-
Impedanztransformierendes keramisches Filter für Siebschaltungen Die
Erfindung betrifft ein impedanztransformierendes keramisches Filter für Siebschaltungen,
das aus zwei scheibenförmigen, gleichförmig ganz oder teilweise kontaktierten und
mit Epoxydharz, das durch Zusätze leitend gemacht ist, starr miteinander verbundenen
piezoelektrischen Resonatoren besteht. Impedanztransformierende keramische Filter
mit scheibenförmigen Resonatoren sind bekannt.
-
Eine als Vierpol ausgebildete Resonatorscheibe weist ein Zentrumselektrodenpaar
als Filtereingang und ein koaxial dazu angeordnetes Ringelektrodenpaar als Filterausgang
auf. Die Kopplung zwischen Eingangs- und Ausgangselektrodenpaar ist durch ihre gemeinsame
Anordnung auf ein und derselben Resonatorscheibe bewirkt. Die Resonatorscheibe wird
in der dritten Eigenresonenz ihrer Radialgrundschwingung angeregt. Unterschiedliche
Gestaltung der Elektrodenflächen mit kleiner Kapazität des Filtereingangs und großer
Kapazität des Filterausgangs sowie Übereinstimmung zwischen (hochohmiger) Parallelresonanz
des im Kurzschlußfall gemessenen Eingangselektrodenpaares mit der (niederohmigen)
Serienresonanz des im Leerlauffall gemessenen Ausgangselektrodenpaares, wobei durch
die eingangsseitig hochohmige und ausgangsseitig niederohmige Belastung die Bandmittenfrequenz
an dieser Stelle der übereinstimmung zu liegen kommt, erklären den Wirkungsmechanismus
der Impedanztransformation bei diesem Filter.
-
Ein anderes Filter weist zwei Resonatorscheiben auf, die mittels einer
mit einem elektrisch leitenden Belag völlig umhüllten dritten Scheibe gekoppelt
sind. Die Kopplung erfolgt durch Zusammendrücken der ganzen Anordnung. Dabei dient
die dritte Scheibe Gleichzeitig der Herausführuna der einander zugewandten Elektroden
der beiden Resonatorscheiben.
-
Ein anderes bekanntes Filter besteht aus zwei scheibenförmigen Resonatoren
nicht näher bekannter Dimensionierung, die unter Zwischenlegung einer Abschirmwand
aus Kupferfolie zusammengefügt sind und von zwei Elektroden zusammengehalten werden.
Ohne daß der Wirkungsmechanismus der Impedanztransformation bei diesem Filter bekannt
ist, ist es impedanztransformierend in beiden Richtungen.
-
Ein ähnliches Filter ist als Kristallfilter bekannt und besteht aus
zwei über eine Abschirmwand untereinander verbundenen Resonatorscheiben. Die Resonatoren
sind sowohl in der die Resonanzfrequenz bestimmenden Achsrichtung gegenüber dem
Leerlauffall als auch untereinander abweichend bemessen. Die unterschiedliche Bemessung
dient im speziellen Anwendungsfall der Anpassung an unterschiedliche Belastungsverhältnisse
am Ein- und Ausgang des Filters und damit der Impedanztransformation.
-
Bekannt ist es schließlich auch, die Resonatoren eines magnetostriktiven
Verbundfilters durch völlige Umhüllung mit einer Epoxydharzschicht miteinander zu
koppeln. Auch die Verwendung elektrisch leitender Stoffe als Koppelmedium an Stelle
von Epoxydharz ist bekannt.
