DE19902162A1 - Transversalmoden-gekoppelte Resonatorfilter mit verbessertem oberen Sperrbereich - Google Patents

Abstract

Es wird ein aus zumindest zwei transversal gekoppelten Resonatoren bestehendes TCF-Filter vorgeschlagen, bei dem zumindest einem Wandler der beiden Resonatoren ein transversales Anregungsprofil durch Überlappwichtung derart aufgeprägt ist, daß das Übertragungsverhalten des TCF-Filters im Frequenzbereich oberhalb des Durchlaßbereichs verbessert ist.

Description

Transversalmoden-gekoppelte Resonatorfilter, kurz TCF-Filter (Transversal Mode Coupled Resonator Filter) genannt, bestehen aus zumindest zwei Resonatoren, die akustisch miteinander ge­ koppelt sind, so daß sich mehrere Transversalmoden ausbilden können. Jeder Resonator wiederum besteht aus zumindest einem Wandler, der zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist.

Die Anzahl der annähernd verlustfrei geführten Moden der Ge­ samtanordnung ist abhängig von der Anzahl der Resonatoren und von deren Apertur. Jede der Moden besitzt eine eigene Phasen­ geschwindigkeit und damit eine eigene Resonanzfrequenz, die zusammen den Übertragungsbereich des TCF-Filters bilden.

Neben den verlustarm geführten Moden, die die Signalübertra­ gung von einem Einkoppelwandler in Richtung Auskoppelwandler bewirken, existieren jedoch noch weitere unerwünschte Moden, sogenannte Strahlungsmoden, die zu einer Übertragung vom Ein­ koppelwandler zum Auskoppelwandler beitragen und in diesem störende elektrische Signale erzeugen. Diese äußern sich im Übertragungsverhalten des Wandlers und erzeugen unerwünschte Nebenmaxima im Frequenzbereich oberhalb des Durchlaßbereichs.

Fig. 1 zeigt in schematischer prinzipieller Darstellung ein bekanntes TCF-Filter mit vier akustisch gekoppelten Spuren A bis D. Die vier Spuren sind annähernd identisch aufgebaut und bestehen aus einem Wandler W der zwischen zwei Reflektoren R1 und R2 angeordnet ist. Die innenliegenden Spuren B und C sind kurzgeschlossen, wirken nur als Reflektor und ermöglichen ei­ ne Ausbreitung einer akustischen Welle in transversaler Rich­ tung, also senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der aku­ stischen Welle von einem Einkoppelwandler, beispielsweise vom Wandler W_D in Richtung Auskoppelwandler W_A. Es wurde nun ge­ funden, daß jeder im TCF-Filter ausbreitungsfähigen Mode ein eigener Ausbreitungswinkel Θ zukommt. Am Übergang G, G' zwi­ schen den äußeren Wandlern W_A, W_D und der unmetallisierten Umgebung außerhalb des TCF-Filters tritt für Ausbreitungswin­ kel Θ kleiner Θ_g Totalreflexion auf. Dies ist in der Fig. 1 durch die Pfeile 2 veranschaulicht.

Für das in der Figur dargestellte Beispiel werden fünf trans­ versale Moden angenommen, deren Ausbreitungswinkel Θ kleiner ist als der Grenzwinkel Θ_g der Totalreflexion. Diese Moden können den Wellenleiter, das heißt den Resonanzraum bzw. die metallisierte Fläche des Filters in transversaler Richtung nicht verlassen. Durch die an den Wandler angrenzenden Re­ flektoren R wird darüber hinaus verhindert, daß die Energie dieser Moden in longitudinaler Richtung y abgestrahlt werden kann. Dadurch ergeben sich für dieses Beispiel fünf Resonan­ zen, die den fünf verlustarm geführten Moden entsprechen.

Für Ausbreitungswinkel Θ < Θ_g nimmt die Reflektivität des Übergangs vom Wandler in den Bereich der freien Oberfläche kontinuierlich und schnell ab. Transversale Interferenzeffek­ te und damit konkrete Resonanzen können daher kaum noch auf­ treten, es wird vielmehr ein kontinuierliches Spektrum für die Strahlungsmoden mit einem Ausbreitungswinkel Θ größer Θ_g beobachtet. Auch für dieses Spektrum wird Leistung vom Ein­ koppelwandler W_D zum Auskoppelwandler W_A übertragen, wobei die Frequenzen der maximalen Abstrahlung mit steigendem Win­ kel Θ zunehmen, so daß die damit verbundenen Signalanteile oberhalb des Durchlaßbands liegen und dort die Signalunter­ drückung im Sperrbereich beeinträchtigen. Die seitlich abge­ strahlte Leistung in die Strahlungsmoden mit Θ größer Θ_g läßt sich bislang in konstruktiver Weise nicht unterdrücken. Damit gelangt jede dieser in Richtung Auskoppelwandler seit­ lich abgestrahlten Oberflächenwellen auch zum Auskoppelwand­ ler und führt aufgrund der Frequenzabhängigkeit zu der ge­ nannten Reduktion der Sperrselektion im oberen Sperrbereich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die durch die höheren Strahlungsmoden verursachten störenden Anteile im Übertragungsverhalten eines TCF-Filters in gewünschter Weise zu modifizieren und beispielsweise zu unterdrücken oder so zu verschieben, daß in einem gewünschten Frequenzbereich eine Verbesserung der Sperrselektion erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem TCF-Filter nach Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, daß zwischen der transversalen Ausführung der Anregung Transversalmoden­ gekoppelter Resonatorfilter und der Fernfeldabstrahlcharakte­ ristik eines Wandlers eine Beziehung besteht. Diese läßt sich bezogen auf die Feldamplitude A etwa wie folgt darstellen

Dabei bezeichnet θ den Abstrahlwinkel der akustischen Welle, f deren Frequenz, T_i(x) beschreibt die transversale Anregung akustischer Wellen durch eine Fingerüberlappung, wobei T_i(x) im Überlappungsbereich entweder den Wert +1 oder den Wert -1 und außerhalb den Wert 0 annimmt. Mit i sind die Fingerüber­ lappungen von i = 1 bis i = N indiziert, während p die Fin­ gerperiode des Wandlers kennzeichnet. v₀ bezeichnet die Pha­ sengeschwindigkeit einer akustischen Welle mit dem Ausbrei­ tungswinkel θ = 0° und γ bezeichnet den Anisotropieparameter, der die Abhängigkeit der Phasengeschwindigkeit v(θ) vom Ab­ strahlwinkel θ beschreibt: 1/v(θ) = 1/v₀(1-γθ²/2). Für j gilt j = √-1, während {...} die Fouriertransformierte des in Klammern stehenden Ausdrucks darstellt und sich wie folgt an­ geben läßt:

{T_i(x)} = ∫ dxe^{-j(1-γΘ2/2)sin(Θ)2πfx/v₀} T_i(x)
= (F {T_i(x)}|_{kx = (1-γΘ²/2)sin(Θ)2πf/v0} (2)

Hierbei bezeichnet

F {T_i(x)} = ∫ dxe^-jk_xxT_i(x) (3)

die Fourier-Transformierte, wie sie üblicherweise mit dem Pa­ rameter k_x, der transversalen Wellenzahl, definiert wird. Für die Wellenzahl ist wie in Gleichung 2 angedeutet der entspre­ chende Ausdruck zu substituieren.

Um aus der Gleichung (1) die Frequenzen f_m mit maximaler Ab­ strahlung, also die Maxima der Fernfeldabstrahlcharakteristik zu ermitteln, wird nun die Bedingung für konstruktive Anre­ gung formuliert. Die erhält man, wenn der Vorzeichenwechsel der Anregung (-1)ⁱ durch den Vorzeichenwechsel des Exponenten kompensiert wird. Dies ist der Fall, wenn gilt:

π = (1-γΘ²/2)p cos(Θ)2πf/v₀ (4)

Daraus ergibt sich durch Entwickeln der cos-Funktion und Auf­ lösen folgende Näherung für die Frequenz f_m starker Abstrah­ lung:

wobei f₀ = v₀/2p. Aus der Funktion ergibt sich, daß die Fre­ quenzen maximaler Abstrahlung bei kleinen Winkeln näherungs­ weise auf einer Parabel liegen.

Setzt man in Gleichung (2) für die Frequenz f die eben ermit­ telte Funktion für die Frequenz f_m starker Abstrahlung ein, so erhält man die Fernfeldabstrahlcharakteristik für starke Abstrahlung als Funktion des Winkels Θ:

Setzt man den Wandler aus Teilwandlern derart zusammen, daß sich die Überlappungsfolge T₁(x), T₂(x), . . . , T_n(x) N/n-mal periodisch wiederholt, so gilt T_jn+k(x) = T_k(x) für j = 0, 1, 2, . . . N/n -1. Für diesen aus identischen Teilwandlern beste­ henden Wandler ergibt sich die folgende Beziehung für die Fernfeldabstrahlcharakteristik:

Hier wurde durch

eine für die Teilwand­ ler mittlere transversale Anregungsfunktion

definiert.

Die Fernfeldabstrahlcharakteristik für maximale Abstrahlung kann auch als Funktion der Frequenz maximaler Abstrahlung an­ gegeben werden. Dafür wird die Gleichung (5) nach Θ ungefähr gleich

aufgelöst und tan(Θ) ≈ Θ gesetzt:

Mit diesem funktionellen Zusammenhang zwischen der Abstrahl­ charakteristik A(f_m) und der mittleren transversalen Anre­ gungsfunktiont T(x) können nun geeignete mittlere transversa­ le Anregungsfunktionen ermittelt und gefunden werden, die die gewünschten Bedingungen für die Abstrahlcharakteristik erfül­ len.

Die Erfindung besteht also in einem TCF-Filter mit mindestens zwei transversal gekoppelten Resonatoren, von denen zumindest ein Wandler eine Überlappwichtung aufweist, die so ausgeführt ist, daß sich für den Betrag der normierten Fernfeldabstrahl­ charakteristik in einem gegebenen Frequenzbereich ein ge­ wünschtes Verhalten ergibt. Eine vereinfachte Formel zur Be­ rechnung des Betrags der normierten Fernfeldabstrahlcharakte­ ristik für maximale Abstrahlung lautet:

wobei j = √-1, 2p die elektrische Fingerperiode bezeichnet, γ die Abhängigkeit der Wellenzahl

vom Aus­ breitungswinkel Θ der akustischen Welle relativ zur Haupt­ ausbreitungsrichtung y ist und f₀ = v₀/2p die Frequenz maxi­ maler Abstrahlung des Wandlers in longitudinaler Richtung y im Wandlerbereich ist. x_i bezeichnet die transversale mittle­ re Position zwischen den Fingerenden des i-ten Fingers. Hier­ bei wird angenommen, daß der Abstand zwischen den Fingerenden gegenüber der Spurbreite sehr klein ist. Weiterhin wird ange­ nommen, daß elektrostatische Streufelder einen zusätzlichen Beitrag zur Anregung liefern, den man vernachlässigen würde, wenn man als Position das der Überlappung näherliegende Fin­ gerende heranziehen würde.

Für ein erfindungsgemäßes TCF-Filter wird also eine Überlap­ pungswichtung ausgewählt und in die Gleichung eingesetzt, um damit die Abstrahlcharakteristik zu bestimmen. Die Überlap­ pungswichtung wird so gewählt, daß der Betrag der Fernfeldab­ strahlcharakteristik |A(f_m)| in einem oder mehreren gewünsch­ ten vorgegebenen Frequenzbereichen kleiner als ein vorgegebe­ ner Grenzwert oder zumindest minimal ist.

Ein herkömmlicher Wandler ohne transversale Überlappwichtung weist eine in longitudinaler Richtung y gleichbleibende rechteckförmige, transversale Anregungsfunktion auf. Wird diese der Fouriertransformation unterzogen, erhält man daraus eine sin(x)/x-Funktion, die beiderseits eines Hauptmaximums Nebenmaxima aufweist. Erfindungsgemäß werden im Gegensatz zum herkömmlichen Wandler mittlere transversale Anregungsfunktio­ nen gewählt, bei denen die Nebenmaxima unterdrückt oder mini­ miert sind. Ein Beispiel für eine solche Funktion stellt die Gauß-Funktion Be^-βx2 mit reellen Parametern B und β dar, deren Form unter Fouriertransformation invariant ist und die keine Nebenmaxima aufweist. Diese Gauß-Funktion, oder eine andere Funktion, kann durch eine durch Überlappungswichtung reali­ sierbare Treppenfunktion approximiert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Wandlerfinger des überlappgewichteten Wandlers in eine Viel­ zahl von Fingergruppen eingeteilt, die wiederum Teilwandler darstellen. Die Überlappwichtung innerhalb jedes Teilwandlers wird so eingestellt, daß jeder Teilwandler die gewünschte Fernfeldabstrahlcharakteristik für maximale Abstrahlung auf­ weist. Möglich ist es dabei, jedem der Teilwandler die glei­ che Fernfeldabstrahlcharakteristik durch entsprechende Wich­ tung aufzuprägen. Die Wichtung kann jedoch auch für unter­ schiedliche Teilwandler bzw. unterschiedliche Fingergruppen unterschiedlich ausfallen. Entscheidend ist die über den Ge­ samtwandler betrachtete Überlappwichtung.

Die Überlappwichtung läßt sich in dem Wandler weitgehend un­ abhängig von dem akustischen Wellenleiter, den ein solches TCF-Filter darstellt, einstellen. Wird die Erfindung bei­ spielsweise durch einen in Teilwandler aufgeteilten Wandler realisiert, so wird die Anzahl n der Wandlerfinger innerhalb der einzelnen Teilwandler so klein bemessen, daß der Refle­ xionsfaktor des gesamten Teilwandlers kleiner gleich 30 Pro­ zent und besonders vorteilhaft kleiner 15 Prozent ist. In diesem Fall wird in longitudinaler Richtung y gesehen eine homogene Anregung sämtlicher resonanten Moden erhalten. Da durch die vorgenommene Überlappwichtung auch die Anregungs­ stärke der gewünschten resonanten Moden beeinflußt wird, sinkt die Admittanz aufgrund der gegenüber einem herkömmli­ chen Wandler reduzierten Gesamtanregung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines bekannten Vier­ spur-TCF-Filters in schematischer Darstellung.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Winkelabhän­ gigkeit der resonanten Moden eines Filters nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Abstrahlcharakteristik eines ungewichteten Interdigitalwandlers als Funktion des Abstrahlwinkels und der Frequenz in logarithmischer Konturliniendar­ stellung.

Fig. 4 zeigt die Approximation einer geeigneten Anregungs­ funktion durch eine Treppenfunktion.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung den Verlauf der Anregungsfunktion T_i(x) an verschiedenen Positionen eines Wandlers.

Fig. 6 zeigt einen erfindungsgemäß gewichteten und in Fin­ gergruppen aufgeteilten Wandler.

Fig. 7 zeigt die Abstrahlcharakteristik des in Fig. 5 dar­ gestellten Wandlers.

Fig. 8 zeigt die Übertragungsfunktion eines erfindungsgemä­ ßen TCF-Filters mit einem solchen Wandler.

Fig. 9 und 10 zeigen Wandler, bei denen die Phasenge­ schwindigkeit außerhalb des aktiven Wandlerbereiches geeignet eingestellt ist.

Fig. 1 zeigt ein an sich bekanntes TCF-Filter mit vier aku­ stischen Spuren in schematischer Darstellung. Ein erfindungs­ gemäßes TCF-Filter kann ebenfalls in einer solchen Vier­ spuranordnung verwirklicht sein, in dem zumindest einer der beiden Wandler W_A oder W_D das erfindungsgemäße transversale Anregungsprofil bzw. die transversale Wichtung aufweist. Die Erfindung kann jedoch auch mit TCF-Filtern realisiert werden, die eine andere Anzahl von Spuren, zumindest aber deren zwei, aufweisen.

Fig. 2 zeigt schematisch die in einem solchen Filter auftre­ tenden Moden und deren Abstrahlwinkel Θ relativ zur Haupt­ ausbreitungsrichtung y. Aus der Figur geht hervor, daß Moden mit einem Ausbreitungswinkel Θ kleiner Θ_g ein konkretes Spektrum mit einer zugeordneten Resonanzfrequenz ausbilden. Diese Moden können näherungsweise verlustfrei innerhalb des Filters geführt werden. Moden mit einem Ausbreitungswinkel größer Θ_g führen aufgrund der abnehmenden Interferenzeffekte und der zunehmenden Verluste durch seitliche Abstrahlung zu einem kontinuierlichen Spektrum, das sich im Übertragungsver­ halten des Filters in Form von Nebenmaxima erkennen läßt, die im Frequenzbereich oberhalb des Durchlaßbereichs angesiedelt sind.

Fig. 3 zeigt die berechnete Fernfeldabstrahlcharakteristik |A(Θ,f)| dieses bekannten TCF-Filters als Konturliniendia­ gramm mit logarithmischer Auftragung. Aus der Figur läßt sich gut erkennen, daß die Feldverteilung bzw. die Funktion |A(Θ,f)| neben dem Hauptmaximum für die Ausbreitungsrichtung Θ = 0° bei der Mittenfrequenz (hier: f = 400 MHz) noch weite­ re Maxima für von Θ = 0° verschiedene Ausbreitungsrichtungen aufweist, deren Frequenzen über der Mittenfrequenz liegen. Verbindet man die Maxima mit einer Linie, erhält man die be­ reits erwähnte parabelförmige Abhängigkeit A(f_m).

Mit der Erfindung wird nun dieses kontinuierliche Spektrum der unerwünschten Moden bzw. das Abstrahlverhalten des Fil­ ters so beeinflußt, daß das Übertragungsverhalten des Filters im gewünschten Frequenzbereich verbessert ist. Das Übertra­ gungsverhalten wiederum wird durch die angegebene Fernfeldab­ strahlcharakteristik für maximale Abstrahlung angenähert und eingestellt durch die entsprechend ausgewählte Überlappwich­ tung.

Fig. 4 zeigt die Approximation einer geeigneten Anregungs­ funktion T(x) durch eine Treppenfunktion, bestehend aus Rechtsecksfunktionen W0, W1, W2 und W3. Als Anregungsfunktion T(x) ist hier eine Gauß-Funktion gewählt. In einem erfin­ dungsgemäßen Wandler wird diese Treppenfunktion durch die entsprechenden Überlappungen W₀, W₁, W₂ und W₃ in transversa­ ler Richtung x realisiert.

Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung den Verlauf der Anregungsfunktion T_i(x) an verschiedenen Positionen eines Wandlers. Die Hauptausbreitungsrichtung y der Oberflächenwel­ le verläuft parallel zur Abszisse, die tranversale Richtung x ist parallel zur Ordinate dargestellt. Die Anregungsfunktion T_i(x) ist an drei Positionen (i = 1, 2 und 3) zwischen den Wandlerfingern aufgetragen und nimmt in transversaler Rich­ tung x im Bereich der Überlappung, also zwischen den Enden der beiden benachbarten Finger die Werte 1 oder -1 an, außer­ halb der Überlappung dagegen den Wert 0. Der Wert T_i(x) nimmt z. B. zwischen der den Fingerenden des ersten Fingers entspre­ chenden Position x₁ in transversaler Richtung gesehen und der Position x₂ zwischen den Fingerenden des zweiten Fingers den Wert 1 an, zwischen den Positionen x₃ und x₄ dagegen den Wert -1, bedingt durch die Orientierung der Überlappung bzw. durch die Richtung des Überlappungsversatzes.

Fig. 6 zeigt ausschnittsweise einen erfindungsgemäß ausge­ bildeten Wandler, bei dem die Wandlerfinger in Fingergruppen FG aufgeteilt sind. Innerhalb jeder Wandlergruppe FG wird durch entsprechende Überlappwichtung mit Einzelbeiträgen W₀, W₁, W₂ und W₃ eine Anregungsfunktion T(x) realisiert, die wie in Abb. 4 dargestellt eine Gauß-Kurve approximiert. Auf­ grund der geometrischen Einschränkungen der Überlappwichtung ist jede Wandlergruppe FG symmetrisch aufgebaut, so daß sich jede "Treppenstufe" zweimal wiederholt.

Fig. 7 zeigt die Abstrahlcharakteristik A(Θ,f) eines wie in Fig. 6 ausgebildeten Wandlers als Funktion des Abstrahlwin­ kels Θ in Grad (Abszisse) sowie der Frequenz f in MHz (Ordi­ nate). Der Wert der Funktion A(Θ,f) ist in logarithmischen Konturlinien dargestellt. Die Frequenz maximaler Abstrahlung f_m verbindet in der Figur die Maxima und folgt also den höch­ sten Feldamplituden. Aus der Fig. 7 geht klar hervor, daß das Hauptmaximum der Feldamplitude entlang der Kurve f_m zwar verbreitert ist, die Nebenmaxima jedoch einen deutlich nied­ rigeren Betrag aufweisen. Mithin wird mit einem solchen Wand­ ler daher ein TCF-Filter erhalten, dessen Übertragungsfunkti­ on im oberen Frequenzbereich ein verbessertes Dämpfungsver­ halten aufweist.

Fig. 8 zeigt die Übertragungsfunktion eines erfindungsgemä­ ßen TCF-Filters mit vier Spuren (wie in Fig. 1) und gemäß Fig. 6 ausgebildeten Ein- und Auskoppelwandlern. Die gestri­ chelte Linie E entspricht dem Übertragungsverhalten des er­ findungsgemäßen Filters und ist dem Übertragungsverhalten ei­ nes entsprechenden Filters ohne Wichtung gegenübergestellt, welches mit durchgezogener Linie S dargestellt ist. Das Über­ tragungsverhalten im oberen Frequenzbereich (hier oberhalb 403 MHz) ist deutlich verbessert, so daß eine verbesserte Fernselektion gegeben ist.

Aufgrund der Schwarzschen Ungleichung (Unschärfe-Relation) ergibt sich zwar ein verbreiteter Übertragungsbereich (Haupt­ keule bzw. Hauptmaximum) der allerdings durch den Gewinn an Fernselektion (Erniedrigung der Nebenmaxima) mehr als aufge­ wogen wird. Mit der Erfindung können daher die Vorteile von TCF-Filtern wie schmale Bandbreite und niedrige Verluste und insbesondere deren kompakte Bauweise genutzt und trotzdem ei­ ne hohe Fernabselektion erhalten werden, die bislang nur durch über Koppelelemente kaskadierte Filter erreicht wurde. Erfindungsgemäße TCF-Filter können also mit rein akustischer Kopplung der Spuren ausgebildet werden, so daß auf eine elek­ trisch kaskadierte Verschaltung mit Hilfe von zusätzlichen Koppelelementen und insbesondere von Koppelspulen verzichtet werden kann und dennoch eine entsprechend hohe Fernabselekti­ on erreicht wird. Durch den genannten Verzicht auf Koppelele­ mente wird auch die Reproduzierbarkeit der Filter verbessert. Außerdem werden durch Wegfall des externen Koppelelements und der damit verbundenen Verluste die Einfügedämpfung verrin­ gert. Dies ist insbesondere für Filter im höher frequenten Bereich um 400 MHz und höher von Bedeutung.

Prinzipiell sind gewichtete Wandler von anderen Filtertypen her bekannt. Bei einem erfindungsgemäßen Wandler ist jedoch die transversale Abstrahlung optimiert, bei bekannten gewich­ teten Wandlern hingegen die longitudinale Abstrahlung in Hauptausbreitungsrichtung.

Zur Unterscheidung dieser grundsätzlich unterschiedlichen Wichtungen werden die Koeffizienten

a_i = {T_i(x)}|_{Θ =0} = ∫ T_i(x)dx i = 1, . . . N

definiert. Zusätzlich wird die diskrete Fouriertransformation (DFT)

betrachtet, die jedem der N Koeffizienten a_i entsprechende Fourierkoefizienten A_k zuordnet, wobei k = -(N-1)/2, -1, 0, 1, . . . (N-1)/2 für ungerade N und k = -(N/2)+1, . . . , -1, 0, 1, . . . N/2 für gerade N. Zur Optimierung der longitudinalen Abstrahlung werden Wichtungen eingesetzt, die einen starken Abfall des Betragsquadrats |A_k|² für wachsendes |k| zeigen. Zur Optimierung der transversalen Abstrahlung dagegen besit­ zen auch Koeffizienten mit vergleichsweise großem |k| eine relativ große relative Energie |A_k|²/Σ_k|A_k|². Der Energiean­ teil der mittleren fünf Fourierglieder beträgt bei einer er­ findungsgemäßen Wichtungssfunktion weniger als 99% und vor­ zugsweise weniger als 95%. Günstig sind Werte zwischen 80% und 90%.

Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit, die Apertur der Wandler in erfindungsgemäßen TCF-Filtern zu vergrößern, ohne dabei gleichzeitig höhere Moden zu begünstigen. Mit dieser Ausge­ staltung kann die Admittanz erfindungsgemäßer TCF-Filter er­ höht werden, ohne gleichzeitig deren Fernabselektion zu ver­ schlechtern. Diese Ausgestaltung besteht darin, die Phasenge­ schwindigkeit außerhalb des durch die Überlappung bestimmten aktiven Wandlerbereichs a durch die Wahl eines geeignetes Me­ tallisierungsverhältnisses zu beeinflussen. Insbesondere durch ein eingestelltes Metallisierungsverhältnis im trans­ versal an den Wandlerbereich a angrenzenden Bereich b wird die Phasengeschwindigkeit dort auf einen Betrag abgesenkt, bei dem im Wandler nur Moden erwünschter niedriger Ordnung verlustarm geführt werden können. Dazu ist die Phasenge­ schwindigkeit im Bereich b auf einen Betrag eingestellt, der zwischen der Phasengeschwindigkeit im Wandlerbereich a und der höheren Phasengeschwindigkeit im Bereich einer freien nicht metallisierten Oberfläche d liegt.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Wandler ist der Bereich b mit reduzierter Metallisierung zwischen dem aktiven Wandler­ bereich a und der Sammelschiene c angeordnet. Möglich ist es jedoch auch, den Bereich b mit reduzierter Metallisierung auf der dem aktiven Wandlerbereich a gegenüberliegenden Seite der Sammelschienen c anzuordnen und in Form eines Metallisie­ rungsgitters auszuführen.

Fig. 10 zeigt eine solche Ausführung, bei der der transver­ sal an den Wandlerbereich a angrenzende Bereich b mit einge­ stellter Phasengeschwindigkeit dadurch realisiert ist, daß sich metallische Gitterstrukturen, metallisierte Bereiche und freie Oberflächenbereiche abwechseln, wobei sich dieser Be­ reich b mit eingestellter Phasengeschwindigkeit auf der ent­ gegengesetzten Seite der Sammelschiene c befindet wie der Wandlerbereich a.

Claims (11)

1. TCF-Filter, umfassend zumindest zwei transversal gekoppelte Resonatoren mit jeweils einem zwischen zwei Reflektoren angeordneten, als Ein- oder Auskoppelwandler dienenden Wandler, wobei zumindest einer der Wandler so überlappgewichtet ist, daß der Betrag der normierten Fernfeldabstrahlcharakteristik für maximale Abstrahlung
in einem gewünschten Frequenzbereich oberhalb des Durchlaßbe­ reichs minimiert ist oder unter einem gegebenen Grenzwert liegt,
wobei x_i die transversale Position mittig zwischen der Fin­ gerunterbrechung des i-ten von N+1 Fingern bezeichnet, j = √-1, die elektrischen Fingerperiode bezeichnet, γ die Abhängigkeit der Wellenzahl
vom Ausbrei­ tungswinkel Θ der akustischen Welle relativ zur Hauptausbrei­ tungsrichtung y ist und f₀ = v₀/2p die Frequenz maximaler Ab­ strahlung des Wandlers in longitudinaler Richtung y im Wand­ lerbereich ist.

2. TCF-Filter nach Anspruch 1, bei dem die Wandlerfinger des überlappgewichteten Wandlers eine Vielzahl von aus Fingergruppen bestehenden Teilwandlern ausbilden, wobei jeder Teilwandler die gewünschte Fernfeld­ abstrahlcharakteristik aufweist.

3. TCF-Filter nach Anspruch 2, bei dem die Anzahl n der Wandlerfinger der einzelnen Teil­ wandler so klein bemessen ist, daß der Reflexionsfaktor eines jeden Teilwandlers kleiner gleich 30% und insbesondere klei­ ner 15% ist.

4. TCF-Filter nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem durch Mittelung über die diskreten Beiträge aller Wandlerfinger einer Fingergruppe zur Fernfeldabstrahl­ charakteristik ein mittleres Anregungsprofil der Fingergruppe definiert ist, und bei dem das mittlere Anregungsprofil eine Funktion annähert, die nach einer Fouriertransformation ge­ genüber der sin(x)/x-Funktion verringerte Nebenmaxima auf­ weist.

5. TCF-Filter nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem die Überlappwichtung so ausgeführt ist, daß die über einen Teilwandler oder über den gesamten Wandler gemittelte transversale Anregungsfunktion eine Gaußfunktion approxi­ miert:
wobei
T(x) die transversale Anregungsfunktion darstellt,
n die Anzahl der Teilwandler ist und
T_k(x) für die transversale Anregungsfunktion eines Teilwand­ lers steht.

6. TCF-Filter nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die Überlappwichtung des Gesamtwandlers oder des Teilwandlers durch Anwendung numerischer Optimierung bestimmt ist.

7. TCF-Filter nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem die Phasengeschwindigkeit der akustischen OFW im transversal an den Wandlerbereich angrenzenden äußeren Be­ reich auf eine Wert eingestellt ist, der zwischen der Phasen­ geschwindigkeit im Wandlerbereich und der höheren Phasenge­ schwindigkeit auf einer freien nicht metallisierten Oberflä­ che liegt, so daß im Wandlerbereich ausschließlich solche Mo­ den mit einer erwünschten niedrigen Ordnung verlustarm ge­ führt werden können.

8. TCF-Filter nach Anspruch 7, bei dem die Phasengeschwindigkeit im äußeren Bereich durch eine metallische Gitterstruktur eingestellt wird, deren Me­ tallisierungsverhältnis entsprechend gewählt ist.

9. TCF-Filter nach Anspruch 7, bei dem eine mittlere Phasengeschwindigkeit im äußeren Be­ reich dadurch eingestellt wird, daß sich in longitudinaler Richtung Gittergruppen, bestehend aus freien Bereichen, me­ tallisierten Bereichen und Bereichen mit Gitterstruktur in jeweils geeigneten Anteilen, periodisch wiederholen.

10. TCF-Filter nach mindestens einem der Ansprüche 7-9, bei dem die metallische Gitterstruktur oder die Gittergruppen einerseits und der Wandlerbereich andererseits auf transver­ sal entgegengesetzten Seiten einer Sammelschiene des Wandlers angeordnet und unmittelbar an die Sammelschiene angeschlossen sind.

11. TCF-Filteranordnung mit mehreren nach einem der Ansprüche 1-10 aufgebauten TCF-Filtern, die kaskadiert verschaltet sind.