DE1766871C - Disknminatorschaltung - Google Patents

Description

Die I ι !nulling bezieht sich aiii eine Diskriniinatorschalluug.

I in seliinalhandiger I lochlrei|iienzhelheh ist bei iler drahtlosen lelelnnie, beweglichen Funktieraien iiilei ,linieren nbertragimgseiunchtimgen wiinschcnswen. um in einem Frciiuciizspeklium soviel wie möglich I ^:1-»ltUaaunuNkiiniilL· unterzubringen. Fs ist möglich. Wellentunnel) mn bis /u 15(1 MlI/ in eniien Handbreiten. /. H. von 1 his IS kll/, in der Frequenz zu modulieren, wie diese tür Sprachübertragung erforderlich ist. Jedoch ist die Demodulation solcher lie.iiieii/miKliilierlei' (FM-lSiüiialc schwierig und er tiudcit eine kompli/ierle Finnchlimg. Beispielsweise a heilen die 'lekannteii ahuesiimmten Spuleii-Kondcns.ili'i - i )iskinr.inalnrsehalHinuen nur bei Bandbreiten his herab /ti etwa I " .1 der I ιΐπ^τ müstici|uenz befriedigend. Is müssen daher, um den Diski iminatni-Iv 1 eich Mill I iii Spi aehl 1 ei|iien/a'iisi;aniie aus/imut/eii. liochl .e.iiientc FM-WcllcnlVamcn beispielsweise ',on 150 MII/ in del I iei|ueii/ in zwei oder mehr Sehnt-Ich .ml uiediieeie. sogenannte /wi-chcufreiiueii/en. lici-pid-wci-c \on KK) kll/. iimuc-el/t weiden, beim κ dem Diskiiminalm zuticliihrl werden. Dies vilmdeii eine /us;it/lielie l.ompli/ierte I mset/cinlichtiinu IHK· bedingt einahnltc Absliinm und Anpahpmhlenic.

I - lsi bekannt (I SA - l'aientsehrilt 3 i'l'Ml-'!!). ,K i>i>:'eHiinnilen Resonanzkreis ■ ίκ ι em/eln/n ptc/O-1 lekli 1 eben Krislall /11 \erwenden. Diese bekann!e Al·· n .!mim: M /wai vcihallnisinaHii: sehmalbanti;;-' (Ich 1-1 -Ίΐι I heiliaguii:· ik: Signall ic, ;iicn/eM eine J'- .'üdi ie Spei rdrossel 'au! ein ("h. ^: Im uek ιμι·.>- \ ' ι ■■ 11 ..■ ■ 1 ■ it' μ 1 1 loidei hi. Ii b,.i;ii;.i w eik : ·μι beke.iin f. 11 Virndmini· Il S-\.--l\iicM'.-.-!iriH .!..33M¹Ii wir.I ili. .1' ':'!■ -timinic S> kiindai w ,. klum: fine- lian-loiti' >■'' ''Mi Sp,. ι- πι!:: e" ' ρ u /<η It k11 im hen \'oi 1 u Ii ' i;i_;· l-i mil I. ili:¹ eiil· ih ■ klimm'·· he I |·.1,ι ι <>de ;·,ιιΙ >! ι ei'κ Ii ν Me de . k 1 lsi ,iiI- und em I I -kt 1 01 ie 11 paa 1 iü! d, ■ ni·¹ :.■!! >-!■ ■ (U KilMall·· h.jsii/i Ilen¹ η \ii"· - ίι^; :i h.i!l--l indessen ■ In N lehi· il ■ . i;i : ,

■■' I · : , S-ImIi '!••seli Uli iilen (Spulen b/ \·. '· ■ >:i

■ ^; 11- '^: Ml a¹:. ,I ¹Il) '.'.. ■:!,; ;, Ki SdMa ^[\ /1 U'p |, Ί,

·. i' . I ■ i 111 m ■ w . 11111. 1 i 11 (K- I I ■ ι -1 ■. ■ 1111 η:' ■- μ 11 ι', 1" L¹ >. ·■. ■ ^! hnid : 11 I muH \ ι Ιιιΐ'Ιΐ' ;n Nn (Ιι'μΓ, ,ip del' I lei ·■'■ 111.11:' ■■ 1'■ ι'. 1 m: linn !ι em /<■. 1' ·11 ■ 11,■ I eIdsaI' hμm<: :ιι· \ .11 Ii Im¹MiU¹I:' mm !' in i-ir μ ν .·ι dial |Ί( ■ ' *. ! I '. 'iiiiii'iii' , 1111 Ί a mi I' ' mi ! 1 ■ . ine V ei w n >!iii,.· 'I' hi¹!· . 1111 > I, -11 \ 110; (Ii ■; ,mi¹, η ^: mi in'·, ;:i iei I e S· !,ι¹!· In ι··ρι.Κ ■ i'i'.e in I >iii:it^; !m 1 hall nm\ π

I . : ■ . 1111 ϊ " 1. -11 -. Ρ:ιι."·η :,·■ w..! -ι. ·;κΙ .1 ■■ I le,

' ' '! : ■■ |,|i ■.'. ■ '. I ·'■ I:', I ¹M ' ! I ι |:·|1 ;ir ' M

i|l mIi,

l· : Ii h

||, I HMiiiii AiMildiiiiui'i η 'Ii \eiuieiden mid ιΐιι···ιι si Im, ill'and ι π η Vbni.il ιιι disk 111 η ι η, ιΙ ι μ a η /η "ehe η, id ι /μ .aminen mil mien iei Ii μ Seliallki eisen heiT.esli III w ei den kann

