DE2145716A1 - Elektromechanisches filter - Google Patents

Description

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SIEMENS M^IEIiGESSIrIiSCiLrJ¹T München·, den 1 3. SEn T97

Berlin und München ·Wittelsbacberplatz 2

^VPA 71/6654 ^N

Elektromechanisches Filter

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter mit mehreren metallischen achsparallel angeordneten Biegeresonatoren, deren Kopplung über einen durchgehenden, Längsschwingungen ausführenden Koppeldraht erfolgt, der in einer senkrecht zur Längsachse der Resonatoren liegenden Ebene verläuft und dessen Querschnittsfläche erheblich geringer ist als die Querschnittsfläche der Resonatoren.

Zur Lösung vieler Aufgaben der .Filtertechnik v/erden häufig mechanische Filter verwendet, da sie bekanntlich in dem für sie geeigneten Frequenzbereich sowohl hinsichtlich des Raumverbrauchs als auch hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften den aus konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern zum Teil erheblich überlegen sind. Beim Aufbau solcher mechanischer Filter stellt sich dabei immer wieder die Aufgabe, die Resonatoren bzw. das gesamte Filtersystem, das in der Regel aus mehreren miteinander gekoppelten Resonatoren besteht, in einer solchen Weise zu haltern, daß sich einerseits ein stabiler, gegenüber äußeren Erschütterungen möglichst unempfindlicher Aufbau ergibt, und daß andererseits die Resonatoren durch die Haltevorrichtung in ihrer Schwinggüte nicht beeinträchtigt werden. Gleichzeitig ist auch darauf zu achten, daß die die Resonatoren verbindenden Koppelelemente nicht anderweitigen Einflüssen unterworfen werden, da anderenfalls die Koppelwirkung, die "bekanntlich für die einwandfreie Funktion des gesamten mechanischen Filters von erheblicher Bedeutung ist, in Frage gestellt würde.

Da mechanische Schwingungselemente je nach der Art der Schwingungsanregimg unterschiedliche S'chv/ingungsformen

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ausführen können, ist es auch möglich, in mechanischen Filtern für die Schwingungsform der einzelnen Resonatoren und die Schwingungsform der Koppelelemente dem jeweiligen Problem und der jeweiligen Frequenzlage angepaßte Kombinationen zu verwenden. Eine vorteilhafte Kombination solcher Schwingungsformen ist dabei die Biegeschwingung für den Resonator und die Längs schwingung für das Koppelelement, weil nämlich die Resonanzfrequenz der Resonatoren, abgesehen von ihren Materialeigenschaften; außer von ihrer Länge, zusätzlich durch den Querschnitt gesteuert werden kann. Das Längsschwingungen ausführende Koppelelement läßt sich da- - bei als durchgehender Koppeldraht ausbilden, der in einer

^ senkrecht zur Längsachse der Resonatoren liegenden Ebene verläuft und mit den Resonatoren, beispielsweise durch Schweißung, fest verbunden ist, wOdurch für die Herstellung derartiger Filter gut reproduzierbare Verhältnisse geschaffen werden. Zur Halterung solcher Filter ist es beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 922 550 bereits bekannt geworden, den einzelnen Resonatoren stabförmige Halteelemente zuzuordnen und diese Halteelemente in einer aushärtbaren Vergußmasse zu verankern, die wiederum in einer nutförmigen Vertiefung einer das gesamte Filtersystem tragenden Grundplatte angebracht ist. Solche Haltevorrichtungen haben sich an sich gut bewährt, insbesondere für Filter mit relativen Bandbreiten von wenigstens einigen

W Prozenten, da nämlich bei diesen Filtern der Querschnitt des Koppeldrahtes noch immer so ausreichend groß gewählt werden kann, daß der Koppeldraht bereits eine ausreichende mechanische Stabilität zumindest für die Herstellung des Filters gewährleistet. Bei Filtern mit einer verhältnismäßig geringen relativen Bandbreite wird jedoch die Querschnittsfläche so gering, daß die mechanische Stabilität nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend erwähnten Schwierigkeiten abzuhelfen; insbesondere soll der

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Aufbau mechanischer Filter angegeben v/erden, mit.denen sich einerseits extrem geringe relative Bandbreiten realisieren lassen und bei denen trotzdem eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist.

