DE2131170B2 - Piezoelektrischer energieeinfang-resonator fuer filteranwendungen - Google Patents
Piezoelektrischer energieeinfang-resonator fuer filteranwendungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Resonator für Filteranwendungen, der auf dem Energieeinfangprinzip
beruht und mindestens ein Paar Elektroden besitzt.
Piezoelektrische Resonatoren auf dem Prinzip des Energieeinfanges 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 Richtungen, die parallel zur Richtung der kleinsten Ausdehnung
(Dicke) der Resonalorplatte liegen. Es waren nur Betriebsweisen bekannt, bei denen die Schwingung
durch Dickenscherung/Dickendehnung erfolgte (W.
S hock ley, D. R. CurranandD. J. Koneval,
Trapped-Energy Modes in Quartz Filter Crystals, Journal Acoustical Soc. of America, VoL 41, S. 981
bis 993, April 1967). »Energieeinfang« bedeutet, daß die akustische Energie in einem Gebiet eingefangen
ist, das nicht viel größer ist als das Elektrodengebiet. Außerhalb des Elektrodengebietes nimmt die akustisehe Energiedichte exponentiell ab. Daher können
zwei einzelne Scheiben mittels einer ausreichenden Entfernung getrennt werden, so daß keine wesentliehe mechanische Kopplung mehr auftritt. Sie kön-
nen auch näher zusammengebracht werden und so eine kontrollierbare Kopplung ergeben. Im letzten
Fall ergibt die Verkopplung von zwei Stellen ein zweikreisiges Bandpaßfilter. Im ersten Fall, bei dem
die Resonatoren akustisch isoliert sind, kann die Kopplung über elektrische Schaltungen erfolgen, um
ein Zwcipol-Filtcrverhalten zu erhalten. Ein KoppelFilter
im Dickcn-Schcr-Betrieb ist in den Schrifk-n
M. Onoe und H. Jumonji, Analysis of Piezoelectric
Resonators Vibrating in Trapped-Lnercv
Modes, Flcctronics and Comm. Eng. (Japan), Vol. 4K.
Nr. 9 (September 1965), S. 84 bis 93; R. A. S y k e <■.
W. L. Smith, W. J. Spencer, Monolithic Cn, stal
Filters. 1967 IEIZE International Convention Record. Pan 11. S. 78 bis 93. beschrieben.
\Yeili-re Beispiele für Filter, die auf dem Dicken-Schwingbeirieb
mit F.neigieeinfang beruhen, sind die französische Patentschrift 1 524 727, in der eh
monolithisch aufgebautes keramisches Bandpaßfilter für 10.7 MlI/ gelehrt wird, und ein Aufsalz in
-.-A(VSlU~.\<-. Vol. 21 (1969). Nr. 6, S. 351 bis
35"?. in dem ein monolithisches Bandpaßnlter aus
mechanisch verkoppelten piezoelektrischen Resonatoren beschrieben wird, bei denen Resonanzfrequenzen
von 5.5 MHz gemessen wurden.
Die \oruenannten monolithisch gekoppelten Filter
haben den Vorteil einer kleinen Größe, der hohen Verläßlichkeit und der geringen Herstellungskosten.
Jedoch liegen ihre Resonanzfrequenzen im allgemeinen
über 4 MHz.
Bandpaßfilter, die bei niedrig?ren Frequenzen arbeiten, werden vielfach benutzt. /. B. bei Radiocinpfängern
für amplituden-modulierte Wellen. Diese
Empfänger haben Zwischenfrequenzen, die allgemein bei 455 kHz oder 262 kHz liegen. Sie verwenden
ZF-Filter mit aus Induktivitäten und Kapazitäten aufgebauten gekoppelten Resonanzkreisen oder auch
eine Vielzahl einzelner piezoelektrischer Keramikscheibenresonatoren,
die radiale Schwingungen ausführen und zu einem Filter verbunden sind (siehe z. B. das USA.-Patent 3 423 750). Die große Anzahl
individueller Komponenten, die eine individuelle Behandlung erfordern, führt zu Kosten-, Größen- und
Verläßlichkeitsproblemen. Die Keramikresonatoren für radiale Schwingungen sind schwierig anzubringen,
da alle Punkte außer dem Mittelpunkt der Scheibe frei beweglich sein müssen, um bei der
radialen Grundschwingung parallel zur Scheibenfläche schwingen zu können.
