DE2132985C3

DE2132985C3 - Piezoelectric filter based on the surface wave principle

Info

Publication number: DE2132985C3
Application number: DE19712132985
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Wilhelm 8022 Grünwald Kuny
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-02
Filing date: 1971-07-02
Publication date: 1981-06-04
Also published as: IT956899B; DE2132985B2; DE2132985A1

Description

Die Erfindung betrifft jin piezoelektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip mit einer in Dickenrichtung vorpolarisierten Platte aus Piezokeramik oder einem geeignet geschnittenen piezoelektrischen Kristall und mit einer Elektrodenanordnung, bestehend aus zwei im Abstand auf einer Plattcnscite aufgebrachten, schichtförmigen. elektrisch leitenden Elektrodenpaaren mit jeweils kammartig ineinandergreifenden Zinken, deren eines Elektrodenpaar als Filtereingang und deren anderes Elektrodcnpaar als Filterausgang dient, und wobei weitere Wandler für Nebenresonanzen im Eingang und Ausgang in Paralleloder Serienschaltung vorgesehen sind.The invention relates to a piezoelectric filter based on the surface wave principle with an in Thickness direction prepolarized plate made of piezoceramic or a suitably cut piezoelectric Crystal and with an electrode arrangement consisting of two spaced apart on a plate applied, layered. electrically conductive Electrode pairs each with comb-like interlocking prongs, one of which is an electrode pair as Filter input and its other pair of electrodes serves as a filter output, and further converters for Secondary resonances are provided in the input and output in parallel or in series.

Legt man an die kammartig ineinandergreifenden Zinken des einen, als Eingang dienenden Elektrodenpaars eine elektrische Wechselspannung an. so entstehen zwischen benachbarten Zinken elektrische Wechselfelder. die gemeinsam mit der Vorpolarisation in der Platte aus Piezokeramik oder piezoelektrischem Krittall S'.-herkräfte erzeugen, deren Richtung von Zinkenabstand zu Zinkenabstand wechselt. Die Scherkräfte regen in der Platte Oberflächenwellen an. Als Platte dient beispielsweise neodymhaltigc Bleikeramik.If you place it on the comb-like interlocking prongs of one pair of electrodes serving as an input an electrical alternating voltage. this creates alternating electrical fields between adjacent tines. which together with the pre-polarization in the plate made of piezoceramic or piezoelectric Krittall S '.- generate forces whose direction is from Tine spacing changes to tine spacing. The shear forces excite surface waves in the plate. as Plate is used, for example, neodymium-containing lead ceramic.

In der t IS-PS 35 51 8J7 ist ein Oberflächenwellenfilter beschrieben, bei dem unter anderem eingangsseitig und ausgangsseitig den Wandlern für die Haupiresonanz mehrere Wandler für Nebenresonanzen parallel oder in Serie geschaltet sind, jedoch dient dies allein der Unterdrückung vor- oder nachlaufender Nebenimpulse, d.h. der Unterdrückung zeitlicher Nebenzipfcl. wie sie bei der Übertragung von Impulsfolgen und deren Derhiffrieriingen iniftrcttn. Das bekannte Oberflächenwellenfilter bezieht sich somit allein auf Impulsfilter, bei denen durch eine physikalisch ahnlich erscheinende Anordnung zeitlich vor- oder nachlaufende parasitäre Impulse unterdrückt werden sollen.In the t IS-PS 35 51 8J7 is a surface acoustic wave filter described, in which, among other things, the input and output side converters for the main resonance several converters for secondary resonances are connected in parallel or in series, but this is only used for Suppression of leading or trailing secondary pulses, i.e. the suppression of temporal secondary lobes. as iniftrcttn in the transmission of pulse trains and their derangements. The well-known surface acoustic wave filter thus only refers to impulse filters, in which one appears physically similar Arrange temporally leading or trailing parasitic pulses are to be suppressed.

