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"Resonatoranordnung aus einem plattenförmigen Schwingkörper" Die Erfindung
betrifft eine Resonatoranordnung aus einem plattenförmigen Schwingkörper, der an
einander gegenüberliegenden, durch Querschnittsänderungen voneinander getrennten
und als Wgndler dienenden Bereichen mit elektrischen Mitteln zur Erregung mechanischer
Schwingungen versehen ist, wobei ausser den als Wandler dienenden zu Dicken-
oder Dickensoherschwingungen anregbaren Bereichen mindestens ein weiterer-Bereich
vorgesehen ist, der von den als Wandler dienenden Bereichen durch Zonen mit veränderter
Plattenstärke getrennt ist, nach Patent . ... ... (Patentanmeldung T 27 072 iXd/21a4,10).
Die
Hauptanmeldung betrifft speziell eine piezoelektrische Resonatoranordnung,
bestehend aus einem plattenförmigen Schwingkristall, der auf beiden Seiten mit mindestens
zwei in Form von elektrisch leitenden Flächenbelägen ausgebildeten, durch Querschnittsveränderungen
voneinander getrennten Elektroden versehen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen den mit
Elektroden versehenen, zu Dicken- oder Diakenschersehwingungen
angeregten Kristallbereichen mindestens ein nicht mit Elektroden versehener Kristallbereich
vorgesehen ist, der von den anderen Kristallbereichen durch Zonen mit veränderter
Plattenstärke getrennt ist.
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Die der Hauptanmeldung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine
piezoelektrische Resonatoranordnung zu schaffen, die in ihren elektromechanischen
Eigenschaften von Veränderungen der als Elektroden wirkenden Flächenbeläge relativ
unabhängig ist und eine gegenüber den bekannten Anordnungen bessere Langzeitkonstanz
aufweist. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Hauptanmeldung, ein mehrkreisiges elektromechanisches
Filter kompakter Bauweise anzugeben.
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Die letztgenannte Aufgabe liegt auch der vorliegenden Anmeldung zugrunde.
Sie wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass bei einer Resonatoranordnung aus
einem plattenförmigen Schwingkörper der
Schwingkörper
aus magnetostriktivem Material besteht und dass
die Mittel zur Erregung
mechanischer Schwingungen in den als
Wandler dienenden Bereichen
in an sich bekannter Weise aus
jeweils einer Erregerwicklung
und einem Dauermagneten zur Er-
zeugung einer Vorpolarisation bestehen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die
erfindungsgemässe Resonatoranordnung dadurch gekennzeichnet, dass
der bzw.
die nicht als Wandler dienenden Bereiche jeweils in
einem in Richtung
und Stärke einstellbaren Magnetfeld ange-
ordnet sind. Diese Massnahme
dient erfindungsgemäss zur Fein-
einstellung der Resonanzfrequenz
der nicht als Wandler dienen-
den Bereiche.
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Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit einer erfindungsge- mässen
Resonatoranordnung wird in vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung ferner
vorgeschlagen, dass die Dicke des Schwing-
körpers (2n +1)V2
mit n = 1, 2, 3 ... beträgt,.wobei mit A die
Wellenlänge
der Dickenscherschwingungen bei der Bandmittenfrequenz des Filters
bezeichnet ist.
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Um störende magnetische Verkopplungen zwischen den Erregerspulen der
Wandler über den Schwingkörper zu vermeiden oder zumindest weitgehend
zu vermindern, wird erfindungsgemäss ferner vorgeschlagen.,
dass die Querschnittsänderungen zwischen den als
Wandler und den
unmittelbar benachbarten nicht als Wandler
dienenden Bereichen
in der Weise ausgebildet sind, dass nur
ein oder zwei schmale
Stege des Sehwingkörpermaterials erhal-
ten bleiben.
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Das gleiche Ziel kann erfindungsgemäss auch vorteilhaft
dadurch erreicht werden, dass die als Wandler dienenden Bereiche zwi-
schen
jeweils einem an der Aussenseite und einem weiter in der
Mitte befindlichen
Bereich des Schwingkörpers liegen, dass sie
von den beiden angrenzenden
Bereichen durch Querschnittsänderungen getrennt sind und dass die
Querschnittsänderungen zu dem
aussenliegenden Bereich, der die Erregerwicklung
trägt, in der
Weise ausgebildet ist, dass nur ein oder zwei schmale Stege
des
Schwingkörpermaterials erhalten bleiben.
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Um auch hinsichtlich der Nebenwellenfreiheit bei der
erfindungsgemässen Resonatoranordnung zu günstigen Ergebnissen zu gelangen,
wird
schliesslich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung
vorgeschlagen, dass
der Schwingkörper die Form einer Zylinder-
linse aufweist.
Die
Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Resonatoranordnung. Fig. 2 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Anordnung gemäss Fig. 1. Weitere erfindungsgemässe Resonatoranordnungen
bzw. Ausschnitte aus solchen zeigen die Fig. 3 bis 5. Die in Fig. 5 dargestellte
Resonatoranordnung besteht aus einem plattenförmigen Schwingkörper 1, der an seinen
Enden als Wandler dienende Bereiche 2 aufweist. Die Bereiche 2 sind von Erregerwicklungen
5 umgeben, deren Achse in Richtung der Längsachse des Schwingkörpers liegt. Zur
Erzeugung einer Vorpolarisation in den als Wandler dienenden Bereichen 2, sind über
diesen Permanentmagnete 6 angebracht. Die als Wandler dienenden Bereiche 2 sind
durch Querschnittsänderungen 3 voneinander getrennt, die im Ausführungsbeispiel
in Form von grabenartigen Vertiefungen quer zur Längsachse des Schwingkörpers ausgebildet
sind. Der Schwingkörper weit weiterhin nicht als Wandler dienende Bereiche 4 auf,
die ebenfalls durch Querschnittsänderungen 3 voneinander getrennt sind. Das Ausmass
der Querschnittsänderungen zwischen den Bereichen des Schwingkörpers bestimmen den
Grad, in dem diese miteinander verkoppelt sind. Zur Erzielung eines schmalbandigen
Filters sind die querschnittsflächen zwischen den einzelnen Bereichen möglichst
dünn auszu-
bilden. Man erkennt in Fig. 2, dass auf diese
Weise über die
als Koppelelemente dienenden Zonen mit geändertem Querschnitt
eine sehr geringe Kopplung erreicht werden kann. In Fig. 2 sind
die
Umrisse von zwei aneinandergrenzenden Bereichen im Ruhezu-
stand durch
ausgezogene Linien dargestellt. Die gestrichelten
Linien zeigen die gegenseitige
Lage der Bereiche für den Be-
triebszustand, in dem die einzelnen
Bereiche des Schwingkör-
pers Dickenscherschwingungen ausführen.
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Die Herstellung der Quersohnittsänderungen in dem Schwingkörper,
der
zur Erzielung genauer Abmessungen vorzugsweise aus einem
grösseren Körper
herausgesägt wird, erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Ätzverfahrens.
Es ist aber auch möglich, sie durch
andere Bearbeitungsmethoden beispielsweise
mit Diamantsägen oder
mit Hilfe eines feinen Sandstrahls herzustellen.
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemässen Resonatoranordnung
insbesondere einen Wandler 2 und einen nicht
als Wandler dienenden
Bereich 4. Bei dieser Ausführungsform der
erfindungsgemässen Anordnung
ist die Querschnittsänderung 3 in der Weise ausgeführt, dass einerseits
eine Verminderung der Plat-
tenstärke erfolgt und darüber
hinaus Teile der Zone verminderter
Plattenstärke völlig
entfernt sind, so dass von dem Material des Sohwingkörpers
nur noch zwei schmale Stege 7 zurückblei-
ben. Die Erregerwicklung 5 ist
in dieser Anordnung so auf den
als Wandler dienenden Bereich 2 aufgebracht,
dass die Spulen-
achse senkrecht zur Längsachse des Schwingkörpers
liegt. Über der Spule ist wiederum ein Permanentmagnet 6 zur Vormagnetisierung
angebracht. Duroh die erfindungsgemässe Ausbildung der Quersohnittsänderung
3 zwischen dem als Wandler dienenden
Bereich 2 und dem ersten als Resonator
dienenden Bereich 4
wird erreicht, dass sich das Streufeld der
Erregerwicklung bereits in dem angrenzenden Bereich schliesst und dass somit
keine
magnetische Verkopplung zwischen Eingangs- und Ausgangswandler
eintritt.
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Dem gleichen Zweck dient die Ausbildung der Resonatoranordnung,
wie sie in Fig. 4 ausschnittsweise dargestellt ist. Hier befin-
det
sich der als Wandler dienende Bereich 2 zwichen einem zur
Mitte
des Schwingkörpers hin liegenden als Resonator dienenden
Bereich 4
und .einem aussen am Schwingkörper liegenden Bereich B.
Die Bereiche
8 und 2 sind wie die Bereiche 2 und 4 in Fig. 3
wiederum nur über schmale
Stege 7 verbunden. Bei dieser Anord-
nung, bei der die Achse der Erregerwicklung
5 wieder senkrecht
zur Längsachse des Schwingkörpers liegt, schliesst
sieh der durch
die Erregerwicklung 5 erzeugte magnetische
Pluas Uber die Stege
7 und den Bereich 2, der als Wandler dient und dem
wiederum ein
Permanentmagnet 6 zur Erzeugung einer festen,Vorpolariaation
zu-. geordnet ist.
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Es ist auch möglich, bei entsprechender Bemessung
der Strom-
stärke in der Erregerwicklung 5 -und des Querschnitts
der Stege 7,
nur einen einzigen Koppelsteg zwischen den Bereichen 2
und 4
in Fig. 3 bzw. den Bereichen 8 und 2 in Fig.
4 vorzusehen. Hier-
durch wird zwar die Einstreuung des magnetischen
Flusses in den
anderen Wandler, der sich nun über einem Luftspalt schliessen
muss, etwas vergrössert, bleibt jedoch noch wesentlich unter
der Streuung,
die bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 vor-
handen ist. Andererseits
wird das Aufbringen der Erregerwicklung
vereinfacht und damit die
Herstellung der gesamten Anordnung ver-
billigt. Es soll auch noch darauf
hingewiesen werden, dass die
Quersehnittsänderungen in Form von Stegen auch
ohne vorherige
Verringerung der Plattenstärke erzeugt werden können.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Resonatoranordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Man erkennt, dann
bei
dieser Ausführungsform der Schwingkörper die Form einer Zylinder-
linse
aufweist, wodurch eine starke Verminderung der in der Resonatorenanordnung
entstehenden Nebenwellen erreicht werden kann,
die zudem
noch weit von der Bandmittenfrequenz entfernt liegen.
Selbstverständlich
ist es auch bei der Anordnung gemäss vorliegen-
der Erfindung
möglich, die in der Hauptanmeldung beschriebenen Methoden zur Nebenwellenunterdrückung
anzuwenden und insbesondere
für die nicht als Wandler dienenden Bereiche
unterschiedliche Materialstärken und unterschiedliche Flächen zu wählen.