DE2131150B2 - Piezoelektrischer breitenbiegeschwingungs-resonator fuer filteranwendungen nach dem energieeinschlussprinzip - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Breitenbiegeschwingungs-Resonator für Filteranwendungen nach dem Energieeinschlußprinzip.

Piezoelektrische Resonatoren nach dem Prinzip des Energieeinschlusses sind bekannt. Bei den bekannten Resonatoren, die aus einer Platte aus piezoelektrischem Kristall (z. B. Quarz) oder piezoelektrischer Keramik mit einem Paar kleiner, auf gegenüberliegenden Plattenflächen liegenden Elektroden bestehen, laufen die Schallwellen in Richtung, die parallel zur Richtung der kleinsten Ausdehnung der Resonatorplatte liegen. Es waren nur Betriebsweisen bekannt, bei denen die Schwingung durch Dickenscherung/Dickendrehung erfolgte (W. Shockley, D. R. Curran and D. J. K ο η e ν a 1, Trapped-Energy Modes in Quartz Filter Crystals, Journal Acoustical Soc. of America, Vol.41, S. 981 bis 993, April 1967). »Energieeinschluß« bedeutet, daß die akustische Energie in einem Gebiet eingeschlossen ist, das nicht viel größer ist als das Elektrodengebiet. Außerhalb des Elektrodengebietes nimmt die akustische Energiedichte exponentiell ab. Daher können zwei einzelne Scheiben mittels einer ausrei-

chenden Entfernung getrennt werden, so d^ß keine nigstens in einem Teil, der von den Plattenenden wesentliche Kol h fi Si k h Eihf

g g , s dß keine nigstens in einem Teil, der von den Plattee

wesentliche Kopplung mehr auftritt. Sie können auch einen Abstand besitzt, piezoelektrische Eigenschaften näher zusammengebracht werden und so eine kon- besitzt und in Dehnungsschwingungen parallel zur trcllierbare Kopplung ergeben. Im letzten Fall ergibt Richtung der Plattenbreite anregbar ist, wenn es die Verkopplung von zwei Stellen ein zweikreisiges 5 eksm elektrischen Wechselfeld ausgesetzt wird, und Bandpaßfilter. Im ersten Fall, bei dem die Resonato- indem eine zweite langgestreckte Platte, die auf der ren akustisch isoliert sind, kann die Kopplung über ersten Platte Fläche auf Fläche liegend so befestigt elektrische Schaltungen erfolgen, um ein Zweipol- ist, daß sie durch eigene Festigkeit oder entgegenge-Filterverhalten zu erhalten. Ein Koppelfilter im setzte Schwingungen die Breitendehnungsschwin-Dickenscher-BeUiebistindenSchrif+snM. Onoe und io gungen der ersten Platte unterdrückt und dadurch H. J um ο η j i, Analysis of Piezoelectric Resonators Breitenbiegeschwingungen erzeugt; daß eine Elektro-Vibrating in Trapped-Energy Modes, Electronics and deneinrichtung an der ersten Platte so befestigt ist, Communications in Japan, Vol. 48, Nr. 9, September daß ein elektrisches Wechselfeld an dem piezoelektri-1965, S. 84 bis 93; R. A. S y k e s , W. L. S m i t h, sehen Gebiet der ersten Platte entfernt von ihren En-W. J. Spencer, Monolithic Crystal Filters, 1967, 15 den in einer solchen Richtung auftritt, daß ohne die IEEE International Convention Record, Part Π, S. 78 von der zweiten Platte ausgeübte Rückhaltung bis 93, beschrieben (s. auch die de· Offenle- Breitendehnungsschwingungen erzeugt wurden, und

gungsschrift 1 416 034). daß die Elektrodeneinrichtung mii dem daran an-

Andere bekannte piezoelektrische Kristalleinrich- grenzenden piezoelektrischen Material und mit der tungen (Aufsatz von S. K e 1 Iy in »Electronic Engi- so zweiten Platte einen Breilenbiegcresonator bildet
neering«, Band XXIII, April 1951, Heft 278, S. 134 Das hat den Vorteil, daß unter Wahrung der Vor-

bis 137), sogenannte »Bimorphe«, die bei Tonabneh- teile der Energieeinschlußresonatoren nach dem Dikmeranwendungen häufig verwendet werden, führen kenschwingungsprinzip auf Grund des bei Biege-Längen-Dicken-Biegeschwingungen aus, während der Schwingungen größeren Hebelarmes und der geringeerfindun«sgemäße Gegenstand Breiten-Dicken- 25 ren Steifigkeit einer Biegung gegenüber einer Deh-Biegeschwingungen ausführt. Ein Energieeinschluß, nung/Pressung die Schwingfrequenz niedriger liegt,
der für die Erfindung wesentlich ist, findet aber nur Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfin-

bei Breiten-Dicken-Biegeschwingungen statt, nicht bei dung, die verbesserte Durchlaßeigenschaften bei FiI-Längen-Dicken-Biegeschwingungen. teranwendungen ergibt, sind weitere Elektrodenein-

Die deutsche Patentschrift 1 248 740 zeigt ein pie- 30 richtungen vorgesehen, die an der ersten Platte so zoelektrisches Element, das zu sattelförmigen Biege- befestigt sind, daß ein elektrisches Wechselgeld durch schwingungen angeregt werden kann. Auch hier ist ein piezoelektrisches Gebiet der ersten Platte entfernt ein Energieeinschluß nicht gegeben. In beiden Fäl- von ihren Enden in einer Richtung auftritt, die ohne len ist zudem eine Zusammenstellung von mehreren die von der zweiten Platte ausgeübte Rückhaltewir-Resonatoren zu Filtern, wenn überhaupt, nur mit 35 kung Breitendehnungsschwingungen erzeugen würde, aufwendigen Zusatzeinrichtungen möglich. und jede der Elektrodeneinrichtungen bildet mit dem

Dagegen bieten die weiter oben beschriebenen mo- angrenzenden piezoelektrischen Material und mit der nolithisch gekoppelten Filter die Vorteile einer klei- zweiten Platte jeweils einen Breitenbiegeschwinnen Größe, Verläßlichkeit und geringer Kosten. Je- gungsresonator, und es ist ein Abstand zwischen bedoch beschränken sich die Filter auf Frequenzen von 40 nachbarten Resonatoren vorgesehen, ausreichend im allgemeinen über 4 MHz. klein für eine elastische Kopplung zwischen den be-

Es werden aber sehr häufig auch Bandpaßfilter be- nachbarten Resonatoren, wodurch der Resonator für nötigt, die bei niedrigeren Frequenzen arbeiten. Ge- Filteranwendungen eine Bandpaßcharakteristik ermaß dem Stand der Technik sind diese aus Induktivi- zielt.

täten und Kapazitäten gebildet oder verwenden eine 45 Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Vielzahl einzelner piezoelektrischer keramischer Re- ist eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, die die sonatoren, die zu einem Filter verbunden sind (siehe Platten an ihren Endbereichen erfaßt, um längenbezoz. B. die USA.-Patentschrift 3 423 700). Nachteilig gene Schwingungen zu unterdrücken. Dadurch werist die große Anzahl individueller Komponen- den ungewünschte Resonanzstellen vermieden,
ten, die einzeln gehandhabt werden müssen und 50 Noch eindeutigere Schwingungen lassen sich mitdabei die Größe und die Kosten erhöhen, aber die tels einer anderen Weiterbildung erzielen, bei der die Zuverlässigkeit vermindern. Außerdem sind die be- zweite Platte ähnlich der ersten Platte ausgebildet ist kannten piezoelektrischen Resonatoren bei einem und eine Elektrodeneinrichtung, wie ai'f der ersten Betrieb mit harten Stoßen und Vibrationen schwierig Platte, darauf befestigt ist.
zu befestigen. 55 Zwei weitere Ausbildungen der Erfindung zeigen

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Resonator verschiedene Befestigungsmöglichkeiten für die Elekfür Filteranwendungen zu schaffen, der auch bei troden, während bei noch einer weiteren Ausbildung starken mechanischen Erschütterungen und Schwin- eine Metallplatte zwischen der ersten und der zweigungen zufriedenstellend arbeitet, und mit dem sich ten Platte angeordnet ist, die gemäß einer anderer in einfacher und zuverlässiger Weise mit monolithi- 60 Ausführungsform elektrische Verbindungen zu dei scher Kopplung ein Filter ergibt, das auch bei niedri- Elektrodeneinrichtungen herstellt, die auf benachbar gen Frequenzen arbeitet, z. B. zwischen einigen hun- ten Flächen der ersten und zweiten Platte befestig dert Hertz bis vielleicht 20 kHz. sind. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfin

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- dung kann die Metallplatte auch selbst als Elektro löst, daß der piezoelektrische Breitenbiegeschwin- 65 deneinrichtung für benachbarte Flächen der erstei gungs-Resonator für Filteranwendungen nach dem und zweiten Platte wirken.

Energieeinschlußprinzip im Biegeschwingungsbetrieb Eine vereinfachte Konstruktion ergibt sich, wen:

arbeitet, indem eine erste langgestreckte Platte we- gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindun

die Elektrodeneinrichtung an den Hauptflächen der an die Platte 3. Falls die Dielektrizitätskonstante des

ersten Platte befestigt ist und die zweite Platte eine Materials groß ist, ist es vorzuziehen, die Gegenelek-

Metallplatte ist, die gemäß einer weiteren Ausgestal- troden direkt an jede Platte gegenüber den Elektro-

tung eine elektrische Verbindung zur Elektrodenein- den 7,8 anzubringen, oder es können die nebenlie-

richtung der benachbarten Fläche der ersten Platte 5 genden Flächen der beiden Platten mit einem Elek-

schafft oder gemäß einer anderen Ausgestaltung trodenmaterial auf ihren gesamten Flächen beschich-

selbst als Elektrodeneinrichtung für die benachbarte tet werden. Die Metallplatte 4 schafft dann die elek-

Fläche der ersten Platte wirkt. trischen Verbindungen zu solchen Gegenelektroden.

Gemäß weiteren günstigen Ausführungsformen der Die Anordnung 1 kann mittels eines Klebstoffes,

Erfindung ist die erste Platte aus Bleizirkonat—Blei- io wie z. B. Epoxydharz, zusammengehalten werden,

titanat zusammengesetzt oder besteht aus einer Um gute elektrische Kontakte zwischen der Kontakt-

A'-Schnitt-Quarz-Kristallplatte, deren Breite parallel platte 4 und Gegenelektrodeneinrichtungen auf anlie-

zur y-Achse verläuft. genden Flächen der Platten 2 und 3 sicherzustellen,

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungs- kann die Epoxydmasse mit leitenden Partikeln ver-

möglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus 15 setzt sein.

den Darstellungen von Ausführungsbeispielen sowie Eine andere Möglichkeit, die Platten aneinander

aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt zu befestigen, besteht darin, daß die Platten mit einer

F i g. 1 einen Resonator, der entsprechend der Er- Schicht bedeckt werden, die aus einem Trägermc-

findung konstruiert und in einer Testschaltung an- dium mit darin suspendierten pulverisiertem Glas

geordnet ist, 20 und pulverisiertem Silber besteht, die Anordnung

F i g. 1 a eine geeignete Ausrichtung einer Quarz- dann zusammengedrückt und danach auf eine Tem-

kristallplatte, die für den Resonator in F i g. 1 ver- peratur erhitzt wird, die ausreicht, um das Glas zu

wendet werden kann, sintern. Dieses Verfahren ist in der USA.-Patent-

Fig. 2 wechselnde Ausrichtungen von Polungs- schrift 2771969 ausführlich beschrieben. Wenn die-

achse und korrespondierender Elektrodenverbindun- as ses Verfahren durchgeführt wurde, können getrennte

gen für Keramikplatten, die bei der Anordnung nach Gegenelektroden entfallen, da das erhitzte Silber

F i g. 1 verwendet werden können, einen innigen Kontakt mit den Oberflächen der Plat-

F i g. 3 die Art und Verteilung der Breitenbiegear- ten 2,3 herstellt. Es ist günstig, die gleiche Schicht zu

beitsweise dieser Erfindung, benutzen, um die Elektroden 7,8 zu bilden. Wenn

F i g. 4 einen Resonator mit einer anderen Elektro- 30 eine äußere Verbindung zu den Gegenelektroden

denanordnung, nicht erforderlich ist, kann die Kontaktplatte 4 fort-

F i g. 5 zwei Resonatoren des in F i g. 1 gezeigten fallen.

Typs, die ein gekoppeltes Filter bilden, Die Elektrode 7 ist durch einen dünnen Draht 10

Fi g. 6 zwei Resonatoren mit einer anderen Elek- mit dem Anscnluß 14 verbunden. Der Draht kann an

trodenanordnung, die ein gekoppeltes Filter bilden, 35 der Elektrode durch leitenden Klebstoff oder durch

und ein Lötmittel befestigt werden, vorzugsweise etwa ein

F i g. 7 vier Resonatoren, die ein gekoppeltes Filter Viertel des Weges von einer der Kanten der Platte

ähnlich der F i g. 5 bilden. nach innen. Die Elektrode 8 ist mittels des Drahtes

F i g. 1 zeigt eine Resonatoranordnung 1, die ge- 11 mit dem Anschluß 15 verbunden. Die Kontaklmäß der Erfindung konstruiert ist. Sie enthält zwei 40 platte 4 ist in der Darstellung mit dem Anschluß 16 Platten 2,3, die in Flächen- zu Flächenlage mit einer verbunden, jedoch kann diese Verbindung unter Umdünnen Metallkontaktplatte4 zwischen sich aneinan- ständen entfallen, wie in Verbindung mit Fig.2 näder befestigt sind. Die Platten 2,3 können passend her beschrieben werden wird. Die Anschlüsse sind in aus einem piezoelektrischen Kristall geschnitten oder schematischer Form dargestellt. In der Praxis könaus geeignetem keramischen Material gebildet sein 45 nen geeignete Anschlüsse von den Wänden eines und in der Dickenrichtung, wie im folgenden im Zu- nicht gezeigten Schutzgehäuses und gleichzeigen Träsammenhang mit der F i g. 2 beschrieben, polarisiert gers für die Anordnung 1 gehalten werden und sich sein. Unter den geeigneten keramischen Materialien durch sie erstrecken.

sind feste Lösungen von Bleizirkonat und Bleititanat, Falls die Platten 2 und 3 aus keramischem Mate-

Bariumütanat und Bleimetaniobat Eine modifizierte 50 rial bestehen, können sie durch Benutzung der Elek-

Bleizkkonat-Bleititanat-Zusammensetzung, die sich troden 7,8 und die über die Platte 4 angeschlossenen

für diesen Gebrauch besonders eignet, ist in den Gegenelektroden polarisiert werden. Dies hat zur

USA.-Patentschriften 3 006 857 und 3 179 594 offen- Folge, daß lediglich die Teile der Platten 2,3 zwi-

bart sehen den Elektroden 7,8 und nahe darum herum

Die Elektrode? ist in der Mitte der unbedeckten 55 polarisiert und dadurch piezoelektrisch werden. Al-Fläche der Platte 2 befestigt, und die Elektrode 8 ist ternativ können vorübergehend Elektroden an die in der Mitte der Platte 3 befestigt. Die Elektroden Platten angebracht oder gegen sie gepreßt werden, können mittels verschiedener bekannter Elektroden- um mehr oder das gesamte keramische Material zu techniken, wie der Vakuummetallablagerungstech- polarisieren. Falls nicht die Hochtemperaturverbinnik, gebildet werden. Falls die Platten 2,3 aus Mate- 60 dung der Anordnung benutzt wird, können die Platrial mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante be- ten vor dem Zusammenbringen polarisiert werden,
stehen, kann die Kontaktplatte 4 als Gegenelektrode Der Prozeß des Polarisierens einer keramischen für die nebenliegenden Flächen der beiden Platten Platte ist bekannt und braucht hier nicht näher bewirken. Die Platte4 und die Elektrode? stellen eine schrieben zu werden. Kurz gesagt wird dabei eine ge-Elektrodeneinrichtang zum Anlegen eines elektri- 63 eignet hohe Gleichspannung eine vorgeschriebene sehen Wechselfeldes an einen Teil der Platte 2 dar. Zeit lang an die Elektroden der Platte angelegt Für Die Platte4 und die Elektrode8 bilden eine Einrich- die Anordnung nach Fig. 1 bestehen verschiedene tung zur Anlegung eines elektrischen Wechselfeldes Möglichkeiten, die Elektroden für eine bestimmte

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Polung und den Gebrauch anzuschließen. Diese einrichtung für die Platte 2, und ähnliche Breitenbie-

Möglichkeiten sind in F i g. 2 dargestellt. gungsresonanzen können erzeugt werden.

In Fig.2a sind die Platten 2,3 während des Po- Fig.3 illustriert in stark übertriebener Form die

lens in Serie geschaltet. Die Verbindung von dem Art und Verteilung der Breitenbiegeschwingungen

Anschluß 16 zum Mittelpunkt der Polarisierungs- 5 mit Energieeinschluß im Grundresonanzbetrieb.

