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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen,
beispielsweise als Bandpassfilter bekannten Volumenwellenfilter.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
und eine einen solchen piezoelektrischen Volumenwellenfilter enthaltende,
Schwingungen verschiedener Ordnungen aufgrund des piezoelektrischen
Längseffektes
nutzende elektronische Komponente.
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2. Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Eine
Reihe von piezoelektrischen Volumenwellenfiltern wird als Bandfilter
verwendet. Piezoelektrische Zwei-Moden-Volumenwellenfilter werden hauptsächlich innerhalb
eines Frequenzbereiches von mehreren MHz bis Dutzenden von MHz verwendet,
weil sie leicht zu miniaturisieren und kostengünstig sind.
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Ein
piezoelektrischer Zwei-Moden-Volumenwellenfilter wird in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
Nr. 5-327401 offenbart.
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20 ist
eine Querschnittsansicht eines an sich bekannten piezoelektrischen
Zwei-Moden-Volumenwellenfilters, welcher eine Dicken-/Längsschwingung
verwendet.
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Ein
piezoelektrische Volumenwellenfilter 201 weist ein piezoelektrisches
Substrat 202 auf, das in Richtung der Dicke polarisiert
ist. Ein Paar Anregungselektroden 203 und 204 ist
auf der Oberfläche des
piezoelektrischen Substrats 202 angeordnet. Eine gemeinsame
Anregungselektrode 205 liegt den Anregungselektroden 203 und 204 gegenüber, wobei das
piezoelektrische Substrat 202 in Sandwichform dazwischen
angeordnet ist.
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Während der
Nutzung wird ein Eingangssignal zwischen einer Anregungselektrode 203 und
der gemeinsamen Anregungselektrode 205 angelegt, so daß das piezoelektrische
Substrat 202 angeregt wird. Wenn das piezoelektrische Substrat 202 angeregt
ist, werden ein in 21A gezeigter symmetrischer
Modus und ein in 21B gezeigter antisymmetrischer Modus
erzeugt. Die beiden Modi werden gekoppelt und bilden so eine Filterbandbreite.
Ein Ausgangssignal wird zwischen der Anregungselektrode 204 und der
Erdungselektrode 205 angeordnet.
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Des
weiteren ist zusätzlich
zu dem in dem Dicken-/Längsmodus
arbeitenden piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter ein
weiterer piezoelektrischer Zwei-Moden-Volumenwellenfilter bekannt,
welcher das piezoelektrische Substrat 202 aufweist, das
in einer zur Oberseite parallelen Richtung polarisiert ist und auf
der Grundlage eines Scherschwingungsmodus arbeitet.
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Der
Grad der Kopplung zwischen dem symmetrischen Modus und dem antisymmetrischen
Modus im an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 hängt vom
Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab.
Der Abstand bestimmt eine Frequenzdifferenz zwischen dem symmetrischen
Modus und dem antisymmetrischen Modus, wodurch ein Passband bestimmt
wird.
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Insbesondere
muß bei
der Herstellung eines Breitbandfilters der Abstand zwischen den
Anregungselektroden 203 und 204 verringert werden,
um den Grad der Kopplung zwischen den beiden Modi zu erhöhen und
um die Frequenz zwischen den beiden Modi zu erhöhen.
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Die
Anregungselektroden 203 und 204 werden üblicherweise
unter Verwendung eines Siebdruckverfahrens mit elektrisch leitender
Paste hergestellt. Die Siebdrucktechnik unterliegt Einschränkungen
in dem Bemühen
um Verengung des Abstandes zwischen den Anregungselektroden 203 und 204. Wenn
die Anregungselektroden 203 und 204 unter Verwendung
eines photolitographischen Verfahrens hergestellt werden, wird der
Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 verringert,
aber es entstehen höhere
Kosten.
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Obwohl
der Abstand zwischen den Anregungselektroden verringert wird, erhöht sich
eine Kapazität
zwischen dem Eingang und dem Ausgang im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201,
was zu einer geringeren Dämpfung
führt.
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JP 10-215140A betrifft
einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Resonator mit sechs zueinander parallel angeordneten
Anregungselektroden. Der Resonator umfaßt fünf, senkrecht zu den Elektroden polarisierte
piezoelektrischen Körper,
sowie zwei Endflächen
und vier Seitenflächen,
die die Endflächen
verbinden. Die Eingangs- und Ausgangselektrode sind jeweils auf
einer gegenüberliegenden
Seitefläche
und einer der gegenüberliegenden
Endfläche
ausgebildet. Eine Mehrzahl von Anregungselektroden einer ersten
Gruppe ist mit der Eingangselektrode verbunden. Eine Mehrzahl von
Anregungselektroden einer zweiten Gruppe ist mit der Ausgangselektrode
verbundnen.
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US 6 091 180 A beschreibt
einen längengekoppelten
Piezoresonator mit zueinander parallel angeordneten Anregungselektroden,
zwischen denen senkrecht dazu polarisierte Piezoelemente angeordnet
sind. Zwei an den Längsseiten
gegenüberliegende
Elektroden kontaktieren dabei alternierend die Anregungselektrode.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
und eine den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthaltende
elektronische Komponente zu liefern, welche von den Nachteilen nach
dem Stand der Technik frei ist, eine große Bandbreite aufweist, eine
starke Dämpfung
bietet, leicht zu miniaturisieren ist und zu geringen Kosten hergestellt
werden kann.
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Nach
einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter
piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter mindestens vier
sich parallel zueinander erstreckende Anregungselektroden, einen
laminierten piezoelektrischen Körper,
welcher eine Mehrzahl von zwischen den Anregungselektroden angeordneten
und in einer zu den Anregungselektroden parallelen oder zu diesen
senkrechten Richtung polarisierten piezoelektrischen Schichten aufweist,
wobei der laminierte piezoelektrische Körper erste und zweite Endflächen aufweist,
die sich in einer zur Mehrzahl der piezoelektrischen Schichten senkrechten
Richtung erstrecken, und erste bis vierte Seitenflächen, die
die ersten und zweiten Endflächen
verbinden, eine Eingangselektrode, welche auf der ersten Seitenfläche des
laminierten piezoelektrischen Körpers
näher zur
ersten Endfläche
ausgebildet ist, eine Ausgangselektrode, welche auf der ersten Seitenfläche des
lami nierten piezoelektrischen Körpers
näher zur
zweiten Endfläche
ausgebildet ist, und eine Erdungselektrode, welche auf der zweiten
Seitenfläche
des laminierten piezoelektrischen Körpers gegenüber der ersten Seitenfläche ausgebildet
ist. Die Mehrzahl von Anregungselektroden weist eine erste Gruppe
auf, die mit der Eingangselektrode verbunden ist, eine zweite Gruppe,
die mit der Ausgangselektrode verbunden ist und eine dritte Gruppe,
die mit der Erdungselektrode verbunden ist. Wenn ein Eingangssignal
zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt
wird, werden Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen angeregt und
gekoppelt, so daß ein
Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben
wird. Das Verhältnis T/D
ist gleich oder kleiner als 0,9, wobei T die Abmessung der Breite
zwischen den gegenüberliegenden ersten
und zweiten Seitenflächen
des laminierten piezoelektrischen Körpers darstellt und D die Entfernung
zwischen nebeneinanderliegenden Anregungselektroden.
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Vorzugsweise
ist W/D gleich oder kleiner als 0,9, wobei W die Abmessung der Breite
zwischen den dritten und vierten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen
Körpers
darstellt. Bei dieser Anordnung werden breite Störvibrationen wirksam beherrscht,
und es ergeben sich ausgezeichnete Filtereigenschaften.
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Vorzugsweise
fällt die
Abmessung W in einen Bereich von 1,7n – 0,7 < W/D < 1,7n
+ 0,7, wobei n eine positive ganze Zahl ist.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten
Merkmal ist nicht auf einen bestimmten Schwingungsmodus beschränkt. Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter kann eine Oberwelle
eines Längenschwingungsmodus
nutzen, der auf dem piezoelektrischen Längseffekt beruht, oder eine
Oberwelle eines Dicken-/Längsschwingungsmodus,
welcher auf dem piezoelektrischen Längseffekt beruht.
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Vorzugsweise
weist der längsgekoppelte
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter
reflektierende Schichten auf, die jeweils an den ersten und zweiten
Endflächen
des laminierten piezoelektrischen Körpers befestigt sind und aus
einem Material hergestellt werden, welches eine zweite akustische Impedanz
Z2 aufweist, die niedriger ist als eine
akustische Impedanz Z1 eines piezoelektrischen
Materials des laminierten piezoelektrischen Körpers, und Befestigungsteile,
die jeweils an den Flächen
der reflektierenden Schichten entgegengesetzt zu den Flächen derselben,
welche mit den ersten und zweiten Endflächen des laminierten piezoelektrischen
Körpers
verbunden sind, befestigt sind und aus einem Material hergestellt
werden, das eine dritte akustische Impedanz Z3 aufweist,
die höher
ist als die zweite akustische Impedanz Z2.
In dieser Anordnung wird eine Schwingung von der Grenze zwischen
der reflektierenden Schicht und dem Befestigungsteil reflektiert.
Der Befestigungsteil trägt
damit mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne
die Schwingungseigenschaften des laminierten piezoelektrischen Körpers zu
beeinflussen.
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Nach
einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische
Komponente ein Gehäusesubstrat,
den auf dem Gehäusesubstrat montierten
längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem
Gehäusesubstrat
in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel
den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende
Erfindung liefert somit eine elektronische Komponente in einem Gehäuse, das
einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher
eine große
Bandbreite und starke Dämpfung bietet.
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Nach
einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter
piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter einen piezoelektrischen
Körper
auf, der gegenüberliegende
erste und zweite Endflächen
und vier Seitenflächen,
die die ersten und zweiten Endflächen
verbinden, eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten
Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten
piezoelektrischen Schichten laminiert werden, eine an einer Außenfläche des
laminierten piezoelektrischen Körpers
näher zur
ersten Endfläche
ausgebildete Eingangselektrode, eine an der Außenfläche des laminierten piezoelektrischen Körpers näher zur
zweiten Endfläche
ausgebildete Ausgangselektrode und eine an der Außenfläche des laminierten
piezoelektrischen Körpers
ausgebildete Erdungselektrode auf. Die Mehrzahl von Anregungselektroden
weist eine erste Gruppe auf, die mit der Eingangselektrode elektrisch
verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode
elektrisch verbunden ist und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode
elektrisch verbunden ist. Jede Anregungselektrode der ersten Gruppe
und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe wird alternierend
in der Richtung der Laminierung des laminierten piezoelektrischen
Körpers
angeordnet, und jede zweite Anregungselektrode und jede dritte Anregungselektrode
wird alternierend in der Richtung der Laminierung des laminierten
piezoelektrischen Körpers
angeordnet. Wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode
und der Erdungselektrode angelegt wird, werden der erste bis dritte
Modus angeregt. Der erste bis dritte Modus weisen jeweils mit den
Ordnungen (N – 1).,
N. und (N + 1). auf (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als
3) werden gekoppelt, und das resultierende Ausgangssignal wird zwischen
der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode abgegeben.
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Vorzugsweise
haben die Beziehungen von Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) Gültigkeit, wobei
Fa(N – 1)
eine Antiresonanzfrequenz des ersten Modus darstellt, Fr(N) und
Fa(N) jeweils eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz
des zweiten Modus darstellen und Fr(N + 1) eine Resonanzfrequenz
des dritten Modus darstellt. Wie später zu erörtern sein wird, werden Filtereigenschaften
mit einem Breitband in einem Bereich von 1 bis 100 MHz bei hoher
Dämpfung
erhalten.
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Vorzugsweise
haben N ≥ –0,524k33 + 42,7 Gültigkeit, wobei N eine Ordnung
des harmonischen Modus ist und k33 einen
elektromechanischen Koeffizienten des piezoelektrischen Längseffektes
darstellt. Der erste bis dritte Modus werden verläßlich gekoppelt,
womit eine große
Bandbreite bei hoher Dämpfung
geboten wird. Die Ordnung N der Oberwellen kann unter Verwendung
der obigen Gleichung entsprechend dem elektromechanischen Koeffizienten
k33 des piezoelektrischen Längseffektes
berechnet werden. Mit anderen Worten können, wenn der elektromechanische
Koeffizient k33 bekannt ist, die Ordnungen
der Oberwellen des ersten und des dritten Modus, die verwendet werden,
leicht berechnet werden.
