DE102019119762A1

DE102019119762A1 - Elektroakustischer Resonator mit reduzierten Störmoden, HF-Filter und Multiplexer

Info

Publication number: DE102019119762A1
Application number: DE102019119762.7A
Authority: DE
Inventors: Matthias Pernpeintner; Karl Wagner
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Singapore Pte Ltd
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2021-01-28
Also published as: WO2021013568A1

Abstract

Ein elektroakustischer Resonator mit reduzierten Störmoden umfasst einen Interdigitalwandler mit zwei Sammelschienen und fingerartig ineinandergreifenden Elektrodenfingern und einer Wellenleiterstruktur, um eine Piston-Mode in dem Resonator anzuregen. Ein erster Parameter p1 der Wellenleiterstruktur variiert entlang der Longitudinalrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektroakustischen Resonator mit reduzierten Störmoden. Der Resonator kann in einem HF-Filter verwendet werden und das Filter kann in einem Multiplexer verwendet werden.
Drahtloskommunikationsvorrichtungen benötigen HF-Filter zum Separieren gewollter HF-Signale von ungewollten HF-Signalen. HF-Filter können elektroakustische Resonatoren umfassen, die eine Elektrodenstruktur einsetzen, die in Kontakt mit einem piezoelektrischen Material ist. Das letztere kann ein piezoelektrisches Volumenmaterial oder ein geschichtetes Material, das wenigstens eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material umfasst, sein. Aufgrund des piezoelektrischen Effekts kann die Elektrodenstruktur zwischen akustischen und elektrischen HF-Signalen umwandeln. Mit solchen Resonatoren können Filterfunktionalitäten, wie etwa Bandpassfilter oder Bandsperrfilter, erhalten werden. Die Elektroden und/oder das piezoelektrische Material können mit dielektrischen oder anderen funktionalen Schichten bedeckt sein.
Aus WO 2011/088904 A1 sind elektroakustische Resonatoren bekannt, die eine Piston-Mode einsetzen.
Aufgrund von Gestaltungsbegrenzungen, Fertigungsfehlern oder konkurrierenden Leistungsfähigkeitszielen kann es unmöglich sein, alle ungewollten Moden, z. B. Transversalmoden, unterschiedlich polarisierte Oberflächenmoden oder Volumenmoden, vollständig zu unterdrücken.
Eine Folge ungewollter Moden ist eine Reduzierung der Filterleistungsfähigkeit. Insbesondere wird die Einfügedämpfung innerhalb eines Durchlassbandes erhöht und wird die bandexterne Unterdrückung reduziert. Zusätzliche ungewollte Effekte sind eine Durchlassbandwelligkeit, Gruppenverzögerungswelligkeit, eine reduzierte Leistungsbeständigkeit und eine Kompressionsverschlechterung.
Dementsprechend ist ein elektroakustischer Resonator gewünscht, der HF-Filter ermöglicht, bei denen Störmoden unterdrückt werden, bei denen die Einfügedämpfung verbessert ist, bei denen glattere Durchlassbandränder bereitgestellt sind, bei denen eine Gruppenverzögerungswelligkeit reduziert ist und bei denen die Kompression und die Leistungsbeständigkeit verbessert sind. Ferner ist es wünschenswert, eine alternative Lösung zur Störmodenreduzierung zu haben und aufgrund reduzierter Gestaltungsbegrenzungen bekannter Mittel zur Störmodenreduzierung weitere Freiheitsgrade zu haben, wenn Wandlerstrukturen gestaltet werden.
Zu diesem Zweck ist ein elektroakustischer Resonator mit reduzierten Störmoden gemäß dem unabhängigen Anspruch bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
Der elektroakustische Resonator umfasst eine Longitudinalrichtung und einen Interdigitalwandler mit zwei Sammelschienen und fingerartig ineinandergreifenden Elektrodenfingern. Ferner umfasst der elektroakustische Resonator eine Wellenleiterstruktur, die dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, - zusammen mit dem Interdigitalwandler - eine Piston-Mode in dem Resonator anzuregen. Die Wellenleiterstruktur kann durch mehrere Parameter definiert werden. Wenigstens ein erster Parameter p1 der Wellenleiterstruktur variiert entlang der Longitudinalrichtung.
Die Longitudinalrichtung x des elektroakustischen Resonators ist im Wesentlichen durch die Propagationsrichtung der akustischen Wellen der akustischen Hauptmode des elektroakustischen Resonators definiert. Der Interdigitalwandler umfasst die zwei Sammelschienen und mehrere Elektrodenfinger. Jeder der Elektrodenfinger ist elektrisch mit einer der zwei Sammelschienen verbunden. Eine Überlappungslänge benachbarter Elektrodenfinger - zwischen denen ein Anregungszentrum angeordnet ist - definiert im Wesentlichen - in der Transversalrichtung y - die Apertur der akustischen Spur des Resonators und die Breite des aktiven Gebiets des elektroakustischen Resonators. Dementsprechend umfasst der Interdigitalwandler zwei kammartige Strukturen, die mittels ihrer entsprechenden Elektrodenfinger fingerartig ineinandergreifen. Die zwei Sammelschienen erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Longitudinalrichtung x. Die Elektrodenfinger erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Transversalrichtung y, die hauptsächlich orthogonal zu den zwei Sammelschienen ist.
