DE1616355B1 - Elektromechanischer Wandler - Google Patents
Elektromechanischer WandlerInfo
- Publication number
- DE1616355B1 DE1616355B1 DE1968W0045627 DEW0045627A DE1616355B1 DE 1616355 B1 DE1616355 B1 DE 1616355B1 DE 1968W0045627 DE1968W0045627 DE 1968W0045627 DE W0045627 A DEW0045627 A DE W0045627A DE 1616355 B1 DE1616355 B1 DE 1616355B1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- crystal
- axis
- litao
- orientation
- single crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
- H03H9/02031—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of ceramic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
Ferner ist die Erfindung dadurch weitergebildet, hungen wesentlich oberhalb 20° nimmt der Kopp-
<daß die Elektroden die parallelen Kristalloberflächen lungswirkungsgrad bemerkenswert ab, und die
ganz oder zum überwiegenden Teil abdecken. Schwingungsform weicht von der reinen Schwingung
Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in ab. Die angegebene Drehung ist auch ein weitgehender
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels 5 des Optimum dahingehend, daß der Frequenzabstand
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt zwischen Resonanz und Äntiresonanz groß ist, wo-
Fi g. 1 ein Diagramm zur Erläuterung der erfin- durch ein größerer Betriebsfrequenzbereich ermögdungsgemäßen
Orientierung, licht wird.
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Aus- Die hier bevorzugte Orientierung ist im Zusam-
führungsform des Wandlers mit erfindungsgemäfe ισ menhang mit einem plattenförmigen piezoelektriorientierten
Kristalloberflächen und hieran befestig- sehen Einkristall beschrieben worden, weil es sich
ten Elektroden und hierbei um eine Konfiguration handelt, die für die
Fig. 3 eine Ansicht einer elastische Wellen über- meisten Wandlerformen in Frage kommt. Für diese
tragenden Vorrichtung mit einem Wandler nach Zwecke beträgt der Abstand der parallelen Kristall-Fi
g. 2. 15 oberflächen bzw. die Dicke der Platte etwa eine halbe
Fig. 1 zeigt die 15° + 5°-Drehung der Kristall- Wellenlänge bei der Mittelfrequenz, d.h., die Dicke
oberflächen um die x-Achse aus der xz-Ebene heraus liegt in der Größenordnung von Millimeter oder
in die Lage, bei der der LiTaO3-Kristall die ange- darunter. Die anderen, großen Dimensionen bestimstrebten
optimalen Wandlereigenschaften besitzt. Eine men sich allgemein aus konstruktiven Erwägungen,
mit zwei parallelen Oberflächen versehene Kristall- 20 beispielsweise auf Grund des gewünschten und/oder
platte, die entsprechend dieser Bedingung orientiert zulässigen Widerstandswertes, Kapazitätswertes usw.
ist, wird im folgenden als 15° + 5°-jcz-Platte be- der Elektroden. Ein vernünftiges Maß für die Wandzeichnet,
lerplatten ist, daß deren große Dimensionen, also
In Fig. 2 ist eine 15°±5°-;cz-Platte 1 aus deren Breite und Länge zumindest das Fünffache der
LiTaO3 zwischen Elektroden 2 und 3 angeordnet, 25 Plattendicke betragen. Allgemeiner gilt jedoch, daß
•die nach irgendeiner üblichen Methode aufgebracht, die Ausbreitung der elastischen Wellen, welche entz.
B. niedergeschlagen oder aufplattiert sein können. stehen, wenn ein elektrisches Feld in der der Dicken-Solche
Elektroden können die gesamten Hauptflächen dimension entsprechenden kristallografischen Richdes
Kristalls bedecken (dargestellter Fall) oder aber tung in der 15° ± 5°-xz-Platte erzeugt wird, zu den
auch nur ein kleines Gebiet derselben, um uner- 30 angegebenen Vorteilen unabhängig von der Kristallwünschte
Kopplungen zu minimalisieren. Der elek- dicke führt. Demgemäß ergibt sich eine Schwingungstrische
Anschluß zu den Elektroden erfolgt über Lei- formtrennung zusammen mit einem guten Wirkungster
4 und 5. Der dargestellte Wandler kann als grad und einem breiten Arbeitsfrequenzbereich in
Resonator dienen, beispielsweise die Funktion eines einem entsprechend geschnittenen Körper beliebiger
Filters oder eines Frequenznormals übernehmen, oder 35 Dicke, solange die Elektroden an den durch die
er kann Bestandteil.einer größeren Vorrichtung, bei- Orientierung der 15° + 5°-xz-Platte bestimmten Fläspielsweise
einer Verzögerungsleitung sein. chen angeordnet werden oder solange die entspre-
Die Vorrichtung nach F i g. 3 ist eine übliche Ver- chende Scherschwingungsf orm durch irgendwelche
zögerungsleitung mit einem Wandler 10, der entspre- Mittel übertragen wird.
chend der Wandlerausführung nach Fig. 2 aus 40 Bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen
einem plattenförmigen piezoelektrischen Einkristall sind Kristallabschnitte vorgesehen, die zwei ebene
11 aus LiTaO3 mit zwei im Uhrzeigersinn um 10 bis parallele Oberflächen jeweils unter einer der erfin-20°
um die x-Achse aus der xz-Ebene herausgedreh- dungsgemäßen Kristallorientierung entsprechenden
ten, parallelen Oberflächen und dieser zugeordneten Ausrichtung aufweisen; es sind aber auch andere
Elektroden 12 und 13 aufgebaut ist. Die Elektroden 45 Ausführungen möglich, bei denen die angegebene
sind über Leiter 14 und 15 an eine nicht dargestellte Orientierung vorgesehen sein kann. Beispielsweise ist
Signalquelle angeschlossen. Die durch das elektrische es für die Resonator-Anwendungsfälle üblich, eine
Signal erzeugte elastische Welle wird dann in das oder beide der Hauptflächen so mit Konturen zu verakustische
Medium 16 eingekoppelt, das aus Quarz, sehen, daß die Wellenbewegung auf einen gewünsch-Glas,
Metall oder irgendeinem anderen geeigneten 50 ten Teil der Platte beschränkt wird. Dies kann erMaterial
bestehen kann. Für bestimmte Anwendungs- reicht werden durch entsprechendes Abschrägen einer
fälle ist es zweckmäßig, auch für das Teil 16 LiTaO3 oder beider Flächen an den den wirksamen Bereich
zu verwenden, da gefunden wurde, daß dieses Mate- umgebenden Randzonen oder — im Extremfall —
rial außergewöhnlich dämpfungsarm, insbesondere durch Verwendung einer oder zweier konvexer Fläfür
Frequenzen oberhalb 1 MHz, ist. Nach Erreichen 55 chen. Eine weitere Ausführungsform, die gelegentdes
anderen Endes des akustischen Mediums 16 wird lieh als Schwingungsformfalle bezeichnet wird, weist
die elastische Welle mit Hilfe eines einen gedrehten verdickte Elektroden auf, die nur am gewünschten
Einkristallkörpers 21 aufweisenden zweiten Wandlers Teil der Platte befestigt sind. Die Wirkung dieses
wieder in ein elektrisches Signal umgesetzt, und die- Aufbaues ist die, die Wellenbewegung auf denjenigen
ses Signal wird dann über die angekoppelten Elektro- 60 Teil des Kristalls zu beschränken, der zwischen den
den 22 und 23 nebst zugehörigen Anschlußleitungen Elektroden gelegen ist. Demgemäß ist es zur Anwen-24
und 25 angenommen. dung der vorliegenden Erfindung auf eine solche
Es sei betont, daß der angegebene Drehwinkel kri- Ausführungsform nur notwendig, daß jene Obertisch
ist. Für Drehungen, die bezüglich der xz-Ebene flächenteile der Hauptflächen, die für die Übertragung
wesentlich unterhalb von 10° liegen, erreicht die 65 der elastischen Wellen vorgesehen sind, die angege-Dehnungsschwingungsform
meßbare Werte. Für Dre- bene Orientierung besitzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Elektromechanischer Wandler in Form eines Verwendung eines Einkristalls aus LiTaO3 einen
piezoelektrischen Einkristalls mit zwei parallelen 5 elektromechanischen Wandler zur Verfügung zu stel-Oberflächen,
der aus LiTaO3 besteht und mit len, der einen hohen Wirkungsgrad bei der Umset-Elektroden
zum Erzeugen eines elektrischen FeI- zung zwischen elastischer Energie und elektromagnedes
in zumindest einem Teil des Kristalls ver- tischer Energie gewährleistet, und zwar bei Anregung
sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch ausschließlich einer Scherschwingungsform
die parallelen Oberflächen des Kristalls (1, 11, io und vollkommenem Fehlen störender Schwingungs-21)
im Uhrzeigersinn um einen Winkel von 10 formen.
bis 20° um die x-Achse aus der xz-Ebene heraus- Der Lösung dieser Aufgabe gingen langwierige und
gedreht sind. schwierige Untersuchungen amLithiumtantalatsystem
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- voraus, wobei gefunden wurde, daß es eine kritische
zeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden 15 Orientierung gibt, die zu einer Optimalisierung der
parallelen Oberflächen des Kristalls (1, 11, 21) Eigenschaften eines aus diesem Material hergestellten
höchstens gleich einem Fünftel der Breite der Wandlers führt.
Oberfläche ist. LiTaO3 ist ein trigonaler Kristall der Raumgruppe
3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch R3c. Der Einfachheit halber ist es übliche Praxis,
gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3; 12, 13; 20 das System als hexagonal zu beschreiben, wobei drei
22, 23) die parallelen Oberflächen des Kristalls Spiegelebenen statt drei Gleitebenen parallel zur οροί;
11; 21) ganz oder zum überwiegenden Teil sehen Achse vorhanden sind. Die gewählte Nomenabdecken, klatur (s. »Standards on Piezoelectric Crystals« aus
Proc. IRE, Bd. 37, Nr. 12, 1949) beruht auf der Be-25
zeichnung der optischen Achse als die z-Achse und
auf der Bezeichnung der α-Achse Geder der drei zur
optischen Achse und auch zu den Spiegelebenen senkrechten Achsen) als die Jc-Achse. Die y-Achse
ist dann die sowohl auf der x- als auch auf der
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromecha- 30 z-Achse senkrecht stehende Achse. Es ist üblich, eine
nischen Wandler in Form eines piezoelektrischen Orientierung, welche keiner der durch die jeweiligen
Einkristalls mit zwei parallelen Oberflächen, der aus Koordinatenachsenpaaren definierten Ebenen ent-LiTaO3
besteht und mit Elektroden zum Erzeugen spricht, als aus derjenigen Ebene herausgedreht zu
eines elektrischen Feldes in zumindest einem Teil definieren, welche der gewünschten Orientierung am
des Kristalls versehen ist. 35 nächsten Hegt.
Bauteile aus piezoelektrischem Material finden Unter Verwendung dieser Definition besteht die
schon seit langem als Schaltkreiselemente zur Fre- erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe,
quenzsteuerung in Filteranordnung für elektromagne- ausgehend von einem elektromechanischen Wandler
tische Wellen, in Oszillatoranordnungen und in Ver- der eingangs angegebenen Art, darin, daß die parstärkeranordnungen
Verwendung. Aus der britischen 40 allelen Oberflächen des Einkristalls im Uhrzeigersinn
Patentschrift 655 073 ist als piezoelektrisches Mate- um einen Winkel von 10 bis 20° um die x-Achse aus
rial C6G14N2O6 (Äthylendiamintartrat, ÄDT) be- der jcz-Ebene herausgedreht sind,
kannt. Da ÄDT ein sehr temperaturempfindliches "Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Orientie-Materiäl ist, lag den aus der obengenannten Druck- rung der parallelen Oberflächen des Einkristalls wird schrift bekannten Maßnahmen die Aufgabe zugrunde, 45 praktisch ausschließlich die Scherschwingungsform für ÄDT-Kristalle Kristallschnitte mit einer abschätz- angeregt, und diese führt zu einem Kopplungskoeffibaren Temperaturstabilität aufzufinden. zienten in der Größenordnung von 45%. Die Scher-
kannt. Da ÄDT ein sehr temperaturempfindliches "Bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Orientie-Materiäl ist, lag den aus der obengenannten Druck- rung der parallelen Oberflächen des Einkristalls wird schrift bekannten Maßnahmen die Aufgabe zugrunde, 45 praktisch ausschließlich die Scherschwingungsform für ÄDT-Kristalle Kristallschnitte mit einer abschätz- angeregt, und diese führt zu einem Kopplungskoeffibaren Temperaturstabilität aufzufinden. zienten in der Größenordnung von 45%. Die Scher-
Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Ent- schwingungsform zweiter Ordnung und Dehnungsdeckung, daß eine bestimmte Orientierung eines schwingungsform sind beide auf einen Wert reduziert,
Lithiumtantalatkristalls sowohl zu einer reinen Scher- 50 der mit üblichen Methoden kaum noch meßbar ist.
Schwingungsform als auch zu einem hohen Kopp- Für diese Schwingungsformen kann daher angenomlungswirkungsgrad
führt. men werden, daß sie 30 db unterhalb der angeregten
Lithiumtantalat ist in neuerer Zeit bezüglich seiner Schwingungsform liegen. Gleichermaßen wichtig ist
piezoelektrischen Eigenschaften und seiner Eigen- der Umstand, daß die vorherrschende Schwingungsschaften
gegenüber elastischen Wellen untersucht 55 form rein ist. Es ist leicht einzusehen, daß bei Verworden
(76, Physical Review, 1886, 12/15/49). Das wendung einer solchen Orientierung in dem elektrobesondere
Interesse an Lithiumtantalat zur Verwen- mechanischen Wandler gewährleistet ist, daß eine
dung in einem elektromechanischen Wandler ist ins- wirksame Umsetzung zwischen elastischer Energie
besondere auf den gerichtetenKopplungskoeffizienten und elektromagnetischer Energie stattfindet, und
von 40% oder mehr und auf seine außergewöhnlich 60 zwar bei praktisch vollkommenem Fehlen störender
hohen elastischen ß-Werte innerhalb eines Frequenz- Schwingungsformen. Bei dieser Orientierung für den
bereiches, der sich weit in den Megahertzbereich er- aus LiTaO3 bestehenden Einkristall wird folglich eine
streckt (s. 48, Journal of the American Ceramic Optimalisierung der Wandlereigenschaften dieses
Society, 112 [1965]), gerichtet. Materials erreicht.
Des weiteren ist dieses Material dafür bekannt, 65 Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung
weitere wünschenswerte Eigenschaften zu besitzen, besteht darin, daß der Abstand zwischen den parwie
z. B. physikalische und chemische Beständigkeit. allelen Kristalloberflächen höchstens gleich einem
Außerdem kann LiTaO3 in großen, praktisch voll- Fünftel der Breite der Oberflächen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US61491667A | 1967-02-09 | 1967-02-09 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1616355B1 true DE1616355B1 (de) | 1972-02-03 |
Family
ID=24463247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1968W0045627 Withdrawn DE1616355B1 (de) | 1967-02-09 | 1968-02-06 | Elektromechanischer Wandler |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3461408A (de) |
BE (1) | BE710308A (de) |
DE (1) | DE1616355B1 (de) |
FR (1) | FR1553245A (de) |
GB (1) | GB1212084A (de) |
NL (1) | NL148463B (de) |
SE (1) | SE330914B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2418277A1 (de) * | 1973-04-16 | 1974-11-07 | Suwa Seikosha Kk | Quarzkristallschwinger |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3591813A (en) * | 1969-02-28 | 1971-07-06 | Bell Telephone Labor Inc | Lithium niobate transducers |
US3581248A (en) * | 1969-03-26 | 1971-05-25 | Zenith Radio Corp | Acoustic filters |
US3601639A (en) * | 1970-01-09 | 1971-08-24 | Bell Telephone Labor Inc | Low-temperature coefficient lithium tantalate resonator |
US3727084A (en) * | 1970-06-29 | 1973-04-10 | Becton Dickinson Co | Accelerometer utilizing shear responsive x-cut lithium niobate |
US3750027A (en) * | 1970-08-12 | 1973-07-31 | Texas Instruments Inc | Surface wave frequency discriminators |
US3680009A (en) * | 1971-03-18 | 1972-07-25 | Us Air Force | Acoustic surface wave delay line |
US3955109A (en) * | 1974-11-29 | 1976-05-04 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Crystal resonator of (yzw)θ orientation having a thickness to width ratio of less than one |
US4001767A (en) * | 1975-11-18 | 1977-01-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Low diffraction loss-low spurious response LiTaO3 substrate for surface acoustic wave devices |
DE3484450D1 (de) * | 1983-05-30 | 1991-05-23 | Fujitsu Ltd | Piezoelektrischer resonator. |
US4785269A (en) * | 1986-05-15 | 1988-11-15 | Westinghouse Electric Corp. | Magnetically tuned high overtone bulk acoustic resonator |