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Vorzugsweise
genügt
eine Ordnung des harmonischen Modus N N ≥ –1,73S33 E + 33,3, wobei S33 E eine elastische Nachgiebigkeit des laminierten
piezoelektrischen Körpers
in dessen Polarisierungsrichtung darstellt. Auch in diesem Fall
werden der erste bis dritte Modus verläßlich gekoppelt, womit eine
große
Bandbreite bei hoher Dämpfung
geboten wird. Die Ordnung der Oberwellen kann unter Verwendung der obigen
Gleichung in Übereinstimmung
mit einer elastischen Nachgiebigkeit S33 E des laminierten piezoelektrischen Körpers berechnet
werden. Die Ordnungen N der Oberwellen für einen Drei-Moden-Filter werden
leicht berechnet.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet eine Reihe von Schwingungsmodi basierend
auf dem piezoelektrischen Längseffekt.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Oberwellen schließen ein, sind
aber nicht begrenzt auf diejenigen in einem Längenschwingungsmodus und diejenigen
in einer Dicken-/Längsschwingung.
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Vorzugsweise
weist der längsgekoppelte
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter
des weiteren reflektierende Schichten auf, die jeweils mit den ersten
und zweiten Endflächen
verbunden sind, und Befestigungsteile, die jeweils mit den reflektierenden
Schichten verbunden sind, wobei die reflektierenden Schichten eine
akustische Impedanz Z2 haben, welche niedriger
ist als sowohl die akustische Impedanz Z1 des
laminierten piezoelektrischen Körpers
als auch die akustische Impedanz Z3 der
Befestigungsteile. In dieser Anordnung wird eine ausgehend vom laminierten
piezoelektrischen Körper
der reflektierenden Schicht übertragene
Schwingung von der Grenze zwischen der reflektierenden Schicht und dem
Befestigungsteil reflektiert. Der Befestigungsteil hält damit
mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne die Schwingungseigenschaften des
laminierten piezoelektrischen Körpers
zu beeinflussen.
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Nach
einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische
Komponente ein Gehäusesubstrat,
den auf dem Gehäusesubstrat montierten
längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem
Gehäusesubstrat
in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel
den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende
Erfin dung liefert somit eine elektronische Komponente in einem Gehäuse, das
einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher
eine große
Bandbreite und starke Dämpfung bietet.
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Nach
einem fünften
Merkmal der vorliegenden Erfindung weist ein längsgekoppelter piezoelektrischer
Multi-Mode-Volumenwellenfilter einen piezoelektrischen Körper auf,
der gegenüberliegende
erste und zweite Endflächen
und vier Seitenflächen,
die die ersten und zweiten Endflächen
verbinden, eine Mehrzahl von im piezoelektrischen Körper angeordneten
Anregungselektroden, welche jeweils mit dazwischen angeordneten
piezoelektrischen Schichten laminiert werden, eine an einer ersten
Seitenfläche des
laminierten piezoelektrischen Körpers
näher zur ersten
Endfläche
ausgebildete Eingangselektrode, eine an der ersten Seitenfläche des
laminierten piezoelektrischen Körpers
näher zur
zweiten Endfläche ausgebildete
Ausgangselektrode und eine an der zweiten Seitenfläche des
laminierten piezoelektrischen Körpers
gegenüber
der ersten Seitenfläche ausgebildete
Erdungselektrode auf. Die Mehrzahl von Anregungselektroden weist
eine erste Gruppe auf, die mit der Eingangselektrode elektrisch
verbunden ist, eine zweite Gruppe, die mit der Ausgangselektrode
elektrisch verbunden ist, und eine dritte Gruppe, die mit der Erdungselektrode
elektrisch verbunden ist. Jede Anregungselektrode der ersten Gruppe
und jede Anregungselektrode der dritten Gruppe wird alternierend
in einer sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstreckenden
Richtung angeordnet, und jede zweite Anregungselektrode und jede
dritte Anregungselektrode wird alternierend in einer sich zwischen
den ersten und zweiten Endflächen
erstreckenden Richtung angeordnet. Wenn ein Eingangssignal zwischen
der Eingangselektrode und der Erdungselektrode angelegt wird, werden
Schwingungsmodi verschiedener Ordnungen von Oberwellen angeregt
und gekoppelt, so daß ein
Ausgangssignal zwischen dem Ausgangsanschluß und dem Erdungskontakt abgegeben
wird. Ein Verhältnis
von G/D ist nicht kleiner als 2, wobei G die Entfernung zwischen
jedem der Enden der Anregungselektroden der ersten und der zweiten
Gruppe und der ersten Seitenfläche
und die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden der
dritten Gruppe und der ersten Seitenfläche darstellt, und D die Dicke
der pie zoelektrischen Schicht zwischen den nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden darstellt.
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Vorzugsweise
ist G/W gleich oder kleiner als 0,4, wobei W die Abmessung der Breite
zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen des laminierten piezoelektrischen
Körpers
darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet eine Reihe von Schwingungsmodi basierend
auf dem piezoelektrischen Längseffekt.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Oberwellen schließen ein, sind
aber nicht begrenzt auf diejenigen in einem Längenschwingungsmodus und diejenigen
in einer Dicken-/Längsschwingung.
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Vorzugsweise
weist der längsgekoppelte
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter
des weiteren reflektierende Schichten auf, die jeweils mit den ersten
und zweiten Endflächen
verbunden sind, und Befestigungsteile, die jeweils mit den reflektierenden
Schichten verbunden sind, wobei die reflektierenden Schichten eine
akustische Impedanz Z2 haben, welche niedriger
ist als eine akustische Impedanz Z1 des
laminierten piezoelektrischen Körpers und
eine akustische Impedanz Z3 der Befestigungsteile.
In dieser Anordnung wird eine ausgehend vom laminierten piezoelektrischen
Körper
der reflektierenden Schicht übertragene
Schwingung von der Grenze zwischen der reflektierenden Schicht und
dem Befestigungsteil reflektiert. Der Befestigungsteil trägt damit
mechanisch den laminierten piezoelektrischen Körper, ohne die Schwingungseigenschaften
des laminierten piezoelektrischen Körpers zu beeinflussen.
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Nach
einem sechsten Merkmal der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische
Komponente ein Gehäusesubstrat,
den auf dem Gehäusesubstrat
montierten längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter und einen mit dem
Gehäusesubstrat
in einer solchen Weise verbundenen Deckelteil auf, daß der Deckel
den piezoelektrischen Volumenwellenfilter abdeckt. Die vorliegende
Erfindung liefert somit eine elektronische Komponente in einer Verpackung,
die einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter enthält, welcher
eine große
Bandbreite und starke Dämpfung
bietet.
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Weitere
erfindungswesentliche Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert
werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B jeweils
perspektivische Querschnittsansichten eines piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 einen
symmetrischen und einen antisymmetrischen in dem piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten Ausführungsbeispiel
angeregten Modus;
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3 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 eine
Querschnittsansicht, die diagrammartig den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
zeigt, welcher eine Dicke T aufweist, wobei die piezoelektrische
Schicht eine Dicke D aufweist;
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5 Schwankungen
beim elektromechanischen Koeffizienten bei variierendem T/D;
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6 eine
perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine Breitenabmessung W von 280 μm aufweist;
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8 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine Breitenabmessung W von 320 μm aufweist;
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9 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine Breitenabmessung W von 360 μm aufweist;
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10 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine Breitenabmessung W von 400 μm aufweist;
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11 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften und Gruppenlaufzeit versus Frequenzeigenschaften
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,
welcher eine Breitenabmessung W von 440 μm aufweist;
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12 den
Zustand, bei dem eine breite Störschwingung
bei variierendem W/D-Koeffizienten auftritt;
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13 eine
Vorderansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem zweiten Ausführungsbeispiel;
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14 eine
perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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15 eine
Explosionszeichnung einer Filtervorrichtung, welche zwei piezoelektrische
Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem ersten Ausführungsbeispiel
aufweist;
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16 eine
perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters mit
zwei integrierten Filterelementen;
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17 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften eines piezoelektrischen Ein-Element-Multi-Mode-Volumenwellenfilters;
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18 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften von in Reihe geschalteten piezoelektrischen Zwei-Elemente-Multi-Mode-Volumenwellenfiltern und
eines integrierten piezoelektrischen Zwei-Elemente-Multi-Mode-Volumenwellenfilters;
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19 eine
Explosionszeichnung einer Filtervorrichtung, welche eine Mehrzahl
von Filterelementen eines piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem dritten Ausführungsbeispiel
aufweist;
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20 eine
Querschnittsansicht eines den Dicken-/Längsmodus nutzenden an sich
bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilters;
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21A und 21B jeweils
schematisch einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen
Modus des an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilters
nach 20;
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22A eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und 22B eine
Längsschnittansicht
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach dem vierten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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23 einen
in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach dem
vierten Ausführungsbeispiel
angeregten symmetrischen Modus und antisymmetrischen Modus;
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24 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem vierten Ausführungsbeispiel;
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25 einen
symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus, wobei die
Ordnung N der Oberwellen den Bedingungen von Fa(N – 1) < Fr und Fa(N) < Fr(N + 1) im piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter
genügt;
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26 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters,
welcher eine (N – 1).
Oberwelle, eine N. Oberwelle und eine (N + 1). Oberwelle nach 25 nutzt;
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27 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters,
welcher die Ordnung N = 6 hat;
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28 Dämpfung versus
Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters,
welcher die Ordnung N = 10 hat;
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29 die
Ordnung N und Varianten der Positionen der Resonanzfrequenz und
Antiresonanzfrequenz bei der N. Oberwelle, der (N – 1). Oberwelle und
der (N + 1). Oberwelle im piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
des vierten Ausführungsbeispiels;
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30 die
Beziehung zwischen dem elektromechanischen Koeffizienten K33 eines piezoelektrischen Körpers und
der Mindestordnung N einer Oberwelle, welche den Bedingungen von
Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) genügt;
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31 die
Beziehung zwischen einer elastischen Nachgiebigkeit S33 E des piezoelektrischen Körpers und der Mindestordnung
N einer Oberwelle, welche den Bedingungen von Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1)
genügt;
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32 eine
Variante des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach
dem vierten Ausführungsbeispiel;
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33 eine
perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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34 eine
Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als elektronische
Komponente, welche den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
nach dem vierten Ausführungsbeispiel
enthält;
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35 eine
Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als elektronische
Komponente, welche den piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
nach dem fünften
Ausführungsbeispiel
enthält;
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36 eine
perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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37 einen
symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
nach dem sechsten Ausführungsbeispiel;
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38 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
mit G/D = 1,0;
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39 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
mit G/D = 1,5;
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40 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
mit G/D = 2,0;
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41 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
mit G/D = 2,5;
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42 Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters
mit G/D = 3,0;
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43A eine Querschnittsansicht, welche schematisch
eine Schwingungskonfiguration darstellt, nämlich eine Oberwelle eines
Biegeschwingungsmodus, der bei dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
nach dem sechsten Ausführungsbeispiel
ein Problem sein kann, und 43B zeigt
eine Schwingungskonfiguration einer Oberwelle des Biegeschwingungsmodus,
welcher unter Verwendung der Finit-Element-Methode analysiert wurde;
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44 eine Veränderung
der Größe der Störkomponenten,
welche im Passband des Filters bei verändertem G/D erscheinen;
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45 Schwankungen bei der spezifischen Bandbreite
bei Veränderungen
mit variierendem G/W;
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46 eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilters nach
einem siebten Ausführungsbeispiel
und
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47 eine Explosionszeichnung einer elektronischen
Komponente, welche den auf einem Gehäusesubstrat montierten piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter
des siebten Ausführungsbeispiels
zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert.
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Die 1A und 1B sind
jeweils perspektivische bzw. Querschnittsansichten eines piezoelektrischen
Drei-Moden-Volumenwellenfilters 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Der
piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 umfaßt einen
stangenförmigen
piezoelektrischen Körper 2,
welcher im Querschnitt eine rechteckige Form aufweist. Der piezoelektrische
Volumenwellenfilter 1 ist ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter,
welcher einen Längenschwingungsmodus
nutzt, der sich in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2 bewegt.
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Der
piezoelektrische Körper 2 wird
aus Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik (PZT) hergestellt, und seine akustische
Impedanz Z1 beträgt 3,4 × 107 (kg/m2S).
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Der
piezoelektrische Körper 2 weist
erste und zweite gegenüberliegende
Endflächen 2a und 2b auf.
Reflektierende Schichten 31 und 32 sind jeweils
mit den ersten und zweiten Endflächen 2a und 2b verbunden,
und Befestigungsteile 33 und 34 werden anschließend jeweils
mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die
Befestigungsteile 33 und 34 haben im Querschnitt
die gleiche Form wie der piezoelektrische Körper 2.
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Der
Aufbau und der Betrieb der reflektierenden Schichten 31 und 32 sowie
der Befestigungsteile 33 und 34 werden später erörtert.