Dementsprechend definieren die Richtung der Sammelschienen und die Richtung der Elektrodenfinger die xy-Ebene, die die Ebene ist, in der eine akustische Hauptmode des Resonators in der Longitudinalrichtung x propagieren kann.
Eine Piston-Mode ist eine akustische Mode, bei der die Amplitude innerhalb einer inneren Spur beinahe konstant ist und bei Regionen, die die innere Spur flankieren, auf null abfällt.
Die Wellenleiterstruktur des elektroakustischen Resonators kann mittels Definieren seiner strukturellen und physischen Eigenschaften oder durch Erklären seiner Wirkung auf die Wellenpropagation innerhalb des elektroakustischen Resonators definiert werden. Physische Strukturen und Eigenschaften einer Wellenpropagation stehen miteinander in Zusammenhang. Dementsprechend kann der erste Parameter p1 der Wellenleiterstruktur ein physischer oder ein struktureller Parameter oder ein Parameter, der die Wellenpropagation innerhalb des akustischen Resonators definiert, sein.
Die Variation des ersten Parameters p1 entlang der Longitudinalrichtung bedeutet, dass der Wert des ersten Parameters von der genauen Position entlang der Longitudinalrichtung x abhängt.
Es ist möglich, dass der erste Parameter kontinuierlich entlang der Longitudinalrichtung variiert. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Parameter schrittweise entlang der Longitudinalrichtung variiert.
Die Variation des ersten Parameters p1 entlang der Longitudinalrichtung ist ein kontraintuitiver Ansatz zur Störmodenreduzierung, weil die Wellenleiterstruktur dazu bereitgestellt ist, eine Piston-Mode in dem Resonator anzuregen. Zum Einrichten einer Piston-Mode in dem Resonator sind Variationen entlang der Longitudinalrichtung allgemein nachteilig und, falls die Variation entlang der Longitudinalrichtung zu stark wird, kann die Piston-Mode dann nicht mehr durch den Resonator unterstützt werden.
Jedoch wurde herausgefunden, dass die Anregungsstärke und/oder Resonanzfrequenz ungewollter Störmoden in einem SAW-Resonator oft von einem oder mehreren Parametern der Wellenleiterstruktur abhängt, z. B. der Tiefe der transversalen Falle, der Position der Falle entlang des Fingers oder der effektiven Apertur. Als ein Beispiel kann es in dem Fallengebiet lokalisierte Störmoden geben, deren Resonanzfrequenzen stark von der Breite und der Tiefe des Fallengebiets abhängen. Daher kann eine Variation von wenigstens einem der Parameter der Wellenleiterstruktur entlang der Longitudinalrichtung des Resonators ungewollte resonante Anregungen einer oder mehrerer Störmoden vermeiden, oder zumindest erheblich reduzieren, was zu einer Gesamtleistungsfähigkeitsverbesserung eines entsprechenden HF-Filters führt.
Es ist möglich, dass die Wellenleiterstruktur dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, ein Transversalgeschwindigkeitsprofil einzurichten. Das Transversalgeschwindigkeitsprofil kann angrenzende Gebiete innerhalb des Bereichs des elektroakustischen Resonators aufweisen, wobei die Gebiete aus einem inneren Spurgebiet, einem Fallengebiet, einem Barrieregebiet und einem Sammelschienengebiet ausgewählt sind. Die akustische Geschwindigkeit ist in angrenzenden Gebieten unterschiedlich.
Die akustische Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit der akustischen Hauptmode des elektroakustischen Resonators. Ein inneres Spurgebieten kann der Bereich sein, wo Elektrodenfinger, die elektrisch mit entgegengesetzten Sammelschienen verbunden sind, einander überlappen, sodass Anregungszentren zwischen den Elektrodenfingern angeordnet sind. Ein Fallengebiet kann als ein Gebiet definiert sein, wo die akustische Geschwindigkeit im Vergleich zu der akustischen Geschwindigkeit des inneren Spurgebiets oder eines Barrieregebiets verändert, z. B. erhöht oder verringert, wird. Das Barrieregebiet kann als ein Gebiet definiert werden, wo die akustische Geschwindigkeit höher als die akustische Geschwindigkeit in dem Fallengebiet und/oder in dem inneren Spurgebiet ist. Außerdem ist es möglich, dass das Barrieregebiet als ein Gebiet definiert werden kann, wo die akustische Geschwindigkeit kleiner als die akustische Geschwindigkeit in dem Fallengebiet und/oder in dem inneren Spurgebiet ist. Ferner ist es möglich, dass die akustische Geschwindigkeit des Barrieregebiets höher als die akustische Geschwindigkeit des inneren Spurgebiets ist.
Das Sammelschienengebiet ist durch die Position des Materials der Sammelschiene definiert.
