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Die Erfindung betrifft ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Filter mit mindestens zwei akustisch miteinander gekoppelten Interdigitalwandlern, von denen mindestens einer ein rekursiver Interdigitalwandler ist. Ein solches Filter ist insbesondere für Multimedia-Anwendungen vorgesehen.
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Rekursive Interdigitalwandler enthalten oder bestehen ganz aus SPUDT-Zellen, deren Länge üblicherweise eine Wellenlänge beträgt, und die z. B. unterschiedlich breite Elektrodenfinger in einer solchen Verteilung aufweisen, dass sich eine gerichtete Abstrahlung des Wandlers ergibt (SPUDT = Single Phase Unidirectional Transducer). In einer SPUDT-Zelle bzw. in einem rekursiven Wandler ist vorgesehen, dass elektrische Anregungszentren und akustische Reflexionszentren bei der Mittenfrequenz des Filters eine Phasenverschiebung von (2n + 1)π/4 aufweisen, wobei n = 0, 1, 2, ... Dabei überlagern sich die direkt in eine Vorzugsrichtung abgestrahlten und die an den Reflexionszentren reflektierten Wellenkomponenten bei der Mittenfrequenz des Filters exakt konstruktiv. Dies resultiert in einer, bezüglich der Mittenfrequenz symmetrischen elektroakustischen Konversion des SPUDT-Wandlers.
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Beispielsweise sind aus der Druckschrift H. Nakamura et al, „A New Design Concept for Low-Loss SAW Filters Based on Different-Width Split-Finger SPUDT”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 49 No. 4, 2001, p. 761–768 Hanma-Hunsinger Zellen mit vier Fingern pro Wellenlänge bekannt, wobei nebeneinander angeordnete Finger unterschiedlich breit sind (λ/16 und 3λ/16). Breite und schmale Finger sind abwechselnd angeordnet. Eine Hanma-Hunsinger Zelle entspricht einer (unidirektional abstrahlender) Splitfinger-Anordnung.
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Ferner sind EWC-Zellen (EWC = Electrode Width Control) mit drei Fingern pro Wellenlänge bekannt. Dabei weisen zwei schmale Finger eine Breite von λ/8 und ein breiter Finger eine Breite von 2λ/8 auf.
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Ferner sind DART-Zellen (DART = Distributed Acoustical Reflection Transducer) mit zwei schmalen Fingern der Breite von λ/8 und einem breiten Finger der Breite von 3λ/8 bekannt.
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Bekannt sind auch SPUDT-Zellen nach Fliegel, bei denen alle drei Elektrodenfinger die gleiche Breite aufweisen. SPUDT-Zellen nach Fliegel werden insbesondere bei hochkoppelnden Materialien verwendet, weil in diesem Fall schmale Finger eine höhere Reflexion als breite Finger aufweisen.
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Die elektrischen Anregungszentren sind solche Stellen im Wandler, an welchen lokal angeregte elektrische Komponenten einer in Vorwärtsrichtung und einer in Rückwärtsrichtung laufenden elektroakustischen Welle miteinander in Phase sind.
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Durch elektrische und mechanische Unstetigkeiten wird an jedem Elektrodenfinger ein Teil der einfallenden akustischen Welle in Rückwärtsrichtung reflektiert. Es wird angenommen, dass die Reflexion an einem Punkt (Reflexionszentrum) lokalisiert ist, an dem die Reflexionskoeffizienten von in entgegengesetzten Richtungen laufenden Wellen gleich bzw. rein imaginär sind. Auf den meisten piezoelektrischen Substraten, die im Hinblick auf Reflexion symmetrische richtungsunabhängige Eigenschaften aufweisen, ist dies die Mitte des Fingers.
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Ein breitbandiger Wandler in einem Transversalfilter ist i. d. R. relativ kurz und weist meist keine Überlappungswichtung auf. Dieser Wandler hat aufgrund seiner geringen Länge eine entsprechend kleine statische Kapazität und wird daher üblicherweise durch externe Anpassungselemente an eine Lastimpedanz elektrisch so angepasst, dass sich in diesem Wandler eine bezüglich der Mittenfrequenz des Filters symmetrische elektroakustische Konversion bzw. Übertragungscharakteristik ergibt. Das zusätzliche Vorsehen von Anpassungselementen hat den Nachteil eines höheren Platzbedarfs.
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Aus der
DE 199 07 640 A1 ist ein SAW Filter mit zwei Wandlern bekannt, von denen einer als rekursiver oder unidirektionaler Wandler ausgebildet ist.
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Aus der
DE 100 26 074 A1 ist ein dreispuriges rekursives SAW Filter von geringer Chiplänge bekannt, bei dem das Übertragungsverhalten durch Überlagerung der Signale der drei Einzelspuren erhalten wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Filter anzugeben, das eine verringerte Länge aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind aus weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Fehlanpassung in der Impedanz zwischen einer Last und einem Wandler durch eine entsprechend gewählte Asymmetrie der elektroakustischen Konversion des Wandlers auszugleichen.
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Es wird ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Filter mit einem ersten und einem zweiten Wandler angegeben, die in einer akustischen Spur vorzugsweise direkt nebeneinander angeordnet sind. Der zweite Wandler ist als ein breitbandiger rekursiver Interdigitalwandler ausgebildet. Die Phasendifferenz Δϕ zwischen einem Anregungs- und einem Reflexionszentrum im zweiten Wandler weicht bei der Mittenfrequenz fF des Filters von (2n + 1)π/4 – in Wellenlängen (2n + 1)λ/8 – ab. λ ist die Wellenlänge der akustischen Welle bei der Mittenfrequenz des Filters. n ist eine ganze Zahl n = 0, 1, 2, ... Vorzugsweise trifft diese abweichende Phasendifferenz Δϕ auf alle Paare von Anregungs- und Reflexionszentren im zweiten Wandler zu.
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Als Mittenfrequenz des Filters wird im Folgenden eine Frequenz (f1 + f2)/2 bezeichnet, wobei f1 und f2 die Grenzfrequenzen des Durchlassbereichs des Filters sind, die aus der Übertragungsfunktion des Filters bei einem vorgegebenen Pegel – z. B. 3 dB oder 10 dB bezogen auf die maximale Amplitude der Übertragungsfunktion – ermittelt werden. Als Mittenfrequenz des Wandlers wird im Folgenden eine Frequenz (f'1 + bezeichnet, wobei f'1 und f'2 die Grenzfrequenzen des Durchlassbereichs des Wandlers sind, die aus der Übertragungsfunktion des Wandlers beim vorgegebenen Pegel ermittelt werden.
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Wenn der Abstand a2 zwischen einem Anregungs- und einem Reflexionszentrum z. B. geringfügig größer als (2n + 1)λ/8 ist, überlagern sich die in eine Vorzugsrichtung abgestrahlten Wellenkomponenten mit den an den Reflexionszentren reflektierten Wellen konstruktiv bei einer Wellenlänge λ' > λ. Dies bedeutet, dass die elektroakustische Konversion ihren Maximalwert unterhalb der Mittenfrequenz fF erreicht. Der Abstand a2 wird dann größer als (2n + 1)λ/8 gewählt, wenn die Übertragungscharakteristik des Filters bei a2 = (2n + 1)λ/8 mit einem Maximum oberhalb der Mittenfrequenz fF erreichen und daher eine Asymmetrie aufweisen würde. Dies ist der Fall, wenn der kapazitive Blindwiderstand des Wandlers kleiner als seine Lastimpedanz ist.
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Das Filter gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass durch die geeignete Optimierung der Phasendifferenz Δϕ in einem Wandler trotz der bestehenden Fehlanpassung zwischen dem Wandler und einer Lastimpedanz die Asymmetrie der Übertragungsfunktion des Filters ausgeglichen werden kann. Da die Impedanz des Wandlers nicht angepasst werden muss, wird der Platz für sonst notwendige Anpassungselemente eingespart. Daher zeichnet sich das Filter gemäß der Erfindung durch einen geringen Platzbedarf aus. Die Ausbildung des zweiten Wandlers als rekursiver Wandler hat den Vorteil, dass die Länge seiner Impulsantwort – im Gegensatz zu einem Splitfingerwandler – nicht unmittelbar von der Wandlerlänge abhängig ist, so dass die Wandlerlänge zur Anpassung der Filtercharakteristik nicht notwendigerweise vergrößert werden muss.
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Der zweite Wandler weist mehrere Elementarzellen mindestens eines Zelltyps auf, wobei die Elementarzellen eines gegebenen Zelltyps durch eine vorgegebene Fingeranschlussfolge charakterisiert werden. Die Elementarzelle ist eine Mindesteinheit, in der durch eine entsprechende Verschiebung zwischen Anregungs- und Reflexionszentren eine gerichtete Abstrahlung der akustischen Welle von der gegebenen Wellenlänge erzielt wird. Vorzugsweise haben alle Elementarzellen eines Zelltyps – bezogen auf die Mittenfrequenz des Filters – die gleiche Länge, die je nach Zelltyp λ oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Dies trifft insbesondere auf einen kurzen ungewichteten Wandler zu. Ein längerer Wandler ist in der Regel gewichtet. Für einen Vorzeichenwechsel der Anregungsfunktion ist beispielsweise eine Verschiebung im Wandler von λ/2 notwendig. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen zwei Elementarzellen eine „Zwischenzelle” eingebaut wird, die aus einem Splitfingerpaar besteht und λ/2 lang ist. Eine solche Zwischenzelle trägt weder der Reflexion noch der Anregung der akustischen Welle bei und hat nur die Aufgabe, einen Vorzeichenwechsel in der Anregungsfunktion zu realisieren.
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Eine Elementarzelle kann z. B. schmale Finger und eine Anzahl N > 1 breiter Finger aufweisen, wobei die Breite des breiten Fingers die Breite des schmalen Fingers um mindestens Faktor 2 übersteigt. Der Abstand zwischen den Fingermitten eines breiten und eines schmalen Fingers weicht vorzugsweise vom λ/8 Raster ab.
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Der rekursive (zweite und ggf. erste) Wandler kann beispielsweise durch verschiedene SPUDT-Zellen realisiert werden: EWC-SPUDT (Electrode Width Controlled), DART (Distributed Acoustical Reflection Transducer), Hanma-Hunsinger-SPUDT, DSPUDT (Dithered SPUDT), SPUDT nach Fliegel, Different Width Split Finger SPUDT, Floating Electrode UniDirectional Transducer (bei denen in der Zelle neben den an die Stromschienen angeschlossenen Fingern auch floatende Finger vorgesehen sind).
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Ein Wandler kann in einer Variante die Elementarzellen eines einzigen Zelltyps aufweisen. In einer anderen Variante ist es möglich, innerhalb eines Wandlers verschiedene Zelltypen zu verwenden. Neben „unidirektionalen” Elementarzellen, die zur bevorzugten Abstrahlung der akustischen Welle beitragen, können auch weitere Zellen vorgesehen sein, die entweder nur anregen oder nur reflektieren und die z. B. zwischen den „unidirektionalen” Elementarzellen angeordnet sein können.
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Der zweite Wandler ist – bei dem vorgegebenen Pegel zur Bestimmung der Breite eines Durchlassbereichs – vorzugsweise breitbandiger als das Filter, d. h. die Bandbreite des zweiten Wandlers ist größer als die des Filters.
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Jedem Wandler kann ein entsprechendes (erstes bzw. zweites) elektrisches Tor zugeordnet werden. Der zweite Wandler kann z. B. als Ausgangswandler und der erste Wandler als Eingangswandler vorgesehen sein.
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Der erste Wandler ist vorzugsweise schmalbandig und weist eine größere Länge als der zweite Wandler auf. Der erste Wandler ist vorzugsweise ein Splitfinger-Wandler und kann gleichzeitig auch ein reflexionsfreier, d. h. bidirektionaler Wandler sein. Der erste Wandler kann auch ein rekursiver Interdigitalwandler sein. Der erste Wandler weist vorzugsweise eine symmetrische Übertragungscharakteristik auf.
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Der zweite Wandler weist eine geringe Länge auf, die i. d. R. einen Bruchteil der Länge des ersten Wandlers beträgt. Bedingt durch seine geringe Länge kann die Impedanz des zweiten Wandlers von der am zweiten elektrischen Tor vorgesehenen Lastimpedanz abweichen, was – bei einer symmetrischen elektroakustischen Konversion bzw. Übertragungsfunktion des zweiten Wandlers – zur entsprechenden Asymmetrie in der Übertragungsfunktion des Filters führen kann. Daher ist der zweite Wandler gemäß Erfindung so ausgebildet, dass er eine bezüglich seiner Mittenfrequenz unsymmetrische Übertragungsfunktion aufweist. Die Asymmetrie der Übertragungsfunktion des zweiten Wandlers ist – u. U. auch in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des ersten Wandlers – so gewählt, dass die Übertragungsfunktion des Filters zumindest im Durchlassbereich bezüglich der Mittenfrequenz des Filters kompensiert und daher symmetrisch ist.
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Die Asymmetrie der Übertragungsfunktion des rekursiven (zweiten) Wandlers wird dadurch erreicht, dass zwischen Anregungs- und Reflexionszentren eine vom Wert (2n + 1)π/4 abweichende Phasendifferenz eingestellt wird. Der Phasenunterschied zwischen einem Anregungs- und einem Reflexionszentrum im zweiten Wandler weicht vorzugsweise geringfügig vom Wert (2n + 1)π/4 ab, z. B. maximal bis 20%, vorzugsweise maximal bis 10%.
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In bekannten Elementarzellen, die in rekursiven Wandlern verwendet werden, betragen die Fingerbreiten und -mindestabstände i. d. R. λ/8 oder λ/16 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon. Dadurch wird ein λ/8-Raster definiert, auf dem Anregungs- und Reflexionszentren angeordnet sind. Die Elementarzelle weist i. d. R. mindestens einen breiteren bzw. reflektierend wirkenden Finger auf, damit die gewünschte Phasendifferenz z. B. von im Wesentlichen (2n + 1)π/4 erreicht werden kann.
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Die vom Wert (2n + 1)π/4 z. B. um max. 20% abweichende Phasendifferenz kann in den an sich bekannten Elementarzellen, z. B. EWC-Zellen oder DART-Zellen (EWC = Electrode Width Control, DART = Distributed Acoustical Reflection Transducer), durch die Verschiebung eines Fingers, beispielsweise des breiteren Fingers, erzielt werden. Die Breite des verschobenen Fingers kann wie in den herkömmlichen Elementarzellen beibehalten werden. Die Breite des verschobenen Fingers kann auch von λ/8 bzw. λ/16 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon abweichen.
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Die vom Wert (2n + 1)π/4 z. B. um max. 20% abweichende Phasendifferenz kann in den an sich bekannten Elementarzellen, z. B. Hanma-Hunsinger Zellen, durch die Breitenänderung mindestens eines Fingers oder aller Finger erreicht werden.
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Die Verschiebung der Lage oder die Änderung der Breite eines Fingers vom üblichen λ/8-Raster bewirkt vor allem die Verschiebung des entsprechenden Reflexionszentrums, wobei sich das damit verbundene Anregungszentrum nur unwesentlich verschiebt.
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Die Phasendifferenz kann im Wandler einheitlich, d. h. in allen Elementarzellen gleich gewählt werden. Möglich ist aber auch, dass die Phasendifferenz von Anregungs- und Reflexionszentren von Zelle zu Zelle unterschiedlich ist.
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Der erste Wandler ist vorzugsweise an die entsprechende Lastimpedanz angepasst. Möglich ist aber auch, dass die Impedanz des ersten Wandlers von der Lastimpedanz abweicht. Im letzteren Fall kann die Übertragungsfunktion des Filters zusätzlich durch eine asymmetrisch gewählte elektroakustische Konversion im ersten Wandler kompensiert werden.
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Der erste und der zweite Wandler sind vorzugsweise nur akustisch miteinander gekoppelt.
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Der zweite Wandler ist vorzugsweise nicht überlappungsgewichtet. Der erste Wandler ist vorzugsweise überlappungsgewichtet, wobei die Fourier-Transformierte der Impulsantwort des ersten Wandlers z. B. einer rechteckigen Übertragungsfunktion entspricht. Der erste Wandler kann ein Splitfinger-Wandler sein. Unter einem überlappungsgewichteten Wandler versteht man einen Wandler, bei dem die Überlappungslänge zweier mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen verbundener Elektrodenfinger über die Länge des Wandlers nicht einheitlich ist.
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Bei gleichen Mittenfrequenzen des zweiten Wandlers und des Filters kann die Übertragungsfunktion des Filters, bedingt durch die Fehlanpassung eines zweiten Wandlers, im Durchlass bereich trotz der oben beschriebenen Optimierung der Phasendifferenz zwischen Anregungs- und Reflexionszentren ggf. immer noch asymmetrisch sein. Diese Restasymmetrie kann dadurch kompensiert werden, dass die Mittenfrequenz f2 des zweiten Wandlers gegenüber der vorgegebenen Mittenfrequenz fF des Filters verschoben wird.
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Die Mittenfrequenzen des ersten und des zweiten Wandlers können daher voneinander unterschiedlich sein. Z. B. kann die Mittenfrequenz des ersten Wandlers gleich der Mittenfrequenz des Filters sein, während die Mittenfrequenz des zweiten Wandlers davon abweicht, oder umgekehrt. Die Mittenfrequenz des längeren (ersten) Wandlers stimmt im Wesentlichen mit der Mittenfrequenz des Filters überein. Die Mittenfrequenz des kürzeren (zweiten) Wandlers kann von der Mittenfrequenz des Filters – vorzugsweise maximal um 1% – abweichen. Die Mittenfrequenz eines entsprechend breitbandigen Wandlers kann gegenüber der Mittenfrequenz ggf auch um einen größeren Betrag abweichen.
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Das Maximum der Übertragungsfunktion des Filters kann z. B. (bei gleich gewählten Frequenzen f2 = fF) bei einer Frequenz fF,max oberhalb der Mittenfrequenz fF des Filters liegen. Ist die Mittenfrequenz f2 des zweiten Wandlers in diesem Fall geringfügig kleiner als die vorgegebene Mittenfrequenz des Filters fF gewählt, erreicht die Übertragungsfunktion des zweiten Wandlers ihre maximale Amplitude bei einer Frequenz f < fF.
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Falls das Maximum der Übertragungsfunktion des Filters (bei gleich gewählten Frequenzen f2 = fF) bei einer Frequenz fF,max fF liegt, kann die Mittenfrequenz f2 des zweiten Wandlers geringfügig größer als die vorgegebene Mittenfrequenz des Filters fF gewählt werden. Die Übertragungsfunktion des zweiten Wandlers erreicht ihre maximale Amplitude bei einer Frequenz f > fF.
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Durch einen – entsprechend der Asymmetrie der Übertragungsfunktion des Filters gewählten – Frequenzversatz zwischen f2 und fF gelingt es, die durch die Fehlanpassung des zweiten Wandlers bedingte Asymmetrie der Übertragungsfunktion des Filters zu beheben.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleich wirkende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen schematisch
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1 ein Filter mit zwei Wandlern
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2A ausschnittsweise einen beispielhaften zweiten Wandler mit EWC-Zellen
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2B ausschnittsweise einen beispielhaften zweiten Wandler mit Hanma-Hunsinger-Zellen
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3 die Übertragungsfunktionen des ersten, des zweiten Wandlers und des Filters
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In der 1 ist ein Filter mit einem ersten Wandler W1 (Eingangswandler) und einem zweiten Wandler W2 (Ausgangswandler) gezeigt. Die Wandler W1, W2 sind in einer akustischen Spur angeordnet und akustisch miteinander gekoppelt. Der erste Wandler W1 ist zwischen den Anschlüssen IN1, IN2 des Eingangstors des Filters geschaltet. Der zweite Wandler W2 ist zwischen den Anschlüssen OUT1, OUT2 des Ausgangstors des Filters geschaltet.
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Die Länge und die Überlappungswichtung des ersten Wandlers W1 bestimmt die Impulsantwort des Wandlers im Zeitbereich. Der erste Wandler W1 weist eine Überlappungswichtung auf, die der Form einer Fourier-Transformierten einer Rechteckfunktion entspricht.
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Der erste Wandler ist wesentlich länger und daher schmalbandiger als der breitbandige zweite Wandler. Die Länge des zweiten Wandlers ist vorzugsweise so gewählt, dass seine Bandbreite größer als die Bandbreite des gesamten Filters ist.