Gleichspannungsversorgung 19 ist nicht erforderlich, F i g. 3 a ist eine Schnittansicht durch den Resona-

.. ι 4 „,„:i „;_o für „ipirh große Süan- tor entlang den, Linien 3α-3α der Fig. 1. Die ausge-

Höchstwert der Auslenkung zei-

SAÄl"^ ^ge£, g. 3 b, eine Ansicht entlang den Linien 3Ö-36

Eine Platte ist daher ^. ⁰^i_nJTJf^gg in Fig. 1, gerade hinter der Kante der Elektrode7,

-^:- ^!"^fc ~ "'"^Wl?pS^S£dung, bei der zeigt e'ine' Ihnliche Biegung, jedoch mit einer stark

feium Sl eine Ste entgegen- Fig. 1, weit entfernt von den Elektroden, zeigt kerne

•™ HinhiirW auf die andere. erkennbare Auslenkung.

^^^.^^.^...^"imHinblckautdieanaer ^^ ^ _{awähU wer}.

In Fig.2d wird der Anschluß 16 nicht^benutot. υ g _berschwingung_en nicht nahe

Wenn daher eine ¥™Tr ^SiS urit st de & |_{reitenbie eresonanz auftreten}.

kann der Anschluß 16 voll *^a"^^Äan Darüber hinaus können Längenbiegeschwingungen

zweitweise Verbindung kann wahrend der roiung ^^ ^^ ^^ Blöcken aus schwingungsabsor-

die Platte 4 angeschlossen werden. bierendem Material 25 gedämpft werden, die an den

Die Wahl zwischen Parallel- ^ &nenvertmdung _{ßn der Anordnungl} angebracht oder geerfolgt auf Grund der gewünschtende kr. sehen m^ ^ ^ ^ ^ ^^ pedanz. Die Seilverbindung hat die ™rf ache ^ιζ_ |_s ^_ηη°_η aus Silikongummi bestehen, der eine stark pedanz der Parallelverbindung. In F ι g. 1 ist eine se _{schwingungsabsorbie}rende Eigenschaft »at, z. B. rienverbindung gezeigt. Generator SYLGARD No. 188, hergestellt von Dow Corning.

Wenn das We-hselspannungss.gnal vom^Generatm ^ ^^ _{außerdem die Halteeinrichtung}

20 zwischen den ^A"^schluss7 "· ^„Π^η* " für die Anordnung in einem nicht gezeigten Schutz-

Fig. 1 gezeigt, angeW™*'^*^^Ma- gehäuse bilden. Dies entlastet die Leitungen 10, 11

piezoelektrische Effekt daß das P¹™^™⁶ Q^ §_{avorij die} Anordnung zu tragen, und schafft einen

terial im Geb.et zwischen Jn Elektroden njed _{der dner starken mec}hanischen Erscl.üt-ST KÄSÄ 2t5ÄVL ₃₅ gjngjd Vibration ohne Beschädig widerste-

gepolte Platten besteht die interessierende Schvvmg^ ^ ^ _{Breitenschwingungsweise beim Betrieb}

neigung darin, daß sich die P atte "^ _{& Resona}iürs benutzt wird, kann die Anordnung

Breite abwechselnd ausdehnt und ™^~Z- mit einer leichten Übergröße in der Breite hergestellt Da jedoch die eine P'a^T £S als Rückhalte- ₄o werden, und die endgültige Frequenzjustierung kann

setzt ist zur anderen, wirkt jede Pia te als «gj" _{durch Schlei}f_en oder andere Arten der Materialent-

einnchtung für die andere, wodurch eine uennu g _{fcrnung von} den Kantenoberflächen in der Nähe des

schwmgung in Länge und Breite verhmdert wml Es ^fj^^,.

treten daher Biegeschwingungen aut. wenn _{Diese Erfindung ist nicht auf die} Benutzung kera-

nuenz des Generators 20 über einen ausreicne s ^^ _{beschränkt Jede}, _{gee5gnete piezoe}.

Ben Bereich variiert wird, können zah ^Γε^ ög^er _{lektrjsche Materia}, _{kann benutzt werden) Z}._B. Plar,

sonanzen nacheinander erregt und JW _{aus x}._Schnitt._Ouarz, _{wie in} F i g. 1 a gezeigt. Mk

sichtbar gemacht werden, die vom ^Mfg_r ^r _a ^a _{mischem zu der} X-Achse senkrechten Elektroden, wie gezeigt,

gezeigt werden. Wenn die miauen aus _{skh a]& einzige} piezoelektrische Erregung in

Material bestehen und die Anordnung I an^aen β Dehnung entlang der Y- und X-Achse, den frei ist, ist die niedngste Resonanzfrequenz «ne ₅o ^ ^^ ^ ^ ^^^ ^ ^ _y__{Achse pap}

Längenbiegungsresonanz. Bei noneren i^ι ₄ ^ ^^ _{zur Breite verläuft Dadurc}h können die er-

können Längenbiegungsoberschwmgung e^ wünschten Breitenbiegeschwingungen induziert wer

werden. Bei einer Frequenz erheblich uoer ^r ^ _{Diese AnQrdmmg venmn}dert Schwierigkeitei

genbiegnngsgmndresonanzkarmemeBreue s ^b Längenbiegeschwingungen, da eine piezoelek

resonanz erregt werden. Diese S^ng^J.r_ ^^ _{Erregmg entlang der z}__{Achge nicht} ^^

bei der vorliegenden Erfindung benuizl·^m _{Qtzt pür} p_araii_ei_Verbindungen sollten zwei identischi

gungsoberschwingungen können ^eD^"^u^ ^₆ platten übereinandergestapelt werden. Für eine Se

werden. Bedingt durch EnergieeasciraiiJ^ rienverbindung sollte eine Platte umgedreht werden

Breitenbiegungsschwingungen nur unter erwünschten entgegengesetzten piezoelektri

nahe den Elektroden auf. ^«^^Senden sehen Effekt zu erhalten.

den 7, 8 zusammen mit dem /^a^^Snden In allen Figuren ist gezeigt, daß sich die Elektro

piezoelektrischen Material und dem M"«™";., _{den bis} ^_n die Kanten der Oberflächen, auf denen si

Einfluß jeder Platte auf die andere einen Breitenoi _{monu&n siad}, erstrecken. Jedoch kann es aus Her

gungsrescnator. „rfalien In diesem 65 Stellungsgründen wünschenswert sein, die Elektrode!

In Fig. 1 kann die ^!4 voSsweise grö- etwas kleiner zu gestalten, so daß sie jene Kante

Fall wird die Dicke ^r ^P1f^e 1,!^!S Bei nicht ganz erreichen, to den Ausfuhrungen de:

ßenordnungsmäßig auf die der" "fj" Rückhalte- F i g. 1, 5, 7 kann diese Reduzierong der Elektroden

dieser Anordnung wirkt die Platte 4 als kucku** & ^ ^

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ausdehnung auch deshalb erwünscht sein, weil sie die F i g. 6 zeigt ein Filter mit zwei Resonatoren der

elektromechanische Kopplung des Resonators etwas in F i g. 4 gezeigten Bauart, um eine höhere elektri-

verbessert. sehe Impedanz zu erhalten. Die Anordnung kann in

Bei Anwendungen, wo eine höhere elektrische der gleichen Weise, wie in F i g. 1 gezeigt, gehalten

Impedanz erwünscht ist, können die piezoelektri- 5 werden.

sehen Platten mit Elektroden auf den Kantenflächen, F i g. 7 zeigt ein Filter ähnlich dem Filter der wie in F i g. 4 gezeigt, versehen werden. Falls die F i g. 5, jedoch mit vier Resonatoren. Die Platte 2 aus Platten 2,3 aus Kristallmaterial geschnitten sind, Kristall oder Keramik ist an der Metallplatte 32, wie muß die Orientierung passend ausgewählt sein, um in F i g. 5, befestigt. Die vier Resonatoren entspreeine entgegengesetzte piezoelektrische Wirkung in io chen den Elektroden 50, 51, 52, 53. Die Ausführung der Breitenschwingerweise zu erzeugen. Wenn die eines gekoppelten Filters mit mehr als zwei gekop-Platten keramisch sind, sollten sie über die Breite pelten Resonatoren erfordert gewöhnlich, daß die entgegengesetzt polarisiert sein. Längenbiegeresonan- zwischenliegenden Resonatoren kurzgeschlossen werzen können durch Dämpferkissen gemäß F i g. 1 un- den. Daher sind die Elektroden 51, 52 über Leiterdrückt werden. 15 tungen 56, 57 und Anschlüsse 58, 59 an Masse

Eine der Platten in F i g. 4 kann aus nicht piezo- gelegt.

elektrischem, isolierendem Material sein. In diesem Eine Metallrückhalteplatte 32 in den F i g. 5 und 7 Fall sind die Elektroden vorzugsweise auf die piezo- kann durch eine piezoelektrische Platte ersetzt werelektrische Platte beschränkt. den, mit oder ohne Verwendung einer Kontaktplatte, Fig. 5 zeigt zwei Resonatoren ähnlich dem Reso- 20 wie der Platte4 in Fig. 1. Im letzteren Fall können nator der Fig. 1, jedoch unter Verwendung nur einer getrennte Gegenelektroden für jeden Resonator verpiezoelektrischen Platte, die zusammen ein gekoppel- wendet werden, die eine Serienbetriebsweise der pietes Filter bilden. Eine piezoelektrische Keramik- zoelektrischen Platten bei jedem Resonator ermögli- oder Kristallplatte 2 ist mit einer Metallplatte 32 ver- chen. Mit einer gemeinsamen Gegenelektrode sollte bunden, diu elektrisch als gemeinsame Gegenelek- 25 die Parallelverbindung benutzt werden, um die Ertrode wirken kann oder als Kontaktplatte für eine dung der Gegenelektrode zuzulassen. In einer noch Gegenelektrodeneinrichtung, die auf der unteren weiteren Abänderung kann die Platte 32 durch eine Fläche der Platte 2 abgelagert sein kann. Mechanisch nicht leitende, nicht piezoelektrische Platte ersetzt wirkt die Platte 32 als Rückhalteeinrichtung für die werden, und auch hierbei ist es möglich, getrennte piezoelektrische Platte 2, um deren Ausdehnung und 30 Gegenelektroden zu verwenden.
Zusammenziehung in Breitenrichtung in eine Bie- Gemeinsame und getrennte Gegenelektroden sind gung zu überführen. im wesentlichen äquivalent. Gemeinsame Elektroden Die Elektrode 33 auf der oberen Fläche der bieten Vorteile bei der Fabrikation und Installation, Platte 2 bildet mit dem piezoelektrischen Material während getrennte Elektroden eine unerwünschte nahe der Elektrode und der Rückhalteeinnchtung 32 35 Kopplung zwischen Eingang und Ausgang über gc einen Breitenbiegeresonator, der der Eingangsreso- meinsame Impedanz vermindern. Ein leicht unternator ist. In ähnlicher Weise wird an der Elektrode schiedlicher Resonatorenabstand kann für gleiche 36 ein Ausgangsresonator gebildet. Bandbreite in beiden Fällen erforderlich sein.

Ein dünner Draht 39 verbindet die Elektrode 33 Die Resonatoren und Filter dieser Erfindung unmit dem Eingangsanschluß 40, und ein Draht 41 ver- 40 terscheiden sich strukturell von bekannten Einfangbindet die Elektrode 37 mit dem Ausgangsanschluß energieresonatoren und -koppelfiltern dadurch, daß 42. Ein gemeinsamer Eingangs-Ausgangs-Anschluß die Elektroden dieser Erfindung sich bis an beide 43 ist mit der Platte 32 verbunden. Eine Signalquelle Kanten oder bis in die Nähe der Kanten der Ober-45 mit einem Widerstand 46, der für einen geeigne- fläche erstrecken, an der sie befestigt sind,
ten Abschluß des Filters ausgewählt ist, steht mit 45 Funktionell unterscheidet sich die Wirkung der dem Resonator, der von der Elektrode 33 gebildet Resonatoren dieser Erfindung von bekannten darin, wird, über die Eingangsanschlüsse 40, 43 in Verbin- daß die vorliegenden Resonatoren in ihrer ausgedung. Der Abschlußwiderstand 47 ist mit dem Reso- wählten Betriebsweise Biegeschwingungen ausführen, nator, der von der Elektrode 36 gebildet wird, über wohingegen Einfangenergieresonatoren der bekanndie Ausgangsanschlüsse 42, 43 verbunden. Die An- 50 ten Art in ihrer ausgewählten Betriebsweise Schwinordnung kann auf Dämpfungskissen, wie in Fig. 1 guagen in Dickenrichtung ausführen,
gezeigt, gehalten werden, um Längenbiegeschwingun- Für beste Resultate sollten Breite und Dicke der gen zu unterdrücken. Filteranordnungen über die Länge in der Nachbar-Bedingt durch die Nähe der Resonatoren besteht schaft der Resonatoren innerhalb sehr kleiner Prozwischen ihnen eine elastische Kopplung. Wenn der 55 zentwerte einheitlich sein, verglichen mit der prozen-Eingangsresonator von dem Generator 45 bei der tualen Bandbreite der Filter. Abweichungen von ausgewählten Breitenresonanzfrequenz oder nahe einer einheitlichen Länge der Anordnung haben dadaran erregt wird, wird Energie elastisch auf den gegen wenig oder keinen Effekt auf die Filterwir-Ausgangsresonator übergekoppelt, der ein elektri- kung. Im Gegensatz dazu brauchen bei gekoppelten sches Signal über der Last 47 erzeugt Wenn der Ab- 60 Filtern der Dickenschwingweise (Stand der Technik) stand zwischen den Resonatoren ausreichend klein die seitlichen Ausdehnungen nicht sorgfältig kontrolist, schafft die kritische cder überkritische Kopplung liert zu werden, jedoch muß die Dicke in sehr engen Bandpaßeigenschaften. Grenzen gehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Piezoelektrischer Breitenbiegeschwingungs-Resonator für Filteranwendungen nach dem Energieeinschlußprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (1) im Biegeschwingungsbetrieb arbeitet, indem eine erste langgestreckte Platte (2) wenigstens in einem Teil, der von den Plattenenden einen Abstand besitzt, piezoelektrische Eigenschaften besitzt und in Dehnungsschwingungen parallel zur Richtungsbreite der Platte anregbar ist, wenn er einem elektrischen Wechsslfeld ausgesetzt wird, und indem eine zweite langgestreckte Platte (3 oder 4), die auf der ersten Platte (2) Fläche auf Fläche liegend so befestigt ist, daß sie durch eigene Festigkeit oder entgegengesetzte Schwingungen die Breitendehnungsschwingungen der ersten Platte (2) unterdrückt und dadurch Breitenbiegeschwingungen erzeugt, daß eine Elektrodeneinrichtung (7) an der ersten Platte (2) so befestigt ist, daß ein elektrisches Wechselfeld an dem piezoelektrischen Gebiet der ersten Platte (2) entfernt von ihren Enden in einer solchen Richtung auftritt, daß ohne die von der zweiten Platte ausgeübte Rückhaltung Breitendehnungsschwingungen erzeugt werden, und daß die Elektrodeneinrichtung (7) mit dem daran angrenzenden piezoelektrischen Material und mit der zweiten Platte einen Breitenbiegeresonator bildet.

2. Piezoelektrischer Resona'or nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weitere Elektrodeneinrichtungen (33, 36), die an der ersten Platte (2) so befestigt sind, daß ein elektrisches Wechselfeld durch ein piezoelektrisches Gebiet der ersten Platte entfernt von ihren Enden in einer Richtung auftritt, die ohne die von der zweiten Platte ausgeübte Rückhaltewirkung Breitendehnungsschwingungen erzeugen würden, und daß jede der Elektrodeneinrichtungen (33, 36) mit dem angrenzenden piezoelektrischen Material und mit der zweiten Platte jeweils einen Breitenbiegeschwingungsresonator bildet, und daß der Abstand zwischen benachbarten Resonatoren ausreichend klein für eine elastische Kopplung zwischen den benachbarten Resonatoren ist, wodurch der Resonator für Filteranwendungen eine Bandpaßcharakteristik erzielt.

3. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Dämpfungseinrichtung (25), die die Platten (2, 3,

4) an ihren Endbereichen erfaßt, um längenbezogene Schwingungen zu unterdrücken.

4. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Platte (3) ähnlich der ersten Platte (2) ausgebildet ist und eine Elektrodeneinrichtung (8), wie auf der ersten Platte (2), darauf befestigt ist.

5. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodeneinrichtungen (7, 8) an den Hauptflächen der beiden Platten (2, 3) befestigt sind.

6. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodeneinrichtungen (7, 8) an den langen Kantenflächen der beiden Platten befestigt sind (F i g. 4).

7. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Metallplatte (4) zwischen der ersten (2) und der zweiten (3) Platte.

8. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch?, dadurch gekennzeichaet, daß die Metallplatte (4) elektrische Verbindungen zu den Elektrodeneinrichtungen (7, 8) herstellt, die auf benachbarten Flächen der ersten und zweiten Platte (2,3) befestigt sind.

9. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (4) als Elektrodeneinrichtung für benachbarte Flächen der ersten und zweiten Platte (2,3) wirkt

10. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodeneinrichtung (7) an den Hauptflächen der ersten Platte befestigt ist und daß die zweite Platte (3,4) eine Metallplatte ist.

11. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (4) eine elektrische Verbindung zur Elektrodeneinrichtung (7) der benachbarten Fläche der ersten Platte (2) schafft.

12. Piezoelektrischer Resonator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (4) als Elektrodeneinxichtung für die benachbarte Fläche der ersten Platte (2) wirkt.

13. Piezoelektrischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte (2) aus Bleizirkonat—Bleititanat zusammengesetzt ist.

14. Piezoelektrischer Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte eine Ä'-Schnitt-Quarz-Kristallplatte ist, deren Breite parallel zur y-Achse verläuft (F ig. la).