Die vorliegende Erfindung betrifft ein longitudinal schwin
gendes mechanisches Koppelfilter mit longitudinal schwing
fähigen Körpern (hier im folgenden auch als "longitudinal
schwingfähige Abstimmbalken" bezeichnet), weiterhin mit
piezoelektrischen Elementen, Koppelelementen und Trägerele
menten. Das Filter ist geeignet, Frequenzschwankungen auf
grund verschiedener Längen der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken, unerwünschte Unselektivitäten und Verschlech
terung der Bandpaßeigenschaften wirksam zu vermindern,
oder, sofern gewünschte Frequenzcharakteristika durch über
tragung von Longitudinalschwingungen erzeugt werden, die Re
sonanzfrequenz exakt einzustellen. Die Erfindung betrifft
weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters.
Neuerdings sind mechanische Filter, die Eigenschaften be
sitzen, die verglichen mit denen der LC-Filter und der Quarz
filter mittleres Niveau haben, in Geräten der Nachrichten
technik weit verbreitet. Derartige mechanische Filter haben
einen guten Q-Faktor, eine gute Selektivität, ein gutes
Temperaturverhalten und sie können in reduzierter Baugröße
ausgeführt werden.
Ein herkömmliches longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen
gezeigt. Das mechanische Filter hat einen longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 2 und einen
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 4,
die in derselben Ebene angeordnet und aus demselben
metallischen Material hergestellt sind. Identische
elastische Koppelelemente 6, 8 sind an die longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 2, 4
angefügt, und Trägerelemente 10, 12 ragen außenseitig
und mittig aus den Abstimmbalken 2, 4 heraus. Die Ab
stimmbalken 2, 4, die Koppelelemente 6, 8 und die Träger
elemente 10, 12 sind durch Präzisionspressen hergestellt
und durch Laserschweißen oder ähnliches zusammengefügt.
Dem longitudinal schwingungsfähigen Eingangsabstimmbalken
2 ist ein Paar von piezoelektrischen Eingangskeramiktei
len 14a, 14b überlagert und durch Löten oder ähnliches
befestigt. In gleicher Weise ist dem longitudinal schwin
gungsfähigen Ausgangsabstimmbalken 4 ein Paar von piezo
elektrischen Ausgangskeramikteilen 16a, 16b überlagert
und durch Löten oder ähnliches befestigt. Die äußeren En
den der Trägerelemente 10, 12 sind jeweils mittig auf den
oberen Flächen der aufrecht stehenden Teile 24a, 24b des
Halterungsteiles 24 durch Laserschweißen oder ähnliches
befestigt.
Die Zufuhrleitung 18 und die Erdungsleitung 18e, durch die
ein Eingangssignal eingespeist wird, sind jeweils an die
piezoelektrischen Eingangskeramikteile 14a, 14b und den
aufrecht stehenden Teil 24a angeschlossen. In gleicher
Weise ist eine Ausgangsleitung 20 und eine Erdungsleitung
20e, durch die ein Ausgangssignal ausgeleitet wird, jeweils
an die piezoelektrischen Ausgangskeramikteile 16a,
16b und das aufrecht stehende Teil 24b angeschlossen.
Die longitudinal schwingungsfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 2, 4, die durch Koppelelemente 6, 8
miteinander gekoppelt sind, sind voneinander derart beab
standet, daß sie unbehindert in Longitudinalschwingungen
versetzt werden können. Das longitudinal schwingende me
chanische Koppelfilter ist in einem Gehäuse untergebracht
(nicht gezeigt), das in einem Zwischenfrequenzverstärker,
in einem Gerät der Nachrichtentechnik oder ähnlichem,
eingebaut ist.
Das in Fig. 1 gezeigte longitudinal schwingende mechani
sche Koppelfilter arbeitet wie folgt: Ein Hochfrequenz
signal S1, das durch die Signalquelle Osc erzeugt wird
und durch einen Widerstand R geleitet wird, wird durch
die Zufuhrleitung 18 und die Erdungsleitung 18e einge
speist und an Elektroden (nicht gezeigt) angelegt, die an
den piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 14a, 14b
angebracht sind. Das zugeführte Hochfrequenzsignal
S1 generiert zwischen den Elektroden und dem longitu
dinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 2, der elek
trisch geerdet ist, ein elektrisches Feld, mit derselben
Frequenz wie das Signal S1. Als Antwort auf das auf die
se Weise generierte elektrische Feld, werden die piezoelek
trischen Eingangskeramikteile 14a, 14b mechanisch in die
Richtungen verformt, die durch die Pfeile Vm, Vn in Fig. 1
angezeigt sind, wobei der longitudinal schwingfähige Ein
gangsabstimmbalken 2 in Resonanz gerät und eine Longitudi
nalwelle mit einer Frequenz F1 und einer Halbwellenlänge,
die gleich der Länge L1 des longitudinal schwingfähigen
Eingangsabstimmbalkens 2 ist, erzeugt. Wenn sich die Lon
gitudinalwelle durch den longitudinal schwingfähigen Ein
gangsabstimmbalken 2 mit einer Durchschnittsgeschwindig
keit V ausbreitet, so ist die Frequenz F1 durch die fol
gende Gleichung gegeben:
F₁ = V/(2 L₁) (1)
Die Longitudinalschwingung des longitudinal schwing
fähigen Eingangsabstimmbalkens 2 pflanzt sich mittels
mechanischer Kopplung durch die Koppelelemente 6, 8
zu dem longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balken 4 fort, und verursacht, daß der longitudinal
schwingfähige Ausgangsabstimmbalken 4 in Resonanz gerät
oder daß er mit einer Frequenz F2 und mit einer Halb
wellenlänge die gleich der Länge L2 des Abstimm
balkens 4 ist, longitudinal schwingt. Wenn sich die
Longitudinalwelle durch den longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalken 4 mit einer Durchschnittsge
schwindigkeit V ausbreitet, dann ist die Frequenz F2
durch die folgende Gleichung gegeben:
F₂ = V/(2 L₂) (2)
Die Longitudinalschwingung des longitudinal schwing
fähigen Ausgangsabstimmbalkens 4 erzeugt zwischen den
piezoelektrischen Ausgangskeramikteilen 16a, 16b eine
Spannung. Die produzierte Spannung wird dann über die
Ausgangsleitung 20 und die Erdungsleitung 20e als Hoch
frequenzsignal F2 mit einer scharfen Frequenzcharak
teristik-Kurve ausgeleitet.
Bei der Herstellung des longitudinal schwingenden mechani
schen Koppelfilters, die in Fig. 1 gezeigt ist, kommt der
Exaktheit der Zentralfrequenz und den Bandpaßeigenschaften
des hergestellten mechanischen Filters große Bedeutung zu.
Es ist erwünscht, daß die Resonanzfrequenzen F1, F2 der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimm
balken 2, 4 die gleiche Zentralfrequenz besitzen. Da die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsab
stimmbalken 2, 4 durch Ätzen oder Präzisionspressen in
großen Mengen produziert werden, ist es jedoch schwierig,
den einzelnen Bauteilen ein ausreichendes Maß an Genauig
keit zu geben. Eine Folge davon ist, daß die durch Massen
produktion hergestellten mechanischen Filter verschiedene
Zentralfrequenzen besitzen und relativ schlechte Bandpaß
eigenschaften haben.
Die Zufuhrleitung 18 und die Ausgangsleitung 20 sind von
einander beabstandet, um eine induktive Kopplung zwischen
denselben infolge von Streukapazitäten zu vermindern, bzw. um
damit eine erhöhte Isolationswirkung zu erzielen. Wenn jedoch
eine unerwünschte Schwingungswelle von den longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 2 erzeugt wird,
und auf den longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balken 4 durch die Koppelelemente 6, 8 und die Träger
elemente 10, 12 übertragen wird, entstehen unerwünschte
Unselektivitäten außerhalb des Bandpasses des mechani
schen Filters.
Ganz allgemein ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
zu schaffen, das eine verbesserte Frequenzcharakteristik
besitzt, das sich für eine Massenproduktion gut eignet,
das definierte Bandpaßeigenschaften und Unselektivitäts
charakteristika besitzt und weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen longitudinal schwingenden me
chanischen Koppelfilters anzugeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein longitudi
nal schwingendes mechanisches Koppelfilter, das Nuten be
sitzt, die in schwingfähigen Körpern durch Ätzen oder ähn
liches gebildet werden, zeitgleich mit der Herstellung der
schwingfähigen Körper, um damit zu ermöglichen, daß die
durch Massenproduktion hergestellten schwingfähigen Körper
mit einer außerordentlich exakten Zentralfrequenz schwingen,
wobei dadurch wirksam das Auftreten von Frequenzschwankun
gen verhindert und die Bandpaßeigenschaften verbessert und
gleichförmiger gestaltet werden, so daß das mechanische
Filter gut in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters ange
geben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein
longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter mit
Durchgangslöchern oder Blindlöchern, die in den schwing
fähigen Körpern durch Ätzen oder ähnliches gebildet wer
den, zeitgleich mit der Herstellung der schwingfähigen
Körper, um dadurch die Schwingung der in Massenproduktion
hergestellten schwingfähigen Körper mit einer außerordent
lich exakten Zentralfrequenz zu ermöglichen. Dadurch wird
das Auftreten von Frequenzschwankungen wirksam verhindert
und die Bandpaßeigenschaften verbessert und gleichförmiger
gestaltet, so daß das mechanische Filter gut in Massenpro
duktion hergestellt werden kann. Gegenstand der vorliegen
den Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen longitudinal schwingenden mechanischen Kop
pelfilters.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter,
das eine außerordentlich exakte Zentralfrequenz sowie ver
besserte und gleichförmigere Eigenschaften innerhalb und
außerhalb des Bandpasses besitzt, so daß das mechanische
Filter gut in Massenproduktion hergestellt werden kann.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters ange
geben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, ein
longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter, das
unerwünschte Schwingungswellen unterdrücken kann, die an
dernfalls von einem longitudinal schwingfähigen Eingangsab
stimmbalken durch Trägerelemente und Halteelemente zu einem
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken übertra
gen würden, um dadurch unerwünschte Unselektivitäten
außerhalb des Bandpasses wirksam zu reduzieren, so daß die
Bandpaßeigenschaften verbessert werden. Weiterhin wird ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen longitudinal schwin
genden mechanischen Koppelfilters angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es darüber hinaus,
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter,
das eine außerordentlich exakte Zentralfrequenz besitzt und
das einfach eingestellt werden kann, nachdem seine Charakte
ristika gemessen worden sind, so daß die Bandpaßeigenschaf
ten verbessert werden. Weiterhin wird ein Verfahren zur Her
stellung eines solchen longitudinal schwingenden mechani
schen Koppelfilters angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, ein
longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter mit
einer außerordentlich exakten Zentralfrequenz und mit Nu
ten, die in den schwingfähigen Körpern gebildet sind und
kürzer als dieselben sind, zur Verbesserung der Bandpaßeigen
schaften anzugeben. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstel
lung eines solchen longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilters angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
mit einer außerordentlich exakten Zentralfrequenz und
außerdem mit Durchgangs- und/oder Blindlöchern, die in den
schwingfähigen Körpern zur Verbesserung der Bandpaßeigen
schaften gebildet werden. Weiterhin wird ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen longitudinal schwingenden
Koppelfilters angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
mit einer außerordentlich exakten Zentralfrequenz und
außerdem mit verbesserten Eigenschaften innerhalb und
außerhalb des Bandpasses. Weiterhin wird ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilters angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem,
ein Verfahren zur Herstellung eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, mit einer Viel
zahl von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangskörpern, mit darauf aufge
legten piezoelektrischen Teilen, weiterhin mit Koppelele
menten, durch die die schwingfähigen Körper miteinander
gekoppelt sind, mit Trägerelementen, die aus den jewei
ligen schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern heraus
ragen und mit einem Halterungsteil, an das die Trägerele
mente angebracht sind. Das Verfahren enthält als Schritte
die Bildung von Nuten in mindestens einem der schwingfähi
gen Körper, einschließlich der schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangskörper, zeitgleich mit der Herstellung der
schwingfähigen Körper, wobei sich die Nuten in die
Richtung erstrecken, in die die schwingfähigen Körper
longitudinal schwingfähig sind und wobei die besagten
Nuten kürzer sind als die schwingfähigen Körper, und wei
terhin das fixierte und sandwichartige Aufbringen der
piezoelektrischen Teile auf die schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangskörper.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin
ein Verfahren zur Herstellung eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters mit einer Viel
zahl von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwing
fähiger Eingangs- und Ausgangskörper mit darauf aufge
legten piezoelektrischen Teilen, weiterhin mit Koppelele
menten, durch die die schwingfähigen Körper miteinander
gekoppelt sind, mit Trägerelementen, die aus den jeweili
gen schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern herausra
gen und mit einem Halterungsteil, an das die Trägerelemen
te angebracht sind. Das Verfahren enthält als Schritte die
Bildung von Durchgangs- und/oder Blindlöchern in mindestens
einem der schwingfähigen Körper, zeitgleich mit der Herstel
lung der schwingfähigen Körper, wobei die Löcher eine Öff
nungsweite besitzen die kleiner ist als die Wellenlänge der
Longitudinalschwingung der schwingfähigen Körper, und weiter
hin das fixierte und sandwichartige Aufbringen der piezo
elektrischen Teile auf die schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangskörper.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren ein
Verfahren zur Herstellung eines longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilters zur Ausgabe eines zugeführten
