DE1261248B

DE1261248B - Electromechanical band pass filter

Info

Publication number: DE1261248B
Application number: DE1963S0087280
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Ilse Lucas
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-09-13
Filing date: 1963-09-13
Publication date: 1968-02-15
Also published as: JPS5343004B1

Description

Elektromechanisches Bandpaßfilter Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Bandpaßfilter mit wenigstens einem mechanischen Resonator, der im Bereich seiner stirnseitigen Enden an einer durchgehenden mechanischen Koppelleitung befestigt ist, bei dem der Resonator aus drei gestuften, vorzugsweise symmetrisch zu seiner Längsachse liegenden Teilabschnitten besteht und einen Dämpfungspol im Sperrbereich des Filters hervorruft.Electromechanical Bandpass Filter The invention relates to a electromechanical bandpass filter with at least one mechanical resonator, the in the area of its front ends on a continuous mechanical coupling line is attached, in which the resonator of three stepped, preferably symmetrical to its longitudinal axis lying subsections and a damping pole in The blocking area of the filter.

In vielerlei Anwendungsfällen werden mechanische Bandfilter benötigt, deren Dämpfungscharakteristik eine versteilerte Dämpfungsflanke im Sperrbereich entweder nur auf einer oder auf beiden Seiten des Durchlaßbereiches aufweist. Solche Filter erfordern das Vorhandensein von Dämpfungspolen im Sperrbereich in unmittelbarer Nachbarschaft des Durchlaßbereiches. Es sind bereits eine Reihe von Anordnungen bekannt, bei denen Dämpfungspole, beispielsweise durch mechanische oder elektrische Überbrückung einzelner Resonatoren, erzielt werden.Mechanical belt filters are required in many applications, whose damping characteristics have a steepened damping edge in the blocking range either only on one or on both sides of the passband. Such Filters require the presence of attenuation poles in the blocking area in the immediate vicinity Neighborhood of the passband. There are already a number of arrangements known in which damping poles, for example by mechanical or electrical Bridging individual resonators can be achieved.

Es ist bereits ein mechanisches Filter bekanntgeworden, bei dem einzelne Torsionsresonatoren über sogenannte -Koppler verbunden sind. Wesentlich ist hierbei, daß die einzelnen Resonatoren die Länge einer halben Wellenlänge der Mittenfrequenz des Durchlaßbereiches haben. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen werden bei diesem bekannten Filter die Resonatoren über die Koppelelemente herausgeführt, wobei die über die Koppelelemente herausgeführten Abschnitte etwa 4 lang sind. Zur Verkleinerung der Länge dieser Abschnitte kann der Durchmesser vergrößert werden, jedoch mit der Bedingung, daß sich auf beiden Stirnseiten des Resonators gleichartig ausgebildete Abschnitte anschließen. Zur Erzeugung von Dämpfungspolen ist es demzufolge zwingend erforderlich, den Resonator beidseitig über die Koppelelemente herauszuführen, was hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung und des Raumverbrauches mitunter unerwünscht ist. Darüber hinaus lassen sich der Beschreibung der bekannten Anordnung keine Hinweise darüber entnehmen, Resonatoren mehrfach zu stufen.A mechanical filter has already become known in which individual Torsion resonators are connected via so-called couplers. It is essential here, that the individual resonators the length of half a wavelength of the center frequency of the pass band. To generate attenuation poles are in this known filter, the resonators led out via the coupling elements, the Sections led out via the coupling elements are about 4 long. To reduce the size the length of these sections, the diameter can be increased, but with the Condition that formed identically on both end faces of the resonator Connect sections. It is therefore essential to generate damping poles necessary to lead out the resonator on both sides via the coupling elements, what sometimes undesirable with regard to the structural design and the space consumption is. In addition, the description of the known arrangement does not provide any information learn about stepping resonators several times.

