DE928968C - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter für Schwingungen mit einer einer mechanischen Resonanzfrequenz eines Vibratorkörpers entsprechenden Frequenz. Ein solches Filter wird beispielsweise zum Aussieben eines bestimmten Frequenzbandes verwendet, wobei man unter anderem den Vorteil erzielt, daß die Trennschärfe üblicherweise erheblich über diejenige eines einfachen, aus Widerständen, Selbstinduktionen und Kondensatoren zusammengesetzten Filters hinausgeht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Vibratorkörper unter Benutzung des Umstandes, daß er üblicherweise jedenfalls vorwiegend aus polarisierbarem elektrostriktivem bzw. magnetostriktivem Material besteht, zu gleicher Zeit ate dielektrischer bzw. magnetischer Verstärker wirksam sein kann.

Gemäß der Erfindung besteht der Vibratorkörper wenigstens zum Teil aus polarisierbarem Material, dem eine Signalschwingung zugeführt wird und das zugleich mittels einer Hilfsschwingung mit einer über die Signalfrequenz hinausgehenden Frequenz in einen nichtliinearen Teil seiner Polarisationskennlinie ausgesteuert wird, so- daß auf an sich bekannte Weise eine verstärkte Ausgangsschwingung erzeugt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert.

Fig. ι stellt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit einem rohrförmigen Vibratorkörper aus dielektrischem Material und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit einem ringförmigen Vibratorkörper aus magnetischem Material· dar;

Fig. 3 zeigt eine Abart des in Fig. 2 dargestellten Ausführungisbeispiels.

Im Auisführungsbeispiel gemäß Fig. ι wird eine von einer Quelle ι gelieferte Signalsdhwingung einer Innenelektrode 2 und einer Außenelektrode 3 eines rohrförmigen Vibratorkörpers ίο aus dieelektrischem, elektrostriktivem Material,, beispielsweise vorpolarisiertem Bariumtitanat, zugeführt, dessen gegebenenfalls, mittels Beschwerungsgewichten herabgesetzte mechanische Resonanzfrequenz der Signalfrequenz entspricht. Auf diese Weise werden an den Elektroden 5 und 6 des Vibratorkörpers 4 die Signalschwingungen mit gemäß dieser mechanischen Resonanzfrequenz trennscharf gefilterter Frequenz auftreten.

Gemäß der Erfindung läßt sich eine verstärkte Ausgangsschwingung dem Vibratorkörper 4 entnehmen, indem der - Körper 4 zugleich auf an sich bekannte Weise als dielektrischer Verstärker geschaltet wird. Zu diesem Zweck wird den Elektroden 5 und 6 über eine Kupplungsspule 7 eine von einer Quelle 8 gelieferte Hilfsschwingung zugeführt, deren Frequenz wesentlich über die Signalfrequenz hinausgeht und deren Amplitude so bemessen ist, daß das dielektrische Material des Körpers 4 bis in den nicht linearen Teil der die dielektrische Verschiebung D ails· Funktion der elektrischen Feldstärke F darstellenden Kennlinie ausgesteuert wird. Auf diese Weise wird an einer zwischen der Elektrode 2 und einer asymmetrischen Anzapfung 10 der Induktivität 7 eingeschalteten Impedanz 9 eine verstärkte modulierte Schwingung erzeugt, die sich gewünschtenfallis mittels eines Demodulators 11 demodulieren läßt, so daß sich an einer Ausgangsklemme 12 eine verstärkte und ausgesiebte Signal'schwingung ergibt, die noch gewünschtenfaiii s zum Herbeiführen positiver oder negativer Rückkopplung der Elektrode 3 oder einer weiteren vo>rpolarisierten gestrichelt dargestellten Elektrode 13 des Vibratorkörpers 4 zugeführt' werden kann. Alilerdings wird bei den erforderlichen großen Amplituden der Hilfsschwingung die Trennschärfe etwas verschlechtert, aber sie bleibt dennoch meist höher, als sich mit einem einfachen LCR-Netzwerk erreichen läßt. Auch die mechamische Resonanzfrequenz des Körpers 4 verschiebt sich infolge der Hilfsschwingung um einen allerdings sehr geringen Betrag.

Anstatt eines Vibratorkörpers der dargestellten rohrförmigen Gestalt kann gewünsdhtenfalls ein stabförmiger Verwendung finden.

In Fig. 2 werden die von der Quelle 1 gelieferten Signalschwingungen einer Wicklung 15 zugeführt, die einen ringförmigen Vibratockörper 16 aus magnetostriktivem durch eine Quelle 17 vorpolarisiertem Material', beispielsweise hochpermeablem nahezu nicht leitendem Ferrit, frei umgibt. Auch wird einer Wicklung 18 auf'dem Körper 16 eine von der Hilf sschwingungsquelle 8 erzeugte Schwingung zugeführt, deren Frequenz wesentlich über die Signalfrequenz hinausgeht und deren Amplitude so groß ist, daß das- Material des Körpers-16 in einen nicht linearen Teil seiner die magnetische Induktion B als Funktion der magnetischen Feldstärke H darstellenden Polarisationskennlinie ausgesteuert wird. Infolgedessen wirkt der Körper 16 nunmehr auf an sich bekannte Weise als magnetischer Verstärker.