Hochfrequenzsignals in einem vorbestimmten Frequenzbereich
mit einer Vielzahl von schwingfähigen Körpern, einschließlich
schwingfähiger Eingangs- und Ausgangskörper, mit darauf auf
gelegten piezoelektrischen Teilen, des weiteren mit Koppel
elementen, durch die die schwingfähigen Körper miteinander
gekoppelt sind, weiterhin mit Trägerelementen, die aus den
jeweiligen schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern he
rausragen und mit einem Halterungsteil, an das die Trägerele
mente angebracht sind. Das Verfahren enthält als Schritte die
Herstellung von schwingfähigen Körpern, die in einem Bereich
nahe eines Bandpasses des mechanischen Filters longitudinal
schwingfähig sind, und die Herstellung der Koppelelemente,
die zwischen den Enden der schwingfähigen Körper angeordnet
sind und mit denselben durch Biegeschwingung gekoppelt sind,
als einheitliches Gebilde aus einer einzelnen flachen Platte,
gemäß einem fotolithografischen Verfahren.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein longitudinal
schwingendes mechanisches Koppelfilter zur Ausgabe eines
zugeführten Hochfrequenzsignals in einem vorbestimmten
Frequenzbereich, mit einer Vielzahl von schwingfähigen
Körpern, einschließlich schwingfähiger Eingangs- und Aus
gangskörper, mit darauf aufgelegten piezoelektrischen Tei
len, weiterhin mit Koppelelementen, durch die die schwing
fähigen Körper miteinander gekoppelt sind, des weiteren mit
Trägerelementen, die aus den jeweiligen schwingfähigen Ein
gangs und Ausgangskörpern herausragen, weiterhin mit einem
halterungsteil, an das die Enden der Trägerelemente ange
bracht sind, des weiteren mit Halterungen für Schwingungs
absorptionskörper, die an zwischen den sich gegenüberliegen
den Enden der Trägerelemente angeordnet sind und mit
Schwingungsabsorptionskörpern, die fest an besagte
Halterungen für die Schwingungsabsorptionskörper ange
bracht sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
zur Ausgabe eines zugeführten Hochfrequenzsignals in
einem vorbestimmten Frequenzbereich, mit einer Vielzahl
von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwingfähiger
Eingangs- und Ausgangskörper, mit darauf aufgelegten piezo
elektrischen Teilen, weiterhin mit Koppelelementen, durch
die die schwingfähigen Körper miteinander gekoppelt sind,
des weiteren mit Trägerelementen, die aus den jeweiligen
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern herausragen,
weiterhin mit einem Halterungsteil, an das die Enden der
Trägerelemente angebracht sind, und mit Resonanzfrequenz-
Einstellfingern, die auf mindestens einem der schwingfähi
gen Körper angeordnet sind.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin,
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
zur Ausgabe eines zugeführten Hochfrequenzsignals in
einem vorbestimmten Frequenzbereich mit einer Vielzahl
von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwingfähiger
Eingangs- und Ausgangskörper, mit darauf aufgelegten piezo
elektrischen Teilen, weiterhin mit Koppelelementen, durch
die die schwingfähigen Körper miteinander gekoppelt sind,
des weiteren mit Trägerelementen, die aus den jeweiligen
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern herausragen,
weiterhin mit einem Halterungsteil, an das die Enden der
Trägerelemente angebracht sind, und wobei mindestens ein
schwingfähiger Körper eine darin gebildete, den Körper
durchsetzende Nut, eine Blindnut, eine gerade verlaufende
Nut, eine gebogene Nut oder eine Nut aufweist, die eine
Kombination dieser Nuten dargestellt. Die Nut erstreckt sich
in die Richtung, in die der schwingfähige Körper longitudinal
schwingfähig ist, wobei die Nut kürzer ist, als der schwing
fähige Körper.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren,
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
zur Ausgabe eines zugeführten Hochfrequenzsignals in
einem vorbestimmten Frequenzbereich, mit einer Vielzahl
von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwingfähiger
Eingangs- und Ausgangskörper, mit darauf aufgelegten piezo
elektrischen Teilen, weiterhin mit Koppelelementen, durch
die die schwingfähigen Körper miteinander gekoppelt sind,
des weiteren mit Trägerelementen, die jeweils aus den
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern herausragen,
weiterhin mit einem Halterungsteil, an das die Enden der
Trägerelemente angebracht sind, und wobei mindestens ein
schwingfähiger Körper darin gebildete Durchgangs- und/oder
Blindlöcher besitzt, deren Öffnungsweite kleiner ist als
die Wellenlänge der Longitudinalschwingung des schwingfähi
gen Körpers.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin,
ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter
zur Ausgabe eines zugeführten Hochfrequenzsignals in
einem vorbestimmten Frequenzbereich mit einer Vielzahl
von schwingfähigen Körpern, einschließlich schwingungsfä
higer Eingangs- und Ausgangskörper, für das Empfangen und
Ausgeben eines Hochfrequenzsignals, wobei die schwingfähi
gen Körper in einem Bereich longitudinal schwingfähig sind,
der nahe einem Bandpaß des mechanischen Filters liegt, wei
terhin mit piezoelektrischen Teilen, die jeweils den
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern über
lagert sind und jeweils Elektroden besitzen, die an
Leiter angeschlossen sind, und mit einer Vielzahl von
Koppelelementen, die zwischen den Enden der schwing
fähigen Körper angeordnet sind und mit denselben über
Biegeschwingung gekoppelt sind.
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vor
teile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgen
de Beschreibung weiter verdeutlicht, insbesondere in Ver
bindung mit der beigefügten Zeichnung, in der bevorzugte
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt wer
den.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines bekannten
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfil
filters;
Fig. 2(a) bis 2(d) perspektivische Ansichten der Abfolge
eines Herstellungsverfahrens eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten von longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfiltern, die durch
das in den Fig. 2(a) bis 2(b) gezeigte Verfahren
hergestellt sind;
Fig. 5(a) bis 5(d) perspektivische Ansichten, die die
Abfolge eines Herstellungsverfahrens eines longi
tudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters
gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegen
den Erfindung zeigen;
Fig. 6(a) die perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, das gemäß
eines in den Fig. 5(a) bis 5(d) gezeigten Verfahrens
hergestellt ist;
Fig. 6(b) eine vergrößerte perspektivische Teilansicht
eines Teils des in Fig. 6(a) gezeigten longitudi
nal schwingenden mechanischen Koppelfilters;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines anderen longi
tudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters,
der durch das in den Fig. 5(a) bis 5(d) gezeigte
Verfahren hergestellt ist;
Fig. 8(a) bis 8(d) perspektivische Ansichten der Abfolge
eines Herstellungsverfahrens eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, das
durch ein in den Fig. 8(a) bis 8(d) gezeigtes
Verfahren hergestellt ist;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines weiteren
longitudinal schwingenden mechanischen Koppel
filters, das durch ein in den Fig. 8(a) bis 8(d)
gezeigtes Verfahren hergestellt ist;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Filters gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters gemäß
einer Abwandlung des in Fig. 11 gezeigten me
chanischen Filters;
Fig. 13 ein Diagramm, das die Bandpaßeigenschaften des
in Fig. 11 gezeigten mechanischen Filters dar
stellt;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer Abwandlung des in Fig. 14 gezeigten me
chanischen Filters;
Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 17 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer Abwandlung des in Fig. 16 gezeigten me
chanischen Filters;
Fig. 18(a) eine perspektivische Ansicht eines longitu
dinal schwingenden mechanischen Koppelfilters,
gemäß einer anderen Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung;
Fig. 18(b) eine vergrößerte perspektivische Teil
ansicht eines Teils des in Fig. 18(a) gezeigten
longitudinal schwingenden mechanischen Filters;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß einer
Abwandlung des in Fig. 18(a) und 18(b) gezeigten
mechanischen Filters;
Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, gemäß einer
Abwandlung des in Fig. 20 gezeigten mechanischen
Filters.
Ein longitudinal schwingendes mechanisches Koppelfilter,
das nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung her
gestellt wurde, wird zunächst unter Bezugnahme auf Fig. 3
beschrieben. Das in Fig. 3 gezeigte mechanische Filter
hat einen longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimm
balken 32 und einen longitudinal schwingfähigen Aus
gangsabstimmbalken 34, der eine mit dem longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 32 identische Form
besitzt. Die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 32, 34 sind in einer Ebene ange
ordnet und durch ein Paar dünner Koppelelemente 36, 38,
die aus identischem elastischen Material hergestellt sind,
miteinander verbunden. Trägerelemente 40, 42 ragen
außenseitig und mittig aus den longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34 heraus.
Die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 haben jeweils längs und mittig ange
ordnete, durchgehende Nuten 32a, 34a, die kürzer sind, als
die longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34.
Ein Paar von piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 44a,
44b ist auf die jeweiligen gegenüberliegenden Oberflächen
des longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 32
aufgelegt und durch Löten oder ähnliches befestigt. In
gleicher Weise ist ein Paar von piezoelektrischen Ausgangs
keramikteilen 46a, 46b auf die jeweiligen gegenüberliegen
den Flächen des longitudinal schwingfähigen Ausgangsab
stimmbalkens 34 aufgelegt und durch Löten oder ähnliches
befestigt. Elektroden (nicht gezeigt) sind durch Metallisie
rung oder eine andere Art der Ablagerung auf die Oberflächen
der piezoelektrischen Eingangskeramikteile 44a, 44b
und der piezoelektrischen Ausgangskeramikteile 46a, 46b
aufgebracht. Die Trägerelemente 40, 42 haben äußere Enden,
die mit den inneren gegenüberliegenden Rändern eines
rechteckigen äußeren Rahmens 50 verbunden sind. Der
äußere Rahmen 50 und die longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalken 32, 34 sind in derselben Ebene
angeordnet. Die longitudinal schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 32, 34, die Koppelelemente
36, 38, die Trägerelemente 40, 42 und der äußere Rahmen
50 sind durch Ätzen als einheitliches Gebilde aus einer
einzelnen Metallplatte nach einem fotolithografischen
Verfahren hergestellt, das von der automatisierten Mas
senproduktion von ICs mit hoher Genauigkeit bekannt
ist.
Ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. 2 gezeigten
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters
durch ein fotolithografisches Verfahren, wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2(a) bis 2(d)
beschrieben.
In einem ersten Schritt, gezeigt in Fig. 2(a), wird eine
flache Metallplatte 80 mit einer Fotolackschicht 84 über
zogen. Die flache Metallplatte 80 ist derart gestaltet,
daß sie in einer Ebene die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 32, 34, mit jeweiligen Nuten 32a, 32b, die
mittig in den Abstimmbalken 32, 34 gebildet sind, und kür
zer als dieselben sind enthält, wobei sich die Nuten 32a,
32b in die Richtung erstrecken, in die sich die Longitu
dinalschwingung ausbreitet, und daß sie weiterhin die Kop
pelelemente 36, 38, die Trägerelemente 40, 42 und den
äußeren Rahmen 50 enthält, und definierte Longitudinal
schwingungseigenschaften besitzt.
In einem zweiten Schritt, gezeigt in Fig. 2(b), wird
eine Strahlung, wie z. B. eine Röntgen-Strahlung L, auf die
flache Metallplatte 80 durch eine Maskenvorlage 86 hindurch
aufgebracht, die die gleiche Form hat wie die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34, die Nuten 32a, 34a,
die Koppelelemente 36, 38, die Trägerelemente 40, 42 und
wie der äußere Rahmen 50.
In einem dritten Schritt, gezeigt in Fig. 2(c) wird die
flache Metallplatte 80 zur Entwicklung des Musters
entsprechend der Maskenvorlage 86 in ein Lösungsmittel
getaucht, wodurch dann die Bereiche mit der Fotolack
schicht 87a bis 87e, die den Röntgen-Strahlen L aus
gesetzt waren, von der Metallplatte 80 entfernt werden.
In einem vierten Schritt, gezeigt in Fig. 2(d) werden
die Bereiche der flachen Metallplatte 80, die den im
dritten Schritt entfernten Fotolackschichtbereichen 87a
bis 87e entsprechen, durch Ätzen entfernt.
In dieser Weise werden die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 32, 34, mit den darin mittig und in Längs
richtung gebildeten Nuten 32a, 34a, die kürzer sind als
die Abstimmbalken 32, 34, weiterhin mit Koppelelementen
36, 38, mit Trägerelementen 40, 42 und mit dem äußeren
Rahmen 50, als ein einheitliches Gebilde geformt.
Anschließend werden die piezoelektrischen Eingangs-
und Ausgangskeramikteile 44a, 44b und 46a, 46b, auf
die Elektroden aus Gold oder Silber durch Vakuumauf
dampfen oder durch ein Sputter-Verfahren aufmetallisiert
sind, auf die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 32, 34 aufgelegt und durch Löten
befestigt.
Dann wird eine Zufuhrleitung 52 und eine Erdungslei
tung 52e (Fig. 3) an die piezoelektrischen Eingangs
keramikteile 44a, 44b und an den longitudinal schwing
fähigen Eingangsabstimmbalken 32 gelötet. In gleicher
Weise wird eine Ausgangsleitung 54 und eine Erdungsleitung
54e an die piezoelektrischen Ausgangskeramikteile 46a,
46b und an den longitudinal schwingfähigen Ausgangsab
stimmbalken 34 gelötet.
Die Funktion des in Fig. 3 gezeigten longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters, das durch
obiges Verfahren hergestellt ist, wird im folgenden
beschrieben.