Dm ν. i-seiiilic Ih Vmlcil del erlindiiiHis^eiii.ilien I )isk ι iinuialdi ^ehallum¹ besieht daiin. dall dessen Aiilbau und dessen I ii'ensc halten /n eiiiei 'inlaihen. niimahiiisH ι leu und -ι hmalbandiuen ΑηοπΙηιιημ ΙιιΙιιι η. die mil I Miniihlni-' Ιι,ιl!iiilüen ndei inonoli IimIh.u SiIi/iiiiiim liallunmn auli'i'baiit und beliieben »widen kann

Im loli'iiiden ι si die I iliudunr an I land de ι /en Ii mim¹ hes( Iu leben. Is /c]y\

I ι i;. I in scheinaliseher Daistelliing ein Ausliili f unrsluispiel «Ic ι ei limliiin:si'ein;illen DiskriminaliM ' ι halliini'.

F i g. 2 this Ansprechverhalten des tiumolitisehcn Diski iminatois nach Fig. I,

I'i;'.. 3 eine Schragansicht mit etwas vergrol.iertcr Dicke tier Flektrotlen- untl Feiterg 'iinietrie tier Krisiallanorthumg nach Fig. I,

I'i ü. I und 5 die Fisatzschalihildcr in Cutter- h/vi. Fciieilonn win Feilen ties Diskriminatois nach Fig. I,

F i ti. ο untl 7 je Kurven, die tlie .Abhängigkeit ties κι l.lindwideisiantles tier Serien- und Diagonahmpedan/en in Ii ü. 4 sowie tlie tier Realleile der Wellenwiderslande (image impedances) von der Frei|iienz crläiilem, die von den Kreisen nach F i g. 4 aul'gedrückt wird, wenn tlie F.leklrotlen nach I⁷ i g. I prak lisch inasse'os sind,

F i g. S untl ·> Kurven, tlie die Abhängigkeit tlei Biindwiderstande tier Serien- und Diagom'limpcdan/en in F i u. 4 sowie der Realteile tier Wellenwiderstande von der Frei|tienz darstellen, tlie von der Schaltung nach F i g. 4 geliefert wird, wenn die I IeI-troileu n. eh I'i u- I erüiulungsgeniäß masse.·.-belastet sind.

Fin. Ki ein Impedanz-Frequcnz-Diagramm /in Darstellung iler positiven Realteile der Weilenwidei- 2=) -iände tür tlie l'ah'bandcr. tlie /wischen ucn lingangsuntl Aiisuamisicsoualoren in Fig. I erzeug! wenlen. ur.d zwar hei den AusuaiiusresnnatcMcn betrachtet, und

Fi?. Il I] und 13 Diautamme, die die Be/ie "> Innigen /wi-. heu der Krislall- und Fleklrode-iü¹* meine beliellen und fur ilen Fnlwuil des Diskriininators nach Ι-Ί s In mel'.lvai sind

In F'i!·. I liel.'ii eine I Itiehlreijuenz- odei /w iseheii! ie.jiien/i|iielie S I rennen ζ modulierte Signale .'■;, ..'Ί Leueuubert. lieiule I leklroden Hl und 12 eile's I leklrodi-iipaares 14. die auf !.'c^en·.beiliegende I lachen .ines <./ii .:'kiislallkiiipeis miei - bliillchens 1 ii i'.ie(!e: s'esi'hl.li'eii smd Die lleklniden IK und 12 bilden -'US-¹JUiHeIi mit Teilen de- Ki isiallbliillehens 1·¹ Wi einen I i<: \im::m e--< Miatoi IS. Da·¹ Blättchen ICi !"ppelt dl· (!em I 'ui'eaiHiMesonator 18 von dei ('iielleK ι· .eInli 11. I n.ieic in zwei Vusiviu-'siesi· 1-!!'M-[I 20 und 22 I el/leie ¹Mi(I duieh N'iedei s lila:¹. 11 Aei.i 1 Lktiotlen24 \a)t\ 2f« aiii gc.e. 11 '.". nbeihee, i.|, M ili η des l'laHehens 1 (1 henachbiii 'inn Res.π, Jin IH Mil (lesen «me: V. 'Ie lllld din. Ii N led'M -ehlas'en /λ iei weiteiei I ickl'odcn 2S 11M1I 31· aiii !',.Ί'·.·ηϋΙ ilie::ende I la, heu de- l'latlehens Id ί nai hban 11< 1 rt Re-,inaloi IH aiii il· ssen and 1 :'<" ^- ¹I' :' !'!il·¹! Die I · I·. I 11 ή. leMabinessunüen in-,! M- .!■ ., η .|iiMin,ii den il Md'atoi 211 aiii eine lic (|iieii' Z₁₁₁ 'inleil'.ilb del I leiiiien/ ' des I mi'.am's lesonalois IK il· und den Resonaioi 22 _:iul eine liei|lien//,, obeihalb der Iiei|iien//_M des Reso ΊΊ iialiMs IK. Dahei bild.'t die vom I nigangstcsonalo! IK /um Resonaioi 211 ausgekuppelte Fncigic ein veiset/t abgeslinimles l'aflbaiid, und die /um Reso naliM 22 ausgekoppelte l'nergie ein zweites, versetzt abgeslinimles l'aHhand. das nicht mit dein eislcu ^fK> /iisainmeiilalli

