DE1920078C - Electromechanical filter arrangement - Google Patents
Electromechanical filter arrangementInfo
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- DE1920078C DE1920078C DE19691920078 DE1920078A DE1920078C DE 1920078 C DE1920078 C DE 1920078C DE 19691920078 DE19691920078 DE 19691920078 DE 1920078 A DE1920078 A DE 1920078A DE 1920078 C DE1920078 C DE 1920078C
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Description
Filtern der in Rede stehenden Art auftritt, liegt darin F i g. 9 das Reaktanzdiagramm der Zweipole,
begründet, daß es äußerst schwierig ist, den genauen welche die Längs- und Diagonilzweige des Kreuz-Grad
derjenigen Massenbelastung zu erreichen, welcher Gliedes nach F i g. 5 in dem Fall bilden, daß die
zu einer vorgegebenen Resonanzfrequenz in jedem Elektroden des Filters nach F i g. 4 massebchaftet und
Zwischenresonator führt. Es ist bekannt, daß Prä- 5 so mit Abstand voneinander angeordnet sind, daß eine
zisionsjustiermaßnahmen beispielsweise mit Hilfe von schwächt Kopplung vorhanden ist.
Laser-Schneidstrahlen zum Erreichen einer bestimmten F i g. 10 ein Diagramm zur Darstellung der Ande-Elektrodenmas.se
\erwendet werden können und daß rungen des Realteils des Wellenwiderstands dei
die Resonanzfrequenz an den Elektroden dieses Re- Schaltungen nach F i g. 4 und 5 in den beiden Paßsonators
gleichzeitig gemessen werden kann. Wenn io bandbcreichen unter den Bedingungen der F ig. 9.
aber anschließend die Frequenzmeßeinrichtung ent- F i g. 11 ein Diagramm zur Darstellung der Überfernt
wird, verschiebt sich die Resonanzfrequenz des tragungskennlinie der Schaltungen nach F i g. 4 und 5
Resonators etwas und es müssen dann weitgehend auf für die Bedingungen der F i g. 9 und 10, und zwar
empirischen Grundlagen beruhende Berechnungen bei Abschluß mit einem fixierten Widerstand, der für
und nachfolgende zusätzliche Justierungen vorge- 15 das untere Band der richtige ist,
nommen werden, um so zu der gewünschten theore- Fig. 12 eine schematische Darstellung zur Ertischen
Frequenz zu kommen. läuterung eines Prüfverfahrens zur Messung derFiltering of the type in question occurs, FIG. 9 the reactance diagram of the two-pole, justifies that it is extremely difficult to achieve the exact which the longitudinal and diagonal branches of the cross-degree of that mass load, which link according to FIG. 5 in the event that the resonance frequency in each electrode of the filter according to F i g. 4 massed and leads intermediate resonator. It is known that pre-5 are arranged at a distance from one another that a precision adjustment is available, for example with the aid of weak coupling.
Laser cutting beams to achieve a certain F i g. 10 shows a diagram to illustrate the Ande-Elektrodenmas.se \ erwendet and that ments of the real part of the characteristic impedance dei the resonance frequency at the electrodes of this circuit according to FIG. 4 and 5 can be measured simultaneously in the two Passsonators. If io range under the conditions of Figs. 9. But then the frequency measuring device is dis- F i g. 11 is a diagram showing the Überfernt is, the resonance frequency shifts of the tragungskennlinie the circuits of F i g. 4 and 5 resonators something and it must then largely be based on the conditions of FIG. 9 and 10, namely calculations based on empirical principles at the end with a fixed resistor, which is the right one for and subsequent additional adjustments.
can be taken in order to arrive at the desired theoretical frequency. Clarification of a test method for measuring the
Aufgabe der Erfindung ist es, demgemäß solche Kopplung zwischen den Resonatoren, die durch die The object of the invention is, accordingly, such coupling between the resonators, which by the
damit die Justierung dieser Kristallfilter erheblich zu 20 Fig. 13, 14 und 15 Diagramme zur Darstellung derthus the adjustment of these crystal filters significantly to 20 Fig. 13, 14 and 15 diagrams to illustrate the
vereinfachen. Parameter-Beziehungen zur Bestimmung der Ab-simplify. Parameter relationships for determining the
elektromechanische Filteranordnung der einleitend Bei der in F i g. 1 dargestellten Aujführungsformelectromechanical filter arrangement of the introductory In the case of the in FIG. 1 shown embodiment
beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die beiden des Filters sind 8 Elektrodenpaare 12, 14; 16, 18;described type solved in that the two of the filter are 8 pairs of electrodes 12, 14; 16, 18;
äußere Schaltmittel leitend miteinander verbunden tung mit der kristallographischen Z-Achse auf einemouter switching means conductively connected to one another with the crystallographic Z-axis on one
sind. rechteckigen /-ir-Schnitt-Quarzkristall-Plättchen 44are. rectangular / -ir cut quartz crystal flake 44
Im einfachsten Fall verläuft einfach ein Verbindungs- aufgedampft oder aufplattiert Die Dicken der Elekleiter zwischen den beiden Elektroden. Hierdurch er- troden und des Plättchens sind in F i g. 2 der Klarheit reicht man, daß keine Verschiebung der Resonanz- 30 halber vergrößert dargestellt. Die Elektroden eines frequenz auftritt, wenn die Frequenzmeßeinrichtung jeden Paares stehen einander gegenüber. Eine Quelle S nach Justierung der Massenbelastung der Elektroden liefert eine Hochfrequenzspannung an die Eingangsentfernt wird. Folglich stimmt die tatsächlich gemesse- elektroden 12 und 14 und erzeugt auf piezoelekne Resonanzfrequenz eines jeden Zwischenresonators trischem Wege Dickenscherschwingungen im Kristallgenau mit der tatsächlich vorhandenen Resonanz- 35 plättchen 44. Die Schwingungen regen im Kristallfrequenz überein, wie diese eingestellt wurde. Man plättchen zwischen aufeinanderfolgenden Elektrodenerhält eine wesentlich engere Entsprechung zwischen paaren 12 bis 42 Schwingungen an ui<d erzeugen an den EnLwurfsdaten und den tatsächlichen Daten des den Elektroden 40 und 42 wiederum elektrische Ener-Filters, so daß optimal ein konstanter Frequenzgang gie. Jedes Elektrodenpaar bildet zusammen mit dem innerhalb des Durchlaßbereiches und optimal steile 40 Plättchen einen Resonator, der an benachbarte ReFlanken erreicht werden können. sonatoren angekoppelt ist. Ein Ausgangswiderstand R0 In the simplest case, a connection is simply vapor-deposited or plated on. The thickness of the electrical conductors between the two electrodes. This erodes and the platelets are shown in FIG. 2 For the sake of clarity, it is sufficient that no displacement of the resonance is shown on an enlarged scale. The electrodes of a frequency occurs when the frequency measuring devices of each pair face each other. A source S after adjusting the mass loading of the electrodes supplies a high frequency voltage to the input removed. As a result, the actually measured electrodes 12 and 14 match and generate thickness shear vibrations in the crystal precisely with the actually existing resonance plates 44 at the piezoelectric resonance frequency of each intermediate resonator. The vibrations correspond in the crystal frequency as this was set. A much closer correspondence is obtained between pairs of 12 to 42 oscillations at ui <d on the En L throw data and the actual data of the electrodes 40 and 42 in turn electrical energy filters, so that optimally a constant frequency response is obtained. Each pair of electrodes, together with the 40 optimally steep platelets within the pass band, forms a resonator that can be reached at neighboring ReFlanken. is coupled to sonators. An output resistance R 0
nung im einzelnen erläutert; es zeigt auftretende elektrische Energie. Die mittleren Elek-explanation explained in detail; it shows occurring electrical energy. The middle elec-
F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfin- trodenpaare 16 bis 38 sind sämtlich miteinander kurzdungsgemäß ausgebildetes Filter, 45 geschlossen und geerdet.F i g. 1 shows a schematic plan view of a pair of invention electrodes 16 to 38, filters 45, which are designed according to the short term, are all closed and grounded.
traguigskennlinie des Filters nach F i g. 1 und 2, troden jedes Paares zu konzentrieren und die Energieload characteristic of the filter according to FIG. 1 and 2, trod each couple to focus and energize
nach F i g. 1 und 2, jedoch nur mit zwei Elektroden- Paar exponentiell zu dämpfen. Dieses begrenzt dieaccording to FIG. 1 and 2, but only with two pairs of electrodes to attenuate exponentially. This limits that
paaren, Wirkung der Plättchenbegrenzungen auf die Schwin-pair, effect of the platelet limits on the
welche die Längs- und Diagonalzweige des Kreuz- miteinander gekoppelt sind, um mit einem bestimmtenwhich the longitudinal and diagonal branches of the cross are coupled to each other in order to be given with a certain
gliedes nach F i g. 5 in dem Fall bilden, daß in F i g. 4 Paßband innerhalb der Bandbreitengrenzen (F i g. 3)member according to F i g. 5 in the event that in FIG. 4 Passband within the bandwidth limits (Fig. 3)
gezeigte Filter keine Massen aufweisen und in konform zu gehen.The filters shown have no masses and are compliant.
einem Abstand derart angeordnet sind, daß eine Darüber hinaus sind die Massen und der Abstanda distance are arranged such that a In addition, the masses and the distance
starke Kopplung hierzwischen vorhanden ist, 60 so gewählt, daß zwei beliebige benachbarte Elektroden-there is strong coupling between them, 60 chosen so that any two adjacent electrode
F i g. 7 ein Diagramm zur Darstellung des Frequenz- paare sich in definierter Kopplungsbeziehung befinden,F i g. 7 is a diagram showing the frequency pairs are in a defined coupling relationship,
ganges des Realteils des Wellenwiderstandes der Dieses bedeutet, daß bei Vernachlässigung der Wir-of the real part of the wave resistance of the This means that if the we-
Schaltung nach F i g. 4 für die Bedingungen der kungen aller übrigen Elektroden der Realteil desCircuit according to FIG. 4 for the conditions of the kings of all other electrodes the real part of the
F i g. 6, Wellenwiderstandes, den irgendzwei benachbarteF i g. 6, wave resistance that any two neighboring
F i g. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Über- 65 Paare bei zunehmender Frequenz zeigen, zu Wirk-F i g. 8 shows a diagram to represent the over 65 pairs with increasing frequency, to effective
tragungskennlinie für die Schaltungen nach F i g. 4 Widerstandsbereichen in jeweils getrennten Frequenz-load characteristic for the circuits according to FIG. 4 resistance ranges, each in separate frequency
und 5 unter den Bedingungen der F i g. 6 und 7, bei bereichen führt, wobei im einen Frequenzbereich derand 5 under the conditions of FIG. 6 and 7, in areas leads, with in a frequency range the
Abschluß mit einem fixierten Widerstand, Realteil des Wellenwiderstandes ein endliches Maxi-Termination with a fixed resistance, real part of the wave resistance a finite maximum
mum zwischen zwei Nullstellen des Widerstandes aufweist und wobei im anderen getrennten Frequenzbereich der Wellenwiderstand ein Minimum zwischen zwei Polstellen des Wirkwiderstandes aufweist. Dieser Effekt wird bewerkstelligt durch genügend massives Ausbilden irgend zweier Paare benachbarter Elektroden und durch Vorsehen eines hinreichend großen Abstandes hierzwischen derart, daß die ansonsten ungestörte Kopplung hierzwischen so ist, daß cine Frequenzbandbreite von einer Resonanz bei einer lmpcdanz-Nullstelle bis zur Resonanz bei einer anderen lmpcdanz-Nullstelle (Kopplungsbandbreite) vorhanden ist, die kleiner ist als der kleinste Frequenzbereich zwischen Resonanz- und Antiresonanzfrequcnz eines der beiden gekoppelten Paare. Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist der Effekt betont, so daß zwei beliebige benachbarte Elektrodcnpaare schwächer gekoppelt sind als ein Drittel der maximal definitiven Kopplung. Das heißt, sie sind ausreichend massiv und sind ausreichend voneinander entfernt, daß die ansonsten ungestörte Kopplung hierzwischen so ist, daß die Kopplungsbandbrcitc kleiner ist als ein Drittel des kleinsten Resonanzfrequenz-Antiresonanzfrequenz-Bereichs eines der gekoppelten Resonatoren. mum between two zeros of the resistance and wherein in the other separate frequency range the characteristic impedance is a minimum between has two poles of the effective resistance. This effect is brought about by sufficiently massive Forming any two pairs of adjacent electrodes and providing one sufficiently large Distance between them such that the otherwise undisturbed coupling between them is such that cine Frequency bandwidth from a resonance at an impedance zero to a resonance at a Another impedance zero point (coupling bandwidth) is available, which is smaller than the smallest frequency range between resonance and anti-resonance frequency of one of the two coupled pairs. In the embodiment according to FIG. 1 the effect is emphasized, so that any two adjacent electrode pairs are coupled weaker than a third of the maximum definitive coupling. That is, they are sufficient massive and sufficiently spaced that the otherwise undisturbed coupling between them is such that the coupling band width is smaller than one third of the smallest resonance frequency-anti-resonance frequency range one of the coupled resonators.
Die Wirkungen im Falle von nur zwei solcher Elektrodcnpaare können an Hand eines solchen Filters mit Zwei-Resonatoren einer Quelle S und eines Lastwiderstandes R0 (F i g. 4) sowie an Hand des durch ein Krciizgücd gebildetes Ersatzschaltbild (F i g. 5) betrachtet werden. Das Ersatzschaltbild zeigt elektrisch die Kopplungswirkung zweier Resonatoren auf Filter, die nur zwei gekoppelte Resonatoren haben. Hier steuern die Kondensatoren C1A und C1B die Resonanzfrequenzen von Za und Zb und ändern sich mit der Kopplung. Für den nichtgckoppelten Fall ist C1A gleich C1B. Je stärker die Kopplung ist, desto größer ist C1A und desto kleiner ist C1B. In F i g. 5 ist der Wellenwiderstand des Filters Z( - | z„zK, wobei Zoc die Impedanzen sind, wenn die Last offen bzw. kurzgeschlossen ist. Für das Kreuzglied nach F i g. 5 ist \ ζΛζΒ · Da der Kristallkörper 44 einen hohen 2-Wert besitzt, bestehen die Werte von Za und Zβ praktisch ausschließlich aus ihren Reaktanzen Xa und Xr. Daher ist der Wellenwiderstand Zi gleich YXaXb- The effects in the case of only two such pairs of electrodes can be demonstrated on the basis of such a filter with two resonators of a source S and a load resistor R 0 (FIG. 4) and of the equivalent circuit diagram formed by a circuit (FIG. 5). to be viewed as. The equivalent circuit diagram shows electrically the coupling effect of two resonators on filters that only have two coupled resonators. Here the capacitors C 1 A and C 1 B control the resonance frequencies of Za and Zb and change with the coupling. For the non-coupled case, C 1 A is equal to C 1 B. The stronger the coupling, the greater the C 1 A and the smaller the C 1 B. In FIG. 5 is the characteristic impedance of the filter Z (- | z "z K, where Zoc the impedances when the load or is open shorted g for the cross member to F i 5 \ ζ Λ ζ Β · Since the crystal body 44.. has a high 2-value, the values of Za and Zβ consist almost exclusively of their reactances Xa and Xr. Therefore, the characteristic impedance Zi is equal to YXaXb-
Bei Kristallanordnungen, die nicht durch die Elektroden mit Masse belastet sind, regen durch die Quelle S erzeugte Schwingungen weite Gebiete des Kristallkörpers an. Die Kopplung ist dann viel stärker als mit Massen belasteten Elektroden. Bei sehr starker Kopplung ändern sich dann die Reaktanzen Xa und Xb mit der Frequenz so, wie dieses in F ι g. 6 dargestellt ist In the case of crystal arrangements which are not loaded with mass by the electrodes , vibrations generated by the source S excite large areas of the crystal body. The coupling is then much stronger than electrodes loaded with masses. In the case of a very strong coupling, the reactances Xa and Xb then change with the frequency as shown in FIG. 6 is shown
Da Xa und XB Imaginärzahlen sind, d. h. daß sie gleich jX'a und jXa sind, ist ihr Produkt negativ, wenn sie gleiches Vorzeichen führen, aber positiv, wenn sie unterschiedliches Vorzeichen führen. Nur die Quadratwurzel aus einer positiven Zahl ist reell. Daher hat das Filter nur in den Frequenzbereichen, in welchen XA und Xb auf gegenüberliegenden Seiten der Abszisse erscheinen, Wellenwiderstände Z1, die positiv und reell sind. Dieser reelle positive Wellenwiderstand ist der Weuenwirkwiderstand Rt. Wie durch die Kurven des Realteils von Ζ* in F i g. 7 dargestellt ist, existieren zwei reelle positive Wellen-Ä idersiände oder Wirkwiderstände Rt für die starke Kopplung nach F i g. 6. Sie erstrecken sich jeweils über den unteren Resonanzfrequenz-Antiresonanzfrequenz-Bereich /a bis /üa und über den oberen Resonanzfrequenz-Antiresonanzfrequenz-Bereich /b bis faß der Resonatoren, die durch die einzelnen Impedanzen Za und Zn dargestellt sind. Da die Einfügungsdämpfung ein Minimum ist, wenn der Abschlußwiderstand R0 an den reellen Wellenwirkwiderstand Rt angepaßt ist, ist die Einfügungsdämpfung für eine solche Vorrichtung sehr hoch im Wellenblind-Widerstandsbereich /o,i bis Jb- Sie ist nur niedrig in der Nähe der beiden Frequenzen, wo R0 den Wert Ri überkreuzt. Für niedrige Lastwiderstände erzeugen die Kurven der F i g. 6 die Einfügungsdämpfung oder die Übertragungskennlinie, wie diese in Fig. 8 dargestellt ist. Since Xa and X B are imaginary numbers , that is to say that they are equal to jX'a and jXa, their product is negative if they have the same sign, but positive if they have different signs. Only the square root of a positive number is real. The filter therefore only has characteristic impedances Z 1 which are positive and real in the frequency ranges in which X A and Xb appear on opposite sides of the abscissa. This real positive wave resistance is the effective resistance Rt. As shown by the curves of the real part of Ζ * in FIG. 7, there are two real positive wave resistances or effective resistances R t for the strong coupling according to FIG. 6. They each extend over the lower resonance frequency-antiresonance frequency range / a to / ü a and over the upper resonance frequency-antiresonance frequency range / b to barrel of the resonators, which are represented by the individual impedances Za and Z n . Since the insertion loss is a minimum when the terminating resistance R 0 is matched to the real wave resistance Rt , the insertion loss for such a device is very high in the wave blind resistance range / o , i to Jb - it is only low in the vicinity of the two frequencies where R 0 crosses the value Ri . For low load resistances, the curves in FIG. 6 shows the insertion loss or the transmission characteristic as shown in FIG.