Ausgehend τοη einem elektromechanisehen Filter mit mehreren metallischen achsparallel angeordneten Biegeresonato-· ren, deren Kopplung über einen durchgehenden, Längsschwingungen ausführenden Koppeldraht erfolgt, der in einer senkrecht zur Längsachse der Resonatoren liegenden Ebene verläuft und dessen Querschnittsfläche erheblich geringer ist als die Querschnittsfläche der Resonatoren, wird diese Aufgabe gemäß der. Erfindung dadurch gelöst, daß an den einzelnen Resonatoren in der durch ihre Schwingungsknoten bestimmten Ebene ein weiterer, als Stützdraht dienender durchgehender Draht befestigt ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

Es zeigen in der Zeichnung:

Fig.1 ein Filter gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine weitere Ausführungsform extrem geringer ' Bandbreite; .

Fig.3 und 4 Möglichkeiten zur Anbringung der Stütz- und Koppeldrähte.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.1 sind die Resonatoren 1 über Haltebeine 4 auf einer Grundplatte in der Weise befestigt, daß ihre Längsachsen zueinander parallel verlaufen. Die Resonatoren selbst bestehen im Ausführungsbeispiel aus Stäben mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt und sind mit einer Abflachung 9 versehen. Die eigentlichen

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Filterresonatoren 1 sind so angeordnet, daß die von ihren Abflachungen 9 gebildete Ebene parallel zur Grundplatte verläuft. Me Kopplung der einzelnen Resonatoren erfolgt über einen Koppeldraht 2, der, wie eingangs bereits erwähnt, zur Erzielung einer sehr geringen Bandbreite eine gegenüber der Querschnittsfläche der Resonatoren 1 erheblich geringere Querschnittsfläche hat, so daß also der Koppeldraht 2 ,nicht mehr in der lage ist, das gesamte Filtersystem freitragend zu halten. Zur Anregung der Biegeschwingungen sind die Endresonatoren 8 und 8¹ vorgesehen, die relativ zu den Filterresonatoren 1 so angeordnet sind, . daß die von ihren Abflachungen 9 gebildete Ebene senkrecht

ψ steht zur Grundplatte 5, d.h. also auch senkrecht steht zu der von den Abflachungen 9 der Resonatoren 1 gebildeten Ebene. Der Koppeldraht 2 ist beispielsweise durch Punktschweißung mit den Resonatoren verbunden. Auf der Abflachung 9 der Endresonatoren 8 und'8¹ sind elektromechanische Wandlerelemente vorgesehen, die beispielsweise aus einem Plättchen piezokeramischen Materials bestehen und die durch Lötung mit den Endresonatoren verbunden sind. Auf der der Abflachung 9 abgewandten Seite sind die Wandlerelemente mit einer Metallisierung versehen, an die unmittelbar ein Anschlußdraht herangeführt ist, der gleichzeitig die Anschlußklemme 6 bildet und zusammen mit dem an der metallischen Grundplatte 5 befestigten und die An-

™ schlußklemme 6' bildenden Draht, beispielsweise den Filtereingang bildet. In genau der gleichen Weise sind am Resonator 8* die den Filterausgang bildenden Klemmen 7 und 7' angebracht. Eine an den Klemmen 6 und 6^! anliegende Wechselspannung wird, sofern ihre Frequenz zumindest näherungsweise mit der Resonanzfrequenz der Filterresonatoren übereinstimmt, am Endresonator 8 vom Wandlerelement aufgrund des piezoelektrischen Querkontraktionseffektes in mechanische Biege schwingungen umgewandelt, deren Sehv/ingungsebene demzufolge parallel zum Koppeldraht 2 verläuft. Unter Beteiligung sämtlicher Filterresonatoren werden diese Biege-

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schwingungen am zweiten Endresonator 8' wieder in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt, die an den Ausgangsklemmen 7 und 7' zur Verfügung steht.

Um nun bereits bei der Herstellung des Filters eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten, sind die Stützdrähte 3 vorgesehen, die an den einzelnen Resonatoren in'der durch ihre Schwingungsknoten bestimmten Ebene, beispielsweise ebenfalls durch Schweißung., befestigt sind. Um eine zusätzliche an sich unerwünschte Kopplung über die Stützdrähte 3 nach Möglichkeit zu vermeiden, ist ein eng toleriertes Befestigen der Stützdrähte an den Knotenstellen der Resonatoren erforderlich.

