DE1142975B - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

• Elektromechanisches Filter Es sind bereits elektromechanische Filter bekannt, die zu Längsschwingungen erregbare Resonatoren aufweisen, die achsparallel nebeneinander angeordnet und durch Scherschwingungen ausführende Kopplungsstücke verbunden sind.
• Derartige elektromechanische Filter dienen z. B. der Kopplung zweier aufeinander-folgender Verstärkerstufen. Die Aufgabe des Filters ist hierbei, nur ein bestimmtes Frequenzband zu übertragen und alle an deren Frequenzen so weitgehend als möglich zu unterdrücken. Der geringe Abstand zwischen den einzelnen Resonatoren schließt bei solchen Filtern die Anwendung von Haltevorrichtungen aus, mit welchen das Schwingsystem der z. B. durch die britische Patentschrift 822 536 beschriebenen Siebanordnungen versehen ist. Diese elektromechanischen Filter bestehen aus zu Längsschwingungen anregbaren, achsparallel aneinandergereihten Resonanzkörpern, die durch Kopplungsstäbe verbunden sind. die auf Grund der Querkontraktion der Resona;oren Längsschwingungen ausführen. Diesen Kopplungsstäben kann ohne weiteres eine Länge gegeben werden, die dem Zweifachen ihrer Eigenwellenlänge entspricht. Auf Kopplungsstäbe mit solchen Längenabmessungen lassen sich elastische, geschlitzte Kunststoffringe aufbringen, die Bestandteile einer Einspannvorrichtung sind.
• Bei einer bekannten Ausführungsform von elektromechanischen Filtern, die achsparallel aneinandergereihte, zu Längsschwingungen anregbare Resonatoren aufweisen, die durch Scherschwingungen zeigende Koppelelemente verbunden sind, haben die Resonatoren die Form dünner Platten, die mit ihren Breitseiten einander gegenüberstehen. Die Halterung des Filterschwingsystems erfolgt dabei in der Weise, daß auf die Mittelpunkte der den Kopplungsstücken abgewandten Breitseiten der Endresonatoren die Kraft einer Feder über Kugeln einwirkt. Diese Halterungsart ist im allgemeinen nur dann in Erwägung zu ziehen, wenn die Einbaulage des Schwingsystems vorgeschrieben werden kann. Des weiteren eignet sich diese Halterungsart nicht für Schwingsysteme, bei welchen die größeren der beiden Schmalseiten plattenförmiger Resonatoren geringer Dicke durch die Koppelemente miteinander verbunden sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektromechanische Filter der eingangs näher umrissenen Art anzugeben. welchen Halteelemente eigen sind, die nicht derartigen Einschränkungen in ihrer Anwendbarkeit unterliegen.
• Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Filter, bei welchem zu Längsschwingungen anregbare, achsparallel nebeneinander angeordnete Resonatoren und Scherschwingungen ausführende Kopplungsstücke das mechanische Schwingsystem bilden, das eine Haltevorrichtung aufweist, für deren Anbri.ngung am Schwingsystem die Knotenebene der Resonatoren maßgebend ist.
• Erfindungsgemäß ist ein derartiges elektromechanisches Filter gekennzeichnet durch in sich steife Drähte zur Halterung des mechanischen Systems des Filters, die zumindest mit den Endresonatoren im Bereich ihrer Knotenlinien verbunden sind.
• Für das Filter nach der Erfindung gelten einfache Einbauvorschriften ohne Vorbehalte hinsichtlich der Betriebslage. Die hohe Stoßfestigkeit, die durch die Haltedrähte erreichbar ist, wird voll ausgenutzt, wenn die Kopplungsstücke und die Resonatoren zu einer gegenüber mechanischen Beanspruchungen widerstandsfähigen Einheit beispielsweise durch Lötung vereinigt werden oder wenn das gesamte Filterschwingsystem in an sich bekannter Weise aus einem Metallteil gefertigt wird. Das kann durch Einfräsen entsprechender Ausschnitte und Aufarbeitung des gesamten Metallstückes geschehen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kopplungsstücke und/oder die Resonatoren aus Stahl bestehen, da dann hinsichtlich des Temperaturverhaltens sehr günstige Verhältnisse erhalten werden. Es läßt sich ferner zeigen, daß die Haltevorrichtung des Filters nach der Erfindung ein hohes Maß an Freizügigkeit in der Wahl der elektromechanischen Wandler gewährleistet. Falls die Siebanordnung nach der Erfindung piezoelektrische Wandler aufweisen soll, besteht ein vorzugsweise kleiner, insbesondere an den Stirnflüchen gelegener Teil der zwei Resonatoren des Filterschwingsystems, die mit Kopplungsvorrichtungen zu versehen sind, aus piezoelektrischem Werkstoff. Soll hingegen das Schwingsystem des Filters an magnetostriktive Wandler angeschlossen werden, so empfiehlt sich die Anwendung von Wandleranordnungen, bei welchen jeweils auf beide Stirnflächen der zwei mit Kopplungsvorrichtungen zu verbindenden Resonatoren magnetostriktive Wandler einwirken.
• Nachstehend wird das Filter nach der Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein elektromechanisches Filter mit drei Längsschwingern 1, 2 und 3, die über die Koppelbrücken 4 und 5 miteinander gekoppelt sind. Die Stirnflächen der Endresonatoren 1 und 3 sind in an sich bekannter Weise jeweils mit einer kleinen Scheibe 6, 6' und 7, 7' aus elektrostriktivem Material, insbesondere elektrostriktiver Keramik, versehen. Dieses Material ist beispielsweise durch eine der bekannten Metall-Keramik-Lötverbindungen oder durch Klebung auf den Endresonatoren befestigt. An ihren den Resonatoren abgewandten Flächen tragen die Scheiben 6, 6' und 7, 7' jeweils Metallbeläge 19, die mit den Anschlußdrähten 8, 8' und 9, 9' gut leitend verbunden sind. Diese Anschlußdrähte sind sehr flexibel. Die Kopplungsbrücken 4 und 5 liegen beim Ausführungsbeispiel symmetrisch zu der die Knotenebenen der Resonatoren 1 ... 3 umfassenden Ebene. Unter der Knotenebene wird dabei die Ebene verstanden, die bei der Längsschwingung des Resonartors in Ruhe bleibt. Man bezeichnet diese Ebene häufig auch als neutrale Zone. Die Kopplungsbrücken 4 und 5 haben eine Länge 1, die klein ist gegenüber einem Viertel der Wellenlänge von Scherschwingungen mit einer der Filterbandmittenfrequenz gleichen Frequenz in dem Material, aus welchem sie gefertigt sind. Der mit diesen Kopplungsbrücken bewirkte Kopplungsgrad hängt ab von ihrer Länge 1, ihrer Breite b und ihrer beim Ausführungsbeispiel durch die Dicke d der Resonatoren bestimmten Stärke. Diese Stärke kann jedoch auch geringer als die Dicke d der Resonatoren gewählt werden. Durch entsprechende Bemessung der Länge, Breite und Stärke der Kopplungsbrücken 4 und 5 ist sichergestellt, daß die Kopplung zum großen Teil durch reine Scherungskräfte zwischen den einzelnen Resonatoren bewirkt wird. Durch mehr oder weniger große Breite 6 läßt sich bekanntlich die Scherungskomponente entsprechend wählen. Damit ist aber auch die Bandbreite des Filters beliebig wählbar, soweit sie durch die Kopplung beeünflußt werden kann. Die Halterung des Schwingungssystems des vorangehend näher beschriebenen Filters erfolgt erfindungsgemäß durch Tragdrähte 10, die in der Knotenebene an den Endresonatoren 1 bzw. 3 beispielsweise mittels Punktschweißung oder Lötung befestigt sind. Als spannungsführende Anschlußklemmen dienen die Anschlüsse 8 und 9 bzw. 8' Vnd 9' gegenüber den auf Bezugspotential liegenden Resonatoren 1 und 2, die über die Tragdrähte 10 elektrisch erreichbar sind.
