DE2945787A1

DE2945787A1 - Mechanisches filter

Info

Publication number: DE2945787A1
Application number: DE19792945787
Authority: DE
Inventors: Takashi Gounji; Yoshihiko Kasai; Kenji Shirai
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1980-05-14
Also published as: FR2441958B1; FR2441958A1; IT7927177A0; DE2945787C2; IT1125644B; US4314216A

Description

- ο - Mechanisches Filter

Prioritäten: 13. November 1978 Japan 139648/78 4. Dezember 1978 Japan 149866/78 4. Dezember 1978 Japan 149868/78

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter und insbesondere ein mechanisches Filter mit Differentialkopplung.

Ein mechanisches Filter ist ein Bandpaßfilter, das mit elektrischen Signalen in der Form von Ultraschallwellen als Medium arbeitet und verschiedene Vorteile aufweist, wie eine hohe Güte Q im Vergleich mit elektrischen Bauelementen L und C, erhöhte Stabilität und kleiner Aufbau. Aufgrund dieser Vorteile wird das mechanische Filter als Kanalfilter für Kanalübertragungseinrichtungen oder als Filter für Navigationsempfänger und für automatische Zugsteuersysteme verwendet.

Ein mechanisches Filter in der einfachsten Form besteht aus einem Paar mechanischer Schwinger, die mittels eines einzigen Kopplers miteinander gekoppelt sind. Mechanische Filter mit kompliziertem Aufbau werden durch Kombinieren von mechanischen Filtern der oben erwähnten Grundform erhalten.

Viele dieser mechanischen Filter verwenden einen Differentialkoppler, der wirksam ist, wenn die mechanischen Filter als Schmalbandfilter verwendet werden. Die Gründe dafür werden unten erörtert.

Die äquivalente Steifheit eines Kopplers, der für ein mechanisches Schmalbandfilter erforderlich ist, fällt im allgemeinen mit der Verringerung der Bandbreite des Filters ab. Die äquivalente Steifheit hängt andererseits von der Form und Größe des Kopplers und den Konstanten des Materials ab. Sine kleine äquivalente Steifheit

030020/0915

kann beispielsweise erhalten werden, wenn die Ausbreitungsgeschwindigkeit und der Durchmesser des Kopplers verringert werden und die Länge des Kopplers erhöht wird. Wegen der Anforderungen an die mechanische Festigkeit der mechanischen Filter ergibt sich jedoch eine Beschränkung in der Länge der Koppler. Eine Beschränkung ergibt sich des weiteren in der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Kopplers, obwohl diese in gewissem Umfang geändert werden kann, indem die Temperatur der Wärmebehandlung geändert wird. Folglich besteht der einzige Weg, eine geringe äquivalente Steifheit zu erhalten, wenn die Kopplungslage des Kopplers konstant ist, darin, den Durchmesser des Kopplers zu verringern. Wenn es beispielsweise bezweckt ist, ein mechanisches Filter unter Verwendung eines einzigen Kopplers aufzubauen, fällt die mechanische Festigkeit des Filters unvermeidlich ab. Wenn andererseits ein mechanisches Filter unter Verwendung von zwei Kopplern ausgehend von der oben erwähnten Differentialkopplung aufgebaut werden soll, kann ein solches mechanisches Filter mit zwei Kopplern mit relativ großen Durchmessern erhalten werden, auch wenn ihre äquivalente Steifheit sehr klein sein kann. Mj.t anderen Worten ist es möglich, ein mechanisches Schmalbandfilter mit vergrößerter mechanischer Festigkeit zu erhalten. Der zweite Vorteil besteht in bezug auf die Konstruktion und die Herstellung. Im allgemeinen ist es erwünscht, daß die mechanischen Filter unter Verwendung von üblichen standardisierten Kopplern unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und der einfachen Herstellung aufgebaut werden sollen. Wenn Jedoch ein mechanisches Filter unter Verwendung eines einzelnen Kopplers hergestellt wird, ändert sich die äquivalente Steifheit des Kopplers in Abhängigkeit von der Art des standardisierten Erzeugnisses und diese Änderung begrenzt die Freiheit der Konstruktion. Wenn andererseits zwei Koppler verwendet werden, ist die Freiheit der Konstruktion durch die Steifheit

030020/0915

in Abhängigkeit von der Kombination der beiden Koppler nicht begrenzt.

Vorstehend ist auf die Hauptvorteile der Verwendung von Differentialkopplern zum Herstellen von mechanischen Filtern Bezug genommen. Eine Vielzahl von Verfahren ist vorgeschlagen worden, um eine Differentialkopplung von mechanischen Filtern praktisch zu erhalten.

Ein erstes Verfahren besteht im Verbinden eines Kopplers mit einem Paar mechanischer Schwinger, die mit derselben Schwingungsart und mit der Ordnung derselben Zahl schwingen, an Teilen, an denen die mechanischen Schwinger in Richtungen schwingen, die um 180° voneinander abweichen. Ein zweites Verfahren besteht im Verbinden eines Kopplers mit einem Paar Schwinger, die in verschiedenen Schwingungsarten und Ordnungen unterschiedlicher Zahlen schwingen, an Teilen, an denen die mechanischen Schwinger in Richtungen schwingen, die um 180° voneinander abweichen.

Die vorstehenden beiden Verfahren haben Vorteile und Nachteile. Beim ersten Verfahren unterliegen beispielsweise die beiden mechanischen Schwinger Schwingungen in derselben Schwingungsart und mit der Ordnung derselben Zahl. Die beiden mechanischen Schwinger müssen deshalb dieselbe Abmessung und Form haben. Wenn demgemäß das mechanische Filter hergestellt wird, können mechanische Schwinger mit derselben Abmessung und derselben Form verwendet werden. Die Koppler müssen jedoch in einer schrägen Richtung oder in einer diagonalen Richtung in bezug auf die mechanischen Schwinger angebracht werden, was zu einem Problem unter dem Gesichtspunkt der Herstellung des mechanischen Filters führt und wobei auch eine hohe Genauigkeit der Ausbildung des mechanischen Filters nicht erwartet werden kann.

030020/091 5

Bei dem zweiten Verfahren sind die beiden Koppler an einem Paar mechanischer Schwinger in rechten Winkeln dazu angeordnet, was es ermöglicht, daß das mechanische Filter einfach hergestellt werden kann, während eine erhöhte Genauigkeit erhalten wird. Da Jedoch die beiden mechanischen Schwinger in verschiedenen Schwingungsarten schwingen, müssen die Schwinger mit verschiedenen Formen gebildet werden. Da außerdem die beiden mechanischen Schwinger in verschiedenen Schwingungsarten schwingen, wie oben erwähnt, müssen sie aus unterschiedlichen Materialien bestehen. In vielen Fällen sind darüber hinaus die beiden Koppler an den oberen und unteren Flächen der mechanischen Schwinger angebracht, was eine erhöhte Anzahl von Herstellungsschritten erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mechanisches Filter mit Differentialkopplung zu schaffen, bei dem zwei Koppler einschließlich eines Differentialkopplers mit einem Paar mechanischer Schwinger in rechten Winkeln dazu gekoppelt werden können, wobei das Paar mechanischer Schwinger in der Lage ist, in derselben Schwingungsart zu schwingen, und wobei die beiden Koppler an der Fläche nur einer Seite jedes mechanischen Schwingers angebracht werden können, wodurch eine leichte Herstellung und eine erhöhte Genauigkeit des mechanischen Filters erreicht werden.