In der »Zeitschrift für Physik«, Bd. 120. 1942/43, Nr. 1 und 2, S. 107 bis 120, wird lediglich angedeutet,
daß bei piezoelektrischen Resonatoren mit rechteckigen Platten Schwingungen auch in der
Richtung der Plattenbreite angeregt werden können, wobei die Resonanzfrequenz von dieser Breite abhängt.
Energieeinfangprinzip ist aber den Verfassern nicht bekannt.
Die p p^ot»
können als eiastußge Filter in Verbindung mit einer
Rückkoppluftgsveistsuterschaltui^ auch zur Eizeuguag von Schwiegungea verweadet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorteile ties bei
dem Prinzip des Energiseinfangprinzips mählichen
nionolithisc*ren Aufbaus — kleine GröSe, zuverlässige und stoBunempnndUche Arbeitsweise, geringe
Herstellungskosten — auch bei Resonatoren für FiUeranweadungen far Frequenzen zu erreichen, die
unterhalb von 4 MHz liegen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelost,
daß der Resonator im Breitenschwingungsbe'rieb arbeitet, indem eine langgestreckte Platte von
im wesentlichen einheitlicher Breite vorgesehen ist, die wenigstens in einem von ihren i.ängsenden entfernten
Veil piezoelektrisch ist und in Richtung der Breite beim Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes
schwingen kann, und daß mindesten1* das eine Paar
von Elektroden auf der Oberfläche der Platte so angeordnet ist, daß ein von den Langsenden entfernter
piezoelektrischer Teil der Platte zu Breitendehnungsschwingungen angeregt wird, deren Resonanzfrequenz
\on der Breite der Platte abhängt.
Das hat unter anderem den Vorteil, daß auch Frequeiucn
weit unterhalb von 4 MHz angeregt werden können, ohne daß die Vorteile der monolithischen
Bauweise verlorengingen.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung, die eine niedrige Impedanz aufweist, befinden sich die Elekiroden
auf den Hauptoberflächen der Platte.
Gemäß einer andeien günstigen Weiterbildung, die
eine hohe ltrpedunz aufweist, befinden sich die Elektroden
auf den Oberflächen der langen Kanten der Platte. "
Besonders hohe Kreisgüte ermöglicht eine weitere nützliche Ausgestaltung der Erfindung, bei der die
Platte Bleizirkonai-Bleititanat-Keramik enthält.
Unerwünschte Schwingmoden werden besser unterdrückt,
wenn nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform die Platte an den Endbereichen
von akustisch dämpfendem Material getragen wird. Derartige unerwünschte Schwingmoden können teilweise
auch dadurch unterdrückt werden, daß gemäß einer anderen günstigen Weiterbildung die Platte
A'-Schnitt-Quarz-Kristall enthält, wobei die Breite
der Platte parallel zur !'-Achse des Kristalls verläuft.
Besonders günstige Filterdurchlaßeigenschaften erhält man gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung, wenn weitere Elektrodenpaare auf der Oberfläche der Plade so angeordnet
sind, daß eine akustische Kopplung zwischen benachbarten Resonatoren vorhanden ist. Günstig ist
es auch, wenn die Dicke der Platte in der Größen-Ordnung der Breite der Platte liegt.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der neuen Erfindung ergeben sich aus den Darstellungen
von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung. Es zeigt
F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Resonator in einer Testschaltung,
F i g. 1 a eine geeignete Ausrichtung einer Quarzkristallplatte, die für den Resonator der Fig. 1 verwendet
werden kann,
Fig. Ib eine Abwandlung der Art, in der die Leitungen
an die Elektroden in F i g. 1 angeschlossen sind.
Fig. 2 einen Resonator mit einer aaderea Elektrodsüanordnung,
Fig.3 ZAfcei Resonatoren des Typs nach Fig. 1,
die zu einem gekoppelten Filter vereinigt sind,
Fig.4 zwei Resonatoren in Koppel-Füteranordnung mit einer anderen Elektrodenanordnung,
Fig. 5 vier Resonatoren, die ähnlich der Fig. 3
zu einem gekoppelten Filter vereinigt sind.
Fi g, 1 zeigt einen Resonator gemäß der vorliegen-
den Erfindung, Die piezoelektrische Platte X kann in geeigneter Weise von einem piezoelektrischen Kristall abgeschnitten sein oder aus passendem keramischem Material gebildet und in der Dickenrichtung
gepolt werden. Geeignete Materialien sind beispiels-
weiss feste Lösungen aus Bleizirkonat und Blei-
ütanat, Bariumülanat und Bleimetaniobat. Modifizierte
Bleizirkonat-Bleitiianat-Zusammensetrimgeii,
die sich für diese Verwendung besonders gut eignen, sind in den USA.-Patentschriften 3 006 85"? und
jo 3 17Ό 594 offenbart.
Die Elektroden 3, 4 sind an den Hauptflächen der Platte I nahe ihrem zentralen Teil befestigt. Sie können
mit verschiedenen bekannten Elektrodentechniken, w'/ugvweise jedoch durch eine Vakuummetall-
ablägetung gebildet werden. Wenn eine Keramikplatte
benutzt wird, kann diese polarisiert werden durch Anlegen der Polarisierungsspannung an die
gegenüberliegenden Elektroden. Dies resultiert in einer piezoelektrischen Aktivität lediglich in dem Be-
reich neben den Elektroden. Alternativ kann die Polarisierungsvpannung an vorübergehend angebrachten
Elektroden, die die Hauptflächen teilweise oder vollständig bedecken, angelegt werden, und dies kann
noch vor der Bildung der endgültigen Elektroden geschellen.
Für den Betrieb bei der Grundfrequen/ der Breitenschwingung
sind an die Mittelpunkte der Elektroden dünne Diiihte 12, 13 angelötet oder auf andere
Weise befestigt. Für den Betrieb bei der eisten Oberschwingung können die Verbindungen etwa ein
Sechstel des Weges von einer der beiden Kanten nach innen oder im Mittelpunkt hergestellt weiden. Die
anderen Enden der Drähte sind mit den Anschlüssen 18, 21 verbunden, die schematise!» dargestellt
sind. In der Praxis können geeignete Anschlüsse von den Wänden eines nicht gezeigten Schutzgehäuses
ausgehen und sich durch dieses hindurch erstrecken, unter gleichzeitiger Bildung einer Halteruni; für die
Platte 1.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Resonator in
einer Testschaltung dargestellt, die einen Signalgenerator 22 mit variabler Frequenz und ein Strommeßgcrät
24 aufweist.
Wenn mittels des Generators 22 ein Weehselspannungssignal an die Elektroden 3. 4 angelegt wird,
führt der bekannte piezoelektrische Effekt dazu, daß das piezoelektrische Material im Bereich zwischen
den Elektroden synchron mit dem Signal schwingt. Wenn daher die Frequenz des Generators 22 über
einen ausreichend großen Bereich verändert wird, können eine Vielzahl von mechanischen Resonanzen
aufeinanderfolgend erregt und mit Hilfe der Stromspitzen, die hei 24 angezeigt werden, ermittelt werden.
Wenn die Platte 1 eine keramische Platte ist, ist die unterste Resonanzfrequenz eine Längendehnungsresonanz.
Bei dieser Frequenz ist die Länge der Platte gleich einer halben Wellenlänge für eine Dchnungsvvclle,
die sich in Längenrichtung fortpflanzt.
