DE2037209C3 - Mechanisches Filter mit mehreren, achsparallel angeordneten Torsionsresonatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Filter mit mehreren, achsparallel angeordneten Torsionsresonatcren, dessen Endresonaloren mit elektromechanischen Wandlern zum Übergang von elektrischen auf mechanische bzw. zum Übergang von mechanischen auf elektrische Schwingungen verbunden sind und dessen einzelne Resonatoren über wenigstens ein Längsschwingungen ausführendes, als durchgehender Draht mit über seine gesamte Länge gleichbleibendem Querschnitt ausgebildetes Koppelelement gekoppelt sind, das senkrecht zu den Längsachsen der Resonatoren verläuft und mit den einzelnen Resonatoren an den jeweiligen Kopplungsstellen kraftschlüssig verbunden ist, und bei dem weiterhin zur Erzielung einer vorgegebenen Filtercharakteristik die Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Resonatoren in der Weise unterschiedlich gewählt ist, daß die Abstände zwischen einander benachbarten Kopplungsstellen unterschiedlich sind.

Bekanntlich haben mechanische Filter in der modernen Nachrichtentechnik deshalb eine große Bedeutung erlangt, weil sie in dem für sie geeigneten Frequenzbereich gegenüber den mit konzentrierten Schaltelementen aufgebauten Filtern eine Reihe von Vorteilen aufzuweisen haben, wie beispielsweise die hohe Schwinggüte der einzelnen Resonatoren, den geringen Raumverbrauch des Filters sowie geringe Temperaturabhängigkeit. Es ist beim Aufbau solcher Filter möglich, verschiedene mechanische Schwingungsformen heranzuziehen, wovon unter anderem Torsionsschwingungen der Resonatoren und Längsschwingungen der Koppelelemente eine mögliche Kombination darstellen. In diesem Zusammenhang ist es durch die Zeitschrift »Archiv der elektrischen Übertragung« (AEÜ), Band 17 März 1963, Seiten 103 bis 107 bereits bekanntgeworden bei einem derartigen Filter die einzelnen, achsparalle zueinander angeordneten Torsionsresonatoren durcl· Längsschwingungen ausführende Koppelelemente ir einer solchen Weise miteinander zu verbinden, daß dei Abstand der Koppelstellen direkt benachbarter Resona toren ein Viertel der im Koppelelement auftretender Wellenlänge beträgt. Beim Entwurf eines Filters nacl den Regeln der sogenannten Betriebsparametertheorii zeigt sich, daß zur Erzielung einer vorgegebene! Filtercharakteristik, wie beispielsweise einer maxima flachen oder einer Tschebyscheffschen-Charakteristik der Kopplungsgrad benachbarter Resonatoren unter schiedlich ausgebildet werden muß, was durch Verwen dung von Koppelelement-Abschnitten unterschiedli chen Durchmessers, oder bei Verwendung untereinan der gleicher Koppelelement-Abschnitte durch unter schiedliche Resonatormassen, die beim bekannten Filte durch in einigen Resonatoren vorgesehenen Längsbor rungen erzeugt werden, erzielbar ist. Gegebenenfal

lassen sich benacbtnrte Resonatoren auch durch zusätzliche Koppcielernente unterschiedlich verkoppeln, wie dies beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1147 335 bekannt geworden ist. Der Aufbau solcher Filter erfordert jedoch zusätzliche fertigungstechnische Maßnahmen insofern, als zur Erzielung unterschiedlicher Kopplungen zwischen aufeinanderfolgenden Resonatoren entweder verhältnismäßig genau tolerierte Bohrungen in einigen Resonatoren vorgesehen werden müssen, oder es müssen bei Verwendung von Resonatoren gleicher Resonatormasse wenigstens ein zusätzlicher, der direkten Verkopplung benachbarter Resonatoren dienender Koppelelement-Abschnitt zwingend vorgesehen werden. Wegen der fest vorgegebenen Länge der einzelnen Koppelelemente läßt sich somit eine von der Anzahl der Resonatoren abhängige Mindestbaulänge nicht unterschreiten. Darüber hinaus wird bei den bekannten Filtern eine Halterung verwendet, bei denen sämtliche Resonatoren durch einen gemeinsamen Haltedraht miteinander verbunden sind, der an sich in Schwingungsknoten der Resonatoren angreift. Wenn, bedingt durch unvermeidliche Herstellungstoleranzen, der Haltedraht nicht mehr genau im Schwingungsknoten befestigt ist, dann wird er in den Schwingungsvorgang einbezogen und wirkt damit als zusätzlicher Koppler, durch den die ursprünglich gewünschte Kopplung verfälscht wird.

