DE2818053A1 - Elektromechanisches bandfilter - Google Patents

Description

75016 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: L 1056

Elektromechanisch ties Bandfilter

Die Erfindung betrifft elektromechanische Filter, deren Kennlinie zwei oder mehr reelle oder komplexe Pole aufweist. Es ist insbesondere aus dem Aufsatz von R.A. Johnson in den Berichten über das "Symposium on Circuits and Systems", Newton, April 1975, veranstaltet vom "Institute of Electrical and Electronic Engineers", bekannt, Pole in der Übertragungskennlinxe dadurch zu erzeugen, daß zwischen nicht nebeneinanderliegenden Stäben Hilfskoppler angeordnet werden, die nachfolgend mit dem Ausdruck Brücke bezeichnet werden sollen. Die Untersuchungen, mit denen sich die zuvor erwähnte Veröffentlichung befaßt, haben zu den folgenden Ergebnissen geführt:

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Anzahl der Stäbe	Mechanische Länge	Pole in der Nähe des
zwischen den	der Brücke	Durchlaßbandes
Enden der Brücke
2n	3λ/4 + ρλ	1 Pol auf jeder Seite
		des Durchlaßbandes
2n	λ/4 + ρλ	Phasenkorrekturglied
		(2 konjugiert komplexe
		Pole)
2n - 1	3λ/4 + ρλ	1 Pol bei einer unter
		dem Band liegenden
		Frequenz
2n - 1	λ/4 + ρλ	1 Pol bei einer über
		dem Band liegenden
		Frequenz

Darin sind

n: eine von Null verschiedene positive ganze Zahl; b: eine positive ganze Zahl oder Null;

λ: die Wellenlänge bei der Mittenfrequenz des Filters in der für die Brücke gewählten Schwingungsform.

Wie bereits in der älteren Patentanmeldung P 27 58 908.8 beschrieben worden ist, verursacht die Brücke im Durchlaßband Änderungen der übertragungsfunktion, die sich in Amplitudenänderungen ijn Durchlaßband und in unerwünschten Veränderungen der Phasenkennlinie des Filters äußern. In dieser Patentanineldang ist ferner angegeben worden, daß die Verzerrungen verringert werden, wenn die Anzahl der

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überbrückten Stäbe zunimmt, und daß die Verzerrungen in den meisten Fällen annehmbar sind, wenn die Zahl der überbrückten Stäbe vier oder mehr beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dämpfungsschwankungen im Durohlaßband durch ein Filter zu verringern, das Pole aufweist, die mit Hilfe einer Brücke erhalten werden. Das erfindungsgemäße Filter ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien der überbrückten Filterglieder so modifiziert werden, daß die Abbildungs-Beweglichkeit des überbrückten Teils gleich derjenigen des nicht überbrückten Teils ist.

In praktischer Hinsioht äußert sich diese Bedingung bei einer geraden Anzahl von überbrückten Resonatoren entweder in einer Anpassung der Beweglichkeiten der Koppler der überbrückten Filterglieder, wobei gleiche Resonatoren in der gesamten Filterstruktur beibehalten werden, oder in der Beibehaltung von gleichen Kopplern unter der Brücke unter Änderung der Beweglichkeit der überbrückten Resonatoren. Falls die Anzahl der überbrückten Resonatoren ungerade ist, wirkt sich die Kompensation auf die Abstimtnfrequenz der Resonatoren unter der Brücke und auf die Beweglichkeit eines der beiden Bestandteile der überbrückten Filterglieder aus.

