DE2000247B2 - Piezoelektrischer keramischer ringresonator - Google Patents

Description

quenzcharakteristik der elektrischen Scheinleitwerte des Resonators nach der F i g. 1 im Vergleich zu den entsprechenden Merkmalen bekömmlicher piezoelektrischer keramischer Resonatoren zeigt,

F i g. 3 a eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses für den Resonator,

F i g. 3 b eine schaubildliche Darstellung einer anderen Ausführung eines piezoelektrischen keramischen Ringresonators nach der Erfindung,

F i g. 3 c ein Schnitt durch die Halterung und das Gehäuse eines piezoelektrischen keramischen Ringresonators nach der Erfindung.

Die F i g. 1 zeigt einen als Ganzes mit der 10 bezeichneten piezoelektrischen keramischen Ringresonator, bestehend aus einem dünnen piezoelektrischen Keramikring 12, an dessen entgegengesetzten Hauptseiten zwei Elektroden 13 und 14 angebracht sind. An den Elektroden 13 und 14 sind mittels Klebstofischichtcn 15 und 16 zwei leitende Platten 20 und 20' befestigt. Jede leitende Platte 20,20' besteht im wesentlichen aus einer Zuleitungszunge 21,21' und einem leitenden Ring 22, 22', der im wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweist wie der piezoelektrische Keramikring 12. Die Elektroden 13 und 14 überdecken gänzlich die entgegengesetzten Haupt- as seiten des piezoelektrischen Keramikringes 12. Der leitende Ring 22 ist an der Elektrode 13 urter Anwendung eines geeigneten Verfahrens, z. B. mittels eines Epoxid-Klebstoffes oder eines Lötmittels befestigt. Der andere leitende Ring 22' ist an der Eiektrode 14 auf die gleiche Weise befestigt. Die Zuleitungszungen 21 und 21' stehen einander nicht gegenüber, wie in der F i g. 1 dargestellt. Der piezoelektrische Keramikring 12 ist in Richtung dessen Dicke polarisiert.

In der F i g. 2 sind die Frequenzen in kHz auf der waagerechten Achse und die relativen Werte des elektrischen Scheinleitwertes in db aufgetragen. Die mit Vollinie gezeichnete Kurve zeigt den elektrischen Scheinleitwert des piezoelektrischen keramischen Ringresonators 10 nach der Erfindung (Fig. 1), während die gestrichelte Kurve den elektrischen Scheinleitwert des piezoelektrischen Keramikringes 12 zeigt, wenn dieser von einem an die Elektroden 13 und 14 angelöteten Drahtleiter getragen wird. Die Grundresonanzfrequenz der radialen Schwingungen des piezoelektrischen Keramikringes 12 beträgt 455 ~ kHz. Der Ringresonator 10 weist im Frequenzbereich von 500 bis 2000 kHz keine unerwünschten Reaktionen auf.

Es wurde festgestellt, daß die Scheinleitwert/Frequenz-Kennlinie des in der F i g. 1 dargestellten piezoelektrischen keramischen Resonators nach der Erfindung frei ist von unerwünschten Reaktionen innerhalb eines weiten Frequenzbereiches. Der Frequenzbereich, in dem unerwünschte Reaktionen nicht auftreten, kann nach der Erfindung durch Ändern des Verhältnisses Innendurchmesser/Außendurchmesser bestimmt werden.

Für einen mehr als ungefähr 2 MHz umfassenden Frequenzbereich muß. das Verhältnis Innendurchmesser/Außendurchmesser größer als 0,45 sein. Die obere Grenze des Durchmesserverhältnisses hängt von dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten des für den piezoelektrischen Keiramikring verwendeten Materials ab. Ein piezoelektrischer Keramikring mit einem größeren Durclunesserverhältnis weist einen hohen Resonanzwiderstand und einen kleinen mechanischen Gütefaktor Q auf. Bei größer werdendem Durchmesserverhällnis wrmihdert sich außerdem die statische Kapazität des piezoelektrischen Keramikringes. Der wirksame elektromechanische Kopplungskoeffizient des keramischen Ringresonators wird ferner kleiner, wenn das Durchmesserverhältajs größer wird. Ein ZF-Filter mit einem piezoelektrischen dünnen Keramikrrag weist daher eine übermäßig große Eingangsimpedanz und eine schmale Bandbreite auf. Ein solches ZF-Filter ist nicht erwünscht und besonders nicht in einem ZF-Verstärker für AM-Radioempfänger.

Es wurde ermittelt, daß ein hochwertiger piezoelektrischer keramischer Resonator für ein 455 kHz-ZF-Filter geschaffen werden kann, wenn das Durchmesserverhältnis 0,45 bis 0,60 beträgt, und wenn der elektromechanische Kopplungskoefnzient des dünnen Keramikringes 0,34 bis 0,40 beträgt

Werden dicke leitende Platten 20 und 20' verwendet, so weist der fertige Resonator einen kleinen mechanischen Gütefaktor Q auf und erzeugt nur schwache Schwingungen mit kleiner Amplitude. Bei einer breiten Zuleitungszunge 21 werden außerdem unerwünschte Reaktionen verursacht, wie in der F i g. 2 durch die gestrichelte Kurve dargestellt ist. Der piezoelektrische Resonator nach der Erfindung erzeugt die günstigste Leistung, wenn die Dicke der leitenden Platten 20, 20' weniger als 5 % der Dicke des Keramikringes 12 beträgt, und wenn die Breite der Zuleitungszungen weniger als ungefähr 3/10 des Außendurchmessers des Keramikringes 12 beträgt.

Der piezoelektrische Ringresonator kann ohne Schwierigkeiten in ein kleines Gehaust nach der Erfindung eingesetzt werden. Die F i g. 3 a zeigt ein Gehäuse 30 nach der Erfindung, das im wesentlichen aus drei Teilen besteht, und zwar aus den beiden Abdeckgliedern 31 bis 31' und aus einem ringförmigen Rahmen 32, der einen Ansatz 33 mit zwei ebenen Flächen aufweist. Die beiden Anschlußleiter 34 und 35 sind an den ebenen Flächen befestigt. Das Gehäuse 30 wird aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt, z. B. aus einem Epoxidharz, aus Glas oder aus einem keramischen Material.

Bei einem erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Ringresonator können die beiden Leiterzungen einander gegenüberstehen, wie in der F i g. 3 b dargestellt, in der für die gleichen oder einander entsprechenden Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden wie in der F i g. 1. Die Zuleitungszungen 21, 21' sind am Ansatz 33 des Gehäuses festgeklemmt und stehen mit den Anschlußleitern und 35 in Berührung, wie in der F i g. 3 c dargestellt. Nach dem Einsetzen des piezoelektrischen keramischen Ringresonators 10 in dem ringförmigen Rahmen 32, werden die Abdeckglieder 31,31' am Rahmen 32 befestigt. Zwischen den Ringresonator und die Abdeckglieder 31,31' werden aus einem schwammartigen Material bestehende Abstandsscheiben 36, 36' eingesetzt, die den Resonator vor Stoßen und äußeren Erschütterungen schützen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Piezoelektrischer Keramikresonator aus einem dünnen piezoelektrischen Keramikring mit zwei auf gegenüberliegenden Seitenflächen aufgebrachten Elektroden, wobei der Keramikring in Grundresonanz Radialschwingungen ausfuhrt und ein Innen- zu Außendurchmesserverhältnis von 0,45 bis 0,60 aufweist, mit zwei leitenden Platten, die im wesentlichen jeweils aus einer Zuleitungszunge und einem leitenden Ring bestehen, und mit Mitteln, die den piezoelektrischen Keramikring in einem Gehäuse mit einem Ansatz h&ltern, der zwei gegenüberliegende flache Flächen aufweist, wobei die Zuleitungszungen an auf dem Ansatz ausgebildeten Leitungsanschlüssen angebracht sind und das Gehäuse schwammartige Abstandsscheiben aufweist, die die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des piezoelektrischen Keramikringes zusammen mit den beiden leitenden Platten bedecken, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Ringe (22, 22') den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der piezoelektrische Keramikring (12) haben und die Dicke jeder der leitenden Platten (20,20') weniger als 5 °/o der Dicke des Keramikringes beträgt, daß jede der Zuleitungszungen (21,21') weniger als drei Zehntel des Außendurchmessers des Keramikringes breit ist, und daß die leitenden Platten (20, 20') an den Elektroden (13 bzw. 14) des Keramikringes (12) befestigt sind.

