DE1264635B - Elektromechanisches Filter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03h

Deutsche Kl.: 21g-34

Nummer: 1 264 635

Aktenzeichen: S 77973IX d/21 g

Anmeldetag: 9. Februar 1962

Auslegetag: 28. März 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromechanisches Filter, bestehend aus wenigstens zwei, vorzugsweise plattenförmig oder streifenförmig ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über mechnische Kopplungsstege zu einer mechanisch starren Einheit verbunden sind und bei dem der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich einen größeren Querschnitt hat als an seinen an die Resonatoren angrenzenden Enden.

Elektromechanische Filter der vorerwähnten Art werden meist aus einer rechteckförmigen Quarzplatte hergestellt, die durch entsprechende Aussparungen in die einzelnen Resonatoren und Kopplungsstücke zur Verbindung dieser Resonatoren unterteilt ist. Ein Beispiel hierfür zeigt die F i g. 1 der Zeichnung. Das elektromechanische Filter besteht aus zwei Flächenscherungsschwingern, die über eine schmale Kopplungsbrücke miteinander in Verbindung stehen. Die Kopplungsbrücke hat die Länge I und die Breite b und die gleiche Dicke wie die etwa quadratischen Flächenscherungsschwinger. Das gesamte Filter besteht aus einer durch die Aussparungen in die zwei Resonatoren geteilten dünnen Quarzplatte. Mit dieser Formgebung des Schwingkörpers ist jedoch der Kopplungsfaktor zwischen den beiden über die Kopplungsbrücke miteinander verbundenen Schwinger ,nach niedrigen Kopplungswerten hin begrenzt. Es wird nämlich die mechanische Festigkeit bei einer Vergrößerung von I und einer Verkleinerung von b im Sinn einer Verringerung des Kopplungsfaktors immer geringer.

Es ist durch die britische Patentschrift 822 536 bereits ein elektromechanisches Filter bekanntgeworden, bei dem der die Resonatoren verbindende Kopplungssteg in mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen unterteilt ist.

Bei diesem bekannten Filter wird jedoch von der Erkenntnis ausgegangen, daß sich eine schwache Kopplung und damit eine verhältnismäßig schmale Bandbreite dann ergibt, wenn die Koppelelemente die Länge einer Viertelwellenlänge oder eines ungeradzahligen Vielfachen davon haben. Um die Wirkung eines einzelnen V4-Kopplers noch zu erhöhen, werden mehrere Jl/4-Koppler mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen in Kette geschaltet. Obzwar sich durch diese Maßnahme mechanische Filter mit verhältnismäßig schmaler Bandbreite realisieren lassen, hat die Kettenschaltung mehrerer Λ/4-Koppler jedoch zwangläufig zur Folge, daß der gesamte Koppelsteg verhältnismäßig lang wird im Vergleich zu den einzelnen Resonatoren selbst. Dadurch ist aber die mechanische Stabilität des gesamten Filters in Frage gestellt.

Elektromechanisches Filter

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Franz Schöfer, 8034 Unterpfaffenhofen

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere soll ein Weg zum Aufbau eines mechanischen Filters angegeben werden, das trotz einer verhältnismäßig kurzen Baulänge eine sehr kleine Bandbreite hat und bei dem auch eine ausreichende mechanische Stabilität gewährleistet ist.

Ausgehend von einem elektromechanischen Filter, bestehend aus wenigstens zwei, vorzugsweise plattenförmig oder streifenförmig ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über mechanische Kopplungsstege zu einer mechanisch starren Einheit verbunden sind und bei dem der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich einen größeren Querschnitt hat als an seinen an die Resonatoren angrenzenden Enden, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß die zwischen dem mittleren Bereich des Kopplungssteges und den benachbarten Resonatoren verbleibende Aussparung, jeweils in Längsrichtung des Filters betrachtet, wesentlich kleiner als die Abmessungen der Resonatoren und die Abmessungen des mittleren Bereiches des Kopplungssteges gewählt ist und daß die Längsabmessungen des mittleren Bereiches derart kleiner gegenüber den Längsabmessungen der Resonatoren gewählt sind, daß die Eigenresonanzfrequenz des mittleren Bereiches erheblich größer als die dem Schwingungstyp der Resonatoren entsprechende Eigenresonanzfrequenz ist.

Vorteilhaft ist es, wenn der gesamte Filterkörper aus einer durch Aussparungen in die Resonatoren und in die Kopplungsstege unterteilten Platte besteht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich mit Ausnahme der für seine dem Sohwingungstyp der Resonatoren entsprechenden Eigenresonanz maßgebenden Abmessungen wenigstens nahezu die gleichen Abmes-

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sungen wie die Resonatoren hat und wenn außerdem die für seine dem Schwingungstyp der Resonatoren entsprechende Eigenresonanz maßgebende Abmessung derart unterschiedlich gegenüber den Resonatoren gewählt ist, daß die Eigenresonanz des mittleren Bereiches des Kopplungssteges weit von der Eigenresonanz der Resonatoren entfernt ist.

