DE2316646C2

DE2316646C2 - Mechanisches Filter mit wenigstens vier Resonatoren

Info

Publication number: DE2316646C2
Application number: DE19732316646
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Phys. 8013 Haar Alfhart
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1984-09-13
Also published as: NL7404541A; IT1004436B; AU6743874A; JPS49131353A; GB1469277A; BE813241A; YU92274A; FR2224936A1; BR7402608D0; AR204243A1; DE2316646A1; AU459860B2; FR2224936B1; ATA270574A; AT336085B; YU36840B

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter mit wenigstens vier Resonatoren, bei welchem die Endkreise aus elektrochemischen Wandlern bzw. aus den Wandlern zugeschalteten Resonanzkreisen aus konzentrierten elektrischen Schaltelementen bestehen und bei welchem Betriebsdämpfungspole bei reellen oder komplexen Frequenzen vorgeschrieben sind und bei welchem ferner im Durchlaßbereich mehr als ein Echodämpfungsmaximum vorgesehen ist und bei welchem die Reflexionsfaktorkurve im Durchlaßbereich annähernd geebnet ist und bei welchem die Frequenzlagc des Maximums des Betriebswiderstandes im Sperrbercich vorgeschrieben ist und bei welchem zur Beeinflussung der Frequenzlage des Betriebswiderstandsmaximums wenigstens ein Echodämpfungspolpaar in die komplexe Frequenzebene

po = ± Oo + j(üa

gelegt ist und bei welchem des weiteren der Absolutwert des Rcalteilcs o« dieser komplexen F.chodiimpfungspolstellen einen solchen numerischen Wen aufweist, daß drei benachbarte Betriebsdämplungsmaxima im Durchlaßbeieich des Filters zu einem einzigen Bctricbsdärnpfungsmaximum zusammengelegt sind und bei welchem der Imaginärteil dieses Echodämpfungs

polpaares im Durchlaßbereich des Filters liegt

Beim Entwurf von Filtern kommt es mitunter darauf an, daß das Betriebswiderstandsniaximum des fertigen Filters auf eine vorgegebene Frequenz zu liegen kommt Bekanntlich tritt dieses Betriebswiderstandsmaximum bei konventionell entworfenen Filtern, beispielsweise bei Filtern nach der Wellenparametertheorie oder den sogenannten Polynomfiltern, an einer beliebigen, im Sperrbereich des Filters gelegenen Frequenz auf, wobei auf diese Frequenzlage beim Filterentwurf keine Rücksicht genommen wird, da lediglich die übrigen Eigenschaften, wie beispielsweise die maximal zulässige Dämpfung im Durchlaßbereich und der Sperrdämpfungsanstieg in der Regel die kennzeichnenden Größen sind. Bei der Realisierung von Filterweichen ist es nun häufig erforderlich, das Betriebswiderstandsmaximum an eine bestimmte, vorgegebene Frequenzstelle zu bringen, wenn voneinander zunächst unabhängig entworfene Filter zu einer Weiche zusammengeschaltet werden sollen. In diesem Zusammenhang ist es durch die deutsche Offenlegungsschrift 19 02 091 bereits bekanntgeworden, das Maximum, des Betriebswiderstandes des einen Filters auf die Durchlaßmitte des anderen zu legen. Bei der Realisierung von Filtern mit konzentrierten Elementen läßt sich diese Aufgabe an sich deshalb verhältnismäßig einfach lösen, weil eine große Vielzahl von Schaltungsstrukturen zur Verfügung steht, die mit konzentrierten Elementen jederzeit realisierbar sind und unter der Vielzahl der möglichen Strukturen zumindest eine vorhanden ist, deren Betriebswiderstandsmaximum unter Einhaltung der übrigen Bedingungen an der richtigen Frequenzstelle liegt. Bei der Realisierung von aus Leitungselementen bestehenden Filtern, wie beipsielsweisc mechanischen Filtern, tritt die zusätzliche Schwierigkeit auf, daß die verwendeten Leitungselemente aufgrund ihrer physikalischen Natur einerseits eine zwingend vorgegebene elektrische Ersatzstruktur haben und andererseits bei einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand nicht in beliebig freizügiger Form miteinander verschaltet werden können.