Das mechanische Filter nach der Erfindung kann vom Poltyp sein, der aus mechanischen Schwingern besteht, die in derselben Schwingungsart schwingen und die aus demselben Material hergestellt sind, wobei ein Hauptkoppler zum Übertragen der Signale in Phase und ein Brückenkoppler zum Bilden eines Pols etwa rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern angeordnet sind, was ermöglicht, daß das mechanische Filter leicht herzustellen ist und eine erhöhte Genauigkeit aufrechterhält.

030030/0915

Gemäß der Erfindung enthält das mechanische Filter wenigstens ein Paar mechanischer Schwinger, die etwa parallel zueinander bezüglich ihrer längeren Achsen angeordnet sind, und zwei Koppler, die an dem Paar mechanischer Schwinger angebracht sind, wobei einer der mechanischen Schwinger in der Ordnung einer ungeraden Zahl und der andere in einer Ordnung einer geraden Zahl in derselben Schwingungsart schwingt. Die mechanischen Schwinger haben eine solche mechanische Abmessung, daß sie in ihrer gewünschten Schwingungsordnung und bei ihren jeweiligen Resonanzfrequenzen schwingen, und die beiden Koppler sind so ausgebildet, daß sie differential mit dem Paar mechanischer Schwinger etwa rechtwinklig zu diesen gekoppelt sind.

Des weiteren enthält gemäß der Erfindung das mechanische Filter wenigstens zwei Paar mechanischer Schwinger, die so angeordnet sind, daß ihre langen Achsen nahezu parallel zueinander sind, und die bei den nahezu gleichen Resonanzfrequenzen in der Ordnung einer ungeraden oder geraden Zahl schwingen, einen ersten Koppler, der etwa rechtwinklig zu dem Paar mechanischer Schwinger angeordnet ist, um das Paar mechanischer Schwinger zusammen in Phase zu koppeln, und eine zweiten Koppler, der etwa rechtwinklig zu dem Paar mechanischer Schwinger angeordnet ist, um das Paar mechanischer Schwinger in Gegenphase zu koppeln, wobei die mechanischen Schwinger sowohl Resonatoren als auch Wandler sind oder einer von diesen ein Resonator und der andere ein Wandler ist.

Gemäß der Erfindung enthält des weiteren ein mechanisches Filter vom Poltyp wenigstens drei oder mehr mechanische Schwinger, die so angeordnet sind, daß ihre langen Achsen nahezu parallel zueinander sind, einen Hauptkoppler zum Koppeln jedes der mechanischen Schwinger in Phase zueinander und einen Brückenkoppler, der in Gegenphase wenigstens ein Paar mechanischer Schwinger verbindet,

O3OO2O/Q915

die nicht nebeneinander liegen, wobei das durch den Brückenkoppler verbundene Paar mechanischer Schwinger Schwingungen der Ordnung einer beliebigen Zahl und in derselben Schwingungsart ausführt und des weiteren annähernd dieselben Resonanzfrequenzen aufweist. Der Hauptkoppler und der Brückenkoppler sind mit den mechanischen Schwingern nahezu rechtwinklig verbunden.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Pig. 1A eine schematische Darstellung der Ausbildung

eines bekannten mechanischen Filters, Fig. 1B und 1C Ersatzschaltbilder des mechanischen

Filters der Fig. 1A,

Fig. 2A eine schematische Darstellung der Ausbildung eines mechanischen Filters unter Verwendung eines Differentialkopplers,
Fig. 2B und 2C Ersatzschaltbilder des mechanischen

Filters der Fig. 2A,

Fig. 3A, 3B und 4 perspektivische Ansichten von Ausführungsformen von bekannten mechanischen Filtern,
Fig. 5A, 5B, 5C und 5D schematische Darstellungen von mechanischen Filtern nach der Erfindung, Pig. 6A, 6B und 6C perspektivische Ansichten und

Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung in der Anwendung bei einem mechanischen Filter, das mechanische Schwinger des Torsionsschwingungstyps aufweist,

Fig. 7A, 7B und 7C perspektivische Ansichten und Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung, die bei einem mechanischen Filter angewendet sind, das mechanische Schwinger des Längsschwingungstyps aufweist,

Pig. 8A, 8B und 8C perspektivische Ansichten und Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung, die bei einem mechanischen Filter angewendet

030020/0915

ORIGINAL INSPECTED

sind, das mechanische Schwinger des Biegeschwingungstyps aufweist,

Fig. 9A und 9B perspektivische Ansichten bzw. Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung, die bei einem mechanischen Filter angewendet

sind, das mechanische Schwinger aufweist, die in der Ordnung derselben Zahl schwingen,

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, die bei einem mechanischen Schmalbandfilter angewendet ist,

Fig. 11 und 12 perspektivische Ansichten von bekannten mechanischen Filtern des Poltyps und

Fig. 13, Ή und 15 perspektivische Ansichten und Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung, die bei einem mechanischen Filter des Poltyps angewendet sind.

Vor der Beschreibung der Erfindung wird ein Koppler eines mechanischen Filters, das als Hintergrund der Erfindung dient, nachfolgend erläutert. Ein bekanntes mechanisches Filter, das aus einem Paar mechanischer Schwinger, einem Koppler und einem Stützdraht besteht, ist in Fig. 1A gezeigt. Bei dem in Fig. 1A gezeigten mechanischen Filter wird ein elektrisches Eingangssignal oder ein mechanisches Eingangssignal an die Eingangsanschlüsse 1 und 1' angelegt. Ein mechanischer Schwinger 2 führt verschiedene Funktionen in Abhängigkeit davon aus, ob das Eingangssignal ein elektrisches oder ein mechanisches Signal ist. Wenn ein elektrisches Signal zugeführt wird, dient der mechanische Schwinger 2 als Wandler, der das elektrische Signal in ein mechanisches Signal umwandelt, das zu einem mechanischen Schwinger 5 über einen Koppler 3 übertragen wird. Wenn andererseits das an den mechanischen Schwinger angelegte Signal ein mechanisches Eingangssignal ist, dient der mechanische Schwinger 2 als Resonator. Das mechanische Signal wird zu einem mechanischen Schwinger 5 über den Koppler 3 übertragen. Wenn der mechanische Schwinger 5 ein Wandler ist, wird das übertragene

030020/0915

mechanische Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt« das die Ausgangsanschlüsse 6 und 6¹ in der Form eines elektrischen Ausgangssignals erreicht. Wenn jedoch der mechanische Schwinger 5 ein Resonator ist, läuft das übertragene mechanische Signal durch den mechanischen Schwinger 5 und erreicht die Ausgangsanschlüsse 6 und 6' in der Form eines mechanischen Ausgangssignals. Der Stützdraht 4 wird verwendet, um die mechanischen Schwinger 2 und 5 zu halten.
10

Fig. 1B zeigt ein verallgemeinertes elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 1A dargestellten mechanischen Filters. Der mechanische Schwinger 2 in Fig. 1A entspricht einer Ersatzmasse m1(7) und einer Ersatzsteifheit S1(8). Der mechanische Schwinger 5 entspricht einer Ersatzmasse m2(10) und einer Ersatzsteifheit S2(11). Des weiteren entspricht der Koppler 3 einer Ersatzsteifheit Sc(9). η stellt das Übertragungsverhältnis eines idealen Transformators dar, das durch die Kopplungslage des Kopplers bestimmt ist, der mit den mechanischen Schwingern gekoppelt ist. Fig. 1C zeigt ein weiteres Ersatzschaltbild, das des weiteren aus dem Schaltbild der Fig. 1B äquivalent umgeformt ist. In Fig. 1C sind die den Teilen der Fig. 1B entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Sc'(12) bezeichnet eine Ersatzsteifheit. Die folgende Beziehung besteht zwischen der Ersatzsteifheit Sc'(12) und der Ersatzsteifheit Sc(9) der Fig. 1B.

