DE1616684C - Filteranordnung für elektrische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung für elektrische Wellen, bestehend aus mehreren plattenartigen, insbesondere als Biegeschwinger ausgebildeten Resonatoren, die in einer Ebene liegen und jeweils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein drahtförmiges, an den Resonatoren befestigtes Kopplungsstiick zu einer Einheit mechanisch unlösbar verbunden sind. .

Beim Bau elektromechanischer Filter für tiefe Frequenzen werden als Resonatoren meist Biegeschwinger verwendet. Die Selektivität eines derartigen -Filters hängt von der Anzahl der zur Anwendung:;; Tcommenden Resonatoren ab. Diese müssen entsprechend miteinander gekoppelt werden. Bei den bisher bekannten Ausführungsformen .werden für diese Kopplungen beispielsweise Drähte angewendet, .die im Punktschweißverfahren an den Resonatoren in oder außerhalb der Knotenlinien befestigt sind und die Energie von Resonator zu Resonator entweder durch Torsionskräfte oder durch Biegekräfte übertragen. Die Bandbreite eines derartigen Filters ist unter anderem abhängig von dem Wert der Kopplung zwischen den Resonatoren, und zwar muß die Kopplung um so fester sein, je größer die Bandbreite sein soll. Mit zunehmender mechanischer Kopplung ist es aber immer schwieriger, die Kopplung hinreichend gleichmäßig von Filter zu Filter herzustellen. Besonders störend tritt dies dann in Erscheinung, wenn das Filter viele Resonatoren hat und auch dann, \yenn die Schwinger des Filters nicht in der Grundschwingung, sondern in einer ihrer höheren Eigenschwingungen betrieben werden. —- -

In der Zeitschrift »The Journal of the Institute of Electrical Communication Engineers of Japan«, Januar 1957, Vol. 40, S. 7 und 44 bis 51, sind bereits eine Reihe unterschiedlicher Ausführungsformen für mechanische Filter beschrieben, in denen als Resonatoren Biege-, Längs- oder Torsionsresonatoren verwendet werden. Es ist dort ferner gezeigt, daß als Koppelelemente Biege-, Längs- oder Torsionsschwingungen ausführende Koppelelemente in Frage kommen können. Bei Verwendung plattenartiger Resonatoren sind die Koppelelemente entweder an den Schmalseiten der Platten befestigt, oder sie stoßen stumpf auf die Breitseiten der Platten· auf. Hinweise über eine besondere Verbindung der Resonatoren mit den Koppelelementen, die eine gleichmäßige Herstellbarkeit der Filter in größerem.Umfang gewährleisten könnte, lassen sich dieser Arbeit jedoch nicht entnehmen. ""

Durch die USA.-Patentschrift 1 933 306 ist weiterhin ein Frequenzanalysator bekanntgeworden, bei dem als Resonanzeleniente einseitig fest eingespannte, aus Stäben kreisförmigen Querschnitts bestehende Torsionsresonatoren Verwendung finden. Die Kopphing der einzelnen Resonatoren erfolgt über- zwei Koppeldrähte, die tangential an den Resonatoren angreifen und die durch -in, _: den Resonatoren vorgesehene Bohrungen derart durchgefädelt sind, daß beim Schwingungsvorgang in den einzelnen Koppelabschnitten jeweils nur Zugkräfte auftreten können. Iiine derartige Ausführung der Kopplung muß sich jedoch auf die Verwendung verhältnismäßig dünner Koppeldrähte beschränken, da es für die einwandfreie Übertragung der mechanischen Schwingungen erforderlich ist, daß die Koppeldrähte fest an dem jeweils dafür vorgesehenen Umfangsabschnitt der einzelnen Resonatoren anliegen.

Weiterhin sind durch die Zeitschrift »Electron April 1947, S. 100 bis 105, mechanische-Filter kanntgeworden, bei denen als Resonanzelerr. plattenförmige Resonatoren verwendet sind. Kopplung der einzelnen Resonatoren erfolgt UK der Plattenebene liegende Koppelelemente, die mittelbar an den Plattenrändern befestigt sind, einem derartigen Aufbau lassen sich jedoch die L . tenabmessungen der Platten nicht in die für die zelnen Koppelelemente jeweils erforderliche Li einbeziehen, da in diesem Falle die Kopplungsdr in ihrer gesamten ,Länge auf der Resonatoroberfl; aufliegen würden, so daß die einzelnen Resonati dann einen verhältnismäßig großen Abstand nehmen, wenn die für das Filter geforderte I quenzlage größere Längenabmessungen der einzei Koppelelemente erforderlich macht.