Es sind durch die deutsche Gebrauchsmusterschrift 19 54 102 bereits mechanische Frequenzfilter mit zylindrischen oder prismatischen, mit ihrer Längsachse quer zur Filterachse angeordneten Resonatoren, die durch geradlinig durchlaufende Koppeldrähte miteinander verbunden sind, bekannt geworden, bei denen zur Einstellung des Kopplungsfaktors zwischen benachbarten Resonatoren die wirksame Länge der Koppeldrähte zwischen den Resonatoren unterschiedlich gewählt ist. Eine mögliche Ausgestaltung solcher Filter besteht darin, daß die Resonatoren zu Torsionsschwingungen und die Koppeldrähte zu Longitudinalschwingungen anregbar sind. Als spezielle Bemessungsvorschrift und zugleich bevorzugte Ausführungsform solcher Filter wird dabei angegeben, daß der im Filter auftretende maximale Abstand zweier benachbarter Koppelstellen etwa eine Viertelwellenlänge beträgt, was für den speziellen Fall bedeutet, daß die mittleren Resonatoren des Filters durch eine etwa UA lange Koppelleitung miteinander verbunden sind. Solche Bemessungen haben aber zur Folge, daß eine gewisse Mindestbaulänge nicht zu unterschreiten ist und es zeigt sich ferner, daß im Koppelelement parasitäre Biegeeigenschwingungen auftreten. Je größer aber die Länge der Koppelelemente ist, um so geringer ist der Frequenzabstand benachbarter parasitärer Biegeeigenschwingungen, was auch eine stärkere Störung der Filtercharakteristik mit sich bringt, da ja auch parasitäre Koppelschwingungen die Resonatoren eines Filters miteinander verkoppeln.

In der US-Patentschrift 29 55 267 ist ferner ein elektromechanisches Bandpaßfilter angegeben, dessen Resonatoren Torsionsschwingungen ausführen und dessen Koppelelemente als Längskoppler wirken. Wesentlich für dieses Filter ist jedoch, daß die Länge der Koppelelemente gleich ist einer halben Wellenlänge, da nämlich hierdurch Serienresonanzkreise nachgebildet werden, die im Längszweig einer elektrischen Abzweigschaltung liegen. Aufgrund der Verwendung von λ/2-Kopplungen sind also gewisse vorgegebene Mindestbaulängen nicht zu unterschreiten.

Durch die deutsche Patentschrift 12 57 993 ist ferner ein mechanisches Frequenzfilter bekannt, welches aus mindestens drei Resonatoren besteht, die über mechanische Koppelleitungen in Kette geschaltet sind, und welches durch Umwegkopplung herbeigeführte Dämpfungspole aufweist. Bei diesem Filter wird die Umwegkopplung durch mechanische Verbindung nicht unmittelbar aufeinanderfolgender Resonatoren durch eine oder mehrere zusätzliche Koppelleitungen verwirklicht. Eine bevorzugte Ausführungsform dieses bekannten Filters ist darin zu sehen, daß bei einer Länge der Koppelleitungen aufeinanderfolgender Resonatoren von etwa λ/4 die zusätzlichen Koppelleitungen eine Länge haben, die etwa ein ungerades Vielfaches von λ/4 beträgt. In der DT-OS 14 41 269 sind für solche Filter Möglichkeiten zur Erzeugung von Poistellen in der Filtercharakteristik angegeben. Es werden dabei nicht unmittelbar aufeinanderfolgende Resonatoren durch zusätzliche Koppelleitungen mechanisch derart miteinander verbunden, daß sich Polstellen bei nicht reellen, nicht physikalischen Frequenzen ergeben. Insbesondere haben bei Verwendung von in Torsionsschwingungen erregbaren, angenähert achsparallel angeordneten Resonatoren und longitudinaler λ/4-Kopplung die zusätzlichen Koppelleitungen eine Länge von 3 λ/4, was jedoch ebenfalls zur Folge hat, daß bei einem derartigen Aufbau eine gewisse Mindestbaulänge nicht zu unterschreiten ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Filter mit längsgekoppelten Torsionsresonatoren anzugeben, bei dem eine an sich beliebige Filtercharakteristik erzielbar ist, und das bei möglichst einfacher Herstellung gleichzeitig eine erhebliche Verkürzung der Baulänge bei einer möglichst vollständigen Entkopplung der Resonatoren durch die Halterung ermöglicht, und darüber hinaus die Forderung erfüllt, daß der Abstand der Koppelstellen mit hoher Genauigkeit eingehalten wird.