/wei Dioden 32 und 34 demodulieren i\cn Ausgang am Resonator 21). Nach Filterung (ΙιικΙι einen Kondensator 3ft eistheuil der demodiilieite Ausgang über eiiieni I astvvideistand 4((. Hier erscheint der Or, negative Teil des Signals am Widerstund 40 auf der uii hlgeerdeieii Seite Daher entspricht die Spanniiii); FrequeMz-dhcrlfagUMgskurve über dem Widerstand 40 der Kurve Λ in I'i f. 2. Fin Paar Dioden 42 und

44 demodulieien das S i μ π; 11, das am Resonator 22 .'ISL¹I)L¹IiIt. Nach I ilierung durch den Kondensator 4ft erscheint tlas Signal über dem Widerstand 48, mi daft die positive Seile ties Widerstands 48 win der -!cert^tcn Seile wegvveisi. I'.e Ausganusspannungr-ret|iieii/-liherlragungskcniilinie iiher den Witlei-■■taiicl 48 entspricht der Kurve Ii in Ii g. 2. Die posi-Iu en liihI negativen Spannungen über den Widerständen 40 und 48 erscheinen, weil sie addiert werden, als DilTeronz. Fun Itequen/demndulieiler Ausgang erscheint über einer Last 50 /wischen der positiven Seite des Widerstands 48 und Erde. Dies entspricht der Summe der Kurven .1 und I! und erscheint •ils der üliliche .S-Kurv ein erlauf C in F- i g. 2.

Die Cieometrie des Krisiallpläliehens ίft und der Elektroden 24, 2ft, 10, i2, 28 und 3<t ist in Γ i μ. 3 dargestellt. Jede Elektrode ist -lit einer Anschliil.tleiliing 52 \ersehen. Die jeweiliuen Dicken von l.lck-Iroden. Leitungen und Plättchen sind tier Klarheil halber vergrößert dargestellt. Die Quelle S liefert an die Elektroden II! und 12 Energie hei oder nahe hei tier Oiriiiulfreiiuen/ des Kristallplättehcus 16 für eli·: Dickenschcrschvvingungslorm oder die Dickenvcrihelumgsschwingungsfonn, je nach Krisiallselinilt. In E ig. 1 ist ein Kristallplättciien I ft mit A I -Seliniti verwendet. Daher ι crt die Energie den körper aut pie/oelektrischem Wege /u Dickenscherschwinguugen an. Diese Schwingungen werden von den Elektroden 24 und 26. ebenso von Jen r.lektroden 28 und 30 abgetastet.

Das Ausinal.i. unter welchem di.· piezoelektrisch indii/iciten Schw ingungcn im I'Kill, !u-n ICi /wischen ilen Elektroden Kl "und 12 durch da. I¹K,!tchen !(> /i ilen Au^'jaihrsrcsonalnren 20 und 2.- ..ek.ippeli ".eidm. häiiüt von den Massen der Eleklioden sowie '.mi ι··η \Hsi,uulen /wr.-iicn den cm/einen Resona-• -M, η Ui Die l-JektKide' 10. 12. 24. 26, 28 und M) ι! i" I· i \i. I und .ι sind aiisieichentl ii'as~i> um einen bedeutsamen I.nei meein!; ng /u erzeugen. Diese MaSSCnIIeI₁IsIiInLj durch die iUektmdui konzentriert tue- Amplitude der von dei (Quelles auliiedriicklen Schwinuuii'jen auf die l'liittclK'iilv!eiche zwischen t l-ii [-.kklioden jedes Resonators und bewirkt, dal'i ι lie Scliw iniHiiigsaniplitutlc im Plättchen 16 mit zunehmendem Abstand \on jecleni I lekiiodenpaar exponentiell ahlällt. Die Massenbehisiuii:! in tier An-¹I(InUIi!' nach I ι g. I und 3 i-.t ausreichend, ii'ii s'ie Schw in'.'iiiiü .,implitude so zu verkleinein. dal.l tue Kaulen des !'Kittchens keinen nennenswci len l'inlluH ml ikn Heliii'b haben. Die Massenbclaslunüs- ιιηΊ !■neriMeeinlangs'ietlingungen unterscheiden sich vom MMi siliwath belasteicu odei uukontal.iiei ten Kiistall-'■iiiprr. Im lel/eteteii lall nimmt die St \\λ ingungsauiplitudc sinusförmig von einen) Ma:;inium hei tier I'liergieeinspeisungsstelle ab ti ml ist im ganzen Kristallköiper einschließlich tier Knuten bedeutsam. Diese Hllekte sind in dei gleichlaulenden eigenen Anmeldung W 43 72) IX d '21 g (P 15 do 036.2) beschrieben.

Gleichzeitig ist dl·.· Hntfernuiiy vom i^;.lektrotlenpaar K), 12 /um Elektr.itlenpaiir 24, 26, ebenso zum lilektrodenpiinr 2K, 30, so gewählt, daß die Resonatoren IH und 20, ebenso die Resonatoren 18 und 22, sich in den gegenseitigen akustischen Bereichen befinden, d. h., diiH sie sich gegenseitig noch bedeutsam heeinllussen, se¹« daß Energie zwischen ihnen geführt oder hier/wischen wirksam hindurehgetunnelt wird. Jedoch isl der AbstüMtl zwischen den Hlek-ιroilenpaaren der Resonatoren 20 untl 22 im Hinblick auf die Massenbelasiung ausreichend, um dies.-kcsonaloicn voneinander zu entkoppeln.