Erfindurigsgemäß lassen sich die vorstehend schilderten Schwierigkeiten bei einer Filteranördnfür elektrische Wellen, bestehend aus mehreren ρ tenartigen, insbesondere als Biegeschwinger ausge deten Resonatoren, die in einer Ebene liegen und weils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein dn förmiges, an den Resonatoren befestigtes Kopplui stück zu einer Einheit mechanisch unlösbar verb den sind, dadurch Vermeiden, daß die Breitseiten der Kopplungsstelle kleine Vorsprünge in Form 1 zer Rippen oder warzenartiger Ansätze aufwei: auf denen das drahtförmige .. Kopplungsstück festigt ist. ■

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn entwe der Vorsprung aus der Resonatoroberfläche hera gedrückt ist oder der Resonator die Form ei; Strangprofils mit einer auf der zur Kopplung vi gesehenen Oberfläche verlaufenden Längsrippe I Dabei besteht vorteilhaft der einzelne Resonator ; Metall, insbesondere aus Stahl. Obwohl eine V ankerung des Kopplungsdrahtes auf dem Vorspn: durch Lötung, insbesondere Hartlötung möglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Verankert vor allem bei Stahl als Resonatormaterial mit: einer Punktschweißung vorzunehmen.

Die eine mechanisch starre Einheit bildende FiIt anordnung' wird vorteilhaft entweder über Verlän; rungen der Kopplungsdrähte oder über im Schw gungsknoten vorzugsweise an den Endresonato; angreifende gesonderte Haltedrähte in einem Gehäi od. dgl. verankert. Vor allem für diesen Fall empfie es sich, als Wandler zum Übergang von den elekt sehen Schwingungen auf die mechanischen Schw gungen und umgekehrt elektrostriktiv^ Wandler den Endresonatoren des gesamten Filters vorzusern

Weiterhin ist daran gedacht, die Lehre nach ( Erfindung auch auf Resonatoren anderer Schw "guhgsart, z. B. Längsschwinger, Torsionsschwim und Plattenschwinger, anzuwenden. Mit Vorteil k;~ in Weiterbildung der Erfindung die Verankerung c Haltevorrichtungen des Filterkörpers ebenfalls ül derartige Vorsprünge erfolgen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ai führungsbeispiels mit Biegeschwingern näher erläutc

Die F i g. 1 zeigt ein elektromcchanisches FiIt bestehend aus den beiden Biegungsschwingern 1, die über außerhalb der Knotenlinien A, A' und B, für die iiiegungsschwingung angreifende Kopplmv drahte 3, 4 — die wegen des Angreifens außerh. der Knotenlinien als Biegungskoppler wirken mechanisch gekoppelt sind. Jeder der beiden in d

sem Falle als Endresonatoren anzusprechenden Biegungsschwinger ist mit einem piezoelektrischen Wandler 5, 6 zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische und umgekehrt versehen. Zu diesem Zweck ist jeder der Biegungsschwinger 1, 2 zumindest auf einer Seite mit einem dünnen Plättchen aus elektrostriktivem Material, beispielsweise elektrostriktiver Keramik, wie Bariumtitanat, versehen, das auf seiner dem vorzugsweise metallischen Biegeschwinger abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen ist. Als Anschlüsse des einzelnen elektrostriktiven Wandlers dienen beim Ausführungsbeispiel die metallischen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Biegungsschwinger, die unter sich über die Kopplungsstäbe 3, 4 gleichstrommäßig durchverbunden sind, und die Metallisierungen 5, 6, die insbesondere aus einem Goldbelag auf dem Wandlermaterial bestehen. Zu diesem Zweck sind auf der Metallisierung lediglich schematisch angedeutete dünne Anschlußdrähte festgelötet, die zu äußeren, nicht näher dargestellten ao Anschlüssen führen. Zwischen den beiden Endresonatoren können auch noch weitere Biegungsschwinger über Kopplungsstücke eingefügt sein, so daß ein drei-, vier- oder mehrkreisiges Filter entsteht. Das Filter selber bildet durch die metallischen Kopplungs- as drähte eine in sich starre Einheit. Die Halterung dieser mechanisch starren Einheit in einem nur schematisch dlS U-Profil angedeuteten Gehäuse 7 geschieht beim Ausführungsbeispiel über in den Knotenlinien angreifende Haltedrähte, die beim Ausführungsbeispiel mit mehreren Abbiegungen versehen sind. Diese Abbiegungen dienen der Unterbringung einer gewissen Länge der Haltedrähte, damit diese nämlich vorzugsweise eine Länge von einem ungeraden Vielfachen der Materialwellenlänge in dem Drahtmaterial bei einer im Durchlaßbereich des Filters gelegenen Betriebsfrequenz haben, und zwar für eine Biegungsschwingung. Diese Abbiegungen gestalten die Haltedrähte elastisch, so daß die Beanspruchung der in den Knotenlinien angreifenden Befestigung beim Einsetzen in das Gehäuse 7 geringer wird. Das Gehäuse 7 kann durch einen nicht näher dargestellten Deckel nach außen verschlossen werden. Vor allem werden durch mehrfach abgebogene Haltedrähte innere Spannungen des gesamten Systems vermieden. Die Befestigung der Haltedrähte an den Resonatoren bzw. dem Gehäuse kann beispielsweise mittels Punktschweißung oder Lötung erfolgen, und zwar entweder so wie dargestellt auf der breiten Resonatorfläche oder auf einer der schmalen Längsseiten im Schwingungsknoten.