• Die Tragdrähte 10 können auch so, wie in Fig. 2 für ein Filter aus vier Resonatoren gezeigt, nur auf einer Seite des Filters vorgesehen werden und/oder aus einem durchgebenden Draht 18 bestehen.
• Die Lehren nach der Erfindung sind, wie bereits erwähnt, auch auf Filter mit magnetostriktivem Antrieb anwendbar. Bei der durch Fig. 3 veranschaulichten, an sich bekannten Antriebsvorrichtung wirken auf den Endresonator 1 des Filters zwei magnetostriktive Anregungssysteme ein. Das der linken Stirnseite des Resonators 1 zugeordnete Anregungssystem besteht aus einem vernachlässigbar geringe Masse aufweisenden Kopplungsstift 11. einer der Signalspannungszuführung dienenden Spule 12 und einem Magneten 13 für die Vormagnetisierung des Kopplungsstiftes 11. Das für die rechte Stirnseite des Resonators 1 vorgesehene Anregungssystem ist analog aufgebaut und umfaßt den Kopplungsstift 11', die Spule 12' und den die Vormagnetisierung des Kopplungsstiftes 11' bewirkenden Magneten 13'. Das links des Resonators 1 gelegene System arbeitet, in einem bestimmten Augenblick betrachtet, gegensinnig zu dem rechts des Resonators 1 gelegenen Anregungssystem, so daß bei Zuführung der Signalspannungen zu den Spulen 12, 12' der Resonator periodisch in Längsrichtung gedehnt und verkürzt wird.
• Das Anregungssystem kann auch so, wie in Fig. 4 gezeigt, beschaffen sein. Die dort wiedergegebene Antriebsvorrichtung bedingt Endresonatoren 1, bei welchen ein parallel zur Resonatorachse verlaufender Teil 14 aus elektrostriktivem Material gefertigt wird. Dieses elektrostriktive Material ist mit einem elektrisch leitenden Belag 15 ähnlich dem leitenden Belag 19 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 versehen. Der Belag 15 hat einen Anschluß 16. Der zweite Anschluß 17 ist durch den metallischen Teil des Resonators 1 gegeben. In diesem Fall erfolgt die Anregung in an sich bekannter Weise durch die dem Streifen 14 eigene Querkontraktion.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektromechanisches Filter, bei welchem zu Längsschwingungen anregbare, achsparallel nebeneinander angeordnete Resonatoren und Scherschwingungen ausführende Kopplungsstücke das mechanische Schwingsystem bilden, das eine Haltevorrichtung aufweist, für deren Anbringung am Schwingsystem die Knotenebene der Resonatoren maßgebend ist, gekennzeichnet durch in sich steife Drähte zur Halterung des mechanischen Systems des Filters, die zumindest mit den Endresonatoren im Bereich ihrer Knotenlinien verbunden sind. 2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen oder zwei mit allen Resonatoren des Filterschwingsystems verbundene Tragdrähte, für den bzw. für die als Anbringungsort die Linie bzw. die beiden Linien vorgesehen sind, längs der die alle Knotenebenen der Resonatoren umfassende Ebene von den zwei Ebenen bzw. von der einen der zwei Ebenen senkrecht geschnitten wird, die parallel zu den Längsachsen der Resonatoren verlaufen und das Schwingsystem zwischen sich einschließen. 3. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorzugsweise kleiner, insbesondere an den Stirnflächen gelegener Teil der zwei Resonatoren des Filterschwingsystems, die mit Kopplungsvorrichtungen zu versehen sind, aus piezoelektrischem Werkstoff besteht. 4. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils auf beide Stirnflächen der zwei mit Kopplungsvorrichtungen zu versehenden Resonatoren des Filterschwingsystems magnetostriktive Wandler einwirken. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 277467; britische Patentschriften Nr. 822 536, 788159; USA.-Patentschriften Nr. 2 571019, 2 596 460, 2 759 102; »The Post Office Electrical Engineers' Journal«, Vol. 38, No.
2. 2, S. 39 bis 42 (Juli 1942); »RCA-Review«, Vol. X, No.
3. 3, S. 348 bis 365 (September 1949); »Frequenz«, Bd. 12, Nr. 8, S. 246 bis 255 (August 1958).