Die vorstehenden Überlegungen treffen auch auf Filter der eingangs erwähnten Art zu, d. h. also sogenannte versteuerte Filter, die also Betriebsdämpfungspole bei reellen oder komplexen Frequenzen aufweisen. Mechanische Filter mit derartigen Versteilerungen sind an und für sich bekannt und können beispielsweise in der Form realisiert werden, daß im Filter sogenannte Überbrükkungen vorgesehen werden, das sind beispielsweise zusätzliche Koppelelemente, die eineander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren unter Umgehung der dazwischenliegenden Resonatoren zusätzlich miteinander verkoppeln. Weiter zeigt sich, daß bei den genannten Filtern die Streuungen der Temperaturkoeffizienten der an den elektrischen Endkreisen beteiligten Elemente, nämlich die Kapazität der elektrochemischen Wandler sowie der Zuschaltinduktivität und der Zuschaltkapazität wesentlich größer als die Temperaturkoeffizienten der rein mechanischen Bauelement sind. Auch wenn für die Resonanzfrequenz der Endkreise eine Temperatur-W) kompensation nach den üblichen Methoden vorgenommen wird, verbleiben durch die genannten material- und fertigungsbedingten Streuungen Tcmperaturverzerrungcn, die insbesondere bei hohen Anforderungen an derartige Filter noch als störend empfunden werden.
b^r> Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch für versteuerte mechanische Filter Realisierungsmöglichkeiten zur frcqucnzmäßigen Beeinflussung des Betriebswidcrstandsmaximunis anzugeben, ohne daß da-

bei gleichzeitig die übrigen Filtereigenschaften in einem für die Praxis nicht brauchbaren Maß in Mitleidenschaft gezogen werden und außerdem eine Möglichkeit anzugeben, mit deren Hilfe der Temperatureinfluß der mechanischen Wandlerelemente bzw. der ihnen zugeschalteten Resonanzkreise aus konzentrierten elektrischen Schaltelementen vermindert werden kann.

Ausgehend von einem mechanischen Filter der einleitend genannten Art wird diese Aufgabe erlindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bandbreite S; seiner Endkreise um zumindest 10% und höchstens um 100% größer ist als die Endkreisbandbreite eines vergleichbaren mechanischen Filters mit gleicher Struktur, gleicher 3-dB-Bandbreite, gleicher mittlerer Betriebsdämpfungswelligkeit und gleichen Dämpfungspollagen bei reellen wie bei komplexen Frequenzen, dessen Echodämpfungspole jedoch ausnahmslos bei reellen Frequenzen liegen.

Zum einfacheren Verständnis sei an -"iescr Stelle nochmals auf folgendes hingewiesen.

Es wird in der Zeitschrift Frequenz 24/1970. H. 10, Seiten 307 bis 312 ein Dimensionierungsverfahren für passive Reaktanzschaltungen angegeben, deren Laufzeitebnung bei gleichzeitigem Tschebyscheffverhalten des Reflexionsfaktors im Durchlaßbereich und deren Versteilerung der Dämpfungscharakteristik im Sperrbereich durch Schaltungsabschnitte überbrückende Kopplungen bewirkt wird. Damit können nichlminimaiphasige Filterschaltungen berechnet werden, deren Schaltelemente sich in ihren Werten nur wenig voneinander unterscheiden. Derartige Schaltungen sind daher besonders zweckmäßig, wenn für ihre Realisierung Abschnitte von Übertragungsleitungen — Leitungsresonatoren — verwendet werden müssen.

Das ältere Patent 22 14 252 hat ein Bandfilter für elektrische Schwingungen mit η, η ä 4 über Leitungselemente gekoppelten, Leitungscharakter aufweisenden Resonatoren zum Gegenstand, dessen Eingangsbetriebswiderstand zumindest in einem Sperrbcrcich — vom Durchlaßbereich aus betrachtet — bei einer vorgegebenen Frequenz ein Maximum durchläuft und daran anschließend dem Wert Null zustrebt und dessen Echodämpfung im Durchlaßbereich mehr als ein Maximum aufweist, bei dem in an sich bekannter Weise wenigstens zwei seiner Echodämpfungspole (11,11') durch entsprechende Bemessung der Filterelemente in die komplexe Frequenzebene

(po = ± Oa + jcüo)

gelegt sind, daß jedoch der Absolutwert des Realteiles (|öo|) dieser komplexen Echodämpfungspolstellen wenigstens dem /j-ten Teil der 3-dB-Bandbreite Bn des Filters entspricht und höchstens so groß ist, dcß drei benachbarte Betriebsdämpfungsmaxima im Durchlaßbereich des Filters gerade zu einem einzigen Betriebsdämpfungsmaximum zusammengelegt sind. Für das Filter nach Patent 22 14 252 sind gemäß den Ansprüchen 2 und 3 dieses Patents Ausgestaltungen vorgesehen, welche die bevorzugte Dimensionierung der Bandbreite B₁ seiner Endkreise bei der dämpfungsmäßig unverteilerten Ausführungsform und bei der Variante mit einer Reaktanzüberbrückung vom ersten zum letzten Resonator zum Ziel haben. Durch die in den Ansprüchen 2 und 3 des Patents 22 14 252 angeführten Bemessungsregeln wird lediglich eine untere Grenze für die zu wählende Endkreisbandbreite B\ mit quantitativen Angaben für die maximalen und minimalen Bandbreitewerte offenbart.

Bei der Erfindung wird von folgender
ausgegangen:

Ein Bandpaß vom Grade η hat normalerweise /7 Echodämpfungspole bzw. η — 1 Betriebsdämpfungsmaxima im Durchlaßbereich. Verschiebt man zwei benachbarte Echodämpfungspole zu komplexen Frequenzen hin — das ist gleichbedeutend mit dem Zusammenlegen von drei benachbarten Betriebsdämpfungswellen, im folgenden Dreiergruppe genannt, zu einer einzigen — so ίο nimmt in erster Linie die Bandbreite des Endkreises zu. Es hat sich gezeigt, daß die damit verbundene Abflachung der Sperrflanken unsymmetrisch vor sich geht, und zwar so, daß diejenige Flanke stärker geschwächt wird, zu der die ausgewählten Echodämpfungspole näi^r> her liegen. Auf diese Weise ist es möglich, die durch die Bandbreitenvergrößerung bedingten Sperrdämpfungsverluste dorthin zu konzentrieren, wo sie weniger schädlich sind.

Anhand der Abbildungen wird nachstehend die Erfin-JO dung noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Aufbau eines mechanischen Filters;

F i g. 2 Nullstcllenverteilungen in der komplexen Frequenzebene üblicher Filter;

F i g. 3 Nullstellenverteilungen in der komplexen Frequenzebene beim Filter nach Patent 22 14 252 und beim Filter nach der Erfindung;

F i g. 4 den Eingangsbelriebswiderstand bei einem Ausführungsbeispiel des Filters nach der Erfindung.
Als Beispiel für ein aus Leitungselementen bestehendes Filter ist in F i g. 1 ein mechanisches Filter dargestellt. Charakteristisch für solche Filter ist es, daß die einzelnen Filterelemente oder zumindest Teile der einzelnen Filterelemente nicht aus konzentrierten Schaltelementen, nämlich Spulen und Kondensatoren, bestehen, sondern aus Elementen, die Leitungscharakter aufweisen und deren physikalische Eigenschaften mit Hilfe der Lcitungstheorie festgelegt und berechnet werden können. Es gilt dies sowohl für die Resonatoren als auch für die Kopplungen zwischen den einzelnen Resonatoren.

Das in der I"ig. 1 dargestellte mechanische Filter besteht aus mehreren Resonatoren !,die über ein Koppelelement 2 mechanisch miteinander gekoppelt sind. Im Ausführungsbeispiel sind als Resonatoren Biegeresonatoren verwendet, was durch die mit 9 bezeichneten Schwingungsknoten kenntlich gemacht ist. In den Schwingungsknoten kann durch in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht näher dargestellte Elemente die so Halterung des Filters durch geeignete Halteelemente vorgenommen werden, die wiederum beispielsweise auf einer Grundplatte verankert sind. Die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Schwingungsenergie bzw. die Rückumwandlung der mechanischen Schwingungsenergie in elektrische Energie erfolgt an den mit 3 und 3' bezeichneten Endresonatoren. Hierzu sind diese Endresonatoren mit elektrostriktiv wirkenden Elementen 4 und 4' versehen, wofür vorzugsweise Piezokeramik verwendet wird. Die elektromechanibo sehen Wandlerelemente 4 und 4' sind in der üblichen Weise, beispielsweise durch eine Lötung, an den Endresonatoren befestigt und auf der den Endresonatoren 3 und 3' abgewandten Flächen mit einer dünnen Metallisierung versehen, an die eine der beiden elektrischen b^r> Zuführungsleiiungen herangeführt wird. Die zweite elektrische Zuführungsleitung liegt unmittelbar an den metall.sehen Resonatoren und es werden beispielsweise die niuzokeramischen Plättchen 4 und 4' mit einer in

Richtung der Längsachse des Filters, d. h. also mit einer in Richtung des Koppelelements 2 verlaufenden Vorpolarisation versehen. Legt man nun zwischen die Metallisierung 4 und den Resonator 3 eine elektrische Wechselspannung, dann wird dieser über den sogenannten Querkontraktionseffekt zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 10 angeregt, sofern seine Eigenresonanz zumindest näherungsweise mil der Frequenz, der angelegten Wechselspannung übereinstimmt. Diese Biegeschwingungen werden unter Einbeziehung der Resonatoren 1 über das Koppelelement 2 an den zweiten Endresonator 3' übertragen und dort in umgekehrter Weise über die Piezokeramik 4' in elektrische Schwingungen rückverwandelt.

Wie in F i g. 1 noch gestrichelt kenntlich gemacht ist, kann den elektromechanischen Wandlerclementen 4 und 4' noch je ein Kondensator 7 bzw. T parallel geschaltet sein, wodurch lediglich die statische Kapazität der Wandlerelemente 4 und 4' zusätzlich einstellbar ist. Gegebenenfalls kann durch Zuschalten der Spulen 8 bzw. 8' das einzelne Wandlerelement in Verbindung mit den eventuell vorhandenen Kondensatoren 7 bzw. T zu je einem Parallelresonanzkreis ergänzt werden. Diese Parallelresonanzkreise sind bei der Zählung der Anzahl oder Filterkreise mitzuberücksichtigen.

Im Ausführungsbeispiel von F i g. 1 ist ferner eine zusätzliche mechanische Überkopplung 6 zwischen den Resonatoren 3 und 3' vorgesehen, mit deren Hilfe ein Dämpfungspolpaar erzeugt wird.

Es müssen hierbei nicht zwingend die Resonatoren 3 und 3' zusätzlich verbunden werden und die Überbrükkung kann auch im Gegensatz zur gezeichneten gegenphasigen eine gleichphasige sein, wodurch anstelle der Dämpfungsversteilerung eine Phasenlinearisierung eintritt, sondern es kommt lediglich darauf an. nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren zusätzlich miteinander zu verkoppeln. Es können beliebig viele weitere Überbrückungen der geschilderten Art zusätzlich auftreten.

Anstelle einer mechanischen Überkopplung kann auch eine elektrische Übcrkopplung vorgesehen werden, die im Ausführungsbeispiel durch den gestrichelt eingezeichneten Kondensator 5 kenntlich gemacht ist, der zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangswandler liegt.