Erhalten die Elektroden ausreichende Massen, so wird die Dickenscherschwingungsenergie im Plättchen 44 zwischen die Elektroden der jeweiligen Paare konzentriert, so daß der K ristall körper 44 mit sich exponentiell vermindernder Amplitude außerhalb des Volumens zwischen den Elektroden schwingt. Die Kopplung zwischen den Resonatoren nimmt daher ab. Es wird verhindert, daß nennenswerte Energie die Begrenzungen des Körpers erreicht. Eine solcheIf the electrodes are given sufficient mass, the thickness vibration energy in the plate is increased 44 concentrated between the electrodes of the respective pairs, so that the crystal body 44 exponentially with it decreasing amplitude oscillates outside the volume between the electrodes. the Coupling between the resonators therefore decreases. It prevents significant energy from the Limits of the body reached. Such
»5 Massenhelastung der Elektroden erzeugt zwei Reso-. natoren, wenn zwei Elektrodenpaare benutzt werden.»5 The mass loading of the electrodes creates two reso. nators when two pairs of electrodes are used.
Wird jeder Resonator im wirksamen Feld des jeweils anderen angeordnet, so arbeilen sie ähnlich wie einIf each resonator is placed in the effective field of the other, they work similarly to one
Übertrager.Transformer.
3« Line Erhöhung des Austäfidca Zwischen den Fiektrodenpaaren und eine Erhöhung der Elektrodenmasse reduziert die Kopplung zwischen den Resonatoren. Wenn dieses auftritt, nähern sich die Resonanzfrequenzen /a und Jb einander. Ist die Kopplung niedrig genug, so daß /β kleiner ist als /„a, so erhalten die einzelnen Blindwiderstandskurven Xa und Xb die aus F i g. 9 ersichtliche Form. Dort überlappen sich die Resonanzfrequenz-Antiresonanzfrequenz-Bereiche. Daher ist /b-/a kleiner als /„α-/α· Der resultierende Wellenwirkwiderstand Zt, d. h. Ri erscheint in der reellen Ebene der F i g. 10. Wie aus F i g. 10 ersichtlich, besitzt der Widerstand Ri zwei positive reelle Bereiche. Der eine Bereich erstreckt sich zwischen den Resonanzfrequenzen und hat ein zwischen den Werten Null liegendes Maximum. Ein zweiter Bereich liegt zwischen faA und /aB. Dort beginnt Rt im Unendlichen und wird wieder '^endlich, wenn die Frequenz zunimmt. Signalenergie in einem der beiden Frequenzbereiche kann gesperrt 3 «Line increase in the distance between the fiectrode pairs and an increase in the electrode mass reduces the coupling between the resonators. When this occurs, the resonance frequencies / a and Jb approach each other. If the coupling is low enough that / β is smaller than / „a, the individual reactance curves Xa and Xb get those from FIG. 9 visible form. The resonance frequency-antiresonance frequency ranges overlap there. Therefore / b- / a is smaller than / „α- / α · The resulting wave resistance Zt, ie Ri appears in the real plane of F i g. 10. As shown in FIG. 10, the resistance Ri has two positive real ranges. One area extends between the resonance frequencies and has a maximum between the values of zero. A second range is between f aA and / aB . There Rt begins in infinity and becomes finite again when the frequency increases. Signal energy in one of the two frequency ranges can be blocked
So werden durch Abschließen der Elektrode innerhalb des Widerstandsbereichs eines Widerstandes Rt, aber entfernt vom anderen. Da in F i g. 10 A0 dem Wellenwirkwiderstand innerhalb des unteren Bereichs gut angepaßt ist, läßt das System Signalenergie bei Fre quenzen zwischen fA und /β bei geringer Dämpfung durch. Die Kurve, die die Einfügungsdämpfung für ein Filter unter diesen Bedingungen und bei einer Be lastung mit einem Widerstand /2, zeijt, ist in F i g. 11 dargestellt. So by terminating the electrode within the resistance range of one resistor Rt but away from the other. Since in FIG. 10 A 0 is well matched to the wave resistance within the lower range, the system lets signal energy through at frequencies between f A and / β with little attenuation. The curve showing the insertion loss for a filter under these conditions and at a load with a resistor / 2 , is shown in FIG. 11 shown.
Die Bedingungen der Fig.9, 10 und 11 können sichergestellt werden durch Zuführen einer Stuierspannung mit einer Quellenimpedanz zu einem Elektrodenpaar und durch Kurzschließen des andern in einem monolithischen Filter mit zwei Elekt-jdenThe conditions of Fig. 9, 10 and 11 can be ensured by applying a control voltage with a source impedance to one pair of electrodes and by short-circuiting the other in a monolithic filter with two electrodes paaren. Die Eingangsspannung zum gesteuerten Paar wird dann notiert.mate. The input voltage to the controlled pair is then noted.
Die Frequenzen, bei welchen die notierte Eingangsspannung am niedrigsten ist, werden dann gemessen.The frequencies at which the noted input voltage is lowest are then measured.
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Dieses stellt dann die Frequenzen Ja und Jb abstände d, bis d7 zwischen benachbarten Kanten, ge-This then sets the frequencies Ja and Jb distances d, to d 7 between neighboring edges,
dar. Wenn die Kopplungsbandbreite Jh-Ja, das messen in Längsrichtung, sind in Zentimeter die fol-. When the coupling bandwidth century-Yes, this measure in the longitudinal direction, are in centimeters the fol-
ist die Bandbreite von einer Resonanzstelle bei gsnden:
der Impedanz-Null bis zur anderen, kleiner ist
als der Antiresonanzfrequenz-Resonanzfrequenz-Be- S <A = 0,0945,
reich JaA-Jα eines jeden der beiden gekoppelten ds = 0,1059,is the bandwidth of one point of resonance for the following:
the impedance zero to the other, is smaller
as the anti-resonant frequency-resonant frequency range S <A = 0.0945, rich JaA-Jα of each of the two coupled d s = 0.1059,
Resonatoren, dann existieren die Bedingungen </3 _ 0,10823,Resonators, then the conditions exist </ 3 _ 0.10823,
der F i g. 9, 10 und 11. Dieses ist die Bedingung, ^ _ q'iO87the F i g. 9, 10 and 11. This is the condition ^ _ q'iO87
die hier als die definitive Kopplungsbedingung 4 _ n'inR9~which here as the definitive coupling condition 4 _ n ' inR9 ~
bc7cichnet ist. Die Resonatoren oder Elektroden- to "s ~ 0,10823, paare sind daher »definitive gekoppelt. Wenn Jb-Ja ^e ~ 0,1059,bc7cichnet is. The resonators or electrodes- to "s ~ 0.10823, pairs are therefore» definitely coupled. If Jb-Ja ^ e ~ 0.1059,
gleich oder größer JaA-Jα wird, gelten die Bedingungen d, - 0,0945.is equal to or greater than JaA-Jα , the conditions d, - 0.0945 apply.
der F i g. 6, 7 und 8. Der Kopplungskocffizient k zwischen diesen Paaren ist dann gleich (Jb-Ja)I\ fAfu- Diese Abstandsmessungen haben Toleranzen vonthe F i g. 6, 7 and 8. The coupling coefficient k between these pairs is then equal to (Jb-Ja) I \ f A fu- These distance measurements have tolerances of
Für praktische Zwecke liegt, um den maximalen 15 -i 0,000254 cm. Die Elektrodenmassen sind so ge-For practical purposes lies to the maximum 15 -i 0.000254 cm. The electrode masses are so
Impedanzwert zwischen /« und Ja viel kleiner als wählt, daß relative Frequenzverschiebungen von 3,0°/0 Impedance value between / «and Yes much smaller than that selects that relative frequency shifts of 3.0 ° / 0
den minimalen Impedanzwert zwischen JaB-JaA zu erreicht werden. Diese relativen Frequenzverschie-the minimum impedance value between JaB-JaA can be achieved. These relative frequency differences
machcn, der Wert Jb-Ja allgemein unterhalb sowohl bungen stellen ein Maß für die Wirkung der Massenmachcn, the value Jb-Ja generally below both exercises represent a measure of the effect of the masses
(/««-//0/3 als auch (JaA-J,\)ß- Dieses stellt eine ade- der Elektroden dar. Im einzelnen handelt es sich dabei(/ «« - // 0/3 as well as (JaA-J, \) ß- This represents one of the electrodes
quatc Abweisung eines Bandes und eines adequaten 20 um den Abfall (J-Jr)IJ in der Resonanzfrequenz/r quatc rejection of a band and an adequate 20 around the drop (J-Jr) IJ in the resonance frequency / r
Durchlasses des anderen bei geeigneten Abschluß- eines mit einem einzigen Elektrodenpaar kontak-Passage of the other with suitable termination - one with a single pair of electrodes in contact -
werten des Widerstandes R0 sicher. tierten K ristall körpers gegenüber der Dickenscher-evaluate the resistance R 0 safely. crystal body compared to the thickness shear
In F i g. 1 und 2 sind benachbarte Elektrodenpaarc, Schwingungsfrequenz/ des unkontakticrten Kristall-In Fig. 1 and 2 are adjacent pairs of electrodes, oscillation frequency / of the uncontacted crystal
wcnn für sich allein betrachtet, gleichfalls im oben- körpers infolge der zunehmenden Elektrodenmassen,When viewed on its own, also in the upper body due to the increasing electrode masses,
dcfinerten »definitiven« Kopplungszustand. Das heißt, »5 und zwar bezogen auf die Größe/. Dieses trägt demFinished "definitive" coupling state. That is, »5 based on the size /. This contributes to that
sie gehorchen der in den F i g. 9, 10 und U dar- Umstand Rechnung, daß bei zunehmenden Elektro-they obey the rules shown in Figs. 9, 10 and U take account of the fact that with increasing electrical
gestellten Regel. Diese Bedingungen können für denmasscn die Resonanzfrequenz des einzelnen Re-provided rule. These conditions can therefore affect the resonance frequency of the individual
jeglichc /*ci bcnrchbarte Paare sichergestellt werden sonators, gemessen bei verstimmten anderen Reso-Any pairs that can be identified are assured of sonators, measured when other resonators are out of tune.
Jurch Zuführen einer frequenzvariablen Treibspan- natoren, erniedrigt wird.By supplying a variable frequency drive voltage, it is lowered.
nung zu einem der benachbarten P;are. durch Kurz- 30 Die resultierenden jeweils normierten Kopplunexschlii ßc 1 des anderen benachbarten Paares und durch koeffizienten k zwischen aufeinanderfolgenden Paaren Offeilasen der verblühenden Paare. Ein Beispiel von links nach rechts in F i g. 1 und 2 sind 0,7277; einer brauchbaren Anordnung zum Prüfen der 0.5451; 0,51560; 0,5101; 0,5160; 0,5451 und 0,7277. Kopplung zwischen zwei benachbarten Paaren ist in Die Anordnung nach F i g. 1 und 2 läßt eine Mitten-F ig. 12 dargestellt. Hier ist eine frcquenzvariable 35 bandfrequenz von 8,141830 Megahertz durch und hat Prüfqucllc 60 an die Elektroden 20 und 22 angeschlos- eine DurchlEß-Frequenzbandbreite von etwa 3,2 KiIoscn. und die Elektroden 24 und 26 sind kurzgeschlos- hertz. Die Resonatorinduktivität ist 44,2 mHy und sen. Die übrigen Eleklrodenpaarc sind offen. Die den der Gütefaktor Q des Resonators ist etwa 160 000, Elektroden 20 und 22 zugeführte Spannung wird um einen guten Frequenzgang innerhalb der Durchlaßdurch ein Voltmeter 62 gemessen. Die zugeführte Fre- 40 Frequenzb; ndbnite zu erhalten. Die Quelle S hat quenz der Quelle 60 wird bei Hen beiden niedrigsten einen Widerstand von 36 Ohm, und die Ausgangsvom Voltmeter 62 angegebenen Spannungen gemessen, spannung der Elektroden 40 und 42 wird der Ohmwenn der Frequenzausgang der Quelle 60 geändert sehen Last Λο von 736 Ohm zugeführt, wird. Diese beiden gemessenen Frequenzen sind die Infolge der abgestimmten Elektroden werden. Frequenzen JA und Jn- In F i g. 1 ist Jb-Ja kleiner 45 während sie zur Mitte des gewün: chten Bandes kurzals JaA-Jα oder JaB-Jb- Daher sind die beiden Paare geschlossen sind, | raktisch nur diejenigen Frequenzen, im definitivem Kopplungszustand. welche der nied igen Irrpedanz zugeordnet sind.tion to one of the neighboring P; are. by Kurz- 30 The resulting normalized Kopplunexschlii ßc 1 of the other neighboring pair and by coefficients k between successive pairs of offeilases of the fading pairs. An example from left to right in Fig. 1 and 2 are 0.7277; a useful arrangement for testing the 0.5451; 0.51560; 0.5101; 0.5160; 0.5451 and 0.7277. Coupling between two adjacent pairs is shown in the arrangement of FIG. 1 and 2 leave a middle fig. 12 shown. Here a variable frequency band frequency of 8.141830 megahertz is through and has test source 60 connected to the electrodes 20 and 22, a transmission frequency bandwidth of about 3.2 kHz. and electrodes 24 and 26 are short-circuited. The resonator inductance is 44.2 mHy and sen. The other pairs of electrodes are open. The voltage applied to the quality factor Q of the resonator is about 160,000, electrodes 20 and 22 are measured by a voltmeter 62 around a good frequency response within the passage. The applied frequency 40 frequencyb; ndbnite. The source S has quenz the source 60 is at Hen two lowest a resistance of 36 ohms, and the output voltages indicated by the voltmeter 62 measured, the voltage of the electrodes 40 and 42 is the ohm when the frequency output of the source 60 is changed see load Λ ο from 736 ohms is supplied. These two measured frequencies are the result of the electrodes being matched. Frequencies J A and Jn- In F i g. 1 is Jb-Ja less than 45 while at the middle of the desired band it is short as JaA-Jα or JaB-Jb- Therefore the two pairs are closed, | In fact, only those frequencies in the definitive coupling state. which are assigned to the low impedance.
Die übrigen Elektroden sind nicht in der Lage, diese durch die auf inanderfe Igenden Elektrodenpaare Messungen nennenswert zu beeinflussen, da die Kapa- durchgelassen Aufeinanderfclgende Resonatoren, die zität C9 der Metallelektroden die Frequenzen dieser 5° je durch ein kurzgeschlossenes Elektrodenpaar gePaare weit genug vom Frequenzspektrum Jb-Ja weg· bildet sind, arbi Hen ähnlich, bis das letzte Elektrodenschiebt, um nennenswerte Interferenz zu ver- paar die Spannung zur Last R0 gibt meiden. Bei dem Prozeß zur Bestimmung der Kopplung The remaining electrodes are not able to influence them by the on inanderfe Igenden electrode pairs measurements appreciably because the KAPA transmitted Aufeinanderfclgende resonators capacity C 9 of the metal electrodes, the frequencies of these 5 ° each by a short-circuited electrode pair gePaare far enough from the frequency spectrum Jb-Ja weg · forms are similar to arbi Hen until the last electrode pushes in order to avoid significant interference which gives the voltage to the load R 0. In the process of determining the coupling
Falls erforderlich, kann eine zusätzliche Induk- zwischen benachbarten Paaren (F i g. 12) sind es die livität parallel zu den verbleibenden Elektroden 12 55 Kapazitäten C0 der offenen Paare, die diese ausreichend bis 18 und 28 bis 42 geschaltet werden, um deren Fre- verstimmen, um die Messung von fA und Jb nicht zu quenzen noch weiter vom Bereich Jb-Ja wegzu- stören. Wenn aus irgendeinem Grande die Verstimschieben, mung infolge des offenen Zustand» nicht hinreichendIf necessary, an additional inductance between adjacent pairs (Fig. 12), it is the liveness parallel to the remaining electrodes 12 55 capacitances C 0 of the open pairs that these are switched sufficiently to 18 and 28 to 42 to their Fre- detune, so as not to quench the measurement of f A and Jb further away from the range Jb-Ja . If the disgruntlement is caused by some grande, mung as a result of the open state »is not sufficient
ordnung nach F i g. 1 und 2 ist das folgende. Diese 60 troden geschaltet, deren Kopplung nicht gemessenorder according to fig. 1 and 2 is the following. These 60 trodes switched, their coupling not measured
aber im begrenzenden Sinne zu verstehen. Bei diesem machen.but to be understood in a limiting sense. Make this one.