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Anregungselektroden 3 und 15 werden
ausgebildet und decken die Endflächen 2a und 2b ab. Der
piezoelektrische Körper 2 ist
in Richtung der Länge
derselben verteilt und umfaßt
eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 14,
die sich in Richtung der Breite des piezoelektrische Körpers 2 erstrecken.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 15 sind parallel zueinander
angeordnet, und piezoelektrische Schichten, welche die gleiche Dicke
haben, sind zwischen den Anregungselektroden 3,..., und 9a und 9b,...
und 15 eingelegt.
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Jede
piezoelektrische Schicht zwischen jeweils nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden 3 bis 15 in dem piezoelektrischen
Körper 2 ist
in einer zu den Anregungselektroden 3 bis 15 senkrechten Richtung
polarisiert.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 15 werden zusammen mit
der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden
piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs- und
integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur
Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 15 verwendet
werden. Die Anregungselektroden 3 bis 15 können auf den
Endflächen 2a bzw. 2b ausgebildet
werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2 unter Verwendung
der Keramik-Lamierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt
wurde.
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Der
piezoelektrische Körper 2 weist
vier Seitenflächen
auf, die die Endflächen 2a und 2b verbinden.
Insbesondere weist der piezoelektrische Körper 2 eine Oberfläche 2c als
eine erste Seitenfläche,
die Bodenfläche 2d als
eine zweite Seitenfläche
und zwei gegenüberliegende
Seitenflächen 2e als
dritte und vierte Seitenflächen
(die vierte Seitenfläche
wird nicht gezeigt) auf. Eine Eingangselektrode 16 wird auf
der Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2a ausgebildet,
und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2b ausgebildet. Eine
Erdungselektrode 18 wird auf der Bodenfläche 2d ausgebildet.
Die Eingangselektrode 16 erstreckt sich über die
Endfläche 2a und
die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33.
Die Ausgangselektrode 17 erstreckt sich über die Endfläche 2b und
die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
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Die
Eingangselektrode 16, die Ausgangselektrode 17 und
die Erdungselektrode 18 können aus dem gleichen Metall
wie die Anregungselektroden 3 bis 15 hergestellt
werden, sie können
beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
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Isoliermaterialien 20 werden
auf der Oberfläche 2c des
piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um
mit den oberen Enden der Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in
Kontakt zu sein. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 sind
von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch
isoliert. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 sind
jeweils mit der Erdungselektrode 18 elektrisch verbunden.
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Die
Isoliermaterialien 20 werden des weiteren auf der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht,
um mit den unteren Enden der Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in Kontakt
zu sein. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind
von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 werden
jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch verbunden
und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 werden
jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch verbunden.
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Die
Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 bilden
eine dritte Gruppe von Anregungselektroden nach der vorliegenden
Erfindung. Die näher
zur Endfläche 2a angeordneten
Anregungselektroden 4, 6 und 8 bilden
eine erste Gruppe, und die näher
zur Endfläche 2b angeordneten
Anregungselektroden 10, 12 und 14 bilden
eine zweite Gruppe.
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Die
Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in
der dritten Gruppe werden jeweils mit der Erdungselektrode 18 elektrisch
verbunden. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 in
der ersten Gruppe werden jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch
verbunden, und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 in
der zweiten Gruppe werden jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch
verbunden.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich jede der Anregungselektroden 3 bis 15 über den
vollen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2. Es ist auch
akzeptabel, daß jede
der Anregungselektroden 3 bis 15 sich nur über einen
Teil des Querschnitts des piezoelektrischen Körpers 2 erstreckt.
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Die
Isoliermaterialien 20 sind nicht auf ein bestimmtes Material
beschränkt.
Die Isoliermaterialien 20 können ein isolierendes Harz
oder ein isolierender Klebstoff sein.
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Die
reflektierenden Schichten 31 und 32, die aus einem
Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische Impedanz Z2 von 1,87 × 106 (kg/m2S). Die aus einer Keramik hergestellten
Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische
Impedanz Z3 von 3,4 × 106 (kg/m2S).
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Die
Materialien der reflektierenden Schichten 31 und 32 und
der Befestigungsteile 33 und 34 sind auf die oben
erörterten
unter der Voraussetzung nicht beschränkt, daß die akustische Impedanz Z2 niedriger ist als jede der akustischen
Impedanzen Z1 und Z3.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel wird
nachstehend erläutert. 2 zeigt
einen symmetrischen Modus (S-Modus) in einer unterbrochenen Linie
und einen antisymmetrischen Modus (A-Modus) in einer durchgezogenen Linie,
die jeweils in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 angeregt
werden. In dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 beträgt die Höhe T des
piezoelektrischen Körpers 2 zwischen
der Oberfläche 2c und
der Bodenfläche 2d 120 μm, die Dicke jeder
piezoelektrischen Schicht zwischen zwei beliebigen nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden beträgt
150 μm,
und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2,
d. h. also die Breitenabmessung rechtwinkelig zur Länge des
piezoelektrischen Körpers 2 und
parallel zur Oberfläche 2c und
zur Bodenfläche 2d,
beträgt
300 μm.
Eine 12. Oberwelle wird im symmetrischen Modus stark angeregt, und
die 11. und die 13. Oberwellen werden im antisymmetrischen Modus
stark angeregt.
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Wenn
der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel
tatsächlich
betrieben wird, sind der symmetrische Modus und der antisymmetrische
Modus gekoppelt, woraus sich Filtereigenschaften des piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 ergeben. Die Filtereigenschaf ten
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 werden
in 3 gezeigt.
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In
der Zeichnung stellt eine durchgezogene Linie Dämpfung versus Frequenzeigenschaften
dar, und eine unterbrochene Linie stellt Gruppenlaufzeit versus
Frequenzeigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 dar.
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Unter
Bezugnahme auf 2 sind die Reaktionen auf die
11. bis 13. Oberwellen nahe beieinander. Filtereigenschaften, die
die 11. harmonische Resonanzfrequenz und die 13. harmonische Antiresonanzfrequenz
als Dämpfungspole
haben, werden so, wie in 3 gezeigt, erhalten.
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Wie
in 3 gezeigt, führt
das erste Ausführungsbeispiel
dazu, daß Filtereigenschaften
mit einer Bandbreite von ungefähr
2 Hz bei einer Mittenfrequenz derselben bei 11 MHz erhalten werden.
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Bei
einem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter 201 (siehe 20)
hängt eine
Frequenzdifferenz zwischen einem symmetrischen Modus und einem antisymmetrischen
Modus von dem Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab,
die auf einer Fläche
eines piezoelektrischen Substrats 202 ausgebildet werden.
Im Gegensatz dazu hängen
die Frequenzdifferenz zwischen der 11. Oberwelle und der 12. Oberwelle
sowie die Frequenzdifferenz zwischen der 12. Oberwelle und der 13.
Oberwelle jeweils von dem Verhältnis
von Ordnungen von Oberwellen ab und sind vom Abstand zwischen den
Anregungselektroden unabhängig.
Um eine gewünschte
Bandbreite zu erreichen, werden die Ordnungen von Oberschwindungen,
die der Bandbreite entsprechen, einfach ausgewählt.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
werden 12 piezoelektrische Schichten, die jeweils sandwichartig
zwischen mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden
eingelegt sind, ausgebildet, und die 11. bis 13. Oberwellen werden effizient
angeregt. Durch Veränderung
der Anzahl von piezoelektrischen Schichten werden drei verschiedene
Ordnungen von Oberwellen angeregt. Der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter
ist damit hergestellt.
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Allgemein
wird ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter unter
Verwendung einer N. Oberwelle (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als
3), einer (N – 1).
Oberwelle und einer (N + 1). Oberwelle aufgebaut. Ein piezoelektrischer
Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten kann durch Auswahl
der Ordnung N geliefert werden.
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Bei
an sich bekannten Zwei-Moden-Volumenwellenfiltern muß die Präzision der
Anregungselektroden 203 und 204 zur Erreichung
eines Breitbandes vergrößert werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel
wird eine gewünschte
Bandbreite bzw. große Bandbreite
mühelos
ohne das Implementieren unnötig
hoher Präzision
bei den Anregungselektroden 3 bis 15 erreicht.
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Die
Dämpfung
beim piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 hängt von
einem Verhältnis
einer Kapazität
CI-G zwischen der Eingangselektrode 16 und
der Erdungselektrode 18 zu einer Kapazität CI-O zwischen der Eingangselektrode 16 und
der Ausgangselektrode 17 ab. Je größer das Verhältnis CI - G/CI-O d. h. je kleiner die Kapazität CI-O ist, desto stärker wird die Dämpfung.
Da in dem ersten Ausführungsbeispiel
die mit der Erdungselektrode 18 verbundenen Anregungselektroden 9a und 9b zwischen den
mit der Eingangselektrode 16 verbundenen Anregungselektroden 3, 5 und 7 und
den mit der Ausgangselektrode 17 verbundenen Anregungselektroden 10, 12 und 14 angeordnet
sind, ist die Kapazität CI-O klein. Die Dämpfung außerhalb des Bandes wird somit
erhöht.
Die Dämpfung
ist im Vergleich zu dem an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 groß.
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Die
piezoelektrischen Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen
den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden
angeordnet sind, weisen die gleiche Dicke auf. Jedoch ist es nicht
erforderlich, daß die
Dicken der piezoelektrischen Schichten im Filter einheitlich sind.
Durch die Wahl unterschiedlicher Dicken wird die Anregungsempfindlichkeit
der Ordnungen der verwendeten Modi erhöht, und die Anregungsempfindlichkeit
der Ordnungen der Modi, die störend
werden, wird gemindert.
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Da
die reflektierenden Schichten 31 und 32 jeweils
mit zwei Endflächen
des piezoelektrischen Körpers 2 verbunden
sind und die Befestigungsteile 33 und 34 jeweils
mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 in
dem piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels
verbunden sind, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch
an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben
gehalten.
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Die
reflektierenden Schichten 31 und 32 werden aus
einem Material gefertigt, welches eine zweite akustische Impedanz
Z2 aufweist, die geringer ist als eine akustische
Impedanz Z1 des piezoelektrischen Körpers 2.
Die Befestigungsteile 33 und 34 haben eine dritte
akustische Impedanz Z3, die größer ist
als die zweite akustische Impedanz Z2. Von
dem piezoelektrischen Körper 2 übertragene
Schwingungen werden durch die Grenzen zwischen den reflektierenden
Schichten 31 und 32 und den Befestigungsteilen 33 und 34 reflektiert.
Mit anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast
vollständig
unterdrückt.
Obwohl die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch
gehalten werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 nicht schädlich beeinflußt.
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Da
die Dicke T des piezoelektrischen Körpers 2 120 μm beträgt, beträgt die Dicke
D der piezoelektrischen Schicht zwischen nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden 150 μm,
und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt in dem
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des ersten
Ausführungsbeispiels 300 μm, und deshalb
werden die 11. bis 13. Oberwellen, wie bereits erörtert, effizient
angeregt. Die Dicke T des piezoelektrischen Körpers 2 bezieht sich
auf die Abmessung der Höhe
zwischen der Oberfläche 2c als
erste, die Eingangselektrode 16 und die Ausgangselektrode 17 tragende
Seitenfläche,
und der Unterfläche 2d als
zweite, die Erdungselektrode 18 tragende Seitenfläche.
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Die
Erfinder haben festgestellt, daß die Oberwellen
verschiedener Ordnungen dann effizient angeregt werden, wenn die
Dicke T und die Breitenabmessung W des piezoelektrischen Körpers 2 eine
besondere Beziehung zur Dicke D der sandwichartig zwischen zwei
nebeneinanderliegenden Anregungselektroden angeordneten piezoelektrischen
Schicht haben. Wenn insbesondere das Verhältnis T/D 0,9 oder kleiner
ist und vorzugsweise wenn das Verhältnis von W/D 0,9 oder kleiner
ist, werden Oberwellen mit verschiedenen Ordnungen effizient angeregt.
Dies wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 12 detaillierter
erörtert.
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Eine
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter-Vorrichtung 41 mit
11 Anregungselektroden und 10 piezoelektrischen Schichten wird hergestellt,
wie dies schematisch in 4 gezeigt wird. Der piezoelektrische
Multi-Mode-Volumenwellenfilter 41 ist
im Aufbau zum piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 identisch,
außer
daß die
Anzahl von Anregungselektroden und die Anzahl von piezoelektrischen
Schichten unterschiedlich sind. T stelle die Abmessung des Abstandes
zwischen den ersten und zweiten Seitenflächen eines den piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter 41 bildenden piezoelektrischen
Körpers 42 dar,
und D stelle die Dicke einer sandwichartig zwischen beliebigen nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden angeordnete piezoelektrischen Schicht dar.
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Ein
elektromechanischer Koeffizient K des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 41 wird
mit unterschiedlichen T und D gemessen. Die Ergebnisse der Messungen
werden in 5 gezeigt.
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Der
elektromechanische Koeffizient K bleibt groß, wenn T/D kleiner sind als
0,9, und fällt
stark ab, wenn T/D über
0,9 hinaus zunehmen. Eine ausreichend große Bandbreite ist damit sichergestellt, wenn
T/D 0,9 oder größer sind.
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6 zeigt
einen piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 43 nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel,
der den gleichen Aufbau hat wie der des ersten Ausführungsbeispiels,
mit der Ausnahme, daß der
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 43 12
piezoelektrische Schichten aufweist. Die Dicke D der sandwichartig zwischen
nebeneinanderliegenden Anregungselektroden angeordneten piezoelektrischen
Schicht und die Breitenabmessung des piezoelektrischen Körpers 2 werden
so eingestellt, daß sie
unterschiedlich sind, um die Filtereigenschaften des piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilters 43 zu evaluieren. Die 7 bis 11 zeigen
die Ergebnisse des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die
in den 7 bis 11 gezeigten Ergebnisse werden
erreicht, indem die Breitenabmessungen W auf 280, 320, 360, 400
und 440 μm
eingestellt wird und die Dicke D bei 150 μm konstant bleibt.
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Wie
gezeigt, werden die Bandbreite und die Filtereigenschaften durch
Variieren der Breitenabmessung W verändert. Störkomponenten, die in den 7 bis 11 durch
die Pfeile X1 bis X3 dargestellt werden, sind bei den Gruppenlaufzeit-Charakteristika nicht
zu vernachlässigen.
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Die
Störkomponenten
werden als breite Störschwingungen
betrachtet. Die Beziehung des Verhältnisses von W/D der Breitenabmessung
W und der Dicke D der piezoelektrischen Schicht, die Mittenfrequenz
Fo und die Frequenz Fsp, bei der die Breitenstörkomponenten stattfinden, wird
ermittelt.
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12 zeigt
die Ergebnisse der Ermittlung. Wie gezeigt, stellt die Abszisse
das Verhältnis
W/D und die Ordinate (Fsp – Fo)/Fo(%)
dar. Diamantsymbole zeigen fundamentale Wellen von breiten Störkomponenten,
und quadratische Symbole zeigen dritte Oberwellen der breiten Störkomponenten.
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Da
die 3 dB-Bandbreite bei aktuellen piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfiltern üblicherweise
10% beträgt,
besteht das Erfordernis, daß innerhalb
von ± 5%
der Mittenfrequenz Fo des Filters keine Störkomponenten vorhanden sind.
Diese Bedingungen werden durch einen gestrichelt gezeichneten Kasten
in 12 dargestellt.
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Wie
in 12 zu sehen ist, ist die Auswirkung von Störkomponenten
innerhalb des durch den gestrichelt gezeichneten Kasten umschlossenen
Bereichs ver nachlässigbar.
Der Bereich des Kastens wird als 1,0 < W/D < 2,4
und 2,7 < W/D < 4,1 definiert. Da
die breiten Störkomponenten
periodisch auftreten, wird der Bereich, der es ermöglicht,
die Filtereigenschaften zu erreichen, die durch den gestrichelt gezeichneten
Kasten eingeschlossen werden, allgemein als 1,7xn – 0,7 < W/D < 1,7xn + 0,7 (n
ist eine positive ganze Zahl) definiert.
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Es
treten innerhalb des Bandpasses keine Störkomponenten auf, wenn das
Verhältnis
W/D auf die oben beschriebenen Bereiche beschränkt wird. Daraus ergibt sich
ein ausgezeichneter Filter.
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13 ist
eine Vorderansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des ersten Ausführungsbeispiels
verwendet Isoliermaterialien 20, um die Anregungselektroden
von den Elektroden elektrisch zu isolieren, die von den Anregungselektroden
elektrisch getrennt bleiben müssen.
Im Gegensatz dazu erstrecken sich die Anregungselektroden 3 bis 15 so,
daß die
Enden derselben die Oberfläche 2c oder
die Bodenfläche 2d in
dem Längsquerschnittsbereich
des piezoelektrischen Körpers 2,
wie in 13 gezeigt, nicht erreichen.
Auf diese Weise werden die Anregungselektroden 3 bis 15 von
denjenigen elektrisch isoliert, die von den Anregungselektroden 3 bis 15 elektrisch
getrennt bleiben müssen.
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Bei
der in 13 gezeigt Variante des piezoelektrischen
Volumenwellenfilters erstrecken sich Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in der
Weise, daß deren
Enden die Oberfläche 2c des piezoelektrischen
Körpers 2 nicht
erreichen. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 des dritten
Ausführungsbeispiels
werden von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch
isoliert. Analog erstrecken sich die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in
der Weise, daß ihre
Enden die Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 nicht
erreichen. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 sind
von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert.
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Die
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter nach der Erfindung
können
auch andere Schwingungsmodi verwenden als den Längenmodus. Beispielsweise kann
die Erfindung den Dicken-/Längsschwingungsmodus
verwenden. Des weiteren ist die Erfindung auf einen piezoelektrischen Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter
anwendbar.
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14 ist
eine perspektivische Darstellung des Multi-Mode-Volumenwellenfilters 71 eines
dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 weist
einen laminierten piezoelektrischen Körper 72 auf, in den
piezoelektrische Schichten mit einer Mehrzahl von sandwichartig
dazwischen angeordneten Anregungselektroden 73 bis 85 laminiert
werden. Ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann das piezoelektrische
Material, das die piezoelektrische Schicht bildete, ein beliebiges
geeignetes piezoelektrisches Material, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik,
sein.
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Bei
dem laminierten piezoelektrischen Körper 72 wird die Laminierungsrichtung
der Anregungselektroden 73 bis 85, nämlich die
vertikale Richtung in 14, als die Richtung der Dicke
bezeichnet. Die Anregungselektrode 73 wird auf der oberen
Endfläche 72a des
laminierten piezoelektrischen Körpers 72 ausgebildet.
Die Anregungselektrode 85 wird auf der unteren Endfläche 72b ausgebildet.
Die verbleibenden Anregungselektroden 74 bis 84 sind
Innenelektroden.
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Bei
dem dritten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die Endflächen 72a und 72b in
einer zur Richtung der Anregungselektroden 73 bis 85 senkrechten
Richtung und bilden jeweils die ersten und zweiten Endflächen nach
der Erfindung.
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Eine
Eingangselektrode 16 wird auf einer Seitenfläche 72c des
laminierten piezoelektrischen Körpers 72 näher zur
ersten Endfläche 72a ausgebildet,
und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der Seitenfläche 72c näher zur
zweiten Endfläche 72b ausgebildet.
Eine Erdungselektrode 18 wird auf einer Seitenfläche 72d gegenüber der
Seitenfläche 72c ausgebildet.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 wird
auf der 11., 12. und 13 Oberwelle der Dicken-/Längsschwingung stark angeregt,
wenn ein Eingangssignal zwischen der Eingangselektrode 16 und
der Erdungselektrode 18 angelegt wird.
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Die
11. bis 13. Oberwelle werden gekoppelt und bilden ein breites Bandpass
des Filters. Das dritte Ausführungsbeispiel
liefert einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der die Dicken-/Längsbewegung,
die auf dem piezoelektrischen Längseffekt
basiert, nutzt. Das dritte Ausführungsbeispiel
nutzt Schwingungsmodi, die sich von denen des ersten und zweiten
Ausführungsbeispiels
unterscheiden. Jedoch wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel ebenso wie bei
den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen
eine Kopplung von Oberwellen verschiedener Ordnungen vorgenommen,
wodurch eine große
Bandbreite des Filters geschaffen wird. Auch bei dem dritten Ausführungsbeispiel
wird eine gewünschte
Bandbreite leicht dadurch erreicht, daß die verwendeten Oberwellen
unterschiedlich gewählt
werden. Insbesondere wird eine gewünschte Oberwelle effizient
durch Anpassen der Anzahl der zu laminierenden piezoelektrischen Schichten
angeregt. Piezoelektrische Volumenwellenfilter mit verschiedenen
Bandbreiten werden somit geliefert.
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Eine
Mehrzahl von sich untereinander in der Dicke unterscheidenden piezoelektrischen
Schichten kann verwendet werden. Eine verwendete Oberwelle wird
effizient angeregt, und die Anregungsempfindlichkeit einer Oberwelle
einer Ordnung, die zu einer Störkomponente
führt,
wird gemindert. So entsteht ein ausgezeichneter Filter.
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Zwei
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel können in
Reihe geschaltet werden, um eine Dämpfung zu erhöhen.
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Eine
in 15 gezeigt piezoelektrische Resonatorkomponente 38 weist
piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 auf,
welche unter Verwendung von elektrisch leitenden Klebstoffen 37 auf
einem Gehäusesubstrat 35 montiert
und fixiert werden. Ein Metalldeckel 36 wird unter Verwendung
von isolierenden Klebstoffen auf dem Gehäusesubstrat 35 befestigt,
um die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 abzudecken.
Auf diese Weise wird eine piezoelektrische Volumenwellenfiltervorrichtung
mit den dazwischen eingekapselten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 hergestellt.
Elektroden 35a bis 35d werden auf dem Gehäusesubstrat 35 ausgebildet.
Die Elektroden 35a bis 35d ermöglichen es, die piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 und 1 miteinander elektrisch
zu verbinden, während
gleichzeitig Anschlußelektroden
gebildet werden, die aus dem Gehäuse
herauszuführen
sind.
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Es
wird auf 15 Bezug genommen. Zwei piezoelektrische
Volumenwellenfilter 1 und 1 werden Seite an Seite
angeordnet. Alternativ können
die beiden piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 untereinander
unter Verwendung eines isolierenden Klebstoffs montiert werden.
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In
dem in 15 gezeigten Beispiel werden die
piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 als getrennte
Einheiten vorbereitet und dann in Reihe geschaltet. Alternativ können die
beiden piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1,
wie in 16 gezeigt, integriert werden.
Wie gezeigt, wird oben auf einem einzelnen piezoelektrischen Substrat 102 in einem
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 101 eine
Rille 102a ausgebildet, und der gleiche Aufbau wie bei
dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 wird auf beiden
Seiten der Rille 102a ausgebildet. Die Integration der
beiden piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1 erhöht die Selektivität des Filters.
Dies wird detaillierter unter Bezugnahme auf die 17 und 18 erläutert.
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17 zeigt
Dämpfung
versus Frequenzeigenschaften der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A jeweils
in einer durchgezogenen bzw. gestrichelten Linie.
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18 zeigt
Dämpfung
versus Frequenzeigenschaften der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A,
die in Serie verbunden sind, in einer gestrichelten Linie und Dämpfung versus
Frequenzcharakteristika der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A in
integrierter Form in einer durchgezogenen Linie.
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Wie
durch die durchgezogene Linie in 18 dargestellt,
erhöht
die Integration der piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 und 1A nicht
nur die Selektivität,
sondern erweitert auch die Bandbreite.
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Wie
in 19 gezeigt, können
drei in 14 gezeigte piezoelektrische
Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 auf
einem Gehäusesubstrat 86 montiert werden.
Darüber
hinaus kann ein Deckelteil 87 an dem Gehäusesubstrat 86 befestigt
werden. Der Deckelteil 87 wird in einer solchen Weise an
dem Gehäusesubstrat 86 befestigt,
daß der
Deckelteil 87 die drei piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 71 abdeckt.
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22A ist eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen
Drei-Moden-Volumenwellenfilters 1 eines
vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung und 22B ist
eine Längsschnittansicht
des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter
des vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 umfaßt einen
stabförmigen
piezoelektrischen Körper 2 mit
einem rechteckigen Querschnitt. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 ist
der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der Oberwellen
des Längenschwingungsmodus
basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt, der sich in der
Richtung der Länge
des piezoelektrischen Körpers 2 ausbreitet,
verwendet.
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Die
Materialien des piezoelektrischen Körpers 2 umfassen nach
der vorliegenden Erfindung eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik, sind
jedoch darauf nicht beschränkt.
Die akustische Impedanz Z1 des piezoelektrischen
Körpers 2 beträgt 3,40 × 107 kg/m2S.
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Der
piezoelektrische Körper 2 hat
erste und zweite Endflächen 2a und 2b,
die sich in der Richtung ihrer Länge
gegenüberliegen.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 sind jeweils
mit den Endflächen 2a und 2b verbunden,
und die Befestigungsteile 33 und 34 werden dann
jeweils mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die
Befestigungsteile 33 und 34 haben die gleiche
Querschnittsform wie der piezoelektrische Körper 2. Die reflektierenden Schichten 31 und 32,
die aus einem Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische
Impedanz Z2 von 1,87 × 106 (kg/m2S). Die aus einer Keramik hergestellten
Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische
Impedanz Z3 von 3,40 × 107 (kg/m2S).
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Die
Anregungselektroden 3 und 15 werden so ausgebildet,
daß sie
die Endflächen 2a und 2b abdecken.
Der piezoelektrische Körper 2 ist
in der Richtung der Länge
desselben verteilt und umfaßt
eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 14,
die sich in Richtung der Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 15 sind parallel zueinander
angeordnet. Nebeneinanderliegende Anregungselektroden sind sich
gegenüberliegend angeordnet,
wobei die piezoelektrische Schicht sandwichartig dazwischen angeordnet
ist. Die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden sind bei dem vierten Ausführungsbeispiel einheitlich.
Es ist nicht erforderlich, daß alle
piezoelektrischen Schichten in der Dicke zueinander gleich sind.
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Jede
piezoelektrische Schicht zwischen jeweils zwei nebeneinander angeordneten
Anregungselektroden 3 bis 15 im piezoelektrischen
Körper 2 ist in
einer zu den Anregungselektroden 3 bis 15 senkrechten
Richtung polarisiert.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 15 werden zusammen mit
der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden
piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs-
und integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur
Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 15 verwendet
werden.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 15 können jeweils auf den Endflächen 2a und 2b ausgebildet
werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2, der die Anregungselektroden 4 bis 14 umfaßt, unter
Verwendung der Keramik-Lamierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt
wurde.
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Der
piezoelektrische Körper 2 weist
eine Oberfläche 2c,
eine Bodenfläche 2d und
Seitenflächen 2e (eine
Seitenfläche
wird nicht gezeigt) als erste bis vierte Seitenflächen auf,
die die Endflächen 2a und 2b verbinden.
Eine Eingangselektrode 16 wird auf der Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2a als
erste Seitenfläche
ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 17 wird auf der
Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2b ausgebildet.
Eine Erdungselektrode 18 wird auf der Bodenfläche 2d als
zweite Seitenfläche
ausgebildet. Die Eingangselektrode 16 erstreckt sich über die
Endfläche 2a und
die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33.
Die Ausgangselektrode 17 erstreckt sich über die
Endfläche 2b und
die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
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Die
Erdungselektrode 18 erstreckt sich auf der Bodenfläche 2d über die
reflektierenden Schichten 31 und 32 und erreicht
die Flächen
der Befestigungsteile 33 und 34.
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Die
Eingangselektrode 16, die Ausgangselektrode 17 und
die Erdungselektrode 18 können aus dem gleichen Metall
wie die Anregungselektroden 3 bis 15 hergestellt
werden, sie können
beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
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Isoliermaterialien 20 werden
auf der Oberfläche 2c aufgebracht,
um mit den oberen Enden der Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 in Kontakt
zu sein. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 werden
von der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 elektrisch
isoliert. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 werden
jeweils mit der Erdungselektrode 18 auf der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 elektrisch
verbunden.
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Die
Isoliermaterialien 20 werden des weiteren auf der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht,
um mit den unteren Enden der Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 in Kontakt
zu sein. Die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 werden
von der Erdungselektrode 18 elektrisch isoliert. Die Anregungselektroden 4, 6 und 8 werden
jeweils mit der Eingangselektrode 16 elektrisch verbunden,
und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 werden
jeweils mit der Ausgangselektrode 17 elektrisch verbunden.
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Die
näher zu
der Endfläche 2a angeordneten Anregungselektroden 4, 6 und 8 bilden
eine erste Gruppe, und die Anregungselektroden 10, 12 und 14 bilden
eine zweite Gruppe. Die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 bilden
eine dritte Gruppe von Anregungselektroden nach der vorliegenden
Erfindung.
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In
der Richtung der Länge
des piezoelektrischen Körpers 2,
d. h. also in der Richtung der Laminierung der piezoelektrischen
Schichten, sind die Anregungselektroden 4, 6 und 8 in
der ersten Gruppe und die Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9a in
der dritten Gruppe so angeordnet, daß die Elektroden der ersten
Gruppe jeweils mit den Elektroden der dritten Gruppe alternieren.
Analog sind die Anregungselektroden 10, 12 und 14 in
der zweiten Gruppe und die Anregungselektroden 11, 13,
und 15 in der dritten Gruppe so angeordnet, daß die Elektroden
der zweiten Gruppe jeweils mit den Elektroden der dritten Gruppe
alternieren.
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Bei
dem vierten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich jede der Anregungselektroden 3 bis 15 über den
vollen Querschnitt des piezoelektrischen Körpers 2. Es ist auch
akzeptabel, daß jede
der Anregungselektroden 3 bis 15 sich nur über einen
Teil des Querschnitts des piezoelektrischen Körpers 2 erstreckt.
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Die
Isoliermaterialien 20 sind nicht auf ein bestimmtes Material
begrenzt. Die Isoliermaterialien 20 können ein isolierendes Harz
oder ein isolierender Klebstoff sein, solange die Isoliermaterialien
dem Zweck dienen, die Anregungselektroden jeweils von der Eingangselektrode 16,
der Ausgangselektrode 17 und der Erdungselektrode 18 elektrisch
zu isolieren.
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Der
Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des
vierten Ausführungsbeispiels
wird nun erörtert.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem vierten Ausführungsbeispiel wird
hergestellt. Die Dicke des piezoelektrischen Körpers 2, d. h. die
Höhe zwischen
der Oberfläche 2c und
der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2,
beträgt
110 μm,
die Breitenabmessung des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 300 μm, und die Dicke
der piezoelektrischen Schicht zwischen jeweils nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden beträgt
130 μm.
Wenn eine Wechselstromspannung zwischen der Eingangselektrode 16 und
der Erdungselektrode 18 angelegt wird, werden entsprechend
die in 23 gezeigten Schwingungsmodi
angeregt.
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Wie
gezeigt, stellt eine unterbrochene Linie einen symmetrischen Modus
dar, und eine durchgezogene Linie stellt einen antisymmetrischen
Modus dar. Die Pfeile A und B zeigen jeweils 11. und 13. Oberwellen,
und ein Pfeil C zeigt eine 12. Oberwelle.
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Der
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des vierten
Ausführungsbeispiels
wird auf der 11. bis 13. Oberwelle der Längenschwingung, die auf dem
piezoelektrischen Längseffekt
beruht, effizient angeregt.
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Wenn
die 11. bis 13. Oberwellen gekoppelt werden, zeigt der piezoelektrische
Volumenwellenfilter 1 entsprechende Filtereigenschaften.
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24 zeigt
Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1,
die als Reaktion auf das Eingangssignal erhalten werden.
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Wie
gezeigt, werden Breitbandfiltereigenschaften mit einer Mittenfrequenz
von 12,8 MHz erhalten.
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Die
Erfinder haben geprüft,
welche Kombination von Modi zu ausgezeichneten Filtereigenschaften
führt.
Die Ergebnisse der Prüfungen
werden unter Bezugnahme auf die 25 bis 28 erörtert.
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Die 25 bis 28 zeigen
Filtereigenschaften mit den Ordnungen von Oberwellen bei veränderten
Längenschwingungsmodi.
Es wird auf 25 Bezug genommen. Eine gestrichelte
Linie stellt die Filterreaktion auf eine 8. Oberwelle (d. h. N =
8) des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 im symmetrischen
Modus dar, und eine durchgezogene Linie zeigt die Filterreaktion
auf die 7. und 8. Oberwelle im antisymmetrischen Modus. 26 zeigt
Filtereigenschaften eines gekoppelten Filters der Ordnung N = 8
mit den 7. bis 9. Oberwellen. Wie gezeigt, tritt im Bandpass des
Filters eine durch einen Pfeil D dargestellte Durchlaßdämpfung auf.
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Die 27 und 28 zeigen
Filtereigenschaften mit der Ordnung N = 6 bzw. N = 10. Wie in 27 gezeigt,
tritt eine starke durch einen Pfeil E dargestellte Durchlaßdämpfung im
Bandpass auf, selbst wenn die Ordnung N = 6 ist. Wie in 28 gezeigt,
treten keine starken Durchlaßdämpfungen
im Bandpass auf, wenn die Ordnung N = 10 ist.
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Wie
sich anhand der in 24 und in den 26 bis 28 gezeigten
Ergebnisse ergibt, wird die Durchlaßdämpfung um so mehr reduziert,
je höher
die Ordnung N ist. Wenn Filtereigenschaften dadurch erhalten werden,
daß drei
aufeinanderfolgende Oberwellen einer (N – 1). Oberwelle, einer N. Oberwelle
und einer N + 1. Oberwelle gekoppelt werden, ergeben sich ausgezeichnete
Filtereigenschaften, wenn die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1)
erfüllt
sind. Hier steht Fa für
eine Antiresonanzfrequenz und Fr für eine Resonanzfrequenz.
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Da
die Bedingungen Fa(11) > Fr(12)
und Fa(12) > Fr(13)
bei N = 12 zutreffen, wie in 13 gezeigt
wird, werden, wie in 24 gezeigt, ausgezeichnete Filtereigenschaften
erhalten.
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In
dem Maße
wie die Ordnung N kleiner wird, ist die 7. Oberwelle von der 8.
Oberwelle beabstandet, wie klar in 25 gezeigt
wird, und Fa(7) < Fr(8) und
Fa(8) < Fr(9) treffen
zu. Die oben erwähnte Durchlaßdämpfung D
tritt auf.
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Wenn
die Ordnung N so gewählt
wird, daß den
Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N +
1) in dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 genügt wird,
werden der erste bis dritte Modus verläßlich gekoppelt, und es werden
ausgezeichnete Filtereigenschaften erhalten.
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Die
Frequenzen des ersten bis dritten Modus werden entsprechend dem
Verhältnis
von Ordnungen von im piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 genutzten
Oberwellen getrennt. Die Frequenz jedes Modus ist unabhängig vom
Abstand zwischen den Anregungselektroden. Bei an sich bekannten
quergekoppelten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfiltern
hängt die
Frequenz jedes Modus von einem Abstand zwischen Anregungselektroden
ab. Um eine gewünschte
Bandbreite zu erreichen, wird die der Bandbreite entsprechende Ordnung
von Oberwellen einfach ausgewählt.
Breitbandfiltereigenschaften werden mühelos erreicht. Bei dem Versuch,
ein breites Band zu erreichen, ist die Ausbildung von segmentierten
Anregungselektroden bei dem an sich bekannten quergekoppelten Multimodefilter
schwierig. Im Gegensatz dazu wird die große Bandbreite bei dem piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 des vierten Ausführungsbeispiels mühelos erreicht.
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Der
an sich bekannte quergekoppelte Multi-Mode-Filter hat den Nachteil,
daß die
Dämpfung des
Filters nicht ausreichend groß sein
kann. Die Dämpfung
beim piezoelektrische Volumenwellenfilter hängt ab von einem Verhältnis einer
Kapazität
CI-G zwischen der Eingangselektrode und
der Erdungselektrode zu einer Kapazität CI-O zwischen
der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode. Je kleiner die
Kapazität
zwischen der Eingangs- und der Ausgangselektrode bezogen auf die
Kapazität
zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode, desto größer wird
die Dämpfung.
Da die mit der Erdungselektrode 18 verbundenen Anregungselektroden
zwischen den mit der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 verbundenen
Anregungselektroden präsent
sind, wird die Kapazität zwischen
der Eingangselektrode 16 und der Ausgangselektrode 17 extrem
klein. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 nach
dem vierten Ausführungsbeispiel
erhält
eine starke Dämpfung
im Vergleich zu dem an sich bekannten Multi-Mode-Filter.
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Wie
bereits erörtert,
werden die Bedingungen Fa(N – 1).
Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) in dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 um
so besser erfüllt,
je größer die
Ordnung N ist. Die Erfinder haben die Resonanzfrequenz Fr und die
Antiresonanzfrequenz Fa der (N – 1).
Oberwelle, der N. Oberwelle und der (N + 1). Oberwelle in bezug
auf verschiedene Ordnungen N im piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 ermittelt. 29 zeigt
die Ergebnisse der Ermittlung. Wie gezeigt, stellen Diamantsymbole
N. harmonische Resonanzfrequenzen dar, quadratische Symbole stellen
(N – 1). harmonische
Resonanzfrequenzen dar, und dreieckige Symbole stellen (N + 1).
harmonische Resonanzfrequenzen dar. Die Antiresonanzfrequenzen der
N. Oberwellen, der (N – 1).
Oberwellen und der (N + 1). Oberwellen werden durch Enden von Fehlerbalken dargestellt.
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Wie
in 29 gezeigt, werden die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) erfüllt, wenn
die Ordnung N gleich oder größer ist
als 9. Die Ordnung N ist vorzugsweise gleich oder größer als
9.
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Die
Erfinder haben geprüft,
wie der elektromechanische Koeffizient und die elastische Nachgiebigkeit
S33 E des piezoelektrischen
Körpers 2 in
bezug auf die Ordnung eingestellt werden, um die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) zu erfüllen.