Sc' = n²Sc (1)

Fig. 2A ist eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines mechanischen Filters mit einem Differentialkoppler, der bei dem in Fig. 1A dargestellten mechanischen Filter angewendet wird. In Fig. 2A sind die Teile, die den Teilen der Fig. 1A entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Des weiteren ist die Betriebsart dieselbe wie bei dem in Fig. 1A dargestellten mechanischen Filter. Die Beschreibung bezieht sich jedoch hierbei auf die

030020/0915

Koppler 3-1 und 3-2. Die Phasen der mechanischen Signale, die durch den Koppler 3-1 und den Koppler 3-2 übertragen werden, unterscheiden sich voneinander um 180 . Die mechanischen Signale, die zu dem mechanischen Schwinger 5 übertragen werden, werden durch die Summe der mechanischen Signale ausgedrückt, die durch die Koppler 3-1 und 3-2 übertragen werden. Die beiden Koppler 3-1 und 3-2 können deshalb äquivalent durch einen einzigen Koppler 3-3 ersetzt werden. Fig. 2B zeigt ein verallgemeinertes elektrisches Ersatzschaltbild des mechanischen Filters der Fig. 2A. In Fig. 2B sind die Teile, die den Teilen in Fig. 1B entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Koppler 3-2 in Fig. 2A entspricht einer Ersatzsteifheit Ss(13). n¹ und -n¹ bezeichnen Übersetzungs-

1$ Verhältnisse von idealen Transformatoren entsprechend den Verbindungsstellen in bezug auf die mechanischen Schwinger 2 und 5 des Kopplers 3-2, wobei ein negatives Vorzeichen angibt, daß der Transformator im Differentialbetrieb arbeitet. Fig. 2C zeigt ein Ersatzschaltbild, das aus dem Schaltbild der Fig. 2B weiter transformiert ist, wobei die Teile entsprechend den Teilen der Fig. 2B mit denselben Bezugszeichen versehen sind. In Fig. 2C stellt des weiteren Sc"(14) eine Ersatzsteifheit dar. Die folgende Beziehung besteht zwischen der Ersatzsteifheit Sc"(14), der Ersatzsteifheit Sc(9) der Fig. 2B und der Ersatzsteifheit Ss(13):

Sc" = n²Sc - (n')²Ss (2)

Die Ersatzsteifheit Sc"(14) entspricht dem Koppler 3-3 in Fig. 2A.

Die Ersatzsteifheit Sc eines Langsschwingungskopplers ergibt andererseits im allgemeinen die folgende Beziehung zwischen dem Durchmesser de des Kopplers und der Länge Ic des Kopplers:

Sc « dc²/lc (3)

030O20/Q91S

Die folgende proportionale Beziehung besteht des weiteren zwischen der Ersatzsteifheit Sc des Kopplers und der spezifischen Bandbreite B ( » Äf/fo, fo: Mittelfrequenz, Af: 3dB Bandbreite) des Filters.

B« Sc

Aus den Gleichungen (2), (3) und (4) ergibt sich, daß die oben erwähnten Vorteile durch Verwendung eines Differentialkopplers in dem mechanischen Filter erhalten werden können.

Die bekannten Verfahren zum Herstellen mechanischer Filter unter Verwendung einer Differentialkopplung durch Verbinden eines zusätzlichen Kopplers mit dem mechanischen Filter, das aus einem Paar mechanischer Schwinger, die parallel nahe beieinander in Längsrichtung angeordnet sind, und einem Koppler, der mit den mechanischen Schwingern verbunden ist, besteht, können in zwei Gruppen eingeteilt werden.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, besteht das erste Verfahren darin, daß ein Koppler mit einem Paar mechanischer Schwinger verbunden wird, die in derselben Schwingungsart und in derselben Ordnung derselben Zahl schwingen, und zwar an Stellen, an denen die mechanischen Schwinger in Richtungen schwingen, die um 180° voneinander verschieden sind. In diesem Fall werden die Koppler mit den mechanischen Schwingern in anderen als rechten Winkeln verbunden, wie Fig. 3A zeigt, oder die Koppler werden in diagonaler Weise verbunden, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist. In Fig. 3A sind 15 und 16 mechanische Schwinger, welche eine Torsionsschwingung erster Ordnung in derselben Schwingungsart ausführen. 17 ist ein Koppler zum übertragen der Signale in Phase und 18 ist ein Differentialkoppler zum Übertragen der Signale in Gegenphase. Die gestrichelten Linien und Pfeile stellen jeweils die Art der Torsionsschwingung und die Schwingungsrichtungen dar. Der Pfeil (a)

030020/0915

bezeichnet die Richtung der Länge der mechanischen Schwinger. Bei diesem Beispiel ist der Differentialkoppler 18 mit den mechanischen Schwingern 15 und 16 in anderen als rechten Winkeln verbunden. Fig. 3B zeigt ein Beispiel, bei dem der Differentialkoppler 19 mit den mechanischen Schwingern 15 und 16 in diagonaler Weise verbunden ist.

Das zweite Verfahren besteht im Verbinden eines Kopplers mit einem Paar mechanischer Schwinger, die in verschiedenen Schwingungsarten und in Ordnungen unterschiedlicher Zahlen schwingen, an Stellen, an denen die mechanischen Schwinger in Richtungen schwingen, die um 180° voneinander verschieden sind, wie Fig. 4 zeigt. In diesem Fall ist der Koppler mit den entsprechenden mechanischen Schwingern rechtwinklig verbunden. Fig. 4- zeigt eine Ausführungsform, bei der 20 einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der in Biegeschwingungsart mit der zweiten Ordnung schwingt. 21 bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der in Torsionsschwingungsart erster Ordnung schwingt.22 bezeichnet einen Koppler zum Übertragen der Signale in Phase und 23 bezeichnet einen Differentialkoppler zum Übertragen der Signale in Gegenphase. Die gestrichelten Linien und Pfeile in Fig. 4 stellen jeweils die verschiedenen Schwingungsarten und Schwingungsrichtungen dar.