Die Platte als Ganzes streckt sich und zieht sich zusammen synchron mit dem angelegten Signal, wobei
maximale Beanspruchung, doch minimale Verschiebung im Mittelpunkt der Platte auftritt. Die gesamte
Platte wirkt daher als Resonator, Längendehnungsoberschwingungen können ebenfalls erregt werden.
Bei höheren Frequenzen kann eine Breitenausdehnungsresonanz erregt werden, und diese Betriebsweise
wird bei der vorliegenden Erfindung benutzt. Alternativ können Breitenausdehnungsoberschwingungen
verwendet werden. Bedingt durch Energieeinfang treten die Schwingungen parallel zur Breite
nur unter und relativ nahe den Elektroden auf. Daher stellen die Elektroden 3 und 4 zusammen mit dem
zwischenliegenden piezoelektrischen Material einen Breitenausdehnungsresonator 6 dar. Es wird darauf
hingewiesen, daß anders als bei bekannten Energieeinfangresonatoren der Resonator der F i g. 1 in der
Breiten- und Dicken-Richtung der Platte ohne Einschränkung ist. Die Länge der Platte sollte so ausgewählt
werden, daß die Längendehnungsoberwellen nicht in die Nähe der gewünschten Breitenschwingungsresonanz
fallen. Darüber hinaus können die Längenschwingungen durch Kissen oder Blöcke aus
schwingun.üsabsorbierendem Material 25 an der Platte 1 an den Endbereichen befestigt oder gegen
sie gepreßt werden. Kissen 25 können aus Silikongummi mit schwingungsabsorbierender Eigenschaft
oder aus Epoxydharz hergestellt werden. Dies entlastet
die Leitungen 12. 13 davon, die Platte 1 zu tragen und schafft einen Resonator, der starken
mechanischen Erschütterungen und Vibrationen ohne Beschädigung widerstehen kann.
Da die Breitenausdehnungsarbeitsweise bei diesem Resonator ausgenutzt wird, ist die Einstufung der
gewünschten Resonanz in dem Frequenzspektrum durch die Auswahl einer passenden Breite für die
Platte 1 bestimmt. Falls erwünscht, kann die Platte in der Breite eine leichte Übergröße haben, um eine
endgültige Frequenzjustierung durch Schleifen oder ein andersartiges Entfernen von piezoelektrischem
Material von den Kantenoberflächen in der Nahe des Resonators vorzunehmen. Die Erfindung beschränkt
sich nicht auf die Benutzung keramischer Platten. Jedes geeignete piezoelektrische Material kann verwendet
werden. 7. B. eine Platte aus A'-Schnitt-Quarz.
wie in Fig. la gezeigt. Mit senkrecht zur .Y-Achse
angeordneten Flek'rode. wie gezeigt, ist die einzige
piezoelektrische Lrregung in Quarz eine Ausdehnung entlang der Y- und .V-Ach se. Die Platte ist so ausgerichtet,
daß die V-Achse parallel zur Breite verläuft. Daher können die erwünschten Breitcnausdehnuncsschw
indungen induziert werden. Diese Anordnung beseitigt weitgehend Schwierigkeiten auf Grund
von Längenausdehnungsschwinguncen. da es keine piezoelektrische Erregung entlang der Z-Achse gibt.
Fi C 1 b zeigt eine andere Anordnung zur Hent-.-llunc
der elektrischen Verbindungen zu den Elektroden der Fig. 1 und eine ähnliche Hinrichtung kann
bei anderen Ausführungen benutzt werden. Fin
schmaler Streifen aus leitendem Material ist auf der Platte angebracht und erstreckt sich von der Flcktrode
4 zum Ende der Platte, wo die Leitung 14 angebracht Ni. In ähnlicher Weise erstreckt sich ein
leitender Streifen 31 von der Elektrode 3 zu dem Ende der Platte, an die die Leitung 12 angebracht
ist. Da an den 1 nden der Platte bei Arbcitsfrcqucnz
des Resonator·· Urne Schwingungen entstehen, hat
die Befestigung der Leitungen, so wie sie gezeigt ist, keinen unerwünschten Einfluß. Vorzugsweise ist die
Platte in dieser Konstruktion nur in der Gegend des Resonators und der unmittelbaren Umgebung polarisiert,
und dies wurde vor Aufbringen der leitenden Streifen 30 und 31 vorgenommen.
