DE19610806A1 - Oberflächenwellen-Filter und Antennenweiche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenwellen-Filter, im fol­ genden SAW(surface acoustic wave)-Filter genannt, mit ver­ kämmten Fingern, und spezieller betrifft sie ein kleines Hochfrequenzfilter mit hohem Leistungsvermögen, wie es für Funknachrichtengeräte erforderlich ist, mit hoher Wirksam­ keit als Wandler zum Erregen oder Empfangen akustischer Oberflächenwellen.

Ein bekanntes Hochfrequenzfilter kombiniert eine Spule und einen Kondensator. Jüngere Mobilfunkvorrichtungen verwenden in Kaskade geschaltete dielektrische Resonatoren anstelle einer Spule und eines Kondensators, um die erforderliche Frequenzcharakteristik zu erzielen. Jedoch existiert das Hauptziel, ein derartiges Hochfrequenzfilter zu verkleinern, um es für ein Mobilfunkterminal geeignet zu machen, wofür starker Bedarf besteht, da es sich bei dieser Art von Schal­ tung um eine Hybridschaltung oder eine dreidimensionale Schaltung handelt.

Ein Filter unter Verwendung von Oberflächenwellen ist zur Massenherstellung hervorragend geeignet, da es kleine Größe aufweist und durch Halbleiter-Verarbeitungstechniken herge­ stellt werden kann. Bekannte Filter unter Verwendung von Oberflächenwellen sind herkömmlichen Filtern vom Typ mit dielektrischem Resonator angesichts der Verluste im Durch­ laßbereich und einer steilen Grenzfrequenzcharakteristik zwischen dem Durchlaß und dem Sperrbereich unterlegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächen­ wellen-Filter, insbesondere ein Filter vom Typ mit dielek­ trischem Resonator, zu schaffen, das eine sehr steile Grenz­ frequenzcharakteristik mit guten Verlusteigenschaften auf­ weist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Antennenweiche unter Verwendung eines derartigen Filters zu schaffen.

Die Aufgabe hinsichtlich des Filters ist durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 3 und 5 gelöst. Die Aufgabe hinsichtlich der Antennenweiche ist durch die Lehre von An­ spruch 10 gelöst.

Die Erfindung beinhaltet die folgende Analyse eines herkömm­ lichen SAW-Filters, bei dem Oberflächenwellen unter Verwen­ dung eines Interdigitalwandlers (IDT = interdigital trans­ ducer = Wandler mit verkämmten Elektroden), wie in Fig. 1 dargestellt, bei dem Elektrodenfinger 3 verkämmt sind, ange­ regt oder empfangen werden. Das Filter umfaßt mindestens einen anregenden IDT und einen empfangenden IDT. Das Produkt aus den Frequenzcharakteristiken des anregenden und des emp­ fangenden IDTs entspricht beinahe der Frequenzcharakteristik des SAW-Filters. Die Frequenzcharakteristiken der IDTs wer­ den durch Gewichtung und dergleichen so verformt, daß eine gewünschte Frequenzcharakteristik erzielt wird. Eine sehr steile Frequenzcharakteristik, wie sie für Mobilfunk erfor­ derlich ist, wird durch Gewichten der Charakteristik erhal­ ten, jedoch muß in den IDTs eine extrem große Anzahl von Elektrodenfingerpaaren vorhanden sein, und im Ergebnis nimmt der Abstand zwischen dem anregenden IDT und dem empfangenden IDT sehr stark zu. Aufgrund dieses erhöhten Abstands können Ausbreitungs- oder Beugungsverluste von Oberflächenwellen nicht vernachlässigt werden, und derartige Verluste führen zu erhöhten Filterverlusten.

Im allgemeinen werden Oberflächenwellen rechts und links von einem IDT dadurch angeregt, daß N Paare von IDTs (N = 10 in Fig. 1) auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats ausgebildet werden und eine Spannung an einen elektrischen Eingangsanschluß 1 angelegt wird. Jedoch verfügt die Fre­ quenzcharakteristik des Filters über viele Seitenkeulen mit hohen Pegeln zu beiden Seiten der Hauptkeule, wie durch das Kurvenbild von Fig. 2 dargestellt. Die Hauptkeule in Fig. 2 repräsentiert den Durchlaßbereich (P.B.) des Filters. Eines der Kriterien, die die Qualität eines SAW-Filters angeben, ist es, wie stark die Pegel der Seitenkeulen verringert wer­ den können. Insbesondere haben die Seitenkeulen unmittelbar zu den beiden Seiten der Hauptkeule beim Stand der Technik im allgemeinen die höchsten Pegel. Die Frage, wie die Pegel der Seitenkeulen verringert werden können, ist ein wichtiger Punkt für ein SAW-Filter.

Ein SAW-Filter mit IDTs mit dem Aufbau von Fig. 3, das die Beziehung N2 = N1 + N3 erfüllt, um die Impedanz der IDTs zu verbessern, ist auf den Seiten 2 bis 8 von IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 38, No. 1, Februar 1989 mit dem Titel "Miniaturized SAW Devices for Radio Communication Transceivers" von Hikita et al. offenbart. Gemäß dieser Ver­ öffentlichung werden N2 = 0,5 N1 und 0,5 N3 verwendet, um für symmetrische Frequenzcharakteristik zu sorgen. Der Be­ ziehung zwischen der Anzahl von Paaren N1, N2 und der Anzahl von Paaren N3 der einzelnen IDTs und der gesamten Frequenz­ charakteristik der IDTs ist keine Beachtung geschenkt. Die Erfinder haben durch Computersimulationen und grundsätzliche Versuche den Aufbau und den Betrieb derartiger Filter unter­ sucht, und sie haben eine sehr steile Grenzcharakteristik konzipiert, wie sie in letzter Zeit insbesondere für digita­ le Kleinzonen-Funksysteme erforderlich ist. Genauer gesagt, kann diese Charakteristik dadurch erzielt werden, daß die Beziehungen zwischen N1 + N3 sowie N2 und die Beziehung zwischen N1 + N2 + N3 und dem elektromechanischen Kopplungs­ koeffizienten k² des verwendeten piezoelektrischen Substrats innerhalb vorgegebener Grenzen liegen. Hierbei ist der elektromagnetische Kopplungskoeffizient k² durch k² = 2(Vf-Vm)/Vf definiert, wobei Vm die Ausbreitungsgeschwin­ digkeit einer Oberflächenwelle in einem Zustand ist, in dem die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gleichmäßig mit einem die IDTs bildenden metallischen Dünnfilm bedeckt ist, und Vf die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächen­ welle im Zustand mit freier Oberfläche ist, d. h., wenn die Oberfläche nicht mit dem metallischen Dünnfilm bedeckt ist.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, sind ein IDT-1, ein IDT-2 und ein IDT-3 mit N1, N2 bzw. N3 Elektrodenfingerpaaren in der Ausbreitungsrichtung von Oberflächenwellen angeordnet. Um die obenangegebenen Schwierigkeiten zu überwinden, ist der IDT-1 parallel zum IDT-3 geschaltet, und der mittlere IDT-2 ist in Reihe sowohl zum IDT-1 als auch zum IDT-3 ge­ schaltet.