Die charakteristischen Merkmale eines mechanischen Filters nach der Erfindung bestehen darin, daß zwei Koppler einschließlich eines Differentialkopplers mit mechanischen Schwingern rechtwinklig verbunden werden, um die Herstellungsschritte zu vereinfachen und einen hohen Genauigkeitsgrad zu erhalten, wobei das mechanische Schwingerpaar so aufgebaut ist, daß es in derselben Schwingungsart schwingt und wobei die beiden Koppler mit nur einer Seite der Flächen des mechanischen Schwingerpaars verbunden sind. Das mechanische Filter der Erfindung

030020/0915

beruht auf dem folgenden Grundkonzept. Das mechanische Schwingerpaar schwingt in derselben Schwingungsart, jedoch in Ordnungen unterschiedlicher Zahlen. Das bedeutet, daß einer der mechanischen Schwinger in der Ordnung einer ungeraden Zahl und der andere in der Ordnung einer geraden Zahl schwingt. Die Abmessungen der mechanischen Schwinger sind darüber hinaus so gewählt, daß die Resonanzfrequenzen bei einer gewünschten SchwingungsOrdnung nahezu gleich sind. Die mechanischen Schwinger an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite können in der Ordnung entweder einer ungeraden Zahl oder einer geraden Zahl schwingen.

Fig. 5A bis 5D sind Darstellungen zum Erläutern des mechanischen Filters der Erfindung. Bei der Darstellung in Fig. 5A schwingen der mechanische Schwinger an der Eingangsseite in der Ordnung einer ungeraden Zahl und der mechanische Schwinger an der Ausgangsseite in der Ordnung einer geraden Zahl. In Fig. 5A bezeichnen 24a einen mechanischen Schwinger, der in der Ordnung einer ungeraden Zahl schwingt, 25a einen mechanischen Schwinger, der in der Ordnung einer geraden Zahl schwingt, 26a einen Koppler, der Signale in Phase überträgt, 26b einen Differentialkoppler, der Signale in Gegenphase überträgt, 26 einen äquivalenten Koppler, der die Koppler 26a und 26b enthält, und 27 einen Stützdraht. Die mechanischen Schwinger 24a und 25a schwingen in derselben Schwingungsart. In der Darstellung der Fig. 5B sind die Schwingungsart der mechanischen Schwinger an der Eingangsseite und der Ausgangsseite im Vergleich mit der Fig. 5A umgekehrt. In Fig. 5B bezeichnet 24b einen mechanischen Schwinger an der Eingangsseite, der in der Ordnung einer geraden Zahl schwingt,und 25b bezeichnet einen mechanischen Schwinger an der Ausgangsseite, der in der Ordnung einer ungeraden Zahl schwingt.Die verbleibenden Teile haben dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 5A. Fig. 5C zeigt den Fall, bei dem die mechanischen Schwinger 24c und 25c

030020/0915

an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite in der Ordnung einer ungeraden Zahl schwingen und Fig. 5C zeigt den Fall, bei dem die mechanischen Schwinger 24d und 25d an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite in der Ordnung einer geraden Zahl schwingen. Die Erfindung kann nämlich bei jeder Schwingungsart und bei jeder Kombination von SchwingungsOrdnungen angewendet werden. Die mechanischen Schwinger an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite können darüber hinaus entweder Resonatoren oder Wandler sein. Wenn nämlich die Ordnungen einer ungeraden Zahl und einer geraden Zahl berücksichtigt werden, können die mechanischen Schwinger an der Eingangsseite und an der Ausgangsseite in vier Arten kombiniert werden, d. h. Resonator-Resonator, Resonator-Wandler, Wandler-Resonator und Wandler-Wandler.

Fig. 6A bis 6C zeigen Ausführungsformen der Erfindung, die bei einem mechanischen Filter mit Schwingern des Torsionsschwingungstyps angewendet sind. In den Dar-Stellungen (a) und (b) der Fig. 6A bezeichnet 28a einen mechanischen Schwinger des Torsionsschwingungstyps, der in der ersten Ordnung schwingt. 29a ist ein mechanischer Schwinger des Torsionsschwingungstyps, der in der zweiten Ordnung schwingt. 30a bezeichnet einen Koppler, der in Längsrichtung schwingt und der mit dem mechanischen Schwingerpaar 28a und 29a in Phase verbunden ist. 31a bezeichnet einen Differentialkoppler, der in Längsrichtung schwingt und mit dem mechanischen Schwingerpaar in Gegenphase verbunden ist. 32a bezeichnen Knotenpunkte der mechanischen Schwinger, die Torsionsschwingungen ausführen. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 6A bezeichnen jeweils die Torsionsschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung des mechanischen Schwingers 28a fast gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung

030020/0915

des mechanischen Schwingers 29a ist. Die Darstellung (b) der Fig. 6A ist eine Draufsicht auf das mechanische Filter der Darstellung (a). In diesem mechanischen Filter sind die Koppler 30a und 31a parallel zueinander ange-5 ordnet und mit den mechanischen Schwingern 28a und 29a rechtwinklig verbunden. Gemäß der Darstellung (b) der Fig. 6A schwingen der Koppler 30a und der Differentialkoppler 3^a in Längsrichtung in Phase und sind parallel zueinander und rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern 28a und 29a angeordnet, was es ermöglicht, daß das mechanische Filter leicht herzustellen ist.

Die Darstellung (a) der Fig. 6B zeigt die Erfindung in der Anwendung bei mechanischen Schwingern der Torsionsschwingungsart in der Ordnung einer ungeraden Zahl, wobei 28b einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der ersten Ordnung in der Torsionsschwingungsart ausführt. 29b bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der dritten Ordnung in der Torsionsschwingungsart ausführt. 30b bezeichnet einen Koppler, der in Längsrichtung schwingt und der die Schwinger 28b und 29b miteinander in Phase verbindet. 31b bezeichnet einen Differentialkoppler, der in Längsrichtung schwingt und der die Schwinger 28b und 29b in Gegenphase verbindet.

32b bezeichnen Knotenpunkte der Torsionsschwingung in den Schwingern 28b und 29b. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 6B bezeichnen jeweils die Torsionsschwingungsart und die Schwingungsrichtung. Die mechanischen Abmessungen sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung des mechanischen Schwingers 28b nahezu gleich der Resonanzfrequenz der dritten Ordnung des mechanischen Schwingers 29b ist. Die Darstellung (b) der Fig. 6B ist eine Draufsicht des mechanischen Filters, der in der Darstellung (a) der Fig. 6A gezeigt ist. Wie sich aus dem Diagramm ergibt, sind die Koppler 30b und 31b parallel zueinander und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 28b und 29b verbunden.

0300*0/0915

_₁₇ _ 29Λ5787

Fig. 6C erläutert die Erfindung in der Anwendung bei mechanischen Schwingern der Torsionsschwingungsart in der Ordnung einer geraden Zahl. Die Darstellung (a) der Fig. 6C ist eine perspektivische Darstellung eines mechanischen Filters entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung, wobei 28c einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der zweiten Ordnung in der Torsionsschwingungsart ausführt. 29c bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der vierten Ordnung in der Torsionsschwingungsart ausführt. 30c bezeichnet einen Koppler, der Längsschwingungen ausführt und der mit den Schwingern 28c und 29c in Phase verbunden ist. 31c bezeichnet einen Differentialkoppler, der Längsschwingungen ausführt und der mit den Schwingern 28c und 29c in Gegenphase verbunden ist. 32c bezeichnen Knotenpunkte der Schwinger 28c und 29c in der Torsionsschwingungsart.Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 6C bezeichnen jeweils die Torsionsschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Gemäß Fig. 6C sind die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der Schwingung in der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 28c nahezu gleich der Resonanzfrequenz der Schwingung der vierten Ordnung des mechanischen Schwingers 29c ist.