Die Elektroden in I- ig. I sind je aiisieichend

.ϊ massiv, um die jeweiligen Resonanzliet|iienzeu dei Resonatoren IH, 20 untl 22 ties von der (iiundlict|uen/ für tue Dickenscher- oiler Dickeiiverdrehungs Schvvingungslorm — welche auch immer es sei des unkonlaktierten Plätlchens 16 aiii drei aufein-

ύ anderlolgende Werte zu erniedrigen, die /in Erzeugung tier beiden Sühn uhicr-l'al.Uiändcr erfoulerlich sind. Die hruchteilige otler prozentuale Erniedrigung der Resonanzfrequenz von tier Dickenscher- oi!li DickeiHeitlrehungs-Ciruutlschwingimgslonn eines im

ό kontaktierien Plättch.'iis mit Hilfe von Massehelastung wird in tlci enuli'-chspniehiiicn l.ileraitir als ·,Plateback · bezeichiict. Dieser Wert, tier hier ebenso bezeichnet werden soll, isi ein bequemes Mal', für die Eleklrodenmasse. Ist tier Korper mit meine

zn reu Elektroden belastet, so sucht tlas ['latch.ick die individuellen und zusammengesetzten Rcsoujnzelfektc längs der Frei|uen/;ichse /u ernieilrigen. I'lateback-Werte von 0,3 bis 3"n sind lür die -\u-. lührungsform nach F-" i g 1 brauchbar. Diese I.llcku siiul ebenfalls in der vorslehentl erwähnten eigenen Anmeldung beschrieben.

Die Kombination tier Massenbelastung der Elektroden /ur Ahsiimmung derselben sowie /ur Erzen gting tier bedingungen zur Schwächung tier Kopplung mil dem Abstand tier Resonatoren zur Anpassung an den Massenbelastungsgr;:d otler tier Masse belastung der Elektroden zur Abstimmung und Kopplung tierseihen zum Einhalten eines bestimmten Abstands bestimmt die l'al.lbändei /wischen dem

(5 I ingangsresoiiator u'.d jedem Ausgangsresonatoi. Dieses bildet die .S-Kurve nach E ig. 2.

Die Kopplungen zwischen dem Eiiigaimsicsouatni 18 untl ilen Atisgangsiesonauiren 20 bzw. 22 sind ausreichend niedrig, um die Wirkungen tier l'.iiallel-

■t'i Streukapazitäten zu beseitigen, die durch das Metall der Elektroden in jedem Resonator gebildet sind. Dk Kopplungen sind gleichlalls ausreichend niedrig, um die l'a'lbäntler tier einzelnen Kennlinien entspitchend den Kurven ,1 und B auf die gewünschten schmalen ISäntler zu verengen, wie tlies in tier erwähnten eigenen Anmeldung beschrieben ist. Hei eiriei Ausliihniiigslorm i!.T Erfuuluiii! haben die KomponenUu die folgentli'H Werte. Der Diskiiminalor halle eiiu \litleiirci|uenz von etwa ES₁O-IO MHz. Die Re-on,1

jo toren 18. 20 und 22 der Anorilnuim wurden diuJi ausreichendes l'latebaek aiii lrei|uenzeii von .',„ IS₁O-IO MHz. /.,„ 15.035 Milz bzw /

I.S',045 MHz eingeslelll. Jetler Resonator halte eine Induktivität von eliva 2OmIi.

Widerstände 40. 4H 6,SA

Kondensatoren 36, 46 200 pE

fin Dioden 32, 34, 42. 44 4580

Plättchenschnitt ΛΤ

Dicke des Plätlchens 16 .... OJ(W mm (0,0043")

(mindfrei|uer,z in der Dickseher-Sdiwingungsform
des Pliittchens 16 15.250 MH/.

Materiell des !'Hütchens 16 . . Λΐ-Schnitt-Quarz Plateback des Resonators 18 2 IO kHz (1,39« ..) l'latebiick des Resonators 2(1 215 kHz (1,43" ») l'laleback des Resonators 22 205 kHz (1,36" ..) ausschließlich aus ihren Blindwiderständen .V., und X_n zusammengesetzt. Daher ist der Wellenwiderstand Z, gleich der Quadratwurzel aus X_ΛΧ_n.