Ferner ist ein polerzeugendes mechanisches Filter bekanntgeworden, bei dem die einzelnen Abschnitte derart bemessen sind, daß eine Anzahl mechanischer Resonanzen entsteht, die bei in einem nichtharmonischen Verhältnis zueinander stehenden Frequenzen liegen. Wenn bei dieser Anordnung Dämpfungspole erzeugt werden sollen, dann ist es erforderlich, den Resonator an seinen beiden Enden mit gleicnartig ausgebildeten Wandlerelementen gegenphasig zu Schwingungen anzuregen, so daß bei diesem Filter an sich von einem anderen physikalischen Konzept als beim Erfindungsgegenstand ausgegangen wird. Hinzu kommt, daß zur Erzielung von gut reproduzierbaren elektrischen Eigenschaften die Wandlerelemente möglichst gleichartig ausgebildet sein müssen, was sich jedoch in der Praxis nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand realisieren läßt.Furthermore, a pole-generating mechanical filter has become known, in which the individual sections are dimensioned such that a number of mechanical Resonances arise that are in a non-harmonic relationship to one another Frequencies lie. If attenuation poles are to be generated with this arrangement, then it is necessary to equip the resonator at both ends with To stimulate transducer elements to vibrate in phase opposition, so that with this filter assumed a different physical concept than the subject matter of the invention will. In addition, to achieve easily reproducible electrical properties the transducer elements must be designed as similar as possible, but what can only be implemented in practice with a relatively large amount of effort.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorstehend geschilderten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere sollen polerzeugende mechanische Filter beschrieben werden, die einerseits eine verhältnismäßig einfache Herstellung des polerzeugenden Resonators ermöglichen und bei denen man andererseits verhältnismäßig frei ist in der Wahl der Schwingungsform für die Resonatoren und die Koppelelemente.The invention is based on the object described above To deal with difficulties in a relatively simple manner. In particular, should Pole-generating mechanical filters are described, on the one hand a relatively allow easy production of the pole-generating resonator and in which one on the other hand is relatively free in the choice of the mode of oscillation for the resonators and the coupling elements.

Ausgehend von einem elektromechanischen Bandpaßfilter mit wenigstens einem mechanischen Resonator, der im Bereich seiner stirnseitigen Enden an einer durchgehenden mechanischen Koppelleitung befestigt ist, bei dem der Resonator aus drei gestuften, vorzugsweise symmetrisch zu seiner Längsachse liegenden Teilabschnitten besteht und einen Dämpfungspol im Sperrbereich des Filters hervorruft, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die drei Teilabschnitte untereinander einen unterschiedlichen Wellenwiderstand haben, daß der der Übertragungsleitung benachbarte Teilabschnitt mit dem Wellenwiderstand Z1 eine solche Länge hat, daß sein Übertragungswinkel b1 im Bereich zwischen 30 und 60° liegt, daß der mittlere Teilabschnitt mit dem Wellenwiderstand Z2 eine solche Länge hat, daß sein Übertragungswinkel b2 etwa 90° beträgt, und daß der der Übertragungsleitung abgewandte Teilabschnitt mit dem Wellenwiderstand Z3 hinsichtlich seiner Länge derart gewählt ist, daß sein Ubertragungswinkel b3 entweder 90° beträgt, wenn dabei die Beziehung > 1 gilt, oder daß sein Ubertragungswinkel b3 etwa 180° beträgt, wenn dabei die Beziehung < 1 gilt.Starting from an electromechanical bandpass filter with at least one mechanical resonator, which is attached in the area of its front ends to a continuous mechanical coupling line, in which the resonator consists of three stepped sections, preferably symmetrical to its longitudinal axis, and causes a damping pole in the blocking area of the filter, This object is achieved according to the invention in that the three subsections have a different wave resistance from one another, that the subsection adjacent to the transmission line with the characteristic impedance Z1 has a length such that its transmission angle b1 is in the range between 30 and 60 ° that the middle subsection with the wave impedance Z2 has such a length that its transmission angle b2 is approximately 90 °, and that the length of the section facing away from the transmission line with the wave impedance Z3 is selected such that its transmission win kel b3 is either 90 ° if the relationship > 1 applies, or that its transmission angle b3 is approximately 180 ° if the relationship <1 applies.

Vorteilhafte Anordnungen ergeben sich unter anderem dann, wenn bei den Betriebsfrequenzen für die durchgehende Koppelleitung und den Resonator die gleiche Schwingungsart vorgesehen ist.Beneficial Arrangements arise, among other things, when the same type of vibration is provided for the operating frequencies for the continuous coupling line and the resonator.

Eine weitere günstige Ausführungsform läßt sich dadurch erreichen, daß für die durchgehende Koppelleitung die Längsschwingung als Ubertragungsform der Energie dient und daß für den Resonator eine hiervon verschiedene Schwingungsform, insbesondere die Biegeschwingung oder die Torsionsschwingung, vorgesehen ist.Another favorable embodiment can be achieved by that for the continuous coupling line the longitudinal oscillation as the form of transmission serves the energy and that for the resonator a different form of oscillation, in particular the flexural vibration or the torsional vibration is provided.

