DE2829655C2 - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

daß der andere (ΕΑ)ύεν beid-n Endresonatoren (EE, EA) durch einen weiteren durchgehenden Koppeldraht (AA) mit den Resonator^ (R i. R 3, R 5) verte der Rcsonatoranordnung und haben parallel zueinander verlaufende Längsachsen. Zur Umkehrung der Energieflußrichtung dient ein Resonator besonderer Bauart.

Aus der Zeitschrift »Frequenz«, Band 18, Nr. 9, Seiten 277 bis 280 (September 1964), insbesondere aus der Beschreibung von Bild 9, sowie aus »IEEETransactions on Sonics and Ultrasonics«. Vol. SU-18. No. 3, Seiten 155

bunden ist, die sich in der räumlichen Aufeinander- J5 bis 170 (Juli 1971). insbesondere aus Fig. 17, ist ein elek-

folge der Resonatoren an ungeradzahliger Stelle tromechanisches Filter bekannt, bei dem innerhalb der

befinden und längs ihrer Achsen geringfügig ver- Resonatoranordnung die Energiefluu.-ichtung einmal

setzt gegenüber den an geradzahliger Stelle bcfindli- umgekehrt wird, wobei zur Umkehrung kein Resonator

chen Resonatoren (R2, RA. R%) angeordnet sind, besonderer Bauart verwendet ist.t£c Resonatoren sind

und daß der von den Endresonatoren (EE, EA) am 40 nicht als Torsionsschwinger, sondern als Biegeschwin-

weitesten entfernt angeordnete Resonator (R 6) zur Umkehr der Energieflußrichtung mit dem räumüih benachbarten Resonator (R 5) durch einen Koppcldraht (5) zusätzlich gekoppelt ist.

2. Filter nach Anspruch I₁ dadurch gekcnnzcichnet, daß die durchgehenden Koppeldrähte (AA. AE) an den Enden der ihnen zugeordneten Resonatoren (R 1... R 5 bzw. R 2... R 6) tangential zum Umfang des kreisförmigen Querschnitts befestigt sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von Dämpfungspolen in den Sperrbereichen des Filters zusätzliche Koppeldrähte (6) vorgesehen sind, die zwei benachbarte Resonatoren (R 3, R A) miteinander verbinden.

ger ausgestaltet. Sämtliche Resonatoren, einschließlich der Endresonatoren sind zueinander parallel angeordnet, wobei die beiden Endresonaloren sich nebeneinander auf der einen Seite der übrigen Resonatoranordnung befinden. Zwischen die elektrischen Anschlüsse der so angeordneten Endresonatoren ist eine Überkopplungskapazität geschaltet, die zusätzliche Dämpfungspole bei endlichen Frequenzen in den Filter-Sperrbereichen zu beiden Seiten des Filter-Durchlaßbereichs erzeugt.

Ein elektromechanisches Filter, bei dem innerhalb der Rcsonatoranordnung die Energieflußrichtung einmal umgekehrt wird, ist auch aus der JP-OS 52-56 841 bekannt, wobei zur Umkehrung kein Resonator besonde-

esore ( , )

4. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprü- 55 rer Bauart verwendet ist (Fig. 2). Die Resonatoren sind

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ehe. dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von Dämpfungspolen in den Sperrbereichen des Filters eine Überkopplungskapazität zwischen den elektrischen Anschlüssen der Endresonatoren (EA. EE) eingefügt ist.

5. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von stabförmigen Endresonatoren (EE. EA) kreisförmigen Querschnitts, deren Längsachsen ebenso wie die Längsachsen der Resonatoren (R I ... Rf)) parallel zur Grundplatte (I) verlaufen.

nicht als Torsionsschwinger, sondern als quaderförmige Biegeschwinger ausgebildet und in zwei nebencinanderlicgcndcn Reihen jeweils hintereinander angeordnet. Sämtliche Resonatoren, einschließlich der Endresonatoren, sind zueinander parallel ausgerichtet, wobei die beiden Endrcsonaiorcn sich nebeneinander auf der einen Seile der übrigen Rcsonatoranordnung befinden. Zwischen einander gegenüber paarweise angeordneten Resonatoren sind mechanische Überkopplungcn vorhanden, die Dämpfungspolc bei endlichen Frcqucn/.en in den Iilicr-Spcrrbcrcichcn hervorrufen.

Schließlich ist aus der DK-OS 18 14 954 (Fig. 10) ein clcktromcchiinischcs f-'iltcr bekannt, dessen Resonator-

anordnung mehrere stabförmige Resonatoren kreisrunden Querschnitts aufweist, die mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen in einer Ebene angeordnet und für Torsionsschwingungen bemessen sind. Weiterhin hat dieses Filter drahtförmige Koppelelenientc, die Längsschwingungen ausführen, und Endresonaloren, an denen piezoelektrische Wandler befestigt sind, deren Längsachsen senkrecht zu den Längsachsen der übrigen Resonatoren verlaufen. Diese Endresonatoren befinden sich auf verschiedenen Seiten der übrigen Resonatoranordnung, und es erfolgt keine Umkehr der Energieflußrichtung innerhalb der Resonatoranordnung.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elekiromechanisches Filter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem sich ein geringes Gesamtvolumen auch dann ergibt, wenn größere Koppeldrahtlängen anzuwenden sind und das durch entsprechende Konzipierung der Resonatorariordnung besonders zur Einfügung von zusätzlichen Koppeldrähten geeignet ist, die der Realisierung von mechanisch wirksamen Überkopplungen dienen.

Lösung

Die Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen Merkmale im kennzeichnenden Teil gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile

Abgesehen von den Vorteilen, die sich zwangsläufig aus der Erfüllung der dem Erfindungsgegenstand zugrundeliegenden Aufgabe ergeben, ist besonders die erreichbare hohe Nebenwellenunterdrückung hervorzuheben. Dadurch, daß beide Endresonatoren parallel nebeneinander angeordnet sind, ergibt sich des weiteren der Vorteil, daß sich auf einfache Weise eine Überkopplungskapazität zwischen den Endresonatoren zur Erzielung von Dämpfungspolen realisieren laß! Das Filter nach der Erfindung ist somit der Verwirklichung sowohl von mechanischen als auch von elektrischen Übcrkopplungen besonders zugängig. Besonders bemerkenswert ist schließlich auch noch, daß die ü>nkehr der Energieflußrichtung innerhalb der Resonatoranordnung beim Filter nach der Erfindung durch bedeutend weniger aufwendige Maßnahmen erfolgt als beispielsweise bei dem durch die DE-AS 11 06 438 bekannten elektromechanischen Filter.

Beschreibung

Die Erfindung wird nun anhand der einzigen Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

F i g. I und 2 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters in der Seitenansicht und in der Draufsicht.

Bei dem gezeigten Filter sind auf einer Grundplatte I stabförmige Resonatoren R 1 bis R 6 mit kreisförmigem Querschnitt achsparallel angeordnet und mit Halledrähten 2 auf der Grundplatte 1 befestigt. An den Resonatoren Ri bis R 6 sind die Haltedrähte 2 an solchen Punkten befestigt, die hinsichtlich Torsionsschwingungen Schwingungsknoten ?ind.

Als Endresonatoren, auch Wandlcrresonatorcn genanni.dienen an sich bekannte Longitudinalresonatorcn EE und EA. in die piezoelektrische Wandlerplättchen WE und WA eingebaut sind. |edoch befinden sich die beiden Enciresonatoren EE und EA nicht wie bekanni vor dem ersten und nach dem letzten der Reihe der übrigen Resonatoren Λ 1 bis ft 6, sondern beide Endresonatoren sind nebeneinander auf einer Seite der übrigen Resonatoren R 1 bis R 6 angeordnet. Zwei Drähte 3Ebzw. 3A, die jeweils an dem den Resonatoren R 1 bis R 6 abgewandten metallischen Teil der Endresonatoren

ίο EE und EA und in der Grundplatte 1 befestigt sind und überdies auch an der Unterseite aus der Grundplatte 1 herausragen, dienen als Halte- und Anschlußdrähte der Endresonatoren EE und EA. Diese beiden Halte- und Anschlußdrähte 3E und 3A sind an ihrer Durchführung durch die Grundplatte 1 gegenüber dieser elektrisch isoliert. Dagegen isl der Haltedraht 2 des Resonators R 6, der ebenfalls aus der Unterseite der Grundplatte 1 herausragt, mit der Grundplatte leitend verbunden und dient als Masseanschluß des elektromechanischen FiI-

ters.