Die Darstellung (b) der Fig. 6G ist eine Draufsicht des mechanischen Filters, der in der Darstellung (a) der Fig. 6C gezeigt ist. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 30c und 31c parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 28c und 29c verbunden.

Fig. ?A bis 7C zeigen Ausführungsformen, bei denen die Erfindung bei mechanischen Filtern angewendet ist, die mechanische Schwinger der Längsschwingungsart enthalten. In der Darstellung (a) der Fig. 7-A. bezeichnet 33a einen

030020/0915

mechanischen Schwinger, der Schwingungen der ersten Ordnung in Langsschwingungsart ausführt, 34a bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der zweiten Ordnung in der Längsschwingungsart ausführt. 35a bezeichnet einen Koppler, der Biegeschwingungen ausführt und der mit dem mechanischen Schwingerpaar 33a und 34a in Phase verbunden ist. 36a bezeichnet einen Differentialkoppler, der Biegeschwingungen ausführt und der mit dem mechanischen Schwingerpaar 33a und 34a in Phase verbunden ist. 37a bezeichnen Knotenpunkte der mechanischen Schwinger, die in Längsrichtung schwingen. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 7A bezeichnen jeweils die Längsschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung des mechanischen Schwingers 33a nahezu gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 34a ist. Die Darstellung (b) der Fig. 7A ist eine Draufsieht des mechanischen Filters der Darstellung (a) der Fig. 7A.

Bei dem in Fig. 7A dargestellten mechanischen Filter sind die Koppler 35a und 36a parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 33a und 34a verbunden. Die durch dieses mechanische Filter erhaltenen Wirkungen sind dieselben wie die Wirkungen, die durch das mechanische Filter der Fig. 6A erhalten werden.

Fig. 7B zeigt die Erfindung in Anwendung auf mechanische Schwinger, die in der Ordnung einer ungeraden Zahl und" in Längsschwingungsart schwingen. Die Darstellung (a) der Fig. 7B ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters einer Ausfuhrungsform der Erfindung, wobei 33b einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der ersten Ordnung in Langsschwingungsart ausführt. 34-b bezeichnet ein mechanisches Filter, das Schwingungen der dritten Ordnung in Langsschwingungsart ausführt. 35b

030020/0915

bezeichnet einen Koppler, der in Biegeschwingungsart schwingt und der die Schwinger 33b und 34b in Phase verbindet. 36b bezeichnet einen Differentialkoppler, der in der Biegeschwingungsart schwingt und der die Schwinger 33h und 34b in Gegenphase verbindet. 37h bezeichnen Knotenpunkte der Schwinger 33h und 34b in Längsschwingungsart. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 7B bezeichnen jeweils die Längsschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung des mechanischen Schwingers 33b nahezu gleich der Resonanzfrequenz der dritten Ordnung des mechanischen Schwingers 34b ist. Die Darstellung (b) der Fig. 7B ist eine Draufsicht des mechanischen Filters, das in der Darstellung (a) der Fig. 7B gezeigt ist. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 35b und 36b parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 33b und 34b verbunden.

Fig. 7C erläutert die Erfindung in Anwendung bei mechanischen Schwingern, die in der Ordnung einer geraden Zahl und in Längsschwingungsart schwingen. Die Darstellung (a) der Fig. 7C ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei 33c einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der zweiten Ordnung in der Längsschwingungsart ausführt. 34c bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der vierten Ordnung in der Längsschwingungsart ausführt. 35c bezeichnet einen Koppler, der in der Biegeschwingungsart schwingt und der die Schwinger 33c und 34c in Phase verbindet. 36c bezeichnet einen Differentialkoppler, der in der Biegeschwingungsart schwingt und der die Schwinger 33c und 34c in Gegenphase verbindet. 37c bezeichnen Knotenpunkte der Schwinger 33c und 34c bei einer Längsschwingung. Die gestrichtelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der

030020/0915

Fig. 7C bezeichnen jeweils die Längsschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Filter sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 33c nahezu gleich der Resonanzfrequenz der vierten Ordnung des mechanischen Schwingers 3^c ist. Die Darstellung (b) der Fig. 7C ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 7C gezeigten mechanischen Schwingers. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 35c und 36c parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 33c und 34·c verbunden.

Die Fig. 8A bis 8C zeigen Ausführungsformen der Erfindung in der Anwendung bei mechanischen Filtern mit mechanischen Schwingern des Biegeschwxngungstyps. In der Darstellung (a) der Fig. 8A bezeichnet 38a einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der ersten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 39a bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der zweiten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 40a bezeichnet einen Koppler, der in Längsrichtung schwingt und der das mechanische Schwingerpaar 38a und 39a in Phase verbindet. 41a bezeichnet einen Differentialkoppler, der in Längsrichtung schwingt und der das mechanische Schwingerpaar in Gegenphase verbindet. 42a bezeichnen Knotenpunkte der mechanischen Schwinger, die in der Biegeschwingungsart schwingen. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 8A bezeichnen jeweils die Biegeschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung des mechanischen Schwingers 38a nahezu gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 39a ist. Die Darstellung (b) der Fig. 8A ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 8A gezeigten mechanischen Filters. In diesem mechanischen Filter sind die Koppler 40a und 41a parallel

030020/0915

zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 38a und 39a verbunden. Das in Fig. 8A gezeigte mechanische Filter hat dieselbe Wirkung wie die mechanischen Filter der Fig. 6A und 7A.

Fig. 8B zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in der Anwendung auf mechanische Schwinger, die Schwingungen in der Ordnung einer ungeraden Zahl und in der Biegeschwingungsart ausführen. Die Darstellung (a) der Fig. 8B ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei 38b einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der ersten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 39b bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der dritten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 40b bezeichnet einen Koppler, der mit den Schwingern 38b und 39b in Phase verbunden ist. A-Ib bezeichnet einen Differentialkoppler, der mit den Schwingern 38b und 39b in Gegenphase verbunden ist. 42b bezeichnen Knotenpunkte der Schwinger 38b und 39b bei der Biegeschwingung. Die gestrichtelten Linien und Pfeile

in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 8B bezeichnen jeweils die Biegeschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz erster Ordnung des mechanischen Schwingers 38b nahezu gleich der Resonanzfrequenz der dritten Ordnung des mechanischen Schwingers 39b ist. Die Darstellung (b) der Fig. 8B ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 8B gezeigten mechanischen Filters. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind die Koppler 40b und 41b parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig an den mechanischen Schwingern 38b und 39b angebracht.

Fig. 8C zeigt die Erfindung in Anwendung bei mechanischen Schwingern, die Schwingungen in der Ordnung einer geraden Zahl und in der Biegeschwingungsart ausführen. Die Darstellung (a) der Fig. 8C ist eine perspektivische

030020/0915

Ansicht eines mechanischen Filters der Erfindung, wobei das Bezugszeichen 38c einen mechanischen Schwinger bezeichnet, der Schwingungen der zweiten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 39c bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Schwingungen der vierten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführt. 40c bezeichnet einen Koppler, der die Schwinger 38c und 39c in Phase verbindet. 41c bezeichnet einen Differentialkoppler, der die Schwinger 38c und 39c in Gegenphase verbindet. 42c bezeichnen Knotenpunkte der Schwinger 38c und 39c bei der Biegeschwingung. Die gestrichelten Linien und Pfeile in den Darstellungen (a) und (b) der Fig. 8C bezeichnen jeweils die Biegeschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger sind so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 38c nahezu gleich der Resonanzfrequenz der vierten Ordnung des mechanischen Schwingers 39c ist.

