DE1616684B1 - Filteranordnung für elektrische Wellen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranord- Weiterhin sind durch die Zeitschrift »Electronics«,

nung für elektrische Wellen, bestehend aus mehreren April 1947, S. 100 bis 105, mechanische Filter be-

plattenartigen, insbesondere als Biegeschwinger aus- kanntgeworden, bei denen als Resonanzelemente

gebildeten Resonatoren, die in einer Ebene liegen plattenförmige Resonatoren verwendet sind. Die

und jeweils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein 5 Kopplung der einzelnen Resonatoren erfolgt über in

drahtförmiges, an den Resonatoren befestigtes Kopp- der Plattenebene liegende Koppelelemente, die un-

lungsstück zu einer Einheit mechanisch unlösbar ver- mittelbar an den Plattenrändern befestigt sind. Bei

bunden sind. einem derartigen Aufbau lassen sich jedoch die Brei-

Beim Bau elektromechanischer Filter für tiefe tenabmessungen der Platten nicht in die für die einFrequenzen werden als Resonatoren meist Biege- ίο zelnen Koppelelemente jeweils erforderliche Länge schwinger verwendet. Die Selektivität eines derartigen einbeziehen, da in diesem Falle die. Kopplungsdrähte Filters hängt von der Anzahl der zur Anwendung in ihrer gesamten Länge auf der Resonatoroberfläche kommenden Resonatoren ab. Diese müssen entspre- aufliegen würden, so daß die einzelnen Resonatoren chend miteinander gekoppelt werden. Bei den bisher dann einen verhältnismäßig großen Abstand anbekannten Ausführungsformen werden für diese 15 nehmen, wenn die für das Filter geforderte Fre-Kopplungen beispielsweise Drähte angewendet, die quenzlage größere Längenabmessungen der einzelnen im Punktschweißverfahren an den Resonatoren in Koppelelemente erforderlich macht,
oder außerhalb der Knotenlinien befestigt sind und Erfindungsgemäß lassen sich die vorstehend gedie Energie von Resonator zu Resonator entweder schilderten Schwierigkeiten bei einer Filteranordnung durch Torsionskräfte oder durch Biegekräfte übertra- 20 für elektrische Wellen, bestehend aus mehreren platgen. Die Bandbreite eines derartigen Filters ist unter tenartigen, insbesondere als Biegeschwinger ausgebilanderem abhängig von dem Wert der Kopplung zwi- deten Resonatoren, die in einer Ebene liegen und jeschen den Filtern, und zwar muß die Kopplung um weils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein drahtso fester sein, je größer die Bandbreite sein soll. Mit förmiges, an den Resonatoren befestigtes Kopplungszunehmender mechanischer Kopplung ist es aber 25 stück zu einer Einheit mechanisch unlösbar verbunimmer schwieriger, die Kopplung hinreichend gleich- den sind, dadurch vermeiden, daß die Breitseiten an mäßig von Filter zu Filter herzustellen. Besonders der Kopplungsstelle kleine Vorsprünge in Form kurstörend tritt dies dann in Erscheinung, wenn das FiI- zer Rippen oder warzenartiger Ansätze aufweisen, ter viele Resonatoren hat und auch dann, wenn die auf denen das drahtförmige Kopplungsstück be-Schwinger des Filters nicht in der 'Grundschwingung, 30 festigt ist.

sondern in einer ihrer höheren Eigenschwingungen Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn entweder

betrieben werden. der Vorsprung aus der Resonatoroberfläche heraus-

In der Zeitschrift »The Journal of the Institute of gedrückt ist oder der Resonator die Form eines Electrical Communication Engineers of Japan«, Strangpronls mit einer auf der zur Kopplung vorJanuar 1957, Vol. 40, S. 7 und 44 bis 51, sind bereits 35 gesehenen Oberfläche verlaufenden Längsrippe hat. eine Reihe unterschiedlicher Ausführungsformen für Dabei besteht vorteilhaft der einzelne Resonator aus mechanische Filter beschrieben, in denen als Resona- Metall, insbesondere aus Stahl. Obwohl eine Vertoren Biege-, Längs- oder Torsionsresonatoren ver- ankerung des Kopplungsdrahtes auf dem Vorsprung wendet werden. Es ist dort ferner gezeigt, daß als durch Lötung, insbesondere Hartlötung möglich ist, Koppelelemente Biege-, Längs- oder Torsionsschwin- 40 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Verankerung gungen ausführende Koppelelemente in Frage korn- vor allem bei Stahl als Resonatormaterial mittels men können. Bei Verwendung plattenartiger Resona- einer Punktschweißung vorzunehmen,
toren sind die Koppelelemente entweder an den Die eine mechanisch starre Einheit bildende Filter-Schmalseiten der Platten befestigt, oder sie stoßen anordnung wird vorteilhaft entweder über Verlänstumpf auf die Breitseiten der Platten auf. Hinweise 45 gerung der Kopplungsdrähte oder über im Schwinüber eine besondere Verbindung der Resonatoren mit gungsknoten vorzugsweise an den Endresonatoren den Koppelelementen, die eine gleichmäßige Her- angreifende gesonderte Haltedrähte in einem Gehäuse stellbarkeit der Filter in größerem Umfang gewähr- od. dgl. verankert. Vor allem für diesen Fall empfiehlt leisten könnte, lassen sich dieser Arbeit jedoch nicht es sich, als Wandler zum Übergang von den elektrientnehmen. 50 sehen Schwingungen auf die mechanischen Schwin-

