Pierwszenstwo: Opublikowano: 20.IV.1966 (P 114 112) 54199 KI. 21 a* 10 MKP H03h 5.XII.1967 llnUOTEKA UKD MMI m^^inw t«w<« */# Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Ryszard Sobol, Czeslaw Gierak Wlasciciel patentu: Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa (Polska) Elektryczny filtr pasmowy z ceramicznymi rezonatorami piezoelektrycznymi Przedmiotem wynalazku jest elektryczny dra¬ binkowy filtr pasmowy, charakteryzujacy sie nie¬ wielkimi wymiarami, w którym ceramiczne rezo¬ natory piezoelektryczne pracujace parami umiesz¬ czone sa w dwu równoleglych warstwach wzgle¬ dem podluznej osi filtra.Piezoceramiczne rezonatory pojawily sie w tech¬ nice stosunkowo niedawno, jako tansze elementy zastepcze drogich krysztalów kwarcu. Niezbyt ko¬ sztowny proces wytwarzania rezonatorów ceramicz¬ nych oraz mozliwosc produkowania plytek o sto¬ sunkowo duzym zróznicowaniu wymiarów geome¬ trycznych i róznym skladzie surowcowym spowo¬ dowaly, ze znajduja one coraz szersze zastosowanie w filtrach pasmowych obejmujacych zakres cze¬ stotliwosci od 50 kHz do 10 MHz.Charakterystycznymi parametrami piezocera- micznego rezonatora sa: czestotliwosc rezonanso¬ wa zalezna od srednicy plytki, pojemnosc statycz¬ na C0 proporcjonalna do powierzchni plytki i od¬ wrotnie proporcjonalna do jej grubosci, zalezna od stalej dielektrycznej piezoceramiki, oraz wspól¬ czynnik sprzezenia elektromechanicznego, bedacy miara odstepu czestotliwosci antyrezonansowej od czestotliwosci rezonansowej, zalezny od wlasnosci piezoceramiki. Te parametry musza byc uwzgled¬ niane w procesie tworzenia filtru. Zbudowanie fil- ru drabinkowego o odpowiedniej szerokosci pas¬ ma przenoszenia i malej w tym pasmie tlumienno- sci, wymaga w procesie jego tworzenia dokladnego' 10 20 25 2 doboru poszczególnych plytek, które maja znacz¬ nie zróznicowane parametry elektryczne. Z podob¬ nych wzgledów juz od dawna przy budowie filtrów kwarcowTych siegnieto do zasady laczenia poszcze¬ gólnych elementów w pary, w których poszczegól¬ ne rezonatory o róznych czestotliwosciach rezonan¬ su wlasnego po zlozeniu dawaly zadany rezonans na zasadzie usrednienia, przy czym róznice pomie¬ dzy rezonansami wlasnymi poszczególnych ele¬ mentów okazaly sie w pewnych granicach malo istotne. Zasada laczenia plytek w pary byla jednak zrealizowana tylko czesciowo, a spotykane w lite¬ raturze konstrukcje filtrów ceramicznych unie¬ mozliwiaja laczenie plytek parami w obu galeziach filtru, tj. poprzecznych i wzdluznych.Na przyklad patenty francuskie nr 1.268.282 i 1.210.238 podaja konstrukcje,, które umozliwiaja realizowanie filtrów drabinkowych z zastosowa¬ niem laczenia w pary plytek ale tylko w galeziach wzdluznych, nie umozliwiaja natomiast wykony¬ wania polaczen w galeziach poprzecznych filtru.Podobnie patenty niemieckie nr 1.144.793 i 1.200.890 podaja tylko sposoby laczenia plytek szeregowo.Znany jest równiez filtr o szeregowo-równoleglym laczeniu plytek w parach, realizujacy filtr drabin¬ kowy, ale wykonany w postaci cylindrai zawieraja¬ cy plytki ulozone posobnie. Filtr ten wymaga duzej liczby skomplikowanych polaczen wewnetrznych.Zasadnicza wada tego filtru jest to, ze ulozone w obudowie cylindrycznej plytki, po wykonaniu 5419954199 20 polaczen, sciskane sa w koncowej fazie montazu.Taki montaz utrudnia znacznie kontrole istotnego bardzo nacisku na plytke oraz wlasciwego styku sprezyny stykowej wzgledem plytki, co jest osia¬ gane przez nakladanie na poszczególne rezonatory 5 obraczek wyrównawczych.Celem wynalazku jest opracowanie prostego filt¬ ru, który zapewnilby szeregowo-równolegle lacze¬ nie plytek w parach bez skomplikowanych pola¬ czen. Ponadto powinien byc latwy w montazu, aby 10 mozna bylo wymienic dowolny wadliwie pracujacy rezonator bez niszczenia ukladu polaczen.Cel ten wedlug wynalazku zostal osiagniety przez umieszczenie rezonatorów piezoceramicznych w na¬ przeciwleglych otworach dwóch równoleglych kar- 15 kasów, przy czym rezonatory polaczone sa za po¬ moca plytek stykowych, które realizuja polacze¬ nia wgaleziach wzdluznych i poprzecznych.Filtf"Wedlug-wynadazku zostanie objasniony bli¬ zej na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia filtr z czesciowym przekrojem, fig. 2 — plytke zamyka¬ jaca z naniesionymi nadrukami realizujacymi sze¬ regowe laczenie rezonatorów, fig. 3 — karkas z otworami i