DE2444419C3 - Filter arrangement with at least two electromechanical filters arranged on a base plate - Google Patents
Filter arrangement with at least two electromechanical filters arranged on a base plateInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung mit wenigstens zwei auf einer Grundplatte angeordneten elektromechanischen Filtern, deren parallel zueinander angeordneten Resonatoren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, über ein mechanisches Koppelorgan zu einer mechanischen mehrkreisigen Filtcrschaltung zusammengefügt sind und die mit den freien Enden von in neutralen Bereichen angreifenden, als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildeten Halteorganen mittels eines in die Vertiefungen der Grundplatte eingebrachten Füllmaterials verankert sind.The invention relates to a filter arrangement with at least two electromechanical filters arranged on a base plate, their parallel to one another arranged resonators, in particular of the flexural vibration type, via a mechanical coupling element are joined together to form a mechanical multi-circuit filter circuit with the free ends of Holding organs designed as metal pins of very low thickness attacking in neutral areas are anchored by means of a filler material introduced into the depressions in the base plate.
Mechanische Filter werden wegen ihrer Vorteile, die sie in dem für sie geeigneten Frequenzbereich hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften und des geringen Raumbedarfs gegenüber herkömmlich aufgebauten Filtern mit konzentrierten Schaltelementen aufweisen, vielfach zur Lösung unterschiedlicher Aufgaben der Filtertechnik verwendet.Mechanical filters are popular because of their advantages, that they are in the frequency range suitable for them with regard to the electrical properties and the small space requirement compared to conventionally constructed Have filters with concentrated switching elements, often to solve different tasks the filter technology used.
Beim Aufbau von mechanischen Filteranordnungen stellt sich dabei die Aufgabe, die einzelnen miteinander gekoppelten Resonatoren jedes Filters so zu haltern, daß sich ein stabiler, gegen äußere Erschütterungen unempfindlicher Aufbau ergibt, und daß die Resonatoren durch die Haltevorrichtung nicht zu stark gedämpft werden, was sich in einer Beeinträchtigung der Schwinggüte auswirkt. Außerdem wird gefordert, daß die die Resonatoren verbindenden Koppelelemente auch dann noch möglichst verspannungsfrei mit den Resonatoren verbunden sind, wenn die Verbindung der Resonatoren und der Koppelelemente schon vor dem Aufbau des Filtersystems auf eine tragende Grundplatte erfolgt.When constructing mechanical filter arrangements, the task arises to interrelate the individual The coupled resonators of each filter are to be held in such a way that they are more stable against external vibrations insensitive structure results, and that the resonators are not attenuated too much by the holding device which results in an impairment of the vibration quality. It is also required that the coupling elements connecting the resonators then still with as little tension as possible with the Resonators are connected when the connection of the resonators and the coupling elements is done before The filter system is built on a supporting base plate.
Derartige Filter sind in der schweizerischen Patentschrift 4 91545 beschrieben. Bei ihnen wird die spannungsfreie Verbindung der Koppeleiemente mit den Resonatoren dadurch erreicht, daß in der Grundplatte wenigstens eine nutfönnige Vertiefung vorgesehen ist, in der die stiftförmigen llalteorgane mit ihren freien Enden mittels einer Lötmasse oder Gußmasse verankert sind.Such filters are described in Swiss Patent 4,91545. With them the stress-free connection of the coupling elements with the resonators achieved in that in the Base plate at least one groove-shaped recess is provided in which the pin-shaped llalteorgane with their free ends are anchored by means of a soldering compound or casting compound.
Sind mehrere mechanische Filter innerhalb einer Schaltungseinheit vorgesehen, so ergibt sich durch die häufig auftretende Forderung nach kleinen Abmessungen und bestimmten elektrischen Werten oft die Notwendigkeit, die einzelnen Filter eng benachbart auf einer Grundplatte aufzubringen.If several mechanical filters are provided within a circuit unit, the result is frequent demand for small dimensions and certain electrical values, often the Necessity to apply the individual filters close together on a base plate.
Da ein völlig schwingungsfreies Anbringen der Halleorgane der mechanischen Schwinger nur schwer möglich ist. kann hierbei ein Teil der Schwingungsenergie eines ersten Filters über die Halteorgane und die Grundplatte in ein zweites Filter gelangen und dort zu Beeinflussungen der ankommenden bzw. abgehenden Signalzeichen führen.Since a completely vibration-free attachment of the hall organs of the mechanical oscillator is difficult is possible. can this part of the vibration energy of a first filter on the holding members and the Baseplate get into a second filter and there to influence the incoming or outgoing Lead signal signs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Filteranordnung mit wenigstens zwei auf einer Grundplatte angeordneten elektromechanischen Filtern einen wirtschaftlichen Aufbau anzugeben, bei dem die oben beschriebenen erwünschten konstruktiven Eigenschaften de Einzelfilter erhalten bleiben und gleichzeitig die Nachteile der unerwünschten Verkopplung der Filter vermieden wird.The invention is based on the object for a filter arrangement with at least two on a base plate arranged electromechanical filters indicate an economical structure in which the above Described desired structural properties de individual filters are retained and at the same time the Disadvantages of the undesired coupling of the filter is avoided.
Ausgehend von einer Filieranordnung mit wenigstens zwei auf einer Grundplatte angeordneten elektromechanischen Filtern, deren parallel zueinander angeordneten Resonatoren, insbesondere vom Biegeschwingungstyp, über ein mechanisches Koppelorgan zu einer mechanischen mehrkreisigen Filterschaltung zusammengefügt sind und die mit den freien Enden von in neutralen Bereichen angreifenden, als Metallstifte sehr geringer Stärke ausgebildeten Halteorganen mittels eines in die Vertiefungen der GrundpSatte eingebrachten Füllmatcrials verankert sind, wird diese Aulgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Grundplatte aus Kunststoff besteht, in deren Vertiefungen als Füllmaterial ein nach dem Aushärten elastisch bleibendes und einen größeren mechanischen Dampfungsfaktor als das Grundplattenmatcnal aufweisendes Gießharz eingegossen ist.Starting from a filleting arrangement with at least two electromechanical ones arranged on a base plate Filters whose resonators arranged parallel to one another, in particular of the flexural vibration type, Combined via a mechanical coupling element to form a mechanical multi-circuit filter circuit are and those with the free ends of attacking in neutral areas, as metal pins very low-strength holding organs by means of an inserted into the recesses of the base plate Füllmatcrials are anchored, this Aulgabe is achieved according to the invention in that the base plate consists of plastic, in the depressions of which a filler material that remains elastic after hardening is used and cast resin having a greater mechanical damping factor than the base plate material is poured.
Eine sowohl wirtschaftlich als auch fertigungstechnisch günstige und bezüglich der Schwingungsdämpfung besonders geeignete Materialkombination ergibt ein auf Polyurethan- oder Epoxidharzbasis beruhendes Gießharz als Füllmaterial und glasfaserverstärktes Polykarbonat als Material für die Grundplatte.Economically and technically favorable in terms of production and vibration damping A particularly suitable combination of materials results in a cast resin based on polyurethane or epoxy resin as filling material and glass fiber reinforced polycarbonate as material for the base plate.
Durch die Verwendung von Kunststoffen als Werkstoff für die Grundplatte ergibc sich außerdem der Vorteil, daß die Zuführungsdrähte für die Zuführung bzw. Abnahme der elektromagnetischen Energie nicht als isolierte Durchführungen ausgebildet sein müssen, wie dies sonst üblich ist.The use of plastics as the material for the base plate also results in the Advantage that the lead wires for the supply or removal of the electromagnetic energy are not must be designed as isolated bushings, as is otherwise customary.
im folgenden wird die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Alisführungsbeispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigtIn the following the invention will be explained with reference to the examples shown in the drawing explained in more detail. In the drawing shows
Fig. 1 eine Filteranordnung mit zwei auf einer Grundplatte angeordneten mechanischen Filtern mit einem Teil-Längsschnitt,1 shows a filter arrangement with two mechanical filters arranged on a base plate a partial longitudinal section,
Fig. 2 eine Filteranordnung mit zwei räumlich voneinander getrennt auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordneten mechanischen Filtern.2 shows a filter arrangement with two spatially separated from one another on a common printed circuit board arranged mechanical filters.
Die dargestellte Filteranordnung bestehl im Beispiel nach Fig. 1 aus zwei mechanischen Filtern FI, F2, dieIn the example of FIG. 1, the illustrated filter arrangement consists of two mechanical filters FI, F2, which
auf einer aus glasfaserverstärktem Polykarbonat bestehenden gemeinsamen Grundplatte I angeordnet sind. Die Filter Fl und F2 enthalten je zwei mechanische Resonatoren 2 vorn Biegeschwingungstyp. Dabei ist jeweils einer der beiden mechanischen Resonatoren 2 zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische Schwingungen, der andere zur Umwandlung der auf ihn über zwei Koppeldrähte 3, 3' gekoppelten mechanischen Schwingungen in elektrische Schwingungen vorgesehen. Diese Koppeldiähie 3, 3' sind vorzugsweise in Bereichen großer .Schwingungsamplitude, im Ausführungsbeispiel nahe dem Resonatorenende, angebracht. Die Resonatoren 2 sind als zylindrische Metallstäbe ausgebildet, die mit in ihrer Ebene parallel zur Stabachse verlaufende Abflachungen versehen sind. Diese Abflachungen sind parallel zu der von der Grundplatte I gebildeten Hbene ausgerichtet.on one made of glass fiber reinforced polycarbonate common base plate I are arranged. The filters F1 and F2 each contain two mechanical ones Resonators 2 front bending vibration type. One of the two mechanical resonators is in each case 2 to convert electrical vibrations into mechanical vibrations, the other to convert the Mechanical vibrations coupled to it via two coupling wires 3, 3 'into electrical vibrations intended. These coupling wires are 3, 3 ' preferably in areas of large oscillation amplitude, in the exemplary embodiment near the end of the resonator, appropriate. The resonators 2 are designed as cylindrical metal rods which are parallel in their plane flattened areas that run to the rod axis are provided. These flats are parallel to that of the Base plate I formed level aligned.
Die SchwingungSiinregung bzw. die Schwingungsabnahme erfolgt durch aus elekirosuiktivem Material bestehenden Plättchen 4, die an den Abflachungen der Resonatoren 2 befestigt sind und die an der dem Resonator abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen sind, mit der ein zu einem durch die Grundplatte 1 eingespritzten Zuführungsdrahts führender dünner Draht verbunden ist. Ein weiterer Anschlußdraht ist mit einem Halteorgan 6 verbunden Lind führt zu einem als Durchführung der Grundplatte 1 ausgebildeten Anschlußstift 7. Bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung zwischen dem Zuführungsdraht 5 und dem Anschlußstift 7 eines der Resonatoren 2 wird dieser durch die entstehenden Dehnungen und Verkürzungen des aus elektrostriktivem Material bestehenden Platt chens 4 über den sogenannten Querkontraktionseffekt zu Biegeschwingungen angeregt, wenn seine Biegeeigenfrequenz mit der Frequenz der angelegten Wechselspannung zumindest näherungsweise übereinstimmt. Diese Biegebewegung wird über die Koppeldrähte 3 auf den benachbarten Resonator 2 übertragen, der somit ebenfalls Biegeschwingungen ausführt. Infolge dieser Biegeschwingungen entsteht, wegen der piezoelektrisehen Wirkung des Plattchens 4, zwischen der dem Resonator abgewandten Metallisierung und dem Resonator 2 eine Wechselspannung, die zwischen dem Zuführungsdraht 5' und dem Anschlubstift 7' abgenommen werden kann.The vibration excitation or the vibration decrease takes place by consisting of elekirosuiktivem material plate 4, which is attached to the flats of the Resonators 2 are attached and those on the side facing away from the resonator with a metallization are provided with a leading to a feed wire injected through the base plate 1 thin wire is connected. Another connecting wire is connected to a holding member 6 and leads to one designed as a passage of the base plate 1 terminal pin 7. When applying an electrical AC voltage between the lead wire 5 and the connecting pin 7 of one of the resonators 2 becomes this by the resulting expansions and contractions of the plate made of electrostrictive material chens 4 excited to bending vibrations via the so-called transverse contraction effect when its natural bending frequency coincides at least approximately with the frequency of the applied alternating voltage. This bending movement is transmitted via the coupling wires 3 to the neighboring resonator 2, which thus also performs bending vibrations. As a result of these bending vibrations arises, because of the piezoelectric Effect of the plate 4, between the metallization facing away from the resonator and the Resonator 2 an alternating voltage, which is taken between the lead wire 5 'and the connecting pin 7' can be.
Zur Halterung sind für jeden Resonator 2 zwei kurze, abgewinkelte Metallstifte 6 sehr geringer Starke vorgesehen, die an ihrem einen Ende jeweils in einem Schwingungsknoten des Resonators 2 befestigt sind und die an ihrem anderen Ende in einem Füllmaterial 9 verankert sind, das in eine Vertiefung 8 der Grundplatte 1 eingebracht ist. Beim Ausl'ühriingsbeispiel nach F i g. 1 ist als Füllmaterial ein auf Epoxidharzbasis beruhendes Gießharz gewühlt, das sich beim Aushärten mit den Halteorganen 6 der Resonatoren und mit dem Grundplattenmaterial gut verbindet und nach dem Aushärten elastisch bleibt. Im Ausführungsbeispiel besteht die Gießharzmasse aus einem Epoxidharz auf Bisphenol Α-Basis mit einem Epoxidvvcrt von 0,55, aus Methylhexahydrophthalsäureanhydrid, aus Dimethylbenzylamin und aus einem aus Hexahydrophthalsäureanhydrid und Rizinusöl hergestellten sauren Ester.For holding each resonator 2 two short, angled metal pins 6 are very thin provided, which are each fastened at one end in a vibration node of the resonator 2 and which are anchored at their other end in a filler material 9, which is in a recess 8 of the base plate 1 is introduced. In the Ausl'ühriingsbeispiel according to Fig. 1 is an epoxy resin-based filler material Cast resin rooted in the hardening process with the holding members 6 of the resonators and with the Base plate material bonds well and remains elastic after curing. In the exemplary embodiment the cast resin compound consists of an epoxy resin based on bisphenol Α with an epoxy resin of 0.55 Methylhexahydrophthalic anhydride, from dimethylbenzylamine and one from hexahydrophthalic anhydride and castor oil produced acidic esters.
Die gute Verbindung zwischen dem Gießharzformston und der Grundplatte wird insbesondere durch die mikroskopisch rauhe Oberflächenstruktur des glasfaserverstärkten Polykarbonats erreicht, daß außerdem weitere Vorzüge, wie eine relativ hohe mechanische Festigkeit, eine gute Temperaturbelastbarkeit und ausreichende Verzugsarrnut aufweist.The good connection between the cast resin molded clay and the base plate is achieved in particular by the The microscopically rough surface structure of the glass fiber reinforced polycarbonate achieves that as well further advantages, such as a relatively high mechanical strength, good temperature resistance and has sufficient warpage arrest.
Ausschlaggebend für die Auswahl der in den Ausführungsbeispielen angegebenen Materialien ist die Forderung eines größeren mechanischen Dämpfungsfaktors des Füllmaterials gegenüber dem Grundplattenmaterial. Auf Cj rund des höheren mechanischen Dämpfungsfaktors des Gießharzes werden die in den 1 lalteorganen 6 auftretenden mechanischen Schwingungen schon so stark gedämpft, daß die Grundplatte 1 nur einen kleinen Teil der Schwingungsenergie aufnimmt. Durch die nachfolgende Dämpfung in der Grundplatte 1 und im Füllmaterial der zum benachbarten Filter gehörigen Vertiefung 8 ist der zum Nachbarfilter übertragene Res! der Schwingungsenergie des ersten Filters praktisch vernachlässigbar klein. Die so erreichte Entkopplung ermöglicht es selbst Filter stark unterschiedlicher Schwingungsenergie, wie /.. B. Signalempfangstilter und Signalsendefilter, eng benachbart auf einer gemeinsamen Grundplatte anzuordnen, ohne daß eine störende Beeinflussung der ankommenden Signalzeichen durch das Signalsendefilter auftritt. Analog gelten diese Überlegungen auch für solche Anordnungen, bei denen mehr als zwei Teilfilter auf einer Grundplatte angeordnet sind.The decisive factor for the selection of the materials specified in the exemplary embodiments is the Requirement of a larger mechanical damping factor of the filling material compared to the base plate material. On Cj around the higher mechanical damping factor of the cast resin, the in the 1 lalteorganen 6 occurring mechanical vibrations already damped so much that the base plate 1 only absorbs a small part of the vibration energy. Due to the subsequent damping in the base plate 1 and in the filling material of the recess 8 belonging to the neighboring filter is that of the neighboring filter transferred Res! the vibration energy of the first filter is practically negligibly small. The so achieved Decoupling enables even filters with very different vibrational energies, such as / .. B. signal reception filters and signal transmission filters to be arranged in close proximity on a common base plate without the incoming signal characters are interfered with by the signal transmission filter. Analogue These considerations also apply to such arrangements, in which more than two sub-filters are arranged on a base plate.
Bei der in F i g. 2 dargestellten Filteranordnung sind die Filter Fi und F2 der Filteranordnung nach Fig. 1 einschließlich der ihnen zugeordneten Teilbereiche la und \b der Grundplatte f räumlich voneinander getrennt auf einer gemeinsamen Leiterplatte 10 angeordnet. Die den einzelnen Filtern zugeordneten Teilbereiche Ia und \bder Grundplatte 1 sind durch den in F i g. 1 angegebenen Schnitt A-A' festgelegt. Die räumlich getrennte Anordnung, bei der die einzelnen Filter F\ und F2 der F i g. 2 außerdem mit einer zusätzlichen Abschirmhaube 10 versehen sind, ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es erforderlich ist, die durch die eng benachbarte Anordnung der Filter in F i g. 1 entstehenden elektrischen Kopplungen zwischen den Filtern weitgehend zu vermeiden. Darüber hinaus ist es bei dieser Anordnung möglich, die Länge der Zuleitungen zu den Filtern ausreichend kurz zu halten, so daß sich selbst für unterschiedliche Schaltungen immer eine optimale Schaltungsanordnung auf der gemeinsamen Leiterplatte ergibt.In the case of the FIG. Filter arrangement shown 2, the filters Fi and F2 of the filter assembly of FIG. 1 including their associated portions la and \ b of the base plate f spatially separated from each other on a common circuit board 10 is arranged. The subregions Ia and \ b of the base plate 1 assigned to the individual filters are characterized by the in FIG. 1 specified section AA ' . The spatially separated arrangement in which the individual filters F \ and F2 of FIG. 2 are also provided with an additional shielding hood 10, is particularly advantageous when it is necessary to prevent the filters in FIG. 1 largely to avoid electrical couplings between the filters. In addition, with this arrangement it is possible to keep the length of the supply lines to the filters sufficiently short so that there is always an optimal circuit arrangement on the common circuit board even for different circuits.
Beim Ausfühnmgsbeispiel nach F i g. 2 sind Füllmaterial und Grundplattenmaterial übereinstimmend wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 gewählt. Dadurch ergibt sich ein zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 analoger Mechanismus der Schwingungsdämpfung, bei dem jedoch die gemeinsame Leiterplatte als zusätzliches Dämpfungsglied mit einbezogen ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 2 are filler material and base plate material in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 elected. Through this the result is a for the exemplary embodiment according to FIG. 1 analog mechanism of vibration damping, at However, the common circuit board is included as an additional attenuator.
Entsprechend den jeweiligen Anforderungen kann die Anordnung nach F i g. 2 mit der von F i g. I zusammengefaßt oder zu einer Anordnung mit mehre-1 en Filtern auf einer gemeinsamen Leiterplatte erweitert werden.According to the respective requirements, the arrangement according to FIG. 2 with that of FIG. I. combined or expanded to an arrangement with several filters on a common circuit board will.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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