DE1242770B - Mechanisches Frequenzfilter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. CL:

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

H03h

Deutsche KL: 21g-34

1242770
T13399IXd/21g
22. März 1957
22. Juni 1967
14. Dezember 1967

Auslegetag:
Ausgabetag:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Frequenzfilter, bei welchem mehrere leitungsartige, als mechanischer Zweipol und/oder als mechanischer Vierpol wirksame, im gleichen Schwingungsmodus erregte Resonanzkörper und leitungsartige, als mechanischer Vierpol wirksame Koppelelemente vorgesehen sind und bei welchem der Wellenwiderstand aller Koppelvierpole vom Wellenwiderstand der Resonanzelemente wesentlich verschieden ist und bei welchem die Koppelvierpole Nebenwellen dämpfen.

Wie aus der Abhandlung »Magnetostriction Devices and Mechanical Filters for Radio Frequencies, Part III - Mechanical Filters« von W. van B. Roberts in der Zeitschrift »QST«, Vol. 37, Nr. 8, S. 32 bis 35 und S. 110 (August 1953), hervorgeht, gelangt man, ausgehend von den gewünschten Eigenschaften eines Filters, unter Berücksichtigung verschiedener Schwingungsformen von Wandlern, Resonatoren und Koppelelementen und bei Auswahl der jeweils am geeignetsten erscheinenden Werkstoffe für die Filterelemente zu einer Vielzahl von Realisationsmöglichkeiten.

So sind beispielsweise mechanische Frequenzfilter verschiedener Formen bekannt, die aus in Longitudinal-, Torsions- oder Plattenschwingungen angeregten zylindrischen oder plattenförmigen Resonanzkörpern bestehen, welche über zylindrische oder drahtförmige Kopplungselemente miteinander gekoppelt sind (Proc. I.R.E., Januar 1957, S. 5 bis 16). Auch sind schon mechanische Filter bekanntgeworden, die, aus T- oder H-förmigen Resonanzkörpern bestehen, die entweder ohne Koppelglieder direkt miteinander verbunden oder teilweise gelenkartig über, beispielsweise kurze, weiche Federn miteinander verkoppelt sind. Es hat sich gezeigt, daß derartige Filter außer dem gewollten Durchlaßfrequenzband häufig noch eine Reihe von Nebenwellen besitzen, die unter Umständen sehr nahe bei dem Durchlaßfrequenzbereich liegen und deren Ursachen noch nicht völlig geklärt sind. Vermutlich beruht das Auftreten solcher Nebenwellen auf der Anregung anderer als der gewollten Schwingungsformen. Es hat sich gezeigt, daß die Unterdrückung von Nebenwellen in gewissen Fällen durch einen Wechsel der Schwingungsform innerhalb des Filters durchgeführt werden kann. So ist bereits ein mechanisches Filter bekanntgeworden, dessen Resonanzkörper aus kurzen, dicken Scheiben besteht, die in Biegeschwingungen anregbar sind, und dessen Koppelelemente drei angeschweißte Drähte bilden, die in Longitudinalschwingungen anregbar sind. Weiterhin ist eine mechanische Filteranordnung bekanntgeworden, die Mechanisches Frequenzfilter

Patentiert für:
Telef unken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Ernst Kettel,
Horst Ohnsorge, Ulm/Donau

aus zwei ringförmigen Resonanzkörpern besteht, die in Ausdehnungsschwingungen anregbar sind, und die durch Kupplungsteile, die in einem Undefinierten Schwingungsmode angeregt diese ringförmigen Resonanzkörper koppeln. Weiterhin ist es durch die britische Patentschrift 703 020 bekannt, die elastischen Eigenschaften der Koppelelemente bei einem mechanischen Frequenzfilter mit Kristallschwingern zur Nebenwellendämpfung heranzuziehen. Und schließlich ist bereits vorgeschlagen worden, ein Filter aus in Torsionsschwingungen angeregten Resonanzelementen aufzubauen, die ebenso durch longitudinal schwingende Koppelelemente, insbesondere angeschweißte Drähte λ/4 Länge miteinander gekoppelt sind.

Inzwischen hat sich gezeigt, daß derartige Filter noch dadurch verbessert werden können, daß innerhalb des Filters die Schwingungsform der einzelnen Koppelelemente gewechselt wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung der Resonanzkörper untereinander mindestens zwei verschiedene Arten von Koppelvierpolen Anwendung finden, die sich durch ihren Schwingungsmodus unterscheiden.

Vor der Erläuterung der Erfindung an Beispielen sollen zunächst einige Arten von Kopplungen, die zwischen den einzelnen Resonanzkörpern möglich sind, an Hand der Fig. 1 bis 5 erläutert werden. Dabei sind bei den verschiedenen Elementen die Schwingungsformen durch Buchstaben angedeutet, und zwar für die Resonanzelemente durch große Buchstaben, für die Koppelelemente durch kleine Buchstaben. T bzw. t bedeutet Erregung in Torsionsschwingung, L bzw. / in Longitudinal- und B bzw. b in Biegeschwingungen.

F i g. 1 zeigt zwei zylindrische Resonanzkörper 1, die durch einen auf gleicher Achse liegenden Kopplungszylinder 2 geringeren Querschnitts miteinander gekoppelt sind. Ein solches, an sich bekanntes Gebilde kann sowohl in Torsionsschwingungen als auch

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in Longitudinalschwingungen erregt werden, wie für die ausgezogenen Pfeile einerseits und die gestrichelten Pfeile andererseits angedeutet ist. Unterhalb der Zeichnung ist durch T angedeutet, daß die beiden Resonanzkörper 1 in Torsionsschwingungen erregt sind und durch t, daß in diesem Falle auch das Koppelelement 2 Torsionsschwingungen ausführt. Oberhalb der Zeichnung ist durch L angedeutet, daß die Schwingkörper 1 in Longitudinalschwingungen erregt sind und durch /, daß in diesem Falle auch das Koppelelement 2 longitudinal erregt wird.

Fig. 2 zeigt die Kopplung zweier in Torsionsschwingungen erregter Resonanzkörper 1, die gemäß dem obenerwähnten älteren Vorschlag mittels Kopplungsdrähten 3 gekoppelt sind, die Longitudinalschwingungen übertragen. Entsprechend ist die Kopplungsart unterhalb der Zeichnung mit Γ, Z, T bezeichnet.

Fig. 3 zeigt die bekannte Kopplung zweier in Torsionsschwingungen erregter Resonanzkörper durch Biegeschwingungen. Hierzu sind zwischen den beiden gleicher Achse angeordneten Resonanzkörpem 1 Drähte 4 befestigt, wobei auch jede andere Anzahl von Kopplungsdrähten möglich ist. Dieser Fall ist mit Ύ, b, T zu bezeichnen.

Fig. 4 zeigt in gleicher Bezeichnungsweise eine Kopplung L, t, L, wobei als Resonanzkörper Zylinder 11 geringen Querschnitts dienen, die in Longitudinalschwingungen erregt sind und als Kopplungselement einen Zylinder 12 großen Querschnitts, der in Torsionsschwingungen erregt ist.

F i g. 5 zeigt den bekannten Fall L, b, L, bei dem die Zylinder 1 in Longitudinalschwingungen erregt sind und durch ein draht- oder bandförmiges Koppelelement 14, welches in Biegeschwingungen erregt ist, gekoppelt sind.

Bei allen diesen bekannten bzw. vorgeschlagenen Kopplungsarten haben die Resonanzelemente vorzugsweise die Länge λ/2 für die der Durchlaßfrequenz entsprechende mechanische Wellenlänge in dem Material des Schwingkörpers, während die Kopplungselemente vorzugsweise die Länge λ/4 besitzen. Während die bekannten Filter bisher stets so aufgebaut waren, daß durch das ganze Filter hindurch mit Ausnahme der Wandler sowohl die gleiche Kopplungsart als auch die gleiche Schwingungsform für die Resonanzkörper verwendet wurde, wird bei der Erfindung ■— wie erwähnt — die Kopplungsart im Zuge des Filters gewechselt, um in den einzelnen Resonanzelementen auftretende Nebenwellen, für welche die unterschiedlichen Kopplungselemente verschiedenen Übertragungseigenschaften besitzen, an ihrer Fortpflanzung durch das ganze Filter hindurch zu verhindern.

