FR2497032A1 - Electromechanical band-pass filter - uses flexural resonators in cascade coupled by longitudinal vibrating half-wave resonators using direct synthesis design - Google Patents

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FR2497032A1 FR8026914A FR8026914A FR2497032A1 FR 2497032 A1 FR2497032 A1 FR 2497032A1 FR 8026914 A FR8026914 A FR 8026914A FR 8026914 A FR8026914 A FR 8026914A FR 2497032 A1 FR2497032 A1 FR 2497032A1
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resonators
frequency
cell
electromechanical
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Inventor
Herbert Ernyei
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/46Filters
    • H03H9/48Coupling means therefor
    • H03H9/50Mechanical coupling means

Abstract

The electro mechanical band pass filter consists of cascaded elements, each consisting of two resonators undergoing flexural vibrations and coupled by a half wave resonator which undergoes longitudinal vibrations. The design allows lower bandpass ripple than other known methods and over a 20% bandwidth it is similar to that of the low pass prototype. The flexural vibrating rods are parallel and consist of elinvar. The filter is coupled electrically by piezoelectric ceramic plates as input and output transducers. The resonators of each element are dimensioned so that one of the relative frequency limits is related by a mathematical formula to the frequency cut off of the corresp. low pass filter. The coupling of each stage is related by a mathematical formula to the upper or lower relative frequency of the stage. A 5 stage filter using the Chebyshev approximation with a 20% bandwidth at 50kHz and 0.04dB passband ripple has been produced with the technique.

Description

FILTRE ELECTROMECANIQUE PASSE-BANDE A RESONATEURS VIBRANT
EN FLEXION ET A COUPLEURS DEMI-ONDE
VIBRANT LONGITUDINALEMENT
La présente invention concerne un filtre électromécanique
passe-bande, c'est-à-dire un filtre dont les éléments résonants sont
des barreaux cylindriques métalliques (résonateurs), reliés entre eux
par des éléments de couplage (coupleurs) vibrant suivant un mode
choisi et présentant éventuellement des ponts enjambant un ou
plusieurs résonateurs, associés à un convertisseur électromécanique
et un convertisseur inverse, et plus particulièrement un filtre dont
les résonateurs vibrent en flexion et les coupleurs sont des coupleurs
demi-onde vibrant longitudinalement. Un tel filtre a fait l'objet de
nombreuses publications.On citera par exemple l'article publié dans
la revue: "L'onde électrique", volume 58, nO 6-7, 1978, pages 482
487, intitulé: "Electromechanical filters developed in Japan", et la
demande de brevet français nO 80 21948 déposée au nom de la
Demanderesse le 14 octobre 1980.
ELECTROMECHANICAL VIBRANT RESONATORS
FLEXIBLE AND HALF-WAVE COUPLERS
VIBRANT LONGITUDINALLY
The present invention relates to an electromechanical filter
bandpass, that is to say a filter whose resonant elements are
metallic cylindrical bars (resonators), interconnected
by means of coupling elements (couplers) vibrating according to a
selected and possibly with bridges spanning one or
several resonators, associated with an electromechanical converter
and a reverse converter, and more particularly a filter whose
the resonators vibrate in flexion and the couplers are couplers
half-wave vibrating longitudinally. Such a filter has been the subject of
numerous publications. For example, the article published in
the review: "The electric wave", volume 58, No. 6-7, 1978, pages 482
487, entitled "Electromechanical Filters Developed in Japan", and the
French patent application No. 80 21948 filed in the name of the
Applicant on October 14, 1980.

Le dernier document cité concerne une cellule unitaire (et le
filtre résultant de la mise en série de telles cellules) qui a pour
principal avantage de présenter une largeur de bande très voisine de
celle calculée, même lorsque la largeur de bande relative atteint
une valeur de plusieurs dixièmes de la fréquence centrale.
The last document cited concerns a unit cell (and the
filter resulting from the serialization of such cells) which has the
main advantage of having a very similar bandwidth of
calculated, even when the relative bandwidth reaches
a value of several tenths of the center frequency.