Es ist ferner günstig, wenn für die durchgehende Koppelleitung die Biegeschwingung als Übertragungsform der Energie dient, während für den Resonator eine hiervon verschiedene Schwingungsform, insbesondere die Längsschwingung oder die Torsionsschwingung vorgesehen ist.It is also advantageous if for the continuous coupling line the Flexural vibration serves as a form of transmission of energy, while for the resonator a different form of oscillation, in particular the longitudinal oscillation or the torsional vibration is provided.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für die durchgehende Koppelleitung die Torsionsschwingung als Übertragungsform der Energie dient und wenn für den Resonator eine hiervon verschiedene Schwingungsform, insbesondere die Längsschwingung oder die Biegeschwingung, vorgesehen ist.It is also advantageous if for the continuous coupling line the torsional vibration serves as a form of transmission of the energy and if for the resonator a different form of oscillation, in particular the longitudinal oscillation or the bending vibration is provided.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

Die F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die durchgehende Koppelleitung Längsschwingungen und der polerzeugende Resonator Torsionsschwingungen ausführt. In einem metallischen Gehäuse 1 sind zwei aus Stahl bestehende Schwinger 2 und 3 über die Haltedrähte 4 an einer Gehäusewand befestigt. In die Schwinger 2 und 3 sind in an sich bekannter Weise die aus einem elektrostriktiven Material bestehenden Plättchen 5 und 6 eingelötet, durch die die Schwinger in zwei voneinander isolierte Abschnitte unterteilt werden. Dadurch bilden die Schwinger 2 und 3 gleichzeitig die elektromechanischen Wandler, die den Übergang von den elektrischen auf die mechanischen Schwingungen und umgekehrt von den mechanischen auf die elektrischen Schwingungen ermöglichen. Von den jeweils vom Gehäuse 1 isolierten Teilabschnitten der Schwinger 2 und 3 führen flexible Anschlußdrähte 7 und 8 an die Eingangsklemme 10 bzw. an die Ausgangsklemme 12. Die Klemmen 10 und 12 sind über isolierte Durchführungen 9 am Gehäuse befestigt. Die Klemmen 11 und 13 stehen mit dem Gehäuse 1 in elektrisch leitender Verbindung, so daß die Rückleitung des elektrischen Stromes über die Schwinger und die Haltedrähte 4 erfolgt. An den Stirnseiten der Schwinger 2 und 3 ist eine durchgehende Koppelleitung 14 befestigt, über die die Energie übertragen wird. An der Koppelleitung 14 ist ein zylindrischer Resonator 15 durch Lötung angebracht, der beispielsweise über den weiteren dünnen Haltedraht 16 im Gehäuse 1 verankert sein kann. Der Resonator 15 ist durch eine mehrfache Querschnittsstufung in drei Teilabschnitte unterteilt, die symmetrisch zur Längsachse liegen.The F i g. 1 shows an embodiment in which the continuous coupling line performs longitudinal vibrations and the pole-generating resonator performs torsional vibrations. In a metallic housing 1, two oscillators 2 and 3 made of steel are fastened to a housing wall via the retaining wires 4. The platelets 5 and 6, which are made of an electrostrictive material, are soldered into the transducers 2 and 3 in a manner known per se, by means of which the transducers are divided into two sections which are isolated from one another. As a result, the oscillators 2 and 3 simultaneously form the electromechanical transducers, which enable the transition from electrical to mechanical vibrations and vice versa from mechanical to electrical vibrations. From the sections of the transducers 2 and 3, which are insulated from the housing 1 , flexible connecting wires 7 and 8 lead to the input terminal 10 and to the output terminal 12, respectively. The terminals 10 and 12 are attached to the housing via insulated bushings 9. The terminals 11 and 13 are in an electrically conductive connection with the housing 1 , so that the return conduction of the electrical current takes place via the oscillator and the holding wires 4 . A continuous coupling line 14 , via which the energy is transmitted, is attached to the end faces of the oscillators 2 and 3. A cylindrical resonator 15 is attached to the coupling line 14 by soldering and can be anchored in the housing 1 via the further thin holding wire 16, for example. The resonator 15 is subdivided into three sub-sections, which are symmetrical to the longitudinal axis, by a multiple cross-sectional graduation.