F i g. 6 zeigt als Beispiel die Ausführung eines Filters, bei dem zwischen der Kopplungsart gemäß F i g. 1 und der Kopplungsart gemäß F i g. 2 abgewechselt wird. Das Filter besteht aus vier Gruppen von je zwei in Torsionsschwingungen erregten Resonanzkörpern 1, die unter sich gemäß Fig. 1 durch einen koaxialen Zylinder 2 gekoppelt sind. Die einzelnen Gruppen sind durch Kopplungselemente 3 gemäß F i g. 2 miteinander gekoppelt. Zur Ein- und Auskopplung der Hochfrequenzenergie dienen über longitudinal schwingende Koppeldrähte 5 angekoppelte elektromechanische Energiewandler 6, die z. B.

aus vormagnetisierten, magnetostriktiven Ferritschwingern bestehen können, welche ihrerseits durch Koppelspulen 7 erregt werden. Die einzelnen Gruppen von Resonanzkörpern sind zwischen zwei festen Platten 8 großer Masse eingespannt. Dabei liegt zwischen dem Einspannpunkt und dem Resonanzkörper jeweils ein Koppelelement 2 von z. B. 2/4 Länge.

Eine Abwandlung der an Hand der F i g. 6 beschriebenen Anordnung zeigt F i g. 7, bei der die einzelnen ίο Gruppen zwischen den beiden Platten 6 großer Masse durch eine Spitzenlagerung 9 gehalten werden. In den folgenden Abbildungen sind rein schematisch weitere Möglichkeiten zum Aufbau von Filtern mit gemischter Kopplung gemäß der Erfindung darts gestellt, wobei — wie in den Fig. 1 bis 5 — durch große Buchstaben L, T und B die Schwingüngsart der Resonanzkörper (Longitudinal-, Torsions- bzw. Biegeschwingungen) bezeichnet ist, während mit kleinen Buchstaben /, t und b die Schwingungsform der ao Koppelelemente entsprechend bezeichnet ist. Fig. 8 zeigt z. B. den Fall T, t, T, b, T, also bei den Koppelelementen einen Wechsel zwischen Torsionsund Biegekopplung. F i g. 9 zeigt den Fall T, t, T, I, T und F i g. 10 den Fall L, I, L, b, L. F i g. 11 zeigt den Fall L, t, L, I, L und Fig. 12 den Fall T, I, T, b, T. In dieser Art lassen sich noch viele andere Möglichkeiten eines Wechsels der Kopplungsform bei gleichartig schwingenden Resonanzkörpern finden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mechanisches Frequenzfilter, bei welchem mehrere leitungsartige, als mechanischer Zweipol und/oder als mechanischer Vierpol wirksame, im gleichen Schwingungsmodus erregte Resonanzkörper und leitungsartige, als mechanischer Vierpol wirksame Koppelelemente vorgesehen sind und bei welchem der Wellenwiderstand aller Koppelvierpole vom Wellenwiderstand der Resonanzelemente wesentlich verschieden ist und bei welchem die Koppelvierpole Nebenwellen dämpfen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kopplung der Resonanzkörper (1) untereinander mindestens zwei verschiedene Arten von Koppelvierpolen (2 bis 4) Anwendung finden, die sich durch ihren Schwingungsmodus unterscheiden.

2. Mechanisches Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus mehreren Gruppen von in Torsionsschwingungen erregten Resonanzkörpern (1) besteht, innerhalb deren die einzelnen Resonanzkörper (1) in an sich bekannter Weise torsional gekoppelt sind, und daß zwischen den einzelnen Gruppen longitudinal schwingende Koppelelemente (3) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 969 549;
schweizerische Patentschrift Nr. 248 955;
britische Patentschrift Nr. 703 020;
USA.-Patentschrift Nr. 2 240 306;

»Proceedings of the Institute of Radio Engineers«, Januar 1956, Vol. 44, Nr. 1, S. 14 bis 18; Januar 1957, Vol. 45, Nr. 1, S. 5 bis 16;

»Radio-Magazin«, 1953, Nr. 8, S. 254 und 255:
»QST«, August 1953, Vol. 37, Nr. 8, S. 32 bis 35 und 110.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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