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Ein beispielhafter zweiter Wandler W2, in dem sich eine akustische Welle AW der Wellenlänge λ ausbreitet, ist in 2A ausschnittsweise gezeigt. Die Elektrodenfinger 1, 2, 3 bilden eine erste Elementarzelle Z1. Die Elektrodenfinger 1', 2', 3' bilden eine zweite Elementarzelle Z2. Die Elementarzellen Z1, Z2 sind in diesem Fall EWC-Zellen. Die Finger 1, 3, 1', 3' sind an eine hier nicht dargestellte erste Stromschiene angeschlossen. Die Finger 2, 2' sind an eine hier nicht dargestellte zweite Stromschiene angeschlossen.
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Die schmalen Finger 1, 2, 1', 2' haben eine Breite von λ/8. Die breiten Finger 3, 3' haben eine Breite von 3λ/8. Das λ/8-Raster ist in der Figur unten gezeigt. Bei den breiten Fingern 3, 3' ist mit durchgezogenen Linien die Lage der breiten Finger in einem bekannten EWC-Wandler gezeigt. Mit strichpunktierten Linien ist die Lage der breiten Finger 3, 3' im zweiten Wandler W2 gemäß der Erfindung angedeutet. Gegenüber dem bekannten Wandler sind die breiten Finger 3, 3' hier um einen Betrag Δl nach links verschoben, wobei 0 < Δl << λ/8.
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Die Lage von elektrischen Teilanregungen A1, A2, A1', A2' ist mit entsprechenden Pfeilen dargestellt. Die elektrischen Teilanregungen sind zwischen zwei Fingern mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen angeordnet. Die Lage der elektrischen Teilanregungen in einem EWC-Wandler stimmt mit der Lage der auch mit Pfeilen gekennzeichneten elektrischen Anregungszentren E1, E2, E3 nicht überein.
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Akustisches Reflexionszentrum R2 in einem bekannten Wandler ist durch einen Strich mit einem Punkt an seinem Ende dargestellt. Das elektrische Anregungszentrum E2 ist vom akustischen Reflexionszentrum R2 um genau λ/8 beabstandet. Das Reflexionszentrum R2' im zweiten Wandler W2 gemäß der Erfindung ist gegenüber dem Reflexionszentrum R2 in einem bekannten Wandler um einen Betrag ≅ Δl nach links verschoben. Daher ist der Abstand zwischen E2 und R2' kleiner als λ/8.
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In der 2B ist ausschnittsweise eine weitere Variante der Erfindung gezeigt. Der zweite Wandler W2 weist hier Zellen Z1, Z2 auf, die als Hanma-Hunsinger Zellen gewählt sind. Hier stimmt die Lage der elektrischen Teilanregungen A1, A2, A1' mit der Lage der elektrischen Anregungszentren überein.
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Mit durchgezogenen Linien sind die Elektrodenfinger eines bekannten Wandlers mit Hanma-Hunsinger Zellen gezeigt. Der bekannte Wandler weist schmale Finger 1, 3, 1' der Breite l2 = λ/16 und breite Finger 2, 4, 2' der Breite l1 = 3λ/16 auf.
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Mit strichpunktierten Linien sind die Elektrodenfinger des zweiten Wandlers gemäß dieser Variante der Erfindung gezeigt. In diesem Beispiel wird die gewünschte Phasendifferenz Δϕ ≠ (2n + 1)π/4 durch die Änderung der Fingerbreiten erzielt. Die Änderung der Fingerbreiten bewirkt insbesondere eine Verschiebung von akustischen Reflexionszentren. Die Breite l2' der schmalen Finger 1, 3, 1' im zweiten Wandler gemäß Erfindung ist größer als l2 gewählt. Die Breite l1' der breiten Finger 2, 4, 2' ist im zweiten Wandler gemäß der Erfindung größer als l1 gewählt.
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Alternativ ist es möglich, auch in Hanma-Hunsinger-Zellen die o. g. Phasendifferenz durch die Verschiebung mindestens eines Fingers, z. B. des Fingers 2 gegenüber dem Finger 1 (und/oder des Fingers 4 gegenüber dem Finger 3) zu erzielen.
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Es ist möglich, die gewünschte Phasendifferenz Δϕ ≠ (2n + 1)π/4 durch die Änderung der Fingerbreiten und eine gleichzeitige Verschiebung mindestens eines vorzugsweise breiteren, „reflektierenden” Fingers zu erzielen. Breite Finger werden als reflektierend bezeichnet, da ihr Beitrag zur Reflexion der akustischen Welle insgesamt i. d. R. größer als der Beitrag der schmalen Finger ist.
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In 3 ist die Übertragungsfunktion des ersten Wandlers (Kurve 11), des zweiten Wandlers (Kurve 12) und des Filters (Kurve 13) gezeigt. In diesem Beispiel ist der erste Wandler an die Lastimpedanz angepasst. Der zweite Wandler ist fehlangepasst.
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In diesem Fall beträgt die Phasendifferenz Δϕ zwischen Anregung und Reflexion im zweiten Wandler annähernd 42°. Durch die so gewählte Phasendifferenz Δϕ wird im zweiten Wandler eine bezogen auf seine Mittenfrequenz asymmetrische elektroakustische Konversion bzw. Übertragungsfunktion erreicht. Die ersten Nullstellen P1 bzw. P1' der Übertragungsfunktion 12 liegen gegenüber der Mittenfrequenz des zweiten Wandlers unsymmetrisch.
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Die Mittenfrequenz f2 des zweiten Wandlers liegt im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Nullstellen P1 und P1' bei ca. 467 MHz.
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Die Symmetrie der Übertragungsfunktion 13 des Filters ist hier neben der Optimierung der Phasendifferenz Δϕ dadurch erreicht, dass die Mittenfrequenz des zweiten Wandlers unterhalb der Mittenfrequenz des Filters gewählt ist. Die von der Mittenfrequenz des Filters abweichende Mittenfrequenz des zweiten Wandlers ist daran zu erkennen, dass die Polstellen P1, P1' der Übertragungsfunktion 12 des zweiten Wandlers nicht symmetrisch bezogen auf die Mittenfrequenz fF des Filters liegen. Die Polstellen P1, P1' liegen bei Frequenzen fP1, fP1', wobei gilt |fF – fP1| > |fF – fP1'|.
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Die von einem Wert (2n + 1)π/4 abweichende Phasendifferenz zwischen Anregung und Reflexion ist daran erkennbar, dass die Polstellen der Übertragungsfunktion 12 des zweiten Wandlers nicht symmetrisch bezogen auf das Maximum M1 dieser Funktion liegen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier vorgestellten Ausführungsbeispiele begrenzt. Auch weitere, hier nicht genannte SPUDT-Zelltypen können im Filter gemäß der Erfindung verwendet werden. Die Optimierung der Phasendifferenz gegenüber dem Wert (2n + 1)π/4 kann mit verschiedenen Wichtungen, z. B. Überlappungswichtung, Weglasswichtung, Skalierung einzelner Elementarzellen im entsprechenden rekursiven Wandler kombiniert werden. Das Filter kann ein Transversalfilter sein.
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Bezugszeichenliste
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- W1
- erster Wandler
- W2
- zweiter Wandler
- IN1, IN2
- Anschlüsse eines Eingangstores
- OUT1, OUT2
- Anschlüsse eines Ausgangstores
- 11
- Übertragungsfunktion des ersten Wandlers
- 12
- Übertragungsfunktion des zweiten Wandlers
- 13
- Übertragungsfunktion des Filters
- 1 bis 4
- Elektrodenfinger, die der ersten Zelle Z1 zugeordnet sind
- 1' bis 3'
- Elektrodenfinger, die der zweiten Zelle Z2 zugeordnet sind
- Δl
- Verschiebung der Lage des breiten Fingers
- P1, P1'
- Polstellen der Übertragungsfunktion 2
- A1, A2, A1', A2'
- elektrische Teilanregungen
- E1, E2, E3
- elektrische Anregungszentren
- R1, R2, R3
- akustische Reflexionszentren in einem bekannten Wandler
- R2'
- akustisches Reflexionszentrum im zweiten Wandler W2 Gemäß Erfindung
- Z1, Z2
- Elementarzellen
- M1
- Maximum der Übertragungsfunktion 12 des zweiten Wandlers
- AW
- akustische Welle
- a2
- Abstand zwischen einem Reflexions- und einem Anregungszentrum im zweiten Wandler