In allen Figuren werden Elektroden gezeigt, die sich bis zu den Kanten der Oberflächen, auf denen
sie montiert sind, erstrecken. Jedoch kann es aus Herstellungsgründen wünschenswert sein, die Elektroden
etwas kleiner zu machen, so daß sie jene Kanten nicht ganz erreichen. In den Ausführungen
der Fig. 1, 3. 5 kann diese Reduzierung der Elektrodenausdehnung
auch deshalb erwünscht sein, weil sie die elektromechanischc Kopplung des Resonators
leicht verbessert.
Die elektrische Impedanz des Resonators nach F i g. 1 hängt von der Dicke der Platte ab. Daher
kann die Impedanz durch Aussuchen einer passenden Dicke in der Ausführung gesteuert werden. Die minimale
Dicke ist durch praktische mechanische Überlegungen bestimmt. Wenn die Plattendicke erhöht
wird und sich der halben Wellenlänge nähert, arbeitet der Resonator in einer Kombination aus Breiten-
und Dickenschwingung. Bei Anwendungen, wo noch höhere elektrische Impedanzen erwünscht sind, kann
die piezoelektrische Platte mit Elektroden auf den Kantenflächen, wie in Fig. 2 gezeigt, ausgerüstet
werden. Wenn die Platte von Kristallmaterial abeeschnitlen
wird, muß die Orientierung geeignet ausgewählt werden, um eine piezoelektrische Wirkung
als Breitenschwinger zu erhalten. Falls es sich um eine keramische Platte handelt, sollte sie über die
Breite polarisiert werden. Mit dieser Elektrodenanordnung verändert sich die elektrische Impedanz
im Verhältnis zur Breite der Platte.
Fig. 3 zeigt ein gekoppeltes Filter aus zwei Breitenschwingeresonatoren
der Art. wie sie in Fig I gezeigt sind. Die Elektroden 3. 4 stellen den Resonator
6 wie in Fig. 1 dar. Die Flekiroden 9. 10 bilden
einen zusätzlichen Resonator 7. Eine Signalquelle 26 mit einem Widerstand 27. der ausgewählt ist. um da-Filter
geeignet abzuschließen, ist mit dem Resonator 6 über die Eingangsanschlüsse 18. 21 verbunden
Die Elektroden 9. 10 des Resonators 7 sind übci
flexible Leitungen 14. 15 mit Ausgangsan^chlüsser 19. 20 verbunden, an denen ein AbsehliiOAiderstaiK
23 angeseh'mssen ist. Die Platte 1 kann, wie i:
Fig. 1. auf Dampfungskissen gehalten werden.
Infolge der engen Nachbarschaft der Resona,τα
ergibt sich eine akustische Kopplung zwischen dei
Resonatoren. Wenn daher der Resonator 6 mind des Generators 26 mit der ausgewählten Brciiervvs»!
nanzfrequenz oder einer nahe daran liegenden Fre quenz erreet wird, wird Energie akustisch au! dei
Resonator 7 übcrgekoppelt. der über der Last 23 en
elektrisches Signal erzeugt. Wenn der Abstand zwi sehen den Resonatoren ausreichend klein ist. er/.eue
die kritische oder überkritische Kopplung Bandpaß eigenschaften.
Fig. 4 zeigt ein Zwei-Resonatorcnfiltci ähnüc
dem Filter nach Fig. 3. jedoch mi Elektroden au den Kanten der Platte, wie in Fi e. 2. um eirc höher
elektrische Impedanz zu erreichen. Die J'lat'c 1 kan
in der gleichen Art gehalten werden, wie es in Fi g.
gezeigt ist.
