-
Die Erfindung betrifft einen kaskadierten Resonator, wie er insbesondere für Reaktanzfilter eingesetzt werden kann, sowie daraus hergestellte Reaktanzfilter.
Für moderne Mobilfunkgeräte werden zunehmend Filter mit hoher Leistungsverträglichkeit und extremer Flankensteilheit verlangt. Eine hohe Flankensteilheit ist wichtig, da die einzelnen Frequenzbänder durch die entsprechenden Filter sauber voneinander getrennt werden müssen und oft nur wenig Übergangsbereich zwischen zwei zu trennenden Frequenzbändern zur Verfügung steht. Werden Filter als TX-Filter eingesetzt, so ist neben der Steilflankigkeit und der Leistungsverträglichkeit auch noch eine niedrige Einfügedämpfung wichtig, um elektrische und akustische Verluste im Filter zu minimieren. Eine weitere Forderung an Filter ist eine hohe Selektion im Nahbereich.
Um eine hohe Flankensteilheit des Filters zu erzielen, sind DMS-Filter gegenüber Reaktanzfiltern bevorzugt. Als Sendefilter (TX-Filter) sind sie jedoch aufgrund ihrer geringen Leistungsverträglichkeit ungeeignet.
Besser leistungsverträglich sind Reaktanzfilter, die aus herkömmlichen Eintor-Resonatoren aufgebaut sind. Reaktanzfilter können sowohl mit SAW auch mit BAW-Resonatoren realisiert werden, wobei letztere besonders leistungsverträglich sind.
Diese Reaktanzfilter führen jedoch zu einem unzureichenden Roll-Off.
-
In einem speziellen Anwendungsfall für ein ausgesuchtes Mobilfunkband (z.B. Band 13) wird ein TX-Filter mit einem Passband gefordert, das eine sehr steile linke Flanke aufweist, um das Filter gegen das Band NS07 abzugrenzen. Für die linke Flanke sind in einem Reaktanzfilter die Parallelresonatoren mit der höchsten Resonanzfrequenz verantwortlich. Um diese Flanke steil zu gestalten, muss die statische Kapazität des Parallelresonators mit der höchsten Resonanzfrequenz kleiner sein als die statische Kapazität der anderen Parallelresonatoren.
-
Zur Verringerung der statischen Kapazität eines SAW-Eintor-Resonators bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Mindestanzahl von Elektrodenfingern im Resonator können zwei oder mehr Eintor-Resonatoren kaskadiert werden. Dies führt jedoch zu einem hohen Flächenbedarf auf der Oberfläche des Filterchips und erschwert eine Miniaturisierung des Filters. Alternativ zu der in transversaler Richtung vorgenommenen Kaskadierung ist auch eine elektrische Serienverschaltung von Resonatoren bzw. Interdigitalwandlern, die in der gleichen akustischen Spur angeordnet sind, möglich. In diesem Fall steigt der zusätzliche Flächenbedarf für die serielle In-Line-Verschaltung nur noch um den Faktor n, wenn n Interdigitalwandler gleicher Ausgangsfingerzahl miteinander verschaltet werden. Bei transversaler Kaskadierung steigt die notwendige Fläche um den Faktor n3.
-
Druckschrift US 2007 / 0069837 A1 offenbart ein Filter, das durch Ausbilden eines ersten Interdigitalwandler (IDT) und eines zweiten IDT auf einem piezoelektrischen Substrat konfiguriert wird, und der erste IDT zwischen einem Anschluss von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen und einem anderen Anschluss der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse, d.h. seriell zu einem Signalpfad, angeordnet ist, und der zweite IDT parallel zu einem Signalpfad von einem Abschnitt zwischen einem Anschluss der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse und dem ersten IDT angeordnet ist. Der erste IDT und der zweite IDT sind nahe beieinander auf demselben Ausbreitungspfad akustischer Oberflächenwellen angeordnet, die durch entsprechende Resonatoren angeregt werden.