Für das in der US-PS 35 50 045 beschriebene Oberflächenwellenfilter gilt Entsprechendes, und auch dort isi das angestrebte Ziel anders als bei der vorliegenden Erfindung. Es sind zwar auch dort eingangsseitig und ausgangsseitig den Wandlern für die Hauptresonanz mehrere Wandler für Nebenresonanzen parallel oder in Serie geschaltet, allerdings ni.'ht zu dem Zweck, die Nebenresonanzen zu unterdrücken, sondern um die Durchlaßkurve zu verbreitern.The same applies to the surface acoustic wave filter described in US Pat. No. 3,550,045, and also there the intended aim is different from the present invention. Although there are also On the input side and on the output side the converters for the main resonance, several converters for secondary resonances connected in parallel or in series, but nothing to that Purpose to suppress the side resonances, but to broaden the transmission curve.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, zeigt die DurchlaßkurveAs shown in FIG. 1 shows the transmission curve

ι⁵ bei piezoelektrischen Filtern, die nach dem Oberflächenwellenprinzip arbeiten, unerwünschte Nebenresonanzen bei den Frequenzen /i und /j.ι ⁵ with piezoelectric filters that work on the surface wave principle, undesirable secondary resonances at the frequencies / i and / j.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Auigabe gestellt, ein piezoelektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip zu schaffen, das derart gestaltet ist, daß diese unerwünschte Nebenresonanzcn beseitigt oder zumindest weitgehend unterdrückt sind.The present invention has set itself the task of a piezoelectric filter based on the surface wave principle to create which is designed in such a way that this eliminates unwanted secondary resonance or at least largely suppressed.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem piezoelektrischen Filter der eingangs erwähntenTo achieve this object, the invention provides for a piezoelectric filter of the type mentioned at the beginning

-!5 Art vor, daß die zusätzlichen Elektrodenpaare im Eingang und Ausgang des Filters zum Hauptelektrodenpaar derart in Serie otfjr parallel geschaltet sind, daß eine weitgehende Kompensation der Nebenresonanzen im Filterausgang erfolgt.-! 5 Art suggests that the additional pairs of electrodes in the The input and output of the filter are connected in series otfjr in parallel to the main electrode pair in such a way that the secondary resonances in the filter output are largely compensated for.

M In einer Ausgestaltung der Erfindung besitzt eine Elektrodenanordnung für ein piezoelektrisches Filter einen Filtereingang mit drei parallel zueinander angeordneten und gleichsinnig in Reihe geschalteten Elektrodenpaaren und einen I iltcrausgang mit drei parallel zueinander angeordneten Elektrodenpaaren, deren beiden äußeren Elcktrodenpaarc gegensinnig zum mittleren F.lektrodenp-iar geschaltet sind. Die mittleren Elektrodenpa.irc dienen hierbei der Energieübertragung im Durchlaßbereich mit c'?r Bandmitlenfrequenz f₀ (siehe Fig. 1). Die äußeren Elektrodcnpaare beseitigen oder unterdrücken zumindest weitgehend die unerwünschten Nebenresonanzen bei den Frequenzen f] und fj. Die an den äußeren Elektrodenpaaren der Ausgangsseite entstehende elektrische Ausgangsspannung muß bei den Fr· <|ucnzen f\ und fi die am mittleren Elektrodenpaar der Ausgangsseite auftretende Spannung nach Betrag und Phase kompensieren. Dies setzt eine geeignete, ohne weitere Überlegungen durchführbare Wahl der Breite, ir.änge jnd /ahl der Zinken der äußeren Klektroderipaare voraus.M In one embodiment of the invention, an electrode arrangement for a piezoelectric filter having a filter input with three mutually parallel and in the same sense in series connected pairs of electrodes, and an I iltcrausgang with three parallel arranged pairs of electrodes, the two outer Elcktrodenpaarc opposite direction to the middle switched F.lektrodenp-iar are. The central electrode pairs serve to transfer energy in the pass band with c '? R band center frequency f ₀ (see FIG. 1). The outer pairs of electrodes eliminate or at least largely suppress the undesired secondary resonances at the frequencies f] and fj. The resulting at the outer electrode pairs of output side electrical output voltage must at the Fr · <| compensate ucnzen f \ and f appearing at the middle pair of electrodes of the output side of voltage magnitude and phase. This presupposes a suitable choice of the width, length and number of the prongs of the outer pairs of celctrodes, which can be carried out without further considerations.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann unter Berücksichtigung der vorerwähnten Lehre muhelos auf Elektrodenkonfigurationen I ... η. Γ ... η' (η s, 3) erweitert werden.The electrode arrangement according to the invention can easily be based on electrode configurations I ... η. Γ ... η '(η s, 3).

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung niher erläutert. Dann zeigtThe invention is closer to the drawing explained. Then shows

F ι g. I in graphischer Darstellung die Hetriebsdämpfung an eines bekannten piezoelektrischen Filters nach dem Oberflächenwellenprinzip als Funktion der Frequen/. Fig. I graphically shows the operating attenuation on a known piezoelectric filter based on the surface wave principle as a function of the frequencies /.