Bei Kristallanordnungen mit zwei Elcktrodenpaaren, die nicht massebelastet sind und die Energie den ganzen Kristallkörper anregt, ändern sich die Blindwiderstände A\, und X_n der Impedanzen Z₁ und Z_n mit der Frequenz, wie dieses in F i g. ft dargestellt ist. Der Blindwiderstand X \ ändert sich von ίο einem niedrigen negativen Wert wegen der Kapazitäten in Z, über Null bei einer niedrigeren Resonanzfrequenz/,, wenn die Kapazität C₁., mit der ) Induktivität L_1n in Resonanz kommt. Der Blind

widerstand A\, nimmt dann einen hohen positiven l.aekimpedanz jedes Weges rund 1,7 A effektiv 15 Wert an, wenn die Induktivität L_1n mit beiden Kon-

Dimensionen der lilektroden
18. 2« und 22

1,32· 1,68 mm (0.052"· 0,006'

Abstände zwischen den

Elektroden 0.431 mm (0,017

Koppln ngskoeflizienten
/wischen den Resonatoren

7,5· 10 ' densatoren C₁ , und

C_n in Resonanz kommt. Bei der

Frequenz/., ändert sich der Blindwiderstand von einem hohen positiven induktiven Wert auf einen hohen negativen kapazitiven Wert. Dies wird als die

Die Art und Weise, auf die die Plaleback abhän- 20 Antircsonanzfrequenz/., bezeichnet. Wenn die Frequenz zunimmt, geht der voreilende kapazitive Blindwiderstand auf Null. Der Blindwiderstand A\, verfolgt eine ähnliche Kurve mit einer Resonanzfrequenz/., und einer Antiresonanzfrcquenz /,. Die

gigen Kopplungen die gewünschten Kennlinien /eiligen, kann an Hand einer Betrachtung der Wellenvvklerstände (image impedances) erläutert werden, die von dem Ersatzschaltbild nur zweier Resonatoren,

mit einem der Ausgangsresonatoren, beispielsweise 20. auf den Plättchen geboten werden. Hier sei 111-nächst der Einfachheit halber angenommen, daß die Resonatoren 18 und 20 auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind. Für diese Doppelresonatoranordnung ist F"ig. 4 das Gitter-Ersatzschaltbild. Das I.eiler-Ersatzschaltbild ist in Fig. 5 dargestellt. In letzterem stellen die drei
elektrische Äquivalent der

Gleichungen in Beziehung:

Kondensatoren C_n, das

beispielsweise des Eingangsresonators 18 zusammen 25 Resonanzfrequenzen /, und /., sind durch die Wirkung der Kopplung voneinander getrennt, obwohl sie auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind, wenn jeweils nur ein Kreis bei Abwesenheit des anderen betrieben wird.

Da A\| und X_n Imaginärzahlen, also gleich jX ,' bzw. JX_n sind, ist ihr Produkt negativ, wenn sie gleiches Vorzeichen führen, aber positiv bei entgegengesetztem Vorzeichen. Die Quadratwurzel aus

akustischen Kopplung einer positiven Zahl ist reell. Daher besitzt die Kri-

zwischen den Resonatoren 18 und 20 dar. Die beiden 35 Stallanordnung in den Frequenzbereichen, in denen Kreise stehen miteinander entsprechend folgenden X_A und X_n auf verschiedenen Seiten der Abszisse

erscheinen, zwei reelle positive Wellenwiderstände R₁. Diese reellen positiven Wellenwiderstände /?,

¹⁰ . sind in F i g. 7 aufgetragen. Sie erstrecken sich über

("10 (I) 40 den unteren Resonanz-Antiresonanz-Bereich/, bis /.,

C₁₁₁ und den oberen Resonanz-Antiresonanz-Bereich /.,

bis /₄. In Abhängigkeit von den Impedanzen des Lastnetzwerks überträgt die Kriistallanordnung Ener-

C₁₀ (2) gie hauptsächlich in den reelllen positiven Wellen-

£- 45 Widerstandsbereichen.

'" Das Versehen der Elektroden 10, 12, 24. 26. 28

und 30 mit ausreichender Masse konzentriert die Scherenergie im Plättchen 16 zwischen den !Elektroden der jeweiligen Resonatoren 18 und 20, so daß das Kristallplättchen 16 mit stark verminderter Amplitude außerhalb des Volumens zwischen den Elektroden schwingt. Es wird keinem nennenswerten Energiebedarf ermöglicht, die Begrenzungen des Plättchens 16 zu erreichen. Eibenso erreicht auch keine nennenswerte Energie den Resonator 22 vom Resonator 20. Eine solche Massenbelastursg der Platten erzeugt die drei getrennten Resonatoren. Betrachtet man wiederum die Resonatoren ILH und 20 allein und ordnet jeden Resonator im effektiven

C₁,

1 1

Die Werte C_1n und Z._]n sind so. daß die Dicken- ^ehersehwingungs-Grimdfrcquenz gleich

tür jeden getrennten ungckoppelten Resonator ist. Der Wert von L_U) selbst ist eine Funkiion der Dicke des Kristallplättciiens 16 sowie der Geometrie der F.lektrodcn 10. 12 und 24, 26. C_n ist die Kapazität eines Paars.

Das Gitter-Ersatzschaltbild ist das leichter analysierbare. Wird hier in F i g. 4 Energie an die Elektroden 10 und 12 bei oder nahe bei der Dickenscher- ^chwingungsgrundfrequenz zugeführt und wird nur

ein Ausgangsresonator, z.B. der Resonator 20, be- 60 Schwingungsfeld des jeweils anderen an, dann trachtet, so verhält sich die Schaltung so, wie wenn arbeiten sie ähnlich wie ein abgestimmter Übertrager.

i und

Me aus zwei Paaren Resonanzimpedanzen Z., /;; zusammengesetzt wäre. Diese Impedanzen sind /ur Bestimmung des Wertes des Wellenwiderstands /., brauchbar, tier für die Gitterstruktur nach F i t>. 4 gleich der Ouadratwurzel aus Ζ_ΛΖ_η ist. Da das Kri-Mallplätichcn 16 einen hohen Gütefaktor Q besitzt, sind die Werte der Impedanzen Z., und Z_/( praktisch Die Regelung ihrer Abstände sowie der Masse der Elektrodenpaare bestimmt das Eiand oder das Spektrum, innerhalb welchem die Energie des F.Iekti\idensystems 10, 12 zum Elektrodensystem 14. 16 läuft. Dies ist das Äquivalent einer Steuerung dci Kopplung, wie diese durch die Kondensatoren C,„ in F'i g. 5 dargestellt ist.