La présente invention a pour objet un filtre électromécanique
passe-bande réalisé par mise en cascade de cellules unitaires, dans
lequel l'écart de l'ondulation dans la bande de fréquences transmise
est réduit par rapport à la valeur de ladite ondulation obtenue pour
les filtres calculés suivant les procédés connus dérivés de la théorie
des filtres électriques. Elle s'applique avantageusement au filtre
selon la demande de brevet précitée et permet dans ce cas d'obtenir
à la fois la largeur de bande désirée, même large, et une caracté
ristique de transmission imposée dans la bande. La mise en oeuvre
de l'invention permet, en effet, d'obtenir des filtres dont l'ondulation
résiduelle dans une largeur de bande relative de 20 % est sensi blement égale à celle du filtre prototype basse fréquence.
The present invention relates to an electromechanical filter
bandpass made by cascading single cells, in
which the deviation of the ripple in the transmitted frequency band
is reduced with respect to the value of said corrugation obtained for
the filters calculated according to the known methods derived from the theory
electric filters. It applies advantageously to the filter
according to the aforementioned patent application and allows in this case to obtain
both the desired bandwidth, even wide, and a character
imposed on the band. Implementation
of the invention makes it possible, in fact, to obtain filters whose ripple
residual in a relative bandwidth of 20% is substantially equal to that of the low frequency prototype filter.

La présente invention porte plus particulièrement sur le choix de la largeur de bande de chacune des cellules élémentaires constituant le filtre mécanique. The present invention relates more particularly to the choice of the bandwidth of each of the elementary cells constituting the mechanical filter.

L'exposé de l'invention suppose connues les diffdrentes étapes aboutissant à la réalisation d'un filtre électromécanique. De nombreux articles traitent de ce sujet ; on citera, à titre d'exemple, l'article publié par Monsieur BOSC dans le numéro 4, 1964, de la revue "Câbles et Transmission", sous le titre "Aperçus sur la technique des filtres électromécaniques". D'une façon très schématique, le réalisateur, à partir des données (fréquence centrale, largeur de bande, atténuation hors bande, etc.) définies par un gabarit, réalise la synthèse d'un filtre électrique. Les résultats de l'étude du filtre électrique sont ensuite transposés dans le domaine mécanique par application d'un système d'équivalence entre les éléments constituant le filtre électrique et ceux constituant le filtre mécanique, bien connu de l'homme du métier. The disclosure of the invention assumes the different steps leading to the realization of an electromechanical filter. Many articles deal with this subject; for example, the article published by Mr. BOSC in No. 4, 1964, of the journal "Cables and Transmission", under the title "Insights on the technology of electromechanical filters". In a very schematic way, the developer, from the data (center frequency, bandwidth, out-of-band attenuation, etc.) defined by a template, synthesizes an electric filter. The results of the study of the electric filter are then transposed into the mechanical domain by applying a system of equivalence between the elements constituting the electric filter and those constituting the mechanical filter, well known to those skilled in the art.

Sans entrer dans le détail de la théorie des filtres, il est utile de préciser le sens de certains termes qui seront utilisés dans la suite. La théorie des filtres ramène l'étude du filtre du type désiré (passe-bande polynomial par exemple) à celle d'un filtre passe-bas dit filtre passe-bas prototype. Ce filtre prototype est constitué d'une cascade de cellules du type passe-bas, chacune étant définie par une fréquence limite maximale au-delå de laquelle la transmission est atténuée. Les cellules électriques de base composant le filtre ayant les caractéristiques désirées s'obtiennent à partir des cellules du filtre prototype par une transformation mathématique simple (correspondant à un changement de la variable liée à la fréquence).Par analogie avec la cellule du filtre passe-bas prototype, on définit la largeur de bande d'une cellule de filtre quelconque comme l'intervalle des fréquences transformées des fréquences limitant la bande de la cellule prototype par le changement de variable mentionné ci-dessus. Dans le cas d'un filtre complet obtenu par mise en cascade de cellules, le plus souvent de même type, et terminé par une résistance ohmique, la réponse dans la bande passante est définie par le type d'approximation utilisé pour le calcul du filtre (Butterworth, Chebyshev, etc.) à partir de la caractéristique d'atténuation imposée de l'ensemble du filtre. Celleci admet pour butée le gabarit à respecter.Cette dernière condition permet de définir, compte tenu du type d'approximation choisi, le rapport des impédances des branches des cellules du filtre passe-bas prototype et gracie à la transformation de la variable, le rapport des impédances des branches des cellules du filtre électrique correspondant (passe-bande par exemple). Without going into the details of the filter theory, it is useful to clarify the meaning of certain terms that will be used in the following. The theory of filters reduces the study of the filter of the desired type (polynomial bandpass for example) to that of a low-pass filter called a prototype low-pass filter. This prototype filter consists of a cascade of cells of the low-pass type, each being defined by a maximum limit frequency beyond which the transmission is attenuated. The basic electrical cells composing the filter having the desired characteristics are obtained from the cells of the prototype filter by a simple mathematical transformation (corresponding to a change of the variable related to the frequency). By analogy with the cell of the filter pass- Prototype low, we define the bandwidth of any filter cell as the range of frequencies transformed frequencies limiting the band of the prototype cell by the change of variable mentioned above. In the case of a complete filter obtained by cascading cells, most often of the same type, and terminated by an ohmic resistance, the response in the bandwidth is defined by the type of approximation used for the calculation of the filter (Butterworth, Chebyshev, etc.) from the imposed attenuation characteristic of the entire filter. The latter condition allows to define the template to be respected. This last condition makes it possible to define, given the type of approximation chosen, the ratio of the impedances of the branches of the cells of the prototype low-pass filter and graciated with the transformation of the variable, the ratio impedances of the branches of the cells of the corresponding electric filter (bandpass for example).