wglebieniami przeznaczonym do umiesz¬ czania rezonatorów i plytek stykowych, a fig. 4 25 schemat filtru w ukladzie drabinkowym. Na fig. 1 — krazki piezoceramiczne 1, zwane dalej rezona¬ torami, o podstawowych wymiarach geometrycz¬ nych zaleznych od czestotliwosci rezonansu i cha¬ rakterystyki filtru, umieszczone sa w otworach 5 30 korpusu, skladajacego sie z dwóch karkasów 2 i 3, wykonanych dowolna metoda z materialu izolacyj¬ nego i polaczonych ze soba kilkoma nitami rurko¬ wymi 4. Rezonatory 1 — umieszczone w otworach 5 o srednicach odpowiadajacyeh srednicy rezona- 85 torów 1 tak, aby nie wystepowalo sciskanie rezona¬ torów 1 i aby wyeliminowac swobodne ich przesu¬ wanie sie w plaszczyznie prostopadlej do osi otwo¬ rów 5 — sa polaczone ze soba za pomoca plytek stykowych 6, 7 i 8 oraz nadruków 9, 10 i 12. Re¬ zonatory 1, znajdujace sie w otworach 5, posiadaja stale polozenie przestrzenne w karkasach 2 i 3, wy¬ znaczone nieruchomymi plytkami stykowymi 6, któ¬ re realizuja polaczenia pomiedzy rezonatorami 1 pracujacymi w galeziach wzdluznych i parami re¬ zonatorów 1 pracujacymi w galeziach poprzecz¬ nych. Z drugiej strony rezonatory 1 laczone sa do nadruków 9, 10 i 12 za pomoca plytek stykowych 7 i 8, z których plytki stykowe 8 wykonane sa 50 z materialu sprezystego, aby umozliwic kontakt rezonatora 1 z nadrukiem przy zachowaniu odpo¬ wiedniego nacisku zapewniajacego dobry styk elek¬ tryczny. Plytki stykowe 6 i 7 maja zaglebienia wy¬ konane osiowo w stosunku do rezonatorów 1 i za- 55 pewniajace odpowiednie polozenie styku elektrycz¬ nego z rezonatorem 1. Wyprowadzenia 14 — 16 i 15—17 sa wykonane przewodami mocowanymi do¬ wolnym sposobem do karkasów 2 i 3 lub do plytek zamykajacych 11 i 13 z zapewnieniem styku elek- 60 trycznego z nadrukami 9 i 12. Calosc nitowana jest kilkoma nitami 18. Po znitowaniu, zaleznie od wy¬ magan i przeznaczenia, caly zespól filtru moze byc umieszczony w metalowej obudowie lub zalany do¬ wolnym tworzywem w celu jego hermetyzacji. 65 40 45 Tak wykonany filtr umozliwia realizacje ukla¬ du drabinkowego wedlug schematu przedstawione¬ go na fig. 4 z piezoceramicznymi rezonatorami la¬ czonymi parami w obu galeziach filtru, to jest po¬ przecznych i wzdluznych.Karkas 2 stanowi plytka, w której wykonane sa otwory 5 o srednicach odpowiadajacych srednicom rezonatorów 1 oraz wglebienia 19 dla plytek sty¬ kowych 7 i 8.Karkas 3 stanowi równiez plytka, w której wy¬ konane sa otwory 5 o srednicach odpowiadajacych srednicom rezonatorów 1 oraz wglebienia 19, ana¬ logicznie jak w karkasie 2. Z drugiej strony kar¬ kasu 3, wykonane sa wglebienia 20, w których umie¬ szczone sa plytki stykowe 6 mostkujace rezonato¬ ry 1.Na fig. 2 przedstawiany jest ksztalt nadruków 9 i 10 naniesionych na plytke zamykajaca 11, za po¬ moca których realizowane sa szeregowe polaczenia rezonatorów 1.Podstawowa zaleta filtru o konstrukcji wedlug wynalazku jest latwosc laczenia rezonatorów piezo¬ ceramicznych parami w sposób szeregowy i rów¬ nolegly, jak to ilustruje fig. 4, i to w obu galeziach filtru. Zaleta ta okazala sie w praktyce bardzo wazna, bowiem dzieki niej mozliwe jest wykorzy¬ stywanie krazków piezoceramicznych o róznych wlasciwosciach elektrycznych i róznych srednicach, w granicach dajacych wypadkowy rezonans lub antyrezonans na zasadzie usredniania przy zadanej czestotliwosci. Niezaleznie od laczenia w pary re¬ zonatorów w obu galeziach filtru nie zachodzi po¬ trzeba wykonywania trudnych polaczen wewnetrz¬ nych, jak w znanych dotychczas konstrukcjach filtrów, przy czym rozmieszczenie poglebien na plytki stykowe oraz rozmieszczenie nadruków wy¬ klucza mozliwosc popelnienia pomylki podczas montazu filtru. Wglebienia wykonane osiowo z otworami na rezonatory zapewniaja centryczny styk plytek stykowych z rezonatorami. Srednice wszyst¬ kich wglebien dla ruchomych plytek stykowych sa jednakowe, co umozliwia unifikacje ich wymiarów.Niezalezne laczenie nitami karkasów oraz plytek zamykajacych pozwala w latwy sposób dokonywac naprawy filtru, poniewaz zdjecie plytek zamykaja¬ cych umozliwia wymiane dowolnego wadliwie pra¬ cujacego rezonatora bez niszczenia ukladu polaczen.Ponadto otwory na rezonatory moga byc podczas montazu rozwiercane na wymiar rezonatora, przez co kazdy z nich umieszczony jest w karkasie prak¬ tycznie bez luzu, co daje duza odpornosc calego filtru na wstrzasy. PL