Legt man an die Eingangsklemmen 10 und 11 eine elektrische Wechselspannung, so wird das elektrostriktive Plättchen 5 im Takt der angelegten Wechselspannung gedehnt und zusammengezogen. Wenn die Frequenz der anregenden Spannung mit der Eigenfrequenz des Schwingers 2 übereinstimmt, dann führt dieser ausgeprägte Längsschwingungen aus, die in Richtung des Doppelpfeiles 17 von der Koppelleitung 14 auf den Schwinger 15 übertragen werden. Da die Koppelleitung 14 am Umfang des Schwingers 15 befestigt ist, wird dieser bei seiner Eigenresonanzfrequenz zu Torsionsschwingungen angeregt, d. h. sein mechanischer Eingangswiderstand wird an dieser Stelle sehr klein, so daß die Energie auf den als Wandler ausgebildeten Schwinger 3 übertragen wird. Dadurch wird das elektrostriktive Plättchen 6 gedehnt und zusammengezogen, so daß zwischen den beiden Teilabschnitten des Schwingers 3 eine elektrische Wechselspannung entsteht, die an den Ausgangsklemmen 12 und 13 abgenommen werden kann. Wegen der unterschiedlichen Querschnittsabmessungen des Resonators 15 entsteht in verhältnismäßig geringem Abstand von der Torsionsresonanz ein Dämpfungspol, d. h., an dieser Stelle wird der mechanische Eingangswiderstand des Schwingers 15 außerordentlich groß.If an electrical alternating voltage is applied to the input terminals 10 and 11 , the electrostrictive plate 5 is expanded and contracted in time with the applied alternating voltage. If the frequency of the exciting voltage corresponds to the natural frequency of the oscillator 2, it then executes pronounced longitudinal oscillations which are transmitted from the coupling line 14 to the oscillator 15 in the direction of the double arrow 17. Since the coupling line 14 is attached to the circumference of the oscillator 15, it is excited to torsional vibrations at its natural resonance frequency, ie its mechanical input resistance is very small at this point, so that the energy is transmitted to the transducer 3. As a result, the electrostrictive plate 6 is stretched and contracted, so that an electrical alternating voltage is generated between the two sections of the oscillator 3, which can be picked up at the output terminals 12 and 13. Because of the different cross-sectional dimensions of the resonator 15, a damping pole arises at a relatively small distance from the torsional resonance, that is, at this point the mechanical input resistance of the oscillator 15 becomes extremely large.

