DE1616671B1 - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft elektromechanische Filter, Resonanzglieder 1 und 2 sind dünne Keramikplatten 4

wie sie in Zwischenfrequenzübertragern von Radio- und 5 aus elektrostriktivem oder piezoelektrischem

empfängern und in anderen Übermittlungseinrich- Material (die Platten, werden im folgenden lediglich

tungen und -kreisen Verwendung finden. Keramikplatten genannt) aufgebracht. Diese Keramik-

Üblicherweise bestehen elektromechanische Filter 5 platten sind zwischen Paaren von Elektrodenplatten 1 im wesentlichen aus einer Kette von Resonanzgliedern und 6 bzw. 2 und 7 eingeschlossen (Sandwich-Anordmit kreisscheibenförmiger Gestalt und von Kopplungs- nung). Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsgliedern, welche die Resonanzglieder miteinander ver- form dienen die Resonanzglieder 1 und 2 zusätzlich binden. Es ist auch ein elektromechanisches Filter be- als Elektrodenplatten. Die elektrische Verbindung ist kannt mit einem langgestreckten, plattenförmigen ίο nicht dargestellt, es ist jedoch verständlich, daß eine Resonator aus Metall, auf dessen Oberfläche dünne Seite der Resonanzglieder 1, 2 geerdet ist, während die keramische Platten aus elektrostriktivem oder piezo- Elektrodenplatten6und7 als Ausgangs-bzw. Eingangselektrischem Material aufgebracht sind, die ihrerseits klemmen zur elektrostatischen Anregung der Keramik-Elektrodenplatten tragen. Die Keramikplatten bedek- platten 4 und 5 dienen. Mit der Erfindung werden FiI-ken nur begrenzte Bereiche des Resonators, und zwar 15 tereigenschaften hoher Güte für derartige plattenför-Bereiche maximaler Schwingungsamplitude der Re- mige Schaltelementsysteme erzielt, und zwar durch gesonatorplatte. Alle diese bekannten elektromechani- eignete Wahl des Verhältnisses zwischen der Länge sehen Filter zeichnen sich durch scharfe Filtereigen- (Longitudinalrichtung) und der Breite (Transversalschaften aus. Andererseits jedoch neigen diese Filter richtung) der Resonanzglieder. Wird gemäß F i g. 1 zu Nebenschwingungen, hervorgerufen vor allem 20 die Länge der Resonanzglieder 1 und 2 mit a, ihre durch Reflexionen der elastischen Schwingungen der Breite mit b, ihre Dicke mit t sowie die Breite des Kopp-Resonatoren. Außerdem sind die bekannten Filter in- lungsgliedes 3 mit c und dessen Länge mit d bezeichnet, folge ihrer langgestreckten Bauart unhandlich und nur so hat sich gezeigt, daß von diesen verschiedenen Diunter Schwierigkeiten in vorgegebene Schaltungen ein- mensionen das Verhältnis zwischen α und b den wesentzubauen. 25 lichsten Einfluß auf die Eigenschaften der Nebenan-

Aufgabe der Erfindung ist deshalb die Schaffung regung aufweist. Obwohl die Mittenfrequenz des Fileines neuen elektromechanischen Filters, das im ters im allgemeinen durch die Länge α der Resonanzwesentlichen frei von Nebenschwingungen ist und das glieder bestimmt wird, hat sich gezeigt, daß selbst mit derartige Abmessungen aufweist, daß es leicht in vor- konstanten Werten der Dimensionen a, c, d und t der gegebene Schaltungen eingebaut werden kann. Diese 30 Grad der wirksamen Kopplung zwischen den mechani-Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sehen Schwingungen der Resonanzglieder 1 und 2 die der Resonator in an sich bekannter Weise aus zumin- Tendenz zeigt, mit dem Anstieg der Breite b dieser dest zwei, jeweils durch einen Kopplungssteg verbun- Elemente ebenfalls anzusteigen, wodurch der Zwischendenen Rechteckplatten gleicher Abmessung besteht, raum zwischen zwei Scheitelwerten der Amplitudendaß die Keramikplatten wenigstens annähernd dek- 35 kurven der Filter sich vergrößert und damit das Filterkungsgleich mit den Rechteckplatten sind und mit band verbreitert wird, wobei sich die Trenneigenschaft diesen Resonanzglieder bilden und daß das Seitenver- des Filters verschlechtert. In F i g. 2 ist die Amplihältnis der Resonanzglieder größer als 2:1, mit der tudenkurve für genügend großen Gütewert Q durch Langseite quer zum Kopplungssteg, ist. die Kurve M und für kleinen Gütewert Q durch die

Das erfindungsgemäße Filter zeichnet sich durch 4° Kurve N dargestellt, woraus zu ersehen ist, daß die ~ eine beträchtlich verkürzte Baulänge aus und ist im beiden Scheitelkurven vieldeutig werden und das Band ί wesentlichen frei von Nebenschwingungen, da die sich verbreitert, die Trenneigenschaft jedoch versenken-! Schwingglieder in Schwingungsrichtung eine völlig tert. Die Ergebnisse von Experimenten zeigen darüber» gleichförmige Massenverteilung aufweisen. Darüber hinaus, daß, wenn der Wert der Breite b des Resonanz- V hinaus ist es bei dem erfindungs£emäßen Filter auf 45 gliedes a/2 erreicht oder diesen Wert überschreitet, einfache Weise möglich, durch geeignete Bemessung zusätzlich zur normalen Grundschwingung eine unerder Dicke und der Materialkonstanten der Keramik- wünschte Nebenanregung auftritt. Es hat sich außerplatten die Kenndaten des Filters festzulegen. dem gezeigt, daß, wenn der Wert von b unter a/2 ab-