Die zwischen den elektrischen Anschluß 1 und Masse 2 gelegte Spannung wird durch die Reihenschaltung aus dem IDT2 und IDT1, IDT3, die parallel geschaltet sind, aufgeteilt. Das Spannungsteilerverhältnis wird beinahe ganz durch die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren der IDTs bestimmt. Die parallel geschalteten IDTs leisten einen Beitrag entsprechend der Summe der Anzahl von Elektrodenfingerpaaren N1 + N3. D. h., daß das Spannungsteilerverhältnis durch das Verhältnis von N1 + N3 zu N2 bestimmt ist.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die obige neue Analyse, die Teil der Erfindung ist, dazu zu verwenden, die genannten Schwierigkeiten zu überwinden. Hierzu wird eine Ausführungs­ form kurz wie folgt angegeben.

Als Ergebnis detaillierter Untersuchungen durch die Erfinder hat sich unter Verwendung eines Films aus LiNbO₃, LiTaO₃, Li₂B₄O₇, Quarz oder ZnO, der auf einem nicht-piezoelektri­ schen Substrat ausgebildet wurde, wie es derzeit häufig als Substrat verwendet wird, herausgestellt, daß die Frequenz­ charakteristik eines IDTs stark durch Ändern der Beziehung zwischen N1 + N3 und N2 beeinflußt wird. D. h., daß es mög­ lich ist, eine Dämpfungscharakteristik mit sehr steiler Grenzfrequenzcharakteristik in einem speziellen Frequenzband zu erzielen, wobei die Charakteristik des Durchlaßbereichs des Filters kaum beeinflußt wird, und zwar durch Ändern von N1 + N3 in einem bestimmten, durch N2 spezifizierten Be­ reich. Dies, da das durch die Beziehung zwischen N1 + N3 und N2 bestimmte Spannungsteilerverhältnis sowie die Phasenbe­ ziehung von Oberflächenwellen, die durch den IDT-1, den IDT-2 und IDT-3, die in der Ausbreitungsrichtung der Ober­ flächenwellen angeordnet sind, angeregt werden, eine kom­ plexe Beziehung aufweisen, wodurch eine sehr steile Dämp­ fungscharakteristik an der Grenze innerhalb eines speziellen Frequenzbands realisiert werden kann.

Die Werte von k² wie auch der Minimal- und der Maximalwert von N1, N2 und N3 sind durch das piezoelektrische Substrat bestimmt. Wenn ein breites Band erwünscht ist, wird im SAW-Filter eine kleinere Anzahl von Fingern verwendet, und umge­ kehrt. Im allgemeinen werden N1 und N3 mit der Einheit 1/2 inkrementiert, während N2 in ganzzahligen Einheiten erhöht wird.

Ein Punkt dieser Erfindung ist es, daß (N1 + N3) = K×N2 gilt, in der K eine Konstante ist. Der Bereich von K ist so festgelegt, daß die Keule im Durchlaßbereich einen steilen Anstieg aufweist und frequenzbezogen dicht benachbart zum seitlichen Sperrbereich liegt. Wenn K ansteigt, nimmt die Steigung des Durchlaßbereichs ab, wodurch die Frequenzen ge­ trennt werden und der Sperrbereich ansteigt, so daß nur ein geringer Unterschied zwischen den beiden besteht.

Jedoch hängt diese sehr steile Dämpfungscharakteristik bei der Grenzfrequenz von der Stärke des piezoelektrischen Ef­ fekts des piezoelektrischen Substrats ab. Anders gesagt, ist es erforderlich, die Beziehung zwischen allen Anzahlen von Paaren, N1, N2, N3 der IDTs, und dem Wert k² des piezoelek­ trischen Substrats innerhalb eines zweckdienlichen Bereichs einzustellen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels deutlich, das unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben wird.

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen IDT, der Ober­ flächenwellen anregt oder empfängt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der Amplitude einer Oberflächenwelle zeigt, die durch einen her­ kömmlichen IDT angeregt wurde, der Oberflächenwellen anregt oder empfängt;

Fig. 3 zeigt den Aufbau eines IDT, der Oberflächenwellen an­ regt oder empfängt, wobei dieser Aufbau gemäß der Erfindung analysiert wird;

Fig. 4(a), (b) und (c) zeigen die Frequenzcharakteristik der Amplitude einer Oberflächenwelle, wie sie durch den Oberflä­ chenwellen anregenden oder empfangenden IDT als Grundelement der Erfindung angeregt wird;

Fig. 5 veranschaulicht Frequenzanordnungen von Kleinzonen- Funksystemen;

Fig. 6 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Filter;

Fig. 7 veranschaulicht die Frequenzcharakteristik des Fil­ ters von Fig. 6;

Fig. 8 bis 11 veranschaulichen erfindungsgemäße Filter;

Fig. 12 und 13 veranschaulichen Frequenzcharakteristiken er­ findungsgemäßer Filter;

Fig. 14 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Filter;

Fig. 15 und 16 veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Er­ findung und

Fig. 17 und 18 veranschaulichen jeweils eine Frequenzcharak­ teristik eines erfindungsgemäßen Filters.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Frequenzcharakte­ ristik eines IDT stark durch eine Änderung der Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 beeinflußt wird. Die Dämpfungs­ charakteristik weist in einem speziellen Frequenzband eine sehr steile Grenzfrequenzcharakteristik auf, während die Charakteristik des Filterdurchlaßbereichs durch Ändern von (N1 + N3) in einem bestimmten Bereich, der relativ zu N2 bestimmt wird, kaum beeinflußt wird. Das Spannungsteilerver­ hältnis ist durch die Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 bestimmt. Die Phasenbeziehung von Oberflächenwellen ist kom­ plex, wobei diese Oberflächenwellen durch einen IDT-1, einen IDT-2 und einen IDT-3 angeregt werden, die in der Ausbrei­ tungsrichtung der Wellen angeordnet sind. Die Erfindung bestimmt Beziehungen, gemäß denen eine steile Grenzfrequenz-Dämpfungs­ charakteristik in einem speziellen Frequenzband erzielt wird. Kurz gesagt, werden der IDT-1, der IDT-2 und der IDT-3 in der genannten Reihenfolge von links her ange­ ordnet. Der links liegende IDT-1 ist elektrisch mit dem rechts liegenden IDT-3 verbunden.

Die Erfinder haben speziell eine neue IDT-Struktur konzi­ piert, die die Amplitudenpegel derjenigen Seitenkeulen sen­ ken kann, die am nächsten bei der Durchlaßbereichs-Haupt­ keule liegen. Das Filter wird vorzugsweise auf einem piezo­ elektrischen Einkristallsubstrat aus Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇) oder Quarz hergestellt, oder es wird auf einem piezoelektrischen Substrat hergestellt, bei dem ein Film aus Zinkoxid (ZnO) auf einem nicht-piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist; und das Filter dient vorzugsweise zum Umsetzen elektrischer Signale in Oberflächenwellen oder zum Umsetzen von Oberflä­ chenwellen in elektrische Signale.

In Fig. 3 gilt N1 = 3,5; N2 = 5 und N3 = 3,5. Obwohl die Zwischenräume (S1 und S2 in Fig. 3) zwischen dem IDT-1 und dem IDT-2 sowie zwischen dem IDT-2 und dem IDT-3 auf belie­ bige Werte eingestellt werden können, sind die Zwischenräume allgemein auf Werte eingestellt, die ungefähr der Hälfte der Wellenlänge der Oberflächenwelle entspricht, wie durch die Frequenz bestimmt, bei der die Amplitude der durch einen IDT angeregten Oberflächenwelle maximal ist, d. h., wie durch die Mittenfrequenz der Hauptkeule bestimmt.

Als Ergebnis grundsätzlicher Versuche und von Computersimu­ lationen haben sich bestimmte Eigenschaften hinsichtlich der Beziehung von (N1 + N3) und N2 sowie hinsichtlich der Ampli­ tude der angeregten SAW herausgestellt, wie es aus den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) ersichtlich ist.