Das Verhalten eines derart gestuften Schwingers im Zusammenhang mit dem Auftreten eines Dämpfungspols wird an Hand der F i g. 2 und 3 noch näher erläutert, in denen der Schwinger 15 sowie die Koppelleitung 14 nochmals gesondert herausgezeichnet sind. Der mechanische Eingangswiderstand W an den Anschlußpunkten 17 der Koppelleitung 14 läßt sich durch Gleichung (1) darstellen: mit Z1, 22, Z3 sind die Wellenwiderstände der Teilabschnitte in der Reihenfolge vom Koppler zum freien Ende; b1, b2, b3 sind die Übertragungswinkel der Teillängen in der gleichen Reihenfolge. Wie man aus Gleichung (1) erkennt, ergeben sich für den Eingangswiderstand W Nullstellen, wenn ic Null wird, und es ergeben sich Polstellen, wenn v Null wird. Aus der Bedingung u = 0 (Nullstelle) ergibt sich für den Übertragungswinkel b30 die folgende Beziehung: tan b, + ZZ tan b,@ tan b30 = - 1 (2 a) Z3 Z3 tan blo tan bm Z1 _ ZZ Aus der Bedingung v = 0 (Pol) ergibt sich der Ubertragungswinkel b3co nach Gleichung (2b): Die Querschnittsunterschiede werden dann besonders klein, wenn man bZO x bcx; .: 90° und blo 4 90° bzw. ungleich einem ganzzahligen Vielfachen von 90' wählt. In diesem Fall gehen die Formeln (2a) und (2b) in die Gleichung (3a) und (3b) über: Die durch Gleichung (3a) und (3b) definierten Frequenzen rücken dann dicht zusammen, wenn man entweder » 1 und b3 ze 90` (s. F i g. 2) oder « 1 und b3 z- 180° (s. F i g. 3) wählt. Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich der relative Abstand zwischen der Polstelle,f,0 und der Durchlaßresonanzfrequenz.fö für das in der F i g. 2 dargestellte Beispiel gemäß der Formel (4a): Bei dem in der F i g. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich der relative Abstand zwischen Dämpfungspol und Durchlaßmitte entsprechend der Formel (4b): Im Fall des Ausführungsbeispiels der F i g. 2 liegt die Polfrequenz für b1 < 90" oberhalb der Resonanzfrequenz und für b1 > 90° unterhalb der Resonanzfrequenz. Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 liegen Pol- und Resonanzfrequenz umgekehrt zum Ausführungsbeispiel der F i g. 2. Die in den Gleichungen (4a) und (4b) angegebenen Formeln stellen Näherungswerte dar, deren Ergebnisse jedoch mit den gemessenen Werten in einem für die Praxis ausreichenden Maß übereinstimmen. Mit Rücksicht auf die Gesamtlänge des Schwingers ist es vorteilhaft, den Ubertragungswinkel b1 < 90° zu wählen. Im einzelnen ergeben sich die Teillängen bei dem in der F i g. 2 dargestellten Schwinger nach Gleichung (5 a): Bei dem in der F i g. 3 dargestellten Schwinger ergeben sich die Teillängen nach Gleichung (5b): In den Gleichungen (5a) und (5b) ist a die Wellenlänge in einem ungestuften Schwinger bei der Resonanzfrequenz fo. Zur Erzielung einer gewünschten Bandbreite ist die Kenntnis der Steilheit erforderlich, mit der die Eingangsimpedanz Z = durch den Wert Z = 0 bei der Resonanzfrequenz geht. Diese Beziehung ist in Gleichung (6) gegeben: Dabei ist BO die Bandbreite zweier durch einen Koppler gekoppelter homogener -Schwinger vom Wellenwiderstand Z1 und B die Bandbreite zweier durch den gleichen Koppler gekoppelter Stufenschwinger mit dem Wellenwiderstand Z1 im vorderen Teilabschnitt (entsprechend den F i g. 2 und 3). An Hand der Theorie ergibt sich für einen Schwingertyp entsprechend der F i g. 2 das Bandbreitenverhältnis entsprechend der Gleichung (7a): für den Schwinger der F i g. 3 ergibt sich die Bandbreite nach Gleichung (7b): Entsprechend den Gleichungen (7a) und (7b) sind dann die Teillängen 11 zu wählen. Besonders kleine Querschnittssprünge ergeben sich hierbei, wenn blo etwa zwischen 30 und 60° liegt.The behavior of such a stepped oscillator in connection with the occurrence of a damping pole is illustrated in FIG. 2 and 3 explained in more detail, in which the oscillator 15 and the coupling line 14 are again shown separately. The mechanical input resistance W at the connection points 17 of the coupling line 14 can be represented by equation (1): with Z1, 22, Z3 are the characteristic impedances of the sections in the order from the coupler to the free end; b1, b2, b3 are the transmission angles of the partial lengths in the same order. As can be seen from equation (1), there are zero positions for the input resistance W when ic becomes zero, and there are pole positions when v zero will. From the condition u = 0 (zero) results the following applies to the transmission angle b30 Relationship: tan b , + ZZ tan b, @ tan b30 = - 1 (2 a) Z3 Z3 tan blo tan bm Z1 _ ZZ The transmission angle b3co results from the condition v = 0 (Pol) according to equation (2b): The cross-sectional differences are particularly small if one bZO x bcx; .: 90 ° and only 4 selects 90 ° or unequal to an integer multiple of 90 '. In this case, formulas (2a) and (2b) are converted into equations (3a) and (3b) : The frequencies defined by equations (3a) and (3b) then move close together if one either »1 and b3 ze 90` (see Fig. 2) or «1 and b3 z- 180 ° (see Fig. 3) selects. Under these conditions, the relative distance between the pole, f, 0 and the forward resonance frequency fö results for the in FIG. 2 shown example according to the formula (4a): In the case of the FIG. 3 the relative distance between the damping pole and the passage center results according to the formula (4b): In the case of the embodiment of FIG. 2, the pole frequency for b1 <90 "is above the resonance frequency and for b1> 90 ° below the resonance frequency. In the exemplary embodiment in FIG. 3, the pole and resonance frequency are the opposite of the exemplary embodiment in FIG. The formulas given in 4a) and (4b) represent approximate values, the results of which, however, agree with the measured values to an extent sufficient for practical use. With regard to the total length of the transducer, it is advantageous to choose the transmission angle b1 <90 ° the partial lengths for the oscillator shown in FIG. 2 result from equation (5 a): In the case of the FIG. 3, the partial lengths result from equation (5b): In equations (5a) and (5b) , a is the wavelength in a non-stepped oscillator at the resonance frequency fo. To achieve a desired bandwidth, it is necessary to know the slope with which the input impedance Z = through the value Z = 0 at the resonance frequency goes. This relationship is given in equation (6): In this case, BO is the bandwidth of two homogeneous oscillators of wave impedance Z1 and B coupled by a coupler Bandwidth of two step oscillators coupled by the same coupler with the characteristic impedance Z1 in the front section (corresponding to FIGS. 2 and 3). On the basis of the theory, for one type of oscillator according to FIG. 2 the bandwidth ratio according to equation (7a): for the transducer of FIG. 3 the bandwidth results from equation (7b): The partial lengths 11 are then to be selected in accordance with equations (7a) and (7b). Particularly small cross-sectional jumps arise here if it is only between about 30 and 60 °.

Bei entsprechender Wahl der Abmessungen für die einzelnen Teilabschnitte läßt sich der in der F i g. 1 dargestellte Schwinger auch zu Biegeschwingungen anregen, die entsprechend dem gestrichelten Doppelpfeil 18 verlaufen. Der Haltedraht 16 wird dann zweckmäßig in einem der Biegeschwingung entsprechenden Schwingungsknoten 16' am Schwinger 15 befestigt. Für das Auftreten der Pol- und Nullstelle gelten dann analog die in den Gleichungen (1) bis (7) zum Ausdruck kommenden Uberlegungen.With the appropriate choice of dimensions for the individual sections can the in the F i g. 1 also excite bending vibrations, which run according to the dashed double arrow 18. The holding wire 16 is then expediently in a vibration node 16 'corresponding to the bending vibration attached to the transducer 15. Then apply to the occurrence of the pole and zero analogous to the considerations expressed in equations (1) to (7).

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 4 ist ein zweifach gestufter, plattenförmiger Resonator verwendet. Im metallischen Gehäuse 20 sind die mittels der elektrostriktiv wirkenden Plättchen 22 als elektromechanische Wandler ausgebildeten, aus Stahl bestehenden Schwinger 21 und 21' über die Haltedrähte 23 an den Gehäusewänden befestigt. Von den vom Gehäuse 20 isolierten Teilabschnitten der Wandler 21 und 21' führen flexible Zuleitungsdrähte 24 zu den Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen 25 und 26, die über isolierte Durchführungen am Gehäuse befestigt sind. Die Klemmen 27 und 28 stehen in direkter Verbindung mit dem metallischen Gehäuse 20, so daß die Rückleitung des elektrischen Stromes über das Gehäuse und die Haltedrähte 23 erfolgen kann. Die Wandler 21 und 21' sind über die Koppelleitung 29 miteinander verbunden. An der Koppelleitung ist ein plattenförmiger, zweifach gestufter Schwinger 30 befestigt, der im Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Stahl besteht und der außerdem noch über den Haltedraht 31 im Gehäuse verankert sein kann. Legt man an die Eingangsklemmen 25 und 27 eine elektrische Wechselspannung, dann wird der Wandler 21 bei seiner Eigenresonanzfrequenz zu Längsschwingungen angeregt, die in der Richtung des Doppelpfeiles 32 verlaufen. Auf Grund dieser Längsschwingungen führt die Koppelleitung 29 in Richtung des Doppelpfeiles 33 verlaufende Biegeschwingungen aus, über die der Schwinger 30 zu Längsschwingungen entsprechend dem Doppelpfeil 34 angeregt wird. Bei der Resonanzfrequenz fo des Schwingers 30 wird die Energie auf den Wandler 21' übertragen, so daß dort zwischen den durch das elektrostriktive Plättchen 22 erzeugten Teilabschnitten eine elektrische Wechselspannung entsteht, die an den Ausgangsklemmen 26 und 28 abgenommen werden kann. Wegen der doppelten Stufung tritt wiederum in verhältnismäßig enger Nachbarschaft zur Durehlaßfrequenz fo eine Polstelle in der Übertragungscharakteristik auf, deren Zustandekommen und deren Abstand von der Nullstelle analog zu den in den Ausführungsbeispielen der F i g. 2 und 3 angestellten Überlegungen verläuft. Es lassen sich nämlich die in den F i g. 2 und 3 in der Draufsicht dargestellten Ausführungsformen auch als plattenförmige Gebilde auffassen, auf die dann wiederum die in den Gleichungen (1) bis (7) angegebenen Bemessungsvorschriften anzuwenden sind.In the embodiment of FIG. 4, a two-stage, plate-shaped resonator is used. In the metallic housing 20, the steel oscillators 21 and 21 ′, which are designed as electromechanical transducers by means of the electrostrictive plates 22 and are made of steel, are fastened to the housing walls via the retaining wires 23. From the sections of the transducers 21 and 21 ′ that are insulated from the housing 20, flexible lead wires 24 lead to the input and output terminals 25 and 26, which are fastened to the housing via insulated bushings. The terminals 27 and 28 are in direct connection with the metallic housing 20, so that the return conduction of the electrical current via the housing and the holding wires 23 can take place. The transducers 21 and 21 ′ are connected to one another via the coupling line 29. A plate-shaped, two-stepped oscillator 30, which in the exemplary embodiment also consists of steel and which can also be anchored in the housing via the retaining wire 31, is attached to the coupling line. If an electrical alternating voltage is applied to the input terminals 25 and 27, the transducer 21 is excited at its natural resonance frequency to longitudinal vibrations which run in the direction of the double arrow 32. On the basis of these longitudinal vibrations, the coupling line 29 executes bending vibrations running in the direction of the double arrow 33, via which the vibrator 30 is excited to longitudinal vibrations in accordance with the double arrow 34. At the resonance frequency fo of the oscillator 30, the energy is transmitted to the transducer 21 ', so that there is an electrical alternating voltage between the sections generated by the electrostrictive plate 22, which can be picked up at the output terminals 26 and 28. Because of the double gradation, a pole point in the transmission characteristic occurs in relatively close proximity to the transmission frequency fo, the occurrence of which and its distance from the zero point are analogous to those in the exemplary embodiments in FIG. 2 and 3 made considerations. This is because the in FIGS. 2 and 3 also conceive of the embodiments shown in plan view as plate-shaped structures, to which in turn the dimensioning rules given in equations (1) to (7) are to be applied.

