DE1274257B

DE1274257B - Electromechanical filter

Info

Publication number: DE1274257B
Application number: DEK47134A
Authority: DE
Inventors: Masamitsu Kawakami
Original assignee: Toko Radio Coil Kenkyusho KK
Current assignee: Toko Radio Coil Kenkyusho KK
Priority date: 1961-08-22
Filing date: 1962-07-02
Publication date: 1968-08-01

Description

Elektromechanisches Filter Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Filter mit piezoelektrischer Schwingungsanregung und -abnahme, bestehend aus mehreren H-förmigen Teilfiltern, die jeweils aus zwei Resonatorplatten mit verbindenden Kopplungsstegen aufgebaut sind.Electromechanical filter The invention relates to an electromechanical filter Filter with piezoelectric vibration excitation and decrease, consisting of several H-shaped partial filters, each consisting of two resonator plates with connecting coupling webs are constructed.

Üblicherweise bestehen diese Filter aus einer einstückigen Platte aus piezoelektrischem Material. Es sind aber auch bereits Filter bekannt, bei denen die Resonatorplatten und die Kopplungsstege aus Metall bestehen, auf die beiden äußeren Resonatorplatten piezoelektrische Beläge aufgebracht sind und die Metallplatten zugleich als Gegenelektroden zu den auf den Belägen befindlichen Elektroden dienen. Dabei stellen die metallischen Resonatorplatten und die Kopplungsstege eine einstückige Metallplatte entsprechender Formgebung dar.Usually these filters consist of a one-piece plate made of piezoelectric material. But there are also already known filters in which the resonator plates and the coupling bars are made of metal on the two outer resonator plates piezoelectric pads are applied and the metal plates at the same time serve as counter electrodes to the electrodes on the pads. The metallic resonator plates and the coupling webs make a one-piece Metal plate of the appropriate shape.

Allen diesen bekannten elektromechanischen Filtern, ob sie nun aus einer einstückigen Platte aus piezoelektrischem Material oder aus Metall mit entsprechender Belegung bestehen, ist der Nachteil gemeinsam, daß sie dann sehr schwierig herzustellen sind, wenn sie eine Vielzahl von Resonatorplatten aufweisen sollen. Der Grund dafür ist, daß die Vorausberechnung eines derartigen, komplexen Schwingungsgebildes größte Schwierigkeiten bereitet und außerdem eine vorhergehende Abstimmung der einzelnen Schwingerplatten zueinander nicht möglich ist, da das fertiggestellte Filter stets in seiner Gesamtheit schwingt. Außerdem sind diese Filter infolge ihrer langgestreckten Bauweise sehr empfindlich gegenüber mechanischen Beanspruchungen und Temperatureinflüssen. Diese Nachteile treten auch bei denjenigen bekannten Filtern auf, bei denen eine Vielzahl H-förmiger Teilfilter, die einstückig aus einer Platte herausgeschnitten sind, derart versetzt zueinander angeordnet sind, daß jeweils zwei benachbarten Teilfiltern eine Resonatorplatte gemeinsam ist.All these well-known electromechanical filters, whether they are made of a one-piece plate made of piezoelectric material or made of metal with a corresponding Allocation exist, the common disadvantage is that they are then very difficult to manufacture if they are to have a large number of resonator plates. The reason for this is that the precalculation of such a complex oscillation structure is greatest Difficulties and also a previous coordination of the individual Oscillator plates to each other is not possible, since the finished filter always vibrates in its entirety. In addition, these filters are elongated as a result of their length Construction very sensitive to mechanical stresses and temperature influences. These disadvantages also occur in those known filters in which one Large number of H-shaped sub-filters that are cut in one piece from a plate are arranged offset from one another in such a way that two adjacent Partial filters a resonator plate is common.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromechanisches Filter der erwähnten Bauart zu schaffen, das leicht herzustellen ist, dessen Schwingungseigenschaften leicht vorausberechenbar und abstimmbar sind und das gegenüber Temperatureinflüssen und mechanischen Beanspruchungen äußerst widerstandsfähig ist.The object of the invention is to provide an electromechanical filter of the type mentioned To create a design that is easy to manufacture, its vibration properties can be easily calculated and coordinated in advance, and that with regard to temperature influences and mechanical stress is extremely resistant.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeweils zwei Resonatorplatten, mit Ausnahme der beiden äußeren, derart aufeinanderliegend angeordnet sind, daß jedes Teilfilter mit dem nächstfolgenden eine Doppelplatte gemeinsam hat. Das erfindungsgemäße Filter ist also in symmetrischer Weise aus einer Vielzahl einzelner, leicht vorausberechenbarer und einzeln überprüfbarer Teilfilter zusammengesetzt, was die Herstellung und Abstimmung des Filters wesentlich vereinfacht. Dabei ist es möglich, Kombinationen von einzelnen Teilfiltern. mit verschiedenen Vorzeichen des Temperaturkoeffizienten und unterschiedlicher Elastizität zu verwenden, auf welch Weise Filter mit großer Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen und Temperatureinflüssen erzielbar sind.This object is achieved in that two resonator plates, with the exception of the two outer ones, are arranged one on top of the other in such a way that each sub-filter has a double plate in common with the next one. The inventive Filter is therefore in a symmetrical way from a large number of individual, easily predictable and individually verifiable sub-filters composed of what the production and tuning the filter is significantly simplified. It is possible to create combinations of individual Partial filters. with different signs of the temperature coefficient and different Elasticity to use in whatever way filters with great resilience against mechanical stresses and temperature influences can be achieved.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt A b b. 1 ein bekanntes H-förmiges Teilfilter, A b b. 2, 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen eines aus mehreren Teilfiltern aufgebauten Filters nach der Erfindung, A b b. 5 ein Ersatzschaltbild der Filter nach den A b b. 2, 3 und 4, A b b. 6 eine Transistorschaltung mit einem Filter nach A b b. 2, A b b. 7 eine Röhrenschaltung mit einem Filter nach A b b. 2 und A b b. 8 im Schnitt ein elektrisches Bauelement mit eingesetztem Filter nach A b b. 3.The invention is explained in detail with reference to the drawing. It shows A b b. 1 a known H-shaped partial filter, A b b. 2, 3 and 4 different Embodiments of a filter constructed from several sub-filters according to the invention, A b b. 5 shows an equivalent circuit diagram of the filters according to A b b. 2, 3 and 4, A b b. 6 one Transistor circuit with a filter according to A b b. 2, A b b. 7 a tube circuit with a filter according to A b b. 2 and A b b. 8 shows an electrical component in section with inserted filter according to A b b. 3.

In A b b. 1 ist ein bekanntes elektromechanisches Filter in H-Form dargestellt, wie es als Teilfilter für das Filter nach der Erfindung dient. Das Teilfilter ist einstückig aus einer Platte aus Metall oder aus bielektrischem Material ausgeschnitten und weist zwei Resonatorplatten 2 und einen die Resonatorplatten verbindenden Quersteg 1 auf.In A b b. 1 is a well-known electromechanical H-shaped filter shown how it serves as a sub-filter for the filter according to the invention. That Partial filter is made in one piece from a metal plate or from dielectric Cut out material and has two resonator plates 2 and one the resonator plates connecting crosspiece 1.

A b b. 2 zeigt eine erste Ausführungsform des Filters nach der Erfindung. Dieses Filter ist aus einer Vielzahl der oben beschriebenen Teilfilter zusammengesetzt, und zwar derart, daß jeweils zwei Resonatorplatten 2, mit Ausnahme der beiden äußeren, aufeinanderliegend angeordnet sind und somit jedes Teilfilter mit dem nächstfolgenden eine Doppelplatte gemeinsam hat. Alle Resonatorplatten 2 und Kopplungsstege 1 liegen dabei in nur zwei Ebenen. Die beiden äußeren Resonatorplatten 2 sind mit Belegungen 3 aus elektrostriktivem Material versehen, und zwar an zueinander gegenüberliegenden Seiten, womit eine völlig symmetrische Filteranordnung erreicht wird. Auf die freie Oberfläche der piezoelektrischen Beläge 3 ist, wie üblich, eine metallische Elektrodenschicht aufgebracht. Bestehen zumindest die äußeren Teilfilter aus Metall, dann können die beiden mit Belägen 3 versehenen Platten 2 an ihrer den Belägen gegenüberliegenden, freien Oberfläche als Gegenelektroden dienen, wo hingegen bei Schwingerplatten 2 aus bielektrischem Material auf die entsprechenden Oberflächen noch metallische Gegenelektroden aufgebracht werden müssen. Die Verbindung der aufeinanderliegenden Resonatorplatten 2 zu einer Doppelplatte kann durch Lotung, Klebung od. dgl. erfolgen.A b b. Figure 2 shows a first embodiment of the filter according to the invention. This filter is composed of a large number of the sub-filters described above, in such a way that two resonator plates 2, with the exception of the two outer, are arranged one on top of the other and thus each sub-filter with the next one has a double plate in common. All resonator plates 2 and coupling webs 1 are located in only two levels. The two outer resonator plates 2 are with assignments 3 made of electrostrictive material, namely on opposite sides Sides, with which a completely symmetrical filter arrangement is achieved. On the free As usual, the surface of the piezoelectric pads 3 is a metallic electrode layer upset. If at least the outer sub-filters are made of metal, then they can two plates 2 provided with coverings 3 on their opposite to the coverings, free surface serve as counter electrodes, whereas in the case of transducer plates 2 made of dielectric material on the corresponding surfaces still metallic Counter electrodes must be applied. The connection of the superimposed Resonator plates 2 to form a double plate can be carried out by soldering, gluing or the like.

In den A b b. 3 und 4 sind zwei Abwandlungsformen dargestellt, bei denen die Resonatorplatten 2 in zwei Stapeln übereinander angeordnet sind. Bei dem Filter nach A b-b. 3 sind die Kopplungsstege 1 abwechselnd nach oben und unten gekrümmt, so daß zwischen den Doppelplatten jedes Stapels ein geringer Abstand eingehalten wird, während bei dem Filter von A b b. 4 die Doppelplatten jedes Stapels dicht aufeinanderliegen. Beide Ausführungsformen des Filters führen zu einer sehr kompakten - Anordnung.In the A b b. 3 and 4, two modifications are shown in which the resonator plates 2 are arranged in two stacks one above the other. In which Filter according to A b-b. 3 the coupling webs 1 are alternately curved up and down, so that a small distance is maintained between the double plates of each stack is, while in the filter of A b b. 4 the double panels of each stack tightly lie on one another. Both embodiments of the filter lead to a very compact one - arrangement.

A b b. 5 zeigt das Ersatzschaltbild der in den A b b. 2, 3 und 4 dargestellten Filter. Dabei sind mit LC den Resonatorplätten 2 entsprechende Induktivi= täten, bzw. Kapazitäten; mit C" eine den Kopplungsstegen 1 entsprechende Kapazität und mit Cd eine den als Umsetzern T wirkenden Belägen 3 entsprechende Kapazität bezeichnet. Die beiden Strekken (u) der Schaltung entsprechen den.beiden belaglosen Teilfiltern. Mit (e) schließlich ist die Ausgangsspannung bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß dieses Ersatzschaltbild vollständig dem Schaltbild eines üblichen elektrischen Bandfilters gleichkommt.A b b. 5 shows the equivalent circuit diagram in FIGS. A b b. 2, 3 and 4 shown filters. With LC the resonator plates 2 are corresponding inductivities or capacitances; with C " denotes a capacitance corresponding to the coupling webs 1 and with Cd a capacitance corresponding to the coatings 3 acting as converters T. The two paths (u) of the circuit correspond to the two coating-free partial filters. Finally, (e) denotes the output voltage. Es it can be seen that this equivalent circuit diagram corresponds completely to the circuit diagram of a conventional electrical band filter.

A b b. 6 zeigt, wie das Filter in einer üblichen Transistorschaltung eingesetzt werden kann. Die Eingangsklemmen dieses Kreises sind mit 4, 4a, die Ausgangsklemmen mit 5, 5 a bezeichnet. Der Kondensator C1 am Schaltungseingang liegt parallel zu dem Kondensator am Schaltungseingang von Ab b. 5. Die Werte der Kapazität Ci -I- Cd und der Induktivität L1 sind so gewählt, daß bei der gewünschten Mittelfrequenz des Filters Antiresonanz auftritt. Der Widerstand R1 ist parallel zum Kondensator Ci geschaltet und stellt den Abgleichwiderstand des Eingangs dar. Der Kondensator C2 des Schaltungsausganges liegt parallel zum Kondensator Cd des Schaltungsausgangs von A b b. 5. Die Werte der. Kapazität C2 -I- Cd und der Induktivität L2 sind so gewählt, daß bei der gewünschten Mittelfrequenz des Filters Antiresonanz auftritt. Der Transformator T1 am Schaltungseingang . ist ein Anpassungstransformator. Der Transformator T2 am Schaltungsausgang ist ein Transformator zum Abgleich des Basis-Eingangswiderstandes des -Transistors TR2 der folgenden Stufe und--des Ausgangswiderstands des Filters. Jeder der beiden Transformatoren T1 und T2 kann aus voneinander unabhängigen primären und sekundären Windungen bestehen oder ein Einspulentransformator mit Anzapfungen sein. Je nach dem gewünschten Zweck können darüber hinaus der Kondensator C1 und der Widerstand R1 des Eingangs mit der Sekundärseite des Transformators T1 und der Kondensator C2 des Ausgangs mit der Sekundärseite des Transformators T2 verbunden sein. Mit TRi ist der eingangsseitige Transistor bezeichnet.A b b. 6 shows how the filter can be used in a conventional transistor circuit. The input terminals of this circuit are denoted by 4, 4a, the output terminals by 5, 5a. The capacitor C1 at the circuit input is parallel to the capacitor at the circuit input of Ab b. 5. The values of the capacitance Ci -I- Cd and the inductance L1 are chosen so that antiresonance occurs at the desired center frequency of the filter. The resistor R1 is connected in parallel to the capacitor Ci and represents the balancing resistance of the input. The capacitor C2 of the circuit output is parallel to the capacitor Cd of the circuit output of A b b. 5. The values of the. The capacitance C2 -I- Cd and the inductance L2 are chosen so that antiresonance occurs at the desired center frequency of the filter. The transformer T1 at the circuit input. is a matching transformer. The transformer T2 at the circuit output is a transformer for balancing the base input resistance of the transistor TR2 of the following stage and the output resistance of the filter. Each of the two transformers T1 and T2 can consist of independent primary and secondary windings or it can be a single-coil transformer with taps. In addition, depending on the desired purpose, the capacitor C1 and the resistor R1 of the input can be connected to the secondary of the transformer T1 and the capacitor C2 of the output can be connected to the secondary of the transformer T2. The transistor on the input side is denoted by TRi.

In. A b b. 7 ist eine Röhrenschaltung mit eingesetztem Filter nach der Erfindung dargestellt. Dabei sind die Eingangsklemmen der Schaltung mit 6, 6a, die Ausgangsklemmen mit 7, 7a, die eingangsseitige Röhre mit VTi und die ausgangsseitige Röhre mit VT, bezeichnet. Wie bei der Transistorschaltung liegt der Kondensator C1 am Schaltungseingang parallel zu dem Kondensator Cd des Schaltungseinganges von A b b. 5, und die Werte der Kapazität C1 -1- Cd und der Induktivität L1 sind so gewählt, daß bei der gewünschten Mittelfrequenz des Filters Antiresonanz auftritt. Der Widerstand R1 stellt den Eingangswiderstand dar, und der Kondensator Cd dient als Gleichstromsperre. Auch ist der Kondensator C2 am Schaltungsausgang parallel zum Kondensator Cd geschaltet. Die Werte der Kapazität C2 -f- Cd und der Induktivität L2 sind wiederum so gewählt, daß bei der gewünschten Mittelfrequenz des Filters Antiresonanz auftritt. Der Widerstand R2 stellt den Ausgangswiderstand dar. Bei dieser Schaltungsanordnung sind an und für sich keine Anpassungstransformatoren erforderlich, es können jedoch die Eingangs- und Ausgangskreise mit Transformatoren gemäß A b b. 6 zusätzlich vorgesehen werden, wenn große Anpassungsfehler auftreten. .In. A b b. 7 shows a tube circuit with an inserted filter according to the invention. The input terminals of the circuit are designated with 6, 6a, the output terminals with 7, 7a, the input-side tube with VTi and the output-side tube with VT. As with the transistor circuit, the capacitor C1 at the circuit input is parallel to the capacitor Cd of the circuit input of A b b. 5, and the values of the capacitance C1 -1- Cd and the inductance L1 are chosen so that antiresonance occurs at the desired center frequency of the filter. Resistor R1 represents the input resistance and capacitor Cd acts as a DC block. The capacitor C2 at the circuit output is also connected in parallel to the capacitor Cd. The values of the capacitance C2 -f- Cd and the inductance L2 are again chosen so that antiresonance occurs at the desired center frequency of the filter. Resistor R2 represents the output resistance. With this circuit arrangement, no matching transformers are required per se, but the input and output circuits can be equipped with transformers according to A b b. 6 should also be provided if major adjustment errors occur. .

A b b. 8 zeigt ein elektrisches Bauelement mit einem Filter gemäß A b b. 3. Das im ganzen mit 8 bezeichnete Filter ist - zwischen federndem Stützmaterial gelagert, beispielsweise Schaumgummi, das keine kinetische Energie absorbiert. Der Eingang und der Ausgang des Filters 8 sind mit Anordnungen 10 und 11 verbünden, die Spulen, Kondensatoren sowie Eingangs- und Ausgangswiderstände enthalten und die elektrischen Elemente des Eingangs- bzw. Ausgangskreises darstellen. Je nach dem gewünschten Anwendungszweck kann ein Teil der Eingangs-und Ausgangskreise auch außerhalb des Bauelements angeordnet sein. Das Bauelement ist in einem Gehäuse 12 untergebracht und mit Eingangsklemmen 13 und 14 und Ausgangsklemmen 15 und 16 versehen. Dieses -Filter-Bauelement kann, wie andere Bauelemente, etwa Röhren, in der üblichen Weise in elektrische Schaltungen eingesetzt werden.A b b. 8 shows an electrical component with a filter according to A b b. 3. The filter, designated as a whole by 8, is - stored between resilient support material, for example foam rubber, which does not absorb any kinetic energy. The input and output of the filter 8 are connected to assemblies 10 and 11 which contain coils, capacitors and input and output resistances and which represent the electrical elements of the input and output circuit, respectively. Depending on the desired application, some of the input and output circuits can also be arranged outside the component. The component is accommodated in a housing 12 and provided with input terminals 13 and 14 and output terminals 15 and 16. This filter component, like other components, such as tubes, can be used in electrical circuits in the usual manner.

Claims

Claims: 1. Electromechanical filter with piezoelectric vibration excitation and decrease, consisting of several H-shaped sub-filters, each composed of two resonator plates with connecting coupling webs, characterized in that two resonator plates (2), .with the exception of the two outer, are arranged one on top of the other in such a way that each sub-filter (2, 1, 2) has a double plate in common with the next one. 2. Filter according to claim 1, characterized in that the sub-filters (2, 1, 2) are coupled to one another in series that all resonator plates (2) and coupling webs (1) lie in two mutually parallel planes. 3. Filter according to claim 1, characterized in that all resonator plates (2) are arranged one above the other in two parallel stacks of the same number of plates. 4. Filter according to claim 3, characterized in that the coupling webs (1) are curved. References considered: U.S. Patent No. 2738467; British Patent No. 814123; "IRE Transactions an Ultrasonics Engineering", Vol. UE-7, June 1960, pp. 59 to 70; "Bulletin of the Yamagata University" (Engineering Edition), Vol. 5, No.

2, pp. 373 to 387 (March 1959).