Fig. 4(a) zeigt einen Fall, gemäß dem als Beispiel die fol­ genden Werte gelten: k² für das piezoelektrische Substrat = 0,06, N1 = 5,5; N2 = 9 und N3 = 5,5; d. h. (N1 + N3) = 1,2×N2. Es ist ersichtlich, daß der Pegel der Seitenkeule, die auf der Niederfrequenzseite der Hauptkeule am dichtesten bei dieser liegt, stark abgesenkt ist. Die Hauptkeule ent­ spricht dem Durchlaßbereich (P.B.), und die Seitenkeule mit dem niedrigen Pegel entspricht dem Sperrbereich (S.B.). Da­ her ist der Sperrbereich in einem Frequenzband ausgebildet, das sehr nahe beim Durchlaßbereich liegt, und zwar an der niederfrequenten Seite des Durchlaßbands. Wenn die Charakte­ ristik von Fig. 4(a) mit der von Fig. 2 verglichen wird, ist es ersichtlich, daß die Grenzfrequenzcharakteristik auf der Niederfrequenzseite bei der Erfindung (die Beispiele benut­ zen neue Beziehungen von k, N) im Vergleich zu der beim Stand der Technik sehr steil ist.

Fig. 4(b) zeigt einen Fall mit den folgenden Werten: k² = 0,06; N1 = 8,5; N2 = 9, N3 = 8,5 und (N1 + N3) = 1,9×N2. Im Vergleich mit Fig. 4(a) ist das Intervall zwi­ schen dem Durchlaßbereich und dem Sperrbereich leicht er­ höht, und die Seitenkeule des Durchlaßbereichs auf der Nie­ derfrequenzseite ist ausreichend klein.

Fig. 4(c) zeigt einen Fall mit den folgenden Werten: k² = 0,06; N1 = 10,5; N2 = 8, N3 = 10,5 und (N1 + N3) = 2,6×N2. Das Intervall zwischen dem Durchlaßbereich und dem Sperrbereich ist weiter erhöht, und die Seitenkeule im Durchlaßbereich auf der Niederfrequenzseite ist im Vergleich zu den Fällen der Fig. 4(a) und 4(b) ebenfalls erniedrigt.

Gemäß der Erfindung ist die Grundstruktur dergestalt, daß N2 < (N1 + N3) < 3×N2 gilt, um den Pegel der Seitenkeule auf der Niederfrequenzseite der Hauptkeule betreffend eine durch die IDTs angeregten Oberflächenwelle stark abzusenken.

Fig. 4(a) zeigt eine sehr steile Grenzfrequenzcharakteristik auf der Niederfrequenzseite der Hauptkeule. Jedoch sind, wie es in Fig. 4(a) dargestellt ist, die Pegel der Seitenkeulen auf der Niederfrequenzseite des Sperrbereichs extrem hoch, wodurch der praktische Wert des Filters verloren ist, solan­ ge nicht eine Maßnahme zum Verringern dieser Seitenkeulen ergriffen wird.

Wenn (N1 + N3) < 3×N2 gilt, ist der Abstand zwischen dem Durchlaßbereich und dem Sperrbereich weiter erhöht, und der Effekt der Verringerung der Seitenkeulen im Sperrbereich ist abgeschwächt; Fig. 4(c) zeigt diese Tendenz. Daher ergibt sich aus der Tendenz, wie sie durch Vergleich der Fig. 4(a)-4(c) erhalten wird, daß im Fall von N1 + N3 < 3×N2, in Bezug auf die Seitenkeulen, nur ein Ergebnis erhalten wird, das dem unter Verwendung eines herkömmliche, einfachen IDT gemäß den Fig. 1 und 2 ähnlich ist.

Im Bereich von N2 < (N1 + N3) < 3×N2 können, wie oben be­ schrieben, die Seitenkeulen auf der Niederfrequenzseite des Durchlaßbereichs unterdrückt werden. Der Grund für diese Un­ terdrückung wird im folgenden beschrieben. Genauer gesagt, sind das durch die Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 be­ stimmte Spannungsteilerverhältnis und die Phasenbeziehung der Oberflächenwellen, die durch den IDT-1, den IDT-2 und den IDT-3, die in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächen­ wellen angeordnet sind, angeregt werden, auf komplizierte Weise korreliert, was durch ihre Wechselwirkung die Amplitu­ den der Seitenkeulen auf der Niederfrequenzseite verringert.

Jedoch wurden durch grundsätzliche Versuche, wie sie von den Erfindern unter Verwendung von Computersimulationen für ver­ schiedene piezoelektrische Substrate tatsächlich ausgeführt wurden, die folgenden Ergebnisse herausgefunden. Genauer ge­ sagt, hängt der obenangegebene Effekt stark von der Stärke des piezoelektrischen Effekts des verwendeten piezoelektri­ schen Substrats ab. Die Stärke des piezoelektrischen Effekts wird unter Verwendung des elektromechanischen Kopplungskoef­ fizienten k² ausgedrückt. Bei piezoelektrischen Substraten, wie sie allgemein in der Technik verwendet werden, gilt für 64° YX-LiNbO₃ der Koeffizient k² = 0,11; k² = 0,16 für 41° XY-LiNbO₃; k² = 0,053 für 36° YX-LiTaO₃ und k² = 0,001 für einen ST-Schnitt von Quarz.

Es wurden die Beziehungen zwischen (N1 + N3) und N2 sowie zwischen den verschiedenen Koeffizienten k² und (N1 + N2 + N3) untersucht. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, daß der obenangegebene Effekt den Bereich 2/k² (N1 + N2 + N3) 0,8/k² erfordert.

Es hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Gesamtanzahl von Paaren der IDTs groß ist und 2/k² < (N1 + 2 + N3) gilt, aus der Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 eine Charakteri­ stik ähnlich derjenigen Frequenzcharakteristik erhalten wer­ den kann, wie sie in den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) darge­ stellt ist, daß jedoch im Durchlaßbereich des Filters eine starke Welligkeit entsteht, so daß das Filter seinen Wert praktisch verliert. Dies, da bei einem größeren Koeffizien­ ten k² aufgrund der großen Anzahl der IDTs Mehrfachrefle­ xionen von Oberflächenwellen zwischen den Elektrodenfingern der IDts entstehen. Wie oben beschrieben, entsteht daher starke Welligkeit nicht nur durch die Wechselwirkungen zwi­ schen Oberflächenwellen, wie sie vom IDT-1, vom IDT-2 und vom IDT-3 erzeugt werden, sondern auch aufgrund komplizier­ ter Wechselwirkungen, die als Mehrfachreflexionen bezeichnet werden.

Wenn andererseits die Gesamtanzahl der Paare von IDTs klein ist und (N1 + N2 + N3) < 0,8/k² gilt, ergibt sich eine klei­ ne Änderung der Frequenzcharakteristik, unabhängig davon, wie die Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 geändert wird. Kurz gesagt, wird keine Frequenzcharakteristik erzielt, wie sie in den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) dargestellt sind. Dies wird im folgenden erläutert. Die Wechselwirkungen zwischen den Oberflächenwellen, wie sie durch den IDT-1, den IDT-2 und den IDT-3 angeregt werden, sind bei einem kleineren Koeffizienten k² kleiner. Demgemäß können ähnliche Wirkungen entsprechend auch bei einem kleinen Koeffizienten k² dadurch erzielt werden, daß die Gesamtanzahl von Paaren N1 + N2 + N3 der IDTs erhöht wird, um den Wechselwirkungsbereich zu ver­ längern. Jedoch hat es sich auch herausgestellt, daß der Wert (N1 + N2 + N3) = 0,8/k² für einen vorgegebenen Koeffi­ zienten k² den Grenzwert angibt, auf den die Gesamtanzahl der IDTs verringert werden kann.