Wie sich gezeigt hat, ist die mit solchen Stützdrähten erreichbare kleinste Bandbreite durch die Grenzen der Schweißbarkeit dünner Drähte und durch vernünftige Resonatorabmessungen gegeben. Mit einem Aufbau gemäß Fig.1 lassen sich Filter mit relativen Bandbreiten bis herunter zu ca. 2 $ realisieren, im speziellen hat das in Fig. T dargestellte siebenkreisige Filter eine Bandbreite von 3»3 $. Es ist dabei der Koppeldraht 2 in der Mitte der Resonatoren angebracht, d.h. also, im Bereich des hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden Schwingungsbauches, so daß wegen der dort auftretenden maximalen Schwingungsamplitude die Koppelwirkung bei einem vorgegebenen Koppeldraht am stärksten ist.

Wenn es darauf ankommt, noch kleinere Bandbreiten zu erzielen, ist es möglich, den in Fig.2 dargestellten Aufbau zu wählen, bei dem bei einem achtkreisigen Filter eine relative Bandbreite von nur 1,0 # bei einer Bandmittenfrequenz von 30 kHz erreicht wird. Im einzelnen ist der Aufbau des Filters nach Fig.2 praktisch gleich dem des Filters nach Fig.1. Unterschiedlich^gegenüber dem Filter nach Fig.1 ist beim Filter nach Fig.2 die Anbringung des Kop-

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peldrahtes 2, der gegenüber der Resonatorinitte versetzt ist und somit an Stellen kleinerer Bewegungsamplxtude der Resonatoren 1 bzw. 8 und 8' liegt. Auf diese Weise v/ird auch die Verkopplung der Resonatoren und damit die Bandbreite des Filters geringer."

In den Fig.3 und 4 ist noch in einer vergrößerten Darstellung die Befestigung der Stützdrähte 3 bzw. des Koppeldrahtes 2 zu erkennen. Die in Fig.3 gezeichnete Möglichkeit zeigt, daß die Stütz- bzw. der Koppeldraht an Punkten befestigt sind, die auf der der Abflachung 9 der Resonatoren 1 diametral gegenüberliegenden Mantellinie des jeweiligen Resonators, liegen. Die Fig.4 läßt erkennen, daß es auch möglich ist, die Stützdrähte 3 bzw. den Koppeldraht .2 unmittelbar auf den Abflachungen 9 zu befestigen. Um das Filter, insgesamt möglichst rückwirkungsfrei zu lagern, sind auch die Haltebeine 4 in den hinsichtlich Biegeschwingungen auftretenden -Schwingungsknoten befestigt, d.h. also jeweils an Punkten, die den Befestigungspunkten der Stützdrähte 3 diametral gegenüberliegen.

6 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   f 1J Elektromechanisches Filter mit mehreren metallischen achsparallel angeordneten Biegeresonatoren, deren Kopplung über einen durchgehenden, Längsschwingungen ausfüh-. renden Koppeldraht erfolgt, der in einer senkrecht zur Längsachse der Resonatoren liegenden Ebene verläuft und dessen Querschnittsfläche erheblich geringer ist als die Querschnittsfläche der Resonatoren, dadurch gekennzeichnet , daß an den einzelnen Resonatoren (1,8,8') in der durch ihre Schwingungsknoteri bestimmten Ebene ein v/eiterer, als Stützdraht (3) dienender durchgehender Draht befestigt ist.
2. 2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Köppeldraht (2) im Bereich der Resonatormitte an den Resonatoren (1,8,8*) befestigt ist.
3. 3. Elektromeehanisch.es Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Koppeldraht (2) gegenüber der Resonatormitte versetzt ist.
4. 4. Elektromechanisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (i) aus mit Abflaehungen (9) versehenen Stäben mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt bestehen, und daß der Köppeldraht (2) und die Sttitzdrähte (3) an Punkten befestigt sind * die auf der der Abflachung (9) diametral gegenüberliegenden Mantellinie des jeweiligen Resonators (t) liegen.
5. 5. Elektromechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (1) aus mit Abflaehungen (9) versehenen Stäben mit ursprünglich kreisförmigem Querschnitt

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   -bestehen, und daß der Koppeldraht (2) und die Stützdrähte (3>) an den Abflachungen (9) befestigt sind.
6. 6. Elektromechanisches Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß auf den Abflachungen (9) der im Pilter vorgesehenen Endresonatoren (8,8'·) elektromechanische Y/andlerelemente vorgesehen sind und diese Endresonatoren (8,8') derart angeordnet sind, daß die von ihren Abflachungen (9) gebildete Ebene senkrecht steht auf der von den Abflachungen (9) der übrigen Resonatoren (1) gebildeten Ebene.

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