Die Darstellung (b) der Fig. 8C ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 8C gezeigten mechanischen Filters. Wie sich aus den Darstellungen ergibt, sind die Koppler 40c und 41c parallel zueinander angeordnet und rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 38c und 39c verbunden.

Die Erfindung kann auch angewendet werden, wenn die mechanischen Schwinger, die das mechanische Filter bilden, in einer Ordnung derselben Zahl schwingen. Fig. 9A zeigt eine Ausführungsform, bei der die beiden Schwinger Schwingungen der zweiten Ordnung ausführen. 46a und 47a bezeichnen Schwinger, die Schwingungen der zweiten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführen. 48a bezeichnet einen Koppler zum Koppeln der beiden Schwinger in Phase und 49a bezeichnet einen Koppler zum Koppeln der beiden Schwinger in Gegenphase. Die gestrichtelten Linien und Pfeile in Fig. 9A bezeichnen jeweils die Biegeschwingungsart und die Schwingungsrichtungen.

030020/0915

Fig. 9B zeigt eine Ausführungsform, bei der die beiden mechanischen Schwinger Schwingungen der dritten Ordnung ausführen. 46b und 47b bezeichnen Schwinger, die Schwingungen in der dritten Ordnung in der Biegeschwingungsart ausführen. 48b bezeichnet einen Koppler zum Koppeln der beiden Schwinger in Phase und 49b bezeichnet einen Koppler zum Koppeln der beiden Schwinger in Gegenphase. Die gestrichelten Linien und Pfeile bezeichnen jeweils die Biegeschwingungsart und die Schwingungsrichtungen. Auch wenn die beiden Schwinger in der Ordnung derselben Zahl schwingen, kann das mechanische Filter auch durch eine abweichende Anordnung der beiden Schwinger und durch Verbinden der Koppler in nahezu rechten Winkeln in Phase und in Gegenphase aufgebaut werden.

Fig. 10 ist eine Darstellung eines mechanischen Filters in einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung (a) der Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht des mechanischen Filters einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung (b) der Fig. 10 ist eine Draufsicht. In den beiden Darstellungen bezeichnen 50, 52, 51 und 53 mechanische Schwinger, die Schwingungen der ersten Ordnung und der dritten Ordnung in der Torsionsschwingungsart ausführen, 54 bezeichnet einen Koppler zum Verbinden der Schwinger in Phase und 55 bezeichnet einen Koppler zum Verbinden der Schwinger in Gegenphase zueinander.

Bei der Ausführungsform der Fig. 10 sind zwei Sätze von mechanischen Filtern, die in Fig. 6B dargestellt sind, in Kaskade verbunden und die Kopplung, die ein Merkmal der Erfindung ist, wird zwischen dem Schwinger 50 ^un(i dem Schwinger 5I ■> dargestellt durch A, zwischen dem Schwinger 51 und dem Schwinger 52, dargestellt durch B, und zwischen dem Schwinger 52 und dem Schwinger 53» dargestellt durch C, angewendet. Obwohl Fig. 10 den Fall zeigt, bei dem die Schwinger in der Torsionsschwingungsart schwingen, ist die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform

030020/0915

auch anwendbar, wenn die Schv.-inger in der Längsschwingungsart oder der Biegeschwingungsart schwingen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird davon ausgegangen, daß die Phase der Schwingung durch Verwendung des Kopplers nicht geändert wird. In der Praxis kann sich jedoch die Phase in Abhängigkeit von der Länge der Koppler ändern oder nicht. Damit sich die Phase nicht durch die Koppler ändert, sollten die Längen der Koppler innerhalb des nachfolgend angegebenen Bereichs liegen.

worin Λ die Wellenlänge (\= v/f), f die Frequenz, ν die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Koppler und η 0, 1, 2, ... sind.

Die Erfindung kann des weiteren auch angewendet werden, wenn ein mechanisches Filter vom Poltyp aufgebaut werden soll. Das mechanische Filter vom Poltyp besteht aus wenigstens drei oder mehl' mechanischen Schwingern und einem Hauptkoppler, der die mechanischen Schwinger in Phase verbindet, wobei ein mechanischer Schwinger und ein weiterer nichtbenachbarter mechanischer Schwinger in Phase oder in Gegenphase unter Verwendung eines weiteren Brückenkopplers verbunden sind.

Bei einem mechanischen Filter des Poltyps sind üblicherweise ein oder zwei mechanische Schwinger zwischen den beiden mechanischen Schwingern angeordnet, die durch den oben erwähnten Brückenkoppler verbunden sind. Wenn beispielsweise ein mechanischer Schwinger zwischen die beiden mechanischen Schwinger eingesetzt ist, tritt der Pol an der oberen Seite des Durchlaßbands auf, falls der Brückenkoppler in Phase angeschlossen ist, während der Pol an der unteren Seite des Durchlaßbands auftritt, falls der Brückenkoppler in Gegenphase angeschlossen ist. Wenn zwei mechanische Schwinger zwischen die beiden

030020/0915

mechanischen Schwinger eingesetzt sind, treten die Pole an der oberen Seite und an der unteren Seite des Durchlaßbands auf, falls die Brückenkoppler in Gegenphase angebracht sind.

Ein mechanisches Filter des Poltyps kann somit unter Verwendung eines Brückcnkopplers aufgebaut werden. Die Ausbildung des Poltyps des mechanischen Filters ist in der Hinsicht vorteilhaft, daß die Selektivität des Filters und die Charakteristik der Gruppenverzögerungszeit verbessert werden, die bisher als widerstreitende Eigenschaften angesehen wurden. Des weiteren können die Abmessungen des mechanischen Filters verringert werden. Wenn die Zahl der das Filter bildenden Elemente vergrößert wird, wird im allgemeinen die Selektivität vergrößert, jedoch wird auch die Gruppenverzögerungszeit erhöht. Der Anstieg der Zahl der Elemente verursacht des weiteren, daß das Filter selbst aufwendig wird. Bei dem mechanischen Filter des Poltyps kann die Zahl der Elemente wesentlich verringert werden, wobei die oben erwähnten Eigenschaften erfüllt werden, so daß die Abmessung des mechanischen Filters verringert werden kann.

Verschiedene Arten von mechanischen Filtern des Poltyps sind bereits vorgeschlagen worden. In Abhängigkeit von ihrer Ausbildung können diese in zwei Gruppen eingeteilt werden.

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten mechanischen Filters des Poltyps mit drei mechanischen Schwingern des Torsionsschwingungstyps. In Fig. 11 bezeichnen 61, 62 und 63 mechanische Schwinger, die in der ersten Ordnung schwingen. 64- bezeichnet einen Hauptkoppler zum Koppeln der mechanischen Schwinger 61, 62 und 63 in Phase. 65 bezeichnet einen Brückenkoppler, der die mechanischen Schwinger 61 und 63 in Gegenphase koppelt, wobei der mechanische Schwinger 62 übersprungen wird. 66 und 67 bezeichen jeweils Knotenpunkte der

030020/091S

Torsionsschwingung der ersten Ordnung und die verschobene Stellung aufgrund der Schwingung. Bei dem in Fig. 11 gezeigten Hauptfilter ist der Hauptkoppler 64 rechtwinklig mit den mechanischen Schwingern 61, 62 und 63 verbunden, während der Brückenkoppler 65 in bezug auf die mechanischen Schwinger 61 und 63 schräg angeordnet ist. Gemäß Fig. 11 sind die mechanischen Schwinger an Punkte gekoppelt, an denen die Verschiebungsrichtungen der Torsionsschwingung der ersten Ordnung zueinander entgegengesetzt sind, so daß eine Kopplung mit entgegengesetzter Phase

erhalten werden kann. Bei diesem mechanischen Filter tritt der Pol an der unteren Seite des Durchlaßbands auf.

Der Vorteil des mechanischen Filters des Poltyps der in Fig. 11 gezeigten Art besteht darin, daß alle mechanischen Schwinger in derselben Schwingungsart und in derselben Ordnung schwingen. Die mechanischen Schwinger können folglich annähernd dieselbe Abmessung und Form haben. Nur ein einziger Typ eines mechanischen Schwingers muß für den Zusammenbau der Filter hergestellt werden. Das auf diese Weise ausgebildete mechanische Filter des Poltyps weist einen Brückenkoppler auf, der die mechanischen Schwinger schräg miteinander verbindet, was unter dem Gesichtspunkt der Herstellung und der Aufrechterhaltung der Abmessungsgenauigkeit zu Schwierigkeiten führt.

Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines bekannten mechanischen Filters des Poltyps unter Verwendung von mechanischen Schwingern des Biegeschwingungstyps und

mechanischen Schwingern des Torsionsschwingungstyps. In Fig. 12 bezeichnet 68 einen mechanischen Schwinger, der Biegeschwingungen der zweiten Ordnung ausführt. 69 und 70 sind mechanische Schwinger, die Torsionsschwingungen der ersten Ordnung ausführen. 71 ist ein Hauptkoppler zum Koppeln der mechanischen Schwinger 68, 69 und 70 in Phase und 72 bezeichnet einen Brückenkoppler zum Koppeln der mechanischen Schwinger 68 und 70 in Gegenphase. 73 und 74

030020/0915

bezeichnen jeweils Knotenpunkte der Biegeschwingung der zweiten Ordnung und der Torsionsschwingung der ersten Ordnung und 75 und 76 bezeichnen Schwingungsverschiebungen. Bei diesem mechanischen Filter tritt der Pol an der oberen Seite des Durchlaßbands auf.

Der Vorteil des mechanischen Filters des Poltyps der in Fig. 12 gezeigten Art besteht darin, daß die Koppler leicht angeschweißt werden können, da die beiden Koppler 71 und 72 rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern 68, 69 und 70 angeordnet sind. Des weiteren ist der Aufbau relativ einfach, was die Herstellung erleichtert. Mit dem auf diese Weise ausgebildeten mechanischen Filter des Poltyps müssen jedoch mechanische Schwinger mit unterschiedlichen Schwingungsarten in unterschiedlichen mechanischen Formen und Abmessungen hergestellt werden. Zwei Arten der mechanischen Schwinger aus unterschiedlichen Materialien müssen hergestellt werden, um die Anforderungen unter dem Gesichtspunkt der Frequenztemperaturkoeffizienten zu erfüllen. Die beiden Koppler müssen darüber hinaus an beiden Seiten der mechanischen Schwinger angebracht werden.

Fig. 13 ist eine Darstellung zur Erläuterung eines mechanisehen Filters des Poltyps in einer Ausführungsform der Erfindung. Die Darstellung zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem mechanischen Filter, das aus mechanischen Schwingern des Torsionsschwingungstyps besteht. Die Darstellung (a) der Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters des Poltyps nach der Erfindung, wobei 77 und 78 mechanische Schwinger bezeichnen, die Torsionsschwingungen der ersten Ordnung ausführen. 79 bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Torsionsschwingungen der zweiten Ordnung ausführt. 80 bezeichnet einen Hauptkoppler, der in Längsrichtung schwingt und der die mechanischen Schwinger 77·, 78 und 79 in Phase zusammenkoppelt. 81 bezeichnet einen Brückenkoppler, der in

030020/0915

Längsrichtung schwingt und der die mechanischen Schwinger 77 und 79 in Gegenphase zusammenkoppelt. 82 und 83 bezeichnen jeweils Knotenpunkte der mechanischen Schwinger in der Torsionsschwingungsart und die Schwingungsverschiebungen. Die Pfeile bezeichnen die Richtungen der Verschiebung und die Marken χ bezeichnen die Verbindungspunkte zwischen den Kopplern und den mechanischen Schwingern. Gemäß Fig. 13 sind die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung der mechanischen Schwinger 77 und 78 nahezu gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 79 ist.

Die Darstellung (b) der Fig. 13 ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 13 gezeigten mechanischen Filters. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 80 und 81 parallel zueinander und rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern 77» 78 und 79 angeordnet.

Fig. 14 zeigt ein mechanisches Filter des Poltyps in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Fig. 14 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem mechanischen Filter, das aus mechanischen Schwingern des Längsschwingungstyps besteht. Die Darstellung (a) der Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters des Poltyps gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wobei 84 und 85 mechanische Schwinger bezeichnen, die Längsschwingungen der ersten Ordnung ausführen. 86 bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Längsschwingungen der zweiten Ordnung ausführt. 87 bezeichnet einen Hauptkoppler, der Biegungsschwingungen ausführt und der die mechanischen Schwinger 84, 85 und 86 in Phase zusammenkoppelt. 88 bezeichnet einen Brückenkoppler, der Biegeschwingungen ausführt und der die mechanischen Schwinger 84 und 86 in Gegenphase zusammenkoppelt. 89 und 90 bezeichnen jeweils Knotenpunkte der mechanischen Schwinger in der Längsschwingungsart und die Schwingungsverschiebungen. Die

030020/0915

Pfeile bezeichnen die Verschiebungsrichtungen und die Marken χ bezeichnen die Punkte, an denen die Koppler und die mechanischen Schwinger miteinander verbunden sind. Gemäß Fig. 14 sind die mechanischen Abmessungen der mechanischen Schwinger so gewählt, daß die Resonanzfrequenz der ersten Ordnung der mechanischen Schwinger 84 und 85 nahezu gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 86 ist.

Die Darstellung (b) der Fig. 14 ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 14 gezeigten mechanischen Filters. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 87 und 88 parallel zueinander und rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern 84, 85 und 86 angeordnet.