Es waren zwar bereits elektromechanische Filter sinkt, diese Nebenanregung fortlaufend abnimmt und

bekannt, die aus zwei rechteckigen Resonanzplatten mit 5° bei etwa b = a/3 zu im wesentlichen Null wird. Diese

dazwischenliegendem Kopplungssteg aufgebaut sind; Beziehungen sind durch Kurven in F i g. 3 dargestellt, j

diese bekannten Filter werden jedoch auf völlig andere Auf dem oberen Teil von F i g. 3 sind drei Resonanz- *

Weise, nämlich magnetostriktiv, angeregt und weisen glieder A, B und Ba mit den verschiedenen, angegebe- \

folglich keine Beläge aus keramischem Material auf. nen Abmessungen dargestellt, während die Kurven A, \

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Er- 55 B und Ba die entsprechenden Filterkurven darstellen, j

findung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt: Die Kurve A gilt für die folgenden Bedingungen.

F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Filter in perspek- Abmessungen des Gliedes A: ',

tivischer Ansicht und a = 5,3 mm b = 1,9 mm

F i g. 2 und 3 Kurven der Filtereigenschaften des c — 0,5 mm d *= 1,2 mm

erfindungsgemäßen Filters. 60 f= 0,6 mm

In F i g. 1 ist ein Plattenresonator in Gestalt eines H Abmessungen der Keramikplatten 4 und 5:

dargestellt, der aus zwei voneinander in Abstand be- 51.1 9.02m

findlichen, identischen, rechteckigen Resonanzgliedern ' ' '

1 und 2jowiejiinem Kopplungsglied 3 besteht, das die Metallplatte: Duraluminiumplatte höchster Festig-

beiden - Resonanzglieder ■ rrnfeinander verbindet und 65 keit

mit diesen einstückig ist. Die erwähnten Glieder ent- Eingangsspannung = 100 mV

stehen durch Herausschneiden aus einer einzigen Me- Ausgangsspannung = 38,8 mV (bei 19° C)

tallplatte rechteckiger Gestalt. Auf die eine Seite der Belastung = 1 k Ω

In diesem Fall beträgt das Verhältnis b/a = 0,36, und es zeigte sich keinerlei Nebenanregung. Wenn jedoch

a = 5,3 mm
b = 2,65 mm
b/a = 0,5

so ergibt sich eine bestimmte Nebenanregung, wie in den Kurven B und Ba gezeigt.

Bezüglich der Abmessung des Kopplungselementes 3 kann gesagt werden, daß seine Länge d gemäß der Herstellung und Bearbeitung geeignet gewählt werden kann. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es vorteilhaft ist, die Länge d kleiner als b und die Breite c im Bereich zwischen a/8 bis a/12 zu wählen.

Ferner hat es sich als wünschenswert erwiesen, das Produkt aus der Resonanzfrequenz und der Länge des Resonanzgliedes, d. h. die effektive Frequenzkonstante, auf einem Wert zwischen den Resonanzfrequenzen der Metallplatte und der keramischen Platten zu halten, und zwar durch geeignete Bemessung des Verhältnisses zwischen der Dicke dieser Platten und der Bindung zwischen diesen. Aus diesem Grund soll die Dicke t der Metallplatte vorzugsweise kleiner als c gewählt werden.

Wenn auch im obigen der Fall eines mechanischen Filters mit zwei Resonanzgliedern und einem Kopplungs

glied beschrieben worden ist, so kann offensichtlich die gleiche Wirkung auch bei einem Filter höherer Ordnung erreicht werden, der durch Verbinden von N Resonanzgliedern und {N — 1) Kopplungsgliedern in Form einer Kette gebildet ist, wobei Keramikplatten nur auf die Resonanzglieder an beiden Enden der Kette aufgebracht sind.

Claims (2)

Patentansprüche :

1. Elektromechanisches Filter mit einem plattenförmigen Resonator aus Metall, auf dessen Oberfläche dünne keramische Platten aus elektrostriktivem oder piezoelektrischem Material aufgebracht sind, die ihrerseits Elektrodenplatten tragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator in an sich bekannter Weise aus zumindest zwei, jeweils durch einen Kopplungssteg (3) verbundenen Rechteckplatten (1, 2) gleicher Abmessung besteht, daß die Keramikplatten (4, 5) wenigstens annähernd deckungsgleich mit den Rechteckplatten (1, 2) sind und mit diesen Resonanzglieder bilden, und daß das Seitenverhältnis der Resonanzglieder größer als 2:1, mit der Langseite quer zum Kopplungssteg (3), ist.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator in bekannter Weise aus Duraluminium besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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