DE1267352B

DE1267352B - Electromechanical 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.Electromechanical filter The invention relates to an electromechanical filter Filter with at least one metallic resonator excited in longitudinal vibrations, the one at the two longitudinal ends with electrostrictive excitation elements in the form of one metallized on the side facing away from the metallic resonator thin disc of electrostrictive material is provided, the thickness vibrations run in the direction of the longitudinal axis of the resonator, according to patent 1221738, and in the also on the metallization of the disk made of electrostrictive material Metal disc is anchored, in the main patent 1221738 is an electrostrictive coupling arrangement treated for longitudinal oscillators, the essential feature of which is that it is is a reaction force drive. There are for this purpose at the ends of the with the converter for the transition from electrical to mechanical vibrations or reversely provided resonator resonator sections made of electrostrictive material attached, while the rest of the resonator is made of metal, preferably a steel alloy, consists.

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.The invention is based on the object of the coupling factor of a such a converter to increase significantly. The coupling factor is namely achievable bandwidth for the entire filter with substantially dependent.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß die Abmessung der Metallscheibe in Längsrichtung des Resonators gering ist im Verhältnis zu dessen Gesamtlänge.According to the invention this object is achieved in such a way that the dimension of the metal disc in the longitudinal direction of the resonator is small in relation to its Overall length.

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.To excite longitudinal vibrations in metallic resonators is it is already known, for example in the vibration node of the metallic resonator, an electrostrictive Provide effective excitation system. However, such resonators are relatively suitable bad than drive resonators of a multi-part mechanical filter whose individual vibrating bodies are coupled to one another in the region of the vibration nodes are. It has also become known through British patent specification 840 815 the electrostrictively active material in the case of resonators that carry out longitudinal vibrations if necessary, on both sides of the longitudinal vibrations that occur To fix the nodal plane in the resonator. However, this known arrangement lies a different concept than the subject matter of the invention in so far as it is based on the known arrangement is about a mechanical longitudinal oscillator for relatively To create low frequencies, for the opposite one consistently from the electrostrictive Material existing resonator a smaller amount of electrostrictively active material is required.

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.An exemplary embodiment for a more detailed explanation of the subject matter of the invention is shown in the drawing. The drawing shows a rod-shaped mechanical resonator 1 designed as a longitudinal oscillator, which has a bar-shaped cross section. Instead of the bar-shaped cross-section, a circular cross-section or a similar cross-section can also be used. In continuation of the resonator cross-section, disks 2, 3 made of electrostrictive material such as barium titanate are fastened, preferably by soldering, to the ends opposite one another in the direction of oscillation of the resonator. Other methods, such as gluing, etc., can also be used for this attachment. On the end faces facing away from the steel body 1, thin metal disks 4, 5 are attached to these disks 2, 3, from which thin metal wires lead to the connections of the resonator. The thin metal sheets 4, 5 may also by adhesion, however, be suitably secured by soldering to the discs 2,3. The individual resonator is held by holding wires 6 anchored in the vibration node for the longitudinal vibrations on the part 1, preferably by spot welding. These retaining wires can be used to fasten the longitudinal oscillator in a housing (not shown in detail) or the like. The housing is used to mechanically protect the resonator and to accommodate the connections of the filter.

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.The end caps significantly increase the effectiveness of the Reaction force drive reached. That is equivalent to a substantial increase of Coupling factor from the electromechanical transducer elements to the longitudinal vibrations excited resonator. Therefore, the stronger one chooses the disks 4, 5, the stronger it becomes this coupling.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Resonator kann in mehrfacher Weise in der Schaltungstechnik Anwendung finden.The resonator shown in the embodiment can be in multiple Way to find application in circuit technology.

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.An advantageous application is that the the outer metal plates 4, 5 connected thin wires to each other at least are connected in terms of high frequency and form one connection of the resonator, while the other connection by the metallic retaining wires 6 of the preferably -The resonator of part 1 is made of steel. In this case it is the resonator can be used as a two-pole in filter circuits similar to a quartz oscillator.

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.The operation of the FIG. 1 is shown resonator, however also similar to a quadrupole possible in such a way that, for example, between the thin connecting wire of the metal plate 4 and the metallic holding wires 6 fed and between the thin lead wire of the metal plate 5 and the holding wires 6 is removed.

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.Another possible application is that the two thin connecting wires of the metal disks 4, 5 with one another, at least in terms of alternating current connected -and the electrical vibrations between these thin connecting wires and the holding wires 6 are fed. With the metallic part 1 of the longitudinal oscillator are then further longitudinal oscillators, similar to that in embodiment 1 of the main patent, to couple, with the last end resonator in the transmission direction expediently with another converter of the same type, as shown in FIG. 1 shown to be provided is.

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.The circuit design with at least alternating current through-connected connecting wires of the metallic disks 4, 5 has the advantage that apart from the fundamental only the odd harmonics of the same in Appearance. The even harmonics, especially the particularly disturbing ones 2. Harmonics can be suppressed well in this way.

Claims

Claim: Electromechanical filter with at least one in Longitudinal vibrations excited metallic resonator, attached to the two in the longitudinal direction located ends with electrostrictive excitation elements in the form of one at the The side facing away from the metallic resonator is a thin, electrostrictive sheet metalized Material is provided, the thickness vibrations in the direction of the longitudinal axis of the resonator perform, according to patent 1221738, and continue to work on the metallization of the Disc made of electrostrictive material a metal disc is anchored, thereby characterized in that the dimension of the metal disc (4, 5) in the longitudinal direction of the Resonator (1) is small in relation to its total length. Considered References: British Patent No. 840,815; "Bulletin of the Yamagata University", Edition »Engineering«, Vol. 5, No.

2, pp. 335 to 372 (March 1959).