Fig. 5 zeigt ein gekoppeltes Filter mit \ier Resc
natoren. Die Platte 1 kann wie in Fiel montiei
sein. Die vier Resonatoren entsprechen den Elektroden 33, 34, 35, 36 auf der oberen Oberfläche der
Platte 1. Die Gegenelektroden auf der unteren Fläche sind zu einer kontinuierlichen Elektrode 37 vereinigt.
Die Arbeitsweise ist im wesentlichen die gleiche, wie mit getrennten Elektroden, obwohl es
notwendig sein kann, den Abstand der Elektroden 33 bis 36 wieder zu justieren, um die gleiche Bandbreite
zu erzeugen. Auf diese Weise wirken z. B. die Elektrode 33 und der Teil der Gegenelektrode 37
gegenüber der Elektrode 33 wie ein Paar separater Elektroden und sind diesen äquivalent, die zusammen
mit dem benachbarten piezoelektrischen Material einen Breitenschwingerresonator gemäß F i g. 3 bilden.
Die Verwendung einer gemeinsamen Elektrode
hat den Vorteil der Reduzierung der Anzahl von Verbindungsleitungen, die auf den Elektroden befestigt
werden müssen und verringert dadurch die Kosten und steigert die Verläßlichkeit. Jedoch muß
Sorge dafür getragen werden, daß eine nennenswerte Impedanz des Kreises von der gemeinsamen Elektrode
nach Masse vermieden wird. Die gemeinsame Gegenelektrodenanordnung kann in den Ausführungen
nach den F i g. 3 und 4 ebenso benutzt werden, und, falls erwünscht, können getrennte Elektroden
an Stelle der gemeinsamen Elektroden 37 in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 benutzt werden.
Die Filter dieser Erfindung unterscheiden sich strukturell von bekannten gekoppelten Filtern dadurch,
daß die Elektroden sich nach beiden Kanten oder nahezu an die Kanten der Oberfläche, an die
sie angebracht sind, erstrecken.
Funktionell unterscheidet sich die Wirkung der Resonatoren dieser Erfindung von bekannten dadurch,
daß die vorliegenden Resonatoren in ihrer ausgewählten Betriebsart frei sind, sowohl in der Breiten- als
auch in der Dicken-Richtung der Platte zu schwingen, wohingegen Resonatoren der bekannten gekoppelten
Filter in ihrer ausgewählten Betriebsweise lediglich frei sind, in der Dicken-Richtung zu schwingen.
Die Wellenfortpflanzung in einem Resonator,
ίο der entsprechend dieser Erfindung arbeitet, ist parallel
zur Breitendimension der Platte. Bekannte Einschlußenergie-Resonatoren und gekoppelte Filter
haben eine Wellenfortpflanzung parallel zur Dicke oder kleinste Dimension der Platte. Für die besten
J5 Ergebnisse bei gekoppelten Filtern sollte die Breite
der Platte 1 in der Nähe der Resonatoren in Längsrichtung
innerhalb eines Prozentsatzes konstant sein, der sehr klein, verglichen mit der Prozentbandbreite
des Filters, ist. Abweichungen in der Konstanz von Dicke und Länge der Platte haben wenig oder keinen
Effekt auf die Wirkungsweise der Filter. Im Gegensatz dazu braucht bei bekannten gekoppelten
Filtern mit Dickenschwingung die seitliche Dimension nicht sorgfältig kontrolliert zu werden, jedoch
muß die Dicke innerhalb enger Grenzen gehalten werden.
Bei Frequenzen weit oberhalb der Arbeitsfrequenz des Filters können Dickenausdehnungsresonanzen
und Oberschwingungen erregt werden. Allgemein
jedoch schaffen die in dieser Erfindung benutzter Elektroden keine Voraussetzung für eine Arbeitsweise
als Dickenschwinger-Koppelfilter.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Piezoelektrischer Energiecinfang-Resonator für Filteranwendungen mit mindestens einem
Paar von Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (6) im Breitenschwingungsbetrieb arbeitet, inüeni eine langgestreckte Platte (1) von im wesentlichen einheitlicher Breite vorgesehen ist, die wenigstens in einem von ihren Längsenden entfernten Teil piezoelektrisch ist und in Richtung der Breite
bei Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes (22) schwingen kann und daß das mindestens eine
Paar von Elektroden (3, 4) auf der Oberfläche der Platte (1) so angeordnet ist, daß ein von den
Längsenden entfernter piezoelektrischer Teil der Platte (1) zu Breitendehnungsschwingungen angeregt
wird, deren Resonanz-Frequenz von der Breite der Platte (1) abhängt. ao
2. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektroden (3, 4) auf
den Hauptoberflächen der Platte (1) befinden.
3. Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Elektroden (3, 4) auf den Oberflächen der langen Kanten der Platte (1)
befinden.
4. Resonator nach Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) Bleizirkonat-Bleititanat-Keramik
enthält.
5. Resonator nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) an ihren
Endbereichen von akustisch dämpfendem Material (25) getragen wird.
6. Resonator nach Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1)
λ'-Schnitt-Quarz-Kristall enthält, wobei die Breite
der Platte (1) parallel zur Y-Achse des Kristalls verläuft (Fig. 1 a).
7. Piezoelektrischer Energieeinfang-Resonator für Filteranwendungen nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Elektrodenpaare (9, 10) auf den
Oberflächen der Platte (1) so angeordnet sind, daß eine akustische Kopplung zwischen benachharten
Resonatoren (6, 7) vorhanden ist.
8. Resonator nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der Platte (1) in der Größenordnung der Breite der Platte (1) liegt.
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JPS539917B2 (de) * | 1973-05-02 | 1978-04-10 | Suwa Seikosha Kk | |
US4076987A (en) * | 1976-12-10 | 1978-02-28 | Societe Suisse Pour L'industrie Horlogere Management Services S.A. | Multiple resonator or filter vibrating in a coupled mode |
US4365181A (en) * | 1979-07-18 | 1982-12-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator with damping electrodes |
US4356421A (en) * | 1980-03-25 | 1982-10-26 | Tohoku Metal Industries, Ltd. | Piezoelectric resonators of an energy-trapping type of a width extensional vibratory mode |
KR920005610B1 (ko) * | 1985-04-11 | 1992-07-09 | 도오요오 쓰으신끼 가부시끼가이샤 | 오버톤 발진용 압전 공진자 |
JPH0752820B2 (ja) * | 1990-02-28 | 1995-06-05 | 日本電波工業株式会社 | 多電極水晶振動子 |
US5311096A (en) * | 1991-01-25 | 1994-05-10 | Seiko Electronic Components Ltd. | KT cut width-extensional mode quartz crystal resonator |
DE4322144C2 (de) * | 1992-07-03 | 1997-06-05 | Murata Manufacturing Co | Vibratoreinheit |
US5541469A (en) * | 1993-04-14 | 1996-07-30 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Resonator utilizing width expansion mode |
DE4419085C2 (de) * | 1993-05-31 | 1999-09-02 | Murata Manufacturing Co | Chipförmiger Baustein mit piezoelektrischer Resonanz |
US5621263A (en) * | 1993-08-09 | 1997-04-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonance component |
DE4429132C2 (de) * | 1993-08-17 | 1998-06-04 | Murata Manufacturing Co | Abzweigfilter |
US5648746A (en) * | 1993-08-17 | 1997-07-15 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Stacked diezoelectric resonator ladder-type filter with at least one width expansion mode resonator |
US5552655A (en) * | 1994-05-04 | 1996-09-03 | Trw Inc. | Low frequency mechanical resonator |
JP3114526B2 (ja) * | 1994-10-17 | 2000-12-04 | 株式会社村田製作所 | チップ型圧電共振部品 |
EP0877480A3 (de) * | 1997-05-09 | 2000-03-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | In Dickenausdehnungsmodus vibrierender piezoelektrischer Resonator und piezelektrisches Resonatorbauteil |
JP3322169B2 (ja) * | 1997-06-12 | 2002-09-09 | 株式会社村田製作所 | エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子 |
JP3695615B2 (ja) * | 1997-06-12 | 2005-09-14 | 株式会社村田製作所 | エネルギー閉じ込め型厚み縦圧電共振子 |
JP3938292B2 (ja) * | 2000-08-10 | 2007-06-27 | リオン株式会社 | 圧電性物質を用いた弾性波制御素子 |
JP3473567B2 (ja) * | 2000-10-30 | 2003-12-08 | 株式会社村田製作所 | 圧電共振子およびこの圧電共振子を用いたラダー型フィルタ |
JP3465685B2 (ja) * | 2000-11-09 | 2003-11-10 | 株式会社村田製作所 | 面積屈曲振動を利用した3端子フィルタ |
US6958566B2 (en) * | 2001-08-16 | 2005-10-25 | The Regents Of The University Of Michigan | Mechanical resonator device having phenomena-dependent electrical stiffness |
US6720844B1 (en) * | 2001-11-16 | 2004-04-13 | Tfr Technologies, Inc. | Coupled resonator bulk acoustic wave filter |
WO2003055063A1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-07-03 | University Of Pittsburgh | Tunable piezoelectric micro-mechanical resonator |
DE10319554B4 (de) * | 2003-04-30 | 2018-05-09 | Snaptrack, Inc. | Mit akustischen Volumenwellen arbeitendes Bauelement mit gekoppelten Resonatoren |
US10211805B2 (en) | 2014-02-11 | 2019-02-19 | Agency For Science, Technology And Research | Micro-electromechanical resonators and methods of providing a reference frequency |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1860529A (en) * | 1925-08-01 | 1932-05-31 | Rca Corp | Electromechanical system |
USRE20213E (en) * | 1927-05-06 | 1936-12-22 | Piezoelectric device | |
US2472753A (en) * | 1946-08-16 | 1949-06-07 | Bell Telephone Labor Inc | Piezoelectric crystal apparatus |
US2484950A (en) * | 1947-04-09 | 1949-10-18 | Brush Dev Co | Bender type electromechanical device with dielectric operating element |
US3222622A (en) * | 1962-08-14 | 1965-12-07 | Clevite Corp | Wave filter comprising piezoelectric wafer electroded to define a plurality of resonant regions independently operable without significant electro-mechanical interaction |
US3437848A (en) * | 1964-09-24 | 1969-04-08 | Telefunken Patent | Piezoelectric plate filter |
US3453458A (en) * | 1965-04-19 | 1969-07-01 | Clevite Corp | Resonator supporting structure |
US3325743A (en) * | 1965-12-23 | 1967-06-13 | Zenith Radio Corp | Bimorph flexural acoustic amplifier |
DE1591330B2 (de) * | 1966-09-30 | 1972-05-25 | Nippon Electric Co. Ltd., Tokio | Piezoelektrischer biegeschwinger |
US3384768A (en) * | 1967-09-29 | 1968-05-21 | Clevite Corp | Piezoelectric resonator |
US3562792A (en) * | 1968-06-04 | 1971-02-09 | Clevite Corp | Piezoelectric transformer |
GB1197129A (en) * | 1968-06-04 | 1970-07-01 | Gen Electric & English Elect | Improvements in or relating to Monolithic Crystal Filters |
US3573672A (en) * | 1968-10-30 | 1971-04-06 | Bell Telephone Labor Inc | Crystal filter |
US3517350A (en) * | 1969-07-07 | 1970-06-23 | Bell Telephone Labor Inc | Energy translating device |
-
1970
- 1970-06-24 US US49286A patent/US3699484A/en not_active Expired - Lifetime
- 1970-06-24 US US49497A patent/US3614483A/en not_active Expired - Lifetime
-
1971
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