Wie einleitend bereits erwähnt, wird beim Entwurf von Filtern nach der Betriebsparametertheorie von der sogenannten charakteristischen Funktion ausgegangen und dabei als Frequenzvariable die sogenannte komplexe Frequenz ρ = a + j(o eingeführt, wobei ο der Realiei! und ja der Imaginärteil ist. Als charakteristische Merkmale eines Filters treten dabei die Nullstellen der sogenannten charakteristischen Funktion und die Nullstellen des Hurwitz-Polynoms in der komplexen Frequenzebene auf. Bei Filtern, die nach den üblichen, bekannten Entwurfsverfahren realisiert werden, bei Filtern also, die ohne Berücksichtigung einer speziellen Frequenzlage des Eingangsbetriebswiderstandes oder ohne spezielle Forderungen an die Bandbreite der Filterendkreise entworfen sind, liegen nun die Nullstellen der charakteristischen Funktion auf der jto-Achse, während die Nullstellen des Hurwitz-Polynoms in der linken p-Halbebene liegen. Diese Verteilung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei durch Punkte die Nullstellen der charakteristischen Funktion und durch Kreuze die Nullstellen des Hurwitz-Polynoms kenntlich gemacht sind. Wie F i g. 2 zu entnehmen ist. liegen die Nullstellen des Hurwitz-Polynoms auf einer Ortskurve, die eine Ellipse sehr ähnlich ist. und es ist die 3-dB-Bandbreite B» durch den Frequenzabstand auf der y<y-Achse bestimmt, der sich aus den Schnittpunkten dieser gedachten Ellipse mit der yVti-Achse ergibt. Die Nullstellen der charakteristischen Funktion bilden gleichzeitig die Anpassungsstellen im Durchlaßbercich, was gleichbedeutend ist mit Polstellen der Echodämpfung.

Fig. 3 zeigt nun im grundsätzlichen die Verteilung der Nullstellen der charakteristischen Funktion und des Hurwitz-Polynoms beim Filter nach Patent 22 14 252

ίο und beim Filter nach der Erfindung. Als Beispiel werden dabei die beiden Echodämpfungspole 11, 11' in an sich bekannter Weise so gelegt, daß sie bei nichtphysikalischen Frequenzen, d. h. also bei den komplexen Frequenzen

pil = ± Ou + JfOa

auftreten. Es ist dabei im vorliegenden Fall darauf zu achten, daß der Absolutwert \oo\ des Realteiles dieser komplexen Echodämpfungspolstelle einen solchen numenschen Wert aufweist, daß drei benachbarte Betriebsdämpfungsmaxima im Durchlaßbereich des Filters zu einem einzigen Betriebsdämpfungsmaximum vereinigt werden. Wie sich aus der Analyse eines derartigen Filters zeigen läßt, sind zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Filters wenigstens vier Resonatoren erforderlich.

Bei geeigneter Bemessung der Nullstellenverteilung nach Fig. 3 ergeben sich keine Verzerrungen des Tschebyscheff-Verhaltens der Betriebsdämpfungswelligkeit, die Zahl der Wellen ist lediglich um zwei niedriger als bei einem Filter nach F i g. 2. Die Maßnahme gestattet nun, bei vorgegebener Bandbreite, Durchlaßwelligkeit und Sperrflankensteilheit die Frequenzlage des Eingangsbetriebswiderstandsmaximums zu beein-•j.s flüssen oder die Bandbreite der Endkreise gezielt zu vergrößern.

Die Berechnung der Schaltelemente im einzelnen erfolgt dann nach an sich bekannten Methoden. Hierzu sei am Beispiel eines symmetrischen Filters noch auf folgendcs hingewiesen.

Die charakteristische Funktion K eines symmetrischen Filters mit der Kettenmatrix

ist eine Funktion der Filterelemente E„

2

Hierbei ist ν eine Zähl variable zwischen den Zahlen 1 und/n.
Bei einem Filter vom Grade η ist die charakteristische Funktion eine Parabel n-ten Grades, mithin durch m = π + 1 Merkmale (Kurvenpunkte, Extrema, Wendepunkte usw.) gekennzeichnet Mit sehr guter Näherung gilt dies auch für Filter aus Leitungsresonatoren, wenn die höheren Eigenfrequenzen weiiab liegen — dies ist in der Regel der Fall. Zur Realisierung einer charakteristischen Funktion mit m Merkmalen sind m voneinander unabhängige Filterelemente nötig. Das totale Differential der charakteristischen Funktion bezüglich der Elemente lautet

ν AL·

'& δΕ_ν

dE,

bzw. als Differenzengleichung
·< öK . „ , „

AK

SE,

Unter der Voraussetzung, dal.t das nichllineurc Rcsiglied R klein ist, stellen ΔΚ die Abweichung vom Sollverhalten und die JE,, die erforderlichen Elemcntändcrungen dar; die Empfindlichkeiten öKlöE,. werden durch Analyse bestimmt. Es werden m Gleichungen dieser Art benötigt, wobei z. B. K in der ersten und zweiten Gleichung als untere und obere Bandkante, in der dritten und vierten als Real- und Imaginärteil des komplexen Echodämpfungspoles und in den übrigen m —4 Gleichungen als Extremwert der charakteristischen Funktion interpretiert wird; das Verfahren konvergiert in der Regel nach wenigen Iterationen.

Zur Erläuterung des Einflusses der Zusammenlegung benachbarter Betriebsdämpfungsmaxima auf die Frequenzlage des Eingangsbetriebswiderstandsmaximums (W/Z)_max sollen die Daten des in der Beschreibung des Patents 22 14 252 behandelten Filters für einen Durchlaßbereich von 48,3 bis 51,4 kHz mit vierzehn Resonatoren dienen:

Zusammenlegung der	Lage von (W/Z)_m:n
ae-Wellengruppe
4- 6	51 700 Hz
5- 7	51 710Hz
6- 8	51 730 Hz
7- 9	51 800 Hz
8-10	51 930 Hz
9-11	52 100Hz

Unter as-Wellengruppe ist dabei die Anzahl der im Durchlaßbereich auftretenden Extrema zwischen den Anpassungsstellen zu verstehen. Die Größe (WIZ),_mx ist das anhand von Fig.4 noch erläuterte, auf einen Bezugswiderstand Z bezogene Eingangsbctriebswiderstandsmaximum.

Eine Feineinstellung des Impedanzmaximums ist — wie in der Beschreibung des Patents 22 14 252 bereits ausgeführt wird — durch eine Verstimmung der elektrischen Endkreise möglich, und zwar so, daß die Summe der Verstimmungen Null ergibt; die Verzerrungen des Übertragungsverhaltens sind dann minimal. Der mechanische Körper des Filters kann hierbei durchaus die fertigungstechnisch günstige Elementsymmetrie aufweisen.

Bei einem gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung entworfenen Versuchsfilter mit zehn mechanischen und zwei elektrischen Kreisen (Durchlaßbereich 48100... 51 700 Hz) ergab sich bei der erfindungsgemäßen Verbreiterung der Endkreise um ca. 15% folgendes Bild:

ae-Wellengruppe	AKIB_x	AaB(W 500)	Ja«(52 400)
2- 4	11%	-3,5 dB	-1,3 dB
4- 6	18%	-2,7 dB	-1,8 dB
5- 7	16%	-2,1 dB	-1,9 dB
6- 8	19%	-2,OdB	-2,8 dB
8-10	13%	-0.8 dB	-4.1 dB
Dabei bedeuten	AB IB	ι die relative Endkreisverbrei-

terung und dün die Sperrflankcnabschwächung bei den beiden signifikanten Frequenzen 47,5 und 52,4 kHz im unteren und oberen Sperrbereich.

Die oben geschilderte Maßnahme läßt sich dahingehencl nbwnmleln, diiU zwei oder mehr Ixhodiimpfiingspole /iisamiiieiigclegi werden, wobei eine mehrfache, jedoch reelle Nullslelle der charakteristischen Funktion entsteht.

Das im Vorstehenden beschriebene Filter nach der

ι» Erfindung verwendet man bevorzugt in solchen Anlagen, bei denen verhältnismäßig hohe Anforderungen an die Eigenschaften des Filters gestellt werden, so daß es also insbesondere für Filter in Trägerfrequenzanlagen in Frage kommt. Bekanntlich ist dort die Sprachband-

i^r> breite etwa 3 kHz. so daß für das beschriebene Filter Bandbreiten von mehr als 2 kHz besonders günstig sind. In Fig.4 ist der auf einen Bezugswiderstand, insbesondere den Abschlußwiderstand Z bezogene Eingangsscheinwiderstand WIZ in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Im Durchlaßbereich Dßdes Filters hat dieser bezogene Widerstand etwa den Wert 1 und zeigt näherungsweise Tschebyscheff-Verhalten. Durch den gestrichelt gezeichneten Linienabschnitt soll kenntlich gemacht werden, daß an sich Filter mit einer beliebigen Anzahl π von Filterresonatoren verwendet werden können, da bekanntlich die Zahl der im Durchlaßbereich DB auftretenden Maxima bzw. Minima von der Anzahl der verwendeten Resonanzkreise abhängen. Außerhalb des Durchlaßbereiches, nämlich bei einer

jo vorgebbaren Frequenz f_s hat der Eingangsscheinwiderstand WIZein Maximum und es ist nun dieses Maximum durch die Bemessungsvorschriften nach der Erfindung in verhältnismäßig weiten Frequenzgrenzen frei wählbar.

Gegenüber einem vergleichbaren mechanischen Filter, d. h. also einem Filter mit reinem Tschebyscheffschen Verhalten, das die gleiche Struktur, die gleiche 3-dB-Bandbreite, die gleiche mittlere Betriebsdämpfungswelligkcit und gleiche Dämpfungspollagen bei reeilen wie bei komplexen Frequenzen hat, dessen Echodämpfungspole jedoch ausnahmslos bei reellen Frequenzen liegen, zeigen die vorstehend beschriebenen Filter die folgenden Eigenschaften.
Es wird der Schaltungsgrad scheinbar um 2 erniedrigt.

die Bandbreite der Endkreis erhöht sich, es nimmt die Flankensteilheit entsprechend der Endkreisverbreiterung, jedoch nicht entsprechend der scheinbaren Graderniedrigung ab und die Flankenabflachung der Dämpfungsflanken erfolgt an der unteren und oberen Sperrkante unterschiedlich, und zwar wird diejenige Dämpfungsflanke mehr geschwächt, die der ausgewählten Dreiergruppe benachbarter Extrema näher liegt. Die genannten Maßnahmen gestatten es, einerseits das Betriebswiderstandsmaximum gezielt einzustellen und außerdem wird der Temperatureinfluß der mechanischen Wandlerelemente bzw. der ihnen zugeschalteten Resonanzkreise aus konzentrierten elektrischen Schaltelementen vermindert und trotzdem, fall keine strenge Forderung an die Frequenzlage des Betriebswider-Standsmaximums vorliegt, bei einer notwendigen Bandbreitenvergrößerung der Endkreise die Selektivitätsverluste in denjenigen Sperrbereich gelegt, in dem sie am wenigsten nachteilig sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Mechanisches Filter mit wenigstens vier Resonatoren, bei welchem die Endkreise aus elektromechanischen Wandlern bzw. aus den Wandlern zugeschalteten Resonanzkreisen aus konzentrierten elektrischen Schaltelementen bestehen und bei welchem Betriebsdämpfungspole bei reellen oder komplexen Frequenzen vorgeschrieben sind und bei welchem ferner im Durchlaßbereich mehr als ein Echodämpfungsmaximum vorgesehen ist und bei welchem die Reflexionsfaktorkurve im Durchlaßbereich annähernd geebnet ist und bei welchem die Frequenzlage des Maximums des Betriebswiderstandes im Sperrbereich vorgeschrieben ist und bei wekhem zur Beeinflussung der Frequenzlage des Betriebswiderstandsmaximums wenigstens ein Echodämpfungspolpaar in die komplexe Frequenzebene

po = ± Oo + jcoa

gelegt ist und bei welchem des weiteren der Absolutwert des Realteiles o₀ dieser komplexen Echodämpfungspolstellen einen solchen numerischen Wert aufweist, daß drei benachbarte Betriebsdämpfungsmaxima im Durchlaßbereich des Filters zu einem einzigen Betriebsdämpfungsmaximum zusammengelegt sind und bei welchem der Imaginärteil dieses Echodämpfungspolpaares im Durchlaßbereich des Filters liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite Bi seiner Endkreise (3,4; 3', 4' bzw. 4, 7,8; 4', T, 8') um zumindest 10% und höchstens um 100% größer ist als die Endkriesbandbreite eines vergleichbaren mechanischen Filters mit gleicher Struktur, gleicher 3-dB-Bandbreite, gleicher mittlerer Betriebsdämpfungswelligkeit und gleichen Dämpfungspollagen bei reellen wie bei komplexen Frequenzen, dessen Echodämpfungspolc jedoch ausnahmslos bei reellen Frequenzen liegen.