Fig. 15 zeigt ein mechanisches Filter des Poltyps gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem mechanischen Filter, das aus mechanischen Schwingern des Biegeschwingungstyps besteht. Die Darstellung (a) der Fig. I5 ist eine perspektivische Ansicht eines mechanischen Filters des PoI-typs gemäß der Ausführungsform der Erfindung, wobei 91 und 92 mechanische Schwinger bezeichnen, die Biegeschwingungen der ersten Ordnung ausführen. 93 bezeichnet einen mechanischen Schwinger, der Biegeschwingungen der zweiten Ordnung ausführt. 94 bezeichnet einen Hauptkoppler, der in Längsrichtung schwingt und der die mechanischen Schwinger 91» 92 und 93 in Phase zusammenkoppelt. 95 bezeichnet einen Brückenkoppler, der in Längsrichtung schwingt und der die mechanischen Schwinger 91 und 93 in Gegenphase zusammenkoppelt. 96 und 97 bezeichnen jeweils Knotenpunkte der mechanischen Schwinger in der Biegeschwingungsart und die Schwingungsverschiebungen. Die · Pfeile bezeichnen die Verschiebungsrichtungen und die Marken χ bezeichnen Punkte, an denen die Koppler und die mechanischen Schwinger miteinander verbunden sind. Die mechanischen Abmessungen sind so gewählt, daß die

030020/0915

Resonanzfrequenz der ersten Ordnung der mechanischen Schwinger 91 und 92 nahezu gleich der Resonanzfrequenz der zweiten Ordnung des mechanischen Schwingers 93 ist.

Die Darstellung (b) der Fig. 15 ist eine Draufsicht des in der Darstellung (a) der Fig. 15 gezeigten mechanischen Filters. Wie sich aus der Darstellung ergibt, sind die Koppler 94 und 95 parallel zueinander und rechtwinklig zu den mechanischen Schwingern 91, 92 und 93 angeordnet.

Wie voranstehend erläutert wurde, kann gemäß der Erfindung ein mechanisches Filter des Poltyps unter Verwendung von mechanischen Schwingern aufgebaut werden, die in derselben Schwingungsart schwingen und die aus demselben Material hergestellt sind. Da des weiteren der Hauptkoppler, der die Signale in Phase überträgt, und der Brückenkoppler, der einen Dämpfungspol bildet, rechtwinklig in bezug auf die mechanischen Schwinger angeordnet sind, kann das Filter leicht hergestellt werden, während eine erhöhte Genauigkeit erhalten wird.

Die vorangehenden Ausführungsformen befassen sich mit den Fällen, in denen die Erfindung bei mechanischen Filtern angewendet wird, die aus drei repräsentativen Arten von mechanischen Schwingern zusammengesetzt sind, die Torsionsschwingungen, Längsschwingungen und Biegeschwingungen ausführen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Aucführungsformen beschränkt, sondern kann auch bei mechanischen Filtern angewendet werden, die aus mechanischen Schwingern irgendeiner Schwingungsart zusammengesetzt sind. Die oben erwähnten Ausführungsformen befassen sich des weiteren mit Fällen, bei denen mechanische Schwinger der ersten Schwingungsordnung und mechanische Schwinger der zweiten Schwingungsordnung verwendet werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die erwähnten Fälle beschränkt, sondern kann auch bei Kombinationen beliebiger SchwingungsOrdnungen eines mechanischen Schwingerpaars angewendet werden, das durch einen Brückenkoppler

030020/0915

gekoppelt ist, und zwar mit Ausnahme einer Kombination von Schwingungen der ersten Ordnung.

Bei den oben erwähnten Ausführungsformen ist ein Dämpfungspol an der unteren Seite des Durchlaßbands vorgesehen.

Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, vielmehr kann beispielsweise, wenn zwei mechanische Schwinger zwischen den mechanischen Schwingern, die durch einen Brückenkoppler verbunden sind, angeordnet sind, ein Dämpfungspol jeweils an der oberen Seite und an der unteren Seite des Durchlaßbands vorgesehen werden. Es ist des weiteren möglich, mehrere Pole vorzusehen, indem mehrere Brückenkoppler, die in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, bei einem mechanischen Filter angewendet werden, das aus mehreren Elementen besteht. Die das mechanische Filter bildenden mechanischen Schwinger können entweder Resonatoren oder Wandler sein.

Bei dem mechanischen Filter der Erfindung, wie es vorangehend beschrieben wurde, können zwei Koppler einschließlich eines Differentialkopplers mit einem mechanischen Schwingerpaar rechtwinklig verbunden sein. Da des weiteren das Paar mechanischer Schwinger in derselben Schwingungsart schwingt und die beiden Koppler nur mit einer Fläche jedes der mechanischen Schwinger verbunden sind, können die mechanischen Filter leicht hergestellt werden, während ein hoher Genauigkeitsgrad aufrechterhalten wird.

Bezüglich der Schwingungsordnung der Schwinger kann die Erfindung, wenn die mechanischen Schwinger Schwingungen der Ordnung einer ungeraden Zahl ausführen, bei irgendeiner Kombination von Schwingungen angewendet werden, wenn das mechanische Schwingerpaar Schwingungen der Ordnung einer geraden Zahl ausführt.

030020/0915

Claims

REINLÄNDER & BERNHARDT 2 y ub 7 n PATENTANWÄLTE 6/406 Orthstraße 12 D-8000 München 60 FUJITSU LIMITED No.1015, Kamikodanaka Nakahara-ku, Kawasaki-shi Kanagawa 211, Japan Patentansprüche

1.' Mechanisches Filter, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar mechanischer Schwinger, die so angeordnet sind, daß ihre Längsachsen nahezu parallel zueinander sind,und die in derselben Schwingungsart schwingen, durch einen Koppler, der nahezu rechtwinklig zu dem Paar mechanischer Schwinger angeordnet ist und der das Paar mechanischer Schwinger in Phase zusaramenkoppelt, und durch einen zweiten Koppler, der nahezu rechtwinklig zu dem Paar mechanischer Schwinger angeordnet ist, der das Paar mechanischer Schwinger in Gegenphase zusammenkoppelt und der mit dem ersten Koppler an der Fläche nur einer Seite des Paars mechanischer Schwinger verbunden ist.

2. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar mechanischer Schwinger aus einem ersten mechanischen Schwinger und einem zweiten mechanischen Schwinger besteht.

3. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem ersten, einem zweiten und einem dritten mechanischen Schwinger besteht, daß der erste Koppler mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten mechanischen Schwinger in Phase gekoppelt ist und daß der zweite Koppler mit dem ersten und dem dritten mechanischen Schwinger in überspringender Weise und in Gegenphase gekoppelt ist.

030020/0915

ORIGINAL INSPECTED

4. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch erste, zweite, dritte und vierte mechanische Schwinger, wobei der erste Koppler mit den ersten, zweiten, dritten und vierten mechanischen Schwingern in Phase gekoppelt ist und der zweite Koppler mit dem ersten und dem vierten mecha nischen Schwinger in überspringender Weise und in Gegen phase gekoppelt ist.

5. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Schwinger des Paars mechanischer Schwinger in der Ordnung einer ungeraden Zahl und der andere in der Ordnung einer geraden Zahl in derselben Schwingungsart schwingen.

6. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schwinger des Paars mechanischer Schwinger in der Ordnung einer ungeraden Zahl oder einer geraden Zahl und in derselben Schwingungsart schwingen.

7. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwingungsart eine Torsionsschwingungsart ist.

8. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwingungsart eine Biegeschwingungsart ist.

9. Mechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schwingungsart eine Längsschwingungsart ist.

030020/Q915