlässigung der mechanischen Verluste führt bei hochwertigen Bandpässen zu nicht vertretbaren Fahlern. Diese Fehler äußern sich insbesondere in einer zu großen Welligkeit der Dämpfung im Durchlaßbereich und einer geringen Steilheit der Dämpfungskurve an den Bandkanten. Das hat zur Folge, daß der ausnutzbare D,urchlaßbereich verkleinert wird.When dimensioning mechanical bandpass filters, Javon assumed that the individual resonance-capable structures (resonators) are loss-free are. Neglecting the mechanical losses leads to high quality bandpass filters to unjustifiable errors. These errors are expressed in particular in a to large ripple of the attenuation in the pass band and a low steepness of the Attenuation curve at the belt edges. This has the consequence that the usable D, transmission range is reduced.

Es ist Zweck der Erfindung, einen mechanischen Bandpaß zu realisieren, der höchsten Forderungen an die Übertragungseigenschaften gerecht wird und damit einem größeren Anwendungsbereich - insbesondere in der Nachrichtentechnik - zugänglich ist.It is the purpose of the invention is to realize a mechanical band-pass filter, the highest demands on the transmission properties will meet and thus a wider range of applications - in particular in communications technology - is accessible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei bekannten mechanischen Bandpässen auftretenden Abweichungen des Dämpfungsverlaufes von den gewünschten Werten -möglichst gering zu halten oder ganz zu vermeiden und eine hohe Flankensteilheit der Dämpfungskurve an den Grenzen des Durchlaßbereiches zu erhalten.The invention is based on the problem of known mechanical Bandpasses occurring deviations of the attenuation curve from the desired Values - to be kept as low as possible or to be avoided altogether and a high edge steepness of the attenuation curve at the limits of the pass band.

Erfindungsgemäß wird ein mechanischer Bandpaß, bestehend aus mechanischen Resonatoren, die durch mechanische Koppelelemente miteinander verbunden sind, wobei die Kopplungsfaktoren zwischen den Resonatoren voneinander abweichen, so ausgelegt, daß die Kopplungsfaktoren- zwischen den Resonatoren - ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers - in ihrer Größe unsymmetrisch abgestuft sind und die Abschlußdämpfungen in den Endkreisen des Resonanzkörpers unterschiedlich groß sind.According to the invention, a mechanical bandpass filter, consisting of mechanical resonators which are connected to one another by mechanical coupling elements, the coupling factors between the resonators differing from one another, is designed in such a way that the coupling factors between the resonators - starting from the center of the resonance body - are graded asymmetrically in size and the final attenuation in the end circles of the resonance body are of different sizes.

Die Beniiegsung der Kopplungsfaktoren 'erfolgt nach Vorschriften, die sich aus bekannten Theorien zur Bemessung von Filterschaltungen - bei strenger Berücksichtigung der Verluste der Resonatoren - ergeben.The Beniiegsung the coupling factors' is effected in accordance with rules from known theories for the design of filter circuits - result - in strict consideration of the losses of the resonators.

Die technischen und technisch-ökonomischen Auswirkungen der Erfindung bestehen in der Verbesserung der übertragungseigenschaften mechanischer Bandpässe und damit verbunden in einer größeren Verwendungsmöglichkeit dieser Bauelemente in Einrichtungen der Elektronik und der Nachrichtentechnik.The technical and techno-economic effects of the invention consist in improving the transmission properties of mechanical bandpass filters and associated with this in a greater possibility of using these components in electronics and communications technology facilities.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine Resonatorkette aus zylindrischen, zu Kompressionsschwingungen anregbaren Resonatoren 1 bis 4, die durch zylindrische Koppelelemente 5 bis 7 miteinander verkoppelt sind.The invention is to be explained in more detail below using exemplary embodiments. In the drawings, F i g. 1 shows a resonator chain made up of cylindrical resonators 1 to 4 which can be excited to produce compression vibrations and which are coupled to one another by cylindrical coupling elements 5 to 7.

Die Durchmesser der Koppelelemente 5 bis 7 weichen in ihren Abmessungen voneinander ab, und zwar so, daß die Koppelfaktoren ausgehend vom Mittelpunkt des Resonanzkörpers unsymmetrisch abgestufte Größen aufweisen.The diameters of the coupling elements 5 to 7 differ from one another in their dimensions, namely in such a way that the coupling factors, starting from the center point of the resonance body, have asymmetrically graduated sizes.

In F i g. 2 ist die achsparallele Anordnung mehrerer gleichachsiger, zu Torsionsschwingungen anregbarer Resonatoren 8 bis 16 dargestellt, die durch Koppelelemente 17 bis 24 verbunden sind.In Fig. 2 shows the axially parallel arrangement of a plurality of equiaxed resonators 8 to 16 which can be excited to produce torsional vibrations and which are connected by coupling elements 17 to 24.

Zur Bemessung des Koppelfaktors zwischen den Resonatoren 10 und 11 bzw. 13 und 14 dient außerdem der Abstand des Angriffpunktes der Koppelelemente 19 bzw. 22 von der Stirnfläche der Resonatoren 10 und 11 bzw. 13 und 14.The distance between the point of application of the coupling elements 19 and 22 and the end face of the resonators 10 and 11 or 13 and 14 is also used to measure the coupling factor between the resonators 10 and 11 or 13 and 14.

Durch die Energiewandler 25 am Eingang und 26 am Ausgang des Bandpasses werden voneinander abweichende Dämpfungswerte in die Resonatoren 8 und 16 hineintransformiert.Damping values that differ from one another are transformed into resonators 8 and 16 by energy converters 25 at the input and 26 at the output of the bandpass filter.

Die Resonatorkette eines Bandpasses für tiefe Frequenzen zeigt F i g. 3. The resonator chain of a bandpass filter for low frequencies is shown in FIG. 3.

Auch hier weisen die Durchmesser der die als Resonatoren wirkenden Hohlräume 27 bis 30 verbindenden Kanäle 31 bis 35 - ausgehend von der Mitte des Resonanzkörpers - unsymmetrisch abgestufte Größen auf.Here, too, the diameters of the channels 31 to 35 connecting the cavities 27 to 30 , which act as resonators, have asymmetrically graduated sizes, starting from the center of the resonance body.

In F i g. 4 ist der Verlauf der Größenabweichungen der Kopplungsfaktoren als Funktion der Anzahl der Kopplungsfaktoren eines Bandpasses graphisch dargestellt.In Fig. 4 the course of the size deviations of the coupling factors as a function of the number of coupling factors of a bandpass is shown graphically.

Claims

Claim-. Mechanical bandpass filter for the selection of electrical, especially high-frequency vibrations, consisting of mechanical resonators which are connected to one another by mechanical coupling elements, the coupling factors between the resonators differing from one another, characterized in that the coupling factors between the resonators - starting from the center of the . Resonance body - are graduated asymmetrically in size and the final attenuation in the end circles of the resonance body are of different sizes.