DE2209585C3

DE2209585C3 - Elektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip

Info

Publication number: DE2209585C3
Application number: DE19722209585
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. 8000 München Künemund
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1972-02-29
Publication date: 1976-02-05

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip, mit einem wenigstens teilweise aus piezoelektrischem Material bestehenden Körper, der mit Elektroden zur Umwandlung elektromagnetischer Schwingungen in akustische Oberflächenschwingungen und zu deren Rückumwandlung in elektromagnetische Schwingungen versehen ist, und bei dem im Zuge der Oberfläche des Körpers zumindest näherungsweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verlaufende Störstellen für Oberflächenwellen angeordnet sind und der Abstand benachbarter Störstellen derart gewählt ist, daß sich in Verbindung mit den jeweils daziwschenliegenden Oberflächen-Abschnitten ein Resonator ergibt und weiterhin die Abmessung der jeweiligen Störstelle in Ausbreitungsrichtung der Welle klein ist im Verhältnis zur Wellenlänge der Oberflächenwelle, nach Patent 33 634.

Im Hauptpatent ist ein elektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip angegeben, dessen Wirkungsweise darauf hinausläuft, die zur Berechnung von Mikrowellenfiltern bekannten Methoden anzuwenden auf solche mechanische Filter, bei denen die Übertragung der ursprünglich elektrischen Energie durch eine mechanische Oberflächenwelle erfolgt. Es werden hierzu Resonatoren in der Weise gebildet, daß entlang der Oberfläche eines derartigen Filterkörpers senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle Störstellen vorgesehen werden. Diese Störstellen können beispielsweise als grabenförmige Vertiefungen, als walliormige Erhöhungen oder als unterbrochene Linienzüge in Form punktförmiger Vertiefungen ausgebildet sein. Dabei müssen sich die Störstellen nicht zwingend über die gesamte Breite der Oberfläche erstrecken. Es können weiterhin Dämpfungspole in der Filtercharakteristik dadurch erzeugt werden, daß zwei oder auch mehrere in der Wirkungsweise nicht unmiitelbar aufeinanderfolgende Resonatoren durch eine in Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle verlaufende mechanische Leitung miteinander verbunden sind.

Es sind nun beispielsweise durch die Zeitschrift »1967 IEEE International Convention Record«. Vol. 15.

Part 11. S. 78 bis 93 für Trägerfrequenz-Kanalumsetzer Quarzkanalfilter als monolithische Filter bei einer Frequenz von etwa 8MHz bekanntgeworden, bei denen die mechanische Schwinggüte der Resonatoren etwa 250 000 beträgt. Wie sich dabei zeigt, sind auf Grund der hohen Frequenzlage trotz der hohen Güte die Dämpfungsverzerrungen an den Grenzen des Durchlaßbereichs in vielen Fällen der genannten Anwendung zu groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in verhältnismäßig einfacher Weise abzuhelfen und es wird dabei von der Überlegung ausgegangen, das im Hauptpatent angegebene Filier nach dem Oberflächenwellenprinzip durcii eine optimale Bemessung den verhältnismäßig hohen Forderungen in der Trägerfrequenztechnik anzupassen.

Ausgehend von dem im Hauptpatent angegebenen Filter, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Resonatoren auf eine in der Größenordnung von etwa 800 kHz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt sind. Größenordnungsmäßig soll hierbei bedeuten, daß die Resonanzfrequenz der Resonatoren zwischen etwa 600 kHz und etwa 1 Milz liegt. Hierbei können den die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Schwingungsenergie bewirkenden Wandlerelementen aus konzentrierten Schaltelementen bestehende Schwingkreise zugeordnet sein, wodurch sich die Bandbreite der Wandlerelemente erheblich vergrößern läßt. Weiterhin ist es möglich, den Wandlerelementen Absorberwiderstände zuzuordnen, wodurch ebenfalls deren Bandbreite vergrößert wird. Diese Absorber bildet man zweckmäßig in Form eines Wellensumpfes für akustische Wellen aus. Ein derartiger Wellensumpf ist dem Prinzip nach beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 15 41 965 bekanntgeworden. Im vorliegenden Anwendungsfall ist es insbesondere zweckmäßig, die Absorber als keilförmige Lackschichten auszubilden, deren Grundlinien etwa mit dem dem Übertragungsmedium abgewandten Ende der elektromechanischen Wandler zusammenfallen und deren Keilspitzen in Richtung zum Übertragungsmedium zeigen. Auf diese Weise erhält man nämlich eine konstante, die Fiitercharakieristik jedoch nicht verändernde Grunddämpfung, die erforderlichenfalls durch einen Verstärker ausgeglichen werden kann.

Es ist auch weiterhin möglich, die Anwendung eines Absorbers zu umgehen. Hierzu verwendet man für die Wandlerelemente ein Material, das gegenüber dem eigentlichen Filtermateria! eine entsprechend geringere Güte hat. Es läßt sich dies in der Weise realisieren, daß beispielsweise das eigentliche Filter aus einem mit Störstellen, die Resonatoren bildenden Quarzblock oder auch aus einem nicht piezoelektrischen Material,

wie beispielsweise Quarzglas, besteht, während die Wandlerelemente durch eine elektrostriktive Keramik gebildet werden.

Durch das beschriebene Filter läßt sich auf Grund der speziellen Bemessung in vorteilhafter Weise erreichen, daß die Länge der einzelnen Resonatoren in der Größenordnung von etwa 2 mm liegt. Das bedeutet einerseits, daß die technologischen Schwierigkeiten bei der Herstellung eines derartigen Filters verhältnismäßig gering sind und trotzdem ergeben sich damit befriedigend kleine Abmessungen des Gesamtfilters, was dem Einsatz in entsprechenden Schaltungen, wie bei spielsweise integrierten Schaltungen, außerordentlich zugute kommt.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrisches Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip, mit einem wenigstens teilweise aus piezoelektrischem Material bestehenden Körper, der mit Elektroden zur Umwandlung elektromagnetischer Schwingungen in akustische Oberflächenschwingungen und zu deren Rückumwandlung in elektromagnetische Schwingungen versehen ist, und bei dem im Zuge der Oberfläche des Körpers zumindest näherungsweise senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle verlaufende Störstellen für Oberflächenwellen angeordnet sind und der Abstand benachbarter Störstellen derart gewählt ist. daß sich in Verbindung mit den jeweils dazwischenliegenden Oberflächen-Abschnitten ein Resonator ergibt und weiterhin die Abmessung der jeweiligen Störstelle in Ausbreitungsrichtung der Welle klein ist im Verhältnis zur Wellenlänge der Oberflächenwelle, nach Patent 2133634, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Resonatoren auf eine in der Größenordnung von etwa 800 kHz liegende Resonanzfrequenz abgestimmt sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Wandlerelementen aus konzentrierten Schaltelementen bestehende Schwingkreise zugeordnet sind.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnel, daß den Wandlerelementen Absorber-Widerstände zugeschaltet sind.

4. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Wandlerelemente verwendete piezoelektrische Material eine geringere Güte hat als das für das eigentliche Filter verwendete Material.