Der Vorteil der nach der Erfindung verbesserten Filter besteht in ihren ausgezeichneten Eigenschaften im Durchlaßband sowohl hinsichtlich der Dämpfung als auch hinsichtlich der Phase. Die Erfahrung hat nämlich gezeigt, daß die Anpassung der Abbildung-Beweglichkeiten nicht nur eine Korrektur der Dämpfung gewährleistet, sondern auch die Phasenkennlinie im Durchlaßband verbessert.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Filters zur Definition der verwendeten Begriffe,

Fig. 1b eine schematische Darstellung einer Kennlinie zur Definition der verwendeten Begriffe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Filters,

Fig. 3 graphische Darstellungen, die zur Realisierung des Filters von Fig. 2 verwendbar sind,

Fig. 4 Kennlinien des Filters von Fig. 2, Fig. 5 Kennlinien des Filters von Fig. 2,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Filters,

Fig. 7 graphische Darstellungen, die zur Realisierung des Filters von Fig. 6 verwendbar sind,

Fig.. 8 Kennlinien des Filters von Fig. 6, J¹Xg. 9 Kennlinien des Filters von Fig. 6 und

10 die Aaplitudenkennlinie einer dritten Ausfiihrungsfora des Filters nach der Erfindung«

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Fig. 1a zeigt schematisch die Zwischenglieder eines elektromechanischen Filters und die sie kennzeichnenden Größen. Das Filter enthält Resonatoren 1, 2, 3 ..., die durch Koppler 11, 12 ... miteinander verbunden sind, und eine Brücke 20. Pie nicht dargestellten Endglieder tragen Wandler und sind mit Eingangs- und Ausgangsklemmen versehen. Die Erfindung eignet sich für jede beliebige Anzahl von Resonatoren, aus denen das Filter aufgebaut ist, so daß die dargestellte Anzahl von Resonatoren nur als Beispiel anzusehen ist. In der folgenden Beschreibung werden die folgenden Begriffe verwendet;

Beweglichkeit eines Kopplers (11, 12 ...) Beweglichkeit der Brücke 20 Mittenfrequenz des Durchlaßbandes

Y'_c, y»_c usw.

Y«, Y" usw.

usw.

Resonanzfrequenz der nicht überbrückten Resonatoren

Beweglichkeit eines nicht überbrückten Resonators

= Beweglichkeit eines Kopplers eines überbrückten Filterglieds

= Beweglichkeit eines Resonators eines überbrückten Filterglieds

= Resonanzfrequenz der überbrückten Resonatoren.

Falls das Filter mehr als eine Brücke aufweist, sind die sich auf eine Brücke und auf die unter dieser Brücke liegenden Filterglieder beziehenden Größen mit dem gleichen Index 1, 2 ... versehen, der auch der Brücke zugeordnet ist,

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Wie üblich, wird als elementares Filterglied die Anordnung bezeichnet, die von einem Koppler und von den beiden an den Koppler anstoßenden Halbresonatoren gebildet ist.

In den Figuren 2 und 6 sind die Beziehungen zwischen den vorstehenden Größen angegeben, die sich, aus der folgenden Bedingung ergeben, die für die Erfindung kennzeichnend ist. Die Untersuchung eines Filters beruht im allgemeinen auf den Kenngrößen eines elementaren Filterglieds, und man betrachtet das Filter als eine Anordnung aus solchen Filtergliedern. Die für die Erfindung kennzeichnende Bedingung besteht darin, daß die Kenngrößen der unter der Brücke liegenden Filterglieder so geändert werden, daß die Gleichheit der Beweglichkeit dieser Anordnung mit derjenigen der nicht überbrückten Filterglieder erhalten wird. Daraus ergeben sich für die Größen der Bestandteile des Filters die Beziehungen, die anhand der entsprechenden Beispiele erläutert werden.

Fig. 1b zeigt schematisch eine Dämpfungs-Frequenz-Kennlinie eines Filters. Auf der Ordinate ist die Dämpfung in dB aufgetragen, und auf der Abszisse ist die Frequenz aufgetragen. Die Frequenz f ist die Mittenfrequenz des Durchlaßbandes, das durch die Frequenzen f + Af und f - Af begrenzt ist. Das Filter hat somit die halbe Bandbreite Af . Die Frequenz des Pols oder der Pole beträgt f + Af , wobei der Aus-

o — ρ

druck Af den gleichen Index erhält wie die Brücke, welohe die Ursache der Pole ist.