Beispiel besteht der Kristallkörper aus einem 3,480 cm In Betrieb liefert die Quelle S eine Wechselspannung langen, 0,118 cm breiten und annähernd 0,019827 cm an die Elektroden 12 und 14. Diese Elektroden erdicken /ir-Schnitt-Quarzkristall-Körper. Die Abmes- 65 zeugen auf piezoelektrischem Wege akustische Energie sungen der Elcklrodcnnaare 12 bis 42 sind 0,2464 cm im Krir t 'llplätlchen zwischen den Elektroden. Wegen längs des Kristallkörpeis, d. h. längs der Z'-Achse ihrer Massenbelastung, die die realtive Frequenzvcr- und O,2H8 cm senkrecht /ur /'-Achse. Die Elektroden- Schiebung erzeugt, fangen diese Elektroden das meistt For example, the crystal body consists of a 3.480 cm. In operation, the source S supplies an alternating voltage long, 0.118 cm wide and approximately 0.019827 cm to the electrodes 12 and 14. These electrodes are thickened / cut quartz crystal bodies. The dimensions 65 produce acoustic energy in a piezoelectric way . Because of the length of the crystal body, that is, the Z 'axis of its mass loading, which is the relative frequency and 0.2H8 cm perpendicular / ur /' axis. The electrode shift creates, these electrodes catch most of the time
9 ' ίο9 'ίο
der Schwingungsenergie innerhalb des Kristallkörpers spricht, und zwar dadurch, daß man die gewünschtethe vibrational energy within the crystal body speaks, namely by having the desired
44 in das Volumen zwischen den Elektroden ein und Mittenbandfrequenz fm — fr macht. Folglich gilt44 into the volume between the electrodes and mid-band frequency f m - fr makes. Hence applies
ziehen diese Schwingungsenergie von den Kanten des · f — f f—f draw this vibrational energy from the edges of the · f - ff-f
zwischen dem ersten Elektrodenpaar aufeinander- 5 ff between the first pair of electrodes on top of each other- 5 ff
folgend in den akLustischsn Bereich der nachfolgenden fm following into the acoustic area of the following f m
reichen zwischen diesen Elektroden Schwingungen der B range vibrations of the B between these electrodes
gleichen Frequenz an. Die Schwingungen am letzten Die Herstellung beginnt mit dem Abschneiden Elektrodenpaar erzeugen auf piezoelektrischem Wege io eines Plättchens 16 von einem Quarzkristall der geeine elektrische Ausgangsspannung, die an der Last wünschten kristallographischen Orientierung, z. B. erscheint. ein /ίΓ-Schnitt. Das Plättchen wird dann auf einesame frequency. The vibrations at the end of the manufacturing process begins with cutting Electrode pairs generate piezoelectrically io a plate 16 of a quartz crystal of the appropriate electrical output voltage, the desired crystallographic orientation on the load, z. B. appears. a / ίΓ-cut. The platelet is then on a
»Dickenscherschwingungsform« wird in dem Sinne be- Grundfrequenz / der Scherschwingung, entweder <'er \ "Thickness shear mode" is used in the sense of the fundamental frequency / the shear oscillation, either <'er \
nutzt, wie dieser in McCraw-Hill Encyclopedia of 15 parallelen oder der Verdrehungsscherschwingung, i uses how this in McCraw-Hill Encyclopedia of 15 parallel or the torsional shear vibration, i
die Schwingungen, unter welchen die gegenüberliegen- des Kristallplättchens angeordnet werden, dienenthe vibrations under which the opposing crystal platelets are arranged serve
den Flächen längs ihrer Ebenen in zueinander ent- 20 zum Niederschlagen der E'ektroden. Die Geometriethe surfaces along their planes in relation to one another for depositing the electrodes. The geometry
gegengesetzten Richtungen schwingen, und schließt der Elektroden wird durch die Erwägungen über dieoscillate in opposite directions, and close the electrodes is made by the considerations on the
die Schwingungen ein, bei welchen die Teile der gewünschte Bandbreite und die zweckmäßige relativethe vibrations, in which the parts of the desired bandwidth and the appropriate relative
gleichen Fläche sowohl in als auch außer Phase oder Frequenzverschiebunj bestinmt.same area both in and out of phase or frequency shift.
gegenphasig schwingen. Die letztere Form der Dicken- Der richtige Abst ind d zwischen den Elektrodenswing out of phase. The latter form of thickness The correct distances ind d between the electrodes
scherschwingungen wird manchmal als die Dicken- 25 kann an Hand von Kurven, beispielsweise der inShear vibrations is sometimes called the thickness- 25 can be based on curves, for example the in
verdrehungsschwingungsform bezeichnet. Sie tritt auf, Fig. 13,14 und 15 dargestellten Art, bestimmt werden,torsional waveform referred to. It occurs in the manner shown in Figs. 13, 14 and 15, be determined
wenn auf einem ΛΓ-Schnitt-Quarzkristall die Elek- die die Abhängigkeit der Kopplung für verschiedeneif on a ΛΓ-cut quartz crystal the electrodes the dependency of the coupling for different
troden in der Z'-Richtung ausgerichtet sind. Dar In- Verhältnisse von Elektrodenabstand zu Plittchendicketroden are aligned in the Z 'direction. Dar In- Relationship of electrode spacing to chip thickness
fclektroden in der Ä-Richtung ausgerichtet sind. 30 ebensu für verschiedene Werte von rji bei einerfclektroden are aligned in the Ä-direction. 30 also for different values of rji in one
gungsform beziehen sich auch auf Schwingungin, die Um die gewünschten relativen Frequenzverschie-shape also relate to vibration, which in order to achieve the desired relative frequency shift
auftreten, wenn die Elektroden auf dem bsispiel- bungen zu erhalten, wird Gold oder Nickel beispiels-occur when the electrodes get on the examples, gold or nickel is for example
haften ΛΓ-Schnitt-Kristall in Richtungen zwischen weise durch schichtweises Aufdampfen durch dieadhere ΛΓ-cut crystal in directions between wise by layer-by-layer vapor deposition through the
den X- und Z'-Richtungen ausgerichtet sind. 35 Maske hindurch niedergeschlagen, um auch die An-are aligned in the X and Z 'directions. 35 Mask thrown down in order to also
Ein Beispiel von Kurven, die für Anordnungen, bei- Schlüsse zu ermöglichen und nahezu die insgesamt spielsweise der in F i g. 4 dargestellten Art, welche in gewünschte relative Frequenzverschiebung zu erder Grund-Dickenscherschwingungsform arbeiten, ent- reichen. Energie wird jedem Elektrodenpa .r gesondert wickelt worden und für den Entwurf der Kristall- zugeführt, und Misse wird den Elektroden so lange anordnung brauchbar sind, sind in den Fig. 13, 14 40 zugeführt, bis ein: Frequenzverschiebung entsprechend und 15 dargestellt der gewünschten gesamten relativen Frequenzver-An example of curves that allow for arrangements, at- conclusions and nearly total for example the one shown in FIG. 4, which work in the desired relative frequency shift with respect to the basic thickness shear waveform. Energy is given separately for each pair of electrodes has been wrapped and fed to the design of the crystal, and Misse will be the electrodes for so long arrangement are useful, are supplied in Figs. 13, 14 40, until a: frequency shift accordingly and 15 shows the desired overall relative frequency difference
dadurch hergestellt, daß man zuerst die gesamte das Paar bei der Frequenz/», in Resonanz kommt.produced by first coming into resonance with the whole of the pair at the frequency / »,.
wohnlichen Schaltungstheorie die Kopplungskoeffi- 45 anderen Elektrodenpaare verstinmt, indem sie offenhabitual circuit theory detuned the coupling coefficient 45 other pairs of electrodes by leaving them open
zienten {fs-fA)IVfλ/β zwischen jedem Elektrodenpaar bleiben. Es kann jedoch notwendig sein, den Einflußzient {fs-fA) IVfλ / β remain between each pair of electrodes. However, it may be necessary to use the influence
berechnet. Elektrodengrößen und ein geeigneter re- der anderen Paare dadu-ch zu ver.niidjn, daß mancalculated. Electrode sizes and a suitable change of the other pairs dadu-ch zu ver.niidjn that one
lativer Frequenzverschiebungiwert (von 0,3°/o bis diese induktiv abschließt. Die mittleren Elektrodenlative frequency shift value (from 0.3 per cent until it terminates inductively. The middle electrodes
3%) wird aus Kurven, z. B. der in Fig. 13,14 und 15 werden dann kurzgeschlossen. Die Kopplung und3%) is made from curves, e.g. B. the one in Fig. 13, 14 and 15 are then short-circuited. The coupling and
dargestellten Art, ausgewählt. Bedeutet t die Plättchen- so der Frequenzgang jed» Paarei gekopelter Resona·type shown, selected. Does t mean the platelets - so does the frequency response of each »pair of coupled resonances ·
dicke und t die Breite der Elektroden ,so wird rft im toren werden dann gemessen, und die gewünschten Thickness and t the width of the electrodes, so will rft in gates are then measured, and the desired
allgemeinen gleich 12 gemacht, obgleich in der Praxis Bandbreiten sollten voreilen. Einstellungen könnengenerally equal to 12, although in practice bandwidths should lead. Settings can
jeder Wert zwischen 20 und 6 brauchbar ist Ein durch leichte Änderung im Plateback eines jedenany value between 20 and 6 is usable A by slightly changing everyone's plateback
senkrecht zur Kopplungsachse benutzt, um gute Un- 55 Man erhält also eine zuverlässige Energieübertra-used perpendicular to the coupling axis to avoid good un- 55 So a reliable energy transfer is obtained.
terdrOckung anderer Schwingungsformen zu haben. gungsanordnung für ausgewählte Frequenzbänderto have suppression of other forms of vibration. arrangement for selected frequency bands
bestimmt, daß sie dem gewählten Plateback Pb ent- Größen hergestellt werden kann.determines that it can be produced according to the selected plateback Pb sizes.
Claims (1)
nischen Schaltungen verwendet worden. Die grund- Ein Problem, das im Zusammenhang mit der Hersätzliche Rusonatorvorrichtung besteht aus einem stellung von aus vielen Resonatoren aufgebauten 45 According to an older proposal, a band-pass filter with two resonators can be produced on the crystal body with an input resonator, using an input electrode, an output resonator and at least one pair and one of these at a spaced Ausschenresonator, whereby each resonator is formed by the pair of passage electrodes as the two resonators that part of the crystal body, which 5 <> on a common piezoelectric plate, between one on the two faces of the crystal if to fulfill the body described in the introduction opposite arranged electrode conditions a load of each resonator is located with a pair, and each resonator with mass precisely determined mass (mass load) in Verlastet as well as with its respective neighboring resonator binding with a likewise precisely determined en is acoustically coupled in such a way that the frequency response 55 stic degree of coupling is provided. The equal of the real part of the characteristic impedance of the filter, if provided, use of one or more continuously running curve part, which increases a maximum value from zero to intermediate resonators according to the older one and then increases again on suggestion, the order of the filter decreases in maihe-NuIl, within a limited Impedance-matic sense and leads, accordingly, to a surrounding area, as well as in such a way that the filter - as a 6o settlement characteristic, which seen a flatter passage whole - an equivalent circuit diagram in the form of an area (pass band) with steeper edges compared to cross-member network rr. it shows a reactance-frequency case in which only a single gear is used in which the two resonance-frequency-anti-resonator pairs are used. Each of the intermediate resonance frequency ranges overlap one another. resonators is characterized also by mass Piezoelectric resonators have long been 6 5 load and acoustic coupling with as frequency determining Vonichtungen adjacent in electronic resonators.
niche circuits have been used. The basic A problem associated with the additional resonator device consists of a position of composed of many resonators
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---|---|---|---|
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US72367668 | 1968-04-24 |
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