DE1280439B - Piezoelektrisches Festfrequenzfilter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1280439

Aktenzeichen: P 12 80 439.6-35 (S 106747)

Anmeldetag: 9. Juni 1965

Auslegetag: 17. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Festfrequenzfilter mit mindestens zwei jeweils aus mechanisch miteinander verbundenen Keramikscheiben bestehenden Resonatoren, die elektrisch in Kette geschaltet sind und die fluchtend hintereinander angeordnet sind.

Festfrequenzfilter dieser Art sind bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Filter dieser Art zu schaffen, das eine ideale steilflankige Filterdurchlaßkurve mit ausgeprägter Mittenfrequenz-Spitze besitzt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Festfrequenzfilter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aufeinanderfolgende Resonatoren gleichgerichtete Polarität besitzen.

Die Filtereigenschaften der einzelnen Resonatoren, die aus zwei miteinander verklebten und entsprechend vorpolarisierten Keramikscheiben bestehen, hängen weitgehendst von der gegenseitigen Polarität dieser beiden Scheiben ab. Wenn die Polaritat der beiden Scheiben nicht gleichgerichtet ist, wird eine 180°-Phasenverschiebung des Eingangssignals erzeugt, d.h., ein Maximum des Eingangssignals bedeutet ein Minimum des Ausgangssignals. Wird diese Forderung nach angepaßter Polarität der Scheiben eines einzelnen Resonators erfindungsgemäß auch bei mehreren fluchtend hintereinander angeordneten und in Kette geschalteten Resonatoren erfüllt, so ergibt sich gegenüber einem Filter, bei dem beispielsweise die aufeinanderfolgenden Resonatoren eine entgegengesetzte Polarität besitzen, eine ideale Filterdurchlaßkurve mit ausgeprägtem Spitzenmaximum bei der Mittenfrequenz und sehr steil abfallenden Flanken.

Für die erfindungsgemäße Maßnahme ist es unerheblich, ob die einzelnen, hintereinandergeschalteten Resonatoren dieselbe Eigenresonanz besitzen oder beispielsweise um einige 100 Hz verschobene Eigenresonanzen aufweisen. Ferner ist die Größe der Polarisationsspannung ohne Einfluß auf die Wirkung der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Festfrequenzfilters.

F i g. 2 zeigt das Filter nach F i g. 1, eingefügt in eine elektrische Schaltung;

F i g. 3 zeigt die Durchlaßkurve eines bekannten Frequenzfilters mit einem einzigen Kopplungselement, während

F i g. 4 die Durchlaßkurve eines Frequenzfilters gemäß der Erfindung darstellt.

Piezoelektrisches Festfrequenzfilter

Anmelder:

SONUS CORPORATION, Cambridge, Mass.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls
und Dr. E. v. Pechmann, Patentanwälte,
8000 München, Schweigerstr. 2

Als Erfinder benannt:

Eric A. KoIm, Brookline, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 9. Juni 1964 (373 612)

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes Frequenzfilter zwei Kopplungselemente 12 und 14, die mittels elektrischer Zuleitungen 24, 26, 28 α und 28 & an mit Anschlußkontakten versehenen senkrechten Säulen 18, 10 und 22 aufgehängt sind. Die Säulen 18, 20 und 22 sind dabei an einem Bodenteil 16 befestigt, auf das eine in Fig. 1 nicht dargestellte Abdeckung aufschiebbar ist, welche das Frequenzfilter nach außen abschließt.

Jedes der Kopplungselemente 12 und 14 besteht unter Bezugnahme auf die F i g. 2 aus zwei piezoelektrischen keramischen Schwingkristallen in Form von zwei Scheiben 32 und 34, die an ihren beiden Stirnseiten Elektroden 38, 42 bzw. 40, 44 tragen, welche beispielsweise mittels einer organischen Silbersuspension auf die betreffenden Stirnseiten aufgebracht sind. Die beiden Keramikscheiben 32 und 34 jedes Kopplungselementes 12 bzw. 14 sind in axialer Richtung nebeneinander angeordnet, und ihre einander zugewandten Elektroden 42 und 44 liegen zu beiden Seiten einer zwischen die Keramikscheiben eingeschobenen Metallfolie 36 an, an der die Keramikscheiben über Klebeschichten 48 und 50, die auf die betreffenden Elektroden aufgebracht sind, angeklebt sind. Die Klebstoffschichten 48 und 50 können mit Silberpuder durchmischt sein, um einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen der Metallfolie 36 und

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Claims (1)

1. 3 4

   den anliegenden Elektroden42 und 44 zu gewähr- Wie nun Fig. 3 zeigt, beträgt die 6-db-Bandbreite

   leisten. der mit einem derartigen Kopplungselement erhal-

   Sind im Verlauf der Herstellung des in Fig. 1 ge- tenen Durchlaßkurve etwa 4,7 kHz, während die

   zeigten Frequenzfilters die beiden Keramikscheiben 30-db-Bandbreite bei etwa 162 kHz liegt und somit

   32 und 34 mit der Metallfolie 36 verklebt worden, 5 mehr als 17mal so groß wie die 6-db-Bandbreite ist.

   werden die Schwingkristalle 32 und 34 jedes Kopp- Der Dämpfungsverlust des Kopplungselementes be-

   lungselementes in axialer Richtung vorpolarisiert. trug etwa 3,5 db.