Fig. 5 zeigt die Frequenzanordnung beim analogen Kleinzonen-Funk­ system in den USA und beim digitalen Kleinzonen-Funk­ system in Japan. Im Fall des USA-Beispiels ist das Frequenz­ band von 824 bis 849 MHz Sendefrequenzen (fT) zugeordnet, und das Frequenzband von 869 bis 894 MHz ist Empfangsfre­ quenzen (fR) zugeordnet. Im Japan betreffenden Fall des di­ gitalen Kleinzonen-Funksystems im 1,5 GHz-Band sind 1,429 bis 1,453 MHz einem Sendeband zugeordnet, und 1,477 bis 1,501 MHz sind einem Empfangsband zugeordnet. Bei einem Duplexsystem, das gleichzeitig sendet und empfängt, wie bei einem derartigen Kleinzonen-Funksystem, ist das Sendeband in den meisten Fällen auf der Niederfrequenzseite des Empfangs­ bands angeordnet. Daher erfordert ein Empfangsfilter eine sehr steile Grenzfrequenzcharakteristik, bei der das Emp­ fangsband als Durchlaßbereich und das Sendeband als Sperr­ bereich verwendet ist. Die in den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) dargestellten Charakteristiken erfüllen das obige Erforder­ nis. Die Beziehung zwischen der Breite des Sendebands und der Breite des Empfangsbands sowie die Beziehung des Fre­ quenzintervalls zwischen dem Sendeband und dem Empfangsband unterscheiden sich leicht abhängig von den Systemkonzepten verschiedener Länder. Die Positionsbeziehung zwischen dem Durchlaßbereich und dem Sperrbereich wird dadurch optimal eingestellt, daß die Beziehung zwischen (N1 + N3) und N2 ge­ mäß der Erfindung angemessen eingestellt wird, wie es durch die Analyse gemäß den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) dargelegt ist.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine einfache SAW-Filterstruktur (unter Verwendung der IDTs von Fig. 3 als Eingangs- und Aus­ gangs-IDTs für Anregung und Empfang) und dessen Frequenzcha­ rakteristik. Fig. 6 zeigt zwei IDTs von Fig. 3, die so ange­ ordnet sind, daß sie einander zugewandt sind. An den elek­ trischen Eingangsanschluß 1-1 des anregenden IDT wird eine Spannung angelegt, und am elektrischen Ausgangsanschluß 1-2 des empfangenden IDT wird eine Spannung ausgegeben. Dieses Beispiel verwendet 64° YX-LiNbO₃ mit einem elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten k² von 0,11 als piezoelektri­ sches Substrat. Die Anzahlen der Elektrodenfingerpaare, die den Eingangs- und Ausgangs-IDT bilden, sind in Fig. 6 die folgenden: N1 = 4,5; N2 = 5 und N3 = 4,5. In diesem Fall gilt (N1 + N3) = 1,8×N2. Die Sende- und die Empfangsfre­ quenz stimmen mit der Frequenzanordnung für das analoge Kleinzonen-Funksystem in den USA überein. Die Verluste im Durchlaßbereich des Empfangsbands fR von 869-894 MHz ent­ sprechen ungefähr 10 dB, und das Ausmaß der Abschwächung im Sperrbereich des Sendebands fT von 824-849 MHz beträgt ungefähr 35 dB. Die Grenzfrequenzcharakteristik vom Sperr­ bereich in den Durchlaßbereich ist steil.

In Fig. 8 ist eine Anzahl getrennter, erster Eingangs-IDTs (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) in der Ausbreitungsrichtung einer Ober­ flächenwelle angeordnet, und sie sind elektrisch zueinander parallelgeschaltet, um einen elektrischen Eingangsanschluß (1-1) zu bilden. Mehrere zweite IDTs (6-1, 6-2, 6-3) sind elektrisch von den Eingangs-IDTs isoliert und zwischen den gesonderten Eingangs-IDTs in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle auf der Eingangsseite so angeordnet, daß die zweiten IDTS und die gesonderten, ersten Eingangs-IDTs verkämmt sind. Mehrere gesonderte, dritte Ausgangs-IDTs (7-1, 7-2, 7-3, 7-4) sind elektrisch von den ersten Ein­ gangs- und zweiten IDTs isoliert und in der Ausbreitungs­ richtung der Oberflächenwelle auf der Ausgangsseite angeord­ net. Ferner sind die Ausgangs-IDTs elektrisch zueinander parallelgeschaltet, um einen elektrischen Ausgangsanschluß 1-2 zu bilden. Mehrere vierte, gesonderte IDTs (8-1, 8-2, 8-3) sind elektrisch gegen die Ausgangs-IDTs isoliert, und sie sind zwischen den gesonderten Ausgangs-IDTs in der Aus­ breitungsrichtung der Oberflächenwelle auf der Ausgangsseite so angeordnet, daß die vierten IDTs und die Ausgangs-IDTs verkämmt sind. Die zweiten IDTs sind elektrisch mit jeweili­ gen vierten IDTs (9-1, . . . und 9-3) verbunden. Im Fall von Fig. 9 sind mehrere zweite, gesonderte IDTs elektrisch mit mehreren vierten, gesonderten IDTs über eine Sammelleitung 10 verbunden, um ihre Potentiale zeitweilig auszugleichen.

Das Wesen der erfindungsgemäßen Strukturen in den Fig. 8 und 9 besteht darin, die in Fig. 3 dargestellten IDTs für die mehreren zweiten, gesonderten IDTs und die mehreren vierten, gesonderten IDTs zu-verwenden.

Das relativ einfache SAW-Filter unter Verwendung eines IDT, wie beim in Fig. 6 dargestellten Eingangs- und Ausgangs-IDT, ist auf Anwendungen beschränkt, bei denen die Verluste im Durchlaßbereich relativ groß sind und die Verlustcharakteri­ stik keine große Rolle spielt, wie in Fig. 7 dargestellt.

Mobilfunkkommunikation gemäß dem europäischen digitalen Kleinzonen-Funksystem (Group Special Mobile, GSM) verwendet ein Empfangsband mit fR = 935-960 MHz und ein Sendeband mit fT = 890-915 MHz; die Beziehung zwischen fT und fR ist der beim in Fig. 5(a) dargestellten analogen Kleinzonen-Funk­ system in den USA sehr ähnlich. Jedoch wird in naher Zukunft das EGSM(Extended Group Special Mobile)-System be­ dient werden, bei dem das Empfangsband fR = 925-960 MHz und das Sendeband fT = 880-915 MHz ist (breiter als die derzeitige Bandbreite von 25 MHz für fR und fT). Da die Bandbreite erhöht ist, beträgt das Frequenzintervall zwi­ schen fR und fT beim EGSM-System 10 MHz, wobei im Fall der herkömmlichen Frequenzanordnungen das Intervall 20 MHz be­ trägt. Daher ist für ein Filter zusätzlich zu einer Breit­ bandcharakteristik eine extrem steile Grenzfrequenzcharakte­ ristik erforderlich. Die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Filter genügen diesem Erfordernis.

Gemäß den Fig. 8 und 9 wird durch Anlegen einer Spannung an den elektrischen Eingangsanschluß 1-1 ein elektrisches Si­ gnal durch den (ersten) Eingangs-IDT in eine Oberflächenwel­ le umgesetzt, und diese tritt in den zweiten IDT ein. Das Oberflächenwellen-Signal wird vom zweiten IDT in Form eines elektrischen Signals an den vierten IDT übertragen. Durch den vierten IDT wird eine Oberflächenwelle angeregt und als elektrisches Ausgangssignal vom elektrischen Ausgangsanschluß 1-2 des (dritten) Ausgangs-IDT ausgegeben. Beim Umsetzen und Wiederumsetzen der elektrischen Signale und der Oberflächen­ wellen zwischen dem zweiten und vierten IDT beim obigen Pro­ zeß wird eine Frequenzcharakteristik erzielt, die vom Sperr­ bereich sehr steil zum Durchlaßbereich ansteigt.

Fig. 12 zeigt eine spezielle Frequenzcharakteristik, wie sie unter Verwendung der Struktur von Fig. 8 erzielt wird, wobei für das piezoelektrische Substrat 64° YX-LiNbO₃ verwendet ist und die IDTs mit N1 = N3 = 3,5 und N2 = 7 in Fig. 3 als zweiter und vierter IDT verwendet sind. Es wird eine Charak­ teristik erzielt, bei der der Verlust im Durchlaßbereich fR ungefähr 3 dB beträgt und das Dämpfungsausmaß im Sperrbe­ reich fT ungefähr 45 dB beträgt. Es wird ein Filter mit sehr steiler Grenzfrequenzcharakteristik erhalten, das an Fre­ quenzen fR von 925-960 MHz und fT von 880-915 MHz ange­ paßt ist, bei denen es sich um die Frequenzanordnung des EGSM-Systems mit ultrabreitem Band handelt.

Als Ergebnis einer von den Erfindern ausgeführten detail­ lierten Untersuchung mittels grundsätzlicher Versuche und Computersimulationen hat es sich herausgestellt, daß die Beziehung zwischen N1, N2 und N3 der Ungleichung 0,5×N2 < (N1 + N3) < 3×N2 genügen muß, um eine gewünschte sehr steile Frequenzcharakteristik zu erzielen, wenn der zweite und der vierte IDT so verbunden werden, wie es in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Fig. 12 zeigt einen Fall mit (N1 + N3) = 1×N2. Durch die Wirkung der elektrischen Ver­ bindung des zweiten und vierten IDT in den Fig. 8 und 9 sind für N1, N2 und N3 Bedingungen zulässig, die weiter gefaßt sind als die bei der einfachen Filterstruktur von Fig. 6. Um Filter an spezielle derzeitige oder für die Zukunft erwarte­ te Mobilfunk-Kommunikationssysteme anzupassen, ist eine ex­ trem steile Charakteristik erforderlich. Daher kann es im Fall der Strukturen der Fig. 8 und 9 wirkungsvoller sein, (N1×N3) auf ungefähr 0,5×N2 einzustellen, d. h. auf einen Wert kleiner als N2. Trotz einer derartigen Einstel­ lung ist die Abnahme des Schwächungsausmaßes auf der Nieder­ frequenzseite des Sperrbereichs auf ungefähr 30 dB kontrol­ liert. Daher ist der Pegel niedriger als der, der beim praktischen Gebrauch nicht vernachlässigt werden kann.

Alle IDTs liegen im Bereich 2/k² N1 + N2 + N3 0,8/k², wobei der obengenannte elektromagnetische Kopplungskoeffi­ zient k² verwendet ist. Im Fall von 64° YX-LiNbO₃ gemäß Fig. 12 gilt 2/k² = 18 (N1 + N2 + N3) = 14 0,8/k² = 7, da (N1 + N2 + N3) = 14 für k² = 0,11 gilt.

Die Fig. 10 und 11 zeigen Beispiele unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten IDTs als (erster) Eingangs-IDT und (dritter) Ausgangs-IDT, ähnlich den Fällen der Fig. 8 und 9. D. h., daß diese Beispiele einen IDT-1, einen IDT-2 und einen IDT-3 verwenden, die N1 Paare, N2 Paare bzw. N3 Paare enthalten. Der IDT-1 ist parallel zum IDT-3 geschaltet, und der IDT-2 ist sowohl mit dem IDT-1 als auch dem IDT-3, als Eingangs- und Ausgangs-IDT, in Reihe geschaltet. In diesem Fall ist zu erwarten, daß das Ausmaß der Abschwächung weiter verbessert ist, wenn die Anzahl von Elektrodenfingerpaaren N1, N2 uns N3 in den Eingangs- und Ausgangs-IDTs der Unglei­ chung N2 < (N1 + N3) < 3×N2 genügen, ähnlich wie im Fall der Fig. 6.

Im Fall der Fig. 12 existiert z. B. auf der Niederfrequenz­ seite des Sperrbereichs ein Frequenzband, bei dem das Dämp­ fungsausmaß auf ungefähr 30 dB verringert ist, mit fT von 880 bis 915 MHz. Es hat sich herausgestellt, daß dann eine sehr steile Grenzfrequenzcharakteristik und eine Dämpfungs­ charakteristik, die einen weiten Frequenzbereich überdeckt, gemeinsam vorliegen können, wenn N1, N2 und N3 für die Ein­ gangs- und Ausgangs-IDTs optimal bestimmt werden und das Filter so konzipiert wird, daß das Frequenzband, in dem das Dämpfungsausmaß abnimmt, mit dem Sperrbereich der Eingangs- und Ausgangs-IDTs übereinstimmt.

Fig. 13 zeigt eine spezielle Charakteristik, wie sie unter Verwendung der Struktur von Fig. 10 erhalten wurde, bei der für die Eingangs- und Ausgangs-IDTs mit Elektrodenfingerpaa­ ren dasselbe gilt: N1 = N3 = 3,5, N2 = 4 und (N1 + N3) = 1,75×N2. Aus Fig. 13 ist es ersichtlich, daß die Dämp­ fungscharakteristik auf der Niederfrequenzseite des Sperr­ bereichs im Vergleich zu der gemäß dem Fall von Fig. 12 stark verbessert ist und daß ein Dämpfungsausmaß von unge­ fähr 40 dB gewährleistet ist.

In Fig. 14 sind mehrere gesonderte Eingangs-IDTs 13-1, . . ., 13-3 in der Ausbreitungsrichtung von Oberflächenwellen ange­ ordnet und elektrisch zueinander parallelgeschaltet, um einen elektrischen Eingangsanschluß 1-1 zu bilden. Mehrere gesonderte Ausgangs-IDTs 14-1, . . . und 14-3 sind elektrisch gegen die Eingangs-IDTs isoliert und zwischen den letzteren in der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen so ange­ ordnet, daß die Ausgangs-IDTs und die Eingangs-IDTs mitein­ ander verkämmt sind. Die Ausgangs-IDTs sind elektrisch par­ allel miteinander verbunden, um einen elektrischen Ausgangs­ anschluß 1-2 zu bilden, ähnlich der Verbindung der Eingangs-IDTs. Die IDTs von Fig. 3 sind als die mehreren gesonderten Eingangs-IDTs und die mehreren gesonderten Ausgangs-IDTs innerhalb des Aufbaus von Fig. 14 verwendet, um eine steile Frequenzcharakteristik und ein breites Band mit geringen Verlusten zu realisieren und dafür zu sorgen, daß die Dämp­ fung ein weites Frequenzband abdeckt, und zwar durch Ändern der Beziehung zwischen den Werten N1, N2 und N3 für die meh­ reren Eingangs-IDTs und die mehreren Ausgangs-IDTs. Jedoch sind in Fig. 14 die einzelnen Anzahlen der Paare von IDTs übertrieben dargestellt, um die Beschreibung leicht ver­ ständlich zu machen, und sie zeigt nicht die eigentliche Struktur des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

In Fig. 14 sind die Anzahlen der Elektrodenfingerpaare der eingangsseitigen IDTs mit dem Symbol ′ gekennzeichnet, und die Anzahlen der Elektrodenfingerpaare der ausgangsseitigen IDTs sind mit dem Symbol ′′ gekennzeichnet. Darüber hinaus sind die Anzahlen der drei IDTs, die den IDTs von Fig. 3 entsprechen, ähnlich wie im vorigen Ausdruck durch N1, N2 und N3 ausgedrückt. Daher sind in Fig. 14 die Anzahlen der Paare der eingangsseitigen IDTs als N1(i)′, N2(i)′ und N3(i)′ dargestellt, und die Anzahlen der Paare der ausgangs­ seitigen IDTs sind als N1(j)′′, N2(j)′′ und N3(j)′′ darge­ stellt. Hierbei gelten i = 1, 2, 3, . . . und j = 1, 2, 3, . . ., jeweils ausgehend von der linken Seite der mehreren ge­ sonderten eingangsseitigen IDTs bzw. der mehreren gesonder­ ten ausgangsseitigen IDTs. Die Erfindung ist durch die Be­ ziehung zwischen (N1(i)′ + N3(i)′) und N2(i)′ oder durch die Beziehung zwischen (N1(j)′′ + N3(j)′′) und N2(j)′′ gekennzeich­ net, mit Unterschieden für die mehreren gesonderten IDTs, d. h. für i = 1, 2, 3, . . . und j = 1, 2, 3, . . . der ein­ gangs- oder ausgangsseitigen IDTs innerhalb der Struktur von Fig. 14.

Fig. 15 zeigt eine spezielle Frequenzcharakteristik eines piezoelektrischen Substrats, bei dem 64° YX-LiNbO₃ verwendet ist, mit fünf IDTs (i = 1-5) auf der Eingangsseite und fünf IDTs (j = 1-5) auf der Ausgangsseite, wobei diese IDTs verkämmt sind. In Fig. 15 sind die folgenden Kombina­ tionen für die Eingangsseite, d. h. für i verwendet:

N1(1)′ = N3(1) ′= 2.5, N2(1)′ = 4
N1(2)′ = N3(2) ′= 3.5, N2(2)′ = 5
N1(3)′ = N3(3)′ = 3.5, N2(3)′ = 8
N1(4)′ = N3(4)′ = 3.5, N2(4)′ = 5
N1(5)′ = N3(5)′ = 2.5, N2(5)′ = 4

Die folgenden Kombinationen sind für die Ausgangsseite, d. h. für j verwendet:

N1(1)′′ = N3(1)′′ = 2.5, N2(1)′′ = 3
N1(2)′′ = N3(2)′′ = 3.5, N2(2)′′ = 6
N1(3)′′ = N3(3)′′ = 3.5, N2(3)′′ = 8
N1(4)′′ = N3(4)′′ = 3.5, N2(4)′′ = 6
N1(5)′′ = N3(5)′′ = 2.5, N2(5)′′ = 3

Wie es aus der Charakteristik von Fig. 15 erkennbar ist, be­ trägt der Verlust 1,5 dB, und es ist ein beinahe gleichmäßi­ ges Dämpfungsausmaß von ungefähr 25 dB gewährleistet. Die Grenzfrequenzcharakteristik auf der Niederfrequenzseite ist steil. Auf der Niederfrequenzseite des Sperrbereichs ist in Fig. 7 keinerlei Frequenzband vorhanden, in dem das Dämp­ fungsausmaß verringert ist. Dies, da es möglich ist, die Charakteristik außer im Durchlaßbereich für gesonderte IDTs verschieden zu machen, und zwar durch Ändern der Beziehung zwischen N1, N2 und N3 der gesonderten eingangsseitigen IDTs oder der gesonderten ausgangsseitigen IDTs, obwohl die Fre­ quenzcharakteristiken der Durchlaßbereiche aller IDTs beina­ he gleich sind. Diese verschiedenen Frequenzcharakteristiken sind im Filter kombiniert. Jedoch sind die Phasen und Ampli­ tuden beinahe zufallsweise für die IDTs verschieden. Daher ist im Ergebnis die Dämpfungscharakteristik beinahe flach. Darüber hinaus liegt der Wert (N1 + N2 + N3) der einzelnen IDTs in einem Bereich von 0,8/k² bis 2/k², wie zuvor für die optimale Frequenzcharakteristik beschrieben, wenn ein piezo­ elektrisches Substrat verwendet wird. Das piezoelektrische Substrat, als bevorzugtes Substrat, ist am bevorzugtesten ein Chip von 2 mm² mit einem großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten k² im Bereich von 0,16 bis 0,11, oder dann, wenn der Koeffizient klein ist, liegt k² im Bereich von 0,053 bis 0,001.

Bei den obigen Beispielen gilt N1 = N3. Es konnte klarge­ stellt werden, daß sich die Frequenzcharakteristik des Fil­ ters nicht stark, d. h. nur wenig ändert, wenn N1 ≠ N3 gilt.

In Fig. 16 führt ein Duplexsystem als Kleinzonen-Funksystem gleichzeitig Sende- und Empfangsvorgänge aus. Eine Antenne wird gemeinsam von einem Empfänger und einem Sender verwen­ det, wie es in Fig. 16 dargestellt ist. Wie in Fig. 16 ge­ zeigt, umfaßt die Antennenweiche ein Empfangsfilter 15 und ein Hochfrequenz-Sendefilter 16. Der Eingangsanschluß des Empfangsfilters 15 ist zum Ausgangsanschluß des Sendefilters 16 parallelgeschaltet, und sie werden als Antennenanschluß verwendet. Der Ausgangsanschluß des Empfangsfilters 15 wird als Empfangsanschluß verwendet. Der Eingangsanschluß des Sendefilters 16 wird als Sendeanschluß verwendet. Wie es unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde, liegt im Fall eines Kleinzonen-Funksystems oder dergleichen das Sendeband fT häufig hinsichtlich der Frequenz niedriger als das Emp­ fangsband fR. Daher gewährleistet das Empfangsfilter 15, daß das Dämpfungsausmaß im Sendeband verhindert, daß die Emp­ fangsempfindlichkeit aufgrund hoher Sendeleistung des in den Empfänger übergreifenden Sendebands eine Verschlechterung erfährt, und zwar wegen der Frequenzcharakteristik des er­ findungsgemäßen Filters.

Als Ergebnis von Grundversuchen und Computersimulationen, wie sie von den Erfindern ausgeführt wurden, zeigte es sich, daß die elektrischen Spezifikationen eines Anschlusses für ein Kleinzonen-Funksystem oder dergleichen selbst dann bei­ nahe erfüllt sind, wenn ein erfindungsgemäßes Filter als Empfangsfilter 15 der Weiche verwendet wird. In diesem Fall kann das Volumen der Weiche durch Verwendung eines SAW-Fil­ ters auf einen Bruchteil desjenigen verringert werden, das eine herkömmliche Weiche mit einem Filter mit dielektrischem Resonator einnimmt. Daher trägt die Verwendung des erfin­ dungsgemäßen SAW-Filters stark dazu bei, ein Kommunikations­ terminal, insbesondere ein Funk-Kommunikationsterminal zu verkleinern.

Die obigen Ausführungsbeispiele verwenden 64° YX-LiNbO₃ als piezoelektrisches Substrat. Jedoch kann im Fall eines Fil­ ters für relativ hohe Frequenz, wie beim digitalen Klein­ zonenfunk im 1,5-GHz-Band, wie in Fig. 5(b) dargestellt, die Schwankung der Mittenfrequenz des Filters aufgrund Tempera­ turänderungen nicht vernachlässigt werden. Daher ist es bes­ ser, LiTaO₃ zu verwenden, das hinsichtlich der Temperatur­ charakteristik LiNbO₃ überlegen ist, wobei jedoch der piezo­ elektrische Effekt etwas verringert ist. Fig. 17 zeigt eine Filtercharakteristik hinsichtlich der Frequenzanordnung von Fig. 5(b). Die Struktur des Filters ist dieselbe wie die in Fig. 14, und das piezoelektrische Substrat besteht aus 36° YX-LiTaO₃. Auf der Eingangsseite gilt i = 1-5, d. h., daß fünf IDTs vorliegen. Auf der Ausgangsseite gilt j = 1-5, d. h., daß fünf IDTs vorliegen. Die IDTs sind so verkämmt, wie es dargestellt ist. Auf der Eingangsseite sind die fol­ genden Kombinationen, d. h. für i hinsichtlich der IDTs ver­ wendet:

N1(1)′ = N3(3)′ = 7.5, N2(1)′ = 9
N1(2)′ = N3(2)′ = 8.5, N2(2)′ = 11
N1(3)′ = N3(3)′ = 9.5, N2(3)′ = 11
N1(4)′ = N3(4)′ = 8.5, N2(4)′ = 11
N1(5)′ = N3(5)′ = 7.5, N2(5)′ = 9

Auf der Ausgangsseite, d. h. für j sind die folgenden Kombi­ nationen verwendet:

N1(1)′′ = N3(1)′′ = 7.5, N2(1)′′ = 9
N1(2)′′ = N3(2)′′ = 8.5, N2(2)′′ = 11
N1(3)′′ = N3(3)′′ = 9.5, N2(3)′′ = 11
N1(4)′′ = N3(4)′′ = 8.5, N2(4)′′ = 11
N1(5)′′ = N3(5)′′ = 7.5, N2(5)′′ = 9

Hinsichtlich der Eigenschaften beträgt der Verlust 1,6 dB, und das Dämpfungsausmaß beträgt 30 dB. Dieses Filter kann als Empfangsfilter 15 der in Fig. 16 dargestellten Antennen­ weiche verwendet werden, die auf ein digitales Kleinzonen-Funk­ system im 1,5-GHz-Band angepaßt ist.

Darüber hinaus sind neben Kleinzonen-Funksystemen schnurlose Telefone und Rufeinrichtungen als mobile Funkkommunikations­ vorrichtungen bekannt. Das Unterscheidungsmerkmal zwischen ihnen sind die relativ schmalen Bandbreiten im Vergleich zu der bei Kleinzonen-Funksystemen. Jedoch ist abhängig von der Auswahl der Zwischenfrequenz eine sehr steile Grenzfrequenz­ charakteristik erforderlich. Fig. 18 zeigt die Charakteri­ stik eines Filters unter Verwendung von Li₂B₄O₇, das einen kleineren piezoelektrischen Effekt als LiTaO₃ aufweist, aber für ein schmalbandiges Filter geeignet ist und hinsichtlich der Temperaturcharakteristik LiTaO₃ überlegen ist. Der Auf­ bau des Filters ist derselbe wie der in Fig. 9, und dadurch wird ein Filter mit schmalem Band und sehr steiler Grenzfre­ quenzcharakteristik erzielt.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen, mit Variationen und Modifizierungen, beschrieben wurde, sind weitere Ausführungsformen, Variationen und Modi­ fizierungen innerhalb der weitergefaßten Gesichtspunkte der Erfindung, zusätzlich zu den vorteilhaften Details, gemäß dem Grundgedanken und dem Schutzumfang der folgenden Ansprü­ che denkbar.

Claims (14)

1. Wandler, der akustische Oberflächenwellen anregt oder empfängt, mit:

• - einem piezoelektrischen Substrat mit einem elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten k² und
• - mindestens einem ersten, zweiten und dritten Interdigital­ wandler (IDT-1, IDT-2, IDT-3) mit jeweils Elektrodenfinger­ paaren, deren Anzahlen N1, N2 bzw. N3 sind, um eine akusti­ sche Oberflächenwelle in der Richtung auszubreiten, in der der Reihe nach der erste, zweite und dritte Interdigital­ wandler liegen;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der erste Interdigitalwandler elektrisch parallel zum dritten Interdigitalwandler geschaltet ist;
• - der zweite Interdigitalwandler in Reihe sowohl zum ersten als auch dritten Interdigitalwandler geschaltet ist; und
• - die Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare des ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandlers so zueinan­ der in Beziehung stehen, daß N2 < (N1 + N3) < 3×N2 und 2/k² (N1 + N2 + N3) 0,8/k² gelten.

2. Akustisches Oberflächenwellen-Filter mit einem Ein­ gangsanschluß (1-1) und einem Ausgangsanschluß (1-2), mit:

• - einem piezoelektrischen Substrat mit einem elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten k², auf dem sich akustische Oberflächenwellen ausbreiten;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - mehrere erste Wandler (5-n) zum Anregen akustischer Ober­ flächenwellen mit dem Eingangsanschluß verbunden sind und auf dem piezoelektrischen Substrat in einer ersten Ausbrei­ tungsrichtung einer ersten akustischen Oberflächenwelle an­ geordnet sind;
• - mehrere erste Wandler (6-n) zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen elektrisch isoliert von den ersten Wand­ lern zum Anregen akustischer Oberflächenwellen so in der er­ sten Ausbreitungsrichtung auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, daß die genannten beiden ersten Wandler miteinander verkämmt sind;
• - mehrere zweite Wandler (8-n) zum Anregen akustischer Ober­ flächenwellen elektrisch jeweils mit den ersten Wandlern zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen verbunden sind und sie in einer zweiten Ausbreitungsrichtung einer zweiten aku­ stischen Oberflächenwelle auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind;
• - mehrere zweite Wandler (7-n) zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen elektrisch gegen die zweiten Wandler zum Anregen akustischer Oberflächenwellen isoliert sind und in der zweiten Ausbreitungsrichtung so auf dem piezoelektri­ schen Substrat angeordnet sind, daß die genannten zweiten Wandler miteinander verkämmt sind, wobei die zweiten Emp­ fangswandler mit dem Ausgangsanschluß verbunden sind;
• - wobei einer der ersten Wandler zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen und der zweiten Wandler zum Anregen aku­ stischer Oberflächenwellen jeweils einen ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandler mit Elektrodenfingern umfassen, deren Anzahlen N1, N2 bzw. N3 sind;
• - die Fingerpaare auf dem piezoelektrischen Substrat in der ersten und/oder zweiten Ausbreitungsrichtung der Reihe nach vom ersten, zweiten zum dritten Interdigitalwandler ausge­ bildet sind;
• - der erste Interdigitalwandler elektrisch parallel zum dritten Interdigitalwandler geschaltet ist;
• - der zweite Interdigitalwandler in Reihe sowohl zum ersten als auch dritten Interdigitalwandler geschaltet ist; und
• - die Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare des ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandlers so zueinan­ der in Beziehung stehen, daß N2 < (N1 + N3) < 3×N2 und 2/k² (N1 + N2 + N3) 0,8/k² gelten.

3. Akustisches Oberflächenwellen-Filter mit einem Ein­ gangsanschluß (1-1) und einem Ausgangsanschluß (1-2), mit:

• - einem piezoelektrischen Substrat mit einem elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten k², auf dem sich akustische Oberflächenwellen ausbreiten;

dadurch gekennzeichnet, daß

• - mehrere erste Wandler (5-n) zum Anregen akustischer Ober­ flächenwellen mit dem Eingangsanschluß verbunden sind und auf dem piezoelektrischen Substrat in einer ersten Ausbrei­ tungsrichtung einer ersten akustischen Oberflächenwelle an­ geordnet sind;
• - mehrere Wandler (6-n) zum Empfangen akustischer Oberflä­ chenwellen elektrisch gegen die ersten Wandler zum Anregen akustischer Oberflächenwellen isoliert sind und sie in der ersten Ausbreitungsrichtung auf dem piezoelektrischen Sub­ strat (1) ausgebildet sind;
• - eine Sammelleitung (10) vorhanden ist;
• - die ersten Empfangswandler und die ersten Anregungswandler miteinander verkämmt sind und elektrisch mit der Sammellei­ tung verbunden sind, um ihre Potentiale zeitweilig auszu­ gleichen;
• - mehrere zweite Wandler (8-n) zum Anregen akustischer Ober­ flächenwellen mit der Sammelleitung verbunden sind und in einer zweiten Ausbreitungsrichtung auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind;
• - mehrere zweite Wandler (7-n) zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen gegen die zweiten Anregungswandler elek­ trisch isoliert sind und sie in der zweiten Ausbreitungs­ richtung auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind;
• - die zweiten Empfangswandler und die zweiten Anregungswand­ ler miteinander verkämmt sind und mit dem Ausgangsanschluß verbunden sind;
• - einer der ersten Empfangswandler und der zweiten Anre­ gungswandler jeweils einen ersten, zweiten und dritten In­ terdigitalwandler mit Anzahlen N1, N2 bzw. N3 von Elektro­ denfingerpaaren aufweist, die auf dem piezoelektrischen Sub­ strat in der ersten oder zweiten Ausbreitungsrichtung in der Reihenfolge des ersten, zweiten und dritten Interdigital­ wandlers ausgebildet sind;
• - der erste Interdigitalwandler elektrisch parallel zum dritten Interdigitalwandler geschaltet ist;
• - der zweite Interdigitalwandler in Reihe sowohl zum ersten als auch dritten Interdigitalwandler geschaltet ist; und
• - die Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare des ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandlers so zueinan­ der in Beziehung stehen, daß N2 < (N1 + N3) < 3×N2 und 2/k² (N1 + N2 + N3) 0,8/k² gelten.

4. Akustisches Oberflächenwellen-Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer der ersten Anregungswandler (5-n) und der zweiten Empfangs­ wandler (7-1) jeweils einen vierten, fünften und sechsten Interdigitalwandler mit Anzahlen N1′, N2′ bzw. N3′ von Elek­ trodenfingerpaaren aufweist, wobei die Paare auf dem piezo­ elektrischen Substrat in der ersten und/oder zweiten Aus­ breitungsrichtung in der Reihenfolge des vierten, fünften und sechsten Interdigitalwandlers ausgebildet sind;

• - der vierte Interdigitalwandler elektrisch parallel zum sechsten Interdigitalwandler geschaltet ist;
• - der fünfte Interdigitalwandler in Reihe sowohl zum vierten als auch sechsten Interdigitalwandler geschaltet ist; und
• - die Anzahlen N1′, N2′ und N3′ der Elektrodenfingerpaare des vierten, fünften und sechsten Interdigitalwandlers so zueinander in Beziehung stehen, daß N2′ < (N1′ + N3′) < 3×N2′ und 2/k² (N1¹ + N2′ + N3′) 0,8/k² gelten.

5. Akustisches Oberflächenwellen-Filter mit einem Ein­ gangsanschluß und einem Ausgangsanschluß und mit

• - einem piezoelektrischen Substrat mit einem elektromechani­ schen Kopplungskoeffizienten k², auf dem sich akustische Oberflächenwellen ausbreiten können;
• - mehreren Wandlern (13-n) zum Anregen akustischer Oberflä­ chenwellen, die mit dem Eingangsanschluß verbunden sind und auf dem piezoelektrischen Substrat in der Ausbreitungsrich­ tung der akustischen Oberflächenwellen ausgebildet sind;
• - mehreren Wandlern (14-n) zum Empfangen akustischer Ober­ flächenwellen, die elektrisch gegen die Anregungswandler isoliert sind und mit dem Ausgangsanschluß verbunden sind und in der Ausbreitungsrichtung auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind;
• - wobei die Empfangswandler und die Anregungswandler mitein­ ander verkämmt sind und mit dem Ausgangsanschluß verbunden sind;

dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungswandler und die Empfangswandler jeweils einen ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandler mit Anzahlen N1, N2 bzw. N3 an Elektro­ denfingerpaaren aufweisen, wobei die Paare in der Ausbrei­ tungsrichtung in der Reihenfolge des ersten, zweiten und dritten Innerdigitalwandlers auf dem piezoelektrischen Sub­ strat ausgebildet sind;

• - der erste Interdigitalwandler elektrisch parallel zum dritten Interdigitalwandler geschaltet ist;
• - der zweite Interdigitalwandler in Reihe sowohl zum ersten als auch dritten Interdigitalwandler geschaltet ist; und
• - die Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare des ersten, zweiten und dritten Interdigitalwandlers so zueinan­ der in Beziehung stehen, daß 0,5×N2 < (N1 + N3) < 3×N2 und 2/k² (N1 + N2 + N3) 0,8/k² gelten.

6. Akustisches Oberflächenwellen-Filter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Substrat aus einem nicht-piezoelektrischen Substrat und einem Film besteht, der aus Lithiumniobat (LiNbO₃), Lithiumtantalat (LiTaO₃), Lithiumtetraborat (Li₂B₄O₇), Quarz und/oder Zinkoxid (ZnO) besteht.

7. Akustisches Oberflächenwellen-Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Beziehung zwi­ schen den Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare durch N1 + N3 = K×N2 gegeben ist, der Wert K eines Wand­ lers zum Anregen akustischer Oberflächenwellen von dem eines anderen Wandlers zum Anregen akustischer Oberflächenwellen verschieden ist.

8. Akustisches Oberflächenwellen-Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Beziehung zwi­ schen den Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare durch N1 + N3 = K×N2 gegeben ist, der Wert K eines Wand­ lers zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen von dem eines anderen Wandlers zum Empfangen akustischer Oberflä­ chenwellen verschieden ist.

9. Akustisches Oberflächenwellen-Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die Beziehung zwi­ schen den Anzahlen N1, N2 und N3 der Elektrodenfingerpaare durch N1 + N3 = K×N2 gegeben ist, der Wert K zweier Wand­ ler zum Empfangen akustischer Oberflächenwellen, die einem der Wandlers zum Anregen akustischer Oberflächenwellen be­ nachbart sind, verschieden ist.

10. Antennenweiche mit einem Empfangsfilter (15), dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsfilter durch ein akustisches Oberflächenwellen-Filter nach einem der vorstehenden Ansprü­ che in Kombination mit einem Sendefilter (16) gebildet wird, dessen Ausgangsanschluß parallel zum Eingangsanschluß des Empfangsfilters geschaltet ist, damit ein Antennenanschluß vorliegt;

• - wobei der Ausgangsanschluß des Empfangsfilters ein An­ schluß für einen Empfänger (18) ist; und
• - wobei der Eingangsanschluß des Sendefilters ein Anschluß für einen Sender (19) ist.