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein schematich dargestelltes, bekanntes piezoelektrisches Filter nach dem Oberflächen wellenprinzip,F i g. 2 is a plan view of a schematically illustrated, well-known piezoelectric filter based on the surface wave principle,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine schematisch clargesicllte Elektrodenanordnung nach der Erfindung, wobei die Trägerplatte aus Piezokeramik oder piezoelektrischem Kristall weggelassen ist.Fig. 3 is a plan view of a schematically clarified Electrode arrangement according to the invention, the carrier plate made of piezoceramic or piezoelectric Crystal is omitted.

Wie bereits eingangs erwähnt, sind in F i g. I mit fn dieAs already mentioned at the beginning, FIG. I with fn die

Bandmittenfrequenz und mit f\. h die Frequenzen bezeichnet, bei denen bei den bekannten piezoelektrischen Filtern nach dem Oberflächenwellenprin/.ip unerwünschte Nebenresonanzen auftreten, die durch den Vorschlag nach der Erfindung beseitigt bzw. weitgehend unterdrückt werden.Band center frequency and with f \. h denotes the frequencies at which undesired secondary resonances occur in the known piezoelectric filters according to the surface acoustic wave principle / .ip, which are eliminated or largely suppressed by the proposal according to the invention.

Bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines mit derartigen Mangeln behafteten piezoelektrischen Filters ist mit 10 eine Platte aus Piezokeramik oder piezoelektrischem Kristall bezeichnet, auf die in geeignetem Abstand Elektrodenpaare 12 bzw. 14 schichtförmig aufgebracht, z. B. aufgedampft sind. Die auf der Eingangs- bzw. Ausgangsseite des Filters angeordneten Elcktrodenpaare 12 bzw. 14 sind jeweils mit elektrischen Anschlußelementen 15, 16 bzw. 17, 18 kontaktiert.In the case of the FIG. 2 illustrated embodiment of a piezoelectric that is afflicted with such deficiencies Filters is denoted by 10 a plate made of piezoceramic or piezoelectric crystal, on which in suitable spacing electrode pairs 12 and 14 applied in layers, z. B. are vapor-deposited. the Elcktrodenpaare 12 and 14 arranged on the input and output side of the filter are respectively contacted with electrical connection elements 15, 16 or 17, 18.

In Fig. j sind mit I und 31 die mittleren Elektrodenpaare und mit 2, 32 und 3, 33 die äußeren Elektrodenpaare bezeichnet. Wie bereits erwähnt, bilden die gleichsinnig in Reihe geschalteten Elektrodenpaare 1, 2, 3 den Filtereingang. Der Filterausgang besteht aus den Elektrodenpaaren 31, 32, 33. Die Elektrodenpaare 32,33 sind in bezug auf die ElektrodeIn Fig. J, I and 31 are the middle ones Electrode pairs and 2, 32 and 3, 33 denote the outer electrode pairs. As already mentioned, The electrode pairs 1, 2, 3 connected in series in the same direction form the filter input. The filter output consists of the electrode pairs 31, 32, 33. The electrode pairs 32,33 are with respect to the electrode

to 31 gegenstnnig geschaltet. Mit 20 bis 23 sind die äußeren Stromanschlußelemente bezeichnet. Die Elektrodenpaare der Eingangs- und Ausgangsseite des Filters sind durch Verbindungselemente 24 bis 27 elektrisch leitend verbunden.to 31 switched in opposite directions. At 20 to 23 are the outer ones Power connection elements referred to. The electrode pairs on the input and output sides of the filter are connected by connecting elements 24 to 27 in an electrically conductive manner.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Piezoelectric filter based on the surface wave principle with a pre-polarized in thickness direction Plate made of piezoceramic or a suitably cut piezoelectric crystal and with an electrode arrangement, consisting of two spaced apart on one side of the plate, layered, electrically conductive pairs of electrodes, each with a comb-like interlocking Prongs, one pair of electrodes as a filter input and the other pair of electrodes as Filter output is used, and further converters for secondary resonances in the input and output in Parallel or series connection are provided, characterized in that the additional Electrode pairs in the input and output of the filter to the main electrode pair in series or parallel ^ are connected that a substantial compensation of the secondary resonances in the filter output he follows.

2. Piezoelectric filter according to claim 1, characterized by an electrode arrangement with a filter inlet and with three arranged parallel to one another and in the same direction in series switched electrode pairs and with a filter output with three parallel to each other Electrode pairs, the two outer electrode pairs of which are opposite to the middle electrode pair are switched.