-
Druckschrift US 2004 / 0108918 A1 offenbart ein längsgekoppeltes akustisches Oberflächenwellenfilter, das eine erste, zweite und dritte IDT-Elektrode sowie eine erste und zweite Reflektorelektrode auf einem piezoelektrischen Substrat enthält. Die IDT-Elektroden enthalten jeweils einen primären Erregungsbereich mit λ/2 Elektrodenfingerabständen, wobei λ die Wellenlänge einer akustischen Oberflächenwelle ist. Der primäre Erregungsbereich ist um einen bestimmten Betrag phasenverschoben, entsprechend einem gewünschten Durchlassbereich-Frequenzgang. Die IDT-Elektroden enthalten außerdem eine Vielzahl von sekundären Anregungsbereichen, die jeweils von den λ/2-Teilungen abweichende Elektrodenfinger-Teilungen aufweisen. Alle Elektrodenfingerabstände des akustischen Oberflächenwellenfilters liegen somit im Bereich von ο,8λ/2 bis 1,2λ/2, so dass eine Verlustzunahme durch Diskontinuität zwischen den IDT-Elektroden verhindert wird.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen für die Verwendung in einem Reaktanzfilter geeigneten SAW-Resonator anzugeben, mit dem sich ein steilflankiges Passbandfilter mit geringer Einfügedämpfung realisieren lässt.
-
Die Erfindung wird in unabhängigem Anspruch definiert. Die abhängigen Ansprüche betreffen bestimmte Ausführungsformen der Erfindung. Jeder Gegenstand, der in der Beschreibung als Ausführungsform bezeichnet wird, aber nicht unter die Ansprüche fällt, stellt einen Aspekt der Offenbarung dar, der für das Verständnis der Erfindung nützlich sein kann.
-
Der erfindungsgemäße Resonator weist eine akustische Spur auf, die beiderseits von Reflektoren begrenzt ist. In der akustischen Spur sind in longitudinaler Richtung zwei Interdigitalwandler nebeneinander angeordnet. Die beiden Interdigitalwandler sind zwischen zwei Anschlüssen elektrisch in Serie geschaltet. Die zwei Anschlüsse bilden ein elektrisches Tor des Resonators. Eine Anzahl n endständiger Wandlerfinger eines der Interdigitalwandler und/oder eines Reflektors bilden einen Übergangsbereich oder sind einem Übergangsbereich zuzuordnen. Im Übergangsbereich ist die Fingerperiode, die als Abstand zwischen den Fingermitten benachbarter Wandlerfinger oder zwischen den Fingermitten benachbarter Reflektorstreifen im Reflektor definiert ist, gegenüber der Fingerperiode im restlichen Wandler bzw. Reflektor erhöht. Die Zahl n ist dabei klein gegenüber der gesamten Anzahl an Wandlerfingern der Interdigialwandler oder Reflektorstreifen der Reflektoren, wobei aber vorzugsweise gilt: 1 < n < 10.
-
Der Übergangsbereich kann zwischen zwei Interdigitalwandlern oder zwischen einem Interdigitalwandler und einem Reflektor angeordnet sein. Der Übergangsbereich kann endständige Wandlerfinger beider benachbarter Interdigitalwandler umfassen und/oder Wandlerfinger eines Interdigitalwandlers und Reflektorstreifen des benachbarten Reflektors umfassen.
-
Mit der elektrischen Serienverschaltung in longitudinaler Richtung innerhalb der akustischen Spur wird die statische Kapazität des Resonators erniedrigt. Durch die spezielle Ausgestaltung im Übergangsbereich zwischen zwei benachbarten Interdigitalwandlern wird der Realteil der Admittanz an der oberen Stoppbandkante verringert und die Güte der Serienresonanz gegenüber einem nicht modifizierten Wandler-Wandlerübergang erhöht. Aus Resonatoren mit höherer Güte können Reaktanzfilter mit geringerer Einfügedämpfung und besserem Roll-Off aufgebaut werden.
-
Wenn die Fingerperiode auch im Übergangsbereich zwischen einem Reflektor und einem Wandler gegenüber dem übrigen Bereich des Wandlers bzw. Reflektors erhöht ist, trägt dies zu einem verbesserten Verlauf der Admittanz zwischen Resonanz- und Antiresonanzfrequenz bei und vermindert das erste lokale Maximum oberhalb der Resonanzfrequenz. Damit verringert sich ebenfalls die Welligkeit im Filterpassband und auch die Einfügedämpfung verringert sich, da die Resonatorgüte verbessert ist.
-
Ein Übergangsbereich mit erhöhter Fingerperiode kann an beiden zueinanderweisenden Enden zweier einander longitudinal benachbarter Interdigitalwandler ausgebildet sein. Ebenfalls kann der Übergangsbereich an dem zu einem Reflektor weisenden Ende eines Interdigitalwandlers sowie an dem zum Wandler weisenden Ende des Reflektors ausgebildet sein.