-
Die bekannten Filter haben den Nachteil, daß die Gestaltung der Resonatoren
und ihrer Elektroden zur Erzielung der Impedanztransformation entweder nicht den
Anforderungen der Subminiaturbauweise nach kleinstmöglicher Gestaltung der Bauelemente
gerecht wird oder daß fertigungstechnisch schwer beherrschbare geringe Aufmaße in
der frequenzbestimmenden Dimension erforderlich sind. Im Zusammenhang damit steht
bei den Filtern, die die Miniaturforderung erfüllen, die Art der Kopplung der Resonatorscheiben
und die Herausführung ihrer einander zugewandten Elektroden. Kopplung und Herausführung
der Elektroden müssen mit Rücksicht auf die Miniaturbauweise besonders dämpfungsarm
erfolgen. Diese Forderung ist offenbar bei einer Kopplung der Resonatorscheiben
über eine Abschirmwand aus Kupferfolie oder eine dritte Resonatorscheibe nicht erfüllbar.
-
Nachteilig ist bei einem Filtertyp auch die zum Betrieb zwischen je
zwei Anschlüssen benötigte Gleichspannung von 500 V, da zusätzliche Baueinheiten
zur Erzeugung der Gleichspannung benötigt werden. Die völlige Umhüllung der Resonatorscheiben
zum Zwecke der Kopplung zeigt bei Miniaturfiltern den Nachteil, daß eine zu starke
Bedämpfung
eintritt, die das Filter unbrauchbar macht.
-
Zweck der Erfindung ist es, die Nachteile und Mängel bekannter Filterkonstruktionen
bei einem neu zu entwickelnden Filter zu vermeiden.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein dämpfungsarmes
impedanztransformierendes keramisches Filter zu schaffen, das insbesondere hinsichtlich
Größe und Ausführung den Anforderungen der Subminiaturtechnik gerecht wird.
-
Das Filter, das aus zwei scheibenförmigen, gleichförmig ganz oder
teilweise kontaktierten und mit Epoxydharz, das durch Zusätze leitend gemacht ist,
starr miteinander verbundenen piezoelektrischen Resonatoren besteht, ist erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß die Dimensionen und Elektrodenflächen der beiden Resonatoren
einander gleich sind, daß die Abschlußwiderstände so gewählt sind, daß im Falle
der Abwärtstransformation der Ausgangsresonator angenähert im Kurzschlußfall und
der Eingangsresonator angenähert im Leerlauffall betrieben ist, im Falle der Aufwärtstransformation
der Ausgangsresonator angenähert im Leerlauffall und der Eingangsresonator angenähert
im Kurzschlußfäll betrieben ist, und daß die beiden durch eine dünne Schicht Epoxydharz
gekoppelten Resonatoren zur Herausführung der einander zugewandten Elektroden der
Resonatoren einen leitenden Folienstreifen zwischen sich aufnehmen, der zur wirksamen
Entdämpfung des Filters unmittelbar nach seiner Herausführung aus den Resonatoren
auf etwa ein Viertel seiner ursprünglichen Breite verjüngt ist, um sich anschließend
wieder auf das Ausgangsmaß zu verbreitern. Die Resonatoren können sowohl im radialen
als auch im Dickenschwingungsmodus be= trieben werden.
-
Daß mit gleichen Dimensionen und Elektrodenflächen der beiden Resonatoren
eine Impedanztransformation möglich ist; ist zunächst nicht ohne weiteres einzusehen.
Es wurde aber gefunden; daß auch unter diesen Bedingungen frequenzmäßige übereinstimmung
zwischen der Parallelresonanz des im Kurzschlußfall betriebenen Eingangsresonators
und der Serienresonanz des im Leerlauffall betriebenen Ausgangsresonators vorhanden
ist; und umgekehrt. Diese Verhältnisse zeigt F i g. 2. Wenn die Anschlußwiderstände
in der Art gewählt werden, daß im Fall der Abwärtstransformation der Ausgangsresonator
angenähert im Kurzschlußfall und der Eingangsresonator angenähert im Leerlauffall
betrieben wird; im Fall der Aufwärtstransformation dagegen der Ausgangsresonators
vorhanden ist und umgekehrt. der Eingangsresonator angenähert im Kurzschlußfall
betrieben wird, dann kommt die Bandmittenfrequenz des Filters an diese Stelle der
frequenzmäßigen Über= einstimmung von (hochohmiger)Parallelresonanz und (niederohmiger)
Serienresonanz zu liegen, und das Filter vermag Anpassung an die Abschlußwider=
stände aufzuweisen.
-
Die Vorzüge des neuen impedanztransformierenden Miniaturfilters liegen
sowohl auf technologischem Gebiet als auch in der Güte, besonders im Hinblick auf
die geringe Bedämpfung des Filters auf Grund der Eigenart der Kopplung und Herausführung
der Mittelelektrode der Resonatoren, begründet. Technologisch ist bevorzugt auf
die Übereinstimmung in der Gestaltung der Resonatoren und die einfache Herstellung
gleicher Elektroden hinzuweisen. An Hand von zwei Ausführungsbeispielen soll der
Gegenstand der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 das Filter in
Seiten- und Vorderansicht, F i g. 2 die Lage des Arbeitspunktes bei Auf- und Abwärtstransformation,
F i g. 3 eine Filtercharakteristik im Vergleich mit einer herkömmlichen Bandfilterkurve.
-
Beispiel 1 AM-ZF-Filter für Rundfunkempfänger (468 kHz) Zwei scheibenförmige
Resonatoren aus piezoelektrischen, oxydischem Sinterwerkstoff 1 haben eine Dicke
von je 0,6 mm und,einen Durchmesser von 7 mm. Bei übereinstimmender Resonanzfrequenz
von mindestens ±0,06% und gleicher Form der Kontaktierung auf den Planflächen sind
die Resonatoren mittels einer dünnen Schicht leitend gemachten Epoxydharzes 2 starr
miteinander verbunden. Als Kontaktierungsmittel findet Foliensilber
4 Anwendung;
das in bekannter Weise auf die Planflächen der REsonatoren aufgebracht und eingebrannt
ist. Hiervon werden die Mittelelektroden durch den Kupferstreifen 3, der beim Verbinden
der beiden Resonatoren etwa 2 mm tief zwischen diese eingeschoben wird, herausgeführt.
Damit die Steifigkeit des etwa 0,02 mm starken Kupferstreifens nicht bedampfend
auf das Filter wirkt, ist der Streifen so bemessen, daß er an den Enden eine Breite
von 2,5 mm aufweist und sich nach der Mitte zu auf 1 mm verjüngt. Schwingungs= modus
des Filters ist die in der ersten Eigenresonanz angeregte Radialschwingung: Dem
Filterdurchmesser Entspricht hierbei eine Resonanzfrequenz von 468 ± 2 kHz. Werte
des Filters ergeben sich aus folgender Tabelle:
| Bandniittenfrequenz f,9 . . . . . . . . 468 ± 2 kHz |
| 6-db-Bandbreite . . . . . . . . . . . . . . 12 kHz |
| Grunddämpfung . . . . . . . . . . . . . : < 1 db |
| Sperrdämpfung |
| (bei f,9-50 kHz) ...... etwa 28 db |
| Nennabschlußwiderstände |
| Eingang ................. 3,0 k0 |
| Ausgang ................. 200 52 |
| Eingangskapazität . . . . . . . . . . . . 400 pF ± 5ö/0 |
| Ausgangskapazität . . . . . . . . . . . . 400 pF - 511/u |
Eine typische Filtereharakteristike der zum Vergleich eine herkömmliche Rundfunk-Bandfilterkurve
beigefügt ist; zeigt F i g. 3.
-
Beispiel 2 Kombiniertes AM/FM-ZV-Filter für Rundfunkempfänger (468
kHz und 10,7 MHz) Die scheibenförmigen Resonatoren 1 weisen eine Dicke von je 0,25
mm und einen Durchmesser von 7 mm auf. Schwingungsmodus des Filters für die FM-ZF
ist die Dickenschwingung, für die AM-ZF die Radialschwingung. Beide Schwingungen
werden in der ersten Eigenresonanz angeregt. Der gewählte Durchmesser ergibt eine
Resonanzfrequenz von 468 kHz, während die Dicke von 0;25 mm eine Resonanzfrequenz
von 10;7 MHz liefert.