Es ist möglich, dass das innere Spurgebiet zwischen zwei Fallengebieten angeordnet ist. Es ist möglich, dass ein Fallengebiet zwischen einem Barrieregebiet und einem inneren Spurgebiet angeordnet ist. Es ist ferner möglich, dass ein Barrieregebiet zwischen einem Sammelschienengebiet und einem Fallengebiet angeordnet ist.
Dementsprechend kann die Barriere eines elektroakustischen Resonators, der ein inneres Spurgebiet umfasst, das von zwei Fallengebieten flankiert wird, die - an ihren äußeren Grenzflächen - von zwei Barrieregebieten flankiert werden, die - an ihren äußeren Grenzflächen - von zwei Sammelschienengebieten flankiert werden, als eine akustische Spur mit zwei Wellenleiterstrukturen verstanden werden. Eine der zwei Wellenleiterstrukturen ist für das Einrichten eines Barrieregebiets und eines Fallengebiets an einer Seite des inneren Spurgebiets verantwortlich. Die jeweilige andere Wellenleiterstruktur ist für das Einrichten des Fallengebiets und des Barrieregebiets auf der jeweiligen anderen Seite des inneren Spurgebiets verantwortlich.
Es ist möglich, dass die Wellenleiterstruktur die akustische Geschwindigkeit lokal erhöht oder verringert.
Insbesondere ist es möglich, dass die Wellenleiterstruktur die akustische Geschwindigkeit in dem Fallengebiet mit Bezug auf das Barrieregebiet und mit Bezug auf das innere Spurgebiet verringert. Ferner kann die Wellenleiterstruktur die akustische Geschwindigkeit des Barrieregebiets mit Bezug auf das Fallengebiet lokal erhöhen.
Eine lokale Zunahme oder eine lokale Reduzierung der akustischen Geschwindigkeit ist ein Parameter, der den Effekt des Transversalgeschwindigkeitsprofils bestimmt. Wie bereits beschrieben, gibt es weitere Typen von Parametern, die die Natur der Wellenleiterstruktur bestimmen, wie etwa strukturelle oder physische Parameter, die mit der Wellenleiterstruktur in Zusammenhang stehen.
Entsprechend ist es möglich, dass die Wellenleiterstruktur Material lokal zu der einen oder den mehreren Schichten des Resonators hinzugefügt oder von dieser/diesen entfernt und dementsprechend die Massenbelegung des Resonators lokal modifiziert und/oder einen Steifigkeitsparameter einer oder mehrerer Schichten des Resonators lokal verringert oder erhöht.
Wie oben beschrieben, umfasst ein Interdigitalwandler eine Elektrodenstruktur. Die Elektrodenstruktur umfasst üblicherweise zwei Elektroden. Das Material der Elektroden kann auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Materials angeordnet sein. Die Einzelheiten einer Wellenpropagation an der Oberfläche des akustischen Materials, z. B. von akustischen Oberflächenwellen (SAW: Surface Acoustic Waves), hängen von verschiedenen Parametern ab, wie etwa der lokalen Massenbelegung, die durch die bei einer speziellen Position des piezoelektrischen Materials angeordneten Masse definiert ist. Ein weiterer Parameter ist ein Steifigkeitsparameter der Materie, die auf dem piezoelektrischen Material angeordnet ist. Die Propagationsgeschwindigkeit nimmt üblicherweise mit zunehmenden Steifigkeitsparametern zu und nimmt mit einer zunehmenden Massenbelegung ab.
Dementsprechend kann die akustische Wellengeschwindigkeit durch lokales Erhöhen des Steifigkeitsparameters erhöht werden, z. B. durch Hinzufügen eines Flecks aus Materie mit einem höheren Steifigkeitsparameter als die Umgebungen des Flecks. Eine andere Alternative dazu ist es, einen Fleck aus Materie lokal durch ein Material mit höherer Steifigkeit zu ersetzen.
Entsprechend erhöht das Hinzufügen eines Flecks die Massenbelegung und reduziert die Bereitstellung einer Vertiefung innerhalb einer Schicht oberhalb des piezoelektrischen Materials die Massenbelegung lokal.
Durch Bereitstellen entsprechender Schichtdicken und gut gewählter Materialien kann ein Transversalgeschwindigkeitsprofil bereitgestellt werden, wobei wenigstens ein Parameter von diesem entlang der Longitudinalrichtung variiert.
Es ist ferner möglich, dass der erste Parameter p1 aus den folgenden funktionalen Parametern ausgewählt ist: eine Breite eines inneren Spurgebiets, eine Breite eines Fallengebiets, eine Breite eines Barrieregebiets; ein Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem inneren Spurgebiet, ein Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem Fallengebiet, ein Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem Barrieregebiet; ein Abstand zwischen zwei Gebieten, die aus Folgendem ausgewählt sind: ein inneres Spurgebieten, ein Fallengebiet und ein Barrieregebiet; und die Geschwindigkeit eines inneren Spurgebiets, die Geschwindigkeit eines Fallengebiets und die Geschwindigkeit eines Barrieregebiets.
Bei einer bevorzugten Version kann die Elektrodenbreite und/oder Dicke in dem Fallengebiet im Vergleich zu dem inneren Spurgebiet erhöht sein. Der erste Parameter p1 kann die Transversalposition des Fallengebiets, die Breite und/oder Dicke der Elektroden in dem Fallengebiet oder das Ausmaß des Fallengebiets sein.
Die bekannte Beziehung zwischen Massenbelegung, Steifigkeitsparametern und akustischer Geschwindigkeit stellt die Korrelation zwischen solchen funktionalen Parametern und strukturellen/physischen Parametern einfach bereit. Dementsprechend sind die Bereitstellung funktionaler Parameter und die Bereitstellung struktureller oder physischer Parameter äquivalent.
Gleichermaßen ist es möglich, dass der erste Parameter p1 aus den folgenden strukturellen Parametern ausgewählt wird:

eine Steifigkeit eines inneren Spurgebiets, eine Steifigkeit eines Fallengebiets, eine Steifigkeit eines Barrieregebiets; und
eine Massenbelegung eines inneren Spurgebiets, eine Massenbelegung eines Fallengebiets, eine Massenbelegung eines Barrieregebiets.

Es ist möglich, dass der erste Parameter p1 eine Variation innerhalb eines speziellen Bereichs Δp1 aufweist. Dementsprechend ist es möglich, dass für die relative Variation Δp1/p0 ≥ 0,01 und ≤ 0,4 gilt, wobei p0 der Durchschnitt des ersten Parameters entlang der Longitudinalrichtung ist.
Der Durchschnitt kann der arithmetische Durchschnitt sein.
Dementsprechend liegt die relative Variation des ersten Parameters p1 zwischen 1 % und 40 % entlang der Longitudinalrichtung.
Die relative Variation sollte ausreichend groß sein, um die ungewollten Moden effektiv zu unterdrücken, und klein genug sein, um die Piston-Mode beizubehalten. Die Anzahl an variierenden Parametern ist nicht auf eins beschränkt.
Entsprechend ist es möglich, dass die Wellenleiterstruktur einen oder mehrere zusätzliche Parameter aufweist, die entlang der Longitudinalrichtung variieren.
Für jeden des einen oder der mehreren zusätzlichen Parameter sind die oben genannten Eigenschaften möglich.
Gleichermaßen ist die Anzahl an Wellenleiterstrukturen nicht auf eine beschränkt.
Entsprechend ist es möglich, dass der elektroakustische Resonator eine oder mehrere zusätzliche Wellenleiterstrukturen umfasst.
Außerdem sind für die eine oder die mehreren zusätzlichen Wellenleiterstrukturen die oben genannten Eigenschaften möglich.
Insbesondere ist es möglich, dass der Resonator zwei variierende Wellenleiterstrukturen umfasst, wobei jede der Wellenleiterstrukturen wenigstens einen Parameter aufweist, der entlang der Longitudinalrichtung variiert wird. Es wird bevorzugt, dass beide Wellenleiterstrukturen die gleiche Anzahl und gleiche Typen an variierenden Parametern aufweisen. Die Variation der Parameter der zwei variierenden Wellenleiterstrukturen kann mit Bezug auf eine Symmetrielinie, die sich entlang der Longitudinalrichtung erstreckt, symmetrisch oder antisymmetrisch sein.
Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator ein Einportresonator, ein Mehrfachportresonator oder ein DMS-Resonator (DMS: Dual Mode SAW - Doppelmoden-SAW) ist.
Ein Einportresonator umfasst eine Eingangsverbindung und eine Ausgangsverbindung. Insbesondere ist es möglich, dass ein Einportresonator nicht mehr als zwei Verbindungen aufweist, die den einen Port des Resonators einrichten.
Ein Mehrfachportresonator kann zwei oder mehr Ports umfassen.
Insbesondere kann ein Mehrfachportresonator eine Mehrzahl aus zwei oder mehr Wandlern umfassen. Wenigstens einer der Wandler weist eine wie oben beschriebene Wellenleiterstruktur auf.
Ein DMS-Resonator umfasst zwei oder mehr Wandler, die akustisch gekoppelt und zwischen akustischen Reflektoren angeordnet sind, sodass ein Weitbandpassfilter erhalten werden kann.
Es ist möglich, dass die Wellenleiterstruktur eine Form aufweist, die aus einer linearen Form, einer Sinusform, einer Sägezahnform, einer Dreiecksform ausgewählt ist. Es ist möglich, dass ein HF-Filter einen oder mehrere der oben beschriebenen elektroakustischen Resonatoren umfasst.
Es ist möglich, dass das HF-Filter eine abzweigtypartige Filtertopologie mit einem oder mehreren Reihenresonatoren, die in einem Signalpfad zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport elektrisch in Reihe verbunden sind, und einem oder mehreren Parallelresonatoren, die in elektrischen Parallelpfaden verbunden sind, die den Signalpfad elektrisch mit einem Massepotential verbinden, umfasst.
Jedoch ist es auch möglich, dass das HF-Filter eine kreuzgliedtypartige Schaltkreistopologie umfasst, bei der ein Schaltkreiselement, z. B. ein Resonator, eine erste Verbindung eines ersten Ports elektrisch mit einer zweiten Verbindung eines zweiten Ports verbindet.
Ferner ist es möglich, dass ein Multiplexer eines oder mehrere solcher HF-Filter umfasst.
Der Multiplexer kann ein Duplexer, ein Diplexer oder ein Multiplexer einer höheren Ordnung sein. Ein Duplexer umfasst ein Empfangsfilter und ein Übertragungsfilter. Das Empfangsfilter ist zwischen einem gemeinsamen Port und einem Ausgangsport angeordnet und das Übertragungsfilter ist zwischen einem Eingangsport und dem gemeinsamen Port angeordnet.
Zentrale Aspekte des elektroakustische Resonators und Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen sind in den schematischen begleitenden Figuren gezeigt.
In den Figuren gilt:

1 zeigt das allgemeine Konzept des elektroakustischen Resonators mit zwei variierenden Wellenleiterstrukturen;
2 zeigt mögliche Implementierungen des lokalen Erhöhens und Reduzierens der akustischen Geschwindigkeit;
3 zeigt die Beziehungen zwischen Massenbelegung, Geschwindigkeit und Piston-Mode;
4 veranschaulicht ein spezielles Beispiel für eine variierende Wellenleiterstruktur;
5 bis 7 zeigen zusätzliche spezielle Beispiele für variierende Wellenleiterstrukturen;
8 zeigt die Möglichkeit kontinuierlicher Wellenleiterstrukturen;
9 zeigt die Möglichkeit des Anordnens von mehr als zwei Wellenleiterstrukturen in der akustischen Spur;
10 zeigt die Möglichkeit phasenverschobener Wellenleiterstrukturen;
11 zeigt eine Duplexertopologie; und
12 zeigt ein grundlegendes Beispiel für einen DMS-Resonator.

1 zeigt einen elektroakustischen Resonator EAR, der eine Elektrodenstruktur auf einem piezoelektrischen Material PM umfasst. Die Elektrodenstruktur umfasst einen Interdigitalwandler IDT, der zwei Sammelschienen und mehrere Elektrodenfinger EFI, die elektrisch mit einer der zwei Sammelschienen verbunden sind, umfasst.
Der Interdigitalwandler ist zwischen einem Reflektor R angeordnet, der ein Reflektorgitter umfasst. x bezeichnet die Longitudinalrichtung, d. h. die Hauptpropagationsrichtung der akustischen Arbeitsmode des elektroakustischen Resonators, y bezeichnet die Transversalrichtung, entlang der sich die Elektrodenfinger erstrecken.
Der elektroakustische Resonator EAR umfasst eine erste variierende Wellenleiterstruktur VWS1 und eine zweite variierende Wellenleiterstruktur VWS2. Die zwei Wellenleiterstrukturen erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Longitudinalrichtung x, aber können einen Parameter aufweisen, der sich entlang der Longitudinalrichtung ändert.
Wie 1 gezeigt, kann der Parameter jeder Wellenleiterstruktur der Abstand zwischen der entsprechenden Wellenleiterstruktur und der Sammelschiene sein. Dementsprechend gibt es zwei Longitudinalpositionen, bei denen sich die Abstände bei der speziellen Position zwischen der Wellenleiterstruktur und der Sammelschiene voneinander unterscheiden.
Es ist möglich, dass eine Wellenleiterstruktur eine kontinuierliche Struktur umfasst, wie etwa bei der ersten Wellenleiterstruktur VWS1 gezeigt ist. Jedoch ist es auch möglich, dass sich die Wellenleiterstruktur entlang eines kontinuierlichen Pfades erstreckt, aber die Struktur selbst mehrere einzelne Segmente umfasst, die einen gewissen Abstand zwischen einander aufweisen.
Solange jedoch der Abstand zwischen Segmenten einer Wellenleiterstruktur kleiner als oder näherungsweise gleich der akustischen Wellenlänge ist, wird die entsprechende Wellenleiterstruktur durch die akustischen Wellen als eine einzige Entität gesehen. Dementsprechend ist die Terminologie „eine Wellenleiterstruktur“ gerechtfertigt, obwohl es mehrere Segmente gibt.
2 veranschaulicht eine ausführlichere Ansicht zweier benachbarter Elektrodenfinger, charakteristische Eigenschaften der Parameter und ihrer Entsprechung zu den Gebieten innerhalb der akustischen Spur. Bei einem inneren Spurgebiet IT richten zwei Elektrodenfinger, die elektrisch mit entgegengesetzten Sammelschienen verbunden sind, einen Anregungsbereich ein. Bei Stellen, wo die Fingerbreite, d. h. die Ausdehnung entlang der Longitudinalrichtung x, erhöht ist, ist die lokale Massenbelegung erhöht und wird ein Fallengebiet erhalten. In einem Barrieregebiet ist die lokale Massenbelegung reduziert, weil nur einer der zwei Elektrodenfinger zu der Massenbelegung in dem Barrieregebiet beiträgt.
In dem Gebiet der Sammelschienen ist das Material der Sammelschienen angeordnet.
Entsprechend wird eine Sequenz entlang der Transversalrichtung y erhalten aus: einem Sammelschienengebiet BB, einem Barrieregebiet BA, einem Fallengebiet TP, einem inneren Spurgebiet IT, einem Fallengebiet TP, einem Barrieregebiet BA und einem abschließenden Sammelschienengebiet BB.
Das linke Barrieregebiet BA und das linke Fallengebiet TP können mit einer ersten variierenden Wellenleiterstruktur assoziiert werden. Das weitere Fallengebiet TP und das weitere Barrieregebiet BA auf der rechten Seite aus 2 können mit einer zweiten variierenden Wellenleiterstruktur assoziiert werden.
Um die Korrelation zwischen Gebieten, Massenbelegung und akustischer Geschwindigkeit zu vervollständigen, veranschaulicht 3 einen Querschnitt durch einen elektroakustischen Resonator. Insbesondere bezeichnet z die vertikale Richtung, in der das piezoelektrische Material und das Elektrodensystem gestapelt sind.
In dem Barrieregebiet BA ist die lokale Massenbelegung reduziert, weil nur ein Elektrodenfinger zu der Gesamtmassenbelegung beiträgt. In den Fallengebieten ist die Massenbelegung aufgrund einer erhöhten Fingerhöhe entlang der vertikalen Richtung z erhöht. Innerhalb des inneren Spurgebiets IT ist die Massenbelegung im Wesentlichen homogen und zwischen der Massenbelegung des Fallengebiets und des Barrieregebiets. Entsprechend weist das Barrieregebiet BA die höchste akustische Geschwindigkeit v auf. Das Fallengebiet weist die niedrigste akustische Geschwindigkeit auf und das innere Fallengebiet weist eine akustische Geschwindigkeit zwischen der Geschwindigkeit des Fallengebiets und des Barrieregebiets auf. Das Transversalgeschwindigkeitsprofil, d. h. die Verteilung der akustischen Geschwindigkeit der Hauptmode entlang der Longitudinalrichtung x, entlang der Transversalrichtung y richtet einen Wellenleiter derart ein, dass eine Piston-Mode PMO (gestrichelte Linie) innerhalb des inneren Spurgebiets IT eingerichtet wird, wenn der entsprechende elektroakustische Resonator aktiv ist.
4 zeigt eine mögliche Implementierung eines elektroakustischen Resonators mit einer ersten variierenden Wellenleiterstruktur VWS1 und einer zweiten variierenden Wellenleiterstruktur VWS2. Die Wellenleiterstruktur umfasst Materialflecken PC, die an distalen Enden von Elektrodenfingern angeordnet sind, die sich zu der gegenüberliegenden Elektrode erstrecken, und Flecken bei abgestimmten Positionen der Elektrodenfinger der gegenüberliegenden Elektrode. Der Abstand zwischen den Flecken PC der ersten variierende Wellenleiterstruktur VWS1 und einer Sammelschiene wird entlang der Longitudinalrichtung x variiert. Insbesondere sind die Flecken PC auf einem Pfad PT angeordnet, der die Position der Wellenleiterstruktur definiert.
Das gleiche gilt für die zweite variierende Wellenleiterstruktur VWS2. Dementsprechend ist für beide Wellenleiterstrukturen der variierte Parameter der Abstand zu einer Sammelschiene hin, was äquivalent zu einer Position entlang der Transversalrichtung y ist.
Dementsprechend folgen auch die Flecken PC der zweiten Wellenleiterstruktur einem entsprechenden Pfad. Ferner weisen die zwei Pfade eine wellenartige Form auf, die einer Sinusfunktion entspricht. Ferner teilen die zwei Pfade die gleiche Wellenlänge der Sinusfunktion und weisen die gleiche Phase auf. Dementsprechend weisen Flecken, die bei den gleichen Elektrodenfingern angeordnet sind, aber zu den beiden Wellenleiterstrukturen gehören, im Wesentlichen den gleichen Abstand mit Bezug zueinander auf.
5 veranschaulicht eine weitere Möglichkeit des Einrichtens von zwei Wellenleiterstrukturen innerhalb der akustischen Spur eines elektroakustischen Resonators, um Störmoden zu reduzieren. Der Pfad PT jeder Wellenleiterstruktur weist im Wesentlichen eine lineare Ausdehnung entlang der Longitudinalrichtung auf. Die variierenden Parameter der zwei Wellenleiter können als die Ausdehnung entlang der Transversalrichtung y der zusätzlichen Massenbelegung, d. h. die Länge der Flecken entlang der Transversalrichtung, betrachtet werden.
Ferner variiert der Abstand zwischen einem entsprechenden Fleck PC der Wellenleiterstruktur und einer Sammelschiene auch entlang der Longitudinalrichtung x.
Ähnlich der Situation in 4 weisen die zwei Wellenleiterstrukturen eine wellenartige Funktion auf und teilen die gleiche Amplitude, Wellenlänge und Phase.
6 veranschaulicht die Möglichkeit des Erhöhens einer Ausdehnung von Flecken PC entlang der Longitudinalrichtung x mit variierender Position entlang der Longitudinalrichtung x. Die Flecken weisen eine gleiche Ausdehnung entlang der Transversalrichtung y auf, aber die Massenbelegung nimmt mit einem zunehmenden Wert der Position x zu.
7 zeigt die Möglichkeit des Anordnens von Flecken der gleichen Abmessung für die zwei Wellenleiterstrukturen. Ferner folgen die Flecken jeder Wellenleiterstruktur einer sinusfunktionsartigen Form. Ferner ist die Wellenlänge des sinusförmigen Pfades der zwei Wellenleiterstrukturen gleich. Jedoch beträgt die Phasendifferenz zwischen den zwei Pfaden 180°, sodass Abstände zwischen Flecken, die mit einem gleichen Elektrodenfinger assoziiert sind, aber über die zwei Wellenleiterstrukturen verteilt sind, entlang der Longitudinalrichtung x variieren.
8 veranschaulicht auf eine allgemeinere Art die Möglichkeit des Bereitstellens einer Mehrzahl aus zwei (oder mehr, nicht gezeigten) Wellenleiterstrukturen VWS, die sich im Wesentlichen auf eine parallele Weise entlang der Longitudinalrichtung x erstrecken.
Im Gegensatz dazu sind in 9 nichtparallele Wellenleiterstrukturen gezeigt. Ferner zeigt 9 die Möglichkeit, drei Wellenleiterstrukturen in der akustischen Spur aufzuweisen, die sich entlang der Longitudinalrichtung x erstrecken.
10 zeigt die Möglichkeit, zwei (oder mehr, nicht gezeigte) Wellenlängen des Pfades aufzuweisen, entlang dem die zwei Wellenleiterstrukturen angeordnet sind. Eine Wellenlänge kann die gleiche für beide Wellenleiterstrukturen sein, aber eine Phasendifferenz kann zwischen den zwei Wellenleiterstrukturen entlang der Longitudinalrichtung x vorhanden sein. Während die in 8 und 9 gezeigten Wellenleiterstrukturen ein kontinuierliches Material umfassen, umfassen ferner die in 10 gezeigten Wellenleiterstrukturen separierte Segmente.
Elektrodenfinger, die elektrisch mit entgegengesetzten Elektroden verbunden sind, dürfen nicht kurzgeschlossen sein. Dementsprechend dürfen sich, wenn sich Flecken oder Streifen aus Material der Wellenleiterstrukturen in direktem Kontakt mit einem Elektrodenfinger befinden und elektrisch leitfähig sind, dann die entsprechenden Flecken oder Streifen nicht in direktem Kontakt mit einem angrenzenden Elektrodenfinger der entgegengesetzten Elektrode befinden.
Dies kann erreicht werden, indem ein dielektrisches Material für die Wellenleiterstrukturen verwendet wird. Ferner ist es möglich, eine zusätzliche dielektrische Schicht wenigstens lokal zwischen dem Material der leitenden Wellenleiterstruktur und dem Material des leitenden Elektrodenfingers hinzuzufügen.
11 veranschaulicht die Anwendung eines entsprechenden Resonators in einem Duplexer DU. Der Duplexer DU umfasst ein Übertragungsfilter TXF zwischen einem Eingangsport und einem gemeinsamen Port CP und ein Empfangsfilter RXF zwischen dem gemeinsamen Port CP und einem Ausgangsport. Ein weiterer Impedanzanpassungsschaltkreis IMC kann zwischen dem Übertragungsfilter TXF und dem Empfangsfilter RXF bereitgestellt sein, um die zwei Filter in den jeweiligen Übertragungs- und Empfangsfrequenzbereichen zu entkoppeln. Bei dem gemeinsamen Port CP kann eine Antenne AN verbunden sein, über die zu sendende Signale emittiert werden können und über die zu empfangende Signale empfangen werden können.
Die in dem Duplexer aus 11 gezeigten Filter weisen eine abzweigtypartige Schaltkreistopologie mit Reihenresonatoren SR, die elektrisch in dem Signalpfad in Reihe verbunden sind, und mit Parallelresonatoren PR, die elektrisch in Shunt-Pfaden zwischen dem Signalpfad und einem Massepotential verbunden sind, auf.
Jeder der Resonatoren oder einige oder einige wenige der Resonatoren können wie oben beschrieben sein.
12 zeigt Einzelheiten einer grundlegenden Implementierung eines DMS-Filters DMS, bei dem zwei wie oben beschriebene Wandler zwischen akustischen Reflektoren angeordnet sind. DMS-Filter können ein weites Durchlassband bereitstellen, indem zwei oder mehr Wandler akustisch miteinander gekoppelt werden.