-
Die Erfindung betrifft einen Resonator mit zumindest zwei elektrisch in Serie geschalteten Interdigitalwandlern. Sie kann jedoch auch mehr als zwei elektrisch miteinander verschaltete und in der akustischen Spur nebeneinander angeordnete Interdigitalwandler umfassen.
-
Wenn ein erfindungsgemäßer Resonator mehr als zwei Interdigitalwandler umfasst, können diese auch teils parallel und teils in Serie miteinander verschaltet sein. Die in der akustischen Spur longitudinal nebeneinander angeordneten Interdigitalwandler können eine beliebige, zumindest eine Serienverschaltung umfassende Verschaltung aufweisen, bei der innerhalb der Serienverschaltung zumindest zwei Interdigitalwandler parallel geschaltet sind.
-
Die elektrische Verschaltung zweier Interdigitalwandler in einem erfindungsgemäßen Resonator kann mittels einer gemeinsamen, elektrisch floatenden, also nicht mit einem externen Potenzial verbundenen Bus-Elektrode vorgenommen sein. Möglich ist es jedoch auch, die Verschaltung zweier nebeneinander angeordneter Interdigitalwandler über nicht-anregende Elektrodenfinger vorzunehmen, die einander gegenüberliegende Bus-Elektroden elektrisch verbinden. Diese nicht anregenden, im Folgenden als Verbindungsfinger bezeichneten Wandlerfinger erstrecken sich somit quer über die akustische Spur.
-
Die nicht-anregenden Verbindungsfinger wirken als Reflektor sind vorzugsweise gegen das der anregenden Elektrodenfinger versetzt angeordnet.
-
Möglich ist es darüber hinaus auch, zwischen zwei benachbarten Interdigitalwandlern eine Mehrzahl von Reflektorstreifen im Raster eines Übergangsbereichs oder im normalen Raster eines benachbarten Interdigitalwandlers anzuordnen. Diese Reflektorstreifen können die genannten Verbindungsfinger umfassen, können jedoch auch als separater Reflektor im Resonator eingefügt sein.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird die Anschlussfolge der Wandlerfinger aller Interdigitalwandler so angelegt, dass die Anregungsfunktion über die gesamte Länge des Resonators keinen Phasensprung aufweist.
-
Aus den erfindungsgemäßen Resonatoren lassen sich ebenfalls erfindungsgemäße Filteranordnungen aufbauen, die seriell zwischen Filterein- und -ausgang verschaltete Resonatoren (Serienresonatoren) und parallel dazu gegen ein Festpotenzial verschaltete Resonatoren (Parallelresonatoren) umfassen. Zwischen Festpotential und Parallelresonator kann noch eine nduktivität und insbesondere eine Spuile angeordnet sein.
-
In der Filteranordnung ist zumindest ein Parallelresonator erfindungsgemäß ausgebildet und weist zumindest zwei innerhalb der akustischen Spur in Serie geschaltete Interdigitalwandler auf, die im jeweiligen Übergangsbereich zwischen den beiden Interdigitalwandlern oder zwischen einem Interdigitalwandler und einem Reflektor mit erhöhter Fingerperiode angeordnet sind. Möglich ist es jedoch auch, dass mehrere oder alle der Parallelresonatoren entsprechend ausgestaltet sind. Auch einer oder mehrere oder alle Serienresonatoren können in Serie verschaltete Interdigitalwandler aufweisen.
-
Die Parallelresonatoren in einer erfindungsgemäßen Filteranordnung weisen gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Zumindest der Parallelresonator mit der höchsten Resonanzfrequenz weist die in Serie geschalteten Interdigitalwandler mit erfindungsgemäß ausgestaltetem Übergangsbereich auf.
-
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird in der erfindungsgemäßen Filteranordnung der genannte Übergangsbereich zumindest eines Resonators so gestaltet, dass sich dadurch der gegenseitige Abstand der Interdigitalwandler gegenüber dem Raster der Wandlerfinger außerhalb des Übergangsbereichs erhöht und sich so eine Phasenverschiebung ergibt. Die Phasenverschiebung wird dabei so gewählt, dass sich die Signale der beiden Interdigitalwandler konstruktiv überlagern. Dies wird auf jeden Fall dann erreicht, wenn der Winkel phi der Phasenverschiebung der folgenden Gleichung genügt: -90° ≤ phi ≤ 90°
-
In einem Resonator, der zumindest zwei elektrisch in Serie verschaltete Interdigitalwandler aufweist, ist die statische Kapazität gegenüber einem Resonator, der nur einen Interdigitalwandler gleicher Fingeranzahl aufweist, erniedrigt.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen neun Figuren näher erläutert. Die Figuren sind nur schematisch und nicht maßstabsgetreu, sodass ihnen weder relative noch absolute Maßangaben zu entnehmen sind. Gleiche oder gleich wirkenden Teile sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Es zeigen:
- 1 einen Resonator mit zwei longitudinal in der akustischen Spur in Serie verschalteten Interdigitalwandlern,
- 2 ein beispielhaftes Fingerraster zweier Interdigitalwandler im Übergangsbereich,
- 3 einen Resonator mit drei longitudinal in Serie geschalteten Interdigitalwandlern,
- 4 einen Resonator mit zwei Interdigitalwandlern, die mit Hilfe von die akustische Spur elektrisch überbrückenden Verbindungsfingern longitudinal in Serie verschaltet sind,
- 5 einen Resonator mit sieben elektrisch teils seriell und teils parallel verschalteten Interdigitalwandlern,
- 6 die Konduktanz eines erfindungsgemäßen Resonators im Vergleich zu nicht erfindungsgemäßen Resonatoren,
- 7 die Admittanz eines erfindungsgemäßen Resonators im Vergleich zur Admittanz nicht erfindungsgemäßer Resonatoren,
- 8 den Verlauf des Metallisierungsverhältnisses η und der Fingerperiode P in longitudinaler Richtung über die Anzahl der Finger aufgetragen,
- 9 eine beispielhafte Filteranordnung, bei der zumindest ein Parallelresonator erfindungsgemäß ausgebildet ist,
- 10 verschiedene Eigenschaften erfindungsgemäßer Reaktanzfilter im Vergleich mit nicht-erfindungsgemäßen Reaktanzfiltern.
-
1 zeigt in schematischer Ansicht die Metallisierungsstruktur eines erfindungsgemäßen Resonators RES. Innerhalb einer akustischen Spur sind dabei zwischen einem ersten Reflektor REF1 und einem zweiten Reflektor REF2 ein erster Interdigitalwandler W1 und ein zweiter Interdigitalwandler W2 angeordnet und elektrisch zwischen einem ersten und einem zweiten Anschluss T1, T2 in Serie geschaltet. Sowohl die Reflektoren REF als auch die Wandler W sind der besseren Übersicht wegen mit einer stark reduzierten Anzahl an Wandler- oder Elektrodenfingern dargestellt. Ebenfalls in der Figur nicht dargestellt sind die Übergangsbereiche zumindest zwischen den beiden elektrisch verschalteten Interdigitalwandlern W1 und W2. Es handlet sich aber um einen erfindungsgemäßen Resonator, bei dem die Fingerperiode p im Übergangsbereich gegenüber dem übrigen Wandlerbereich erhöht ist. Die elektrische Serienverschaltung zwischen erstem und zweitem Wandler W1 und W2 erfolgt über eine gemeinsame elektrisch floatende Bus-Elektrode, die den beiden elektrisch verschalteten Wandlern gemeinsam zugeordnet ist.
-
2 zeigt einen Ausschnitt aus der Fingerstruktur eines erfindungsgemäßen Resonators im Übergangsbereich zwischen einem ersten Interdigitalwandler W1 und einem zweiten Interdigitalwandler W2. Der Übergangsbereich erstreckt sich hier über beide zueinanderweisenden Enden der benachbarten und elektrisch miteinander verschalteten Wandler W1, W2. Dementsprechend umfasst der Übergangsbereich endständige Elektrodenfinger beider benachbarter Interdigitalwandler. Die endständigen Wandlerfinger eines Wandlers bilden einen Randbereich, z. B. den Randbereich RB1 des ersten Wandlers W1 sowie den zweiten RB2 des zweiten Wandlers W2. Während im übrigen Bereich des jeweiligen Wandlers W eine annähernd konstante Fingerperiode P0, gemessen zwischen den Mitten zweier benachbarter Finger, eingestellt ist, weisen die im Randbereich RB angeordneten Elektrodenfinger demgegenüber eine Fingerperiode P1 auf, die gegenüber P0 erhöht ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst jeder der beiden Randbereiche RB1, RB2 jeweils vier Elektrodenfinger. Der Übergangsbereich umfasst hier beide Randbereiche RB1,RB2 und weist somit acht Elektrodenfinger auf. Möglich ist es jedoch auch, eine größere oder kleinere Anzahl Elektrodenfinger im Randbereich anzuordnen bzw. eine kleinere oder größere Anzahl von Elektrodenfingern im Randbereich mit einer höheren Fingerperiode P1 anzuordnen.
-
Möglich ist es auch, dass der gesamte Übergangsbereich zwei Randbereiche umfasst, eine unterschiedliche Anzahl von Elektrodenfingern aufweisen.
-
In entsprechender Weise kann auch zwischen einem Wandler W und einem Reflektor REF ein Übergangsbereich ausgebildet sein, der endständige Elektrodenfinger und/oder endständige Reflektorfinger umfasst, die im Übergangsbereich eine erhöhte Fingerperiode aufweisen.
-
In einem erfindungsgemäßen Resonator ist es nicht erforderlich, dass die Fingerperiode P1 im Übergangsbereich einen konstanten Wert aufweist. Möglich ist es, einzelne Fingerperioden zweier benachbarter Finger im Übergangsbereich unterschiedlich zu gestalten, wobei jedoch stets die Fingerperiode P1 im Übergangsbereich größer gewählt wird als die Fingerperiode P0 im übrigen Bereich des jeweiligen Wandlers und/oder Reflektors.
-
3 zeigt die Metallisierungsstruktur eines erfindungsgemäßen Resonators, bei dem ein erster Interdigitalwandler W1, ein zweiter Interdigitalwandler W2 und ein dritter Interdigitalwandler W3 zwischen zwei elektrischen Anschlüssen longitudinal innerhalb der akustischen Spur in Serie geschaltet sind. Die Verschaltung jeweils zweier benachbarter Interdigitalwandler W erfolgt jeweils über eine floatende Bus-Elektrode, die z. B. die Wandler W1 und W2 bzw. die Wandler W2 und W3 elektrisch miteinander verbindet. Die Reflektoren REF1 und REF2, die die akustische Spur beiderseits begrenzen, können elektrisch floatend sein, sind vorzugsweise jedoch mit Festpotenzial und insbesondere mit Masse verbunden.
-
Je nachdem, ob einer der äußeren Anschlüsse des Reflektors eine Masseelektrode umfasst, kann der jeweilige Reflektor mit dieser Masseelektrode elektrisch verbunden sein. Erfindungsgemäße Übergangsbereiche sind zwischen jeweils zwei einander benachbarten Interdigitalwandlern ausgebildet und können zusätzlich noch im Übergangsbereich zwischen den endständigen Interdigitalwandlern und den benachbarten Reflektoren REF ausgebildet sein.
-
4 zeigt die Metallisierungsstruktur eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem ein erster und ein zweiter Interdigitalwandler zwischen zwei Anschlüssen elektrisch in longitudinaler Richtung in Serie geschaltet sind. Die Serienverschaltung zwischen erstem und zweitem Interdigitalwandler erfolgt über zumindest einen Verbindungsfinger VF, der zwei einander gegenüberliegende Bus-Elektroden quer über die akustische Spur elektrisch miteinander verbindet. Auch hier ist der Übergangsbereich zwischen erstem und zweitem Interdigitalwandler mit erhöhter Fingerperiode ausgebildet. Der oder die Verbindungsfinger VF ist/sind hier Teil der Fingerstruktur, die die erhöhte Fingerperiode aufweisen.
-
Die elektrische Verschaltung zweier benachbarter Interdigitalwandler W kann auch mehr als einen Verbindungsfinger VF umfassen. In der Figur sind zwei Verbindungsfinger VF dargestellt. In den Figuren sind die Grenzen zwischen benachbarten Wandlern, zwischen Wandlern und Reflektoren sowie zwischen Wandlern und Verbindungsfingern VF durch strichpunktierte Linien gekennzeichnet, um die Zuordnung der Strukturen zu erleichtern.
-
5 zeigt die Metallisierungsstruktur eines weiteren erfindungsgemäßen Resonators, bei dem insgesamt sieben Interdigitalwandler elektrisch miteinander verschaltet sind. Ein erster Interdigitalwandler W1 ist direkt zwischen erstem und zweitem Anschluss T1, T2 geschaltet. Weiterhin ist zwischen den beiden Anschlüssen T1, T2 eine erste Serienverschaltung aus den Interdigitalwandlern W2, W3 und W4 verschaltet. Eine weitere Serienverschaltung der Interdigitalwandler W2', W3' und W4' ist ebenfalls zwischen den beiden elektrischen Anschlüssen T1, T2 verschaltet. Somit ergibt sich eine Parallelverschaltung von erster und zweiter Serienverschaltung und dem ersten Interdigitalwandler W1.
-
Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich hier die statische Kapazität des Resonators besonders fein einstellen lässt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Anregungsprofil eingestellt werden kann, welches der longitudinalen Mode entspricht. Ein erfindungsgemäßer Resonator kann jedoch auch ähnliche und nicht unbedingt symmetrisch ausgebildete Teilverschaltungen aus Serien- und Parallelverschaltungen von Interdigitalwandlern aufweisen.
-
Die Anzahl der Wandlerfinger in den seriell verschalteten Interdigitalwandlern muss nicht gleich sein. Auch die Fingerperiode zwischen benachbarten oder überhaupt zwischen Interdigitalwandlern derselben akustischen Spur kann gleich oder auch leicht unterschiedlich sein.
-
Für alle Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Resonatoren gilt, dass sie durch Parallelschaltung mit einer Kapazität noch besser für steilflankige Filter geeignet sind. Eine solche Kapazität kann beispielsweise durch einen Interdigitalwandler realisiert werden, der eine vom Resonator abweichende und insbesondere kleinere Fingerperiode aufweist. Der als Kapazität genutzte parallel zum Resonator geschaltete Interdigitalwandler kann in longitudinaler Verlängerung zum Resonator angeordnet werden. Möglich ist es jedoch auch, ihn versetzt zur akustischen Spur anzuordnen und insbesondere vertikal dazu, sodass gegebenenfalls in diesem als Kapazität fungierenden Wandler erzeugt akustische Wellen eine um 90° gegen den Resonator verdrehte Ausbreitungsrichtung erfahren.
-
6 zeigt drei verschiedene Typen von Kurven für Interdigitalwandler bzw. Resonatoren nach der Erfindung im Vergleich mit davon unterschiedlichen und teils bekannten Resonatoren und Wandlern. Die Kurven R1 bis R3 zeigen die Kurzschlussreflexion P11 an den äußeren akustischen Wandertoren, jeweils gemessen ohne Reflektoren. Der Index 1 entspricht dabei der Kurve für einen erfindungsgemäß aufgebauten Interdigitalwandler, während die Kurven mit dem Index 2 für longitudinal in Serie verschaltete Interdigitalwandler ohne Modifikation im Übergangsbereich bestimmt sind. Die Kurven mit dem Index 3 betreffen einen Interdigitalwandler mit transversaler Kaskadierung.
-
Die Kurven A1 bis A3 stellen den Realteil der Wandleradmittanz der akustischen Spur des Resonators, allerdings ohne Reflektoren, an. Die Kurven K1 bis K3 zeigen den Verlauf der Konduktanz über die Frequenz für den gesamten Resonators dar, d. h. der kompletten akustischen Spur mitsamt Reflektoren. Am auffälligsten zeigt sich bei der Konduktanzkurve K1 für einen erfindungsgemäßen Resonator, dass das Nebenmaximum oberhalb des Hauptmaximums reduziert ist und näher am Hauptmaximum liegt als dasjenige der Kurve K2, welche einem Resonator ohne Modifizierung im Übergangsbereich entspricht.
-
Bei der Kurvenschar für die Kurzschlussreflexion R zeigt sich, dass sich die obere Stoppbandkante von R3 über R2 nach R1 hin zu niedrigeren Frequenzen, also näher zum Maximum der Konduktanz verschiebt. Oberhalb der oberen Stoppbandkante wird das Filter wieder durchlässig, was sich in allen Kurven R an einem lokalen Minimum zeigt.
-
In 7 ist der Realteil der Resonatoradmittanz anhand von drei Kurven A1, A2, A2' dargestellt. A2 und A2' stehen für die Admittanz eines Resonators mit longitudinaler Serienverschaltung der Interdigitalwandler an, jedoch ohne Modifizierung im Übergangsbereich zwischen Interdigitalwandlern bzw. zwischen Interdigitalwandler und Reflektor. Die Kurve A2' ist mit der Kurve A2 identisch, jedoch gegenüber A2 um -2393 ppm verschoben, sodass sie skaliert zur Kurve A1 angeordnet ist, um die Hauptmaxima übereinander zu schieben und einen besseren Vergleich des Kurvenverlaufs zu ermöglichen. Beim Vergleich der Kurven A1 und A2' zeigt sich, dass das oberhalb des Hauptmaximums liegende Nebenmaximum bei der Kurve A1, also in einem erfindungsgemäßen Resonator, näher am Hauptmaximum liegt und mit geringerer Höhe ausgeprägt ist.
-
In 8 ist dargestellt, wie im erfindungsgemäßen Resonator die Fingerperiode p und das Metallisierungsverhältnis η im Übergangsbereich modifiziert werden können. Wie es auch für die 6 und 7 gilt, wird hier ein Resonator mit insgesamt drei Interdigitalwandlern W zwischen den beiden Reflektoren REF betrachtet, der entsprechend 3 ausgebildet ist. Als Maßeinheit für die x-Achse ist die jeweilige Nummer des Wandler- bzw. Reflektorfingers verwendet. Generell gilt, dass die Fingerperiode P in den beiden Reflektoren REF1 und REF2 gegenüber den Interdigitalwandlern erhöht ist. Das Metallisierungsverhältnis dagegen, das ein Maß angibt für den Anteil metallisierter Oberfläche über die longitudinale x-Achse, nimmt im Reflektor und im Wandlerinneren gleiche Werte an. Anders verhält es sich dagegen in den Übergangsbereichen an der Grenze zwischen erstem Reflektor REF1 und erstem Wandler W1 sowie zwischen erstem und zweitem Wandler W1, W2, zwischen zweitem und drittem Wandler W2, W3 und zwischen drittem Wandler und zweitem Reflektor W3, REF2. Hier sind über einen Bereich von acht bis zehn Finger sowohl Fingerperiode P als auch Metallisierungsverhältnis η stark erhöht. Die Fingerperiode schwankt dabei zwischen einem Minimum von 2,444 µm im zentralen Bereich der Interdigitalwandler und einem Wert von 2,567 µm in den beiden mittleren Übergangsbereichen. Das Metallisierungsverhältnis η schwankt zwischen einem Wert von 0,550 im Reflektor und im Inneren der Interdigitalwandler und einem Maximum von 0,575 im Zentrum des Übergangsbereiches. Das in 8 dargestellte Ausführungsbeispiel gibt für den Verlauf von P und η in den Übergangsbereichen ein stetiges Verhalten an. Dies bedeutet, dass die Werte zur Mitte des Übergangsbereichs hin kontinuierlich ansteigen und danach kontinuierlich wieder abfallen. Dieser Verlauf ist in diesem Ausführungsbeispiel in allen Übergangsbereichen nahezu gleichartig eingestellt.
-
Möglich ist es jedoch auch, zumindest die Fingerperiode in einer oder mehreren Stufen bis zum maximalen Wert in der Mitte des Übergangsbereichs ansteigen zu lassen. Rein fertigungstechnisch betrachtet, ist jedoch der stetige Verlauf von P und η im Übergangsbereich von Vorteil, da sich dies für die verwendete Metallisierungsmethode bzw. Strukturierungsmethode der Metallisierung als vorteilhaft erweist. In weiteren möglichen Ausführungen der Erfindung weisen zwischen jeweils zwei benachbarten Fingern bemessene Fingerperioden unterschiedliche Werte auf, bilden aber weder einen stetigen Verlauf noch ein Plateau im Übergangsbereich aus.
-
9 zeigt in schematischer Darstellung einen möglichen Aufbau eines Reaktanzfilters, welcher zumindest in einem Parallelresonator einen erfindungsgemäßen Resonator aufweist. Das dargestellte Reaktanzfilter besteht aus einem seriellen Zweig ZS, der zwischen einem ersten Anschluss T1 und einem zweiten Anschluss T2 geschaltet ist. Im seriellen Zweig ZS sind drei Resonatoren RS in Serie verschaltet, ein erster serieller Resonator RS1, ein zweiter serieller Resonator RS2 und ein dritter serieller Resonator RS3. Parallel zum seriellen Zweig ZS sind zwei Parallelzweige ZP1 und ZP2 geschaltet, in denen jeweils ein Parallelresonator RP1, RP2 angeordnet ist. Die Parallelzweige verbinden den seriellen Zweig ZS mit einem Festpotenzial, üblicherweise mit Masse.
-
Die Resonanzfrequenzen können in allen Resonatoren leicht gegeneinander verschoben sein, woraus sich eine Verbreiterung des Passbandes ergibt. Der Parallelresonator RP mit der höchsten Resonanzfrequenz erfährt in dem dargestellten Reaktanzfilter die höchste Leistung, insbesondere wenn das Filter als Sendefilter eingesetzt wird. Vorzugsweise ist dieser Parallelresonator daher erfindungsgemäß ausgebildet, welche die höchste Resonanzfrequenz besitzt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist dieser Resonator wesentlich leistungsfester, ohne dabei eine höhere statische Kapazität aufzuweisen.
-
In 10 sind wieder zwei Typen von Kurven in einer gemeinsamen Darstellung übereinandergelegt, die verschiedene Eigenschaften erfindungsgemäßer Resonatoren und aus erfindungsgemäßen Resonatoren hergestellter Reaktanzfilter aufzeigen. Dargestellt sind der Realteil RA und der Betrag BA der Admittanz erfindungsgemäßer Resonatoren. Die Vorteile der Erfindung, deren Kurven RA und BA mit dem Index 1 gekennzeichnet sind, werden durch Vergleich mit den entsprechenden Kurven nicht-erfindungsgemäßer Resonatoren bzw. mit Filtern ohne erfindungsgemäße Resonatoren deutlich, deren Kurven RA und BA mit dem Index 2 gekennzeichnet sind. Ein drittes Paar von Kurven TF1, TF2 gibt die Übertragungsfunktion eines beispielsweise wie in 9 ausgebildeten Reaktanzfilters an, bei dem ein Parallelresonator erfindungsgemäß ausgebildet ist.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung fällt sofort beim Vergleich der beiden Übertragungsfunktionen TF1, TF2 auf. In der Übertragungsfunktion TF1 für das erfindungsgemäße Filter ist eine kleine Welligkeit im Passband, die nur beim nicherfindungsgemäßen Filter sichtbar ist und zu einem kleinen Einbruch des Passbands führt, vollständig ausgeglichen und geglättet.
-
Die Erfindung konnte nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt werden und ist daher nicht auf diese beschränkt. Weitere Variationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere bei Anzahl und Größe der miteinander verschalteten Interdigitalwandler oder bei der Anzahl der Elektrodenfinger in den Interdigitalwandlern, die für einzelne Interdigitalwandler unterschiedlich sein kann. Eine weitere Variationsmöglichkeit ergibt sich in Form unterschiedlicher Verschaltungsmöglichkeiten, die nicht auf die in den 1 bis 5 dargestellten Verschaltungsmöglichkeiten beschränkt sind. Sowohl die Überlappungslänge, welche ein Maß für die Anregungsstärke darstellt, als die Fingerperiode verhalten sich in den Ausführungsbeispielen im Inneren des Wandlers, d. h. außerhalb des Übergangsbereichs konstant. Möglich ist es jedoch auch, Fingerperiode, Metallisierungsverhältnis und Anregungsstärke über den Resonator und auch allein über die einzelnen Interdigitalwandler zu variieren.
-
Erfindungsgemäße Resonatoren können in Reaktanzfiltern eingesetzt werden, die von dem in 9 dargestellten Reaktanzfilter abweichen. Insbesondere sind eine größere Anzahl von Parallelzweigen ZP, eine größere Anzahl oder eine kleinere Anzahl von seriellen Resonatoren RS oder eine unterschiedliche Abfolge von seriellen Resonatoren und Parallelzweigen zwischen den beiden Anschlüssen T1 und T2 denkbar. Ein Reaktanzfilter kann vollständig aus SAW-Resonatoren ausgebildet sein und ist erfindungsgemäß in zumindest einem Resonator im Übergangsbereich erfindungsgemäß ausgebildet. Möglich ist es jedoch auch, für einzelne Resonatoren unterschiedliche Typen zu verwenden. Weiterhin ist es möglich, sowohl einzelne Resonatoren als auch das gesamte Filter durch weitere passive Schaltelemente zu modifizieren, beispielsweise die bereits angesprochenen Kapazitäten, die parallel zu einzelnen Resonatoren oder parallel zum gesamten Reaktanzfilter geschaltet werden können. Weiterhin ist es möglich, serielle Induktivitäten im seriellen Zweig ZS als auch in jedem einzelnen der Parallelzweige ZP zu verschalten.
-
Bezugszeichenliste
-
- RES
- Resonator
- AS
- Akustische Spur
- REF
- Reflektoren
- W
- Interdigitalwandler
- T
- Anschlüsse
- RES
- Resonator
- WF
- Wandlerfinger
- RB
- Randbereich
- p
- Fingerperiode
- n
- Anzahl der Wandlerfinger im Übergangsbereich
- RS
- Serienresonator
- RP
- Parallelresonator
- ZS
- Serienzweig
- ZP
- Parallelzweig
- VS
- Verbindungsstruktur
- A,BA,RA
- Admittanz
- R
- Kurzschluss-Reflexion
- K
- Konduktanz
- η
- Metallisierungsstärke eta
- TF
- Übertragungsfunktion
- UEB
- Übergangsbereich
