DE102019111320A1

DE102019111320A1 - Geneigter akustischer Wandler mit verbesserter elektroakustischer Kopplung

Info

Publication number: DE102019111320A1
Application number: DE102019111320.2A
Authority: DE
Inventors: Gholamreza Dadgar Javid
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Europe GmbH
Priority date: 2019-05-02
Filing date: 2019-05-02
Publication date: 2020-11-05

Abstract

Ein geneigter SAW-Wandler mit verbesserter effektiver Apertur ist vorgeschlagen. Jedes Paar von angrenzenden fingerartig verschränkten Elektrodenfingern überlappt über eine Überlappungslänge normal zu der x-Achse. Die Gesamtheit aller Überlappungslängen bildet einen Überlappungsbereich, der einen ersten Abschnitt aufweist, der sich in SAW-Propagationsrichtung erstreckt. In dem ersten Abschnitt nimmt die Überlappungslänge zwischen einem jeweiligen Paar angrenzender erster und zweiter Elektrodenfinger zu.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine SAW-Vorrichtung, die geneigte Wandler verwendet, um störende Transversalmoden zu unterdrücken, aber im Vergleich zu aktuellen Gestaltungen von SAW-Vorrichtungen eine verbesserte elektroakustische Kopplung aufweist. Die SAW-Vorrichtung kann ein elektroakustisches Filter oder ein Multiplexer sein. Akustische Spuren, beispielsweise Resonatoren oder DMS mit geneigten Wandlern, werden als ein Verfahren zum Unterdrücken von Störmoden in TFSAW oder HQTCF verwendet.
Elektroakustische Filter, z. B. Multiplexer, können in Drahtloskommunikationssystemen verwendet werden. Bei solchen Filtern sind elektroakustische Wandler oder Resonatoren in einer Filtertopologie angeordnet. Elektroakustische Wandler nutzen den piezoelektrischen Effekt, um zwischen HF-Signalen und akustischen Wellen umzuwandeln. Typische elektroakustische Resonatoren sind SAW-Resonatoren (SAW: Surface Acoustic Wave - akustische Oberflächenwelle), einschließlich TCSAW- (Temperature Compensated SAW - temperaturkompensierter SAW), TFSAW- (Thin Film SAW - Dünnfilm-SAW), GBAW- (Guided Bulk Acoustic Wave - geführte akustische Volumenwelle) und HQTCF(High Quality Temperature Compensated SAW - temperaturkompensierter SAW mit hoher Qualität)-Gestaltungen. In SAW- und GBAW-Resonatoren sind kammartige Elektrodenstrukturen mit fingerartig verschränkten Elektrodenfingern auf einem piezoelektrischen Material angeordnet. Angeregte akustische Wellen propagieren entlang einer Oberfläche des piezoelektrischen Materials in einer bevorzugten Richtung parallel zu der kristallografischen x-Achse. Ein anderer Typ von SAW-Resonatoren wird in DMS-Filtern verwendet.
Ein geneigter Wandler erstreckt sich entlang einer Neigungsachse, die mit der x-Achse einen Neigungswinkel einschließt. Die Elektrodenfinger kammartiger Elektrodenstrukturen erstrecken sich normal zu der x-Achse, sind aber ausgehend von einem ersten Finger hin zu einem angrenzenden zweiten Finger auf derselben Sammelschiene gegeneinander kontinuierlich in transversaler Richtung, die normal zu der x-Achse ist, verschoben.
Jedoch nimmt bei solchen geneigten akustischen Wandlern eine effektive Apertur entlang der akustischen Spur in der Longitudinalrichtung entlang der x-Achse im Vergleich zu einem nichtgeneigten Wandler ab. Hier bezeichnet eine effektive Apertur den Durchschnitt der Transversalüberlappungslängen über den gesamten Wandler. Die Überlappungslänge ist die Länge, in der sich zwei aufeinanderfolgende Finger mit unterschiedlichem Potential einander normal zu den Fingern überlappen, d. h. die geometrische Projektion von zwei angrenzenden Fingern aufeinander, um ein elektrisches Feld zu erzeugen.
Zudem produziert eine geneigte Wandlergestaltung spezifische Nachteile. Sofern eine akustische Spur mit einem geneigten Wandler und eine andere akustische Spur mit einem Wandler, der nicht geneigt ist, auf demselben Chip angeordnet sind, erfordert dies effektiv eine größere Chipfläche als eine Gestaltung, bei der alle Wandler entweder nichtgeneigt oder alle geneigt sind.
Daher ist es ein Ziel, eine SAW-Vorrichtung bereitzustellen, die wenigstens manche der oben genannten Probleme vermeidet.
Eines dieser Ziele wird über einen SAW-Wandler nach dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen sowie eine SAW-Filtervorrichtung, die einen solchen Wandler umfasst, sind durch abhängige Ansprüche gegeben.