Dieser Körper 16 ist so angeordnet, daß er sehr sehwach gedämpfte mechanische Schwingungen vollführen kann, wobei die mechanische Resonanzfrequenz bei einem einer Misdhfrequenz der Signal- und Hilfsfrequenz entsprechenden Wert, beispielsweise der Summe oder der· Differenz dieser Frequenzen, gewählt ist. Auf diese Weise wird die an einer Ausgangswicklung 20 erzeugte Mischschwingung dieser Frequenz selektiv verstärkt, während die übrigen Frequenzen des Mischproduktes stark gesperrt werden.

Diese Sperrung ist jedoch im allgemeinen für die Hilfsfrequenz selbst unzureichend:, da die Signalschwingung normalerweise eine im Verhältnis zu der Hilfsschwingung geringe Amplitude aufweist. Um die Hilfsschwingung an den Ausgangsklemmen 12 zu sperren ist mit der Hilfsschwingungsquelle 8 ein Ausgleichstransformator 19 gekoppelt, der so bemessen ist, daß seine Sekundärspannung praktisch gleich der an der. Wicklung 20 erzeugten HilfsfrequenziSpannung und entgegengesetzt zu ihr ist. Die an den Ausgangsklemmen 12 erzeugte Differenz dieser beiden Spannungen enthält somit praktisch nur die gewünschte verstärkte Mischschwingung. '

In Fig. 3 ist eine Abart des Filters gemäß Fig. 2 dargestellt, bei der sich die Polarisierung des Vibratorkörpers 16 mittels eines zwischen zwei diametral liegenden Punkten 21 und 22 angeordneten, schematisch dargestellten Dauermagneten 23 ergibt, der vorzugsweise von der nahezu nicht leitenden Art, wie das unter dem Namen »Ferroxdure« bekannte Material ist. Die Signalschwingung der Quelle 1 und die Hilfsschwingung der Quelle 8 werden der Reihenschaltung der beiderseits des Durchmessers 21-22 angeordneten Wicklungen 24 und 25 zugeführt, so daß die entsprechenden Magnetfelder der Wicklungen 24 und 25 sich unterstützen und sich somit mit wenigen Windungen bereits ein hinreichend, starkes Hilfsfrequenzfeld erzeugen läßt.' Der Körper 16 weist wieder eine mechanische Resonanz für eine Misdhfrequenz, beispielsweise die Summen- oder Differenzfrequenz der Signal- und der Hilfsfrequenz, auf, so daß diese Misdhfrequenz gegenüber den übrigen Frequenzen stark begünstigt wird'. Dabei ist die Phase der Mischsdhwingung im Körper 16 beiderseits des Durchmessers 21-22 entgegengesetzt, weil das polarisierte Feld des Permanentmagneten 23 in diesen Teilen des Körpers 16 entgegengesetzt gerichtet ist, so daß durdh Reihengegentaktschaltung zweier auf diesen Teilen angebradhter, richtig bemessener Ausgangswiclclungen 26 und 27 an den Ausgangsklemmen 12 eine verstärkte Misdhschwin-

gung erzeugt wird und die Hilfsschwingung auf richtige Weise ausgeglichen ist.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektromechanisches Filter für Schwingungen mit einer einer mechanischen Resonanzfrequenz eines Vibratorkörpers entsprechenden Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibratorkörper jedenfalls zum Teil aus polarisierbarem Material besteht, dem eine Signalsdhwingung zugeführt wird und daß zugleich mittels einer Hilfsschwingung mit einer über die Siignalfrequenz hinausgehenden Frequenz in einen nicht linearen Teil seiner Polarisierungskennlinie ausgesteuert wird, so daß auf an sich bekannte Weise eine verstärkte Ausgangsschwingung erzeugt wird.

2. Filter gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein rolhr- oder stabförmiger Vibratorkörper aus dielektrischem Material mit einer der Signalfrequenz entsprechenden mechanischen Resonanzfrequenz Verwendung findet.

3. Filter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herbeiführung einer Rückkopplung der Signalschwingung die Ausgangsschwingung nach Demodulation einer weiteren Elektrode des Vibratorkörpers zugeführt wird.

4. Filter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Vibratorkörper aus magnetostriktivem Material mit einer einer Mischfrequenz der Signal- und. Hilfsfrequenz entsprechenden mechanischen Resonanzfrequenz Verwendung findet.

5. Filter gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß d'ie Hilfsfrequenzschwingung in einer AuiSgangswicklung auf dem Vibratorkörper, der die gewünschte Mischschwingung entnommen wird, ausgeglichen wird.

6. Filter gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei diametral liegenden Punkten des ringförmigen Vibratorkörpers ein Permanentmagnet zum Erzeugen eines polarisierenden Feldes angeordnet ist, wobei zwei auf je einer Hälfte des Vibratorkörpers zwischen diesen diametral liegenden Punkten angeordnete Wicklungen inReihe, jedenfalls durch die Hilfsschwingung gespeist werden, während zwei weiteren in ähnlicher Weise angeordneten Wicklungen in Reihengegentakt die Ausgangsschwingung entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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