Durch die USA.-Patentschrift 1933 306 ist weiter- gungen und umgekehrt elektrostriktive Wandler an hin ein Frequenzanalysator bekanntgeworden, bei den Endresonatoren des gesamten Filters vorzusehen, dem als Resonanzelemente einseitig fest eingespannte, Weiterhin ist daran gedacht, die Lehre nach der aus Stäben kreisförmigen Querschnitts bestehende Erfindung auch auf Resonatoren anderer Schwin-Torsionsresonatoren Verwendung finden. Die Kopp- 55 gungsart, z. B. Längsschwinger, Torsionsschwinger lung der einzelnen Resonatoren erfolgt über zwei und Plattenschwinger, anzuwenden. Mit Vorteil kann Koppeldrähte, die tangential an den Resonatoren an- in Weiterbildung der Erfindung die Verankerung der greifen und die durch in den Resonatoren vor- Haltevorrichtungen des Filterkörpers ebenfalls über gesehene Bohrungen derart durchgefädelt sind, daß derartige Vorsprünge erfolgen,
beim Schwingungsvorgang in den einzelnen Koppel- 60 Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausabschnitten jeweils nur Zugkräfte auftreten können. führungsbeispielsmitBiegeschwingern näher erläutert. Eine derartige Ausführung der Kopplung muß sich ' Die F i g. 1 zeigt ein elektromechanisches Filter, jedoch auf die Verwendung verhältnismäßig dünner bestehend aus den beiden Biegungsschwingern 1, 2, Koppeldrähte beschränken, da es für die einwand- die über außerhalb der Knotenlinien A, A' und B, B' freie Übertragung der mechanischen Schwingungen 65 für die Biegungsschwingung angreifende Kopplungserforderlich ist, daß die Koppeldrähte fest an dem drahte 3, 4 — die wegen des Angreifens außerhalb jeweils dafür vorgesehenen Umfangsabschnitt der ein- der Knotenlinien als Biegungskoppler wirken — zelnen Resonatoren anliegen. mechanisch gekoppelt sind. Jeder der beiden in die-

sem Falle als Endresonatoren anzusprechenden Biegungsschwinger ist mit einem piezoelektrischen Wandler 5, 6 zur Umwandlung elektrischer Schwingungen in mechanische und umgekehrt versehen. Zu diesem Zweck ist jeder der Biegungsschwinger 1, 2 zumindest auf einer Seite mit einem dünnen Plättchen aus elektrostriktivem Material, beispielsweise elektrostriktiver Keramik, wie Bariumtitanat, versehen, das auf seiner dem vorzugsweise metallischen Biegeschwinger abgewandten Seite mit einer Metallisierung versehen ist. Als Anschlüsse des einzelnen elektrostriktiven Wandlers dienen beim Ausführungsbeispiel die metallischen, vorzugsweise aus Stahl bestehenden Biegungsschwinger, die unter sich über die Kopplungsstäbe 3, 4 gleichstrommäßig durch verbunden sind, und die Metallisierungen 5, 6, die insbesondere aus einem Goldbelag auf dem Wandlermaterial bestehen. Zu diesem Zweck sind auf der Metallisierung lediglich schematisch angedeutete dünne Anschlußdrähte festgelötet, die zu äußeren, nicht näher dargestellten Anschlüssen führen. Zwischen den beiden Endresonatoren können auch noch weitere Biegungsschwinger über Kopplungsstücke eingefügt sein, so daß ein drei-, vier- oder mehrkreisiges Filter entsteht. Das Filter selber bildet durch die metallischen Kopplungsdrähte eine in sich starre Einheit. Die Halterung dieser mechanisch starren Einheit in einem nur schematisch als U-Profil angedeuteten Gehäuse 7 geschieht beim Ausführungsbeispiel über in den Knotenlinien angreifende Haltedrähte, die beim Ausführungsbeispiel mit mehreren Abbiegungen versehen sind. Diese Abbiegungen dienen der Unterbringung einer gewissen Länge der Haltedrähte, damit diese nämlich vorzugsweise eine Länge von einem ungeraden Vielfachen der Materialwellenlänge in dem Drahtmaterial bei einer im Durchlaßbereich des Filters gelegenen Betriebsfrequenz haben, und zwar für eine Biegungsschwingung. Diese Abbiegungen gestalten die Haltedrähte elastisch, so daß die Beanspruchung der in den Knotenlinien angreifenden Befestigung beim Einsetzen in das Gehäuse 7 geringer wird. Das Gehäuse 7 kann durch einen nicht näher dargestellten Deckel nach außen verschlossen werden. Vor allem werden durch mehrfach abgebogene Haltedrähte innere Spannungen des gesamten Systems vermieden. Die Befestigung der Haltedrähte an den Resonatoren bzw. dem Gehäuse kann beispielsweise mittels Punktschweißung oder Lötung erfolgen, und zwar entweder so wie dargestellt auf der breiten Resonatorfläche oder auf einer der schmalen Längsseiten im Schwingungsknoten.