Fig. 2 zeigt schematisch ein Filter mit einer λ/4-Brücke oder 5A/4-Brücka über einem Resonator, die so ausgebildet ist, daß das Filter einen Pol aufweist, der im Abstand Af = 1,16 Af von der Hitte des Durchlaßbandes liegt. Die

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graphisohen Darstellungen von Pig. 3 zeigen als Punktion des Frequenzabstands Af von der Mittenfrequenz f die Verhältnisse T» /Y_n, Y¹A und f· /f , welche die Para-

CC OO

meter der überbrückten Filterglieder kennzeichnen. Diese graphischen Darstellungen werden aus den unter der Fig. 2 angegebenen Beziehungen erhalten, welche die Anpassungsbedingung der Abbildungs-Beweglichkeiten ausdrücken. Es werden die Werte verwendet, die der Abszisse 1,16 entsprechen.

Die Piguren 4 und 5 zeigen die Kennlinien eines Filters gemäß der Erfindung mit dreizehn Stäben, bei dem eine (λ/4 + pA)-Brücke über einem Resonator verwendet wird. Ein solches Filter hat einen reellen Pol bei einer Frequenz, die oberhalb des Durchlaßbandes liegt (vergleiche vorstehende Tabelle). Die Beziehungen, welche die Bedingung der Gleichheit der Abbildungs-Beweglichkeiten ausdrücken, ermöglichen es, für die überbrückten Filterglieder die Beweglichkeit eines der beiden Bestandteile (Resonator oder Koppler) beizubehalten, die gleich dem Wert der Beweglichkeit des gleichen Bestandteils in einem nicht überbrückten Filterglied ist. Bei der den Kennlinien der Piguren 4 und entsprechenden praktischen Ausführung ist Elinvar verwendet worden. Die Resonatoren sind in den überbrückten Piltergliedern und in den nicht überbrückten Filtergliedern gleich. Folgende Abmessungen wurden verwendet:

- Die Resonatoren sind λ/2-Stäbe der Länge 18 mm;

- die Koppler sind λ/4-Stäba der Länge 4 mm;

- der Durchmesser der Brücke beträgt 0,9 mm;

- die Parameter der überbrückten Jilterglleder sind mit Hilfe der graphischen Darstellungen von Pig. 3 bestimmt worden.

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Die Figuren 4 und 5 zeigen die Kennlinien eines mit einer Brücke versehenen Filters, bei dem die überbrückten Filterglieder und die nicht überbrückten Filterglieder gleich, sind (unkorrigiertes Filter), und die entsprechenden Kennlinien eines Filters, bei dem die Parameter der Bestandteile der unter der Brücke liegenden Filterglieder so verändert sind, daß die Gleichheit der Abbildungs-Beweglichkeiten gewährleistet ist. Man erkenntdie Vorteile der erfind ungsgemäßen Ausbildung sowohl hinsichtlich der Dämpfungskennlinie als auch hinsichtlich der Phasenkennlinie im Durchlaßband.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Filters mit einer (3λ/4 + pX)-Brücke über zwei Stäben. Gemäß der Theorie (vergleiche obige Tabelle) hat die Kennlinie eines solchen Filters zwei Pole, die symmetrisch in bezug auf die Frequenz f₀ liegen.

Fig. 7 zeigt die graphischen Darstellungen, die denjenigen von Fig. 3 entsprechen und bei der Ausführungsform von Fig. 6 anwendbar sind, wobei die die Gleichheit der Abbildungs-Beweglichkeiten ergebenden Beziehungen unter Fig. 6 angegeben sind; die Figuren 8 und 9 zeigen die Dämpfungskennlinie und die Gruppenlaufze itänderung unter den gleichen Bedingungen wie die Figuren 4 und 5 für die erste Ausführungsforra für ein Filter mit dreizehn Resonatoren, das Pole bei f_Q + Af aufweist, wobei gilt Af =1,16 Af _Q. Die praktische Ausführung ist aus Elinvar hergestellt worden,, Di© Resonatoren sind X/2~Stäbe der Länge 18 mm» die Koppler siad A/4~Stäbe der Länge 4 mm_s und der Durchmesser des 3A/4~Brüoke beträgt O₉? sam. Di® Koppler sind in den üfoerferüoktan liltargliedern waü in den nicht überbrückten IfilterglieöerB gleich. Die anderen Parameter äer

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überbrückten Filterglieder sind mit Hilfe der graphischen Darstellungen von Pig. 7 bestimmt worden.

Pig. 10 zeigt die Dämpfungskennlinie einea Filters mit zehn Resonatoren, das zwei (3λ/4 + p\)-Brücken enthält, von denen jede zwei Resonatoren überbrückt. Die Kennlinie muß zwei Polpaare aufweisen. Die Abmessungen der Brücken sind so gewählt, daß diese Pole bei den Frequenzen f_Q + Af_-| bzw. f₀ + Afp2 liegen, wobei gilt Af₁ = 1,16 Af_Q und Af ρ = 1,38 Af . Wie bei den vorhergehenden Beispielen ist das Filter aus Elinvar hergestellt. Die Resonatoren sind in allen Filtergliedern, also in den überbrückten Filtergliedern und in den nicht überbrückten Filtergliedern,gleich und durch λ/2-Stäbe der Länge 18 mm gebildet; die Koppler der nicht überbrückten Filterglieder sind λ/4-Stäbe der Länge 4 mm. Die Durchmesser der Brücken betragen 0,7 mm bzw. 0,55 mm. Die übrigen Parameter der überbrückten Filterglieder sind mit Hilfe von graphischen Darstellungen bestimmt worden, die denjenigen von Fig. 5 und 7 analog sind.

Die Erfindung eignet sich natürlich für jede beliebige Schwingungsform der Resonatoren und der Koppler, unabhängig von der Mittenfrequenz des Durchlaßbandes. Bei den zuvor angegebenen Beispielen, die einem besonderen Anwendungsfall entsprechen, sind diese Kenngrößen gleich.

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Claims (3)

Patentanwälte Oipl.-Ing Dipl.-Chem Oipl.-Ing E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser Ernsbergerstrasse19 - · 8 München 60 9818053 LIGNES IELEGRAPHIQUES 25. April 1978 ET TELEPHOITIQUES 89, rue de la Faisanderie 75016 PARIS / Frankreich Unser Zeichen: L 1056 Pa tentansprüche

1. Elektromechanischea Bandfilter mit wenigstens einem reellen Pol, bestehend aus longitudinal schwingenden Resonatoren, in Biegeschwingungen schwingenden Kopplern und wenigstens einer in. Biegeschwingungen schwingenden Brücke, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungs-Beweglichkeit der unter der Brücke liegenden Filterglieder gleich der Abbildungs-Beweglichkeit der Filterglieder eines Filters ohne Brücke ist, das die gleiche Bandbreite aufweist.

2. Elektromechanisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Brücke eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen beträgt, und daß die Resonatoren aller Filterglieder, sowohl der überbrückten wie der nicht überbrückten, gleich sind

Lei/Gl

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3. Elektronisches Bandfilter nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppler aller Filterglieder gleich sind.

4. Elektronisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Brücke enthält, die eine ungerade Anzahl von Resonatoren überbrückt, und daß die Resonatoren aller Filterglieder gleich sind.

5. Elektronisches Bandfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Brücke enthält, die eine gerade Anzahl von Resonatoren überbrückt, und daß die Koppler aller Filterglieder gleich sind.

6. Elektronisches Bandfilter nach Anspruch 1 mit mehreren Brücken, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die von einer Brücke überbrückten Filterglieder derart abgeändert sind, daß die Abbildungs-Beweglichkeit der Gesamtheit der überbrückten Filterglieder gleich derjenigen eines nicht überbrückten Filterglieds ist.

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