Ausgehend von einem mechanischen Filter mit mehreren, achsparallel angeordneten Torsionsresonatoren, dessen Endresonatoren mit elektromechanischen Wandlern zum Übergang von elektrischen auf mechanische bzw. zum Übergang von mechanischen auf elektrische Schwingungen verbunden sind und dessen einzelne Resonatoren über wenigstens ein Längsschwingungen ausführendes, als durchgehender Draht mit über seine gesamte Länge gleichbleibendem Querschnitt ausgebildetes Koppelelement gekoppelt sind, das senkrecht zu den Längsachsen der Resonatoren verläuft und mit den einzelnen Resonatoren an den jeweiligen Kopplungsstellen kraftschlüssig verbunden ist, und bei dem weiterhin zur Erzielung einer vorgegebenen Filtercharakteristik die Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Resonatoren in der Weise unterschiedlich gewählt ist, daß die Abstände zwischen einander benachbarten Kopplungsstellen unterschiedlich sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der im Filter auftretende größte Abstand zwischen wenigstens zwei benachbarten Kopplungsstellen um wenigstens 35% kürzer als ein Viertel der im Koppelelement zwischen den einzelnen Kopplungsstellcn auftretenden Wellenlänge ist, daß die Resonatoren zumindest an den Kopplungsstellen mit einer Abflachung versehen sind, daß zur Halterung des Filters an wenigstens einigen der Resonatoren wenigstens ein Haltedraht angebracht ist, der einerseits im Bereich des Schwingungsknotens am jeweiligen Reso-

nator angreift und der andererseits in einer Halteplatine verankert ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorerwähnten Filters ist darin zu sehen, daß die Abstände einander benachbarter Koppelstellen zur Filtermitte hin zunehmen.

Zur Erzeugung von Dämpfungspolen ist es möglich, daß einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren durch wenigstens ein zusätzliches, Längsschwingungen ausführendes Koppelelement miteinander gekoppell sind. Hierbei kann der Abstand der Kopplungsstellen überbrückter Resonatoren kleiner sein als der Abstand zu den Kopplungsstellen der ihnen unmittelbar benachbarten Resonatoren.

Für die Herstellung polerzeugender Filter ist es günstig, wenn das zusätzliche Koppelelement parallel zum durchgehenden Koppeldraht verläuft oder wenn das zusätzliche Koppelelement an den Stirnseiten von zwei der Resonatoren befestigt ist und wenn dabei die Befestigungspunkte auf verschiedenen Seiten der allen Resonatoren gemeinsamen Mittelebene liegen. Die Filtercharakteristik läßt sich noch dadurch beeinflussen, daß überbrückte Resonatoren einschließlich von wenigstens einem ihnen unmittelbar benachbarten Resonator durch wenigstens ein weiteres Koppelelement überbrückt sind.

Vorteilhafte mechanische Ausgestaltungen lassen sich dadurch erzielen, daß die Durchmesser sämtlicher Resonaioren gleich groß und kleiner als der kleinste auftretende Abstand zweier benachbarter Kopplungsstellen sind.

Zur Beeinflussung der Filtercharakteristik ist es ferner möglich, den Durchmesser von wenigstens einem Resonator unterschiedlich gegenüber dem Durchmesser der übrigen Resonatoren zu wählen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

Es zeigen in der Zeichnung:

F i g. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung;

F i g. 2 einen Ausschnitt aus einem mechanischen Filter in der Draufsicht unter Verwendung zusätzlicher Überkopplungen;

F i g. 3 einen Ausschnitt in der stirnseitigen Ansicht unter Verwendung einer zusätzlichen Überkopplung;

Fig.4 einen Ausschnitt aus einem mechanischen Filter mit unterschiedlichen Resonatoren.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist ein aus sieben Torsionsresonatoren 1 bis 7 bestehendes mechanisches Filter dargestellt, dessen einzelne Torsionsresonatoren über die Koppelelemente 9 und 9' miteinander gekoppelt sind. Gegebenenfalls läßt sich mit bereits einem Koppelelement, beispielsweise dem Koppelelement 9, eine ausreichende Kopplung zwischen den einzelnen Resonatoren erzielen, bzw. sind bei dünner Ausbildung der einzelnen Koppeldrähte zwei weitere Koppeldrähte auf der Unterseite der Resonatoren anbringbar, so daß sich eine vollständig symmetrische Ausführung ergibt. Das Koppelelement 9 ist über die Endresonatoren 1 und 7 hinausgeführt und endet in elektromechanischen Wandlern 8 und 8', die derart ausgebildet sein müssen, daß sie in der Lage sind, an ihnen anliegende elektrische Schwingungen in mechanische Längsschwingungen umzuwandeln, so daß die Koppelelemente 9 mechanische Längsschwingungen ausführen, wie dies durch die Pfeile 19 kenntlich gemacht ist. Elektromechanische Wandler, die derartige Bedingungen erfüllen, sind an sich bekannt und können beispielsweise aus Längsresonatoren bestehen. Im einzelnen soll an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen werden, da an sich beliebige, geeignete Wandlerelemente verwendbar sind, wenn nur dafür gesorgt ist, daß beispielsweise der elektromechanische Wandler 8 elektrische Schwingungen in mechanische Längsschwingungen umwandelt, die im elektromechanischen Wandler 8' in elektrische Schwingungen zurückverwandelt werden.

Die einzelnen Torsionsresonatoren 1 bis 7 bestehen aus zylindrischen Körpern, die derart angeordnet sind, daß ihre mittleren Längsachsen zueinander parallel verlaufen. Der einzelne Koppeldraht 9 bzw. 9' verläuft senkrecht zu den Längsachsen der Resonatoren und ist mit diesen an den jeweiligen Koppelstellen 21 bis 27, die im Ausführungsbeispiel auf Mantellinien der Resonatoren 1 bis 7 liegen, krafischlüssig verbunden. Wenn die Resonatoren und die Koppelelemente aus einem metallischen Material bestehen, wird man zweckmäßig die kraftschlüssige Verbindung durch Schweißen herstellen.

Bei Torsionsresonatoren bildet sich bekanntlich entlang ihrer Mittelebene, die durch die doppelt strichpunktierte Linie 17 kenntlich gemacht ist, ein Schwingungsknoten aus, d. h. an dieser Stelle führen die Resonatoren praktisch keine Bewegung aus. In diesen Stellen greifen Haltcdrähtc 11 an, die andererseits in einer Halteplatinc JO verankert sind. Vorzugsweise versieht man jeden der Resonatoren 1 bis 7 mil einem derartigen Haltedraht und es kann gegebenenfalls auf der Unterseite des Filters eine weitere Halteplatinc vorgesehen sein, so daß sämtliche Resonaioren beidseitig gestützt bzw. aufgehängt sind. Als Hallcplatine 10 benutzt man zweckmäßig gleich das Filtergehäuse oder eine Grundplatte. Die Länge der Haltedrähte 11 kann an sich beliebig kurz gewählt werden, wodurch die Höhenabmessungen des Filters nur wenig größer als der Durchmesser der Resonatoren werden. Es muß nur dafür gesorgt sein, daß die Torsionsresonatoren 1 bis 7 in Verbindung mit den Koppelelementen 9, 9' frei schwingen können.

Wenn durch den elektromechanischen Wandler B, der im Ausführungsbeispiel den Eingangswandlcr darstellen soll, der Resonator 1 zu Torsionsschwingunger entsprechend der durch den Pfeil 20 kenntlich gemachten Schwingungsrichtung angeregt wird, danr haben diese Torsionsschwingungen Längsschwingungen im Koppelelement 9 bzw. 9' zur Folge. Diese Längsschwingungen regen auch die Resonatoren 2 bis / zu Torsionsschwingungen an und es können schließlich im elektromechanischen Wandler 8' die mechanischer Schwingungungen in elektrische Schwingungen zurück verwandelt werden. Die Frequenzlage des Durchkißbe reichs des mechanischen Filters gemäß Fig. 1 win bekanntlich im wesentlichen von der Eigenrcsonanzfre quenz der Torsionsresonatoren 1 bis 7 bestimmt, dii wiederum im wesentlichen von der Länge des cinzclnci Resonators abhängig ist. Für die Bandbreite und di< Filtercharakteristik ist außerdem die Stärke de Kopplung zwischen den einzelnen Resonatoren bestim mend und es können je nach der Kopplung an siel beliebige Filtercharektcristiken, wie beispielsweise eil maximal flacher oder ein Tschebyschcffschcr Dämp fungsverlauf, erzielt werden. Für die Stärke de Kopplung ist einerseits die Querschnittsabmessung de Koppeldrahtes 9 bzw. 9' sowie der Abstand b de Koppeldrahtes 9 bzw. 9' vom Schwingungsknoten 1 maßgebend, da nämlich mit zunehmendem Abstand

der Koppeldraht 9 in Bereiche größerer Schwingungsamplituden gelangt und damit die Kopplung verstärkt wird. Abgesehen von diesen fest vorgegebenen Bemessungen wird die Stärke der Kopplung durch den Abstand einander benachbarter Kopplungsstellen bestimmt. In Fig. 1 ist bereits ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel insofern dargestellt, als der Abstand einander benachbarter Kopplungsstellen zur Filtermitte hin zunimmt. So haben die Kopplungsstellen 21 und 22 bzw. die Kopplungsstellen 26 und 27 den Abstand a 1, die Kopplungsstellen 22 und 23 bzw. die Kopplungsstellen 25 und 26 den Abstand a 2 und schließlich die Kopplungsstelien 23 und 24 bzw. 24 und 25 den Abstand a 3. Wie eingangs bereits erwähnt, ist die Stufung, d. h. also die unterschiedliche Wahl der Stärke der Kopplung einander benachbarter Resonatoren immer dann erforderlich, wenn es darauf ankommt, bei einem beispielsweise nach der Betriebsparametertheorie berechneten Filter eine vorgegebene Filtercharakteristik zu erzielen. Im allgemeinen wird vorzugsweise eine Filtercharakteristik mit maximal flachem Verlauf oder mit einem Tschebyscheffschen Verlauf angestrebt, bei dem sämtliche Maxima die gleiche Höhe hinsichtlich der Dämpfung bzw. des Reflexionsfaktors besitzen. Um eine möglichst gedrängte Bauweise hinsichtlich der Längenabmessung des Filters zu erzielen, ist ferner dafür gesorgt, daß selbst der größte Abstand einander benachbarter Kopplungsstellen, im Ausführungsbeispiel also der Abstand a 3, kleiner als ein Viertel der im Koppelelement, beispielsweise zwischen den Koppelstellen 23 und 24 auftretenden Wellenlänge ist. Es ist ferner darauf geachtet, daß der kürzeste Abstand benachbarter Kopplungsstelien, z. B. der Abstand a I, um wenigstens 35% kürzer als ein Viertel der im Koppelelement 9, 9' zwischen den einzelnen Koppelstellen 21 bis 27 auftretenden Wellenlänge gewählt ist. Für die technische Realisierbarkeit des Filters läßt sich ein gewisser Mindestdurchmesser der einzelnen Resonatoren selbstverständlich nicht unterschreiten. Wenn sich dabei zur Erzielung der erforderlichen Kopplung zeigt, daß der Abstand benachbarter Kopplungsstellen kleiner als der Resonatordurchmesser werden muß, dann läßt sich der Kopplungsabstand um λ/2 vergrößern, wobei der Kopplungsgrad erhalten bleibt. Dabei ist λ die im jeweiligen Kopplungsabschnitt auftretende Wellenlänge. Bei dieser Maßnahme kann es sich ergeben, daß der Abstand benachbarter Kopplungsstelien um wenigstens 35% größer als ein Viertel der im Koppclelcmcni-Abschnitl auftretenden Wellenlänge wird.

Wenn es darauf ankommt, sogenannte Polstellen, d. h. komplexe oder reelle Polstellcn in der Filtercharaktcristik zu erzeugen, besteht die Möglichkeit, einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren durch wenigstens ein zusätzliches, Längsschwingungen ausführendes Koppelelement miteinander zu koppeln. Entsprechende Ausführungsbcispicle sind in den F i g. 2 und 3 schematisch dargestellt und es können dabei Polstellcn entweder bei reellen oder bei komplexen Frequenzen oder bei beiden erzeugt werden. Polstellen bei reellen Frequenzen haben bekanntlich Pole im Dämpfungsverhnlicn zur Folge, während sich Polstellen bei komplexen Frequenzen auf das Laufzeitverhallen eines Filters, das häufig ebenfalls vorgegeben ist, auswirken.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist lediglich ein <>5 Ausschnitt aus dem Filter nach F i g. I mit den Resonatoren 3 bis 7 in der Draufsicht dargestellt und es sind deshalb funktionsglckiie Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Zur Erzeugung von Polstellen in der Filtercharakteristik sind einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren durch das zusätzliche Koppelelement 12 miteinander gekoppelt, im Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 also die Resonatoren 4 und 7, so daß die Resonatoren 5 und 6 durch das Koppelelement 12 überbrückt sind. Wenn Polstellen in der Dämpfungscharakteristik erzeugt werden sollen, dann zeigt sich bei der Berechnung eines derartigen Filters, daß die Kopplung zwischen überbrückten Resonatoren verhältnismäßig fest sein muß und es ist deshalb der Abstand a 2' der überbrückten Resonatoren 5 und 6 kleiner gewählt als der Abstand a Γ bzw. a 3' der ihnen unmittelbar benachbarten Resonatoren 4 bzw. 7. Das Koppelelement 12 ist dabei so angebracht, daß es parallel zu den durchgehenden Koppeldrähten 9 bzw. 9' verläuft. Je nach der Anzahl der überbrückten Resonatoren und der gewählten Länge der Koppelelement-Abschnitte und damit der Länge des zusätzlichen Elements 12 ergeben sich entweder Polstellen in der Filtercharakteristik bei reellen oder bei komplexen Frequenzen.

Eine weitere Möglichkeit zur Anbringung wenigstens eines zusätzlichen Koppclclements, das einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren miteinander verbindet, ist schematisch in F i g. 3 dargestellt, die in stirnseitiger Ansicht einen Ausschnitt mit den Resonatoren 4 bis 7 aus F i g. 1 zeigt. Dabei wird das zusätzliche Koppelelement 12' an den Stirnseiten der Resonatoren 5 und 7 in der Weise befestigt, daß die Befestigungspunktc auf verschiedenen Seiten der allen Resonatoren gemeinsamen Mittelebene 15 liegen. Das zusätzliche Koppelelement ist mit der Bezugsziffer 12' bezeichnet und führt ebenfalls überwiegend Längsschwingungen aus. Die Stärke der zusätzlichen Kopplung, durch die die Frcquenzlagc der Polstellcn bestimmt wird, läßt sich, abgesehen von den Abmessungen und den Materialeigenschaften, durch den Abstand der Befestigungspunkte vom Mittelpunkt M regulieren, wobei vorzugsweise die Befestigungspunktc in einer durch die Mittelpunkte M gehenden Linie liegen, die senkrecht auf die gemeinsame Mittelcbene 15 stellt.

)e nach Anzahl der überbrückten Resonatoren und der gewählten Länge der Koppelelement-Abschnittc und damit der Länge des zusätzlichen Elements 12 ergeben sich entweder Polstellen in der Filtcrcharakteristik bei komplexen oder bei reellen Frequenzen, d. h. also lediglich in umgekehrter Zuordnung wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2.

Bei den Ausführungsbcispiclen nach den F i g. 2 und 3 lassen sich Pole bei reellen und komplexen Frequenzen, d. h. also Dämpfungspolc und die Beeinflussung der Laufzeit noch in der Weise vornehmen, daß überbrückte Resonatoren einschließlich von wenigstens einem ihnen unmittelbar benachbarten Resonator durch wenigstens ein weiteres Koppelelement überbrückt werden. Eine entsprechende Ausführung ist in F i g. 2 gezeigt, in dci zusätzlich die Resonatoren 3 und 7 durch da; Koppelelement 13 überbrückt sind.

In den Ausführungsbeispielcn nach den Fi g. 2 und : können die zusätzlichen Koppelelement 12, 12' und I.': an sich eine beliebige Anzahl von Resonatoren überbrücken, oder es können auch weitere zusätzliche (Jbcrbrückiingcn vorgesehen sein, die beispielsweise in Ausführungsbeispiel nach F i g. I zusätzlich zwischen den Resonatoren 1 und 4 liegen.

Im allgemeinen bemißt man die Resonatoren so, dal ihre Durchmesser untereinander gleich groß sine

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jedoch kleiner als der kleinste auftretende Abstand benachbarter Kopplungsstellen. Auf diese Weise erhält man ein Filter, das eine verhältnismäßig geringe Baulänge erforderlich macht und das hinsichtlich der Anforderunger; bei der Fertigung am besten zu beherrschen ist.

Es ist jedoch auch möglich, wie in F i g. 4 gezeigt, bei wenigstens einem Resonator den Durchmesser unterschiedlich gegenüber den Durchmessern der übrigen Resonatoren zu wählen, falls dies durch die für die Erzielung der Filtercharakteristik erforderliche Kopplung gewünscht ist. Bemißt man nämlich den Durchmesser eines einzelnen Resonators unterschiedlich gegenüber dem Durchmesser der ihm benachbarten Resonatoren, dann ergibt sich dadurch ebenfalls die Möglichkeit, eine unterschiedliche Kopplung aufeinanderfolgender Resonatoren einzustellen, und zwar deshalb, weil bei gleichbleibendem Kopplungsdraht und gleichbleibendem Kopplungsabstand die Masse des den kleineren Durchmesser aufweisenden Resonators geringer ist, was zwingend auf die Stärke der Kopplung zurückwirkt.

Bei der Verschweißung der Koppeiclemcnte 9 bzw. 9' mit den Resonatoren I bis 7 zeigen sich mitunter nicht exakte Schwcißsidien in den Bereichen, in denen die Koppelelemente gewissermaßen eine Tangente der Resonatoren bilden. Wenn solche Schweißstellen beispielsweise durch eine Stoßbeanspruchung aufgelöst werden, dann ändert sich dadurch der Abstand der Koppelabschnitte und damit der Kopplungsgrad. Um dies zu vermeiden, versieht man die einzelnen Resonatoren zumindest in den Bereichen der jeweiligen Kopplungsstellen mit einer Abflachung, wie dies in Fig. 4 ebenfalls zu erkennen ist. Auf diese Weise ergeben sich verhältnismäßig scharfe Übergänge zwischen den einzelnen Resonatoren und dem Koppelelement, und es entstehen an jedem Resonator zwei besonders ausgeprägte Schweißstellen, die in F i g. 4 mit den Bezugsziffern 24 bis 27 bzw. 24' bis 27' kenntlich gemacht sind und die an den Übergangsstellen von der Abflachung zur kreisförmigen Kontur der Resonatoren liegen. Anstelle der Anbringung der Abflachung im Bereich der Koppelstellen ist auch eine Abflachung über die gesamte Resonatorlänge möglich. Abgesehen von der durch diese Maßnahme exakt er/.ielbaren Kopplung

ίο läßt sich eine weitere Verringerung des Kopplungsabstandes erzielen.

Wie bereits erwähnt, läßt sich bei dem beschriebenen Filter trotz einer möglichst geringen Biiulänge, die durch einen sehr engen Abstand der einzelnen Resonatoren möglich wird, an sich jede gewünschte Filtercharakteristik einstellen. Durch die zusätzlichen Koppelelemente können erforderlichenfalls Pole in der Filtercharakteristik erzielt werden, wodurch die Anzahl der Resonatoren möglichst gering gehalten werden kann. Da weiterhin jeder einzelne Resonator für sich gehaltert ist, wird die zwischen den Resonatoren erforderliche Kopplung auch dann nicht verfälscht. wenn aufgrund der Herstellungstoleranzcn die llaltcdrähte 11 nicht exakt in dnn Schwingungsknoten angreifen und somit geringfügig in das Schwingungsgeschehen der Resonatoren einbezogen werden. Die sich daraus ergebende Abweichung der Resonanzfrequenz des Resonators läßt sich beim Abgleich ohne weiteres ir den Resonator einstimmen. Weiterhin stellt die Halteplatine 10 eine gegenüber den Haltcelcmenten 11 derart große Mnsse dar, daß auf sie auftreffendc Schwingungen praktisch nicht übertragen werden, unc somit die ursprünglich eingestellte Kopplung crhalter bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Pattntansprüche:

   !. Mechanisches Filter mit mehreren, achsparaliel angeordneten Torsionsresonatoren, dessen Endresonatoren mit elektromechanischen Wandlern zum Übergang von elektrischen auf mechanische bzw. zum Übergang von mechanischen auf elektrische Schwingungen verbunden sind und dessen einzelne Resonatoren über wenigstens ein Längsschwingungen ausführendes, als durchgehender Draht mit über seine gesamte Länge gleichbleibendem Querschnitt ausgebildetes Koppelelement gekoppelt sind, das senkrecht zu den Längsachsen der Resonatoren verläuft und mit den einzelnen Resonatoren an den jeweiligen Kopplungsstellen kraftschlüssig verbunden ist, und bei dem weiterhin zur Erzielung einer vorgegebenen Filtercharakteristik die Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Resonatoren in der Weise unterschiedlich gewählt ist, daß die Abstände zwischen einander benachbarten Kopplungsstellen unterschiedlich sind, dadurch gekennzeichnet, daß der im Filter auftretende größte Abstand (z. B. a 3) zwischen wenigstens zwei benachbarten Kopplungsstellen (z. B. 23, 24) um wenigstens 35% kürzer als ein Viertel der im Koppelelement (9, 9') zwischen den einzelnen Kopplungsstellen auftretenden Wellenlänge ist, daß die Resonatoren (1 bis 7) zumindest an den Kopplungsstellen (21 bis 27) mit einer Abflachung versehen sind, daß zur Halterung des Filters an wenigstens einigen der Resonatoren (2, 4, 6) wenigstens ein Haltedraht (11) angebracht ist, der einerseits im Bereich des Schwingungsknotens (17) am jeweiligen Resonator <2, 4, 6) angreift und der andererseits in einer Halteplatine (10) verankert ist.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (a\, a 2, a 3) einander benachbarter Koppelstellen (21 bis 27) zur Filtermitte hin zunehmen.
3. 3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einander nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren durch wenigstens ein zusätzliches, Längsschwingungen ausführendes Koppelelement (12,12') miteinander gekoppelt sind.
4. 4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a 2') der Kopplungsstellen (25,

   26) überbrückter Resonatoren (5, 6) kleiner ist als der Abstand (a\',a 3') zu den Kopplungsstellen (24,

   27) der ihnen unmittelbar benachbarten Resonatoren (4,7).
5. 5. Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Koppelelement (12) parallel zum durchgehenden Koppeldraht (9,9') verläuft.
6. 6. Filter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dall das zusätzliche Koppelelement (12') an den Stirnseiten von zwei (5, 7) der Resonatoren (1 bis 7) befestigt ist, und daß die Befestigungspunkte auf verschiedenen Seiten der allen Resonatoren (1 bis 7) gemeinsamen Mittelebene (15) liegen.
7. 7. Filter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß überbrückte Resonatoren (5, 6) einschließlich von wenigstens einem ihnen unmittelbar benachbarten Resonator (4) durch wenigstens ein weiteres Koppelelement (13) überbrückt sind.
8. 8. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser sämtlicher Resonatoren (1 bis 7) gleich groß und kleiner als der kleinste auftretende Abstand (al¹, a 2') zweier benachbarter Kopplungssteller. sind.
9. 9. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser von wenigstens einem Resonator (4' bzw. 7') unterschiedlich gegenüber dem Durchmesser der übrigen Resonatoren (1,2,3,5,6) gewählt ist.