DE1262468B - Mechanisches Filter, insbesondere fuer Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03h

Deutsche KL: 21g-34

Nummer: 1262468

Aktenzeichen: T17527IX d/21 g

Anmeldetag: 26. November 1959

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Frequenzfilter, insbesondere für Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, bestehend aus mehreren zu Biegeschwingungen anregbaren scheiben- oder balkenförmigen Resonatoren, die über parallel zueinander verlaufende, zu Biegeschwingungen anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind.

Es sind mechanische Filter, insbesondere für Hochfrequenz, bekannt, die aus in Longitudinal- oder Torsionalschwingungen angeregten Resonanzkörpern bestehen, welche über in der gleichen Schwingungsform erregte Koppelelemente miteinander gekoppelt sind. In gleicher Weise sind auch Filter bekannt, deren Resonanzkörper als Biegeschwinger ausgebildet sind.

Insbesondere für niedere Frequenzen, nämlich Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, sind Filter, deren Resonanzkörper als Biegeschwinger ausgebildet sind, besonders vorteilhaft. Zur Kopplung dieser als Biegeschwinger ausgebildeten Resonanzkörper wurden bereits Koppelelemente verwendet, welche auf einer Torsionskopplung beruhen.

Die Anwendung einer solchen Torsionskopplung hat jedoch den Nachteil, daß in den Resonanzkörpern während ihrer Erregung entstehende Nebenwellen besonders gut verkoppelt werden, so daß auch die nachfolgenden Resonanzkörper von diesen Nebenwellen erregt werden. Eines der Hauptprobleme bei solchen mechanischen Filtern besteht jedoch darin, Nebenwellen möglichst wenig zur Entstehung kommen zu lassen oder doch mindestens dafür zu sorgen, daß solche Nebenwellen über die Koppelelemente nur schlecht übertragen werden.

Bekannt sind weiter mechanische Filter, bei denen einseitig fest eingespannte, zu Biegeschwingungen angeregte Resonanzkörper über zu Biegeschwingungen angeregte Bänder oder Drähte miteinander verkoppelt sind. Auch bei diesen bekannten Filtern kommt es jedoch über die den Resonatoren gemeinsame feste Einspannung zu einer unerwünschten Nebenwellenkopplung. Weiter läßt sich die feste Einspannung nur an einer relativ großen Masse bewirken, so daß der Einsatzbereich dieser Filter relativ eng begrenzt ist.

Bei einem weiteren bekannten mechanischen FiI-ter, dessen Resonatoren zu Biegeschwingungen angeregt sind und an beiden Enden frei schwingen, erfolgt die gegenseitige Verkopplung über Biegeschwingungen von Koppelstäben, die an den Resonatoren an Stellen außerhalb der Schwingungsknoten befestigt sind. Diese Filter weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre Bandbreite relativ schmal ist und Mechanisches Filter, insbesondere für
Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
7900 Ulm, Elisabethenstr. 3

Als Erfinder benannt:

Dr. Manfred Börner, 7900 Ulm

dadurch für viele Anwendungszwecke nicht ausreicht. Dazu kommt weiter, daß die Koppelglieder zur Erzielung eines bestimmten Koppelfaktors bei gegebener Bandbreite einen relativ großen Mindestquerschnitt nicht unterschreiten dürfen, so daß die Verkopplung von unerwünschten Nebenresonanzen immer noch beachtlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Frequenzfilter zu entwickeln, das sich durch eine maximale Bandbreite und eine extrem weitgehende Nebenwellenunterdrückung auszeichnet. Das erfindungsgemäße mechanische Frequenzfilter ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) die Resonatoren sind parallel zueinander beidendig frei schwingend angeordnet;

b) die Koppelelemente greifen an den äußersten Enden der Resonatoren an.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Filter wird besonders einfach, wenn man sowohl die Resonanzkörper als auch die Koppelelemente in an sich bekannter Weise aus einem Stück herstellt, z. B. aus einem geeigneten Stück Metallblech ausstanzt.

Ein Ausführungsbeispiel für ein Filter gemäß der Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Gemäß Fig. 1, welche ein solches Filter in Ansicht zeigt, bestehen die Resonanzkörper 1 aus scheiben- oder balkenförmig ausgebildeten Metallstücken, welche entsprechend der Querschnittdarstellung gemäß Fig. 2, in Biegeschwingungen mit zwei Schwingungsknoten angeregt werden. Die Schwingungsknotenlinien sind strichpunktiert ebenfalls eingezeichnet und mit 3 bezeichnet. Die einzelnen Resonanzkörper sind durch die Koppelglieder 2 miteinander verbunden, welche an den äußersten Enden

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der Resonanzkörper, also außerhalb der Schwingungsknotenlinien 3 befestigt sind.

Während die Resonanzkörper sowie die Koppelelemente bei dem soeben besprochenen Ausführungsbeispiel aus einem Stück, z. B. durch Ausstanzen aus einem Metallblech, hergestellt werden, ist in F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die einzelnen Resonanzkörper 1 mit Hilfe von drahtförmig ausgebildeten Koppelgliedern 2 miteinander verbunden werden. Diese Koppelglieder werden in Form von Drähten auf die mit entsprechendem Abstand angeordneten Resonanzglieder gelegt und dort durch Schweißung mit diesen Resonanzgliedern verbunden. Die Schweißpunkte sind mit 4 bezeichnet. Sie liegen erfindungsgemäß an den äußersten Enden der Resonanzkörper.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen wurde von platten-, scheiben- oder balkenförmigen Resonanzkörpern ausgegangen. Es wäre jedoch auch möglich, anders ausgebildete Resonanzkörper, z. B. solche, die Zylinderform haben, zu verwenden.

Die Erfindung soll also nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß sich die Mittenfrequenz eines Filters gemäß der Erfindung nach der folgenden Formel errechnet (bei rechteckigem Querschnitt des Biegeschwingers):

4,73²
4js|/3

Dabei bedeutet der Ausdruck /— die Fortpflanzungsgeschwindigkeit longitudinaler Schwingungen; sie beträgt etwa 5 · 10^s cm/sec, α stellt die Stärke des Biegeschwingers in Schwingrichtung und I seine Länge dar. Die Bandbreite des Filters hängt von der Länge der Koppelstrecke, ihrem Flächenträgheitsmoment und dem der Resonatoren ab. Die Art der Anregung dieser Filter ist gleichgültig. Bei den niederen Frequenzen, für die die vorgeschlagenen Filter insbesondere gedacht sind, kommen vor allen Dingen elektromagnetische und elektrostriktive Anordnungen in Betracht, die bereits früher vorgeschlagen worden sind.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mechanisches Frequenzfilter, insbesondere für Frequenzen im Bereich von etwa 20 kHz, bestehend aus mehreren zu Biegeschwingungen anregbaren scheiben- oder balkenförmigen Resonatoren, die über parallel zueinander verlaufende, zu Biegeschwingungen anregbare Koppelelemente miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) die Resonatoren (1) sind parallel zueinander beidendig frei schwingend angeordnet;

b) die Koppelelemente (2) greifen an den äußersten Enden der Resonatoren an.

2. Mechanisches Frequenzfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzkörper (1) und Koppelelemente (2) aus einem Stück hergestellt, z. B. ausgestanzt, sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 527 098;
schweizerische Patentschrift Nr. 277 467;
britische Patentschrift Nr. 598 050;
USA.-Patentschriften Nr. 2 814785, 2905909;
W. P. Mason, »Electromechanical Transducers and Wave Filters«, 2. Auflage, 1948, S. 86 bis 92;
»The Journal of the Institute of Electrical Communication Engineers of Japan«, Heft 1, S. 44 bis 51 (Januar 1957);

»Konno, Mechanical Filters«, Kyoritsu-Verlag, 1959, S. 21.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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