Die Resonatoren EE R 1 bis R 6 and EA sind nun wie folgt miteinander gekoppelt.

Ein Koppeldraht 4£ ist parallel zur Längsachse des Endresonalors EE und an jeden zweiten der Resonatoren R 1 bis R 6 tangential zum Umfang ihres kreisförmigen Querschnitts angeschweißt, d. h. nur an die in der räumlichen Aufeinanderfolge der Resonatoren R 1 bis Λ 6 an geradzahliger Stelle befindlichen Resonatoren R 2, R 4 und R 6. Die in der räumlichen Aufeinanderfolge der Resonatoren ft 1 bis Λ 6 an ungeradzahliger Stelle befindlichen Resonatoren ft 1. ft 3 und ft 5 sind gegenüber den Resonatoren ft 2, ft 4 und ft 6 längs ihrer Achsen derart versetzt angeordnet, daß der Koppeldraht 4£ ohne sie zu berühren an ihnen vorbeigeführt ist. Vom den Endresonatoren ££und EA fernsten Resonator ft 6 führt auf der anderen Seite, ebenfalls unten angeschweißt, ein Koppeldraht 5 auf den Resonator ft 5. Dieser Resonator ft 5 ist wiederum ebenso wie die Resonatoren ft 3 und ft 1 mit einem tangential zum Umfang ihres Querschnitts an ihrer Unterseite angesc'weißten Koppeldraht 4Λ derart mit dem Endresonator EA gekoppelt, daß der Koppeidraht 4Λ parallel zu dessen Längsachse verläuft. Dieser Koppeldraht 4/4 hat mit den Resonatoren ft 4 und ft 2 keine Berührung.

Wenn bei dieser Anordnung und Kopplung der Resonatoren das elektrische Eingangssignal gegen Masse über den Anschluß 3£des Endresonators ££an dessen piezoelektrisches WandlerpUitichen WE angelegt wird, so wird der Endresonator ££in Longitudinalschwingungen versetzt, die auf den parallel zu dieser Schwingungsrichtung angeschweißten Koppeidraht 4£ übertragen werden. Da dieser an einem Ende der stabförmigen Resonatoren ft 2, ft 4 und ft 6 tangential zum Umfang ihres Querschnitts angeschweißt ist, werden diese Resonatoren zu Torsionsschwingungen angeregt. Diese werden vom anderen Ende des Resonators ft 6 mittels des Koppeldrahtcs 5 auf den Resonator ft 5 und von dort mittels des Koppeldrahtes 4/4 auf die Resonatoren übertragen und regen den Endresonaior EA wiederum

bo zu Longiuidinalschwingungen an. Diese werden vom piezoelektrischen Wandlerplättchen WE dieses Endresonators in elektrische Schwingungen un.gewandelt, die am Anschluß- und Haltedraht 3A als Filterausgangssignal gegen Masse abnehmbar sind. Die nur einmal erfol-

b^ri gende Umkehr der Energieflußrichtung innerhalb der Resonatoranordnung wird somit auf besonders einfache Art herbeigeführt.

Bei diesem Filter erfolgt, abgesehen von der Kopp-

lung durch den Koppeldraht 5 zwischen den Resonatoren R 5 und Λ 6, nirgends eine Kopplung /wischen unmittelbar benachbarten Resonatoren. Die Länge eines zwischen zwei Koppelpunktcn verlaufenden Koppeldrahtes ist also verdoppelt, ohne daß das Gcsamtvolu- ■; men des Filters erhöht ist. Dadurch besteht mehr Freiheit in der Wahl der Dicke des Koppeldrahtcs.

