DE2145716B2 - Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Filters geringer Bandbreite - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Filters geringer Bandbreite, dessen einzelne Resonatoren aus achsparallel angeordneten Biegeresonatoren bestehen, die über einen durchgehenden, Längsschwingungen ausführenden Koppeldraht miteinander gekoppelt sind, 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 werden häufig mechanische Filter verwendet, da sie bekanntlich in dem für sie geeigneten Frequenzbereich sowohl hinsichtlich des Raumverbrauchs oJs 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 Schwingungsanregung unterschiedliche Schwingungsformen 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 Längsschwingung 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 ausffihrende Koppelelement läßt sich dabei als durchgehender Koppeidraht 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 werdea Zur Halterung solcher Filter ist es beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 19 22 550 bereits bekanntgeworden, den einzelnen Resonatoren stabförmige HaI-teelemenie 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 Prozenten, da nämlich bei diesen Filtern der Querschnitt des Koppel drahtes 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und damit den Aufbau mechanischer Filter anzugeben, mit denen sich einerseits extrem geringe relative Bandbreiten realisieren lassen und bei denen trotzdem eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist.

Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Filters geringer Bandbreite, dessen einzelne Resonatoren aus achsparallel angeordneten Biegeresonatoren bestehen, die über einen durchgehenden, Längsschwingungen ausführenden Koppeldraht miteinander gekoppelt sind, 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 der Abstand der Resonatoren durch Siützdrähte festgelegt wird, die gegenüber dem Koppeldraht einen größeren Querschnitt haben und ebenfalls als durchgehende Drähte ausgebildet sind und die mit den einzelnen Resonatoren in einer durch deren Schwingungsknoten bestimmten Ebene verbunden werden.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt in der Zeichnung

F i g. 1 ein Filter gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform extrem geringer Bandbreite,

F i g. 3 und 4 Möglichkeiten zur Anbringung der Stütz- und Koppeldrähte.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 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 Filterresonatoren 1 sind so angeordnet, daß die von ihren Abflachungen 9 gebildete Ebene parallel zur Grundplatte verläuft. Die 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 frei tragend zu halten. Zm Anregung der s Biegeschwingungen sind die Endresonatoren 8 und 8' vorgesehen, die relativ zu den Filterresonatoren 1 so angeordnet sind, daß die von ihren Abflachungen 9 gebildete Ebene senkrecht steht zur Grundplatte 5, & 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 8' 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 herange- führt ist, der gleichzeitig die Anschlußklemme 6 bildet und zusammen mit dem an der metallischen Grundplatte S befestigten und die Anschlußklemme 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 auf Grund des piezoelektrischen Querkontraktionseffektes in mechanische Biegeschwingungen umgewandelt, deren Schwingungsebene demzufolge parallel zum Koppeldraht 2 verläuft. Unter Beteiligung sämtlicher Filterresonatoren werden diese Biegeschwingungen am zweiten Endresonator 8' wieder in eine elektrische Wechselspannung umgewandelt, die an den Ausgangsklemmen 7 und T 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 Rev>natoren in der durch ihre Schwingungsknoten bestimmten Ebene, beispielsweise ebenfalls durch Schweißung, befestigt sind. IJm eine zusätzliche, an sich unerwünschte Kopplung über die Stützdrähte 3 nach Mög- lichkeit 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 F i g. i lassen sich Filter mit relativen Bandbrei-•en bis herunter zu etwa 2% realisieren, im speziellen hat das in F i g. 1 dargestellte siebenkrcisige Filter eine Bandbreite von 33%. Es ist dabei der Koppeldraht 2 in der Mitte der Resonatoren angebracht, d.h. aJso, 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 F i g. 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 F i g. 2 praktisch gleich dem des Filters nach F i g. 1. Unterschiedlich gegenüber dem Filter nach F i g. 1 ist beim Filter nach F i g. 2 die Anbringung des Koppeldrahtes 2, der gegenüber der Resonatormitte versetzt ist und somit an Stellen kleinerer Bewegungsamplitude der Resonatoren 1 bzw. 8 und 8' liegt. Auf diese Weise wird 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 F i g. 3 gezeichnete Möglichkeit zeigt, daß die Stützdrähte bzw. der Koppeldraht an Punkten befestigt sind, die auf der der Abflachung 9 der Resonatoren 1 diametral gegenüberliegenden Mantellinie des jeweiligen Resonators liegen. Die F i g. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Filters geringer Bandbreite, dessen einzelne Resonatoren aus achsparallel angeordneten Biegeresonatoren bestehen, die über einen durchgehenden. Längsschwingungen ausführenden Koppeldraht miteinander gekoppelt sind, 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 der Abstand der Resonatoren (1.8,8*) durch Stützdrähte (3) festgelegt wird, die gegenüber dem Koppeldraht (2) einen größeren Que/schnitt haben und ebenfalls als durchgehende Drähte ausgebildet sind und die mit den einzelnen Resonatoren (1, 8, 8') in einer durch deren Schwingungsknoten bestimmten Ebene verbunden werden.