Ainsi qu'il est bien connu, la théorie des filtres conduit souvent à des résultats dont la mise en oeuvre est très complexe et il est d'usage de procéder à des approximations dans un but de simplification. Ces approximations se traduisent par l'obtention de caractéristiques réelles qui peuvent présenter un écart inadmissible par rapport à la caractéristique désirée, surtout pour des bandes passantes relativement larges. As is well known, filter theory often leads to results whose implementation is very complex and it is customary to make approximations for the sake of simplification. These approximations result in obtaining real characteristics that may have an inadmissible deviation from the desired characteristic, especially for relatively wide bandwidths.

La présente invention consiste en une relation directe entre l'une des fréquences limites d'une cellule du filtre mécanique et la fréquence limite de la cellule du filtre passe-bas prototype électrique associée, sans recours à la cellule du filtre électrique passebande de base, qui permet d'obtenir à la fois une caractéristique améliorée dans la bande transmise, l'amélioration portant sur l'amplitude des ondulations, et une caractéristique de transition précise entre la bande transmise et la bande atténuée, la précision portant sur l'affaiblissement du filtre aux fréquences éloignées de la fréquence d'accord des résonateurs. The present invention consists in a direct relation between one of the limit frequencies of a mechanical filter cell and the limit frequency of the cell of the associated electric prototype low-pass filter, without recourse to the cell of the basic electric passband filter, which achieves both an improved characteristic in the transmitted band, the improvement in the amplitude of the undulations, and a precise transition characteristic between the transmitted band and the attenuated band, the precision relating to the weakening of the band. filter at frequencies far from the tuning frequency of the resonators.

Plus précisément, chaque cellule élémentaire de rang i d'un filtre électromécanique passe-bande selon l'invention, comportant deux barreaux parallèles formant résonateurs vibrant en flexion, et un coupleur demi-onde vibrant longitudinalement connecté entre les deux résonateurs, est dimensionnée de telle sorte que l'une des fréquences relatives limites (b de sa bande de fréquences relatives (fl1-i, Qii) est liée à la fréquence limite (fi4) d'une cellule pour un filtre électrique passe-bas correspondant au filtre électromécanique à réaliser, par la relation::

Figure img00040001

où K est une constante
Figure img00040002
More specifically, each elementary cell of rank i of an electromechanical band-pass filter according to the invention, comprising two parallel bars forming resonators vibrating in bending, and a vibrating half-wave coupler longitudinally connected between the two resonators, is dimensioned such that so that one of the relative relative frequencies (b of its relative frequency band (fl1-i, Qii) is related to the limit frequency (fi4) of a cell for a low-pass electric filter corresponding to the electromechanical filter to be produced , by the relation ::
Figure img00040001

where K is a constant
Figure img00040002

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels:
- la figure 1 représente le gabarit de la caractéristique amplitude-fréquence d'un filtre électromécanique passe-bande à réaliser selon l'invention;
- la figure 2 représente la caractéristique amplitude-fréquence d'un filtre électrique passe-bas correspondant au filtre électromécanique à réaliser;
- la figure 3 est une représentation schématique d'un filtre électromécanique selon l'invention à résonateurs vibrant en flexion et à coupleurs vibrant longitudinalement; et
- les figures 4a et 4b représentent respectivement un exemple de la caractéristique d'affaiblissement d'un filtre électrique passebas et un ensemble de courbes permettant de comparer la caractéristique d'atténuation dans la bande passante du filtre électromécanique selon l'invention avec celle d'un filtre selon l'art antérieur.
Other features and advantages of the invention will become more apparent in the detailed description which follows and refers to the accompanying drawings given solely by way of example and in which:
FIG. 1 represents the template of the amplitude-frequency characteristic of an electromechanical band-pass filter to be produced according to the invention;
FIG. 2 represents the amplitude-frequency characteristic of a low-pass electric filter corresponding to the electromechanical filter to be produced;
FIG. 3 is a schematic representation of an electromechanical filter according to the invention with vibrating vibrating resonators and longitudinally vibrating couplers; and
FIGS. 4a and 4b respectively represent an example of the attenuation characteristic of a low-pass electric filter and a set of curves making it possible to compare the attenuation characteristic in the passband of the electromechanical filter according to the invention with that of a filter according to the prior art.

La figure 1 représente le gabarit de la réponse amplitude (E fréquence (F) d'un filtre électromécanique passe-bande à réaliser selon l'invention. Ce filtre doit transmettre les fréquences situées entre F2 et F2 avec Fo la fréquence d'accord des résonateurs, d'affaiblissement maximal E2 (en dB), et atténuer les autres fré quences, avec un affaiblissement E1 à la fréquence F1 et un affaiblissement E3 à la fréquence F3. On appelle nul la valeur 2 relative de la limite supérieure (F' IF ) de la bande passante etQ2 la valeur relative de la limite inférieure (F2/Fo) de la bande passante. FIG. 1 represents the template of the amplitude response (E) of an electromechanical bandpass filter to be produced according to the invention, which filter must transmit the frequencies between F2 and F2 with the frequency of tuning resonators, of maximum attenuation E2 (in dB), and attenuate the other frequencies, with a weakening E1 at the frequency F1 and a weakening E3 at the frequency F3.No is called the relative value 2 of the upper limit (F ' IF) of the bandwidth andQ2 the relative value of the lower limit (F2 / Fo) of the bandwidth.

Ces données définissent ainsi un gabarit représenté en 3 sur la figure 1 que doit respecter la caractéristique d'atténuation de l'ensemble du filtre électromécanique à réaliser. Ainsi, ce gabarit 3 joue le râle de butée pour la caractéristique d'atténuation qui doit passer avec précision plus particulièrement à l'intérieur des points A (fréquence F2; affaiblissement E2) B (F2 ; E2). C (F1 ; E1) et D (F3 ; E3). These data thus define a template shown at 3 in FIG. 1 which the attenuation characteristic of the entire electromechanical filter to be produced must fulfill. Thus, this jig 3 plays the thrust groove for the attenuation characteristic which must pass more precisely within the points A (frequency F2, attenuation E2) B (F2, E2). C (F1; E1) and D (F3; E3).

La figure 2 représente la réponse amplitude (E)-fréquence (f) d'un filtre passe-bas, tel le filtre passe-bas prototype du filtre mécanique à réaliser répondant au gabarit de la figure 1. Dans l'approximation de Chebyshev, la fréquence limite supérieure f2 du filtre passe-bas prototype est définie par l'intersection de la caractéristique d'atténuation et de la parallèle à l'axe des abscisses qui passe par le sommet des ondulations de ladite courbe dans la bande, cette approximation consistant à les choisir d'amplitude égale dans la bande. Cette amplitude est représentée par E2 et doit correspondre à l'affaiblissement aux fréquences situées dans la bande passante (F2 à F2) du filtre mécanique représenté sur la figure 1.La définition de f2 est liée au type d'approximation choisi ainsi qu'il est connu de l'homme du métier. II est connu, comme le décrit l'ouvrage écrit par TEMES et MITRA, intitulé: "Modern filter theory and design" pages 23 et 24 de l'édition de 1973 chez John WILEY, que la caractéristique d'atténuation d'une cellule du filtre passe-bande électrique correspondant au filtre passe-bas prototype (LP dans la référence) est donnée par la même fonction d'une nouvelle variable définie par

Figure img00050001

où W LP est la pulsation de la cellule du filtre passe-bas prototype,K est une constante positive, U > 2 est la pulsation de la fréquence d'accord du filtre passe-bande et W est la pulsation variable du filtre passe-bande correspondant.D'autres changements de variable permettent de passer du filtre prototype à tout autre type de filtre électrique désiré (passe-haut ou stop-bande) selon l'art antérieur.FIG. 2 represents the amplitude response (E) -frequency (f) of a low-pass filter, such as the prototype low-pass filter of the mechanical filter to be produced, corresponding to the template of FIG. 1. In the Chebyshev approximation, the upper limit frequency f 2 of the prototype low-pass filter is defined by the intersection of the attenuation characteristic and the parallel to the abscissa axis which passes through the apex of the corrugations of said curve in the band, this approximation consisting of to choose them of equal amplitude in the band. This amplitude is represented by E2 and must correspond to the attenuation at frequencies located in the bandwidth (F2 to F2) of the mechanical filter represented in FIG. 1. The definition of f2 is related to the type of approximation chosen, as well as is known to those skilled in the art. It is known, as describes the book written by TEMES and MITRA, entitled "Modern filter theory and design" on pages 23 and 24 of the 1973 edition by John WILEY, that the attenuation characteristic of a cell of the electric bandpass filter corresponding to the prototype low-pass filter (LP in the reference) is given by the same function of a new variable defined by
Figure img00050001

where W LP is the pulsation of the cell of the prototype low-pass filter, K is a positive constant, U> 2 is the pulsation of the tuning frequency of the bandpass filter and W is the variable pulsation of the bandpass filter Corresponding other changes of variable make it possible to pass from the prototype filter to any other type of desired electric filter (high-pass or stop-band) according to the prior art.

Une fois les caractéristiques des cellules du filtre passe-bande électrique désiré obtenues, le recours à un système d'équivalence électro-mécanique permettait d'obtenir les grandeurs caractéristiques des cellules du filtre électromécanique.Once the characteristics of the cells of the desired electric bandpass filter had been obtained, the use of an electromechanical equivalence system made it possible to obtain the characteristic quantities of the cells of the electromechanical filter.

D'autre part, le coefficient de couplage (xi) d'une cellule unitaire constituée de deux demi-résonateurs vibrant en flexion et d'un coupleur demi-onde vibrant longitudinalement, déterminé à partir de sa matrice de transfert conforme à la théorie des filtres, permet de calculer directement les côtes de construction des diverses cellules dont les fréquences relativesQL sont connues.Ce coefficient de couplage xi obéit à l'une des deux conditions suivantes:

Figure img00060001

dans lesquellesQi et, sont respectivement les fréquences rela
Figure img00060002
On the other hand, the coupling coefficient (xi) of a unit cell consisting of two bending vibrating half-resonators and a longitudinally vibrating half-wave coupler, determined from its transfer matrix according to the theory of filters, makes it possible to directly calculate the construction coasts of the various cells whose relative frequenciesQL are known. This coupling coefficient xi obeys one of the two following conditions:
Figure img00060001

in which Qi and, respectively are the frequencies rela
Figure img00060002

<tb> tivesLi <SEP> supérieure <SEP> et <SEP> inférieure <SEP> de <SEP> la <SEP> bande <SEP> passante <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule
<tb> unitaire <SEP> i <SEP> adaptée, <SEP> bM <SEP> - <SEP> ~ <SEP> ) <SEP> JRr' <SEP> 31rF
<tb>
On rappellera que le coefficient de couplage xi d'une cellule pour un filtre électromécanique est défini par l'expression:

Figure img00060003

où Yor est la mobilité caractéristique des résonateurs et YoC la mobilité caractéristique du coupleur. Ainsi qu'il est bien connu, la mobilité est inversement proportionnelle à la section droite de l'élément correspondant.<tb> tivesLi <SEP> upper <SEP> and <SEP> lower <SEP> of <SEP> the <SEP> band <SEP> passing <SEP> of <SEP> the <SEP> cell
<tb> unitary <SEP> i <SEP> adapted, <SEP> bM <SEP> - <SEP> ~ <SEP>) <SEP> JRr '<SEP> 31rF
<Tb>
It will be recalled that the coupling coefficient xi of a cell for an electromechanical filter is defined by the expression:
Figure img00060003

where Yor is the characteristic mobility of the resonators and YoC is the characteristic mobility of the coupler. As is well known, the mobility is inversely proportional to the cross section of the corresponding element.

La présente invention a pour caractéristique des filtres électromécaniques passe-bande dont chacun est dérivé directement d'un filtre électrique passe-bas prototype constitué par une mise en cascade de cellules, dont les bandes passantes individuelles sont définies par une approximation choisie parmi celles connues de l'homme du métier, dans lesquels les cellules du filtre mécanique correspondent aux cellules du filtre électrique passe-bas prototype, de façon que la condition

Figure img00070001

soit remplie où K est une constante, fi est la fréquence limite de la cellule de rang i du filtre électrique passe-bas prototype,QLest une fréquence relative limite de la bande passante de la cellule de rang i du filtre mécanique, et la fonction (ft (#iL) est définie par::
Figure img00070002
The present invention has electromechanical band-pass filters, each of which is derived directly from a prototype lowpass electric filter constituted by a cascading of cells, the individual bandwidths of which are defined by an approximation chosen from those known in the art. those skilled in the art, in which the cells of the mechanical filter correspond to the cells of the prototype low-pass electric filter, so that the condition
Figure img00070001

where K is a constant, fi is the limit frequency of the rank i cell of the prototype low-pass electric filter, QL is a limiting relative frequency of the bandwidth of the rank i cell of the mechanical filter, and the function ( ft (#iL) is defined by ::
Figure img00070002

D'après l'équation (4), lléquation (3) devient dès lors:

Figure img00070003
According to equation (4), equation (3) becomes:
Figure img00070003

Comme on l'a mentionné précédemment,QiLest une fréquence relative limite de la bande passante de la cellule de rang i du filtre mécanique à réaliser. Cette fréquence relative limite peut être la fréquence relative supérieureQi+ de la bande de fréquences de la cellule de rang i, et dans ce cas le coefficient de couplage de cette cellule est égal à:

Figure img00080001

comme indiqué par l'équation (1). La fréquence relative Iimite #iL peut également être la fréquence relative inférieureQi de la bande de fréquences de la cellule de rang i, et dans ce cas le coefficient de couplage de cette cellule est égal à
Figure img00080002

comme indiqué par l'équation (2).As mentioned previously, QiL is a limit relative frequency of the bandwidth of the rank i cell of the mechanical filter to be produced. This relative relative frequency may be the higher relative frequency Qi + of the frequency band of the cell of rank i, and in this case the coupling coefficient of this cell is equal to:
Figure img00080001

as indicated by equation (1). The relative frequency Iimit #iL can also be the relative lower frequency Qi of the frequency band of the cell of rank i, and in this case the coupling coefficient of this cell is equal to
Figure img00080002

as indicated by equation (2).

La valeur de la constante K définie précédemment est calculée par l'équation:

Figure img00080003

oùflL2= FL/Fo est une fréquence relative limite de la bande trans L mise par le filtre mécanique, F2 étant soit la fréquence supérieure F2 soit la fréquence inférieure F2 de cette bande (figure 1);
f2 est la fréquence limite de la bande transmise par le filtre électrique passe-bas prototype, tel qu'il est montré sur la figure 2;
&gamma; (#L2) est une fonction dont l'expression est donnée par l'équation (4) dans laquelle est remplacée parQ2L telle que définie ci-dessus.The value of the constant K defined above is calculated by the equation:
Figure img00080003

where FL2 = FL / Fo is a relative relative frequency of the trans L band provided by the mechanical filter, F2 being either the upper frequency F2 or the lower frequency F2 of this band (Figure 1);
f2 is the limit frequency of the band transmitted by the prototype low-pass electric filter, as shown in Figure 2;
&gamma;(# L2) is a function whose expression is given by equation (4) in which is replaced by Q2L as defined above.

La figure 3 représente schématiquement un filtre électromécanique passe-bande comportant cinq barreaux cylindriques parallèles formant résonateurs (6 à 10) vibrant en flexion, par exemple du premier mode, et quatre coupleurs cylindriques (14 à 17) demionde vibrant longitudinalement et respectivement connectés entre deux résonateurs consécutifs. Les résonateurs extrêmes 6 et 10 portent respectivement des transducteurs électromécaniques réversibles 20 et 21 connectés aux bornes d'entrée et de sortie électrique du filtre, non représentées. FIG. 3 diagrammatically represents an electromechanical band-pass filter comprising five parallel cylindrical bars forming resonators (6 to 10) vibrating in bending, for example of the first mode, and four cylindrical couplers (14 to 17), which vibrate longitudinally and respectively connected between two consecutive resonators. The extreme resonators 6 and 10 respectively carry reversible electromechanical transducers 20 and 21 connected to the electrical input and output terminals of the filter, not shown.

Sur la figure 3, on a représenté en 22 une cellule unitaire entre les traits pointillés. In Figure 3, there is shown at 22 a unit cell between the dashed lines.

La demanderesse a réalisé deux filtres du type représenté sur la figure 3 ayant une bande passante relative de 20 po et une fréquence centrale de 50 KHz selon l'approximation de Chebyshev. Applicant has made two filters of the type shown in Fig. 3 having a relative bandwidth of 20 inches and a center frequency of 50 KHz according to the Chebyshev approximation.

Le premier, dont la caractéristique est représentée par la courbe en pointillés 30 de la figure 4b, est une mise en oeuvre de la demande de brevet nO 80 21948 déposée le 14 octobre 1980 au nom de la demanderesse. Ce filtre est composé de cinq résonateurs d'élinvar identiques vibrant en flexion sous l'action de transducteurs constitués de plaques en céramique piézoélectrique. Les résonateurs sont couplés par des coupleurs demi-onde de même matériau, vibrant longitudinalement. The first, whose characteristic is represented by the dashed line 30 in FIG. 4b, is an implementation of the patent application No. 80 21948 filed on October 14, 1980 in the name of the applicant. This filter is composed of five identical élinvar resonators vibrating in bending under the action of transducers consisting of piezoelectric ceramic plates. The resonators are coupled by half-wave couplers of the same material, vibrating longitudinally.

Le second, dont la caractéristique est représentée par la courbe en traits forts 31 de la figure 4b, a été réalisé par mise en oeuvre de la présente invention. Les transducteurs sont identiques. The second, whose characteristic is represented by the strong line curve 31 of FIG. 4b, has been realized using the present invention. The transducers are identical.

Le matériau constituant les deux filtres également.The material constituting the two filters also.

La comparaison des courbes 30 et 31 montre que l'amplitude maximale des ondulations de la courbe 31 est égale à 0,04 dB. On a, pour servir de repère, représenté par la courbe 32 de la figure 4a la caractéristique de transmission du filtre passe-bas électrique prototype utilisé à la conception des deux filtres comparés. On constate que l'amplitude constante des ondulations de la courbe 32 est de 0,04 dB, c'est-à-dire sensiblement égale à l'amplitude maximale des ondulations de la courbe 31, alors que celles de la courbe 30 atteignent 0,06 dB. The comparison of the curves 30 and 31 shows that the maximum amplitude of the corrugations of the curve 31 is equal to 0.04 dB. As a reference, represented by the curve 32 of FIG. 4a, is the transmission characteristic of the prototype electric low-pass filter used in the design of the two compared filters. It is found that the constant amplitude of the undulations of the curve 32 is 0.04 dB, that is to say substantially equal to the maximum amplitude of the undulations of the curve 31, while those of the curve 30 reach 0 , 06 dB.

La détermination d'un filtre mécanique selon l'invention est effectuée de la manière suivante :
La réponse en fréquence du filtre mécanique à réaliser est définie par les données F2, F2 par l'atténuation E2 dans la bande passante, et par les atténuations E1 et E3 hors de la bande passante (figure 1). L'atténuation E2 est déterminée par l'approximation de
Chebyshev (figure 2). Si une autre approximation est choisie, une autre forme de courbe est obtenue.
The determination of a mechanical filter according to the invention is carried out as follows:
The frequency response of the mechanical filter to be produced is defined by the data F2, F2 by the attenuation E2 in the bandwidth, and by the attenuation E1 and E3 out of the bandwidth (Figure 1). The attenuation E2 is determined by the approximation of
Chebyshev (Figure 2). If another approximation is chosen, another form of curve is obtained.

Le degré d du filtre (nombre de cellules) est calculé à l'aide d'une formule connue de l'homme du métier, en utilisant pour variable = f/K donnée par l'équation (3). Cette formule est :

Figure img00100001

où [3 correspond par exemple à la fréquence F3 avec un affaiblissement E3 (figure 1) et 62 correspond à une limite de la bande passante (F2 à F2) de tout
2 spond (F2 2 le filtre mécanique, avec un affaiblissement E2 (figure 1).The degree d of the filter (number of cells) is calculated using a formula known to those skilled in the art, using for variable = f / K given by equation (3). This formula is:
Figure img00100001

where [3 corresponds for example to the frequency F3 with a weakening E3 (FIG. 1) and 62 corresponds to a limit of the bandwidth (F2 to F2) of any
2 spond (F2 2 the mechanical filter, with a weakening E2 (Figure 1).

La synthèse du filtre électrique passe-bas prototype de degré d, d'ondulation E2 et de fréquence limite de bande f2 est effectuée en application des méthodes connues. The synthesis of the prototype low-pass electric filter of degree d, ripple E2 and band f2 limit frequency is performed using known methods.

La constante K est calculée par la formule (6). The constant K is calculated by the formula (6).

La formule (5) permet de déterminer l'une des fréquences relatives limitesSiLide la bande passante de chacune des cellules du filtre mécanique passe-bande à partir de la fréquence maximale f+ de chacune des cellules du filtre électrique passe-bas prototype par calcul de la relation inverse. Des conditions d'utilisation des élé ments constituant les cellules élémentaires (matériau unique, diamètre unique de l'un des éléments) se traduisent par la définition de certains paramètres des éléments : coupleurs et résonateurs à l'aide des coefficients de couplage x, les autres étant choisis par le fabricant. The formula (5) makes it possible to determine one of the relative relative frequencies. The bandwidth of each of the cells of the band-pass mechanical filter is determined from the maximum frequency f + of each of the cells of the prototype low-pass electric filter by calculation of the inverse relationship. Conditions of use of the elements constituting the elementary cells (single material, single diameter of one of the elements) result in the definition of certain parameters of the elements: couplers and resonators using the coupling coefficients x, the others are chosen by the manufacturer.

Les fréquences d'accord Fo de chaque résonateur sont enfin calculées avec les deux équations (1) et (2) pour xi.  The tuning frequencies Fo of each resonator are finally calculated with the two equations (1) and (2) for xi.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Filtre électromécanique passe-bande ayant une bande de fréquences (F2 à F2) à transmettre et comportant au moins une cellule, chaque cellule comportant: An electromechanical bandpass filter having a frequency band (F2 to F2) to be transmitted and comprising at least one cell, each cell comprising: - deux barreaux (7, 8) parallèles formant résonateurs vibrant en flexion; et - two parallel bars (7, 8) forming bending vibrating resonators; and - un coupleur demi-onde (15) vibrant longitudinalement connecté entre les deux résonateurs (7, 8); caractérisé en ce que la cellule de rang i est dimensionnée de telle sorte que l'une des fréquences relatives limites (Q) de sa bande de fréquences rela tives (Qi à fl est liée à la fréquence limite (f+i) d'une cellule pour un filtre électrique passe-bas correspondant au filtre électromé canique à réaliser, par la relation: a half-wave coupler (15) vibrating longitudinally connected between the two resonators (7, 8); characterized in that the cell of rank i is dimensioned such that one of the relative relative frequencies (Q) of its relative frequency band (Qi to fl is related to the limit frequency (f + i) of a cell for a low-pass electric filter corresponding to the electromechanical filter to be produced, by the relation:
Figure img00120001
Figure img00120001
où K est une constante where K is a constant
Figure img00120002
Figure img00120002
Figure img00120003
Figure img00120003
2.Filtre électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence relative limite (Q) est la fréquence relative supérieure (Qit de la bande de fréquences de la cellule de rang i, le coefficient de couplage (xi) de la cellule de rang i étant égal à: 2.Electromechanical filter according to claim 1, characterized in that the relative limiting frequency (Q) is the higher relative frequency (Qit of the frequency band of the cell of rank i, the coupling coefficient (xi) of the cell of rank i being equal to: 3. Filtre électromécanique selon la revendication 1, carac térisé en ce que la fréquence relative limite (Q) est la fréquence relative inférieure (n7 de la bande de fréquences de la cellule de rang i, le coefficient de couplage (xi) de la cellule de rang i étant égal à: 3. Electromechanical filter according to claim 1, charac terized in that the relative relative frequency (Q) is the lower relative frequency (n7 of the frequency band of the cell of rank i, the coupling coefficient (xi) of the cell of rank i being equal to:
Figure img00130001
Figure img00130001
4. Filtre électromécanique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des transducteurs électromécaniques d'entrée (20) et de sortie (21) associés aux cellules mises en cascade.  4. Electromechanical filter according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises electromechanical input transducers (20) and output (21) associated with the cells cascaded.
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