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   Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen keramischen Ringresonator aus einem dünnen keramischen piezoelektrischen Ring mit zwei auf die gegenüberliegenden Hauptflächen aufgebrachten Elektroden, wobei der Ring in der Grundresonanz Radialschwingungen ausführt und ein, Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser von 0,45 bis 0,60 hat, mit zwei leitenden Platten, die im wesentlichen jeweils aus einer Zuleitungszunge und einem leitenden Ring bestehen, mit einer Vorrichtung zum Haltern des piezoelektrischen Keramikringes in einem Gehäuse, das einen Ansatz mit zwei gegenüberliegenden flachen Flächen aufweist, wobei die Zuleitungszungen an Zuleitungsanschlüssen befestigt sind, die auf dem Ansatz ausgebildet sind, und wobei das Gehäuse schwammartige Abstandsscheiben aufweist, die die gegenüberliegenden Hauptflächen des piezoelektaschen Keramikringes zusammen mit den beiden leitenden Platten bedecken.

   Es ist beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1144793 und 1192705, die USA.-Patentschrift 1907 425 und die Zeitschrift »Frequenz« Bd. 11 (1957), No. 5, S. 142 bis 145 bekannt, einen piezoelektrischen keramischen Ringresonator aufzubauen, indem man einen dünnen piezoelektrischen Keramikring auf den gegenüberliegenden Hauptflächen mit Elektroden vorsieht und ihn mittels Zuleitungszungen und schwammartigen Abstandsscheiben in einem Gehäuse haltert. Es ist weiterhin bekannt, einen solchen piezoelektrischen keramischen Ringresonator mit «aero Iuaen- zu Außendurchmesserverhältais vom 0,45 Hs 0,60 auszubilden und ihn in der Grundresonanz zu Radialschwmgun-

   gen anzuregen.

   Bei diesem Stand der Technik ist jedoch nachteilig, daß bei derartigen piezoelektrischen Resonatoren unerwünschte Nebenresonanzen einschließlich harmonischerund nichtharmonischer Resonanzen in Form von Radialschwingungen auftreten. Weiterhin sind diese piezoelektrischenResonatorenmit Halterungen versehen,dieim wesentlichen für Ultraschall-Hochleistungswandler und elektromechanische Wandler für Schwingungsfuhler wie z.B. Hydrophone usw. gedacht sind. Hierbei sind die Zuleitungsdrähte bzw. leitenden Platten verhältnismäßig stark und schwer und teilweise direkt an den Elektroden angebracht, wo sie die Eigenschaften des piezoelektrischen Resonators beeinträchtigen. Dadurch weichen die Resonanzeigenschaften und die Einfügungsdämpfung derartiger piezoelektrischer Resonatoren häufig von denen des freien Schwingungszustandes des piezoelektrischen Keramikringes ab.

   Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten piezoelektrischen keramischen Resonator zu schaffen, bei dem die Nebenresonanzen innerhalb eines erforderlichen Frequenzbereiches reduziert sind, der klein und leicht zusammenzubauen ist und gleichzeitig eine geeignete Halterung aufweist, so daß er als piezoelektrisches keramisches Wellenfilter einsetzbar wird, insbesondere als ZF-Filter mit einer Resonanzfrequenz von 455 kHz für Rundfunkempfänger, und dessen Bandbreite für den Einsatz als keramisches ZF-Filter in Rundfunkempfängern geeignet ist.

   Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die leitenden Ringe den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der piezoe'ektrische Keramikring haben, jede der leitenden Platte eine Dicke von weniger als 5 Prozent der Dicke des piezoelektrischen Keramikringes und jede der Zuleitungszungen eine Breite von weniger als drei Zehnteln des Außendurchmessers des Keramikringes hat, und daß die leitenden Platten jeweils an den Elektroden des Keramikringes angebracht sind.

   Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß der piezoelektrische keramische Ringresonator sich bezüglich der Nebenresonanzeigenschaften innerhalb eines erforderlichen Frequenzbereiches erheblich verbessern läßt, daß Abweichungen der Resonanzfrequenz und die Einfügungsdämpfung von den Größen im freien Schwingungszustand wesentlich verringert werden, daß es nicht mehr erforderlich ist, Zuleitungsdrähte an die Elektroden anzulöten oder die leitenden Platten an ihnen zu befestigen, daß sich der Zusammenbau des Resonators automatisieren läßt, da sein Aufbau einfach ist, und daß seine Eigenschaften bezüglich der Bandbreite des Durchlaßbereiches und die Einfügungsdämpfung ihn für Wellenfilteranwendungen — insbesondere als 455-kHz-ZF-Filter in Rundfunkempfängern — geeignet machen.

   Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für die Fachwelt aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ist

   F i £. 1 eine schaubildliche Darstellung eines piezoelektrischen keramischen Ringresonators nach der Erfindung,

   F i g. 2 eine graphische Darstellung, die die Fre-