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30 zeigt
die Ergebnisse der Ermittlung der die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) erfüllenden
Ordnung N in dem Maße,
wie die den piezoelektrischen Körper 2 bildenden
Materialien verändert
werden. Unter Bezugnahme auf 30 stellt
die Abszisse den elektromechanischen Koeffizienten K33 dar,
und die Ordinate stellt die die Bedingungen erfüllende Ordnung N dar. In einem
Bereich oberhalb der geraden Linie der 30 werden die
Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N +
1) erfüllt.
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Wenn
die Ordnung N als Reaktion darauf bestimmt wird, daß der elektromechanische
Koeffizient K33 die Beziehung N ≥ –0,524K33 + 42,7 in 30 erfüllt, werden
die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und Fa(N) ≥ Fr(N + 1)
zuverlässig
erfüllt.
Eine Mindestordnung N, die entsprechend dem elektromechanischen
Koeffizienten des piezoelektrischen Körpers 2 zu ausgezeichneten
Filtereigenschaften führt,
wird unter Bezugnahme auf 30 ermittelt.
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31 zeigt
die Beziehung zwischen einer elastischen Nachgiebigkeit S33 E des piezoelektrischen
Körpers 2 und
der Mindestordnung N der Oberwelle, die die Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) erfüllt.
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Die
gerade Linie in 31 steht für N = –1,73533 E + 33,3. Die Ordnung N wird mühelos als Reaktion
darauf ermittelt, daß S33 E die Beziehung
N = –1,73533 E + 33,3 erfüllt.
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Der
gesamte piezoelektrische Körper 2 wird in
dem piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem vierten Ausführungsbeispiel
in Schwingungen versetzt. Wenn die reflektierenden Schichten 31 und 32 und
die Befestigungsteile 33 und 34 nicht vorgesehen
sind, muß der
piezoelektrische Körper 2 mechanisch
durch eine Feder oder ähnliches
gehalten werden.
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Wenn
die piezoelektrischen Schichten 31 und 32 und
die Befestigungsteile 33 und 34 vorgesehen sind,
wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch
an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben
ohne jede schädliche
Auswirkung auf die Filtereigenschaften gehalten.
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Da
die akustische Impedanz Z2 der reflektierenden
Schichten 31 und 32 niedriger ist als die jeweiligen
akustischen Impedanzen Z1 und Z3 des
piezoelektrischen Körpers 2 und
der Befestigungsteile 33 und 34, wie bereit erläutert wurde,
werden die sich vom piezoelektrischen Körper 2 bewegenden Schwingungen
von den Grenzen der reflektierenden Schichten 31 und 32 und
der Befestigungsteile 33 und 34 reflektiert. Mit
anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast
vollständig
unterdrückt.
Selbst wenn die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch
gehalten werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 nicht schädlich beeinflußt.
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32 ist
eine Seitenansicht einer Variante des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem vierten Ausführungsbeispiel.
Im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 werden die Isoliermaterialien 20 auf
der Oberfläche
und der Bodenfläche
des piezoelektrischen Körpers 2 aufgebracht, um
die Anregungselektroden 3, 5, 7, 9a, 9b, 11, 13 und 15 gegenüber der
Eingangselektrode 16 oder der Ausgangselektrode 17 elektrisch
zu isolieren und um die Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 12 und 14 gegenüber der
Erdungselektrode 18 elektrisch zu isolieren. Bei der in 32 gezeigten
Variante erstrecken sich die Anregungselektroden 3 bis 15 in
der Weise, daß ihre
Enden nicht alternierend die Oberfläche 2c oder die Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 erreichen.
Beispielsweise erstreckt sich die Anregungselektrode 4 in
der Weise, daß ihr Ende
nicht die Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 erreicht,
und die Anregungselektrode 5 erstreckt sich in der Weise,
daß ihr
Ende nicht die Oberfläche 2c des
piezoelektrischen Körpers 2 erreicht. Auf
diese Weise entsteht bei jeder der Anregungselektroden 3 bis 15 ein
Abstand entweder zur Oberfläche 2c oder
zur Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2.
Diese Anordnung beseitigt die Notwendigkeit des Aufbringens von
Isoliermaterialien 20 auf der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d des piezoelektrischen
Körpers 2.
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Die
reflektierenden Schichten 31 und 32 und die Befestigungsteile 33 und 34 werden
bei dem in 32 gezeigten piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter 41 nicht
gezeigt. Die reflektierenden Schichten und die Befestigungsteile
werden nicht notwendigerweise in die erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Volumenwellenfilter eingebaut.
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Das
vierte Ausführungsbeispiel
wurde in Verbindung mit dem längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter, der den Längenschwindungs modus
nutzt, erörtert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den Längenschwingungsmodus beschränkt. Alternativ
können
Oberwellen anderer Schwingungsmodi verwendet werden.
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33 ist
eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Drei-Moden-Anreicherungs-Volumenwellenfilters 51,
welcher Oberwellen der Dicken-/Längsschwingung
verwendet. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 weist
einen laminierten piezoelektrischen Körper 52 auf. Der laminierte
piezoelektrische Körper 52 ist
in 33 gleichmäßig in der
Richtung der Dicke, d. h. also in der durch einen Pfeil P dargestellten
Richtung, polarisiert. Die Richtung der Dicke verläuft von
der zweiten Endfläche 52b zu
einer ersten Endfläche 52a des
laminierten piezoelektrischen Körpers 52.
Anregungselektroden 53 und 65 werden an den Endflächen 52a bzw. 52b ausgebildet.
Eine Mehrzahl von Innenelektroden 54 bis 64 ist
in dem laminierten piezoelektrischen Körper 52 angeordnet.
Die Anregungselektroden 53 bis 65 erstrecken sich
zusammen mit dazwischen sandwichartig angeordneten piezoelektrischen
Schichten, wenn dies in der Richtung der Dicke betrachtet wird. Die
Anregungselektroden 53 bis 65 werden alternierend
zu den Seitenflächen 52c und 52d hinausgeführt.
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Die
Anregungselektroden 53, 55, 57, 59a, 59b, 61, 63 und 65 werden
mit einer auf der Seitenfläche 52c ausgebildeten
Erdungselektrode 68 elektrisch verbunden. Eine Eingangselektrode 66 wird
in 33 auf der Seitenfläche 52d auf dem oberen
Teil derselben ausgebildet, und eine Ausgangselektrode 67 wird
auf der Seitenfläche 52d auf
dem unteren Teil derselben ausgebildet. Die Anregungselektroden 54, 56 und 58 werden
mit der Eingangselektrode 66 elektrisch verbunden, und
die Anregungselektroden 60, 62 und 64 werden
mit der Ausgangselektrode 67 elektrisch verbunden.
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Ein
piezoelektrischen Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter kann
unter Verwendung des in der Dickenrichtung polarisierten laminierten
piezoelektrischen Körpers 52 hergestellt
werden. Die Oberwellen der Dicken-/Längsschwingung werden anschließend erzeugt.
So entsteht ein piezoelektrischer Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 weist weder reflektierende
Schichten noch Befestigungsteile auf. Die Anregungselektroden 53 bis 65 erstrecken
sich zum Teil zusammen mit dazwischen sandwichartig angeordneten
piezoelektrischen Schichten, und die Schwingungsenergie wird in
Bereichen eingeschlossen, in denen die Anregungselektroden 53 bis 65 einander
gegenüberliegen.
Mit anderen Worten wird ein piezoelektrische Anreicherungs-Schwingungsbereich
ausgebildet. Selbst wenn der piezoelektrische Volumenwellenfilter 51 an
den Seitenflächen 52c und 52d mechanisch
gehalten wird, werden die Filtereigenschaften nicht signifikant ungünstig beeinflußt.
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Die 34 und 35 sind
Explosionszeichnungen eines piezoelektrischen Resonators als elektronische,
den erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter
enthaltende Komponente.
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Wie
oben erörtert,
verwendet der piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem vierten Ausführungsbeispiel
die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die
Befestigungsteile 33 und 34. Der piezoelektrische
Volumenwellenfilter 1 wird mechanisch an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben
gehalten.
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Die
in 34 gezeigte piezoelektrische Resonatorkomponente 61 weist
nach dem vierten Ausführungsbeispiel
zwei auf einem Gehäusesubstrat 62 montierte
piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 auf. Insbesondere
werden die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 unter
Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffes miteinander auf
dem Gehäusesubstrat 62 verbunden.
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Ein
Deckelteil 64 mit einer nach unten gerichteten Öffnung ist
mit dem Gehäusesubstrat 62 verbunden
und deckt die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 ab.
Entsprechend wird die die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 und 1 enthaltende piezoelektrische
Resonatorkomponente 61 geliefert.
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35 ist
eine Explosionszeichnung eines piezoelektrischen Resonators als
eine elektronische Komponente, welche drei piezoelektrische Multi-Mode- Volumenwellenfilter 51A enthält, die
jeweils abgesehen von den Außenabmessungen
zu dem in 33 gezeigten piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 51 identisch sind. Eine piezoelektrische
Resonatorkomponente 71 umfaßt ein Gehäusesubstrat 72. Die
drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A werden unter
Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs 73 auf
dem Gehäusesubstrat 72 montiert
und fixiert. Der elektrisch leitende Klebstoff 73 wird
mit einer Stärke
aufgetragen, die einen Abstand zwischen dem Gehäusesubstrat 72 und
jedem der drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A läßt, um es
zu ermöglichen,
daß ein
piezoelektrisch schwingender Teil jedes piezoelektrischen Volumenwellenfilters 51A schwingen
kann.
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Ein
Deckelteil 74 ist an dem Gehäusesubstrat 72 befestigt
und deckt die drei piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51A ab.
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Die
Deckelteile 64 und 74 werden vorzugsweise aus
einem elektrisch leitenden Material gefertigt, um die piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 und die piezoelektrischen Volumenwellenfilter 51 elektromagnetisch
abzuschirmen. Wenn die Deckelteile 64 und 74 aus
einem elektrisch leitenden Material gefertigt werden, müssen die
Deckelteile 64 und 74 an den Gehäusesubstraten 62 und 72 verbunden
werden, womit sichergestellt wird, daß die Deckelteile 64 und 74 von
den Elektroden auf den Gehäusesubstraten 62 und 72 elektrisch
isoliert sind.
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36 ist
eine perspektivische Ansicht des piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilters 1 nach
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 weist einen stabförmigen piezoelektrischen
Körper 2 auf,
der einen rechteckigen Querschnitt hat. Der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 ist
ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter, welcher einen
Längenschwingungsmodus
basierend auf dem piezoelektrischen Längseffekt nutzt, der sich in
der Richtung der Länge
des piezoelektrischen Körpers 2 bewegt.
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Die
Materialien des piezoelektrischen Körpers 2 umfassen erfindungsgemäß eine Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik,
sind jedoch darauf nicht beschränkt.
Die akustische Impedanz Z1 des piezoelektrischen
Körpers 2 beträgt 3,40 × 107 kg/m2S.
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Der
piezoelektrische Körper 2 weist
erste und zweite Endflächen 2a und 2b auf,
die sich in Richtung ihrer Länge
gegenüberliegen.
Reflektierende Schichten 31 und 32 werden jeweils
mit den Endflächen 2a und 2b verbunden,
und Befestigungsteile 33 und 34 werden anschließend jeweils
mit den reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden.
Die reflektierenden Schichten 31 und 32 und die
Befestigungsteile 33 und 34 haben den gleichen
Querschnitt wie der piezoelektrische Körper 2.
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Der
Aufbau und der Betrieb der reflektierenden Schichten 31 und 32 sowie
der Befestigungsteile 33 und 34 werden später erörtert.
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Anregungselektroden 3 und 18 werden
ausgebildet und decken die Endflächen 2a und 2b im
piezoelektrischen Körper 2 jeweils
ab. Der piezoelektrische Körper 2 ist
in Richtung der Länge
desselben verteilt und umfaßt
eine Mehrzahl von Anregungselektroden 4 bis 17,
die sich in Richtung der Breite des piezoelektrischen Körpers 2 erstrecken.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 18 sind parallel zueinander
angeordnet. Die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen
den nebeneinanderliegenden Anregungselektroden 3 bis 9 und
die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden 11 bis 18 werden so eingestellt,
daß sie
einheitlich sind.
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Jede
piezoelektrische Schicht zwischen jeweils zwei der nebeneinanderliegenden
Anregungselektroden 3 bis 10 und der Anregungselektroden 11 bis 18 in
dem piezoelektrischen Körper 2 sind
jeweils in einer zu den Anregungselektroden 3 bis 18 senkrechten
Richtung polarisiert.
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Die
Anregungselektroden 3 bis 18 werden zusammen mit
der den piezoelektrischen Körper 2 bildenden
piezoelektrischen Keramik unter Verwendung einer Keramik-Laminierungs- und
integralen Brenntechnik gefertigt. Es kann eine andere Technik zur
Herstellung des piezoelektrischen Körpers 2 und der Anregungselektroden 3 bis 18 verwendet
werden. Die Anregungselektroden 3 und 18 können auf den
Endflächen 2a bzw. 2b ausgebildet
werden, nachdem der piezoelektrische Körper 2 unter Verwendung
der Keramik-Lamierungs- und integralen Brenntechnik hergestellt
wurde.
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Der
piezoelektrische Körper 2 weist
vier Seitenflächen
auf, die die Endflächen 2a und 2b verbinden.
Insbesondere weist der piezoelektrische Körper 2 eine Oberfläche 2c als
eine erste Seitenfläche,
die Bodenfläche 2d als
eine zweite Seitenfläche
und zwei gegenüberliegende
Seitenflächen 2e als
dritte und vierte Seitenflächen
(die vierte Seitenfläche
wird nicht gezeigt) auf.
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Eine
Eingangselektrode 19 wird auf der Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2a ausgebildet, und
eine Ausgangselektrode 20 wird auf der Oberfläche 2c näher zur
Endfläche 2b ausgebildet.
Eine Erdungselektrode 21 wird auf der Bodenfläche 2d ausgebildet.
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Die
Eingangselektrode 19 erstreckt sich über die Endfläche 2a und
die reflektierende Schicht 31 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 33.
Die Ausgangselektrode 20 erstreckt sich über die
Endfläche 2b und
die reflektierende Schicht 32 hinaus und erreicht den Befestigungsteil 34.
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Die
Eingangselektrode 19, die Ausgangselektrode 20 und
die Erdungselektrode 21 können aus dem gleichen Metall
wie die Anregungselektroden 3 bis 18 hergestellt
werden, sie können
beispielsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber hergestellt werden.
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Die
Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 erstrecken
sich von der Oberfläche 2c des
piezoelektrischen Körpers 2 nach
unten, wobei die unteren Enden derselben die Bodenfläche 2d nicht
erreichen. Analog erstrecken sich die Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 von
der Oberfläche 2c des
piezoelektrischen Körpers 2 nach
unten, wobei die unteren Enden derselben die Bodenfläche 2d nicht
erreichen. Die eine erste Gruppe bildenden Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 werden
mit der Eingangselektrode 19 elektrisch verbunden. Die
eine zweite Gruppe bildenden Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 werden
mit der Ausgangselektrode 20 verbunden.
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Die
Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15 und 17 erstrecken
sich von der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2 nach
oben, wobei die oberen Enden derselben die Oberfläche 2c nicht erreichen.
Die eine dritte Gruppe bildenden Anregungselektroden 4, 6, 8, 10, 11, 13, 15 und 17 werden
mit der Erdungselektrode 21 elektrisch verbunden.
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Wie
in 36 gezeigt, werden die Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 in
der ersten Gruppe und die Anregungselektroden 4, 6, 8 und 10 in
der dritten Gruppe alternierend in einer zwischen den ersten und
zweiten Endflächen 2a und 2b ausgerichteten
Richtung angeordnet, d. h. in der Richtung der Länge des piezoelektrischen Körpers 2.
Analog werden die Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 und die
Anregungselektroden 11, 13, 15 und 17 alternierend
in der Richtung der Länge
des piezoelektrischen Körpers 2 auf
der Seite der Endfläche 2b angeordnet.
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Die
reflektierenden Schichten 31 und 32, die aus einem
Epoxydharz hergestellt werden, haben eine akustische Impedanz Z2 von 1,87 × 106 (kg/m2S). Die aus einer Keramik hergestellten
Befestigungsteile 33 und 34 haben eine akustische
Impedanz Z3 von 3,4 × 107 (kg/m2S).
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Die
Materialien der reflektierenden Schichten 31 und 32 und
der Befestigungsteile 33 und 34 sind nicht auf
irgendwelche bestimmten Materialien unter der Voraussetzung beschränkt, daß die akustische
Impedanz Z2 niedriger ist als jede der akustischen
Impedanzen Z1 und Z3.
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Der
Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 nach
dem sechsten Ausführungsbeispiel
wird nunmehr erörtert.
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Bei
dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 beträgt die Dicke
des piezoelektrischen Körpers zwischen
der Seitenfläche 2e als
dritte und vierte Seitenflächen
des piezoelektrischen Körpers 2 50 μm, die Dicke
D der piezoelektrischen Schicht zwischen den mit verschiedenen Potentialen
verbundenen Anregungselektroden beträgt 60 μm, die Länge des piezoelektrischen Körpers 2 beträgt 880 μm, die sich
parallel erstreckende Breite der Anregungselektroden beträgt 260 μm, die Höhe W des
piezoelektrischen Körpers 2 zwischen
der Oberfläche 2c und
der Bodenfläche 2d beträgt 620 μm, und der
Abstand G zwischen dem Ende jeder Anregungselektrode und jeweils
entweder der Oberfläche 2c oder
der Bodenfläche 2d beträgt 180 μm. Hier gilt:
G/D = 3,0 und G/W = 0,29. 37 zeigt
einen symmetrischen Modus und einen antisymmetrischen Modus des
so konstruierten piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1.
Eine 14. Oberwelle wird im symmetrischen Modus stark angeregt,
und die 13. und 15. Oberwellen werden im antisymmetrischen Modus
stark angeregt.
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Beim
tatsächlichen
Betrieb des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 nach
dem ersten Ausführungsbeispiel
werden der symmetrische Modus und der antisymmetrische Modus gekoppelt,
woraus sich Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 ergeben.
Die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilters 1 werden
in 42 gezeigt.
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Es
wird auf 37 Bezug genommen. Die Reaktionen
auf die 11. bis 13. Oberwellen liegen nahe beieinander. Die Filtereigenschaften
mit der 13. harmonischen Resonanzfrequenz und der 15. harmonischen
Antiresonanzfrequenz als Dämpfungspole
werden so, wie in 42 gezeigt, erhalten.
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Wie
in 42 gezeigt, führt
das sechste Ausführungsbeispiel
zu Filtereigenschaften mit einer Bandbreite von ca. 4 MHz, wobei
die Mittenfrequenz derselben bei 26,5 MHz liegt.
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Bei
einem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Moden-Volumenwellenfilter 201 (siehe 14)
hängt eine
Frequenzdifferenz zwischen einem symmetrischen Modus und einem antisymmetrischen
Modus von dem Abstand zwischen den Anregungselektroden 203 und 204 ab,
die auf einer Fläche
eines piezoelektrischen Substrats 202 ausgebildet werden.
Im Gegensatz dazu hängen
bei dem sechsten Ausführungsbeispiel
die Frequenzdifferenz zwischen der 13. Oberwelle und der 14. Oberwelle sowie
die Frequenzdifferenz zwischen der 14. Oberwelle und der 15. Oberwelle
jeweils von den Verhältnissen
von Ordnungen von Oberwellen ab und sind von dem Abstand zwischen
den Anregungselektroden unabhängig.
Um eine gewünschte
Bandbreite zu erreichen, werden die Ordnungen von Oberschwingungen,
die der Bandbreite entsprechen, einfach ausgewählt. Die gewünschte Bandbreite
wird so mühelos
erreicht.
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Bei
dem sechsten Ausführungsbeispiel
werden 14 piezoelektrische Schichten, die jeweils sandwichartig
zwischen mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden
eingelegt sind, ausgebildet, und die 13. bis 15. Oberwellen werden wirksam
angeregt. Durch Veränderung
der Anzahl von piezoelektrischen Schichten werden drei verschiedene
Ordnungen von Oberwellen angeregt. Der piezoelektrische Drei-Moden-Volumenwellenfilter
ist damit hergestellt.
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Allgemein
wird ein piezoelektrischer Drei-Moden-Volumenwellenfilter unter
Verwendung einer N. Oberwelle (N ist eine ganze Zahl gleich oder größer als
3), einer (N – 1).
Oberwelle und einer (N + 1). Oberwelle aufgebaut. Ein piezoelektrischer
Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten kann durch Auswahl
von N geliefert werden.
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Bei
an sich bekannten Zwei-Mode-Volumenwellenfiltern muß die Präzision der
Anregungselektroden 203 und 204 zur Erreichung
eines Breitbandes erhöht
werden. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel
wird eine gewünschte
Bandbreite bzw. große Bandbreite
mühelos
ohne das Implementieren unnötig
hoher Präzision
bei den Anregungselektroden 3 bis 18 erreicht.
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Die
Dämpfung
beim piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 hängt von
einem Verhältnis
einer Kapazität
CI-O zwischen der Eingangselektrode 19 und
der Erdungselektrode 21 zu einer Kapazität CI-O zwischen der Eingangselektrode 19 und
der Ausgangselektrode 20 ab. Je größer das Verhältnis CI-G/CI-O, d. h. je
kleiner die Kapazität
CI-O ist, desto stärker wird die Dämpfung.
Da in dem sechsten Ausführungsbeispiel
die mit der Erdungselektrode 21 verbundenen Anregungselektroden 10 und 11 zwischen
den mit der Eingangselektrode 19 verbundenen Anregungselektroden 3, 5, 7 und 9 und
den mit der Ausgangselektrode 20 verbundenen Anregungselektroden 12, 14, 16 und 18 angeordnet
sind, ist die Kapazität
CI-O klein. Die Dämpfung außerhalb des Bandes wird somit
erhöht.
Die Dämpfung
ist im Vergleich zu dem an sich bekannten piezoelektrischen Volumenwellenfilter 201 groß.
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Die
piezoelektrischen Schichten, die jeweils sandwichartig zwischen
den mit verschiedenen Potentialen verbundenen Anregungselektroden
angeordnet sind, weisen die gleiche Dicke auf. Jedoch ist es nicht
erforderlich, daß die
Dicke der piezoelektrischen Schichten im Filter einheitlich ist.
Durch die Wahl unterschiedlicher Dicken wird die Anregungsempfindlichkeit
der Ordnungen der verwendeten. Modi erhöht, und die Anregungsempfindlichkeit
der Ordnungen der Modi, die störend
werden, wird gemindert.
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Da
in dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 des sechsten
Ausführungsbeispiels
die reflektierenden Schichten 31 und 32 jeweils
mit zwei Endflächen
des piezoelektrischen Körpers 2 verbunden sind
und die Befestigungsteile 33 und 34 jeweils mit den
reflektierenden Schichten 31 und 32 verbunden sind,
wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch
an den Befestigungsteilen 33 und 34 desselben
gehalten.
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Die
reflektierenden Schichten 31 und 32 werden aus
einem Material gefertigt, welches eine zweite akustische Impedanz
Z2 aufweist, die geringer ist als eine akustische
Impedanz Z1 des piezoelektrischen Körpers 2.
Die Befestigungsteile 33 und 34 haben eine dritte
akustische Impedanz Z3, die größer ist
als die zweite akustische Impedanz Z2. Von
dem piezoelektrischen Körper 2 übertragene
Schwingungen werden durch die Grenzen zwischen den reflektierenden
Schichten 31 und 32 und den Befestigungsteilen 33 und 34 reflektiert.
Mit anderen Worten werden Schwingungsleckagen zu den Befestigungsteilen 33 und 34 fast
vollständig
unterdrückt.
Selbst wenn die Befestigungsteile 33 und 34 mechanisch gehalten
werden, werden die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 nicht
beeinträchtigt.
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Bei
dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 des sechsten
Ausführungsbeispiels
ist G/D gleich oder größer als
2,0, wobei G die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden der
ersten und zweiten Gruppe und der Bodenfläche 2d als zweite
Seitenfläche
und die Entfernung zwischen jedem der Enden der Anregungselektroden
in der dritten Gruppe und der Oberfläche 2c als erste Seitenfläche darstellt,
und D die Dicke der piezoelektrischen Schicht zwischen den mit verschiedenen
Potentialen verbundenen Anregungselektroden darstellt. So werden
ausgezeichnete Filtereigenschaften erhalten.
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Die
Erfinder haben die Filtereigenschaften bei variierenden Abmessungen
G und D des piezoelektrische Volumenwellenfilters 1 gemessen
und festgestellt, daß in
Abhängigkeit
von dem Verhältnis
G/D eine große
Störkomponente
im Bandpass auftritt. Beispielsweise haben die Erfinder festgestellt,
daß die
Störkomponenten
beherrscht werden, wenn das Verhältnis
G/D auf gleich oder größer als
2 eingestellt wird.
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Die 38 bis 41 zeigen
Filtereigenschaften, die mit dem piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 nach
dem sechsten Ausführungsbeispiel erhalten
wurden, wenn das Verhältnis
G/D auf 1,0, 1,5, 2,0 bzw. 2,5 eingestellt wurde. 42 zeigt Filtereigenschaften, die mit dem piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel
bei einem auf 3,0 eingestellten Verhältnis G/D erhalten wurden.
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Große durch
die Pfeile X1 und X2 dargestellte Störkomponenten treten im Bandpass
bei den Filtereigenschaften der 38 und 39 auf.
Keine solchen großen
Störkomponenten
treten im Bandpass bei den Filtereigenschaften auf, die in 40 bis 42 gezeigt
werden, wo das G/D-Verhältnis gleich
2,0 oder größer ist.
Die Erfinder haben die Ergebnisse unter Verwendung der Finitelementmethode
geprüft
und festgestellt, daß Oberwellen
des Biegeschwingungsmodus erzeugt werden, wenn das G/D-Verhältnis auf
1,0 eingestellt wird, wie dies in den 43A und 43B gezeigt wird, wobei eine große Störkomponente
im Bandpass auftritt. 43A zeigt
schematisch einen Teil des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1.
Wenn das Verhältnis G/D
auf 1,0 oder kleiner eingestellt wird, wird der piezoelektrische
Körper 2 auf
einer Oberwelle des Biegeschwingungsmodus, wie in 43B gezeigt, in Schwingung versetzt, wodurch er
unter Störschwingungen
leidet.
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44 zeigt die Ergebnisse der 38 bis 41 in
einer anderen Darstellung. Wie gezeigt, stellt die Abszisse das
Verhältnis
G/D dar, und die Ordinate stellt den Umfang der Störkomponenten dFs/Fas
(%) dar, die im Bandpass auftreten. Hier steht dFs für eine Differenz
zwischen der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz der Störkomponente,
und Fas stellt die Antiresonanzfrequenz der Störkomponente dar. Wie gezeigt,
wird die Störkomponente
im Bandpass wirksam beherrscht, wenn das Verhältnis G/D auf 2,0 oder größer eingestellt
wird.
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Insbesondere
wird die Störkomponente
aufgrund der Oberwellen des Biegeschwingungsmodus erzeugt, da zwischen
den Anregungselektroden 3 bis 18, den Enden der
Anregungselektroden 3 bis 18, der Eingangselektrode 19,
der Ausgangselektrode 20 und der Erdungselektrode 21 elektrische
Felder erzeugt werden. Wird das G/D-Verhältnis auf 2,0 oder größer eingestellt,
wird die Störkomponente
wirksam unterdrückt.
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Die
Erfinder fertigten den piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 mit
variierenden Abmessungen W zwischen der Oberfläche 2c und der Bodenfläche 2d des
piezoelektrischen Körpers 2.
Eine spezifische Bandbreite dF/Fa (%) wird an einer Mehrzahl von
piezoelektrischen Volumenwellenfiltern 1 gemessen. Hier
steht dF für
eine Differenz zwischen der Antiresonanzfrequenz und der Resonanzfrequenz
der 14. Oberwelle des piezoelektrischen Volumenwellenfilters 1 und
Fa für
die Antiresonanzfrequenz. 45 zeigt
die Ergebnisse von Messungen. Wie gezeigt, wird die spezifische
Bandbreite scharf verengt, wenn das G/W-Verhältnis über 0,4 ansteigt. Erfindungsgemäß ist das
Verhältnis
G/W vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,4.
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Streukapazitäten treten
zwischen den Anregungselektroden 3 bis 18 und
der Eingangselektrode 19, der Ausgangselektrode 20 und
der Erdungselektrode 21 auf, wobei jede ein unterschiedliches
Potential im piezoelektrischen Volumenwellenfilter 1 hat, und
reduzieren die spezifische Bandbreite. Die Minderung der spezifischen
Bandbreite wird durch Mindern des Verhältnisses G/W unter 0,4 beherrscht.
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Wenn
das Verhältnis
G/D auf gleich oder größer als
2,0 eingestellt wird und wenn das Verhältnis G/W auf gleich oder kleiner
als 0,4 eingestellt wird, wird entsprechend ein piezoelektrischer
Volumenwellenfilter mit beherrschter Störkomponente im Bereich des
Bandpasses und mit ausreichender spezifischer Bandbreite geliefert.
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Der
erfindungsgemäße piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter
kann eine Oberwelle mit einem anderen Schwingungsmodus als der Längenschwingung
verwenden. Beispielsweise kann eine Oberwelle des Dickenlängsschwingungsmodus genutzt
werden. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf piezoelektrische
Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilter.
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46 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen
Multi-Mode-Anreicherungs-Volumenwellenfilters 71 nach
einem siebten Ausführungsbeispiel.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 weist einen laminierten
piezoelektrischen Körper 72 auf,
in den eine Mehrzahl von Anregungselektroden 73 bis 88 mit
jeweils sandwichartig dazwischen angeordneten piezoelektrischen
Schichten einlaminiert werden. Wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird
der piezoelektrische Körper
aus einer piezoelektrischen Keramik, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat-Keramik, hergestellt.
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In
dem laminierten piezoelektrischen Körper 72 ist die Laminierungsrichtung
der Anregungselektroden 73 bis 88, nämlich die
horizontale Richtung in 47,
die Längsrichtung.
Die Anregungselektrode 73 wird auf einer Endfläche 72a des
laminierten piezoelektrischen Körpers 72 ausgebildet,
und die Anregungselektrode 88 wird auf der anderen Endfläche 72b ausgebildet.
Die verbleibenden Anregungselektroden 74 bis 87 werden
innen angeordnet.
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Bei
dem siebten Ausführungsbeispiel
liegen die Endflächen 72a und 72b in
einer zu den Anregungselektroden 73 bis 88 senkrechten
Richtung gegenüber
und bilden jeweils erfindungsgemäß erste und
zweite Endflächen.
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Eine
Eingangselektrode 19 wird auf der Oberfläche 72c näher zur
ersten Endfläche 72a ausgebildet,
und eine Ausgangselektrode 20 wird auf der Oberfläche 72c näher zu der
zweiten Endfläche 72b ausgebildet.
Eine Erdungselektrode 21 wird auf der Bodenfläche 72d ausgebildet.
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Jede
zwischen den mit verschiedenen Potentialen innerhalb des piezoelektrischen
Körpers 2 verbundenen
Anregungselektroden sandwichartig eingelegte piezoelektrische Schicht
wird in einer zu der Anregungselektrode senkrechten Richtung polarisiert.
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Wenn
im siebten Ausführungsbeispiel
zwischen der Eingangselektrode 19 und der Erdungselektrode 21 ein
Eingangssignal angelegt wird, wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 auf
den 13., 14. und 15. Oberwellen der Dicken-/Längsschwingung
stark angeregt.
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Die
13., 14. und 15. Oberwellen werden gekoppelt, wodurch ein breiter
Bandpass ausgebildet wird.
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Das
siebte Ausführungsbeispiel
liefert einen längsgekoppelten
piezoelektrischen Drei-Moden-Volumenwellenfilter, der die Dicken-/Längsbewegung basierend
auf dem piezoelektrischen Längseffekt verwendet.
Das siebte Ausführungsbeispiel
nutzt andere Schwingungsmodi als das erste und zweite Ausführungsbeispiel.
Jedoch koppelt wie bei dem sechsten Ausführungsbeispiel das siebte Ausführungsbeispiel
Oberwellen verschiedener Ordnungen und liefert damit eine große Band breite
des Filters. Auch beim siebten Ausführungsbeispiel wird eine gewünschte Bandbreite
mühelos
dadurch erreicht, daß die
verwendeten Oberwellen variiert werden. Insbesondere wird eine gewünschte Oberwelle
effizient dadurch angeregt, daß die
Anzahl von piezoelektrischen, zu laminierenden Schichten angepaßt wird. Somit
werden piezoelektrische Volumenwellenfilter mit verschiedenen Bandbreiten
geliefert.
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Wenn
das Verhältnis
G/D auf gleich oder größer als
2,0 eingestellt wird, werden die Störkomponenten innerhalb des
Bandpasses wirksam unterdrückt.
Ist das Verhältnis
G/W auf gleich oder kleiner als 0,4 eingestellt, wird eine ausreichende
spezifische Bandbreite erhalten.
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Es
wird eine Mehrzahl von piezoelektrischen, sich in der Dicke voneinander
unterscheidenden Schichten verwendet. Eine verwendete Oberwelle
wird wirksam angeregt, und die Anregungsempfindlichkeit einer Oberwelle
einer Ordnung, die zu einer Störkomponente
führt,
wird reduziert. Somit ergibt sich ein ausgezeichneter Filter.
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Zwei
piezoelektrische Multi-Mode-Volumenwellenfilter 1 des ersten
Ausführungsbeispiels
können
in Reihe geschaltet werden, um eine starke Dämpfung weiter zu erhöhen.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 wird mechanisch
gehalten, ohne reflektierende Schichten und Befestigungsteile zu
verwenden, wobei die Filtereigenschaften von Beeinträchtigung
frei bleiben. Wie in 47 gezeigt, wird der piezoelektrische
Volumenwellenfilter 71 auf einem Gehäusesubstrat 91 unter
Verwendung eines elektrisch leitenden Klebstoffs 92 montiert.
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Ein
Deckelteil 93 wird an dem Gehäusesubstrat 91 befestigt,
und drei piezoelektrische Volumenwellenfilter 71 werden,
wie in 47 gezeigt, auf dem Gehäusesubstrat 91 montiert.
Der Deckelteil 93 deckt damit die drei piezoelektrischen
Volumenwellenfilter 71 ab.
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Der
piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 des sechsten Ausführungsbeispiels
kann auch in dem aus einem Gehäusesubstrat
und einem Deckelteil bestehenden Gehäuse eingekapselt werden, das
zu dem in 47 gezeigten identisch ist.
In diesem Fall wird der piezoelektrische Volumenwellenfilter 1 mechanisch
auf dem Gehäusesubstrat
unter Verwendung der Befestigungsteile 33 und 34 gehalten.
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Wenn
ein Eingangssignal an den erfindungsgemäßen längsgekoppelten piezoelektrischen
Multi-Mode-Volumenwellenfilter angelegt wird, werden Schwingungen
verschiedener Ordnungen angeregt und auf dem laminierten piezoelektrischen
Körper gekoppelt,
was zu einem Filterbandpass führt.
Durch Anpassung der Anzahl von piezoelektrischen Schichten können verschiedene
Modi verschiedener Ordnungen verwendet werden. Die Filtercharakteristik mit
einer großen
Bandbreite wird mühelos
erhalten.
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Bei
dem an sich bekannten piezoelektrischen Zwei-Mode-Volumenwellenfilter
wird der Frequenzunterschied zwischen den Modi durch den Abstand
zwischen den auf einer Seite des piezoelektrischen Substrats ausgebildeten
Anregungselektroden bestimmt. Um eine große Bandbreite zu erreichen, muß die Ausbildungsgenauigkeit
der Anregungselektroden erhöht
werden. Erfindungsgemäß wird ein Breitbandmerkmal
mühelos
durch einfache Auswahl der verwendeten Modi erhalten.
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Wenn
der Abstand zwischen den auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildeten
Anregungselektroden verengt wird, um bei an sich bekannten piezoelektrischen
Zwei-Moden-Volumenwellenfiltern ein Breitband zu erreichen, nimmt
die Kapazität
zwischen Eingangs- und Ausgangselektrode zu, und die Dämpfung wird
gemindert. Der erfindungsgemäße piezoelektrische
Multi-Mode-Volumenwellenfilter
beseitigt das Erfordernis der Verengung des Abstandes zwischen den
Anregungselektroden auch dann, wenn ein Breitbanddesign beabsichtigt
wird. Eine starke Dämpfung
wird mühelos
erreicht.
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Da
erfindungsgemäß das Verhältnis T/D
0,9 oder kleiner ist, werden die Modi verschiedener Ordnungen mühelos angeregt.
Demzufolge werden Filtereigenschaften mit noch größerer Bandbreite
und ausgezeichneter Selektivität
geliefert.
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Erfindungsgemäß ergibt
sich ein piezoelektrischer Multi-Mode-Volumenwellenfilter mit großer Bandbreite
und starker Dämpfung.
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Wenn
der Eingang an den erfindungsgemäßen längsgekoppelten
piezoelektrischen Multi-Mode-Volumenwellenfilter angelegt wird,
werden Schwingungen des ersten bis dritten Modus angeregt und im
laminierten piezoelektrischen Körper
gekoppelt, wodurch ein Bandpass entsteht. Da die Ordnung N des Modus
so gewählt
wird, daß den
Bedingungen Fa(N – 1) ≥ Fr(N) und
Fa(N) ≥ Fr(N
+ 1) genügt
wird, werden ausgezeichnete Filtereigenschaften mit großer Bandbreite
und frei von unerwünschten
Durchlaßdämpfungen
geliefert.