US20050030754A1 (en) * | 2003-08-07 | 2005-02-10 | Licht Harold Jay | Systems, devices, and methods for mounting a light emitting diode |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB655073A (en) * | 1948-01-16 | 1951-07-11 | Western Electric Company 31 32 | Piezoelectric crystal bodies |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE472576A (de) * | 1943-08-09 | |||
US2743144A (en) * | 1951-04-07 | 1956-04-24 | Motorola Inc | Zero temperature coefficient piezoelectric crystal |
US2925502A (en) * | 1956-12-21 | 1960-02-16 | Philips Corp | Piezo-electric quartz crystal of elongated shape |
US3375379A (en) * | 1964-10-08 | 1968-03-26 | Bell Telephone Labor Inc | Rotated y-cut rectangular piezoelectric quartz crystal plates |
-
1967
- 1967-02-09 US US614916A patent/US3461408A/en not_active Expired - Lifetime
-
1968
- 1968-01-19 GB GB2926/68A patent/GB1212084A/en not_active Expired
- 1968-01-19 FR FR1553245D patent/FR1553245A/fr not_active Expired
- 1968-01-23 NL NL686800982A patent/NL148463B/xx unknown
- 1968-02-05 BE BE710308D patent/BE710308A/xx unknown
- 1968-02-06 DE DE1968W0045627 patent/DE1616355B1/de not_active Withdrawn
- 1968-02-08 SE SE01665/68A patent/SE330914B/xx unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB655073A (en) * | 1948-01-16 | 1951-07-11 | Western Electric Company 31 32 | Piezoelectric crystal bodies |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2418277A1 (de) * | 1973-04-16 | 1974-11-07 | Suwa Seikosha Kk | Quarzkristallschwinger |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
BE710308A (de) | 1968-06-17 |
US3461408A (en) | 1969-08-12 |
NL6800982A (de) | 1968-08-12 |
NL148463B (nl) | 1976-01-15 |
SE330914B (de) | 1970-12-07 |
FR1553245A (de) | 1969-01-10 |
GB1212084A (en) | 1970-11-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69228658T2 (de) | Breitbandiges, verlustarmes akustisches Filter mit parallelen Kanälen | |
DE2808507C2 (de) | Mikrowellenoszillatorschaltung | |
DE2746712B2 (de) | Piezoelektrischer Resonator | |
DE1276837B (de) | Piezoelektrisches Frequenzfilter | |
DE1616355B1 (de) | Elektromechanischer Wandler | |
DE2131170B2 (de) | Piezoelektrischer energieeinfang-resonator fuer filteranwendungen | |
DE3026655A1 (de) | Piezoelektrischer schwinger | |
DE7307288U (de) | Akustischer oberflaechenschwingungsresonator | |
DE2351665B2 (de) | Rechtwinklige AT-geschnittene Quarzkristallplatte | |
DE69415202T2 (de) | Piezoelektrisches Filter | |
DE1265884B (de) | Elektromechanisches Filter mit piezoelektrischem Antrieb und Laengsschwingungen oder Biegeschwingungen ausfuehrenden Resonatoren | |
DE3031758C2 (de) | Piezoelektrischer Einkristall und Oberflächenschallwellenelemente mit derartigen Einkristallen | |
DE2363701A1 (de) | Akustisches oberflaechenwellenfilter | |
DE1616355C (de) | Elektromechamscher Wandler | |
DE903351C (de) | Piezoelektrischer Quarzkristall | |
DE928969C (de) | Piezoelektrischer Koppler, insbesondere aus Quarzkristall | |
DE1541975B2 (de) | Elektromechanisches Bandfilter | |
DE69109359T2 (de) | Hochfrequenter piezoelektrischer Schwinger. | |
DE2207696A1 (de) | Befestigungsvorrichtung für einen Schwingkristall | |
DE2131150C (de) | Piezoelektrischer Breitenbiegeschwingungs-Resonator für Filteranwendungen nach dem Energieeinschlußprinzip | |
DE4036841C2 (de) | Mit magnetostatischen Wellen arbeitende Einrichtung | |
DE1922551C3 (de) | Elektromechanisches Filter mit wenigstens drei parallel zueinander angeordneten, mechanisch gekoppelten Biegeresonatoren | |
DE2410010A1 (de) | Biegeschwinger aus einkristall-lithiumtantalat | |
DE750920C (de) | Elektrisches Wellenbandfilter mit einem Impedanzzweig, der eine Piezokristallplatte enthaelt | |
DE811965C (de) | Vorrichtung zur Frequenzstabilisierung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |