DE755220C - Piezoelektrische Kopplungsvorrichtung fuer Hochfrequenzkreise - Google Patents

Description

• Piezoelektrische Kopplungsvorrichtung für Hochfrequenzkreise In Hochfrequenzkreisen können bekanntlich piezoelekfirische Kristalle an Stelle von normalen Schwingungskreisen; für Filterzwecke Verwendung finden. Als wichtig hat es sich dabei erwiesen, eine kapazitive Kopplung zwischen. dem erregienden und dem erregten Kreis zu vermeiden. Bei einer bekannten. Anordnung, bei der eine elektrische Beeinflussung des erregenden auf den erregten; Kreis dadurch vermieden wird, daß zwei Kristalle verwendet werden, die mit ihren ebenen Flächen aufeinanderliegen, von denen die eine der Elektroden dem erregenden, die andere Elektrode dem zu erregenden Kreise angehört, verhindert ein zwischen den beiden Kristallen liegender dünner Metallschirm eine kapazitive Kopplung zwischen den beiden Elektroden. Durch das Anbringen eines Schirmes zwischen den beiden piezoelektrischen Kristallen darf nun aber die für jeden Kristall zu fordernde Einwelligkeit in keiner Weise beeinträchtigt werden, d. h. es muß- jede Störung des Ausbreitungsvorganges der elastischen Wellen innerhalb der Anordnung, die durch das Vorhandensein des Metallschirmes hervorgerufen werden kann, vermieden werden.
• Erfindungsgemäß wird nun: bei Kristallplatten, bei denen sowohl die Flächen parallel zu einer der elektrischen (X-)Achsen liegen als auch die Normalen mit der optischen Achse zwecks Vermeidung einer Temperaturabhängigkeit, einen Winkel einschließen, jede derartige Störung des Ausbreitungsvorganges der elastischen Wellen dadurch vermieden, daß die Legierung für den Metallschirm hez_üglich Gleitmodul und Dichte so ausgewählt ist, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Scherungswellen im Metallschirm dieselbe ist wie in den Kristallplatten.
• Die, Literatur über die Technik der Herstellung piezoelektrischer Kristallkörper zeigt zwar, daß es zur Erzeugung von Torsionsschwingungen bekannt ist, eine Vielzahl von kleineren Bruchstücken von chemisch und optisch gleichartigen Kristallen beliebiger Größe und Gestalt unter Zuhilfenahme eines Klebemittels in solcher gegenseitigen Lage zusammenzufügen, daß sich ihre Torsionsschwingungen summieren. Hierbei wird das Klebemittel, das größere Zwischenräume zwischen den Kristallstücken auszufüllen hat, so ausgewählt, daß dessen Elastizitätseigenschaften den Elastizitätseigenschaften der Einzelkristalle entsprechen. Auf diese Weise hat man versucht, die Schwierigkeiten und die Herstellungskosten, die für einheitliche Kristalle mit niedriger Eigenschwingungszahl, d. h. also mit der Größe der Kristalle rasch anwachsen, herabzusetzen.
• Zur Schaffung eines einheitlich schwingenden Körpers mit niedriger Schwingungszahl ist es weiterhin bekannt, zwei elastische Massen, z. B. Metallkörper, mittels eines zwischen diesen angeordneten piezoelektrischen Schwingkristalls in mechanische Schwingungen zu versetzen, indem man diese Elemente mechanisch so miteinander verbindet, daß eine Einheit geschaffen ist, die dieselbe Eigenfrequenz hat wie ein einheitlicher piezoelektrischerKristall mit denselben äußeren Abmessungen wie die zusammengesetzte Einheit. Lm dies zu erreichen, muß naturgemäß durch geeignete Wahl des Materials der elastischen Massen dafür gesorgt werden, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten der elastischen grellen in den elastischen Massen und im Kristall übereinstimmen.
• Bei dem erfindungsgemäßen pie-zoelektrischen Filter handelt es sich aber um die Kopplung zweier piezoelektrischer Kristalle mittels eines elektrisch entkoppelnden Schirmes. Zur Vermeidung von Störungen in der Ausbreitung des" Schwingungsvorganges muß dabei die Art der elastischen Deformationen im Kristall und im Metall berücksichtigt «-erden. Verwendet man also. O_uarzkristalle, die Scherschwingungen ausführen, so muß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherungswellen im Quarz und im Metall dieselbe sein. Die Geschwindigkeit der Fortpflanzung der Scherungswellen im Quarz ist bekanntlich wobei G der Scherungs- oder Gleitmodul und 2 die Dichte ist. Da sich bei piezoelektrischen Kristallen der Elastizitäts- und der Scherungsmodul mit der Orientierung der Schwingplatte im Kristall ändern, hängt die Wahl des 1letalls oder der Metallegierung von der Orientierung des Kristalls gegenüber den Kristallachsen ab. So beträgt beispielsweise für eine Quarzplatte, deren Flächen parallel zu einer der elektrischen Achsen liegen und deren 'Normale mit der optischen Achse einen Winkel von 4i°, gerechnet in Richtung gegen eine der +Y=Achsen (mechanische Achsen), einschließt, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherungswellen 5,oS- io5 cm/sec. Um bei Metallen auf einen derart hohen Wert zu kommen, werden gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Derylliumlegierungen, die sich durch einen hohen Elastizitäts- und Scherungsmodul auszeichnen und eine kleine Dichte o besitzen, benutzt.
• Bei einer Quarzplatte, deren Fläche ebenfalls parallel zu einer der elektrischen Achsen liegen und deren Normale mit der optischen Achse einen Winkel von 55°, gerechnet in Richtung gegen eine der -Y=Achsen, einschließt, beträgt die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherungswellen 3,37# 105 cm/sec. Hier verwendet man gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Schmiedeeisen, Stahl oder Aluminium als Schirmmaterial, da bei diesen Metallen die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Scherungswellen etwa 3,2 - 105 cm%sec beträgt.
• In der Abbildung ist eine beispielsweise Ausführungsform gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung wiedergegeben. Zwei Kristalle i und 2 sind so angeordnet, daß sie mit ihren ebenen Flächen aufeinanderliegen, zwischen sich jedoch einen Metallschirm 3 enthalten, an dem sie angekittet sein können. Dieser Metallschirm dient als elektrisches Entkopplungsmittel und durch die besondere Materialwahl als ein gutes Übertragungsmittel für die elastischen Schwingungen. Da die Anordnung als einheitliches Ganzes wie ein -einziger Kristall schwingt, ist es möglich, an dem über den Rand der Kristalle hinaus verlängerten Schirm an einzelnen Punkten oder am ganzen Umfang Halterungselemente angreifen zu lassen. Man gewinnt dadurch eine stabile Halterung der Kristalle, ohne die Schwingungen irgendwie zu dämpfen. Von den Elektroden gehört die Elektrode q. dein erregenden Kreise, die Elektrode 5 dem zu, erregenden Kreise an.

Claims (3)

1. PATENTANSPR i; CHE: i. Piezoelektrische Kopplungsvorrichtung für Hochfnequenzkreise, die. aus zwei mit ihren ebenen Flächen aufeinanderliegenden Kristallplatten besteht, zwischen denen, sich zwecks Abschirmung des erregten vom erregenden Kreis ein Metallschirm befindet und bei denen isowohl die Flächen parallel zu einer der elektrischen (X-) Achsen liegen als auch die Normalen mit der optischen Achse zwecks Vermeidung einer Temperaturabhängigkeit einen Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung für den Metallschirm bezüglich Gleitmodul und Dichte so gewählt ist, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Scherungswellen im Metallschirm dieselbe ist wie, in den. Kristallplatten.
2. 2. Piezoelektrische Kopplungsvorrichtung nach Anspruch i für QuaTzkristallpl.a.tten, deren I\Tormalen einen Winkel von 41 °` gegen, 'däe positive Richtung einer der mechanischen(+ Y=)Achsene!inschließen, dadurch gekennzeichnet, daß für den Metallschirm. eine Legierung verwendet ist, deren Gleitmodul sehr hoch und deren Dichte sehr niedrig liegt, z. B. eine Berylliumlegierung.
3. 3. Piezoelektrisc'he Kopplungsvorrichtung nach Anspruch i für Quarzkristallplatten, deren Normalen einen Winkel von - 55° gegen' die negative Richtung einer der mechanischen (-Y=) Achsen einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß für den Metallschirm Schmiedeeisen, Stahl oder Aluminium verwendet ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 509 714, 659 o88; britische Patentschrift Nr. 499 7o7.