Die Kopplungsstäbe 3, 4, die außerhalb der Knotenlinien A, A' und B, B' liegen, wirken beim Ausführungsbeispiel als reine Biegungskoppler. Sie sind auf kleinen Vorsprüngen auf der Oberfläche der beiden Biegungsschwinger 1, 2 vorzugsweise durch Punktschweißung fest verankert. Es wird auf diese Weise eine absolute Eindeutigkeit hinsichtlich des Befestigungspunktes neben dem Vorteil besonderer Gleichförmigkeit im Filterverhalten und dem Vorteil So der Erleichterung in der exakten Herstellung erhalten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 lassen sich die Vorsprünge beispielsweise dadurch herstellen, daß in die aus dünnem Stahlblech bestehenden Biegungsschwinger 1, 2 von der einen Breitseite her Prägestempel eingedrückt werden, die das Stahlblech durch eine Aussparung in dem Gegenlager der Prägevorrichtung geringfügig herausdrücken. Diese Ausprägung bzw. der Vorsprung muß nicht zwingend die Form einer kurzen Rippe haben, wie es beim Ausführungsbeispiel der F i g. 1 gezeigt ist, sondern es genügt in manchen Fällen auch ein warzenartiger kleiner Ansatz.

In der F i g. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem beispielsweise mehrere Biegungsschwinger auf die erfindungsgemäße Weise gekoppelt sind, jedoch nicht über Biegungskoppler, sondern über durchgehende Kopplungsdrähte 8, 9, die in Richtung der Knotenlinien A, A' und B, B' und in der durch diese bestimmten Querschnittsebene auf Vorsprüngen der beschriebenen Art mittels Punktschweißung befestigt sind. In diesem Fall wirken die zwischen benachbarten Resonatoren liegenden Kopplungsdrahtabschnitte wie eine Art Torsionskopplung. Vorteilhaft können in diesem Fall die Kopplungsdrähte an den Enden weitergeführt und beispielsweise in der an Hand der F i g. 1 gezeigten Weise als Haltedrähte zur Befestigung in einem Gehäuse od. dgl. verwendet werden.

An Stelle der kurzen rippenförmigen Vorsprünge ist es in manchen Fällen auch von Vorteil, wenn, wie in der F i g. 3 angedeutet, als Resonatormaterial ein Strangprofil verwendet wird, das wenigstens eine Auflagerippe 10 für den Kopplungsdraht hat.

In manchen Fällen, insbesondere dann, wenn die Koppler zwischen den einzelnen Resonatoren sehr kurz werden sollen, ist es von Vorteil, den Koppler auf mehreren Vorsprüngen des einzelnen Resonators zu verankern, die in Richtung des Kopplungsdrahtes oder des Steges gestaffelt sind. Ein Beispiel für zwei Vorsprünge ist in der Fig. 4 schematisch angedeutet. Dies gilt auch für Schwinger anderer Schwingungsform als die Biegungsschwingung.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Filteranordnung für elektrische Wellen, bestehend aus mehreren plattenartigen, insbesondere als Biegeschwinger ausgebildeten Resonatoren, die in einer Ebene liegen und jeweils auf ihren Breitseiten über wenigstens ein drahtförmiges, an den Resonatoren befestigtes Kopplungsstück zu einer Einheit mechanisch unlösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Breitseiten an der Kopplungsstelle kleine Vorsprünge in Form kurzer Rippen oder warzenartiger Ansätze aufweisen, auf denen das drahtförmige Kopplungsstück (3, 4) befestigt ist.

2. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung aus der Resonatoroberfläche (1, 2) herausgedrückt ist.

3. Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Resonator (1, 2) die Form eines Strangprofils mit wenigstens einer auf der zur Kopplung vorgesehenen Oberfläche verlaufenden Längsrippe (Ϊ0) hat.

4. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das drahtförmige Kopplungsstück (3, 4) auf dem Vorsprung des Resonators (1, 2) mittels Punktschweißung verankert ist.

5. Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch Haltedrähte auf Vorsprüngen der Resonatoroberfläche (1, 2) befestigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen