DE10026074A1 - Rekursives OFW-Filter mit geringer Chiplänge - Google Patents

Abstract

Für ein rekursives Oberflächenwellenfilter mit gerichteter Reflexion wird vorgeschlagen, das gewünschte Übertragunsverhalten durch Überlagerung der Signale von drei elektrisch verschalteten Einzelspuren zu modellieren.

Description

Oberflächenwellenfilter, kurz auch OFW-Filter genannt, können beispielsweise als Zwischenfrequenzfilter im Empfangsteil ei­ nes Mobiltelefons Verwendung finden. Dabei müssen sie ver­ schiedene Anforderungen erfüllen, insbesondere ein ausrei­ chend breites Paßband, eine hohe Flankensteilheit und eine bestmögliche Selektion auf kleinstmöglicher Chipfläche auf­ weisen.

Eine maximale Flankensteilheit kann mit einem Filter mit ver­ längerter Impulsantwort erzielt werden, da die Flankensteil­ heit direkt von der Länge der Impulsantwort abhängig ist. Bei einem Transversalfilter bestimmt sich die Länge der Impuls­ antwort direkt aus der Länge der zur elektroakustischen Wand­ lung eingesetzten Interdigitalwandler. Bei der spezifikati­ onsbedingt zulässigen maximalen Chiplänge ist es daher nicht möglich, die für Mobiltelefone geforderten Spezifikationen mit einem Transversalfilter zu erfüllen. Aus diesem Grund ha­ ben sich bei Mobiltelefonen Techniken durchgesetzt, in denen der Ausbreitungsweg der Oberflächenwelle gefaltet ist. Mit Hilfe von reflektierenden Strukturen werden Resonanzräume auf der Oberfläche des Filters geschaffen, die dazu dienen, mit der dadurch verlängerten Impulsantwort eine größere Flanken­ steilheit zu erreichen. Eine gegebene Länge der Impulsantwort kann dazu genutzt werden, den günstigsten Kompromiß zwischen Paßbandverhalten, also der Form des Durchlaßbereichs oder Paßbands, der Flankensteilheit und der Selektion, also der Unterdrückung von Signalen im Sperrbereich zu erzielen. Sol­ len die beiden ersten Anforderungen von einem Wandler mit mi­ nimaler Länge erfüllt werden, so ist zwangsläufig dessen Se­ lektion ungenügend.

Oberflächenwellenfilter, die das gewünschte Übertragungsver­ halten zeigen, wurden bislang mit verschiedenen Methoden rea­ lisiert. Die einfachste aber beim Mobilfunk nicht einsetzbare Lösung besteht darin, das Filter und damit den Chip, auf dem das Filter realisiert ist, so zu verlängern, bis das ge­ wünschte Übertragungsverhalten erreicht ist. Mit einem länge­ ren Filter kann ein komplexeres und damit verbessertes Über­ tragungsverhalten erzielt werden. Der angestrebten Miniaturi­ sierung der Filter wird damit allerdings nicht Rechnung ge­ tragen.

Möglich ist es auch, die Reflexionen in den Oberflächenwel­ lenstrukturen der Wandler oder Reflektoren zu erhöhen. Damit werden stärkere Resonanzen erzeugt, mit denen die Dauer der Impulsantwort verlängert wird. Bei Quarzsubstraten ist die Reflexion allerdings stark von der relativen Schichtdicke der Metallisierung abhängig. Die notwendige starke Reflexion wird nur mit einer großen Metallisierungsschichtdicke erreicht, was aber zu einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber techno­ logiebedingten Fertigungsstreuungen bei der Herstellung der Filter führt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein Filter mit ge­ wünschtem Übertragungsverhalten in mehreren akustischen Spu­ ren zu realisieren, in denen gleiche Wandler parallel oder antiparallel geschaltet sind. Hierbei wird die frequenzabhän­ gige Reflexion an den akustischen Wandlertoren genutzt, um die Übertragungsfunktion zusätzlich zu beeinflussen. Mit ei­ ner solchen Konfiguration werden allerdings keine zusätzli­ chen Freiheitsgrade bei der Konstruktion dieser Filter er­ zielt. Bei gleichen Filtereigenschaften können lediglich die Anforderungen an die einzelne akustische Spur, beispielsweise bezüglich der Selektion verringert werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein OFW-Filter mit ge­ nau zwei unterschiedlichen akustischen Spuren zu verwenden, in dem sowohl am Filtereingang als auch am Filterausgang je zwei Interdigitalwandler parallel verschaltet sind. Dabei wird eine größere Anzahl von Freiheitsgraden beim Design des Filters erzielt. Damit verbessert sich insbesondere die Se­ lektion des Filters, die für das Gesamtfilter deutlich größer ist als für eine einzelne Spur beziehungsweise für einen Teilfilter. Verbesserungen der Selektion des Gesamtfilters gegenüber der Selektion der Einzelspuren werden jedoch nur dann erzielt, wenn die Übertragungsfunktionen der beiden Ein­ zelspuren im Sperrbereich von gleichem Betrag und entgegenge­ setzter Phase sind, da nur dann eine Auslöschung unerwünsch­ ter Signale im Sperrbereich erzielt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein OFW- Filter anzugeben, welches die geforderten Anforderungen an das Übertragungsverhalten auf einer reduzierten Chiplänge realisieren kann. Der Aufbau des Filters soll dabei so sein, daß Fehlertoleranzen bei der Herstellung nicht zu einer Ver­ schlechterung des Übertragungsverhaltens des Gesamtfilters führen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Oberflächenwel­ lenfilter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren An­ sprüchen hervor.

Die Erfindung erzielt ein verbessertes Übertragungsverhalten des Filters bei gegenüber dem Stand der Technik reduzierter Chiplänge dadurch, daß zumindest drei akustische Spuren elek­ trisch seriell oder parallel geschaltet werden. Jede Spur um­ faßt dabei zumindest zwei als Ein- und Ausgangswandler die­ nende Interdigitalwandler, die in jeder Spur zwischen zwei Reflektoren angeordnet sein können. Die zumindest drei Spuren sind voneinander verschieden, so daß die Anforderungen an die Filterübertragungsfunktion auf alle unterschiedlichen Spuren aufgeteilt werden können. Bei der Verschaltung dieser Spuren ergibt sich der Vorteil, daß bis zu sechs unterschiedliche Wandler im Filter angeordnet werden können, mit denen auch komplexe Optimierungsprobleme gelöst werden können. Jede aku­ stische Spur stellt dabei ein Teilfilter dar, wobei in zumin­ dest einem Teilfilter zwischen den Zentren von Anregung und Reflexion ein Phasenwinkel eingestellt ist, der von 90°, be­ ziehungsweise einem Vielfachen davon verschieden ist. Zumin­ dest ein Teilfilter ist daher ein Filter mit gerichteter Re­ flexion, insbesondere ein SPUDT-Filter. Jede der zumindest drei Spüren kann dabei ein Optimierungsproblem für das Filter lösen, wobei sich durch die Parallelschaltung oder durch die Serienverschaltung der Eingangs- und/oder der Ausgangswandler der einzelnen Spuren das gewünschte Übertragungsverhalten erst in der Überlagerung der Signale aller drei akustischen Spuren ergibt.

Im Vergleich zu der bekannten Zweispurlösung ist die erfin­ dungsgemäße Verschaltung von drei und mehr Spuren von Vor­ teil, da sie einfacher auf ein gewünschtes Verhalten hin op­ timierbar ist. Bei der Zweispurlösung ist es notwendig, daß die Übertragungsfunktionen der beiden Einzelspuren im Sperr­ bereich von gleichem Betrag und entgegengesetzter Phase sind. Nur dann löschen sich die Teilübertragungsfunktionen im Sperrbereich aus und die Selektion ist sowohl bei der Paral­ lelschaltung als auch bei der Serienverschaltung größer als in den Einzelspuren. Bei einem gegebenen Übertragungsverhal­ ten einer ersten Spur hat dies in der bekannten Zwei­ spuranordnung zur Folge, daß die zweite Spur nicht mehr frei optimierbar ist, sondern in nahezu allen Funktionen in Abhän­ gigkeit von den Eigenschaften der ersten Spur ausgebildet werden muß. Im Bereich des Filterstoppbands, also im Sperrbe­ reich bedeutet dies, daß bei einer gegebenen ersten Spur Be­ trag und Phase des Beitrags der zweiten Spur weitgehend fest­ gelegt sind. Jede Abweichung von diesem durch die erste Spur vorgegebenen Verhalten führt dazu, daß die Summe dieser bei­ den komplexen Zeiger nicht verschwindet. Unter komplexem Zei­ ger versteht man in diesem Zusammenhang einen Vektor, der durch Betrag und Phase des Signals bestimmt ist, wobei der komplexe Zeiger sowohl in der Zeit- als auch in der Frequenz­ domäne definiert sein kann.

Bei der Erfindung dagegen führt die dritte und ggf. die wei­ teren Spuren dazu, daß die beiden ersten Spuren völlig unab­ hängig voneinander entworfen werden können. Die dritte Spur und ggf. die weiteren Spuren sorgen dann dafür, daß die Summe der komplexen Zeiger innerhalb des gesamten Stoppbandbereichs gegen Null geht.

Die Variation der Teilfilter beziehungsweise der akustischen Spuren kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden. Mög­ lich ist es beispielsweise, in den drei Spuren unterschiedli­ che Interdigitalwandler vorzusehen, wobei bei drei Spuren bis zu sechs unterschiedliche Wandler vorhanden sein können. Mög­ lich ist es auch, die Interdigitalwandler nur teilweise un­ terschiedlich auszubilden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, innerhalb zumindest einer Spur eine zusätzliche Gitterstruktur anzuordnen, die elektrisch in keiner Verbindung zu einem der Interdigital­ wandler steht. Wird die Gitterstruktur zwischen Ein- und Aus­ gangswandler einer Spur angeordnet, so kann sie in dieser Spur als zusätzliche Abschirmung dienen, die ein elektroma­ gnetisches Übersprechen zwischen Ein- und Ausgangswandler verhindert und damit das Übertragungsverhalten weiter verbes­ sert. Vorzugsweise wird die Gitterstruktur dazu mit Masse verbunden. Zur Abschirmung des elektromagnetischen Überspre­ chens kann alternativ auch ein metallisierter Streifen zwi­ schen den Wandlern angeordnet sein.

Unter Gitterstruktur wird dabei eine regelmäßige Streifen­ struktur verstanden, die beispielsweise auf einem λ/2-Raster angeordnet ist. Die vertikal zur Wellenausbreitungsrichtung angeordneten Streifen können miteinander verbunden sein, oder alternativ auch Einzelstreifen ohne gegenseitige Verbindung sein. Die Länge einer Gitterstruktur kann beispielsweise im Bereich von 5 bis 20 Wellenzügen liegen, ist aber nicht auf diese Länge beschränkt. Bei alleiniger Verwendung als Ab­ schirmung ist die Gitterstruktur vorzugsweise reflexionsfrei.

Dies kann mit einer Splitfingerstruktur (λ/8 oder λ/6 Finger) erreicht werden.

Möglich ist es auch, die Gitterstruktur zwischen einem Inter­ digitalwandler und einem Reflektor in einer oder mehreren Spuren anzuordnen. Mit Hilfe dieser Gitterstruktur werden dann zusätzliche Reflexionszentren und damit auch zusätzliche Resonanzräume innerhalb der Spuren geschaffen. Da jedem Reso­ nanzraum eine eigene Resonanzfrequenz zu eigen sein kann, kann mit Hilfe dieser zusätzlichen Resonanzräume das Paßband beeinflußt werden. Möglich ist es auch, mehr als eine Gitter­ struktur innerhalb einer Spur anzuordnen, wobei die Position innerhalb der Spur beliebig sein kann. Es können auch refle­ tierende und reflexionsfreie Gitterstrukturen zusammen in ei­ ner Spur vorgesehen sein.

Eine weitere Variation der Einzelspuren zur Optimierung des Gesamtfilters besteht darin, die Apertur der Spuren unter­ schiedlich zu wählen. Insbesondere bei der dritten Spur kann durch eine Verkleinerung (oder Vergrößerung) der Apertur die notwendige Feinabstimmung zum Abgleich des Gesamtsignals, insbesondere zur destruktiven Auslöschung der komplexen Zei­ ger im Sperrbereich herangezogen werden. Da die Apertur stu­ fenlos veränderbar ist, können auch die komplexen Zeiger der dritten Spur betragsmäßig entsprechend stufenlos verändert werden, so daß ein leichterer Abgleich mit den beiden anderen Spuren möglich ist. Vorzugsweise wird die Apertur einer Spur dann variiert, wenn die beiden anderen Spuren bereits eine weitgehende Annäherung an das gewünschte Übertragungsverhal­ ten zeigen, so daß mit Hilfe der dritten Spur nur noch die letzte Feinabstimmung vorzunehmen ist. Dazu wird die Apertur in der Regel gegenüber den beiden anderen Spuren verkleinert. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Apertur in sämt­ lichen Spuren zu variieren, so daß alle Spuren unterschiedli­ che Aperturen aufweisen können.

Eine weitere Möglichkeit zur erfindungsgemäßen Variation der Spur und damit der Filtereigenschaften besteht darin, den Ab­ stand der Anregungs- und Reflexionszentren zwischen dem Ein­ gangs- und dem Ausgangswandler einer Spur auf einen Wert ein­ zustellen, welcher sich von dem Abstand in einer weiteren Spur um einen Wert unterscheidet, der nicht ein Vielfaches der halben Wellenlänge ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Inphase- und die Quadraturkomponente der Impulsantwort unabhängig voneinander zu entwerfen. Bei gegebenen Design der Interdigitalwandler besteht die Variationsmöglichkeit dann in einer Veränderung des Abstands von Ein- und Ausgangswandler zueinander. Ein beispielsweise kleinerer Unterschied der Wandlerabstände hat zur Folge, daß sich bei kleiner notwendi­ ger Quadraturkomponente nicht notwendigerweise eine Spur mit geringerer Anregung oder Reflexion ergibt. Der unabhängige Entwurf der Inphase- und der Quadraturkomponente der Im­ pulsantwort ermöglicht es außerdem, unsymmetrische Übertra­ gungsfunktionen für das Gesamtfilter zu entwerfen, während die Übertragungsfunktion der Einzelspuren jeweils symmetrisch zu deren Mittenfrequenzen sind.

Beträgt der Phasenwinkel zwischen dem Anregungs- und dem Re­ flektionszentrum einer SPUDT-Zelle 45°, so führt dies zu ei­ ner elektroakustischen Konversion, also einer Übertragungs­ kurve, die symmetrisch zur Mittenfrequenz ist. Weicht der Phasenwinkel von diesem Wert ab, so wird durch die entstehen­ de Unsymmetrie eine Flanke des Paßbands steiler ausgebildet als die andere Flanke.

Ein erfindungsgemäßer Interdigitalwandler enthält zumindest eine SPUDT-Zelle, vorzugsweise aber mehrere SPUDT-Zellen mit identischem Phasenwinkel.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist zumindest ein Teilfilter SPUDT-Zellen mit einen Phasenwinkel zwischen dem Anregungs- und dem Reflektionszentrum von 45° + z.90° auf, wobei z eine ganze Zahl ist. Hierbei handelt es sich um einen klassisches SPUDT (Teil-)Filter.

Werden nun beim erfindungsgemäßen Filter in zwei Spuren die Phasenwinkel so eingestellt, daß jeweils unterschiedliche Flanken des Paßbands im Übertragungsverhalten der Einzelspur steiler gestaltet sind, so läßt sich durch Addition dieser beiden Signale ein Paßband erhalten, das an beiden Flanken steiler ist, als dies mit einem einheitlichen Phasenwinkel von 45° möglich wäre. Außerdem ist es mit einem von 45° ab­ weichenden Phasenwinkel möglich, ebenfalls eine unsymmetri­ sche Übertragungsfunktion für das Gesamtfilter zu entwerfen, ohne daß dazu die Wandlerabstände variiert werden müssen. Ei­ ne unsymmetrische Übertragungsfunktion des Gesamtfilters wird dann bereits mit einer einzigen Spur ermöglicht.

Eine weitere Variationsmöglichkeit eines erfindungsgemäßen Wandlers besteht darin, die Mittenfrequenz der Interdigital­ wandler in den einzelnen Spuren unterschiedlich zu gestalten. Durch den damit erreichten Versatz der Mittenfrequenzen wird ein breiteres Paßband und damit ein größerer Durchlaßbereich erhalten.

Wenn sämtliche Spuren parallel verschaltet sind, ist es nicht nötig, die einzelnen Spuren an separate Anschlußpads anzu­ schließen. Vielmehr ist es möglich, die Elektrodenfinger von Interdigitalwandlern zweier in transversaler Richtung benach­ barter Spuren einzeln miteinander zu verbinden. Wenn in meh­ reren Spuren die Anschlußfolge der Elektrodenfinger überein­ stimmend ist, ist es auch möglich, die Finger mehrerer be­ nachbarter Spuren miteinander zu verbinden.

Trotz verbundener Elektrodenfinger ist es möglich, entspre­ chende Variationen der Einzelspuren vorzunehmen, die zu dem erfindungsgemäß optimierten Übertragungsverhalten des Ge­ samtfilters führen. Werden die Elektrodenfinger eines Inter­ digitalwandlers mit den Elektrodenfingern des in transversaler Richtung direkt benachbarten Interdigitalwandlers der be­ nachbarten Spur miteinander verbunden, so ist es möglich, die Elektrodenfinger der verbleibenden übrigen Wandler auf her­ kömmliche Weise anzuschließen. Auf diese Weise können zwei unterschiedliche Anschlußmöglichkeiten für die Interdigital­ wandler in dem Filter beziehungsweise in einzelnen Spuren ge­ geben sein.

Die Verbindung von Elektrodenfingern einander benachbarter Interdigitalwandler in unterschiedlichen Spuren erfordert nicht identische Fingeranordnungen, sondern nur gleiche Fingeranschlußfolgen. Liegen die Elektrodenfinger in den benach­ barten Interdigitalwandlern auf unterschiedlichem großem oder gegeneinander verschobenem Raster, so können dennoch die Elek­ trodenfinger der benachbarten Interdigitalwandler miteinander verbunden sein. Die Verbindung erfolgt dann in einem Über­ gangsbereich, in dem die Fingerverbindungsstücke nicht mehr parallel zueinander und nicht vertikal zur Wellenausbrei­ tungsrichtung verlaufen müssen.

Bei Interdigitalwandlern mit unterschiedlichem Raster bzw. unterschiedlicher Fingerperiode und dementsprechend unter­ schiedlicher Mittenfrequenz ist es möglich, die Aperturen der Einzelspuren immer kleiner zu machen, die Anzahl der Spuren dagegen im gleichen Umfang zu erhöhen, so daß für das Ge­ samtfilter die Summe der Aperturen unverändert oder nahezu unverändert bleibt. Geht die Apertur der Einzelspur gegen Null, so wird auf diese Weise ein Interdigitalwandler mit un­ endlich vielen Spuren erhalten, der in transversaler Richtung gesehen eine kontinuierliche Veränderung des Fingerabstands (Raster) beziehungsweise der Mittenfrequenz aufweist. Ein solcher auch als FAN-Wandler bekannter Interdigitalwandler hat den Vorteil einer erhöhten Bandbreite des Paßbands. Er­ findungsgemäß kann ein oder mehrere Interdigitalwandler durch FAN-Wandler ersetzt sein.

Möglich ist es jedoch auch, mehrere Interdigitalwandler ein­ ander benachbarter Spuren in Form eines über mehrere Spuren reichenden einzigen Interdigitalwandlers auszuführen, der al­ len Spuren gemeinsam ist und der auch als FAN-Wandler ausge­ bildet sein kann. Ein solcher Wandler kann einen Teil der In­ terdigitalwandler oder gegebenenfalls alle Interdigitalwand­ ler von Ein- beziehungsweise Ausgang ersetzen. Möglich ist es jedoch auch, einen gemeinsamen Wandler, der den Ein- oder Ausgangswandler des erfindungsgemäßen Filters darstellt, mit einer der Anzahl der Einzelspuren entsprechenden Zahl von kleineren Wandlern beziehungsweise von Wandlern mit kleinerer Apertur als Aus- beziehungsweise Eingangswandler zu kombinie­ ren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Oberflächenwellenfilter mit drei Spuren in schematischer Darstellung,

Fig. 2 zeigt eine einzelne Spur mit zusätzlichen Gitter­ strukturen,

Fig. 3 zeigt ein dreispuriges Oberflächenwellenfilter, bei dem in den Spuren unterschiedliche Abstände zwi­ schen Ein- und Ausgangswandler gewählt sind,

Fig. 4 zeigt ausschnittsweise miteinander verbundene Elek­ trodenfinger zweier benachbarter Interdigitalwand­ ler,

Fig. 5 zeigt zwei Interdigitalwandler mit verbundenen Elektrodenfingern, wobei in beiden Spuren unter­ schiedliche Fingerperioden gewählt sind,

Fig. 6 zeigt einen Interdigitalwandler mit kontinuierlich variierender Fingerperiode,

Fig. 7 zeigt das Übertragungsverhalten von Einzelspuren mit unterschiedlichem Phasenwinkel zwischen Anre­ gung und Reflektion,

Fig. 8 zeigt ein Zeigerdiagramm als vereinfachte Darstel­ lung für die Signaladdition im Filter.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsge­ mäßes Filter mit drei parallel verschalteten Spuren A, B und C. Jede Spur umfaßt einen Eingangswandler 1 und einen Aus­ gangswandler 2, die zwischen zwei Reflektoren 3 und 3' ange­ ordnet sein können, wie in der Figur dargestellt. Für die Spur A sind andeutungsweise die Elektrodenstreifen bezie­ hungsweise die Elektrodenfinger der Interdigitalwandler 1, 2 und der Reflektoren 3 dargestellt. Nicht dargestellt ist die spezielle Ausgestaltung der Interdigitalwandler, bei denen die Anregungszentren und die Reflexionszentren nicht zusam­ menfallen und einen Phasenwinkel von beispielsweise 45° auf­ weisen. Solche Interdigitalwandler sind jedoch als SPUDT- Wandler oder Wandler mit gerichteter Reflexion bekannt. Bei von 45° abweichenden Phasenwinkeln zwischen 0 und 180° spricht man nicht von SPUDT-Wandlern, sondern von Wandlern mit gerichteter Reflektion.

Eine der möglichen Verschaltung der Interdigitalwandler ist durch Angabe des entsprechenden Vorzeichens an den Strom­ schienen der Interdigitalwandler veranschaulicht. Die An­ schlüsse können aber auch so angeordnet sein, daß die An­ schlüsse zwischen zwei Spuren jeweils von gleicher Polarität sind, so daß sie mit einem gemeinsamen Pad verbunden werden können. Ein zweites Pad zwischen je zwei Spuren wird damit eingespart und der Verschaltungsaufwand reduziert. Möglich ist es jedoch auch, alle oder einen Teil der Eingangswandler seriell miteinander zu verschalten, ebenso die Ausgangswand­ ler. Dabei kann dann ein Wandler parallel zu einer Serienver­ schaltung zweier anderer Wandler angeordnet sein. Die gegebe­ nenfalls vorhandenen Reflektoren 3 können mit Masse verbunden sein, können aber auch als sogenannte floatende Reflektoren ausgebildet sein.

Für die Interdigitalwandler gilt, daß sie symmetrisch oder unsymmetrisch betrieben werden können. Bei symmetrischer Be­ triebsweise werden an die mit Plus und Minus bezeichneten An­ schlüsse elektrische Signale mit entgegengesetzter Phase an­ gelegt. Bei unsymmetrischer Betriebsweise wird das Signal nur an einem Anschluß angelegt, während der andere auf Festpoten­ tial, üblicherweise auf Masse liegt. Zum Parallelschalten der drei Spuren werden die Eingangswandler 1 parallel verschaltet und mit dem Eingang verbunden, ebenso werden die Ausgangs­ wandler 2 parallel verschaltet und mit dem Ausgang verbunden.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine einzelne Spur, bei der zwischen den Filterstrukturen zusätzliche Git­ terstrukturen 4 und 5 angeordnet sind. Erfindungsgemäß gilt, daß zumindest eine Gitterstruktur in zumindest einer Spur an­ geordnet sein kann. Der Einfachheit halber sind hier mehrere Gitterstrukturen mit ihren möglichen Positionen gleichzeitig in der Spur angeordnet. Möglich ist es jedoch auch, weniger oder mehr Gitterstrukturen in der Spur anzuordnen. Die Git­ terstruktur 5 ist vorzugsweise reflexionsfrei und stellt eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung zwischen den In­ terdigitalwandlern 1 und 2 dar. Möglich ist es auch, die Git­ terstruktur 5 durch einen Metallisierungsstreifen, eine soge­ nannte metallisierte Laufstrecke zu ersetzen. Eine refle­ xionsfreie Gitterstruktur wird erhalten, wenn eine reflexionsfreie Kombination von Elektrodenstreifen verwendet wird, beispielsweise λ/8 breite Streifen im Abstand von λ/8. Refle­ xionsfreiheit entsteht durch destruktive Interferenz von z. B. zwei um 180° phasenverschobenen Teilreflexionen, was einem Abstand der Streifenmitten von λ/4 entspricht. Möglich ist es jedoch auch, die Gitterstruktur 5 reflektierend auszubilden, wobei sich zwischen den einzelnen Filterstrukturen neue Reso­ nanzräume ausbilden können. Zusätzlich zur Funktion als re­ flektierendes Element kann die Gitterstruktur 5 auch mit Mas­ se verbunden sein und zusätzlich zur elektromagnetischen Ab­ schirmung beitragen. Die Gitterstrukturen 4 sind zwischen den Ein- und Ausgangswandlern und den jeweils benachbarten Re­ flektoren 3 angeordnet und dienen allein zur Erzeugung zu­ sätzlicher Resonanzräume. Die Elektrodenstreifen dieser Git­ terstrukturen können miteinander verbunden und auf Masse ge­ legt sein, möglich ist es jedoch auch, wie es in der Figur dargestellt ist, einzelne nicht miteinander verbundene Elek­ trodenstreifen als Gitterstrukturen auszuwählen.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung drei miteinander parallel verschaltete Einzelspuren, bei denen sich die Ein­ zelspuren A, B und C dadurch unterscheiden, daß der Abstand zwischen Eingangswandler 1 und Ausgangswandler 2 in den ein­ zelnen Spuren unterschiedlich ist. Zusätzlich ist in den drei Spuren die gesamte Spurlänge variiert.

Fig. 4 zeigt ausschnittsweise einen Bereich eines erfin­ dungsgemäßen Filters, bei dem die Elektrodenfinger zweier in benachbarten Spuren nebeneinander angeordneter Interdigital­ wandler einzeln miteinander verbunden sind. Spur A und Spur B unterscheiden sich dabei in ihrer Fingerperiode, die von der Spur A nach der Spur B ansteigt. In einem Übergangsbereich E sind die Verbindungsstücke zwischen den einzelnen Elektroden­ fingern nicht mehr vertikal zur Ausbreitungsrichtung x der Oberflächenwelle angeordnet, sondern schräg dazu, um sich den unterschiedlichen Raster (Fingerperiode) der unterschiedli­ chen Spuren anzupassen. Der Anschaulichkeit halber ist der Unterschied in der Fingerperiode in der Figur übertrieben dargestellt. Nicht dargestellt ist die entsprechende Fin­ geranschlussfolge, die in diesem Bereich des Interdigital­ wandlers beispielsweise alternierend sein kann.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Oberflächenwellenfilter, bei dem die Elektrodenfinger zweier in benachbarten Spuren nebeneinanderliegender Interdigital­ wandler einzeln miteinander verbunden sind. Im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. 4 weisen die beiden Spuren A und B hier gleiche Fingerperiode auf. Neben den anregenden Fingern sind hier reflektierende Finger angeordnet, wobei die Anord­ nung so ist, daß die dargestellten Strukturen eine gerichtete Reflexion aufweisen. Die dunkel dargestellten Elektrodenfin­ ger können beispielsweise mit einer oberen Stromschiene, die heller dargestellten Elektrodenfinger mit einer unten liegen­ den Stromschiene verbunden werden. Zwischen den beiden Spuren sind daher keine separaten Stromschienen zum Anschluß der Elektrodenfinger erforderlich. Fig. 5 zeigt auch, daß bei unterschiedlicher Fingeranschlußfolge trotzdem einzelne Elek­ trodenfinger einander benachbarter Interdigitalwandler in un­ terschiedlichen Spuren einzeln miteinander verbunden werden können, was durch den Übergangsbereich E ermöglicht ist, in dem die Verbindungsstücke zwischen den Elektrodenfingern un­ terschiedlicher Interdigitalwandler schräg gegen die Ausbrei­ tungsrichtung der Oberflächenwelle verlaufen können.

Fig. 6 zeigt einen sogenannten FAN-Wandler, der im Prinzip aus einer unendlichen Anzahl von nebeneinanderliegenden Spu­ ren besteht, bei denen die Elektrodenfinger benachbarter Spu­ ren miteinander verbunden sind. Die Fingerperiode und damit die Mittenfrequenz der unendlich vielen Spuren steigt von der einen Seite des Wandlers zur anderen kontinuierlich an. Da die Struktur eine Parallelschaltung der infinitesimal schma­ len Teilspuren darstellt, wird ein Gesamtwandler beziehungs­ weise ein OFW-Filter erhalten, welches eine erhöhte Bandbrei­ te gegenüber einem OFW-Filter besitzt, bei dem die Spuren einheitliche Mittenfrequenzen aufweisen.

In Fig. 7 sind die Kurven für das Übertragungsverhalten von drei akustischen Spuren dargestellt, bei denen unterschiedli­ che Phasenwinkel zwischen den Anregungs- und Reflexionszen­ tren der Interdigitalwandler eingestellt sind. Bei einem von 45° abweichenden Phasenwinkel wird eine Übertragungskurve er­ halten, die ein unsymmetrisches Paßband aufweist. Als wesent­ licher Unterschied wird am Paßband eine Flanke steiler, wäh­ rend die andere flacher abfällt. In der Figur sind drei Über­ tragungskurven dargestellt, wobei in den Wandlern Phasenwin­ kel von 25, 45 und 65° eingestellt sind. Durch Überlagerung dieser drei Signale in der Parallelverschaltung wird insge­ samt ein Übertragungsverhalten erhalten, welches wiederum be­ züglich der Mittenfrequenz symmetrisch ist. Dabei bleiben die steiler eingestellten Flanken der Anordnungen mit von 45° ab­ weichendem Phasenwinkel auch in der Überlagerung erhalten.

In Fig. 8 ist ein zweidimensionales Zeigerdiagramm darge­ stellt, wobei jeder Pfeil für einen komplexen Zeiger steht, der durch Betrag und Phase bei einer bestimmten Frequenz ge­ kennzeichnet ist. Die den einzelnen Spuren A, B und C zuge­ ordneten Vektoren sind so gewählt, daß sie in der Addition gegen Null gehen. Für diese Frequenz würden die drei Spuren dann eine Auslöschung des Signals, also eine maximale Dämp­ fung ergeben. Aus der Figur wird auch klar, daß sich mit Hil­ fe von drei Vektoren beziehungsweise mit Hilfe von drei Spu­ ren eine solche Auslöschung einfacher erreichen läßt, als dies mit zwei Spuren der Fall wäre. Die betragsmäßig größeren Vektoren A und B sind so gewählt, daß sie sich bei der Addi­ tion nahezu kompensieren. Der verbleibende Betrag wird mit Hilfe eines geeignet gewählten dritten Vektors C in einfacher Weise kompensiert. Aufgrund des geringeren zu kompensierenden Betrags ist die Restkompensation einfacher einzustellen, zu­ mal nicht unbedingt der Wert Null erhalten werden muß. Es ge­ nügt, den dritten Vektor C so zu wählen, daß das Ergebnis, also die Addition der drei Vektoren einen Betrag ergibt, der unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt. Dies erlaubt es beispielsweise, die Phase des Vektors C nur annähernd ein­ zustellen und die Feinregulierung dann über den Betrag vorzu­ nehmen. Im Oberflächenwellenfilter kann der Betrag dann über eine Variation der Apertur eingestellt werden.

Die Erfindung wird hier nur anhand einiger exemplarischer Ausführungsbeispiele dargestellt, ist natürlich aber nicht auf diese beschränkt. Vielmehr ist es möglich, eine Reihe von Parametern zu variieren. Möglich ist es auch, die in den un­ terschiedlichen Figuren dargestellten Variationsmöglichkeit zu kombinieren, und dadurch komplexere Oberflächenwellenfil­ ter zu schaffen. Auch ist die Erfindung nicht auf einen Ober­ flächenwellenfilter mit drei Spuren begrenzt. Vielmehr er­ laubt es die Erfindung, auch Oberflächenwellenfilter mit ei­ ner höheren Anzahl an Spuren herzustellen. Durch die Paral­ lel- oder Serienverschaltung von drei und mehr Spuren und die damit erhaltene Überlagerung der Signale aus den einzelnen Spuren kann in erfindungsgemäßer Weise ein komplexeres Über­ tragungsverhalten des Oberflächenwellenfilters dargestellt werden. Bei einer Verkürzung der Spurlänge kann trotz ver­ schlechterter Eigenschaften der Einzelspur in der Summe den­ noch ein gewünschtes Übertragungsverhalten erhalten werden, welches die genannten Anforderungen beziehungsweise Spezifi­ kationen des Mobilfunksystems erfüllt.

Claims (11)

1. Oberflächenwellenfilter
mit zumindest drei unterschiedlichen, elektrisch seriell, parallel, oder seriell und parallel geschalteten akusti­ schen Spuren (A, B, C),
bei dem jede Spur zumindest zwei als Ein- und Ausgangs­ wandler dienende Interdigitalwandler (1, 2) aufweist, bei dem jede Spur ein Teilfilter ist, in dem zwischen den Zentren von Anregung und Reflexion ein Phasenwinkel ein­ gestellt ist, der ungleich einem Vielfachen von 90° ist,
bei dem die einzelnen Spuren so ausgebildet sind, daß sich ein gewünschtes und bezüglich Flankensteilheit, Paßband und Einfügedämpfung vorgegebenes Übertragungs­ verhalten erst aus der Überlagerung des Verhaltens der drei akustischen Spuren ergibt.

2. Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, bei dem zumindest zwei Interdigitalwandler (1, 2) in den unterschiedlichen Spuren (A, B, C) unterschiedlich ausge­ bildet sind.

3. Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem innerhalb zumindest einer Spur (A, B, C) eine zu­ sätzliche Gitterstruktur (4, 5) oder eine metallisierte Laufstrecke zwischen den beiden Interdigitalwandlern (1, 2) oder zwischen einem Interdigitalwandler und dem Re­ flektor (3) angeordnet ist, die elektrisch nicht mit ei­ nem Ein- oder Ausgangswandler verbunden ist.

4. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die Gitterstruktur (4, 5) oder die metallisierte Laufstrecke mit Masse verbunden ist, reflexionsfrei aus­ gebildet und zwischen Ein- und Ausgangswandler (1, 2) an­ geordnet ist.

5. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem die Aperturen der akustischen Spuren (A, B, C) un­ terschiedlich sind.

6. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die Abstände der Anregungszentren und der Refle­ xionszentren zwischen Ein- und Ausgangswandler (1, 2) in den akustischen Spuren unterschiedlich sind.

7. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem mehr als drei akustische Spuren (A, B, C) seriell, parallel, oder teils seriell und teils parallel geschal­ tet sind.

8. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem zumindest einige der akustischen Spuren (A, B, C) auf einem Chip parallel zueinander angeordnet sind, bei dem zumindest zwei Interdigitalwandler (1, 2) aus einander benachbarten Spuren nebeneinander angeordnet sind und bei dem Elektrodenfinger aus beiden Interdigitalwandlern ein­ zeln miteinander spurübergreifend verbunden sind.

9. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-8, bei dem die Interdigitalwandler in den unterschiedlichen Spuren (A, B, C) eine unterschiedliche Verteilung von Anre­ gung und Reflexion aufweisen.

10. Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 9, bei dem von 45° abweichende Phasenwinkel zwischen Anre­ gung und Reflexion so eingestellt werden, daß in den Ein­ zelspuren (A, B, C) jeweils unterschiedliche Flanken des Paßbands steiler eingestellt werden als bei einheitli­ chem Phasenwinkel von 45° und entsprechendem symmetri­ schen Übertragungsverhalten.

11. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1-11, bei dem die Mittenfrequenz in den unterschiedlichen Spu­ ren unterschiedlich ist.