Die Kopplungsstabe 3, 4, die außerhalb der Knotenlinien A, A' und B, B' liegen, wirken beim Ausführungsbeispiel als reine Biegungskoppler. Sie sind auf kleinen Vorsprüngen auf der Oberfläche der beiden Biegungsschwinger 1, 2 vorzugsweise durch Punktschweißung fest verankert. Es wird auf diese Weise eine absolute Eindeutigkeit hinsichtlich des Befestigungspunktes neben dem Vorteil besonderer Gleichförmigkeit im Filterverhalten und dem Vorteil der Erleichterung in der exakten Herstellung erhalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 lassen sich die Vorsprünge beispielsweise dadurch herstellen, daß in die aus dünnem Stahlblech bestehenden Biegungsschwinger 1, 2 von der einen Breitseite her Prägestempel eingedrückt werden, die das Stahlblech durch eine Aussparung in dem Gegenlager der Prägevorrichtung geringfügig herausdrücken. Diese Ausprägung bzw. der Vorsprung muß nicht zwingend die Form einer kurzen Rippe haben, wie es beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 gezeigt ist, sondern es genügt in manchen Fällen auch ein warzenartiger kleiner Ansatz.

In der F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem beispielsweise mehrere Biegungsschwinger auf die erfindungsgemäße Weise gekoppelt sind, jedoch nicht über Biegungs^ koppler, sondern über durchgehende Kopplungsdrähte 8, 9, die in Richtung der Knotenlinien A, A' und B, B' und in der durch diese bestimmten Querschnittsebene auf Vorsprüngen der beschriebenen Art mittels Punktschweißung befestigt sind. In diesem Fall wirken die zwischen benachbarten Resonatoren liegenden Kopplungsdrahtabschnitte wie eine Art Torsionskopplung. Vorteilhaft können in diesem Fall die Kopplungsdrähte an den Enden weitergeführt und beispielsweise in der an Hand der Fig. 1 gezeigten Weise als Haltedrähte zur Befestigung in einem Gehäuse od. dgl. verwendet werden.

An Stelle der kurzen rippenförmigeri Vorsprünge ist es in manchen Fällen auch von Vorteil, wenn, wie in der F i g. 3 angedeutet, als Resonatormaterial ein Strangprofil verwendet wird, das wenigstens eine Auflagerippe 10 für den Kopplungsdraht hat.

In manchen Fällen, insbesondere dann, wenn die Koppler zwischen den einzelnen Resonatoren sehr kurz werden sollen, ist es von Vorteil, den Koppler auf mehreren Vorsprüngen des einzelnen Resonators zu verankern, die in Richtung des Kopplungsdrahtes oder des Steges gestaffelt sind. Ein Beispiel für zwei Vorsprünge ist.in der F i g. 4 schematisch angedeutet. Dies gilt auch für Schwinger anderer Schwingungsform als die Biegungsschwingung.

Claims (5)

Patentansprüche: .

1. Filteranordnung für elektrische Wellen, bestehend aus mehreren plattenartigen, insbesondere als Biegeschwinger ausgebildeten Resonatoren, die in einer Ebene liegen und jeweils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein drahtförmiges, an den Resonatoren befestigtes. Kopplungsstück zu einer Einheit mechanisch unlösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseiten an der Kopplungsstelle kleine Vorsprünge in Form kurzer Rippen oder warzenartiger Ansätze aufweisen, auf denen das drahtförmige Kopplungsstück (3, 4) befestigt ist.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung aus der Resonatoroberfläche (1, 2) herausgedrückt ist.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Resonator. (1, 2) die Form eines Strangprofils mit wenigstens einer auf der zur Kopplung vorgesehenen Oberfläche verlaufenden Längsrippe (10) hat. ^.

4. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Kopplungsstück (3, 4) auf dem Vorsprung des Resonators (1, 2) mittels Punktschweißung verankert ist.

5. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch Haltedrähte auf Vorsprüngen der Resonatoroberfläche (1, 2) befestigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen