DE2704004A1

DE2704004A1 - Verbesserung einer filterkette

Info

Publication number: DE2704004A1
Application number: DE19772704004
Authority: DE
Inventors: Jan Adrianus Bezemer; Herman Rudolf Cornelis Tromp
Original assignee: Nederlanden Staat
Current assignee: Nederlanden Staat
Priority date: 1976-02-04
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1977-08-11
Also published as: GB1541397A; DE2704004C2; US4127833A; FR2340647B2; FR2340647A2; NL178928C; JPS6219090B2; SE7701068L; NL7601124A; JPS5295140A; NL178928B; SE418441B

Description

DR. FRIEDRICH E.MAYER 7530 pforzheim

DIPL-INC. A. PANTENBURC · westliche 24

KAl(Ll TIIIPATINT PPOIIZHIIM PATENTANWÄLTE tuvon .0 r* au 1 ■««o

BESCHREIBUNG

zur Patentanmeldung '

De Staat der Nederlanden, te dezen vertegenwoordigd door de directeur-generaal der Posterijen, Telegrafie en Telefonie, Den Haag (Niederlande).

betreffend: Verbesserung einer Filterkette.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Filterkette nach der deutschen Patentanmeldung Nr. P 25 44- 403.0 fur das Durchlassen eines Frequenzbands, bestehend aus einer Anzahl Filterglieder aus Quarz oder einem anderen hochwertigen piezoelektrischen Material, die in der Art des Dickenscherungsmodus schwingen, elektrisch miteinander gekoppelt sind und sämtlich je zwei im wesentlichen akustisch gekoppelte Resonatoren haben, wobei die Filterkette aus einer oder mehreren Filtereinheiten besteht, die je zwei elektrisch gekoppelte Filterglieder mit mindestens 1 gleichen Resonanzfrequenz haben, und der akustische Kopplungsfaktor innerhalb einer Filtereinheit im Vergleich zu dem elektrischen Kopplungsfaktor sehr gross ist.

Bei einem derartigen Schmalbandfilter ist es schwierig, die Frequenz-Stabilität zu wahren. Um zu einer hohen Frequenzstabilität und einem hohen Gütefaktor Q zu gelangen, benutzt man nach bekannten Methoden ein Oberwellenfilter. Die damit erzielten Resultate genügen hinsichtlich der ' Frequenzstabilität voll und ganz den zu stellenden Anforderungen, eine Schwierigkeit bleibt aber die Verringerung des Frequenzabstands zwischen der Resonanz- und der Ant!resonanzfrequenz, wodurch unerwünschte Frequenzen su

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dicht bei dem Gebiet des Durchlassbands zu liegen kommen. Um den Abstand zwischen Resonanz- und Antiresonanzfrequenz zu vergrössern, muss der akustische Kopplungsfaktor merkbar vergrössert werden. Vorgeschlagen wurde, zu diesem Zweck relativ dünne Elektroden zu benutzen und den Abstand zwischen den Elektroden sehr klein zu halten. Obwohl diese Massnahmen tatsächlich eine gewisse Wirkung haben, kann einerseits die akustische Kopplung nicht so stark vergrössert werden, dass von einer merkbaren Verbesserung des Frequenzabstands zwischen Resonanz- und Antiresonanzfrequenz die Rede ist, und andererseits ist die Reproduzierbarkeit derartiger Filterglieder sehr gering.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der akustische Kopplungsfaktor innerhalb eines Filterglieds merkbar dadurch vergrössert werden kann, dass man in einem derartigen Filterglied mit Linsenwirkung arbeitet. Zu * diesem Zweck kennzeichnet sich die Filterkette nach der Erfindung dadurch, dass sie ein oder mehrere Filterglieder hat, die auf mindestens einer Seite konvex sind. Dadurch haben die Filterglieder in der Filterkette nach der Erfindung einen betrachtlich besseren akustischen Kopplungsfaktor und damit einen grosseren Frequenzabstand zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz als planparallele Filterglieder.

Es stellt sich heraus, dass innerhalb bestimmter Grenzen der Frequenzabstand zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz der Filterglieder nach der Erfindung von der gewählten Oberwelle nahezu unabhängig ist. Überdies besitzt das Filter nach der Erfindung einen sehr hohen Gütefaktor Q.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Darin stellt vor:

Fig. 1 die Vorzugsausführung eines Filterglieds oder Duals nach der

Erfindung,

Fig. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Duals nach Fig. 1, Fig. 3 ein Schaubild, in dem auf der X-Achse die Ordnungszahlen der Harmonischen, d.h. die Oberwellennummern, und auf der Y-Achse der Frequenzabstand zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz eines Filtergliedes nach Fig. 1 angegeben sind, wobei als Parameter der Krummungsstrahl der Oberseite eines an der Unterseite flachen Filterglieds mit einer Grundwelle von 2 MHz dient, und

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Fig. 4 die Durchlasskurve eines Filterglieds nach der Erfindung.

Die Vorzugsausführung eines Filterglieds nach der Erfindung ist in Fig. l,a im Querschnitt und in Fig. l,b in Draufsicht dargestellt. Ein solches Filterglied bzw. ein solcher Dual besteht aus einem runden Plättchen 1 aus Quarz, das an der Unterseite flach und an der Oberseite konvex geschliffen ist. Auf die Oberseite sind die Elektroden 2 und 3, auf die Unterseite ist die gemeinsame Elektrode 4 aufgedampft. Damit werden der Eingangsresonator durch die Elektroden 2 und 4 und der Ausgangsresonator durch die Elektroden 3 und 4 gebildet.

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Duals nach Fig. 1. Hier ist der Eingangsresonator durch C_, L. en C., verbunden mit den Anschlüssen 5 und 6, dargestellt; der Ausgangsresonator durch C., L. und C-, verbunden mit den Anschlüssen 7 und 6. Eine akustische Kopplung zwischen ' Eingangs- und Ausgangsresonator ist elektrisch mit dem mit einer gestrichelten Linie umgebenen T-Netzwerk dargestellt, das sich aus den Kapazitäten -Ο.», Cj₂, "Cj₂ zusammensetζt.

Wie in der Hauptanmeldung bereits beschrieben, gilt für den Frequenzabstand B zwischen der Resonanz- und der Antiresonanzfrequenz, dass

B = ■—- ist. (1)

^C12
C. (s. auch Fig. 4)

Daraus ist abzuleiten, dass der Frequenzabstand B bei einer gegebenen

·· C

Mittenfrequenz f_n so gross wie möglich ist, wenn der Quotient 12 minimal ist.

Es ist bekannt, dass C= l/m und C.=l/m, wobei m die Oberwellennummer ist. Daraus ergibt sich, dass der Quotient 12 durch Verwendung eines Oberwellen-

^Cl filters ungünstig beeinflusst wird. Da C. durch die Filterdaten bestimmt wird und C.„ keine andere Bedeutung als die einer Rechengrösse zuerkennt werden darf, erscheint es zweckdienlich, den Frequenzabstand B auf eine andere Art und Weise auszudrücken.

Anhand der allgemeinen Filtertheorie kann nachgewiesen werden, dass für den akustischen Koppelfaktor k gilt:

k«-!- (2)

^C12

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Mit Hilfe von (1) und (2) kann nunmehr der Zusammenhang zwischen dem Frequenzabstand B und dem akustischen Koppelfaktor k wie folgt dargestellt werden:

B = k χ f (3)

Aus (3) ist aubzuleiten, dass der Frequenzabstand B bei einem maximalen Koppelfaktor k maximal ist. Nach der Erfinding wird dieser Koppelfaktor k nun dadurch vergrössert, dass der Dual mindestens auf einer Seite konvexer geschliffen wird als auf der anderen Seite. Anzunehmen ist, dass sich die akustische Kopplung durch die Linsenwirkung steigert.

Fig. 3 ist ein Schaubild, in dem der Zusammenhang zwischen dem Frequenzabstand B und den Oberwellennummern 3, 5 und 7 entsprechend 6, 10 bzw. 14 MHz für verschiedene Krümmungsstrahlen eines Filterglieds mit einer Grundwelle von 2 MHz dargestellt wird, wobei der Krümmungsstrahl eines planparallelen Filterglieds mit r = » bezeichnet ist. Deutlich ersichtlich ist, dass in dem * gleichen Mass, in dem der Krümmungsstrahl kleiner wird, der Frequenzabstand B grosser ist, wobei überdies die Oberwellennuramer bei dem Dual nach der Erfindung nahezu keinen Einfluss auf den Frequenzabstand mehr hat. Bei der VJahl einer höheren Oberwellenhumraer wird allerdings die relative Bandbreite -=— der

ο Durchlas sba'nder Af. und Af „ innerhalb bestimmter Grenzen zunehmen, während

die Interresonanzdampfung I (s. Fig. 4), auch durch Nebensprechen zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsresonator, abnimmt.

Bei einer Vorzugsausführung eines Duals nach der Erfindung mit einer flachen Unter- und einer konvex geschliffenen Oberseite mit einem Krümmungsstrahl von 600 mm wurden für die Grossen B, I, Af., Af« und

rrs bei verschiedenen gegebenen Werten des

gern (= durchschnittlich)

Abschlusswiderstands R , die folgenden Werte gefunden:

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Oberwellen- nummer m	f O in MHz	^Rafs in Ohm	B in kHz	I in dB	^Afl in Hz	^Δ£2 in Hz	f O	gem	IO⁴
3	6	50	39,4	45	26	. 34	Af		io⁴
		250	39,4	42	56	60	20		10^A
		500	39,4	48	88	100	10	,4	io⁴
5	10	50	42,4	42	31	30	6	,3	io⁴
		250	42,3	38	48	56	33	,8	IO⁴
		500	42,4	34	68	84	23	,2	io⁴
7	14	50	39,4	30	40	52	13		IO⁴
		250	39,4	27	56	64	30	,3	io⁴
		500	39,4	26	56	75	23	,2	io⁴
9	18	50	39,8	24	75	70	21		ΙΟ⁴
		250	39,7	23	84	120	25	,6	io⁴
		500	39,8	22	100	120	17:	,4
16,

Für die Konstruktion eines Filters mit einem sehr schmalen Band nach der Hauptanmeldung müssen Af und Af _ in jedem Fall kleiner sein als die ■ verlangte Filterbandbreite, und die Interresonanzdampfung hat zum Zweck einer optimalen Flankensteilheit so gross wie möglich zu sein.

Aus der vorstehenden Tabelle erhellt, dass - obwohl die Oberwellennummer einen nur sehr geringen Einfluss auf den Frequenzabstand B hat die Wahl einer zu hohen Oberwellennumiuer die Breite der Durchlassbänder Af. und Af sowie die Interresonanzdampfung I und dadurch die Flankensteilheit de schliesslichen Filters nachteilig beeinflussen kann. Die Filtergüte Q,

f
ausgedruckt mit Q= -— , ist bei der 5. Oberwelle optimal und kann sogar

bis IO steigen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Verbesserung einer Filterkette für das Durchlassen eines Frequenzbands, bestehend aus einer Anzahl Filterglieder aus Quarz oder einem anderen hochwertigen piezoelektrischen Material, die in der Art des Dickenscherungsmodus schwingen, elektrisch miteinander gekoppelt sind und sämtlich je zwei im wesentlichen akustisch gekoppelte Resonatoren haben, wobei die Filterkette aus einer oder mehreren Filtereinheiten besteht, die je zwei elektrisch gekoppelte Filterglieder mit mindestens 1 gleichen Resonanzfrequenz haben, und der akustische Kopplungsfaktor innerhalb einer Filtereinheit im Vergleich zu dem elektrischen Kopplungsfaktor sehr gross ist. Die Verbesserung besteht darin, dass die Filterkette aus einem oder mehreren Filtergliedern besteht, die auf mindestens einer Seite konvex sind.

2. Filterkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Filterglieder die Form einer Scheibe haben und auf der einen Seite flach und auf der gegenüberliegenden Seite konvex sind.

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ORIGINAL INSPECTED