   Die Kopplungselemente 12 und 14 liegen gemäß Im Vergleich dazu besitzt die in F i g. 4 darge-F i g. 1 und 2 in axialer Richtung in Abstand hinter- stellte Durchlaßkurve eines gemäß der Erfindung auseinander, so daß die Polarisation der einzelnen Kera- io gebildeten Frequenzfilters, dessen Keramikscheiben mikscheiben mit der Längsachse des aus dem Kopp- wie zu Fig. 3 angegeben ausgebildet waren und das lungselementen bestehenden Frequenzfilters 10 zu- in die gleiche Schaltung wie das zum Aufnehmen der sammenfallen. Durchlaßkurve von F i g. 3 verwendete Filter einge-

   Wie Fig. 2 zeigt, in der eine Schaltung mit dem fügt gewesen ist, einen merklich verbesserten Verlauf.

   Frequenzfilter von Fig. 1 dargestellt ist, sind die An- 15 In diesem Falle beträgt nämlich die 6-db-Bandbreite

   schlußklemmen einer Wechselspannungsquelle 30 2,5 kHz, während die 30-db-Bandbreite nur eine

   mit einer Innenwiderstand R_s an die Anschlußkon- Größe von 11,6 kHz besitzt, also höchstens unge-

   takte der Säulen 18 und 22 angeschlossen. Der An- fähr 5mal so groß wie die 6-db-Bandbreite ist.

   schlußkontakt der Säule 18 ist dabei über eine Lei- Daraus geht hervor, daß ein Frequenzfilter gemäß der

   rung 24 an die Außenelektrode 38 des Kopplungs- 20 Erfindung eine hohe Flankensteilheit besitzt. Der

   elementes 12 angeschlossen, während die Elektrode Dämpfungsverlust des Frequenzfilters ist mit 9,5 db

   40 des Kopplungselementes 12 über eine Leitung 52 selbst nicht übermäßig groß.

   mit der Elektrode 38 des anderen Kopplungselemen- Wie bereits einleitend erwähnt kann die Bandbreite

   tes 14 verbunden ist. Die Elektrode 40 des Kopp- des beschriebenen Frequenzfilters unter Beibehaltung

   lungselementes 14 ist wiederum über die Leitung 26 35 der hohen Flankensteilheit durch Erhöhung bzw. Ver-

   an den Anschlußkontakten der Säule 20 angeschlos- kleinerung der Gleichspannung, mit der die einzelnen

   sen, während die innnen liegenden Elektroden 42 Schwingkristalle des Frequenzfilters vorpolarisiert

   und 44 beider Kopplungselemente über an die Metall- werden, vergrößert bzw. verringert werden,

   folien 26 angeschlossene Zuleitungen 28 a und 28 & Für manche Verwendungszwecke ist es günstiger,

   mit dem gemeinsamen Anschlußkontakt der Säule 22 30 eine stärkere Abstützung des Filters 10 vorzusehen,

   verbunden sind. Zu diesem Zweck kann eine zusätzliche Säule

   Die Wechselspannungsquelle 30 gibt dabei an die zwischen den beiden Kopplungselementen 12 und 14

   Anschlußkontakte der Säulen 18 und 22 eine Wech- angeordnet werden, derart, daß die Leitung 52 von

   selspannung ab, welche im Falle, indem sie innerhalb den Mittelpunkten der Elektroden 38 und 40 weg-

   des Durchlaßbereiches des Frequenzfilters liegt, in 35 führend an die zusätzliche Säule angeschlossen wird,

   entsprechender Größe über dem Lastwiderstand R_L um das Filter 10 an vier in Abstand voneinander an-

   am Ausgang des Frequenzfilters abfällt. geordneten Punkten aufzuhängen.

   Bei dem in F i g. 3 dargestellten Diagramm, zu des- Obwohl die das Frequenzfilter bildenden Schwing-

   sen Erhalt ein einziges Kopplungselement wie das kristalle als dünne Scheiben gezeigt und beschrieben

   in F i g. 1 gezeigte Kopplungselement 12 oder 14 ver- 40 sind, sei darauf hingewiesen, daß auch Schwingkri-

   wendet wurde, umfaßt die Abszisse etwa einen Fre- stalle anderer Form verwendet werden können,

   quenzbereich von 100 kHz, wobei die Bandmittenfre- τ> + + u

   quenz mit /₀ bezeichnet ist. Die Keramikscheiben des ratentansprucn:

   Kopplungselementes waren dabei jeweils etwa Piezoelektrisches Festfrequenzfilter mit min-

   0,64 mm dick und besaßen einen Durchmesser von 45 destens zwei jeweils aus mechanisch miteinander

   etwa 5,33 mm. Die keramische Masse des Wandlers verbundenen Keramikscheiben bestehenden Reso-

   hatte eine Dielektrizitätskonstante von 1200 und natoren, die elektrisch in Kette geschaltet sind

   eine mechanische Güte von 350. Der Innenwider- und die fluchtend hintereinander angeordnet sind,

   standi?_s der Quelle30 betrug etwa 10000 Ohm, dadurch gekennzeichnet, daß aufein-

   während der Verbraucherwiderstand R_L zwischen 50 anderfolgende Resonatoren (12, 14) gleichgerich-

   200 und 5000 0hm lag. Beide Keramikscheiben tete Polarität besitzen.

   waren mit einer Gleichspannung von 1100 Volt pola-

   risiert und besaßen eine Eigenresonanz von In Betracht gezogene Druckschriften:

   f_Q = 262 kHz. USA.-Patentschrift Nr. 2 877 432.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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