7 8

Wie aus 1' i g. 5 ersichtlich, erhöht eine Scliwä- Band eine ('beitragungskennlinie über das ganze

chimg der Koppluim zwischen den Elektroden- l-'requenzspektrum, die nur im entfernten Frequenz-

beicichni ilen Wert v'on C_n. Als Ergc! .iis sind das bereich hohe Dämpfungen hat. Dies schließt prak-

YcrhältnisC,,, C₁, in ilen Gleichungen (1) und (2) tisch die Wirkung des entfernten Frequenzbereichs

tür die Werte C, „ und C₁₁ ab. Dies erhöht den 5 aus.

Nenner liir C₁ , und erniedrigt den Nenner für C,„. Im Falle der Fig. 7 existieren unabhängig vom

Im Ergebnis nehmen der Wert von C₁ , ab und der Wert der Impedanz R niedrige Dämpfungen in der

Weit von C₁,, zu. Daher niihern sich die Resonanz- Gegend derjenigen Frequenzen, für die R den Wert

Irequcnzcn /, und /., einander sowie den Frequenzen, R₁ überkreuzt. Daher hat für alle Werte von R die

Huf die jeder Resonator durch sein Plaleback abge- io Übertragungskinnlinie zwei Bänder niedriger Dämp-

Mimmt ist. Der Einfachheil halber sei angenommen, fung, die durch ein Band hoher Dämpfung getrennt

«laß die Resonatoren durch Plateback auf die gleiche sind.

Fiequen/ abgestimmt sind Die Resonanzfrequenzen /, Nach der Erfindung werden die Elektroden 10, 12, uml /, werden dicht genug einander angenähert, um 24. 26, 28 und 30 ausreichend massiv gemacht sowie das in I ι g. S dargestellte- Bild zu erhalten. Hier 15 weit genug voreinander entfernt angeordnet, daß dtr ■folgen die beiden gell enn ten Blindwiderstände X, Resonators mit dem Resonator 20 und, getrennt und .V,. der Impedanzen/, und Z_n ähnlichen Kur- hiervon, mit dem Resonator 20 Wellcnwiderstandsv en wie in I-"i g. U. Jedoch bewirken die Massen- kennlinien bildet, die gut in den Bereich der F i g. 8 belastung und 'der Abstand, daß die Resonanz- und 9 statt der F i g. 6 und 7 fallen. vSic sind ebcn-AntiresiMianz-Bereichc /, bis /., und /., bis //einander 20 falls ausreichend entkoppelt, um jegliche ncnncnsüberlappen. Nun fällt' die Resonanzfrequenz/., in werte Kopplung zwischen den Resonatoren 20 und der Kurve .V„/wischen die Resonanzfrequenz/,und 22 zu unterdrücken. Jedoch sind in F i g. 1 die die Antiresonan/Irequen//.,. Die resultierenden Massen der Elektroden so eingestellt, daß die Paßreellen Wellenvviderstände Z, erscheinen in ausge- bänder zwischen den Resonatoren 18 und 20 gegcnzogenen Linien der Fi g. Ί. Daher zeigen die Reso- 25 über denen der Resonatoren 18 und 22 versetzt sind. naUiren 18 und 20 auf dem massenbelasteten Platt- Das heißt, das Plateback der Elektroden im Rcsochen Ift. wenn sie als je gleich massenbelastct auge- nator 22 ist kleiner als im Resonator 18, und das nommen werden, die in Fig. 9 gezeigten Wellen- Plateback der Elektroden im Resonator 20 ist größer widerstandskennlinien. Ähnliche Wellenvviderstände als im Resonator 18. Dieses ist in Fi g. 10 dargestellt, werden durch die Kopplung der Resonatoren 18 und 30 Dieser Sachverhalt verschiebt die Wellcnwiderstands- 22 gebildet. Diese reellen Wellenvviderstände er- kurve C-18-20 der gekoppelten Resonatoren 18 und scheinen in einem ersten 'Frequenzband, in welchem 20, gesehen vom Ausgangsresonator 20 her, nach die Impedanz von Null auf einen einigermaßen unten. Gleichfalls tritt eine Verschiebung der Wellenkleinen Wert, wie 100 Ohm, ansteigt, und sodann Widerstandskurve C-18-22 der gekoppelten Resonavviedcr auf Null zurückgeht, sowie in einem zweiten 35 toren 18 und 22, gesehen vom Ausgangsresonator 22 Band, innerhalb dessen die Impedanz von einem her, längs der Frequenzachse nach oben auf. Auch praktisch unendlichen Wert aus auf ein Minimum wird hierdurch die Symmetrie der Kurven etwas abnimmt und dann wieder auf praktisch unendlich verzerrt. Die Frequenzen i_w /,„ und /.,._, stellen die ansteigt, wenn die Frequenz zunimmt. Dies ist in Frequenzen dar, auf die ic Resonatoren im unge-Fig. 9 durch die ausgezogene Kurve dargestellt. 40 koppelten Zustand abgestimmt sind. Bei Kopplung Flier ändert sieh die Wellenwiderstandskurve im separieren in jedem Falle die Frequenzen auf die Frequenzband zwischen I₁ und /., von Null auf einen Werte /_|M und /.., für die Kurve C-18-20 sowie auf Maximalwert Z_n und winder zurück auf Null. Im die Werte /,„ und /,, für die Kurve C-18-22. Durch Frequenzband zwischen /, und f, ändert sich der wirksames Abschließen der Ausgangsresonatoren ?.C Wert des Wellenwiderstands von Unendlich auf einen 45 und 22 mit niedrigen Impedanzen, beispielsweise ,nil (Minimalwert Z„, und wieder zurück zu unendlich. 2Z_n, resultieren im wesentlichen die in F i g. 2 dar· Wenn die Kopplung /wischen den Resonatoren gestellten Paßbänder. Die Quelle 8 hat ebenfalls eine tveiier erniedrigt wird, ändern sich die Wellenwider- niedrige Impedanz. Die Wirkungen der hohen Wellen Mantle so, wie dies durch die gestrichelten Kurven widerstände zwischen den Frequenzen .(., und /₄ wer in dem Frequenzband/,' bis /.,' bzw. /.,' bis /' dar- 50 den durch die Fehlanpassung eliminiert. Der Impe gestellt ist. 1st die Kopplung klein genüg, so beträgt danzwert2Z_n bewirkt ein Gaußsches Paßband, die ImpedanzdilTercnz zwischen dem Maximalwert Für den Entwurf der Kristallanordnung nacl Z₁₁ des einen Bands und dem Minimalwert Z_m des F i g. 1 brauchbare Beispiele von Kurven für ein anderen Bandes einige Größenordnungen. F i g. 9 Anordnung, z. B. CR. die in der Dickenschergrund /cigt der Klarheit halber eine kleinere Differenz, je- 55 Schwingungsform betrieben wird, sind in Fig. 11, 1 doch sollen hierdurch größere Differenzen nicht aus- und 13 dargestellt.

geschlossen sein. Die Kristallanordnung nach Fig. 1 wird hergestel

Das Paßhand, das als Ergebnis eines Abschließens durch zunächst erfolgendes Auswählen der Dane

lies Ausgangsresonator:-; 20 mit irgendeiner Impe- breiten Bw jedes Paßbandes A und B bei gewählte

danz R auftritt, nähert sieh dem niedrigsten erreich- 60 Mittenbandfrequenz.cn f_m (d. h., annähernd /.,„ im

baren Minimum bei einer jeden Frequenz, für welche /.,.,). Die Bandbreiten Bw werden so gewählt, daß s

der Wellenwiderstand in die Anschlußimpedanz an- der Spitze-zu-Spitze-Abweichung des modulierte

gepaßt ist. Bei jeder Frequenz ist die Übertragung Eingangssignals gleichen. Bw muß kleiner als 0,2"

um so kleiner, je größer die Fehlanpassung ist. Daher /„, sein, um einen Betrieb im Niedrigimpedanzbereii

erzeugt ein Abschließe 1 des Ausgangsresonators 20 65 von 9 sicherzustellen. Eine Elcktrodeiigröße und e

mit einer Impedanz R in der Gegend des Wellen- geeignetes Plateback für die Mitteleleklrodc 19 (v<

widerstanclslicreichs in einen Frequenzbereich und 0.3 bis 3".'«) werden aus den Kurven nach F i g 1

entfernt vom Wellenw idcrstandsbereich im anderen 12 und 13 ausgewählt. Ist ι die Plaltendieke und

Claims (6)

die Elektrodenbreite, so wird rli allgemein gleich 12 ?-!macht, obgleich in tier Praxis jeder Wert /.wischen 0 und (i brauchbar ist. Hin Wert von 15/ wird normalerweise als die Elektrodenliiniie senkrecht zur Kopplungsachse für eine gute Unterdrückung anderer Sehwingungsformcn gewühlt. Die Gnindfrcqucu/ / der Dickensehcischwingungsform wild so bestimmt, da 1.1 sie dem gewühlten l'latebaek /',; nach folgender Formel entspricht: / L I mit /,„ /1S, in, (4) Die Herstellung beginnt mit dem Schneiden eines Plättchens 16 aus einem Quarzkristall mit der gewünschten kristallographischen Orientierung, z. B. invAT-Schnitt. Das Plättchen wird dann in üblicher Weise auf eine Dicke / geschliffen und geätzt, und zwar entsprechend der gewünschten Grundfrequenz/, bei der Scher- oder Vcrdrehiingsschwingungsform. Allgemein ist die Dicke ungekehrt proportional zur gewünschten Frequenz. Auf jede Seite des Kristallplättchens werden Masken mit Ausschnitten zum Niederschlagen der sechs Elektroden angeordnet. Die Geometrie der Elektroden ist durch die Betrachtung der gewünschten Bandbreiten und eines bequemen Platebacks bestimmt. Der richtige Abstand d zwischen den Elektroden kann aus den Kurven der F i p.. 11, 12 oder 13 bestimmt werden, die die Änderungen in Prozent der Bandbreite für verschiedene Verhältnisse des Elektrodenabstands zur Plattendieke alt, für verschiedene Platebacks PB und für verschiedene Werte von r/t zeigen. Zum Erhalt der gewählten Plateback-Wcrte wird Gold oder Nickel beispielsweise durch schichtweises Elektroplattieren, durch die Masken hindurch so niedergeschlagen, daß Anschlüsse möglich sind und etwa die Hälfte des insgesamt gewünschten Platebacks erreicht wird. Energie wird den Hochfrequenzelektroden 28 und 30 zugeführt, und Masse den Elektroden hinzugefügt, bis eine dem gewünschten Gesamt-Plateback entsprechende Verschiebung auftritt. Dies erfolgt, bis das Paar bei der Frequenz /.,., in Resonanz kommt. Die Prozedur wird für die Elektroden 10 und 12 und sodann für 24 und 26 wiederholt. Während dieser Prozedur für die zweiten und dritten Paare kann es notwendig sein, die Wirkung des ersten und des zweiten Paares durch induktives Abschließen dieser beiden Paare zu vermeiden. Die gewünschten Bandbreiten sollten dann voreilen. Die Kurven des gekoppelten Resonators werden dann berechnet oder gemessen, um die Werte von Z0 für jedes Paar zu bestimmen. Die Lastimpedan/.en für jedes Paar werden dann annähernd zu 2Z1, gewählt. Dies führt zu einer Gaußschen Kurve statt zu einer flachen Bandkurve für jedes Resonatorpaar. Die Entkopplung ist so, daß der Wert von 2Z0 noch ausreichend entfern: vom minimalen Wellenwiderstand Zn, in Fig. 4 gelegen ist, um eine Obertragung zwischen den Frequenzen /., und /4 wirksam zu eliminieren. Abschlußimpedanzen kleiner als 2Z11 können dies ebenfalls bewirken. Iv. kann daher gesagt werden, dall entsprechend einem I ilindungsmerkmal die Kopplung /wischen den Ue-iinaloteii und 20 sowie /wischen IK und 22 ausreichend niedrig sind und da 1.1 die Umgang'.- ui\t\ Absehlußimpedan/en bei den Resonatoren airieielKiul niedriu sind, um nur ein einziges l'aljband /m ei 1 eichen. Patentansprüche':

1. Diskriminatorschaltung für rrequen/modulierte Signale mit einem auf die Mittcnlrequen/ eines Betriebssignalhaudes abgestimmten und a'i zwei oberhalb bzw. unterhalb der Mitten requen/ abgestimmte piezoelektrische '\usga.ig*,resonatoren angeschlossenen Eim'iüiu¹.resonator und mit einer Schaltungsanordnung /ur Subtrakli en Verknüpfung der jeweiligen Ausgaim'.sienale der Ausgangsresonatoren tür die Erzeugung eines dcmudulierten Siun.iis, dadurch ye. kennzeichnet, daß der Eingangsrcsnuat:>i (14) ein auf einem piezoelektrischen Kristall!.öi-pei (Id) befestigtes Elektrodenpaar (II», 12) '/>v.ie zwei beidseitig davon angeordnete, ebenfalls auf djin Kristallkörper (16) befestigte und den Ausr.mg·,-resonator (20, 22) bildende Hlelurodcnpaaie (24, 26; 28, /J₁) aufweist, wobei der L ingaiii'sij;)-nator mit den AusgangsrcsonaUireii a'.iisi.sjh i;n Gegentakt gekoppelt ist.

2. Diskriminator nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das erste EieklrodeMe'iement im Abstand gegenüber jedem der /weiten und dritten Elektrodenelemente ani.jordnet ist und die Elekirodcnelemente mit Masse belastet sind und daß die Schaltung eine a"\ieichen! ivcdriiu Impedanz aufweist, derart, daß an jedem der Ausgangsresonatoren nur eine Anspeehspilze vorhanden ist.

3. Diskriminator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenelementc. im gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sowie mit ausreichenden Massen versdien sind um die Kopplung zwischen dem Einiuingsresonator und jedem Ausgangsresonator derart zi begrenzen, daß die Wellenwiderstands-IFrequenz Kennlinie eine zwischeuliegcnde Maximalimpe danz bei einer Frequenz besitzt.

4. Diskriminator nach Anspruch 1, dadurcl gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente fü kapazitive Effekte im gegenseitigen Abstand von einander angeordnet und mit ausreichender Mass versehen sind, um die Kopplung zwischen dei Resonatoren zur Überwindung der kapazitive! Effekte zu begrenzen sowie um zwischen der Eingangsresonator und jedem Ausgangsresonato eine Wellenwiderstandskurve zu erzeugen, di eine zwischenliegende reelle Müximalimpedan und extreme Nullimpcdan/cn aufweist.

5. Diskriminator nach Anspruch I. dadurc gekennzeichnet, daß das Elektrodeneleinient jede Resonators mit Masse für eine Frequenz vei sehen ist. auf die die Resonatoreinrichuing abu.t stimmt ist.

6. Diskriminator nacl· Anspruch I. dadure gekennzeichnet, daß die Elektrodenelemente zwei gegenüberstellende Elektroden auf gegei überliegenden Flächen des Kristallkörpers au weiser..

Ilier/ii 2 Blatt Zeichnungen