DE1267352B

DE1267352B - Elektromechanisches Filter

Info

Publication number: DE1267352B
Application number: DE19611267352
Authority: DE
Inventors: Hans Albsmeier
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-09-29
Filing date: 1961-09-29
Publication date: 1968-05-02

Description

Elektromechanisches Filter Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Anregungselementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, die Dickenschwingungen in Richtung der Resonatorlängsachse ausführen, nach Patent 1221738, und bei dem weiterhin an der Metallisierung der Scheibe aus elektrostriktivem Material eine Metallscheibe verankert ist, Im Hauptpatent 1221738 ist eine elektrostriktive Kopplungsanordnung für Längsschwinger behandelt, deren wesentliches Merkmal darin besteht, daß es sich um einen Reaktionskraftantrieb handelt. Es sind zu diesem Zweck an den Enden des mit dem Wandler zum Übergang von elektrischen auf mechanische Schwingungen bzw. umgkehrt versehenen Resonators Resonatorabschnitte aus elektrostriktivem Material angebracht, während der übrige Resonator aus Metall, vorzugsweise einer Stahllegierung, besteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kopplungsfaktor eines derartigen Wandlers nennenswert zu erhöhen. Vom Kopplungsfaktor ist nämlich die erzielbare Bandbreite für das gesamte Filter mit wesentlich abhängig.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die Abmessung der Metallscheibe in Längsrichtung des Resonators gering ist im Verhältnis zu dessen Gesamtlänge.
Zur Anregung von Längsschwingungen in metallischen Resonatoren ist es bereits bekannt, etwa im Schwingungsknoten des metallischen Resonators ein elektrostriktiv wirkendes Anregungssystem vorzusehen. Solche Resonatoren eignen sich jedoch verhältnismäßig schlecht als Antriebsresonatoren eines mehrteiligen mechanischen Filters, dessen einzelne Schwingkörper etwa im Bereich der Schwingungsknoten miteinander gekoppelt sind. Durch die britische Patentschrift 840 815 ist es fernerhin bekanntgeworden, bei Längsschwingungen ausführenden Resonatoren das elektrostriktiv aktive Material im Bedarfsfall zu beiden Seiten der hinsichtlich Längsschwingungen auftretenden Knotenebene im Resonator zu befestigen. Dieser bekannten Anordnung liegt jedoch ein anderes Konzept als dem Erfindungsgegenstand insofern zugrunde, als es bei der bekannten Anordnung darum geht, einen mechanischen Längsschwinger für verhältnismäßig tiefe Frequenzen zu schaffen, für den gegenüber einem durchwegs aus elektrostriktivem Material bestehenden Resonator eine geringere Menge elektrostriktiv aktiven Materials erforderlich ist.
Ein Ausführungsbeispiel zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen als Längsschwinger ausgebildeten mechanischen Resonator 1 von Stabform, der einen balkenförmigen Querschnitt hat. Statt des balkenförmigen Querschnitts kann auch ein kreisförmiger Querschnitt oder ein ähnlicher Querschnitt Verwendung finden. An den in Schwingungsrichtung des Resonators einander gegenüberliegenden Enden sind in Fortsetzung des Resonatorquerschnitts Scheiben 2, 3 aus elektrostriktivem Material, wie Bariumtitanat, vorzugsweise durch Lötung, befestigt. Es können für diese Befestigung auch andere Verfahren, wie Klebung usw., angewendet werden. An den dem Stahlkörper 1 abgewandten Endflächen sind an diesen Scheiben 2, 3 dünne Metallscheiben 4, 5 befestigt, von denen dünne metallische Drähte zu den Anschlüssen des Resonators führen. Die dünnen Metallscheiben 4, 5 können ebenfalls durch Klebung, zweckmäßig jedoch durch Lötung an den Scheiben 2,3 befestigt sein. Der einzelne Resonator wird über im Schwingungsknoten für die Längsschwingungen an dem Teil 1 vorzugsweise durch Punktschweißung verankerte Haltedrähte 6 gehalten. Diese Haltedrähte können zur Befestigung des Längsschwingers in einem nicht näher dargestellten Gehäuse od. dgl. dienen. Das Gehäuse dient dem mechanischen Schutz des Resonators und der Aufnahme der Anschlüsse des Filters.
Durch die Endscheiben wird eine wesentliche Erhöhung der Wirkung des Reaktionskraftantriebs erreicht. Das ist gleichbedeutend einer erheblichen Erhöhung des Kopplungsfaktors von den elektromechanischen Wandlerelementen auf den in Längsschwingungen erregten Resonator. Je stärker man daher die Scheiben 4, 5 wählt, um so fester wird diese Kopplung.
Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Resonator kann in mehrfacher Weise in der Schaltungstechnik Anwendung finden.
Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit besteht darin, daß die an die äußeren Metallplatten 4, 5 angeschlossenen dünnen Drähte miteinander zumindest hochfrequenzmäßig verbunden werden und den einen Anschluß des Resonators bilden, während der andere Anschluß durch die metallischen Haltedrähte 6 des vorzugsweise -aus Stahl bestehenden Resonators des Teiles 1 gebildet werden. In diesem Fall ist der Resonator ähnlich einem Schwingquarz als Zweipol in Filterschaltungen verwendbar.
Der Betrieb des in der F i g. 1 dargestellten Resonators ist jedoch auch ähnlich einem Vierpol in der Weise möglich, daß beispielsweise zwischen dem dünnen Anschlußdraht der Metallplatte 4 und den metallischen Haltedrähten 6 eingespeist und zwischen dem dünnen Anschlußdraht der Metallplatte 5 und den Haltedrähten 6 abgenommen wird.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Weise, daß die beiden dünnen Anschlußdrähte der Metallscheiben 4, 5 miteinander zumindest wechselstrommäßig verbunden -und die elektrischen Schwingungen zwischen diesen dünnen Anschlußdrähten und den Haltedrähten 6 eingespeist werden. Mit dem metallischen Teil 1 des Längsschwingers sind dann weitere Längsschwinger, ähnlich dem im Ausführungsbeispiel 1 des Hauptpatents, zu koppeln, wobei der in Übertragungsrichtung letzte Endresonator zweckmäßig mit einem weiteren gleichartigen Wandler, wie er in der F i g. 1 dargestellt, zu versehen ist.
Die schaltungstechnische Ausführung mit zumindest wechselstrommäßig durchverbundenen Anschlußdrähten der metallischen Scheiben 4, 5 hat den Vorteil, daß außer der Grundschwingung nur die ungeradzahligen Harmonischen derselben in Erscheinung treten. Die geradzahligen Harmonischen, so vor allem die besonders störende 2. Harmonische, lassen sich auf diese Weise gut unterdrücken.

Claims

Patentanspruch: Elektromechanisches Filter mit wenigstens einem in Längsschwingungen erregten metallischen Resonator, der an den beiden in Längsrichtung gelegenen Enden mit elektrostriktiven Anregungselementen in Form je einer an der dem metallischen Resonator abgewandten Seite metallisierten dünnen Scheibe aus elektrostriktivem Material versehen ist, die Dickenschwingungen in Richtung der Resonatorlängsachse ausführen, nach Patent 1221738, und bei dem weiterhin an der Metallisierung der Scheibe aus elektrostriktivem Material eine Metallscheibe verankert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung der Metallscheibe (4, 5) in Längsrichtung des Resonators (1) gering ist im Verhältnis zu dessen Gesamtlänge. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 840 815; »Bulletin of the Yamagata University«, Ausgabe »Engineering«, Vol. 5, Nr.
2, S. 335 bis 372 (März 1959).