Wenn man den Schwinger um nahezu 90° um seine Symmetrieachse dreht, so daß die Plattenebene nahezu parallel zum Koppeldraht verläuft, so führt der Schwinger 30 Biegeschwingungen aus. In diesem Fall weisen die Koppelleitung und der Resonator die gleiche Schwingungsform auf. Der Haltedraht 31 ist dann so zu befestigen, daß er in einem für die Biegeschwingung auftretenden Schwingungsknoten zu liegen kommt.If you turn the transducer by almost 90 ° around its axis of symmetry, so that the plane of the plate runs almost parallel to the coupling wire, the transducer leads 30 bending vibrations. In this case, the coupling line and the resonator have the same waveform. The holding wire 31 is then to be attached so that it comes to lie in a vibration node occurring for the flexural vibration.

Wie aus den Gleichungen (1) bis (7) hervorgeht, läßt sich der Abstand zwische Resonanzfrequenz und Dämpfungspol in weiten Grenzen frei wählen. Diesen Umstand kann man dazu benutzen, bei einem gemäß der F i g. 5 ausgeführten Beispiel mehrere auf unterschiedliche Polfrequenzen abgestimmte Torsionsschwinger 35 und 36 an einer durchgehenden Koppelleitung 37 zu befestigen. In der F i g. 5 sind lediglich zwei Schwinger dargestellt, die beispielsweise so abgestimmt sein können, daß eine Polstelle unterhalb und eine zweite Polstelle oberhalb des Durchlaßbereiches im Sperrbereich entsteht. Diese Reihe läßt sich fortsetzen, so daß dann bei einem mehrkreisigen Filter auch die den Schwingern entsprechende Anzahl von Dämpfungspolen im Sperrbereich .zu erzielen ist.As can be seen from the equations (1) to (7), the distance can be Choose freely within wide limits between the resonance frequency and the damping pole. This one This fact can be used to, in a case according to FIG. 5 example a plurality of torsional oscillators 35 and 35 tuned to different pole frequencies 36 to be attached to a continuous coupling line 37. In FIG. 5 are only two oscillators shown, which can be tuned, for example, that one Pole below and a second pole above the pass band in the A restricted area is created. This series can be continued, so that then with a multi-circle Filter also the number of damping poles in the blocking area that corresponds to the oscillators . is to be achieved.

Um einen geometrisch symmetrischen Aufbau und damit große Nebenwellenfreiheit zu erreichen, kann man eine weitere, gestrichelt angedeutete Koppelleitung 37' vorsehen, die mit der Koppelleitung 37 in einer senkrecht zu den Schwingern 35 und 36 verlaufenden Ebene liegt. Die Koppelleitungen 37 und 37' sind dabei entsprechend den Pfeilrichtungen gegenphasig anzuregen.A geometrically symmetrical structure and thus a large freedom from secondary waves to reach, one can provide a further coupling line 37 'indicated by dashed lines, with the coupling line 37 in a perpendicular to the oscillators 35 and 36 Level lies. The coupling lines 37 and 37 'are in accordance with the directions of the arrows to excite out of phase.

In der F i g. 6 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Koppelleitung 40 zu Biegeschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 41 angeregt wird. In diesem Fall führt der zweifach gestufte Schwinger 15 in Richtung des Doppelpfeiles 43 verlaufende Torsionsschwingungen aus. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel läßt sich das Verhalten des mechanischen Eingangswiderstandes, d. h. also das Vorhandensein von Pol- und Nullstelle, auf die bereits angestellten Überlegungen zurückführen.In FIG. 6 shows an embodiment, its coupling line 40 is excited to flexural vibrations in the direction of the double arrow 41. In this In the case of the double-stepped oscillator 15 leads in the direction of the double arrow 43 extending Torsional vibrations. In this embodiment, too, the behavior the mechanical input resistance, d. H. so the presence of pole and Zero point, to be traced back to the considerations already made.

Beim Ausführungsbeispiel der F i g. 7 wird eine durchgehende Koppelleitung 45 zu Torsionsschwingungen angeregt, die gemäß dem Doppelpfeil 46 verlaufen. Der seitlich an der Koppelleitung befestigte plattenförmige, zweifach gestufte Schwinger 48 kann so dimensioniert werden, daß er Längsschwingungen in Richtung des Doppelpfeiles 47 ausführt.In the embodiment of FIG. 7 becomes a continuous coupling line 45 excited to torsional vibrations, which run according to the double arrow 46. Of the Plate-shaped, double-stepped transducers attached to the side of the coupling line 48 can be dimensioned so that it vibrates longitudinally in the direction of the double arrow 47 executes.

Dreht man den Schwinger 48 um 90° um seine Symmetrieachse, so führt er Biegeschwingungen in einer senkrecht zur Achse des Kopplers verlaufenden Ebene aus, deren Verhalten ebenfalls durch die vorausgegangenen Betrachtungen zu erklären ist.If the oscillator 48 is rotated by 90 ° about its axis of symmetry, then leads he bending vibrations in a plane perpendicular to the axis of the coupler to explain their behavior also by the previous considerations is.

Bei den in den F i g. 1 bis 7 beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden Resonatoren verwendet, die nur zweifach gestuft sind. Es ergibt sich bei diesen Resonatoren ein geringer Unterschied der Querschnittsabmessungen der einzelnen Teilabschnitte, so daß vor allem auch die an den Koppelleitungen anliegenden Abschnitte auch bei sehr geringen Abständen zwischen Dämpfungspol und Durchlaßbereich einen für die mechanische Tragfähigkeit ausreichenden Querschnitt erhalten, wodurch eine große Nebenwellenfreiheit sichergestellt wird. In Weiterbildung dieses Gedankens lassen sich auch Schwinger verwenden, bei denen mehr als zwei' Stufen vorgesehen sind, so daß dann die Unterschiede in den Querschnittsabmessungen der einzelnen Teilabschnitte der Schwinger immer geringer werden. In ähnlicher Weise lassen sich auch Resonatoren verwenden, deren einzelne Teilabschnitte nicht symmetrisch zur Längsachse liegen, sondern gegeneinander versetzt sind.In the case of the FIGS. 1 to 7 described embodiments resonators were used that are only two-fold. It arises at These resonators have a slight difference in the cross-sectional dimensions of the individual Sub-sections, so that above all the sections adjacent to the coupling lines even with very small distances between the attenuation pole and the pass band Obtain a sufficient cross-section for the mechanical load-bearing capacity, whereby a great freedom from secondary waves is ensured. In continuing this thought It is also possible to use transducers in which more than two stages are provided are, so that then the differences in the cross-sectional dimensions of each Sections of the oscillators are getting smaller and smaller. In a similar way you can also use resonators whose individual sections are not symmetrical to the Longitudinal axis lie, but are offset from one another.

Claims

Claims: 1. Electromechanical bandpass filter with at least one mechanical resonator, which is attached in the area of its front ends to a continuous mechanical coupling line, in which the resonator consists of three stepped sections, preferably symmetrical to its longitudinal axis, and causes a damping pole in the blocking area of the filter , characterized in that the three sub-sections have a different wave resistance from one another, that the sub-section adjacent to the transmission line with the wave resistance Z1 has such a length (h) that its transmission angle b1 is in the range between 30 to 60 ° that the middle sub-section with the characteristic impedance Z "has such a length (1Z) that its transmission angle bz is approximately 90 °, and that the section facing away from the transmission line with the characteristic impedance Z3 is selected in terms of its length (13) such that its transmission angle b3 is either it is about 90 ° when doing the relationship »1 applies, or that its transmission angle b3 is approximately 180 °, if the relation <c 1 applies.

2. Electromechanical bandpass filter according to claim 1, characterized in that that at the operating frequencies for the continuous coupling line (29) and the resonator (30) the same type of vibration is provided (FIG. 4).

3. Electromechanical bandpass filter according to claim 1, characterized in that for the continuous coupling line (14) the longitudinal oscillation (17) serves as a form of transmission of the energy and that for the resonator (15) a different form of oscillation, in particular the bending oscillation (18) or the Torsional vibration, is provided (F i g. 1, 5).

4. Electromechanical bandpass filter according to claim 1, characterized characterized in that the bending vibration for the continuous coupling line (29 or 40) (33 or 41) serves as the form of transmission of the energy, while for the resonator (30 or 15) a different form of oscillation, in particular the longitudinal oscillation (34) or the torsional vibration (43) is provided (Fig. 4 or 6).

5. Electromechanical bandpass filter according to claim 1, characterized in that for the continuous coupling line (45) the torsional oscillation (46) serves as the transmission form of the energy and that for the resonator (48) a different oscillation form, in particular the longitudinal oscillation (47) or the Bending vibration is provided (Fig. 7). Documents considered: German Patent No. 687 871; U.S. Patent No. 2,955,267.