Wie an sich bekannt, lassen sich durch sogenannte Überkopplungen zwischen gegenphasig schwingenden Punkten oder durch phasenumkehrende Übcrkopplungen zwischen gleichphasig schwingenden Punkten verschiedener Resonatoren Dämpfungspolc in der Übertragungscharakteristik des Filters erzielen, die im Endlichen liegen und eine Versteilerung der Diimpfungscharaktcristik bei jeweils gewünschten Frequenzen bewir- ken.

Das erfindungsgemäßc Filter erlaubt nun eine besonders günstige Anordnung solcher Überkopplungcn. ohne daß dadurch unerwünschte Eigenschwingungen, sogenannte Nebenwellen, angeregt werden. Beispiclswei- se schwingen die Punkte Pl und P2 der Resonatoren R 3 und R 4 bei einer ganz bestimmten Frequenz gegenphasig. Verbindet man diese beiden Punkte durch einen geraden, jeweils tangential zum Umfang des kreisförmigen Querschnitts der Resonatoren angeschweißten Koppeldrahl 6, so tritt genau bei dieser Frequenz ein Dämpfungspol auf.

Auf diese Weise können an mehreren Stellen innerhalb des Filters ohne Schwierigkeiten solche mechanischen Überkopplungen realisiert werden. Wie bereits jo erwähnt, ergeben die nebeneinander angeordneten Endresonatoren EEund EA eine elektrische LJberkopplung in Form einer Kapazität die zur Herbeiführung von Dämpfungspolen des Filters bei endlichen Frequenzen heranziehbar ist. J5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Stand der Technik Patentansprüche: Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiges Filter ist bekannt aus der DE-OS 21 24 787. Die Energieflußrichtung dieses Riters wird innerhalb der Resonatoranordnung mehrmals umgekehrt, damit trotz der großen Länge der zwei Resonatoren verbindenden Koppeldrähte ein raumsparender

1. Elektromechanisches Filter mit einer Resonatoranordnung aus mehreren stabförmigen Resonatoren kreisförmigen Querschnitts, die mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen in einer Ebene angeordnet sind und die für Torsionsschwingungen bemessen und durch zu Longitudinalschwingun-

gen anregbare Koppeldrähte gekoppelt sind, und io Aufbau möglich ist. Sämtliche Resonatoren, einschließmit zwei Endresonatoren, die jeweils durch einen zu lieh der Endresonatoren, sind zueinander parallel angeordnet. Eine große Länge der Koppeldrähte ist erstre-

Longitudinalschwingungen anregbaren Koppeldraht an einen der Resonatoren angekoppelt sind und an denen piezoelektrische Wandler befestigt sind, bei dem innerhalb der Resonatoranordnung die Energieflußrichtung umgekehrt wird und bei dem die Energie die Resonatoren in einer Reihenfolge durchläuft, die von deren räumlichen Aufeinanderfolge abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die EiwrgiefluBrichtung innerhalb der Resonatüranordnung (Ri ... RS) nur einmal umgekehrt wird, daß die zwei Endresonatoren (EE, EA) für Longitudinalschwingungen bemessen und auf einer Seite der Resonatoranordnung (R 1... R 6) angeordnet benswert, weil bei größeren Längen der Koppeldrähte der Einfluß der Schweißstellen an den Koppelpunkten auf die Kopplungseigenschaften geringer ist als bei kleineren Längen.

Dies erlaubt in der Fertigung größere Toleranzen der Schweißparameter und erhöht deshalb die Wirtschaftlichkeit der Fertigung.

Aus der DE-AS 11 06 438 ist es bekannt, bei einer andersartigen Resonatoranordnung, bei der die Resonatoren, nicht parallel zueinander, sondern in zwei neben

einander angeordneten Reihen in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, die Energieflußrichtung insind, derart, daß ihre Längsachsen zueinander paral- 25 nerhalb der Anordnung einmal umzukehren. Die Endre-IeI und zu den Längsachsen dsr Resonatoren (Ri... sonaloren dieses Filters befinden sich suf der einen Sei- R 6) senkrecht verlaufen und daß der eine Endresonator (EE) durch einen durchgehenden Koppeldraht
(4E) mit den Resonatoren (R2,RA, R6) verbunden
ist. die sich in der räumlichen Aufeinanderfolge der
Resonatoren an geradzahliger Stelle befinden, und

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