Ein Hochfrequenzsignal S4, z. B. ein Zwischenfrequenzsig
nal mit einer Frequenz von 455 kHz, das durch einen Fre
quenzkonverter in einem Überlagerungsempfänger (superhetero
dyne receiver) oder ähnlichem generiert wird, wird von der
Signalquelle Osc durch einen Widerstand R eingespeist und
über die Zufuhrleitung 52 und die Erdungsleitung 52e an die
piezoelektrischen Eingangskeramikteile 44a, 44b und an
den longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalken
32 angelegt. Das angelegte Hochfrequenzsignal S4 gene
riert zwischen den Elektroden und dem longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 32, der elektrisch
geerdet ist, ein elektrisches Feld mit derselben
Frequenz wie die des Signals S4. Als Antwort auf das
derart generierte elektrische Feld, werden die piezo
elektrischen Keramikteile 44a, 44b mechanisch in die
Richtungen verformt, die durch die Pfeile mi, mo in
Fig. 3 angezeigt sind, wobei der longitudinal schwing
fähige Eingangsabstimmbalken 32 in Resonanz gerät und
eine Longitudinalwelle mit einer Frequenz F4 und einer
Halbwellenlänge, die gleich der Länge L4 des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 32 ist, erzeugt.
Wenn sich die Longitudinalwelle durch den longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 32 mit einer
Durchschnittsgeschwindigkeit V ausbreitet, so ist die
Frequenz F4 durch die folgende Gleichung gegeben:
F₄ = V/(2 L₄) (3)
Die Longitudinalschwingung des longitudinal schwing
fähigen Eingangsabstimmbalkens 32 pflanzt sich mittels
mechanischer Kopplung durch die Koppelelemente 36, 38
zu dem longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken
34 fort, und verursacht, daß der longitudinal schwing
fähige Ausgangsabstimmbalken 34 in Resonanz gerät oder,
daß er mit einer Frequenz F5 und mit einer Halbwellen
länge, die gleich der Länge L5 des Abstimmbalkens 34 ist,
longitudinal schwingt. Wenn sich die Longitudinalwelle
durch den longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balken 34 mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit V aus
breitet, dann ist die Frequenz F5 durch die folgende
Gleichung gegeben:
F₅ = V/(2 L₅) (4)
Die Longitudinalschwingung des longitudinal schwing
fähigen Ausgangsabstimmbalkens 34 erzeugt zwischen den
piezoelektrischen Ausgangskeramikteilen 46a, 46b eine
Spannung. Die erzeugte Spannung wird dann über die
Ausgangsleitung 54 und die Erdungsleitung 54e als ein
Ausgangssignal S5 ausgeleitet, z. B. als Zwischenfre
quenzsignal S2 mit einer Frequenz von 455 kHz und mit
einer scharfen Frequenzcharakteristikkurve, die durch
die Übertragung der Longitudinalschwingung erzeugt wurde,
d. h. das Signal besitzt eine Schmalbandcharakteristik.
Wie aus den obigen Gleichungen (3) und (4) hervorgeht,
ist die Resonanzfrequenz F4 des longitudinal schwing
fähigen Eingangsabstimmbalkens 32 und die Resonanz
frequenz F5 des longitudinal schwingfähigen Ausgangs
abstimmbalkens 34 umgekehrt proportional zu den Längen
L4, L5 der jeweiligen Abstimmbalken 32, 34. Die
Exaktheit der Längen L4, L5 ist abhängig von der
fotolithografischen Technologie, die angewandt wird, um
die longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34 her
zustellen. Aufgrund der Dicke der Abstimmbalken 32, 34,
kann die Exaktheit der Längen L4, L5 keinen hin
reichend kleinen Fehler besitzen. Die Abmessungsgenauigkeit
δL der Länge der Abstimmbalken 32, 34 ist im allge
meinen ausgedrückt durch:
δL = ±1,5/10 · t (5)
mit t als Dicke der Abstimmbalken 32, 34. Die Abmes
sungsgenauigkeit δL variiert nicht stark, da die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 gleichzeitig als einheitliches
Gebilde durch Ätzen hergestellt werden.
Die Nuten 32a, 34a, die in den longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 32, 34 ausgebildet sind, werden im
folgenden beschrieben. Da die Nuten 32a, 34a für die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 dieselben Vorteile bieten, wird
im weiteren nur ein longitudinal schwingfähiger Abstimm
balken beschrieben.
Es wird angenommen, daß ein longitudinal schwingfähi
ger Abstimmbalken, der eine Breite W besitzt, eine
mittige Längsnut mit einer Breite M und einer Länge
LM aufweist, und daß das Material aus dem der longi
tudinal schwingfähige Abstimmbalken hergestellt ist,
eine durchschnittliche Masse p besitzt.
Da sich die mittig in dem longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken ausgebildete Nut in die Richtung erstreckt,
in die sich die Longitudinalschwingung fortpflanzt,
stört die Nut die Funktion des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens nicht. Die Querschnittsfläche
Sa des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens ist
an der Stelle, an der sich die Nut befindet und die
Longitudinalschwingung stattfindet, wegen des Vorhan
denseins der Nut klein. Die Querschnittsfläche Sa ist
durch die Gleichung (6) gegeben:
Sa = (W - M) · t (6)
Die Querschnittsfläche Sb des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens, an der Stelle, an der keine Nut
vorhanden ist und eine Longitudinalschwingung stattfindet,
ist durch Gleichung (7) gegeben:
Sb = W · t (7)
Wenn die Breite W des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens durch die Abmessungsgenauigkeit δL
aufgrund eines Ätzfehlers (Überätzung) reduziert wird,
so wird die Nut um δL erweitert. Die Querschnitts
flächen Sa, Sb werden nun wie folgt formuliert.
Sa = (W - δL) - (M + δL) · t = (W - M - 2 δL) · t (8)
Sb = (W - δL) · t (9)
Die Länge L des longitudinal schwingfähigen Abstimm
balkens wird nun (L-δL).
Die Wirkung einer der longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken hinzugefügten Masse wird wie folgt berück
sichtigt.
- 1) Für δL = 0 wird eine Masse, die durch
{M · (L - LM) · t · p} dargestellt ist und der Breite
des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens entspricht,
dem distalen Ende des longitudinal schwingfähigen Abstimm
balkens hinzugefügt, wobei dieser die Querschnittsfläche
{(W - M) · t} besitzt mit L als Länge des longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalkens.
- 2) Für δL ≠ 0, wird eine Masse, die durch
{(M + δL) (L - LM) · t · p} dargestellt ist und der
Breite des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens ent
spricht und eine Masse, die durch {(-δL) W · t · p}
dargestellt ist und der Länge des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens entspricht, dem distalen Ende
des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens hinzuge
fügt, der die Querschnittsfläche {(W - M - 2δL) · t}
besitzt, mit L als Länge des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens (obwohl die Länge durch L - δL angege
ben ist, wird die Abmessungsgenauigkeit δL als zuge
fügte Masse angesehen).
Als ein Ergebnis des Vergleichs zwischen den obigen
Gleichungen (1) und (2) ist die Masse δp, die neu
hinzugefügt wird wenn δL ≠ 0 ist, durch die folgen
de Gleichung gegeben:
δp = δL · {(L - LM) - W} · t · p · {(W - M) · t · p}/{(W - M - 2 δL) · t · p} (10)
Wenn die Abmessungen des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens derart gewählt werden, daß (L - LM) - W = 0,
d. h.
LM = L - W, (11)
dann ist δp = 0,
sogar wenn δL ≠ 0.
Daher ändert sich die Masse des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens nicht, und folglich ändert sich
auch die Resonanzfrequenz des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens nicht.
Wie oben beschrieben, sind die Nuten 32a, 34a, die sich
in die Richtung erstrecken, in die sich die Longitudinal
schwingung fortpflanzt, mittig in den longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32,
34 gebildet. Sogar wenn die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 32, 34 verschiedene Längen aufgrund
eines Ätzfehlers, der durch die Herstellung als ein
heitliches Gebilde verursacht wird, besitzen, ändert
sich die Zentralfrequenz des longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilters nicht und die Bandpaßeigen
schaften verschlechtern sich nicht, da die Nuten 32a,
34a, die durch Ätzen in den longitudinal schwingfähi
gen Abstimmbalken 32, 34 gebildet werden, zeitgleich mit
den Abstimmbalken hergestellt werden.
Ein anderes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, mit fünf longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken, erreicht einen größeren Dämpfungswert
außerhalb des Bandpasses, d. h. es besitzt eine
schärfere Frequenzcharakteristik-Kurve, und wird
unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
Der longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter
enthält schwingfähige Eingangs- und Ausgangsabstimm
balken 70, 78, weiterhin drei longitudinal schwing
fähige Abstimmbalken 72, 74, 76, die zwischen den
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 70, 78
angeordnet sind, und weiterhin Koppelelemente 82a,
82b, 84a, 84b, 86a, 86b, 88a, 88b, durch die die
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 70, 72, 74,
76, 78 miteinander verbunden sind. Die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 70, 72, 74, 76, 78 haben
jeweils Längsnuten 70a, 72a, 74a, 76a, 78a, die darin
mittig ausgebildet sind.
Trägerelemente 90, 92 ragen außenseitig und mittig
aus den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 70, 78 heraus und haben äußere
Enden, die an den inneren, sich gegenüberliegenden Rändern
eines äußeren Rahmens 92 befestigt sind. Ein Paar von
piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 94a, 94b ist auf
die sich gegenüberliegenden Flächen des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 70 aufgelegt und
daran befestigt, und ein Paar von piezoelektrischen
Ausgangskeramikteilen 96a, 96b ist auf die sich gegen
überliegenden Flächen des longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalkens 78 aufgelegt und darauf be
festigt.
Das in Fig. 4 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Filter ist im wesentlichen auf die gleiche
Weise wie das in Fig. 3 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Filter hergestellt, es arbeitet im wesentli
chen auf die gleiche Weise und es bietet im wesentlichen
die gleichen Vorteile.
Die Verwendung einer Vielzahl von longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 70, 72, 74, 76, 78 ist jedoch
geeignet, die Abmessungsunterschiede dieser Abstimm
balken stark zu reduzieren und die Paßbandeigenschaften
des mechanischen Filters zu verbessern.
In den Ausführungsformen, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt
sind, durchsetzen die Nuten 32a, 34a und 70a, 72a, 74a,
76a, 78a jeweils die longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 32, 34 und 70, 72, 74, 76, 78. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf diese Art von Nuten beschränkt. Es können
in diesen longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken Blind
nuten gebildet werden, oder es können zwei oder mehr Nuten
in jedem dieser longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken ausgebildet sein. Eine Nut oder Nuten können in
einem oder in einigen der longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken 32, 34 und 70, 72, 74, 76, 78 gebildet sein.
Es können auch eine gebogene oder nicht durchgehend ver
laufende Nut oder Nuten in den longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken ausgebildet sein.
In dem in den Fig. 2(a) bis 2(d) gezeigten Herstellungs
verfahren, wird eine Fotolackschicht, die einer Röntgen-
Strahlung ausgesetzt wurde, entfernt, was als Negativpro
zeß bekannt ist. Der Positivprozeß kann jedoch auch ange
wandt werden, um das longitudinal schwingende mechanische
Filter herzustellen.
Wie oben beschrieben, enthält das Verfahren der vor
liegenden Erfindung als ersten Schritt die Bildung
von Nuten in mindestens einem der schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangskörper längs der Richtung, in
der die Schwingungskörper schwingen, gleichzeitig mit
der Herstellung der Schwingungskörper, wobei die
Nuten kürzer sind als die Schwingungskörper, und
als zweiten Schritt das sandwichartige Auflegen
und Fixieren der piezoelektrischen Teile auf den
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern. Die
Nuten werden in den schwingfähigen Körpern durch
Ätzen oder ähnliches gebildet, gleichzeitig mit der
Herstellung der schwingfähigen Körper. Die durch
Massenproduktion hergestellten schwingfähigen Körper
haben eine außerordentlich exakte Zentralfrequenz
und Abmessungsschwankungen werden wirksam verhindert,
so daß das longitudinal schwingende mechanische
Filter verbesserte Bandpaßeigenschaften besitzt
und gut durch Massenproduktion hergestellt werden
kann.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) und 6(b) wird ein
longitudinal schwingendes mechanisches Filter, das
nach einem Verfahren gemäß einer anderen Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung hergestellt ist,
beschrieben. Das in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigte
longitudinal schwingende mechanische Filter besitzt
im wesentlichen denselben Aufbau wie das in Fig. 3
gezeigte longitudinal schwingende mechanische Filter,
außer daß die longitudinal schwingfähigen Abstimmbal
balken eine Vielzahl von darin befindlichen Durchgangs
löchern 132a, 134a besitzen, mit Öffnungsweiten, die
verglichen mit der Wellenlänge der Longitudinalschwin
gung der Abstimmbalken klein sind. Die anderen bauli
chen Funktionsteile sind gleich denen des longitudi
nal schwingenden mechanischen Koppelfilters, das in
Fig. 3 gezeigt ist. Daher sind diese identischen
Funktionsteile durch identische Bezugszeichen gekenn
zeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.
Ein Herstellungsverfahren des longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilters, das in den Fig. 6(a) und
6(b) gezeigt ist, und mittels eines fotolithogra
fischen Verfahrens hergestellt ist, ist in den
Fig. 5(a) bis 5(d) gezeigt. Die Durchgangslöcher 132a,
134a sind in den longitudinal schwingenden Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 32, 34 mittels eines foto
lithografischen Verfahrens, gleichzeitig mit der Her
stellung der longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken
32, 34 gebildet. Daher hat die verwendete Maskenvorlage
86 Durchgangslöcher 87a, 87b, die den zu bildenden Durch
gangslöchern 132a, 134a entsprechen. In dem in Fig. 5(c)
gezeigten dritten Schritt, werden die zu entfernenden Fo
tolackschichtbereiche 187a, 187b, 187c, 187d, 187e auf
der Metallplatte 80 gebildet. Die anderen Schritte sind
die gleichen, wie die, die in den Fig. 2(a) bis 2(d) ge
zeigt sind. Die identischen Funktionsteile sind durch
identische Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht
im Detail beschrieben.
Wie aus den obigen Gleichungen (3) und (4) zu ent
nehmen ist, ist die Resonanzfrequenz F4 des longi
tudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 32
und die Resonanzfrequenz F5 des longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 34 umgekehrt
proportional zu den Längen L4, L5 des jeweiligen
Abstimmbalkens 32, 34. Die Exaktheit der Längen
L4, L5 hängt von der zur Herstellung der
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34
angewandten fotolithografischen Technologie ab.
Die Exaktheit der Längen L4, L5 kann aufgrund der
Dicke der Abstimmbalken 32, 34 keinen hinreichend
kleinen Fehler besitzen. Die Abmessungsgenauigkeit
δL der Länge der Abstimmbalken 32, 34 ist im
allgemeinen ausgedrückt durch:
δL = ± 1,5/10 t (12)
mit t als Dicke der Abstimmbalken 32, 34. Die Ab
messungsgenauigkeit δL schwankt nicht sehr stark,
da die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 32, 34 mit den Durchgangslöchern
132a, 134a als einheitliches Gebilde durch Ätzen
gleichzeitig hergestellt werden. Die Bezeichnungen der
Gleichung (12) bleiben gleich denen der Gleichung
(5).
Die Durchgangslöcher 132a, 134a, die in den longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34 gebildet sind,
werden im folgenden beschrieben.
Es wird angenommen, daß die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 32, 34 eine Länge L (L4, L5) besitzen,
weiterhin daß die Durchgangslöcher eine Breite M haben
(siehe Fig. 6(b)), darüber hinaus daß der Verteilungsko
effizient der Durchgangslöcher 132a, 134a in den longitu
dinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken
32, 34 (das Verhältnis der Summe der Flächen der Durch
gangslöcher zu der Gesamtfläche des zentralen Bereichs
des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens) durch γ
bezeichnet ist, des weiteren daß die longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34 die
Breite W besitzen, und daß die Länge der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34 in dem Bereich,
in dem die Durchgangslöcher 132a, 134a vorliegen (in
die Richtung, in die sich die Longitudinalschwingung
fortpflanzt), mit LM bezeichnet ist und auch daß
das Material, aus dem die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 32, 34 hergestellt sind, eine durch
schnittliche Masse p besitzt.
Da die Durchgangslöcher 132a, 134a, die in den
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 gebildet sind, verglichen mit
der Wellenlänge der Longitudinalschwingung, ausreichend
klein sind, stören die Durchgangslöcher 132a, 134a
nicht die Funktion der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken. Die Querschnitts
fläche S1 der longitudinal schwingfähigen Abtimm
balken ist dort, wo die Durchgangslöcher 132a, 134a
vorliegen und die Longitudinalschwingung stattfindet,
wegen der Durchgangslöcher 132a, 134a klein. Die Quer
schnittsfläche S1 ist gegeben durch:
S₁ = (W - γM) · t (13)
Die Querschnittsfläche S2 der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken, dort wo keine Durchgangs
löcher vorliegen und Longitudinalschwingung stattfindet,
ist gegeben durch:
S₂ = W · t (14)
Wenn die Breite W der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken durch die Abmessungsgenauigkeit δL
aufgrund eines Ätzfehlers (Überätzen) reduziert wird,
so wird jedes der Durchgangslöcher 132a, 134a um
δL aufgeweitet. Die Querschnittsflächen S1, S2
sind nun wie folgt ausgedrückt:
S₁ = {(W - δL) - γ(M + δL)} · t = {W - γM - (1 + γ)δL} · t (15)
S₂ = (W - δL) · t (16)
Die Länge L (L4, L5) der longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34 wird
nun (L-δL).
Die Wirkung einer den longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken 32, 34 hinzugefügten Masse, wird wie folgt
berücksichtigt.
- 1) Für δL = 0 wird eine Masse, die durch
{γM (L - LM) · t · p} dargestellt ist und der Breite W des
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens entspricht,
zu den distalen Enden der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34, die die
Querschnittsfläche {(W - γM) · t} besitzen, hinzu
gefügt, mit L als Länge der longitudinal schwingfä
higen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34.
- 2) Für δL ≠ 0 wird eine Masse, die durch {(γM + γδL) ·
(L - LM) · t · p} dargestellt ist und der Breite W
des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens ent
spricht und eine Masse, die durch {(-δL) · W · t · p}
dargestellt ist und der Länge L des longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalkens entspricht, dem distalen
Ende der longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 32, 34, die die Querschnitts
fläche {(W - γM - (1 + γ)δL) · t} besitzen, hinzu
gefügt, mit L als Länge der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken (obwohl die Länge durch L-δL an
gegeben ist, wird die Abmessungsgenauigkeit δL als eine
hinzugefügte Masse angesehen).
Als Ergebnis des Vergleichs zwischen den obigen Glei
chungen (1) und (2), ist die Masse δp, die für δL = 0
neu hinzugefügt wird, durch die folgende Gleichung
gegeben:
δp = δL · {γ(L - LM) - W} · t · p · {(W - γM) · t · p}/
{(W - γM - (1 + γ)δL) · t · p} (17)
Wenn die Abmessungen der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken derart gewählt werden, daß γ(L-LM)-W = 0,
d. h.
LM = L - W/γ (18)
dann ist δp = 0,
sogar wenn δL ≠ 0.
Daher ändert sich die Masse der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken nicht und folglich auch nicht
die Resonanzfrequenz der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken.
Wie oben beschrieben, sind die Durchgangslöcher 132a,
134a, die eine Öffnungsweite haben, die ausreichend klei
ner ist als die Wellenlänge der Longitudinalschwingung,
in den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 132, 134 ausgebildet. Sogar wenn
die longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 132, 134
keine ausreichende Abmessungsgenauigkeit besitzen,
d. h. daß sie verschiedene Längen aufgrund von Ätzfehlern
besitzen, die durch die Herstellung als einheitliches Ge
bilde verursacht sind, ändert sich die Zentralfrequenz des
longitudinal schwingenden mechanischen Koppelfilters
nicht und die Bandpaßeigenschaften verschlechtern sich
nicht, da die Durchgangslöcher 132a, 134a, die durch
Ätzen in den longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken
132, 134 gebildet werden, gleichzeitig mit den Abstimm
balken hergestellt werden.
Ein anderer longitudinal schwingender mechanischer
Koppelfilter enthält fünf longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken und erreicht außerhalb des Bandpasses einen
höheren Dämpfungswert, d. h., er besitzt eine schärfere
Frequenzcharakteristik-Kurve, und wird unter Bezugnahme
auf Fig. 7 beschrieben.
Das in Fig. 7 gezeigte longitudinal schwingende mechanische
Koppelfilter besitzt eine grundsätzlich identische
Konstruktion wie das in Fig. 4 gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter, außer daß die
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken eine Vielzahl
von darin befindlichen Durchgangslöchern 170a, 172a,
174a, 176a, 178a besitzen, deren Öffnungsweiten kleiner
sind als die Wellenlänge der Longitudinalschwingung
der Abstimmbalken. Die anderen baulichen Funktionsteile
sind die gleichen als die des in Fig. 4 gezeigten
longitudinal schwingenden mechanischen Filters. Diese
identischen Funktionsteile werden daher durch identische
Bezugszeichen bezeichnet, und werden nicht im Detail
beschrieben.
Das in Fig. 7 gezeigte longitudinal schwingende mechanische
Filter wird durch das gleiche fotolithografische Ver
fahren hergestellt und arbeitet auf die gleiche Weise
wie das in Fig. 6 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Filter.
Die Verwendung einer Vielzahl von longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 70, 72, 74, 76, 78 ist jedoch ge
eignet, die Abmessungsunterschiede dieser Abstimmbalken
stark zu reduzieren und die Bandpaßeigenschaften des me
chanischen Filters zu verbessern.
In den Ausführungsformen, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt
sind, sind die Löcher 32a, 34a und 170a, 172a, 174a, 176a,
178a jeweils durch die longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken 32, 34 und 70, 72, 74, 76, 78 hindurch aus
gebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Durch
gangslöcher beschränkt. Durchgangslöcher und/oder Blind
löcher oder Aussparungen können in diesen longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken gebildet werden, oder es
können zwei oder mehr Löcher in einem oder einigen der
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34 und
70, 72, 74, 76, 78 vorhanden sein.
Wie oben beschrieben, beziehen sich die in den Fig. 6
und 7 gezeigten Ausführungsformen darauf, daß Durchgangs
löcher und/oder Blindlöcher mindestens in einem der
Schwingungskörper einschließlich Eingangs- und Ausgangs
schwingungskörper, gebildet sind.
Das longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter
hat mit obiger Anordnung eine außerordentlich exakte
Zentralfrequenz, verbesserte Bandpaßeigenschaften,
verringerte Schwankungen der Eigenschaften der einzel
nen longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken, gleich
mäßige Eigenschaften, wenn es durch Massenproduktion
hergestellt wird, und es hat eine erhöhte Qualität.
Fig. 9 zeigt einen longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilter, der gemäß einer weiteren Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung hergestellt wird. Das
longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter hat
Koppelelemente 36, 38, die nahe den distalen Enden der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 angeordnet sind, d. h., in Bereichen,
in denen die longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken in hohem Ausmaß in die Richtung ausgelenkt werden,
in die die Longitudinalschwingung stattfindet. Die
Schwingung breitet sich (ist gekoppelt) durch die
Koppelelemente 36, 38 als transversale Welle aus, d. h.,
durch sogenannte Biegeschwingung aus; damit werden Unselek
tivitäten verringert und die Bandpaßeigenschaften ver
bessert.
Das in Fig. 9 gezeigte longitudinal schwingende mechanische
Koppelfilter ist im wesentlichen mit dem in Fig. 3 ge
zeigten longitudinal schwingenden mechanischen Koppel-
Filter identisch, außer daß darin keine Nuten 32a, 34a
ausgebildet sind. Die Teile in Fig. 9, die identisch mit
denen der Fig. 3 sind, haben identische Bezugsziffern,
und werden nicht im Detail beschrieben.
Das in Fig. 9 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter ist durch ein im wesentlichen
gleiches fotolithografisches Verfahren, wie das in den
Fig. 2(a) bis 2(d) gezeigte, hergestellt.
Eine Verringerung der Unselektivitäten durch die
in Fig. 9 gezeigte Bauweise wird im folgenden be
schrieben:
Die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 32, 34 werden an ihren distalen Enden
in höherem Maße in die Richtung ausgelenkt, in die die
Longitudinalschwingung stattfindet. Die Auslenkung
der longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 32, 34
in eine Richtung, die senkrecht zu der Longitudinal
richtung ist, ist in der Mitte der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 32, 34 größer. Die Auslenkung
durch die Longitudinalschwingung des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 32 in die Rich
tung der Longitudinalschwingung, und die diesbezügli
che Auslenkung in die Richtung, die senkrecht zu der
Longitudinalschwingung ist, werden durch die Koppel
elemente 36, 38 an den longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalken 34 übertragen (sind damit ge
koppelt).
Es ist nun nicht nur die Auslenkung senkrecht zu der
Longitudinalschwingung mit der Longitudinalschwingung
des longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens
34 durch die Koppelelemente 36, 38 gekoppelt, sondern
es ist auch ein anderer Schwingungstyp mit der
Longitudinalschwingung des longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalkens 34 gekoppelt. Daher haben
Unselektivitäten einen hohen Wert und vermindern die
Filtereigenschaften. Die Schwingung senkrecht zu der
Longitudinalschwingung pflanzt sich hauptsächlich als
Longitudinalwelle in den Koppelelementen 36, 38 fort,
wobei die Auslenkung in die Richtung der Longitudinal
schwingung kleinere Unselektivitäten hervorruft als
die Auslenkung senkrecht zu der Longitudinalschwingung,
da sie mit der Longitudinalschwingung des longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 34 durch die
Koppelelemente 36, 38 gekoppelt ist. Die Longitudinal
schwingung breitet sich als Biegeschwingung in den
Koppelelementen 36, 38 aus.
Die Koppelelemente 36, 38 sind in Bereichen ange
ordnet, wo die Auslenkung in die Richtungen der
Longitudinalschwingung groß ist, und zwar in der Nähe
der distalen Enden der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34. Die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 34, 34 sind miteinander durch Biege
schwingung über die Koppelelemente 36, 38 gekoppelt.
Demgemäß werden Unselektivitäten reduziert und die
Bandpaßeigenschaften werden verbessert.
Die Auslenkung des longitudinal schwingfähigen Eingangs
abstimmbalkens 32 in die Richtung der Longitudinal
schwingung ist an dessen distalen Enden größer und sie
ist als eine Funktion des Orts in Richtung der Longi
tudinalschwingung darstellbar. Um die gewünschten
Frequenzcharakteristika zu schaffen und Abmessungs
schwankungen der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken zu vermindern, ist es nötig, den Kopplungsbe
trag des longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balkens 34 an den longitudinal schwingfähigen Ein
gangsabstimmbalken 32 anzugleichen. Die Koppelelemente
36, 38 sollten relativ zu dem longitudinal schwing
fähigen Eingangsabstimmbalken 32 so gleichmäßig wie
möglich positioniert werden. Genauer gesagt kann die
relative Lage der longitudinal schwingfähigen Ein
gangs- und Ausgangsabstimmbalken 32, 34 und der Koppel
elemente 36, 38 durch die Herstellung der longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken
32, 34 und der Koppelelemente 36, 38 durch Ätzen aus
einer einzigen Platte gemäß eines fotolithografischen
Verfahrens, konstant gehalten werden. Die Fig. 8(a)
bis 8(d) zeigen Herstellungsverfahren des in Fig. 9
gezeigten longitudinal schwingenden mechanischen Kop
pelfilters, wobei das Verfahren im wesentlichen das
gleiche ist, wie das Verfahren, das in den Fig. 2(a)
bis 2(d) gezeigt ist.
Ein anderes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, das fünf longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken enthält und eine erhöhte Frequenz
dämpfung außerhalb des Bandpasses erreicht, ist in
Fig. 10 gezeigt.
Das in Fig. 10 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter enthält longitudinal schwing
fähige Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 270,
278, weiterhin drei longitudinal schwingfähige Abstimm
balken 272, 274, 276, die zwischen den longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 270, 278 angeordnet sind,
und weiterhin Koppelelemente 282a, 282b, 284a, 284b,
286a, 286b, 288a, 288b, durch die die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 270, 272, 274, 276, 278
miteinander verbunden sind.
Trägerelemente 290, 292 ragen außenseitig und mittig
aus den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 270, 278 heraus, und haben
äußere Enden, die an den sich gegenüberliegenden
Rändern eines äußeren Rahmens 293 befestigt sind. Ein
Paar von piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 294a,
294b ist auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 270
aufgelegt und daran befestigt, und ein Paar piezo
elektrischer Ausgangskeramikteile 296a, 296b ist auf die
sich gegenüberliegenden Oberflächen des longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 278 aufgelegt und
daran befestigt. Das longitudinal schwingende mechani
sche Koppelfilter hat auch eine Zufuhrleitung 297 und
eine Erdungsleitung 279e, die an die jeweiligen piezo
elektrischen Eingangskeramikteile 294a, 294b angeschlos
sen sind und eine Ausgangsleitung 298 und eine Erdungs
leitung 298e, die an die jeweiligen piezoelektrischen
Ausgangskeramikteile 296a, 296b angeschlossen sind.
Das in Fig. 10 gezeigte longitudinal schwingende mecha
nische Koppelfilter ist im wesentlichen auf dieselbe
Weise wie das in Fig. 9 gezeigte longitudinal schwingende
Koppelfilter hergestellt, und es arbeitet im wesentlichen
auf dieselbe Weise.
Wenn eine Vielzahl longitudinal schwingfähiger Ab
stimmbalken 270, 272, 274, 276, 278 verwendet wird,
so werden die Abmessungsschwankungen dieser Abstimm
balken vermindert und die Bandpaßeigenschaften des me
chanischen Filters werden verbessert.
Gemäß den in Fig. 9 und 10 gezeigten obigen Ausführungs
formen enthält das longitudinal schwingende mechanische
Koppelfilter, zur Ausgabe eines zugeführten Hoch
frequenzsignals in einem vorbestimmten Frequenzbereich,
zum Empfangen und zur Ausgabe des Hochfrequenzsignals,
eine Vielzahl von schwingfähigen Körpern, einschließlich
der schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörper, wobei
die schwingfähigen Körper in einem Bereich schwingfähig
sind, der nahe des Bandpasses des mechanischen Filters ist.
Das Filter enthält weiterhin eine Vielzahl von piezo
elektrischen Teilen, die auf die schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangskörper aufgelegt sind und Elektroden, die
mit Leitern verbunden sind. Das Filter enthält weiterhin
eine Vielzahl von Koppelelementen, die zwischen den En
den der schwingfähigen Körper angeordnet sind und mit den
selben durch Biegeschwingung gekoppelt sind, des weiteren
eine Vielzahl von Trägerteilen, die aus den jeweiligen
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörpern herausragen,
und ein Halterungsteil, das die schwingfähigen Körper,
einschließlich der schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
körper, mit den daraus herausragenden Trägerteilen,
hält.
Mit einer solchen Anordnung besitzt das longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter eine außerordent
lich exakte Zentralfrequenz, und verbesserte Bandpaß
eigenschaften. Es erreicht auch bei Herstellung durch Mas
senproduktion gleichmäßige Eigenschaften und besitzt eine
verbesserte Qualität.
Fig. 11 zeigt ein longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, gemäß einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 11 gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter enthält einen
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 332
und einen longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balken 334, der eine identische Form wie der Abstimm
balken 332 besitzt. Die longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 332, 334 liegen in
einer Ebene, und sind miteinander durch Koppelelemente
336, 338, die aus identischem elastischen Material ge
fertigt sind, verbunden. Trägerelemente 340, 341 ragen
außenseitig und mittig aus den longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 332,
334 heraus. Die Trägerelemente 340, 341 haben äußere
Enden, mit denen sie mit den jeweiligen Haltern 342, 343
der Schwingungsabsorptionskörper, mit jeweils daran
befestigten Schwingungsabsorptionskörpern 342a, 343a,
verbunden sind. Die Schwingungsabsorptionskörper 342a,
343a sind aus viskoelastischem Material, wie z. B. Silikon
gummi, hergestellt, und wandeln übertragene Schwingung
in Wärme (Joule) um.
Ein Paar der piezoelektrischen Eingangskeramikteile 344a,
344b werden auf die jeweiligen sich gegenüberliegenden
Oberflächen des longitudinal schwingfähigen Eingangsab
stimmbalkens 332 aufgelegt und durch Löten oder ähnliches
befestigt. In gleicher Weise ist ein Paar piezoelektri
scher Keramikteile 346a, 346b auf die jeweiligen sich
gegenüberliegenden Oberflächen des longitudinal schwing
fähigen Ausgangsabstimmbalkens 334 aufgelegt und durch
Löten oder ähnliches befestigt. Elektroden (nicht ge
zeigt) werden auf die Oberflächen der piezoelektrischen
Eingangskeramikteile 344a, 344b und die Oberflächen der
piezoelektrischen Ausgangskeramikteile 346a, 346b auf
metallisiert oder anderweitig aufgebracht.
Die Trägerelemente 340, 342 haben äußere Enden, die mit
den inneren sich gegenüberliegenden Rändern eines recht
eckigen äußeren Rahmens 350 verbunden sind. Der äußere
Rahmen 350 und die longitudinal schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 332, 334 sind in derselben
Ebene angeordnet. Die longitudinal schwingfähigen Ein
gangs- und Ausgangsabstimmbalken 332, 334, die Koppel
elemente 336, 338, die Trägerelemente 340, 342 und der
äußere Rahmen 350 sind in Form eines einheitlichen
Gebildes aus einer einzigen Metallplatte hergestellt,
z. B. durch Ätzen mit einem fotolithografischen Verfah
ren.
Die Zufuhrleitung 340 und die Erdungsleitung 342e sind
zur Einspeisung eines Hochfrequenzsignals jeweils
an die piezoelektrischen Keramikteile 344a, 344b
angeschlossen und eine Ausgangsleitung 344 und eine
Erdungsleitung 344e sind zur Ausgabe eines Ausgangssig
nals jeweils an die piezoelektrischen Ausgangs
keramikteile 346a, 346b angeschlossen.
Das longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter
mit obiger Bauart arbeitet wie folgt: Wenn ein Hoch
frequenzsignal an die piezoelektrischen Eingangs
keramikteile 344a, 344b angelegt wird, wird der longitudinal
schwingfähige Eingangsabstimmbalken 332 longitudinal
in Schwingung versetzt, deren Richtung durch die Pfeile
mi, mo angezeigt ist. Eine solche Longitudinal
schwingung wird durch die Koppelelemente 336, 338 zu dem
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 334
übertragen. Frequenzen der Longitudinalschwingung der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 332, 334 sind durch die zuvor beschriebenen
Gleichungen (3) und (4) beschrieben. Gleichzeitig dazu
wird der longitudinal schwingfähige Eingangsabstimmbalken
332 in eine Richtung in Schwingung versetzt, die senkrecht
zu der Richtung liegt, die durch die Pfeile mi, mo angezeigt
ist, d. h., in die Axial- oder Längsrichtung des Träger
elements 340. Diese Schwingung pflanzt sich durch das Träger
element 340 fort und wird von dem Schwingungsabsorptions
körper 342a, der fest an den Schwingungsabsorptionskörper
halter 342 angebracht ist, absorbiert. Jegliche
Schwingung, die nicht durch den Schwingungsabsorptions
körper 342a absorbiert wurde, pflanzt sich durch
den äußeren Rahmen 350 und dann durch das Trägerelement
349, das mit dem longitudinal schwingfähigen Ausgangs
abstimmbalken 334 verbunden ist, fort. Eine solche
übertragene Schwingung wird dann durch den Schwingungsab
sorptionskörper 343a absorbiert, der an dem Schwingungs
absorptionskörperhalter 343 befestigt ist, an dem das
Trägerelement 349 fixiert ist. Als Ergebnis werden uner
wünschte Schwingungen minimiert, bevor sie zu dem longi
tudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 343 über
tragen werden.
Die unerwünschte Schwingungswelle, die von dem longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 343 in Richtung
des longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens
334 emittiert wird, wird wirksam durch die Schwingungs
absorptionskörper 342a, 343a, die jeweils an den
Schwingungsabsorptionskörperhaltern 342, 343 angebracht
sind, absorbiert, so daß unerwünschte Unselektivitäten
außerhalb des Bandpasses reduziert werden.
Ein anderes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, das fünf longitudinal schwingfähige Ab
stimmbalken enthält und einen größeren Dämpfungsbetrag
außerhalb des Bandpasses erreicht, wird unter Bezugnahme
auf Fig. 12 beschrieben.
Das in Fig. 12 beschriebene longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter enthält longitudinal
schwingfähige Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 370,
378, weiterhin drei longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken 372, 374, 376, die zwischen den longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 370, 378, angeordnet sind,
und weiterhin Koppelelemente 382a, 382b, 384a, 384b,
386a, 386b, 388a, 388b, durch die die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 370, 372, 374, 376, 378
miteinander verbunden sind.
Trägerelemente 390, 392 ragen außenseitig und mittig
aus den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 370, 378 heraus, und haben äußere
Enden, die jeweils an den Schwingungsabsorptionskörper
haltern 396, 398 befestigt sind,an denen jeweils die
Schwingungsabsorptionskörper 396a, 398a fest angebracht
sind. Ein Paar piezoelektrischer Eingangskeramik
teile 399a, 399b ist auf den sich gegenüberliegenden
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 370
aufgelegt und daran befestigt, und ein Paar von piezo
elektrischer Ausgangskeramikteile 387a, 387b ist auf
den sich gegenüberliegenden Oberflächen des longi
tudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 372 auf
gelegt und daran befestigt. Trägerelemente 381, 383,
die nach außen aus den Schwingungsabsorptionskörper
haltern 396, 398 herausragen, haben äußere Enden, die
an inneren, sich gegenüberliegenden Rändern eines
rechteckigen äußeren Rahmens 385 angebracht sind. Eine
Zuführleitung 375 und eine Erdungsleitung 375e ist je
weils mit den piezoelektrischen Eingangskeramikteilen
399a, 399b verbunden und eine Ausgangsleitung 377 und
eine Erdungsleitung 377e ist jeweils mit den piezo
elektrischen Ausgangskeramikteilen 387a, 387b verbunden.
Das in Fig. 12 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter arbeitet im wesentlichen auf
die gleiche Weise, wie das in Fig. 11 gezeigte longi
tudinal schwingende mechanische Koppelfilter.
Die Verwendung einer Vielzahl von longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 370, 372, 374, 376, 378 steigert
wirksam den Dämpfungsbetrag außerhalb des Bandpasses
des mechanischen Filters und die Schwingungsabsorptions
körper 396a, 398a absorbieren unerwünschte Schwingungs
wellen, so daß Unselektivitäten in hohem Maße unterdrückt
werden.
Fig. 13 zeigt Bandpaßeigenschaften des in Fig. 11
gezeigten mechanischen Filters. Eine Durchsicht der
Fig. 13 zeigt, daß unerwünschte Schwingungen durch die
Schwingungsabsorptionskörper 342a, 343a wirksam
absorbiert werden, so daß unerwünschte Unselektivitäten
außerhalb des Bandpasses reduziert werden. In Fig. 13
ist der Dämpfungsbetrag außerhalb des Bandpasses ohne
Schwingungsabsorptionskörper 40 dB, er steigt aber
auf 65 dB, wenn Schwingungsabsorptionskörper 342a,
343a angewandt werden.
In den in den Fig. 11 und 12 gezeigten Ausführungsformen
haben die Schwingungsabsorptionskörperhalter 342, 343,
396, 398 und die Schwingungsabsorptionskörper 342a, 343a,
396a, 398a in Draufsicht betrachtet eine rechteckige Form,
und die Schwingungsabsorptionskörper 342a, 343a, 396a,
398a sind auf den oberen Oberflächen der Schwingungs
absorptionskörperhalter 342, 343, 396, 398 befestigt.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die
gezeigten Strukturen beschränkt. Die Schwingungs
absorptionskörper 342a, 343a, 396a, 398a können auf
beiden Oberflächen der Schwingungsabsorptionskörper
halter 342, 343, 396, 398 angeordnet werden. Die
Schwingungsabsorptionskörperhalter können kreis- oder
stabförmig ausgeführt sein, oder sie können einen hohlen
Aufbau zur Aufnahme von vielen Schwingungsabsorptions
körpern besitzen, oder sie können aus einer Kombination
dieser Konfigurationen bestehen.
Wie oben beschrieben, enthält das in den Fig. 11 und 12
gezeigte longitudinal schwingende mechanische
Koppelfilter Schwingungsabsorptionskörperhalter, die
zwischen den sich gegenüberliegenden Enden der Träger
elemente, angeordnet sind. Das Filter enthält weiterhin
Schwingungsabsorptionskörper, die jeweils fest an den
Schwingungsabsorptionskörperhaltern angebracht sind.
Unerwünschte Schwingungswellen, die von den longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken durch die Träger
elemente und die Halterungsteile in Richtung der
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken über
tragen werden, werden durch die Schwingungsabsorptions
körper wirkungsvoll absorbiert und unterdrückt, wobei
unerwünschte Unselektivitäten außerhalb des Bandpasses
des mechanischen Filters reduziert werden und wobei die
Bandpaßeigenschaften verbessert werden.
Fig. 14 zeigt einen longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilter, gemäß einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das in Fig. 14 gezeigte
longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter ent
hält einen longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimm
balken 432 und einen longitudinal schwingfähigen Aus
gangsabstimmbalken 434, der in seiner Form identisch
zu dem Abstimmbalken 432 ist. Die longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken
432, 434 sind in einer Ebene angeordnet, und miteinander
durch schmale Koppelelemente 436, 438, die aus einem
identischen elastischen Material hergestellt sind, verbun
den. Die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 432, 434 haben an ihren distalen Enden Ein
stellfinger 432a, 432b, 432c, 432d und 434a, 434b, 434c,
434d zum Einstellen der Resonanzfrequenz. Die anderen struk
turellen Details des in Fig. 14 gezeigten longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters sind gleich denen
des in Fig. 9 gezeigten mechanischen Filters. Die in Fig.
14 gezeigten Teile, die mit den in Fig. 9 gezeigten Teilen
identisch sind, sind durch identische Bezugszeichen be
zeichnet, und werden nicht beschrieben.
Die Funktionsweise des in Fig. 14 dargestellten longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters ist wie folgt:
Wie aus den schon im vorangehenden erwähnten Gleichungen
(3) und (4) hervorgeht, ist die Resonanzfrequenz F4 des
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 432
und die Resonanzfrequenz F5 des longitudinal schwing
fähigen Ausgangsabstimmbalkens 434 durch die Längen
L4, L5 der jeweiligen Abstimmbalken 432, 434 be
stimmt. Die Exaktheit der Längen L4, L5 ist von
der fotolithografischen Technologie abhängig, die ange
wandt wird, um die longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 432, 434 herzustellen. Die Exaktheit der Längen
L4, L5 kann wegen der Dicke der Abstimmbalken 432,
434 nicht ausreichend hoch sein. Die Abmessungsgenauig
keit δL der Länge der Abstimmbalken 432, 434 ist
im allgemeinen ausgedrückt durch:
δL=±1,5/10 · t (19)
mit t als Dicke der Abstimmbalken 332, 334.
Daher können die Resonanzfrequenzen F4, F5 der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 432, 434 nicht höher sein, als die Ab
messungsgenauigkeiten, die durch die folgenden Gleichungen
ausgedrückt sind:
wL₄=±1,5/10 · t/L₄ (20)
δL₅=±1,5/10 · t/L₅ (21)
Die Dicke t wird im allgemeinen derart gewählt, daß
sie in dem Bereich von 0,01 L bis 0,1 L liegt. Folglich
liegt die Genauigkeit der Frequenz, die durch die
Gleichungen (20) und (21) gegeben ist, in dem Bereich
von ±0,0015 · F bis ±0,015 · F (F ist
die Zentralfrequenz des mechanischen Filters). Diese
Frequenzgenauigkeit ist jedoch für einen Frequenz
filter zur Verwendung in Geräten der Nachrichtentechnik
nicht ausreichend.
Die Resonanzfrequenz-Einstellfinger 432a bis 432d und 434a
an den Enden des longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimm
balkens 432 und die Resonanzfrequenz-Einstellfinger 434a
bis 434d an dem longitudinal schwingfähigen Ausgangsab
stimmbalken 434 arbeiten wie folgt:
Jeder der Resonanzfrequenz-Einstellfinger 432a bis 432d
und 434a bis 434d hat eine Breite ω, die kleiner ist als
die Breite W eines jeden der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 432, 434. Die schmäleren
Resonanzfrequenz-Einstellfinger 432a bis 432d und 434a bis
434d dienen nicht als Übertragungsweg für die Longitudinal
schwingung, die in den longitudinal schwingfähigen Ein
gangs- und Ausgangsabstimmbalken 432, 434 übertragen wird.
Sie wirken jedoch als an die Übertragungswege angefügte
Massen, wobei die Übertragungswege durch die longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 432, 434
geschaffen werden. Die hinzugefügten Massen wirken reduzie
rend auf die Resonanzfrequenzen der longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 432, 434, und
haben näherungsweise einen Betrag von /W, der verglichen
mit der Frequenzverringerung, verursacht durch das Hinzu
fügen von Übertragungsweg, relativ klein ist. Die Resonanz
frequenzen der longitudinal schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 432, 434 können leicht durch
eine Änderung der Abmessungen der Resonanzfrequenz-Einstell
finger 432a bis 432d und 434a bis 434d eingestellt werden.
Der Betrag der Frequenzeinstellung, der erreicht werden
kann, ist jedoch sehr klein.
Die Frequenzeinstellung kann wie folgt ausgeführt werden:
Das longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter
wird in Betrieb gesetzt, und seine Bandpaßeigenschaften
und Reflexionscharakteristika werden gemessen. Ab
weichungen von den Resonanzfrequenzen F4, F5 der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 432, 434 werden dann aus den gemessenen
Werten ausgewertet. Die Abmessungen, wie z. B. die Länge,
die Dicke und die Breite, von einem oder mehreren der
Resonanzfrequenz- Einstellfinger 432a bis 432d und 434a
bis 434d werden dann im Verhältnis zu den ausgewerteten
Frequenzabweichungen reduziert. Die Resonanzfrequenz-
Einstellfinger 432a bis 432d und 434a bis 434d sollten im
voraus eine solch große Größe besitzen, daß sie in ihren
Abmessungen für eine Frequenzeinstellung reduziert
werden können.
Ein modifiziertes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, das fünf longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken enthält und einen größeren Dämpfungsbetrag
außerhalb des Bandpasses besitzt, ist in Fig. 15 ge
zeigt.
Das in Fig. 15 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter enthält longitudinal schwing
fähige Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 470, 478,
weiterhin drei longitudinal schwingfähige Abstimm
balken 472, 474, 476, die zwischen den longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 470, 478 angeordnet sind.
Das Filter enthält weiterhin Koppelelemente 482a,
482b, 484a, 484b, 486a, 486b, 488a, 488b, durch die
die longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 470, 472,
474, 476, 478 miteinander verbunden sind. Die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 470, 472, 474, 476, 478
haben jeweils Resonanzfrequenz-Einstellfinger 470a bis
470d, 472a bis 472d, 474a bis 474d, 476a bis 476d und 478a
bis 478d an ihren distalen Enden.
Trägerelemente 490, 492 ragen außenseitig und mittig aus
den longitudinal schwingfähige 41393 00070 552 001000280000000200012000285914128200040 0002004008920 00004 41274n Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 470, 478 heraus, und haben äußere Enden,
die an den jeweiligen, sich gegenüberliegenden inneren
Rändern eines äußeren Rahmens 497 angebracht sind. Ein
Paar von piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 499a, 499b
ist auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 470
aufgelegt und daran befestigt, und ein Paar von piezo
elektrischen Ausgangskeramikteilen 495a, 495b ist auf
die sich gegenüberliegenden Oberflächen des longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 478 aufgelegt
und daran befestigt. Eine Zufuhrleitung 491 und
eine Erdungsleitung 491e sind jeweils an die piezo
elektrischen Eingangskeramikteile 499a, 499b angeschlossen,
und eine Ausgangsleitung 493 und eine Erdungsleitung
493e sind jeweils an die piezoelektrischen Ausgangs
keramikteile 495a, 495b angeschlossen.
Das in Fig. 15 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter arbeitet grundsätzlich in
derselben Weise wie das in Fig. 14 gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter.
Die Vielzahl der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 470, 472, 474, 476, 478 erlaubt es, daß ihre
jeweiligen Resonanzfrequenzen unabhängig durch die
Resonanzfrequenz-Einstellfinger 470a bis 470d, 472a bis
472d, 474a bis 474d, 476a bis 476d und 478a bis 478d ein
gestellt werden können. Daher können die Resonanzfrequenzen
auf gewünschte Werte eingestellt werden, um Bandpaßeigen
schaften zu verbessern.
Die Resonanzfrequenzen können schnell durch die Ver
ringerung der Abmessungen von einem oder mehreren der
Resonanzfrequenz-Einstellfinger 470a bis 470d, 472a bis 472d,
474a bis 474d, 476a bis 476d und 478a bis 478d in einer
berührungslosen Weise durch einen Laserstrahl einge
stellt werden, während die Bandpaßeigenschaften
oder die Reflexionscharakteristika des longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters gemessen werden.
In den in den Fig. 14 und 15 gezeigten Ausführungsformen
sind die Resonanzfrequenz-Einstellfinger 432a bis 434d,
470a bis 478d auf den longitudinalen Enden der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 430, 434 und 470, 472,
474, 476, 478 angeordnet. Die Resonanzfrequenz-Einstell
finger können jedoch auch diagonal oder auf oberen oder
unteren Oberflächen der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken angeordnet werden, und sie können auch in
ihren Abmessungen zur Frequenzeinstellung reduziert
werden.
Anstatt der Reduzierung der Dimensionen der Resonanz
frequenz-Einstellfinger zur Frequenzeinstellung, kann
jedes andere passende Material, wie z. B. Lötmaterial,
hinzugefügt werden, um die Resonanzfrequenzen der
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken zu reduzieren.
Wie oben beschrieben, besitzen die longitudinal schwing
enden Koppelfilter, die in den Fig. 14 und 15 gezeigt
sind, mindestens einen Resonanzfrequenz-Einstellfinger,
der auf einer Vielzahl von Schwingungskörpern, ein
schließlich der schwingfähigen Eingangs- und Ausgangskörper,
angeordnet werden kann. Die longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilter haben eine außerordentlich
exakte Zentralfrequenz. Nachdem die Bandpaßeigenschaften
des mechanischen Filters gemessen wurden, können die
Abmessungen, wie z. B. die Länge der Resonanzfrequenz-
Einstellfinger, leicht zur Einstellung der Resonanz
frequenz geändert werden, so daß Schwankungen in den
Eigenschaften der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken vermindert werden können. Durch eine solche Ein
stellung erhalten die longitudinal schwingenden mecha
nischen Koppelfilter, die durch Massenproduktion herge
stellt werden, gleichmäßigere Zentralfrequenzen und Band
paßeigenschaften und somit eine verbesserte Qualität.
Fig. 16 zeigt einen longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilter gemäß einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Das in Fig. 16 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter hat einen longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 532 und einen
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 534,
der in seiner Form identisch zu der des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 532 ist. Die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 532, 534 sind in einer Ebene angeordnet und
miteinander durch ein Paar von dünnen Koppelelementen
536, 538, die aus einem identischen elastischen Material
hergestellt sind, verbunden. Trägerelemente 540, 542
ragen außenseitig und mittig aus den longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 532,
534 heraus. Die longitudinal schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 532, 534 haben jeweils,
longitudinal und mittig ausgebildete Nuten 532a, 534a,
die kürzer sind als die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 532, 534. Die anderen strukturellen
Details des mechanischen Filters in Fig. 16 sind die
gleichen wie die des mechanischen Filters in Fig. 3.
Die anderen Komponenten, die in Fig. 16 gezeigt sind und
die mit denen, die in Fig. 3 gezeigt sind, identisch sind,
werden durch identische Bezugsziffern bezeichnet und
werden nicht im Detail beschrieben.
Die Funktionsweise des in Fig. 16 gezeigten longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilters wird im folgenden
beschrieben.
Wie aus den Gleichungen (3) und (4) entnommen werden
kann, ist die Resonanzfrequenz F4 des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 532 und die
Resonanzfrequenz F5 des longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalkens 534 umgekehrt proportional zu
den Längen L4, L5 der jeweiligen Abstimmbalken 532,
534. Die Exaktheit der Längen L4, L5 ist von der
zur Herstellung der longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken 532, 534 verwendeten fotolithografischen
Technologie abhängig. Die Exaktheit der Längen L4,
L5 kann aufgrund der Dicke der Abstimmbalken 532,
534 nicht ausreichend hoch sein. Die Abmessungsgenauig
keit δL der Länge der Abstimmbalken 532, 534 ist
allgemein ausgedrückt durch:
wL=±1,5/10 · t (22)
mit t als Dicke der Abstimmbalken 532, 534. Die Änderung
der Abmessungsgenauigkeiten ist nicht sehr groß, da die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 532, 534 zeitgleich als einheitliches
Gebilde durch Ätzen oder ähnliches hergestellt werden.
Die Nuten 532a, 534a, die in den longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 532, 534 gebildet sind, werden
im folgenden beschrieben. Da die Nuten 532a, 534a die
selben Vorteile für die longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 532, 534 bieten,
wird im folgenden ein longitudinal schwingfähiger Ab
stimmbalken beschrieben.
Es wird angenommen, daß ein longitudinal schwingfähiger
Abstimmbalken, der eine Breite W besitzt, eine zentrale
längsverlaufende Nut mit einer Breite M und einer Länge
LM aufweist, und daß das Material, aus dem der
longitudinal schwingfähige Abstimmbalken hergestellt
ist, eine durchschnittliche Masse p besitzt.
Da sich die Nut, die mittig in dem longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken gebildet ist, in die Richtung
erstreckt, in die die Longitudinalschwingung durch
den Abstimmbalken übertragen wird, stört die Nut nicht
die Funktionsweise des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens. Die Querschnittsfläche Sa des
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens, an der
Stelle, an der sich die Nut befindet und an der die Longi
tudinalschwingung stattfindet, ist aufgrund der Nut klein.
Die Querschnittsfläche Sa ist gegeben durch:
Sa=(W-M) · t (23)
Die Querschnittsfläche Sb des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens, an der Stelle, an der keine
Nut vorhanden ist und die Longitudinalschwingung statt
findet, ist gegeben durch:
Sb=W · t (24)
Wenn die Breite W des longitudinal schwingfähigen Abstimm
balkens durch die Abmessungsgenauigkeit δL aufgrund
eines Ätzfehlers (Überätzung) reduziert wird, dann
wird die Nut um δ · L aufgeweitet. Die Querschnitts
flächen Sa, Sb sind dann wie folgt:
Sa={(W-δ · L)-(M+δL)} · t=(W-M-2 δL) · t (25)
Sb=(W-δL) · t (26)
Die Länge L des longitudinal schwingfähigen Abstimm
balkens wird nun (L-δL).
Die Wirkung einer zu dem longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken hinzugefügten Masse wird wie folgt
berücksichtigt.
- 1. Für δL = 0, wird eine Masse, die durch
{(M · (L-LM) · t · p} dargestellt wird
und der Breite des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens entspricht, dem distalen Ende des
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens, der die
Querschnittsfläche von {(W-M) · t} besitzt, hin
zugefügt, mit L als Länge des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens.
- 2. Für δL ≠ 0 wird eine Masse, die durch
{(M+δL) · (L · LM) · t · p} dargestellt
wird und der Breite des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens entspricht und eine Masse, die durch
{(-δL) · W · t · p} dargestellt wird
und der Länge des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens entspricht, dem distalen Ende des
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens, der die
Querschnittsfläche {(W-M-2δL) · t} be
sitzt, hinzugefügt, mit L als Länge des longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalkens (obwohl die Länge durch
L · δL angegeben ist, wird die Abmessungsgenauig
keit δL als eine hinzugefügte Masse angesehen).
Als ein Ergebnis des Vergleichs zwischen den obigen
Gleichungen (1) und (2) ist die Masse δp, die für
δL = 0 neu hinzugefügt wird, durch die folgende
Gleichung gegeben:
δp=δL · {(L-LM)-W} · t · p · {(W-M) · t · p}/{(W-M-2 δL) · t · p} (27)
Wenn die Abmessungen des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens derart gewählt werden, daß (L-LM)-W = 0,
d. h.,
LM=L-W, (28)
dann ist δp=0, sogar wenn δL=0.
Aus diesem Grund ändert sich die Masse des longitudinal
schwingenden Abstimmbalkens nicht, und folglich ändert
sich auch die Resonanzfrequenz des longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalkens nicht.
Wie oben beschrieben, sind die Nuten 532a, 534a, die
sich in die Richtungen erstrecken, in die sich die
Longitudinalschwingung ausbreitet, mittig in den
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 532, 534 ausgebildet. Sogar wenn die
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 532, 534
unterschiedliche Längen aufgrund von einem Ätzfehler,
der durch die Herstellung als unheitliches Gebilde
verursacht wird, besitzen, ändert sich die Zentral
frequenz des longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilters nicht und die Bandpaßeigenschaften
werden, aufgrund der Nuten 532a, 534a, die durch
Ätzen in den longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken
532, 534 gleichzeitig mit deren Herstellung gebildet
werden, nicht verschlechtert.
Ein anderes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, das fünf longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken enthält und einen größeren Dämpfungs
betrag außerhalb des Bandpasses erreicht, wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 17 beschrieben.
Das longitudinal schwingende mechanische Koppelfilter
enthält longitudinal schwingfähige Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 570, 578, weiterhin drei longitudinal
schwingfähige Abstimmbalken 572, 574, 576, die zwischen
den longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 570,
578 angeordnet sind. Das Filter enthält weiterhin
Koppelelemente 572a, 572b, 584a, 584b, 586a, 586b,
588a, 588b, durch die die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 570, 572, 574, 576, 578 miteinander ver
bunden sind. Die longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 570, 572, 574, 576, 578 haben jeweils mittig
gebildete longitudinale Nuten 570a, 572a, 574a, 576a,
578a.
Trägerelemente 590, 592 ragen außenseitig und mittig
aus den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 570, 578 heraus und haben äußere
Enden, die an den inneren sich gegenüberliegenden
Rändern eines äußeren Rahmens 597 befestigt sind. Ein Paar
von piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 599a, 599b
ist auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 578
aufgelegt und daran befestigt. Eine Zufuhrleitung 591
und eine Erdungsleitung 591e sind jeweils an die piezo
elektrischen Eingangskeramikteile 599a, 599b angeschlossen
und eine Ausgangsleitung 593 und eine Erdungsleitung
593a sind jeweils an die piezoelektrischen Ausgangskeramik
teile 595a, 595b angeschlossen.
Das in Fig. 17 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter arbeitet grundsätzlich auf die
selbe Weise, wie das in Fig. 16 gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter.
Die Verwendung einer Vielzahl von longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 570, 572, 574, 576, 578
führt zu einer starken Reduzierung der Abmessungs
schwankungen dieser Abstimmbalken, und sie verbessert
die Bandpaßeigenschaften des mechanischen Filters.
In den in den Fig. 16 und 17 gezeigten Ausführungsformen
durchsetzen die Nuten 532a, 534a und 570a, 572a, 574a, 576a,
578a jeweils die longitudinal schwingfähigen Ab
stimmbalken 532, 534 und 570, 572, 574, 576, 578.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Nuten beschränkt.
Blindnuten können in diesen longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken gebildet werden, oder es können auch zwei
oder mehr Nuten in jedem dieser longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken gebildet werden. Eine Nut oder
Nuten können in einem oder einigen der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 532, 534 und 570, 572,
574, 576, 578 gebildet werden. Auch eine gebogene oder eine
nicht durchgehend verlaufende Nut oder Nuten können in
den longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken gebildet
werden.
Gemäß den in den Fig. 16 und 17 gezeigten Ausführungsformen
ist eine den Körper durchsetzende Nut, eine Blindnut,
eine gerade verlaufende Nut, eine gebogene Nut oder eine
Nut, die eine Kombination dieser Nuten darstellt, in
mindestens einem der Vielzahl der Schwingungskörper, ein
schließlich der Eingangs- und Ausgangsschwingungskörper,
gebildet. Mit dieser Anordnung hat das longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter eine außerordentlich
exakte Zentralfrequenz, das Filter hat weiterhin ver
besserte Bandpaßeigenschaften, und besitzt geringere
Schwankungen der Charakteristika der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken. Longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter, die durch Massenproduktion
hergestellt werden, haben gleichmäßige Eigenschaften
und eine verbesserte Qualität.
Die Fig. 18(a) und 18(b) zeigen einen longitudinal
schwingenden mechanischen Koppelfilter, gemäß einer
weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das in den Fig. 18(a) und 18(b) gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Filter hat einen longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalken 632 und einen
longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken 634,
der eine dem longitudinal schwingfähigen Eingangsab
stimmbalken 632 identische Form besitzt. Die longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken
632, 634 sind in einer Ebene angeordnet und miteinander
durch ein Paar von Koppelelementen 636, 638, die aus
identischem elastischem Material hergestellt sind, ver
bunden. Trägerelemente 640, 642 ragen außenseitig und
mittig aus den longitudinal schwingfähigen Eingangs-
und Ausgangsabstimmbalken 632, 634 heraus. Die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 632, 634 haben jeweilige, den Körper
durchsetzende Löcher 632a, 634a die Öffnungsweiten
besitzen, die kleiner sind als die Wellenlänge der
Longitudinalschwingung der Abstimmbalken. Die Durch
gangslöcher 632a, 634a sind durch Ätzen zeitgleich mit
den longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 632,
634 gebildet, die Koppelelemente 636, 638 und die
Trägerelemente 640, 642 sind als einheitliches Gebilde
mittels eines fotolithografischen Verfahrens herge
stellt. Die anderen strukturellen Komponenten sind
die gleichen wie die des longitudinal schwingenden
mechanischen Koppelfilters, der in Fig. 6 gezeigt
ist. Daher werden identische Komponenten durch identische
Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail
beschrieben.
Die Funktionsweise des in den Fig. 18(a) und 18(b)
gezeigten longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilters ist wie folgt:
Wie aus den obigen Gleichungen (3) und (4) entnommen
werden kann, ist die Resonanzfrequenz F4 des
longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens
632 und die Resonanzfrequenz F5 des longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens 634 umgekehrt
proportional zu den Längen L4, L5 der jeweiligen
Abstimmbalken 632, 634. Die Exaktheit der Längen L4,
L5 ist von der zur Herstellung der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 632, 634 angewandten
fotolithografischen Technologie abhängig. Die Exaktheit
der Längen L4, L5 kann aufgrund der Dicke der
Abstimmbalken 632, 634 nicht ausreichend hoch sein.
Die Abmessungsgenauigkeit δL der Abstimmbalken 632,
634 ist im allgemeinen ausgedrückt durch:
δL=±1,5/10 · t (29)
mit t als Dicke der Abstimmbalken 632, 634. Die Ab
messungsgenauigkeit δL ändert sich nicht stark, da
die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 632, 634 mit den Durchgangslöchern 632a,
634a gleichzeitig als einheitliches Gebilde durch
Ätzen hergestellt werden. Die Bezeichnungen in der
Gleichung (28) bleiben die gleichen wie die der Gleichung
(5).
Die Durchgangslöcher 632a, 634a, die in den longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 632, 634 gebildet sind,
werden im folgenden beschrieben.
Es wird angenommen, daß die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 632, 634 eine Länge L (L4, L5) be
sitzen, weiterhin daß die Durchgangslöcher 632a, 634a eine
Breite M (siehe Fig. 18(b)) aufweisen, des weiteren daß der
Verteilungskoeffizient der Durchgangslöcher 632a, 634a in den
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsab
stimmbalken 632, 634 (Verhältnis der Summe der Flächen
der Durchgangslöcher zu der Gesamtfläche des zentralen
Teils des longitudinal schwingfähigen Abstimmbalkens) mit γ
bezeichnet wird, weiterhin daß die longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 632, 634 eine
Breite W besitzen, und daß die Länge der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 632, 634, an den Stellen, an
denen die Durchgangslöcher 632a, 634a vorhanden sind (in
die Richtung, in der die Longitudinalschwingung über
tragen wird) durch LM bezeichnet ist, und schließlich daß
das Material, aus dem die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 632, 634 hergestellt sind, eine durch
schnittliche Masse p besitzt.
Da die Durchgangslöcher 632a, 634a, die in den longitudinal
schwingfähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken
632, 634 gebildet sind, verglichen mit der Wellenlänge
der Longitudinalschwingung, ausreichend klein sind,
stören die Durchgangslöcher 632a, 634a die Funktions
weise der longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken nicht. Die Querschnittsfläche S1
der longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken, an der
Stelle, an der die Durchgangslöcher 632a, 634a vorhanden
sind und Longitudinalschwingung stattfindet, ist aufgrund
der Durchgangslöcher 632a, 634a klein. Die Querschnitts
fläche S1 ist gegeben durch:
S₁=(W-γM) · t (30)
Die Querschnittsfläche S2 der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken, an der Stelle, an der keine
Durchgangslöcher vorhanden sind und einer Longitudinal
schwingung stattfindet, ist gegegeben durch:
S₂=W · t (31)
Wenn die Breite W der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken um die Abmessungsgenauigkeit δL auf
grund eines Ätzfehlers (Überätzung) verringert wird,
dann wird jedes der Durchgangslöcher 632a, 634a um
δL aufgeweitet. Die Querschnittsflächen S1, S2
werden nun wie folgt ausgedrückt:
S₁={(W-δL)-γ(M+δL)} · t={W-γM-(1+γ)δL · t} (32)
S₂=(W-δL) · t (33)
Die Länge L (L4, L5) der longitudinal schwing
fähigen Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 632, 634
wird nun (L-δL).
Die Auswirkung einer den longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 632, 634 zugefügten
Masse wird wie folgt berücksichtigt.
- 1. Für δL = 0 wird eine Masse, die durch
{(γM · (L-LM) · t · p} dargestellt wird
und der Breite W des longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalkens entspricht, den distalen Enden der
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 632, 634, die die Querschnittsfläche
{(W-γM) · t} besitzen, hinzugefügt, mit L als
Länge der longitudinal schwingfähigen Eingangs- und
Ausgangsabstimmbalken 632, 634.
- 2. Für δL ≠ 0 wird eine Masse, die durch
{(γM+γδL) · (L-LM) · t · p}
dargestellt wird und der Breite W der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken entspricht und eine
Masse, die durch {(-δL) · W · t · p}
dargestellt ist und einer Länge L (L4, L5) der
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken entspricht
dem distalen Ende der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 632, 634, die die Querschnittsfläche
{(W · γM-(1+γ)δL) · t} besitzen, hinzugefügt,
mit L als Länge der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken (obwohl die Länge durch L-δL ange
geben ist, wird die Abmessungsgenauigkeit δL als
hinzugefügte Masse angesehen).
Als ein Ergebnis des Vergleichs zwischen den obigen
Gleichungen (1) und (2), ist die Masse δp, die für
δL = 0 neu hinzugefügt wird, durch die folgende
Gleichung gegeben:
δp=δL · {γ(L-LM)-W} · t · p · {(W-γM) · t · p}/{(W-γM-(1+γ)δL) · t · p} (34)
Wenn die Abmessungen der longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken derart gewählt werden, daß γ(L-LM)-W = 0,
d. h.,
LM=L-W/γ (35)
dann ist δp=0,
sogar wenn δL≠0.
Daher ändert sich die Masse der longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken nicht, und folglich ändert sich
auch die Resonanzfrequenz der longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 632, 634 nicht.
Wie oben beschrieben, sind die Durchgangslöcher 632a,
634a, die Öffnungsweiten besitzen, die ausreichend kleiner
sind, als die Wellenlänge der Longitudinalschwingung,
in den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 632, 634 gebildet. Sogar wenn die
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 632, 634
keine ausreichende Abmessungsgenauigkeit besitzen,
d.h. wenn sie verschiedene Längen aufgrund eines
Ätzungsfehlers haben, der durch die Herstellung als ein
heitliches Gebilde verursacht ist, ändert sich die
Zentralfrequenz des longitudial schwingenden mechanischen
Koppelfilters nicht und die Bandpaßeigenschaften werden
nicht verschlechtert, da die Durchgangslöcher 632a, 634a,
die durch Ätzen in den longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 632, 634 gleichzeitig mit deren Herstellung gebildet
werden.
Ein anderer longitudinal schwingfähiger mechanischer
Koppelfilter, der fünf longitudinal schwingfähige Ab
stimmbalken enthält und einen höheren Dämpfungsbetrag
außerhalb des Bandpasses erreicht, wird unter Bezug
nahme auf Fig. 19 im folgenden beschrieben.
Das longitudinal schwingfähige mechanische Koppelfilter
enthält longitudinal schwingfähige Eingangs- und Aus
gangsabstimmbalken 670, 678. Das Filter enthält weiterhin
drei longitudinal schwingfähige Abstimmbalken 672, 674,
676, die zwischen den longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 670, 678 angeordnet sind. Das Filter
enthält weiterhin Koppelelemente 682a, 682b, 684a, 684b,
686a, 686b, 688a, 688b, durch die die longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 670, 672, 674, 676, 678
miteinander verbunden sind. Die longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken 670, 672, 674, 676, 678 haben
eine Vielzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern
670a, 672a, 674a, 676a, 678a.
Trägerelemente 690, 692 ragen außenseitig und mittig aus
den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 670, 678 heraus, und haben äußere Enden,
die an inneren sich gegenüberliegenden Rändern eines
äußeren Rahmens 697 befestigt sind. Ein Paar von
piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 699a, 699b ist
auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 670 aufgelegt und
daran befestigt, und ein Paar von piezoelektrischen
Ausgangskeramikteilen 665a, 665b ist auf den sich gegen
überliegenden Oberflächen des longitudinal schwingfähigen
Ausgangsabstimmbalkens 678 aufgelegt und daran be
festigt. Eine Zufuhrleitung 691 und eine Erdungsleitung
691e sind jeweils an die piezoelektrischen Eingangs
keramikteile 699a, 699b angeschlossen und eine Ausgangs
leitung 693 und eine Erdungsleitung 693e ist jeweils an
die piezoelektrischen Ausgangskeramikteile 695a, 695b
angeschlossen.
Das in Fig. 19 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter arbeitet im wesentlichen in der
gleichen Weise wie das in Fig. 7 gezeigte longitudinal
schwingende mechanische Filter.
Die Verwendung der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 670, 672, 674, 676, 678 wirkt sich durch eine
starke Reduzierung der Abmessungsschwankungen dieser
Abstimmbalken aus, und verbessert die Bandpaßeigenschaften
des mechanischen Filters.
In den in den Fig. 18 und 19 gezeigten Ausführungsformen
durchsetzen die Durchgangslöcher 632a, 634a und 670a, 672a,
674a, 676a, 678a jeweils die longitudinal schwingfähigen
Abstimmbalken 632, 634 und 670, 672, 674, 676, 678. Die
Erfindung ist jedoch nicht auf solche Löcher beschränkt.
Durchgangslöcher und/oder Blindlöcher oder Aussparungen
können in diesen longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken
gebildet sein, oder zwei oder mehr Löcher können in einem
oder einigen der longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken
632, 634 und 670, 672, 674, 676, 678 ausgebildet sein.
Wie oben beschrieben, beziehen sich die in den Fig. 18
und 19 gezeigten Ausführungsformen darauf, daß Durch
gangslöcher und/oder Blindlöcher in mindestens einem
der Schwingungskörper, einschließlich Eingangs- und
Ausgangsschwingungskörper, gebildet werden können.
Mit der obigen Anordnung hat das longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter eine außerordentlich exakte
Zentralfrequenz, verbesserte Bandpaßeigenschaften und
verringerte Schwankungen der Eigenschaften zwischen den
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken. Es besitzt
gleichmäßigere Charakteristika, sofern es durch Massenpro
duktion hergestellt wird und somit eine verbesserte
Qualität.
Fig. 20 zeigt ein longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter, gemäß einer weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Das longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter besitzt Koppelelemente 736,
738, die nahe den distalen Enden der longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 732, 734 angeordnet sind,
d.h., in Bereichen, in denen die longitudinal schwing
fähigen Abstimmbalken in einem hohen Maße in die
Richtungen ausgelenkt werden, in der die Longitudinal
schwingung stattfindet. Die Schwingung wird durch
die Koppelelemente 736, 738 in Form einer Transversal
welle, d. h. als sogenannte Biegeschwingung, übertragen
(ist dazu gekoppelt), so daß Unselektivitäten reduziert
werden und die Bandpaßeigenschaften verbessert
werden.
Das in Fig. 20 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter ist grundsätzlich mit dem in
Fig. 9 gezeigten longitudinal schwingenden mechanischen
Koppelfilter identisch.
Eine Verminderung der Unselektivitäten durch die in
Fig. 20 gezeigte Struktur wird im folgenden beschrieben.
Die longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 732, 734 werden in einem höheren Maße
an ihren distalen Enden in die Richtung ausgelenkt, in
die die Longitudinalschwingung stattfindet. Die Aus
lenkung der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 732, 734 in eine Richtung, die senkrecht zu der
longitudinalen Richtung ist, ist in der Mitte der
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 732, 734
größer. Die Auslenkung durch die Longitudinalschwingung
des longitudinal schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens
732 in die Richtung der Longitudinalschwingung und die
Auslenkung in die Richtung, die senkrecht zu der
Longitudinalschwingung ist, werden zu dem longitudinal
schwingfähigen Ausgangsabstimmbalken durch die Koppel
elemente 736, 738 übertragen (sind dazu gekoppelt).
Es ist nun nicht nur die Auslenkung senkrecht zu der
Longitudinalschwingung des longitudinal schwingenden
Ausgangsabstimmbalkens 734 durch die Koppelelemente
736, 738 gekoppelt, sondern es sind auch andere
Schwingungsformen mit der Longitudinalschwingung des
longitudinal schwingenden Ausgangsabstimmbalkens 734
gekoppelt. Unselektivitäten haben daher einen
hohen Betrag und verschlechtern die Filtereigen
schaften. Die Schwingung senkrecht zu der Longitudinal
schwingung pflanzt sich hauptsächlich als Longitudinal
welle in den Koppelelementen 736, 738 fort, wobei die
Auslenkung in die Richtung der Longitudinalschwingung
geringere Unselektivitäten erzeugt als die Auslenkung
senkrecht zu der Longitudinalschwingung da sie mit der
Longitudinalschwingung der longitudinal schwingenden
Ausgangsabstimmbalken 634 durch die Koppelelemente
736, 738 gekoppelt ist. Die Longitudinalschwingung
pflanzt sich als Biegeschwingung in den Koppelelementen
736, 738 fort.
Die Koppelelemente 736, 738 sind in Bereichen ange
ordnet, in denen der Versatz in die Richtungen der
Longitudinalschwingung groß ist, und zwar in der
Nähe der distalen Enden der longitudinal schwingenden
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 732, 734. Die
longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 732, 734 sind miteinander durch die
Koppelelemente 736, 738 und durch Biegeschwingung gekoppelt.
Folglich werden Unselektivitäten verringert und die
Bandpaßeigenschaften werden verbessert.
Die Auslenkung des longitudinal schwingfähigen Eingangs
abstimmbalkens 732 in die Richtung der Longitudinal
schwingung ist größer an dessen distalen Enden, und
ist durch eine Funktion des Ortes in Richtung
der Longitudinalschwingung ausgedrückt. Um gewünschte
Frequenzcharakteristika zu erhalten und Abmessungs
schwankungen der longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken zu vermindern, ist es nötig, den Kopplungswert
des longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimmbalkens
734 an den des longitudinal schwingfähigen Eingangs
abstimmbalkens 732 anzugleichen. Die Koppelelemente 736,
738 sollten relativ zu dem longitudinal schwingfähigen
Eingangsabstimmbalken 732 so gleichmäßig wie möglich
angeordnet werden. Genauer gesagt, können die relativen
Positionen zwischen den longitudinal schwingfähigen
Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 732, 734 und den
Koppelelementen 736, 738 als konstant angesehen werden,
wenn die longitudinal schwingfähigen Ausgangsabstimm
balken 732, 734 und die Koppelelemente 736, 738 aus
einer einzigen Platte durch Ätzen mit einem foto
lithografischen Prozeß hergestellt werden.
Ein anderes longitudinal schwingendes mechanisches
Koppelfilter enthält fünf longitudinal schwingfähige
Abstimmbalken und liefert eine gesteigerte Frequenz
dämpfung außerhalb des Bandpasses, wie in Fig. 21
gezeigt.
Das in Fig. 21 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter enthält longitudinal schwing
fähige Eingangs- und Ausgangsabstimmbalken 770, 778,
das Filter enthält weiterhin drei longitudinal schwing
fähige Abstimmbalken 772, 774, 776, die zwischen den
longitudinal schwingfähigen Abstimmbalken 770, 778
angeordnet sind, und das Filter enthält Koppel
elemente 782a, 782b, 784a, 784b, 786a, 786b, 788a, 788b,
die durch die longitudinal schwingfähigen Abstimm
balken 770, 772, 774, 776, 778 miteinander verbunden
sind.
Stützelemente 790, 792 ragen außenseitig und mittig aus
den longitudinal schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
abstimmbalken 770, 778 heraus und haben äußere Enden,
die an den inneren sich gegenüberliegenden Rändern
eines äußeren Rahmens 797 befestigt sind. Ein Paar von
piezoelektrischen Eingangskeramikteilen 799a, 799b ist
auf die sich gegenüberliegenden Oberflächen des longitudinal
schwingfähigen Eingangsabstimmbalkens 770 aufgelegt und
daran befestigt, und ein Paar von piezoelektrischen
Ausgangskeramikteilen 795a, 795b ist auf die sich gegen
überliegenden Oberflächen des longitudinal schwing
fähigen Ausgangsabstimmbalkens 778 aufgelegt und
daran befestigt. Das longitudinal schwingende mechanische
Koppelfilter hat auch eine Zufuhrleitung 791 und eine
Erdungsleitung 791e, die an die jeweiligen piezo
elektrischen Eingangskeramikteile 799a, 799b ange
schlossen ist und eine Ausgangsleitung 793 und eine
Erdungsleitung 793e, die an die jeweiligen piezo
elektrischen Ausgangskeramikteilen 759a, 759b ange
schlossen ist.
Das in Fig. 21 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Filter arbeitet grundsätzlich auf dieselbe
Weise wie das in Fig. 20 gezeigte longitudinal schwingende
mechanische Koppelfilter.
Durch die Vielzahl der verwendeten longitudinal
schwingfähigen Abstimmbalken 770, 772, 774, 776, 778,
werden die Abmessungsschwankungen dieser Abstimm
balken verringert, und die Bandpaßeigenschaften
des mechanischen Filters verbessert.
Gemäß den obigen Ausführungsformen, die in den Fig. 20
und 21 gezeigt sind, enthält das longitudinal
schwingende mechanische Koppelfilter zur Ausgabe eines
zugeführten Hochfrequenzsignals in einem vorbestimmten
Frequenzbereich eine Vielzahl von longitudinal schwing
fähigen Körpern, einschließlich der eingangs- und ausgangs
schwingfähigen Körper, zur Aufnahme und Ausgabe des
Hochfrequenzsignals. Das Filter enthält weiterhin
Schwingungskörper, die longitudinal schwingfähig in
einem Bereich sind, der nahe dem Bandpaß des
mechanischen Filters liegt. Das mechanische Filter
enthält weiterhin eine Vielzahl von piezoelektrischen
Teilen, die auf die schwingfähigen Eingangs- und Ausgangs
körper aufgelegt sind, und Elektroden, an die Leiter
angeschlossen sind. Das Filter enthält eine Vielzahl von
Koppelelementen, die zwischen den Enden der schwing
fähigen Körper angebracht sind, wobei dieselben durch
Biegeschwingungen gekoppelt sind.
Durch eine solche Anordnung hat das longitudinal
schwingende mechanische Filter eine außerordentlich
exakte Zentralfrequenz und verbesserte Bandpaßeigenschaften.
Es besitzt gleichmäßige Charakteristika, sofern es durch
Massenproduktion hergestellt wird, und somit eine ver
besserte Qualtität.