Der elektroakustische Resonator oder entsprechende Filter oder Multiplexer sind nicht auf die technischen Einzelheiten, die oben erklärt oder in den Figuren gezeigt sind, beschränkt. Elektroakustische Resonatoren können weitere Elemente, wie etwa ein Mittel zum Reduzieren einer temperaturinduzierten Frequenzdrift oder ein Mittel zum Schützen der empfindlichen Elektrodenstrukturen vor schädlichen externen Einflüssen, umfassen.
Bezugszeichenliste

AN:: Antenne
BA:: Barrieregebiet
BB:: Sammelschiene
CP:: gemeinsamer Port
DMS:: Doppelmoden-SAW-Resonator
DU:: Duplexer
EAR:: elektroakustischer Resonator
EFI:: Elektrodenfinger
IDT:: Interdigitalwandler
IMC:: Impedanzanpassungsschaltkreis
IT:: inneres Spurgebiet
PC:: Fleck
PM:: piezoelektrisches Material
PMO:: Piston-Mode
PR:: Parallelresonator
PT:: Pfad
R:: akustischer Reflektor
RXF:: Empfangsfilter
SR:: Reihenresonator
TP:: Fallengebiet
TXF:: Übertragungsfilter
v:: akustische Geschwindigkeit
VWS, VWS1, VWS2:: variierende Wellenleiterstrukturen
x:: longitudinale Richtung
y:: Transversalrichtung
z:: vertikale Richtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/088904 A1 [0003]

Claims

Elektroakustischer Resonator mit reduzierten Störmoden, der Folgendes umfasst: - eine Longitudinalrichtung, - einen Interdigitalwandler mit zwei Sammelschienen und fingerartig ineinandergreifenden Elektrodenfingern, - eine Wellenleiterstruktur, die dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, - zusammen mit dem Interdigitalwandler - eine Piston-Mode in dem Resonator anzuregen, wobei - ein erster Parameter p1 der Wellenleiterstruktur entlang der Longitudinalrichtung variiert.
Elektroakustischer Resonator nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - die Wellenleiterstruktur dazu bereitgestellt und konfiguriert ist, ein Transversalgeschwindigkeitsprofil mit angrenzenden Gebieten einzurichten, die aus einem inneren Spurgebiet, einem Fallengebiet, einem Barrieregebiet und einem Sammelschienengebiet ausgewählt sind, - die akustische Geschwindigkeit in angrenzenden Gebieten unterschiedlich ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterstruktur die akustische Geschwindigkeit lokal erhöht oder verringert.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterstruktur - Material lokal zu einer oder mehreren Schichten des Resonators hinzufügt oder von dieser/diesen entfernt und dementsprechend die Massenbelegung des Resonators lokal modifiziert und/oder - einen Steifigkeitsparameter einer oder mehrerer Schichten des Resonators lokal verringert oder erhöht.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Parameter p1 aus den folgenden funktionalen Parametern ausgewählt ist: • Breite eines inneren Spurgebiets, Breite eines Fallengebiets, Breite eines Barrieregebiets; • Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem inneren Spurgebiet, Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem Fallengebiet, Abstand zwischen einer Sammelschiene und einem Barrieregebiet; • Abstand zwischen zwei Gebieten, die aus Folgendem ausgewählt sind: einem inneren Spurgebiet, einem Fallengebiet, einem Barrieregebiet; und • Geschwindigkeit eines inneren Spurgebiets, Geschwindigkeit eines Fallengebiets, Geschwindigkeit eines Barrieregebiets.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Elektrodenbreite und/oder Dicke in dem Fallengebiet im Vergleich zu dem inneren Spurgebiet erhöht ist, und - der erste Parameter p1 die Transversalposition des Fallengebiets, die Breite und/oder Dicke der Elektroden in dem Fallengebiet oder das Ausmaß des Fallengebiets ist.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Parameter p1 aus den folgenden strukturellen Parametern ausgewählt ist: • Steifigkeit eines inneren Spurgebiets, Steifigkeit eines Fallengebiets, Steifigkeit eines Barrieregebiets, und • Massenbelegung eines inneren Spurgebiets, Massenbelegung eines Fallengebiets, Massenbelegung eines Barrieregebiets.
Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtvariation Δp1 des ersten Parameters p1 über die Länge des Resonators Folgendes erfüllt: 0,01 ≤ Δρ1/ρ0 ≤ 0,4, wobei p0 der Durchschnitt des ersten Parameters entlang der Longitudinalrichtung ist. 9. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterstruktur einen oder mehrere zusätzliche Parameter aufweist, die entlang der Longitudinalrichtung variieren. 10. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine oder mehrere zusätzliche Wellenleiterstrukturen umfasst. 11. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein Einportresonator, ein Mehrfachportresonator oder ein DMS-Resonator ist. 12. Elektroakustischer Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenleiterstruktur eine Form aufweist, die aus einer linearen Form, einer Sinusform, einer Sägezahnform, einer Dreiecksform ausgewählt ist. 13. HF-Filter, das einen elektroakustischen Resonator nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst. 14. Multiplexer, der das HF-Filter nach den vorhergehenden Ansprüchen umfasst.