Als besonders zweckmäßig hat sich die erfindungsgemäße Ausbildung für Resonatoren erwiesen, die in einer Flächenscherungsschwingung arbeiten.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektromechanisches Filter mit zwei als Flächenscherungsschwinger ausgebildeten mechanischen *5 Resonatoren 1, 2 und einem Kopplungsstück 3. Das gesamte Filter besteht aus einer Quarzplatte, die durch Aussparungen 4 in die Resonatoren und das Kopplungsstück unterteilt ist. Die Längsabmessungen der Resonatoren 1 und 2 sind mit c bezeichnet, die Breitenabmessungen mit a. Der mittlere Abschnitt 3 des Kopplungsstückes hat, in Längsrichtung des Filters betrachtet, die Abmessung d, die Breitenabmessung des Abschnittes 3 ist mit e bezeichnet. Das Kopplungsstück hat beim Ausführungsbeispiel eine erhebliche Länge I und ist in seinem mittleren Bereich wesentlich breiter als an den in die Resonatoren 1 und 2 übergehenden Enden, die die Breite b haben. Durch die neue Formgebung des Schwingkörpers, wobei zwei Einschnitte in bestimmtem Abstand vorgesehen sind₅ kann der Bereich des Kopplungsfaktors zwischen den Resonatoren 1 und 2 nach niedrigen Werten hin bis unter l°/oo erweitert werden. Wesentlich ist jedoch, daß das Zwischenstück 3, welches beim Ausführungsbeispiel die gleiche Breite wie die Resonatoren 1, 2 hat, in seiner Länge — in Achsrichtung des Filters betrachtet — derart kurzer als die eigentlichen Resonatoren ausgebildet ist, daß die Eigenresonanz des Zwischenstücks 3 wesentlich höher als die Eigenresonanz der eigentlichen Resonatorenl, 2 ist.

Während das in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel als Resonatoren quadratische Flächenscherungsschwinger zeigt, ist die erfindungsgemäße Lösung auch dann anwendbar, wenn es sich bei den Resonatoren um Längsschwinger oder Biegungsschwinger handelt, wenn nur die Kopplung über Zwischenstücke erfolgt, deren Eigenresonanz wesentlich verschieden von der Eigerrresonanz der Resonatoren ist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Formgebung für das Kopplungsstück auch bei Stäben, die über Kopplungsbrüeken miteinander verbunden sind, angewendet werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die Fig. 3 in Form eines Filters aus zwei stabförmigen Resonatoren 5 und 6, die über eine Kopplungsbrücke 7 miteinander an ihren Stirnflächen in Verbindung stehen. Auch hier sind die Resonatoren und das Kopplungsstück 7 durch Aussparungen 4 aus dem einheitlichen Filterkörper gebildet. Als Schwingungsform hat sich für ein Filter dieser Art vor allem die Flächenscherungsschwingung als vorteilhaft erwiesen. Gerade bei Flächenscherungsschwingungen ausführenden Stäben ist die Erzielung eines kleinen Kopplungsfaktors überhaupt erst dadurch möglich, da in höheren- Frequenzlagen die Stabbreiten sehr klein werden und deshalb nur geringe Einschnittiefen möglich sind, wenn die mechanische Festigkeit des Schwingkörpers nicht gefährdet sein soll.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektromechanisches Filter, bestehend aus wenigstens zwei, vorzugsweise plattenförmig oder streifenförmig ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die über mechanische Kopplungsstege zu einer mechanisch starren Einheit verbunden sind und bei dem der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich einen größeren Querschnitt hat als an seinen an die Resonatoren angrenzenden Enden, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem mittleren Bereich (3) des Kopplungssteges und den benachbarten Resonatoren (1, 2) verbleibende Aussparung (4), jeweils in Längsrichtung des Filters betrachtet, wesentlich kleiner als die Abmessungen (a, c) der Resonatoren (1, 2) und die Abmessungen (d, e) des mittleren Bereiches (3) des Kopplungssteges gewählt ist und daß die Längsabmessungen (d) des mittleren Bereiches (3) derart kleiner gegenüber den Längsabmessungen (c) der Resonatoren (1, 2) gewählt sind, daß die Eigenresonanzfrequenz des mittleren Bereiches (3) erheblich größer als die dem Schwingungstyp der Resonatoren (1, 2) entsprechende Eigenresonanzfrequenz ist.

2. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Filterkörper (1, 2, 3) aus einer durch Aussparungen (4) in die Resonatoren (1, 2) und in die Kopplungsstege (1) unterteilten Platte besteht.

3. Elektromechanisches Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Kopplungssteg in seinem mittleren Bereich (3) mit Ausnahme der für seine dem Schwingungstyp der Resonatoren (X, 2) entsprechenden Eigenresonanz maßgebenden Abmessungen (d) wenigstens nahezu die gleichen Abmessungen (e) wie die Resonatoren (c) hat und daß die für seine dem Schwingungstyp der Resonatoren entsprechende Eigenresonanz maßgebende Abmessung (d) derart unterschiedlich gegenüber den Resonatoren (1, 2) gewählt ist, daß die Eigenresonanz des mittleren Bereiches (3) des Koppelsteges weit von der Eigenresonanz der Resonatoren (1, 2) entfernt ist.

4. Elektromechanisches Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonatoren (1, 2) als Flächenscherungsschwinger ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 822 536.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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