Ein geneigter akustischer Wandler wird bereitgestellt, bei dem die Abnahme der effektiven Apertur entlang der Longitudinalrichtung reduziert wird, um eine höhere elektroakustische Kopplung zu erreichen.
Wie üblich umfasst der Wandler eine erste und eine zweite Sammelschiene, von denen sich erste und zweite Elektrodenfinger erstrecken. Eine x-Achse ist so definiert, dass sie sich parallel zu der Propagationsrichtung des SAW erstreckt. Erste und zweite Elektrodenfinger sind parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich normal zu der x-Achse. Erste und zweite Elektrodenfinger überlappen einander gegenseitig entlang einer jeweiligen Überlappungslänge. Ein Überlappungsbereich ist so definiert, dass er die Gesamtheit aller Überlappungslängen umfassend gebildet ist.
Der Überlappungsbereich kann einen ersten Abschnitt aufweisen, der sich in SAW-Ausbreitungrichrung hin in einer Longitudinalrichtung erstreckt, wobei die Überlappungslänge zwischen einem jeweiligen Paar von angrenzenden ersten und zweiten Elektrodenfingern in der Longitudinalrichtung zunimmt.
Infolgedessen wird die Abnahme der effektiven Apertur im Vergleich zu einem Wandler mit einer nichtzunehmenden Überlappungslänge reduziert.
SAW-Resonatoren mit einem solchen Wandler werden dann eine höhere elektroakustische Wandlung aufweisen, was bei der Gestaltung von Filtern vorteilhaft ist.
Der Überlappungsbereich des ersten Abschnitts ist zu der ersten und zweiten Sammelschiene hin durch eine erste und eine zweite Randlinie begrenzt. Alle Spitzen von überlappenden Elektrodenfingern liegen auf einer Randlinie. Die erste und/oder zweite Randlinie weist eine Steigung auf, die relativ zu der x-Achse mit einem Neigungswinkel α geneigt ist. Die erste und zweite Randlinie des ersten Abschnitts beinhalten einen Winkel β größer null.
Zusätzlich zu dem ersten Abschnitt mit zunehmender Überlappungslänge kann der Wandler einen an den ersten Abschnitt angrenzenden zweiten Abschnitt aufweisen. Der zweite Abschnitt weist eine Randlinie mit einer Steigung auf, die relativ zu der x-Achse geneigt ist, aber von der Steigung der jeweiligen Randlinie in dem ersten Abschnitt verschieden ist.
In dem zweiten Abschnitt kann die Überlappungslänge eine Zunahme in der Longitudinalrichtung zeigen, die größer oder kleiner als in dem ersten Abschnitt ist. Entsprechend wird der Winkel β größer oder kleiner. In einem Extremfall kann β umgekehrt werden. In diesem Fall zeigt die Überlappungslänge eine Abnahme in der Longitudinalrichtung.
Es ist möglich, dass ein dritter oder mehr Abschnitte vorhanden sind, die sequenziell angeordnet sein können, so dass der dritte Abschnitt die gleichen Merkmale wie für den ersten Abschnitt definiert aufweist. Ein vierter Abschnitt kann dem zweiten Abschnitt entsprechen.
In einem Spezialfall ist die erste und/oder zweite Randlinie eine Zickzacklinie. Die jeweilige andere Linie kann eine gerade Linie sein oder kann einen anderen Verlauf oder eine andere Steigung aufzeigen.
Eine Zunahme oder Abnahme der Überlappungslänge kann von einer linearen Variation abweichen. Zum Beispiel kann die erste und/oder zweite Randlinie einer sinusartigen Funktion folgen. Durch eine solche Ausführungsform können auch unterschiedliche Abschnitte zum Erhöhen und Verringern einer Überlappungslänge zugewiesen werden.
Im Fall einer nichtlinearen Randlinie kann der Neigungswinkel α an der Tangente von dieser bestimmt werden und kann die gleichen Einschränkungen, wie die oben gegebenen Definitionen, erfüllen.
Innerhalb eines Abschnitts kann der Neigungswinkel α die Definition -30° ≤ α ≤ 30° und α ≠ 0° für alle Segmente der Randlinien befolgen, die nicht nur ein Scheitelpunkt einer gebogenen Linie oder einer sinusartigen Linie sind. Innerhalb eines Abschnitts kann der Neigungswinkel α konstant sein oder kann über die Longitudinalrichtung variieren, ohne die obige Definition zu verletzen.
Einer der zwei Neigungswinkel einer Randlinie kann null sein, während der andere nicht null ist.
Es kann bevorzugt sein, dass innerhalb eines Abschnitts der Neigungswinkel α die folgende Definition befolgt:
-15° ≤ α ≤ -5° oder 5° ≤ α ≤ 15°
Bei dieser Ausführungsform muss die Steigung der Randlinie über die Longitudinalrichtung ein Minimum erreichen, soll aber nicht einen Maximalwert überschreiten. Ein optimaler Wert hängt ab von anderen Gestaltungsparametern des Wandlers oder einer SAW-Vorrichtung, die den Wandler umfasst, und von dem erzielten oder gewünschten Effekt des Reduzierens von akustischen Störmoden.
Der SAW-Wandler kann einen Nichtüberlappungsbereich umfassen, wobei sich nichtüberlappende Stummelfinger (auch als Dummy-Finger bezeichnet) von der ersten oder zweiten Sammelschiene zwischen einem jeweiligen Paar von überlappenden ersten oder zweiten Elektrodenfingern erstrecken. Wie normale überlappende Elektrodenfinger erstrecken sich die Dummy-Finger auch in der Transversalrichtung, überschreiten aber die nächste Randlinie nicht. Normalerweise befinden sich ein Stummelfinger und ein anregender überlappender Elektrodenfinger bei der gleichen Longitudinalposition, so dass ihre Spitzen einander gegenüberliegen und durch einen Spalt separiert sind. Die Randlinien folgen dann dem Verlauf der Spalte bzw. der Transversalposition der Spalte.
Innerhalb eines Abschnitts weist jede Sammelschiene einen Innenrand zu dem Überlappungsbereich hin auf. Dieser Innenrand kann der angrenzenden Randlinie mit einem konstanten Abstand folgen. Falls Stummelfinger vorhanden sind, weisen diese Stummelfinger dann alle die gleiche Länge auf. Falls nur Spalte vorhanden sind, weisen diese Spalte die gleiche Breite in der Transversalrichtung auf.
Jedoch sind andere Gestaltungen mit einer Stummelfingerlänge oder einer Spaltbreite, die in der Longitudinalrichtung eines Abschnitts variiert, ebenfalls möglich.
Eine bevorzugte Gestaltung ist symmetrisch ausgeführt. In diesem Fall sind eine erste und zweite Randlinie eines jeweiligen Abschnitts des Überlappungsbereichs symmetrisch zueinander angeordnet, wobei die x-Achse zu der Mitte der Spur verschoben ist, sodass sie als Symmetrieachse fungiert. Dies weist den Vorteil auf, dass eine angeregte akustische Welle, die parallel zu der x-Achse propagiert, Überlappungslängen durchläuft, die innerhalb des ersten Abschnitts kontinuierlich zunehmen.
Unabhängig von dem Verlauf der Innenränder können die Sammelschienen eines Abschnitts Außenränder aufweisen, die parallel zu der x-Achse orientiert sind. Zur gleichen Zeit sind die Innenränder zu dem Überlappungsbereich hin parallel zu der Randlinie. Infolgedessen weisen die Sammelschienen eine Breite auf, die gemäß der Überlappungslänge variiert.
Eine SAW-Filtervorrichtung kann einen Resonator mit einem SAW-Wandler, wie oben beschrieben, umfassen. Die SAW-Filtervorrichtung kann eine Abzweigtypstruktur von Ein-Tor-Resonatoren oder einen longitudinalgekoppelten Dual-Mode-Resonator - DMS - umfassen. Die Ein-Tor-Resonatoren können einen SAW-Wandler mit wenigstens einem wie oben beschriebenen ersten Abschnitt umfassen, der zwischen zwei reflektierenden Strukturen angeordnet ist.
Die reflektierenden Strukturen können ein reflektierendes Gitter aus reflektierenden Fingern sein, die kurzgeschlossen oder potentialfrei sind. Die reflektierenden Finger können eine Länge aufweisen, die variiert. Eine virtuelle Umrandungslinie, die durch die Enden jedes reflektierenden Fingers verläuft, kann eine geometrische Fortsetzung der Randlinie sein.
Die SAW-Filtervorrichtung kann eine akustische Spur umfassen, wobei wenigstens ein erster und ein zweiter Abschnitt direkt aneinander angrenzend angeordnetrdnet sind, wobei die Überlappungslänge in dem ersten Abschnitt zunimmt und in dem zweiten Abschnitt abnimmt.
Die Elektrodenfinger in dem ersten und zweiten Abschnitt können sich von denselben Sammelschienen erstrecken, sodass beide Abschnitte elektrisch verbunden sind. Falls nur eine Sammelschiene kontinuierlich und für den ersten und zweiten Abschnitt gemeinsam ist, führt dies zu einer elektrischen Reihenverbindung des ersten und zweiten Wandlerabschnitts. Falls die erste und zweite Sammelschiene kontinuierlich und für dem ersten und zweiten Abschnitt gemein sind, führt dies zu einer elektrischen Parallelverbindung beider Abschnitte.
Alternativ dazu können die zwei Abschnitte elektrisch voneinander isoliert sein, sodass sie unabhängige Wandler oder zwei separate Resonatoren darstellen. Dies wäre der Fall, falls die SAW-Vorrichtung ein DMS-Filter mit Resonatoren wäre, die wenigstens einen Wandlerabschnitt, wie oben beschrieben, umfassen.
Eine SAW-Vorrichtung kann erste und zweite Abschnitte in jeweils einer beliebigen Anzahl umfassen. Falls diese Abschnitte parallel geschaltet sind, wird ein einziger Wandler erhalten. Die Länge jedes Abschnittes verringert sich mit zunehmender Anzahl an Abschnitten, ohne dass die Gesamtlänge des Wandlers zunimmt. Falls die Überlappungslänge alternierend von Abschnitt zu Abschnitt zunimmt und abnimmt, ergeben sich Zickzackrandlinien und erstreckt sich der Überlappungsbereich als Ganzes hauptsächlich in der x-Richtung.
Dadurch ist es möglich, den Bereich zwischen zwei geraden virtuellen Linien zu maximieren, die parallel zu der x-Achse auf beiden transversalen Seiten des Überlappungsbereichs gezogen sind, sodass sich die virtuellen Linien vollständig innerhalb des Überlappungsbereichs befinden. Eine solche Anordnung zeigt eine maximale elektroakustische Kopplung und eine maximale effektive Apertur mit Bezug auf einen anderen geneigten Wandler, der den gleichen Neigungswinkel verwendet.
Außerdem kann eine SAW-Vorrichtung einen normalen Abschnitt mit einer jeweiligen ersten und zweiten Randlinie, die parallel zueinander angeordnet sind, umfassen. Eine Zahl solcher normaler Abschnitte kann sequenziell in der Longitudinalrichtung mit alternierenden Neigungswinkeln angeordnet sein, sodass die Randlinien Zickzacklinien sind. Auch hier können ein angrenzender erster und zweiter Abschnitt zu demselben Wandler oder zu unterschiedlichen Wandlern gehören.
Gleichermaßen kann eine SAW-Vorrichtung nichtgeneigte Wandler umfassen.
Unter Verwendung einer solchen Freiheit der Wahl kann eine SAW-Vorrichtung erhalten werden, die die Chipfläche, auf der die SAW-Vorrichtung angeordnet ist, optimal nutzt, ohne zu viel des Oberflächenbereichs zu verlieren. Unterschiedliche Formen von Wandlern können auf der Chipfläche wie ein Puzzle kombiniert werden. Eine kleinere Chipfläche kann einen Vorteil hinsichtlich Kosten, Miniaturisierung und elektrischer Verluste der SAW-Vorrichtung und in dieser bereitstellen.
Da die vorgeschlagenen Wandlerformen prinzipiell unabhängig von dem verwendeten Gestaltungstyp und/oder Substrat sind, kann die SAW-Vorrichtung als TFSAW- oder HQTCF-Vorrichtung realisiert werden.
In dem folgenden Abschnitt wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen und die zugehörigen Figuren erklärt. Die Figuren sind nur schematisch und können manche Einzelheiten in vergrößerter Form darstellen, oder können mögliche Einzelheiten nicht zeigen, die nur beschrieben sind oder an einer anderen Stelle oder Figur gezeigt sind.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines normalen SAW-Wandlers.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers.
3 zeigt einen schematischen Abschnitt eines geneigten SAW-Wandlers, um die verringerte Überlappungslänge zu erklären.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers mit zunehmender Überlappungslänge gemäß einer ersten Ausführungsform.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers mit zunehmender Überlappungslänge gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers gemäß einer dritten Ausführungsform.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers mit einem ersten Abschnitt, der eine zunehmende Überlappungslänge aufweist, und einem zweiten Abschnitt, der eine abnehmende Überlappungslänge aufweist, gemäß einer dritten Ausführungsform.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers mit mehreren Abschnitten und einem Überlappungsbereich, der durch eine sinusartige Randlinie begrenzt ist, gemäß einer vierten Ausführungsform.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines DMS-Filters mit SAW-Wandlern, die Abschnitte mit zunehmender und abnehmender Überlappungslänge umfassen.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines SAW-Resonators, der Wandlerabschnitte mit zunehmender und abnehmender Überlappungslänge umfasst.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Abzweigtypfilterschaltkreises aus SAW-Resonatoren, die Wandlerabschnitte mit zunehmender und abnehmender Überlappungslänge umfassen.
12 zeigt eine schematische Darstellung eines SAW-Filterschaltkreises, der verschiedene Typen von SAW-Resonatoren und SAW-Wandlern mit geneigten Abschnitten, geknickten geneigten Abschnitten, Abschnitten mit zunehmender Überlappungslänge und Zickzackanordnung aus geneigten Resonatorabschnitten umfasst.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines normalen nichtgeneigten SAW-Wandlers. Eine strukturierte Metallisierung, die auf dem piezoelektrischen Substrat gebildet ist, umfasst eine erste und eine zweite Sammelschiene BB1, BB2. Ein Pfeil x bezeichnet eine x-Achse, die mit der Propagationsrichtung der durch den Wandler angeregten akustischen Welle übereinstimmt. Erste und zweite Elektrodenfinger EF1, EF2 erstrecken sich von der ersten und zweiten Sammelschiene in jeweils entgegengesetzten Richtungen normal zu der x-Achse, so dass sie einander entlang einer Überlappungslänge OLL teilweise überlappen. Eine erste und eine zweite Randlinie ML1, ML2, die parallel zu der x-Achse orientiert sind, bilden die Grenze eines Überlappungsbereichs und alle einzelnen Überlappungslängen OLL von jeweils zwei direkt angrenzenden Elektrodenfingern entgegengesetzter Polarität sind gleich und erstrecken sich zwischen der ersten und zweiten Randlinie. Mit einer solchen Anordnung kann eine maximale elektroakustische Kopplung und daher eine maximale Anregung mit einer solchen Wandlergeometrie im Vergleich zu anderen Wandlern, die die gleiche Länge von Elektrodenfingern aufweisen, erreicht werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines einfachen geneigten SAW-Wandlers. Im Gegensatz zu dem normalen Wandler aus 1 bilden die Randlinien ML eines geneigten Wandlers einen Neigungswinkel α mit der x-Achse, der nicht null ist. Bevorzugt können Neigungswinkel α zwischen 5 und 30 Grad gewählt werden. Mit einem solchen geneigten Wandler können Störmoden unterdrückt werden. Jedoch ist aufgrund des Neigungswinkels jede einzelne Überlappung OLL eines Paares von entgegengesetzten Elektrodenfingern EF1, EF2 relativ zu der Überlappungslänge eines folgenden Paares von überlappenden Elektrodenfingern verschoben. Daher ist die effektive Apertur kleiner als jene eines nichtgeneigten Wandlers, da die durchschnittliche effektive Apertur EA entlang der Spur abnimmt, und die Anregung und elektroakustische Kopplung sind reduziert.
Dieser Effekt ist durch die Schnittdarstellung aus 3 ausführlicher erklärt. Die Überlappungslänge OLL_1,2 ist eine Projektion eines ersten Elektrodenfingers normal zu dem angrenzenden zweiten Elektrodenfinger mit entgegengesetzter Polarität. Gestrichpunktete Linien normal zu den Elektrodenfingern veranschaulichen die Projektion. Es wird klar, dass die Überlappungslänge OLL_1,2 dieses geneigten Wandlers im Vergleich zu der Überlappungslänge OLLns eines jeweiligen nichtgeneigten Wandlers mit einem Neigungswinkel von null um eine Länge d verringert ist. Daher wird die effektive Apertur EA_s eines geneigten Wandlers gemäß Folgendem berechnet: ${EA}_{S} = {EA}_{NS} - d$
wobei EA_NS die effektive Apertur eines nichtgeneigten Wandlers ist.
Die Hauptidee hier besteht darin, einen geneigten akustischen Wandler zu erzeugen, bei dem die effektive Apertur entweder konstant oder nicht abnehmend ist.
Der einfachste Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, den Betrag d der reduzierten effektiven Apertur zu wenigstens einer Seite jeder Überlappungslänge zu addieren. Dies führt zu einem geneigten IDT mit konstanter effektiver Apertur. Wenigstens eine erste Randlinie ML1 des Wandlers ist relativ zu der x-Achse geneigt, wobei ein Neigungswinkel α1 eingeschlossen wird. Die zweite Randlinie ML2 kann einen unterschiedlichen Neigungswinkel α2 aufweisen, dessen Betrag kleiner als der Neigungswinkel der ersten Randlinie ist oder als eine Ausnahme null sein kann, wenn die zweite Randlinie ML2 parallel zu der x-Achse orientiert ist, wie in 4 gezeigt ist.
Wenn beide Randlinien ML1, ML2 zu der gleichen Seite geneigt sind (nicht gezeigt), müssen die zwei Neigungswinkel α1, α2 unterschiedlich sein. Dann ist jede Überlappungslänge um einen Betrag erhöht, der geringer als der Betrag einer Reduzierung der effektiven Apertur ist. Dies wird zu einem geneigten IDT mit strikt abnehmender Überlappungslänge führen. Jedoch kann dieser Betrag so gewählt werden, dass er immer noch eine höhere effektive Apertur (und dementsprechend eine höhere elektroakustische Kopplung) im Vergleich zu einem vorherigen einfachen geneigten Wandler, wie in 2 gezeigt, aufweist.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines geneigten SAW-Wandlers mit zunehmender Überlappungslänge gemäß einer weiteren Ausführungsform. Hier sind die beiden Randlinien ML1, ML2 in entgegengesetzte Richtungen geneigt. Daher wird die Überlappungslänge des Wandlers in der Longitudinalrichtung hin auf beiden Seiten erhöht. Dies wird zu einem geneigten IDT mit strikt zunehmender effektiver Apertur führen.
Gemäß einer spezielleren Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, wird die Überlappungslänge auf beiden Seiten um den gleichen Betrag erhöht. Dies entspricht einer Anordnung, bei der die zwei Randlinien den gleichen Neigungswinkel α einschließen. Da dies eine Anordnung ist, die symmetrisch zu einer Spiegelebene parallel zu der x-Achse ist, kann diese Ausführungsform bevorzugt sein.
Gemäß einer in 7 gezeigten dritten Ausführungsform, kann ein solcher erster Wandlerabschnitt SC1 mit einem zweiten Wandlerabschnitt SC2, der Randlinien mit unterschiedlichen Neigungswinkeln aufweist, kombiniert werden. Bei einem solchen zweiten Wandlerabschnitt SC2 kann die effektive Apertur und/oder die Überlappungslänge OLL abnehmen, wie in 6 gezeigt ist. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die maximale Variation der Überlappungslänge kleiner als bei der ersten und zweiten Ausführungsform gemäß 4 und 5 ist. Trotzdem wird der Vorteil geneigter Randlinien erhalten und kann der Neigungswinkel höher festgelegt werden, ohne zu einem Verlust der elektroakustischen Kopplung oder einem Verlust der effektiven Apertur zu führen.
Bei der Ausführungsform aus 7 ist der Betrag von Zunahme und Abnahme der Überlappungslänge OLL in beiden Wandlerabschnitten SC1, SC2 gleich und dementsprechend kompensieren sie einander. Der resultierende kombinierte Wandler weist die Form eines dreieckig gewichteten Resonators auf. Jedoch wird diese Art von Gewichtung nur zu einer bekannten dreieckigen Überlappungsgewichtung führen, wenn beide Abschnitte SC1 und SC2 symmetrisch sind.
Allgemein kann jeder Abschnitt SC1 und SC2 unabhängig gestaltet werden und kann eine unterschiedliche Form, Anzahl an Fingern, unterschiedliche Neigungswinkel usw. aufweisen. Nur die Länge eines letzten Fingers bei jedem Abschnitt muss übereinstimmen.
Gemäß einer weiteren Modifikation können mehr als zwei Wandlerabschnitte SC mit abwechselnd zunehmender und abnehmender Überlappungslänge kombiniert werden. Die Betragsgröße einer jeweiligen hinzugefügten oder abgezogenen Überlappungslänge kann allgemein für jeden Abschnitt unterschiedlich sein.
Zudem müssen sich die Randlinien in einem solchen Wandlerabschnitt nicht gerade erstrecken. 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Randlinien wie eine sinusartige Funktion gebildet sind. Auch auf diese Weise kann eine zunehmende oder abnehmende Überlappungslänge in jeweiligen Wandlerabschnitten erzielt werden.
Die Idee kann auf geneigte Wandler ohne Stummel- oder Dummy-Finger sowie auf geneigte Wandler mit Dummy-Fingern mit variierender Länge angewandt werden.
Wandler mit einem oder mehreren Wandlerabschnitten, wie zuvor beschrieben, können in einem DMS-Filter verwendet werden. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines DMS-Filters mit solchen Wandlern. Das DMS-Filter hier umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wandler/Resonator IT1, IT2 und IT3, die in einer akustischen Spur zwischen zwei Reflektoren REF1, REF2 angeordnet sind. Beim Blick in einer Richtung parallel zu der x-Achse kann der erste Wandler IT1 eine zunehmende Überlappungslänge aufweisen, während der dritte Wandler eine abnehmende Überlappungslänge aufweisen kann. Der zweite Wandler IT2 in der Mitte kann einen ersten Abschnitt mit abnehmender Überlappungslänge und einen direkt verbundenen zweiten Abschnitt mit zunehmender Überlappungslänge aufweisen. Bei einer wie gezeigten Orientierung weisen zwei direkt angrenzende Wandler ihre jeweilige maximale Überlappungslänge an jenen Enden auf, die einander direkt zugewandt sind. Dadurch wird eine maximale elektroakustische Kopplung zwischen angrenzenden Wandlern erreicht, was für die Leistungsfähigkeit des DMS-Filters vorteilhaft ist.
Abgesehen von der beispielhaft in 9 gezeigten Anordnung kann ein DMS geneigte Abschnitte mit konstanter Überlappungslänge umfassen. Benachbarte Abschnitte können unterschiedlichen Wandlern zugewiesen sein. Benachbarte Abschnitte können in einer Zickzackanordnung angeordnet sein, wobei die Ecken bei dem Übergang zwischen zwei benachbarten Wandlern oder innerhalb desselben Wandlers liegen.
Ferner können jene Wandler als Resonatoren und Filter verwendet werden, die durch eine Abzweigtyp- oder Kreuzgliedtypanordnung aus Resonatoren gebildet sind. 10 zeigt einen SAW-Resonator RES, der einen Wandlers umfasst, der einen Abschnitt mit zunehmender und/oder abnehmender Überlappung umfasst. In 10 umfasst der Wandler zwei Abschnitte und kann wie der aus 6 gebildet sein. Das Symbol für den Resonator, wie es in einem Blockschaltbild verwendet wird, ist auf der rechten Seite von 10 gezeigt.
11 ist eine schematische Darstellung einer Abzweigtypfilteranordnung aus SAW-Resonatoren, die wie oben beschriebene Wandler umfassen. Das Filter umfasst wenigstens einen Reihenresonator RES_s in einer Reihensignalleitung und einen Parallelresonator RESp in einer Shunt-Leitung, die sich von der Reihensignalleitung zu Masse erstreckt. Ein Paar dieser zwei Resonatoren bildet einen Basisabschnitt BS, der bereits eine Filterfunktion aufweist. Reale Abzweigtypfilter umfassen mehrere solche Basisabschnitte BS, wobei die Anzahl n von diesen von dem gewünschten Grad einer erzielbaren Filterselektivität abhängt.
Bei einer weiteren Modifikation kann ein Wandler einen Abschnitt umfassen, der geneigt ist, aber zueinander parallele Randlinien aufweist. Daher kann die Länge von Dummy-Fingern entlang der x-Achse variieren. Eine Sequenz aus kombinierten Abschnitten mit alternierenden Neigungswinkeln kann in einer Zickzacklinie angeordnet sein.
Ein Filterschaltkreis, der Resonatoren des obigen Typs umfasst, kann ferner normale Wandler, einfach geneigte Wandler und v-förmige oder zickzackförmige Anordnungen aus Wandlerabschnitten umfassen. Unterschiedliche Wandlerabschnitte können elektrisch verbunden werden, um einen einzigen Wandler zu bilden. Jedoch können die unterschiedlichen Anordnungen Wandlerabschnitte umfassen, die elektrisch isoliert sind, aber zu demselben Filter, wie zum Beispiel einem DMS-Filter, wie in 9 gezeigt, gehören können.
Ein Filterschaltkreis mit solchen Strukturen ist beispielhaft in 12 gezeigt. Der Schaltkreis weist unterschiedliche Kontaktpads PD auf, die Masseanschlüssen zugewiesen sind oder zur Signalein- und -ausgabe verwendet werden. Unterschiedliche Arten von Wandlern IT werden verwendet und sind in Reihe oder parallelgeschaltet. Ein erster Wandler IT1 ist ein Wandler mit zunehmender Überlappungslänge. Ein zweites Filterelement umfasst zwei geneigte Wandler IT2 mit parallelen Randlinien. Ein drittes Filterelement umfasst Resonatoren mit geneigten Wandlerabschnitten, die in einer V-Form angeordnet sind. Ein viertes Filterelement umfasst einen Resonator IT4 mit geneigten Wandlerabschnitten, die in einer Zickzacktopologie angeordnet sind. Ein weiterer Resonator IT5 umfasst zwei nichtgeneigte normale Wandler.
Es ist möglich, dass ein Filterschaltkreis ferner geneigte Wandler umfasst, die um die x-Achse gedreht sind. Dies kann auch die Reduzierung ungewollter Störmoden verbessern. Die Drehung oder Neigung kann mit einem solchen Winkel durchgeführt werden, dass die Apertur, die die akustischen Wellen erfahren, derart ist, dass ungewollte Störmoden unterdrückt oder hinsichtlich der Intensität reduziert werden, dies aber nicht für gewollte akustische Moden der Fall ist. Insbesondere bewirkt das Neigen eine effektive Apertur, die von der Breite des Resonators in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Hauptmode abweicht. Die effektive Apertur, allgemein eine reduzierte effektive Apertur, kann zu Interferenzeffekten innerhalb des Resonators führen, die für nichtgewollte Störmoden destruktiv ist.
Jedoch ist eine solche Drehung nur zu bevorzugen, falls die Reduzierung von Störmoden den verschlechterten Kopplungsfaktor kompensieren würde, der in einer Fehlausrichtung der gedrehten Elektrodenstrukturen mit Bezug auf die piezoelektrische Achse begründet ist. Als eine Ausnahme kann ein Wandler gedreht werden, falls die Kopplung aus speziellen Gründen reduziert werden muss.
Gedrehte Wandler können parallele Randlinien aufweisen oder können eine zunehmende oder abnehmende Überlappungslänge in der Longitudinalrichtung aufweisen.
Die Erfindung soll nicht durch die beschriebenen Ausführungsformen und die entsprechenden Figuren beschränkt werden, sondern ist lediglich durch die begleitenden Ansprüche definiert, die in ihrem weitesten Schutzumfang interpretiert werden sollten.
Bezugszeichenliste

BB1,BB2: erste und zweite Sammelschiene
BS: Basisabschnitt eines Abzweigtypfilters
EF1,EF2: erste und zweite Elektrodenfinger
IT: Wandler
ML1,ML2: erste und zweite Randlinie
OLL: Überlappungslänge
OLLns: Überlappungslänge eines nichtgeneigten Wandlers
PD: Pad für Filterschaltkreis
REF: Reflektor
RES: Resonator
SC1: erster Abschnitt mit zunehmender Überlappungslänge
SC2: zweiter Abschnitt
x: x-Achse parallel zu einer SAW-Propagationsrichtung
α: Neigungswinkel
β: Winkel zwischen erster und zweiter Randlinie Spiegelebene Nichtüberlappungsbereich Überlappungsbereich Stummelfinger Zickzacklinie

Claims

SAW-Wandler (IT), der Folgendes umfasst: - eine erste und eine zweite Sammelschiene (BB1, BB2), - eine x-Achse parallel zu einer SAW-Propagationsrichtung, - erste und zweite Elektrodenfinger (EF1, EF2), die parallel zueinander angeordnet sind, sich von der ersten und zweiten Sammelschiene erstrecken, senkrecht zu der x-Achse angeordnet sind und einander jeweils entlang einer jeweiligen Überlappungslänge (OLL) überlappen, wobei - die Gesamtheit aller Überlappungslängen einen Überlappungsbereich bildet, - der Überlappungsbereich einen ersten Abschnitt (SC1) aufweist, der sich in SAW-Propagationsrichtung erstreckt, wobei die Überlappungslänge zwischen einem jeweiligen Paar von angrenzenden ersten und zweiten Elektrodenfingern zunimmt.
SAW-Wandler nach dem vorhergehenden Anspruch, - wobei der Überlappungsbereich des ersten Abschnitts durch eine erste und eine zweite Randlinie (ML1, ML2) zu einer jeweiligen Sammelschiene hin begrenzt wird, - wobei die erste und/oder die zweite Randlinie eine Steigung aufweist, die relativ zu der x-Achse mit einen Neigungswinkel α geneigt ist, - wobei die erste und zweite Randlinie des ersten Abschnitts einen Winkel β größer null beinhalten.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Überlappungsbereich einen zweiten Abschnitt (SC2) angrenzend an den ersten Abschnitt umfasst, - der zweite Abschnitt eine Randlinie mit einer Steigung aufweist, die relativ zu der x-Achse geneigt ist, aber von der Steigung der jeweiligen Randlinie in dem ersten Abschnitt verschieden ist.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem zweiten Abschnitt die Überlappungslänge zwischen einem jeweiligen Paar angrenzender erster und zweiter Elektrodenfinger in SAW-Propagationsrichtung hin abnimmt.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Randlinie eine Zickzacklinie ist.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder zweite Randlinie einer sinusartigen Funktion folgt.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - jede Randlinie einen Neigungswinkel α mit der x-Achse einschließt, - -30° ≤ α ≤ 30° und α ≠ 0° gilt, - der Neigungswinkel α konstant sein kann oder über die Länge eines Abschnitts variieren kann.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei -15° ≤ α ≤ -5° oder 5° ≤ α ≤ 15° gilt.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Nichtüberlappungsbereich umfasst, wobei sich nichtüberlappende Stummelfinger von der ersten und zweiten Sammelschiene zwischen einem jeweiligen Paar überlappender erster oder zweiter Elektrodenfinger erstrecken und eine Randlinie nicht kreuzen.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Sammelschiene einen Innenrand zu dem Überlappungsbereich hin aufweist, wobei dieser Innenrand der angrenzenden Randlinie mit einem konstanten Abstand folgt.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste und zweite Randlinie eines jeweiligen Abschnitts des Überlappungsbereichs symmetrisch zueinander mit der x-Achse als Spiegelebene angeordnet sind.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelschienen eines Abschnittes Außenränder, die parallel zu der x-Achse sind, und Innenränder zu dem Überlappungsbereich, die parallel zu der Randlinie sind, aufweisen.
SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelschienen eines Abschnittes Innen- und Außenränder, die parallel zu der x-Achse sind, aufweisen und wenigstens eine Randlinie zu der x-Achse geneigt ist.
SAW-Filtervorrichtung, die einen Resonator mit einem SAW-Wandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei die SAW-Filtervorrichtung eine Abzweigtypstruktur eines Ein-Tor-Resonators oder einen longitudinalgekoppelten Dual-Mode-Resonator - DMS - umfasst.
SAW-Filtervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, die eine akustische Spur umfasst, in der wenigstens ein erster und ein zweiter Abschnitt direkt angrenzend aneinander angeordnet sind, wobei die Überlappungslänge in dem ersten Abschnitt zunimmt und in dem zweiten Abschnitt abnimmt.
SAW-Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Elektrodenfinger in dem ersten und zweiten Abschnitt von den Sammelschienen erstrecken.
SAW-Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich einen normalen Abschnitt mit einer jeweiligen ersten und zweiten Randlinie, die parallel zueinander angeordnet sind, umfasst.
SAW-Filtervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Randlinien des zusätzlichen normalen Abschnitts relativ zu der x-Achse geneigt sind.
SAW-Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als eine TFSAW- oder HQTCF-Vorrichtung realisiert ist.