DE2210314C3 - Mikrowellen Verzögerungsanordnung fur integrierte Bauweise - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellen-Verzögerungsanordnung für integrierte Bauweise mit einem der Sehallwellenausbreitung dienenden Festkörper, an einander entgegengesetzten Stirnflächen des Festkörpers angebrachten elektroakustischen Fin- 5<= gangs- und Ausgangswandlern zur Umwandlung eines einem Eingangsanschluß zugeführten Höchstfrcquenzsignals in eine sich im Volumen des Festkörpers ausbreitende Schallwelle bzw. zur Rückurnwandlung der Schallwelle in ein an einem Ausgangsar.-schluß erscheinendes elektrisches Höchstfrequenzsignal.

Derartige mit Volumenwellen (»bulk waves«) arbeitende Mikrowcllen-Verzögerungsanordnungen sind beispielsweise aus der Zeitschrift »IEEE Trans- ^ßo actions on Microwave Theory and Techniques«. Vol. MIT-17. Nr. Il (November 1969), S. 927 bis 941, bekannt, wobei als Festkörper für die Sehallwellenausbreitung üblicherweise Saphir oder ein ähnlicher Kristall verwendet wird. Wie dort erläutert ist, bcstellt bei dieser Art von Mikrowellen-Verzögerungsanordnungen das Problem, daß die üblicherweise verwendeten Eingangs- und Ausgangswandler eine sehr kleine Impedanz haben, weshalb besondeie Anpassuntissehaltungen zur Anpassung an die genormte Impedanz der elektrischen Höchstfrequen/.schaltunül:i (meist 50 oder 60 U) vorgesehen sein müssen. Diese Impedanzanpassungsschaltungen sind oft Mikrobandleitungsschaltungen, deren dielektrisches Substrat Aluminiumoxid oder ein ähnliches keramisches Material ist. Die akustische Verzögerungsanordnung und die beider, lmpedanzanpa/sungsschaltuntien bilden somit drei getrennte Einheiten die unabhängig voneinander hergestellt und anschließend mechanfsch und elektrisch miteinander verbunden werden müssen. Die Fertigung wird dadurch kompliziert und teuer; außerdem steht diese Bauweise der Forderung nach einem möglichst kleinen Raumbedarf entgegen. In der gleichea Zeitschrift sind an anderer Stelle (S. S35 bis S44) Mikrowellen-Verzögerunesanordnungen beschrieben, bei denen anstatt mit Volumenwellen mit Oberflächenwellen (Rayleighschen Wellen) gearbeitet wird. Die Eingangs- und Ausgangswandler sind in diesem Fall an der gleichen Fläche des Festkörpers angebracht, an der sich auch die Schallwellen ausbreiten. Für sehr hohe Frequenzen sind diese Wandler als interdigitale (kammartig ineinandergreifende) Elektroden ausgebildet, die in Form von Metallisierungen auf der betreffenden Fläche des Festkörpers gebildet sind; Voraussetzung für die Erzeugung von Oberflächenwellen ist dann, daß das Medium für die Sehallwellenausbreitung piezoelekt; isch ist. Dieses Medium kann als epitaktischer Film auf ein verlustarmes kristallines Substrat aufgebracht werden, und es ist aus der gleichen Zeitschrift auch bekannt, auf dem gleichen Substrat elektronische Schaltungen in Form von epitaktischen Dünnschichtschaltungen zu bilden. Andererseits besteht wegen der Form der Wandler nicht das Problem der Impedanzanpassung, so daß das elektrische Höchstfrequenzsignal direkt an den die Wandler bildenden Elektroden zugeführt bzw. abgenommen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer mit Volumenwellen arbeitenden Mikrowellen-Verzögerungsanordnung in Form eines einstückigen Bauteils mit einem Eingangsanschluß und einem Ausgangsanschluß, dessen Eingangs- und Ausgangsimpedanz ungeachtet der niedrigen Impedanz der elektroakustischen Wandler an die genormte Impedanz der elektrischen Höchstfrequenzschaltungcn angepaßt ist.

Bei einer Mikrowellen-Verzögerungsanordnung der eingangs angegebenen Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Eingangsanschluß und dem Eingangswandlcr einerseits und zwischen dem Ausgangswandler und dem Ausgangsanschluß andererseits je eine Mikrobandleitungs-Impedanzanpassungsschaltung angeschlossen ist, deren dielektrisches Substrat der Festkörper ist und die mit dem zugeordneten Wandler durch einen biegsamen Leiter verbunden ist.

Die Mikrowellen-Verzögerungsanordnung nach der Erfindung enthält in einem einzigen integrierten Bauteil die akustische Verzögerungsanordnung und die beiden Impedanzanpassungsschaltungen, wobei das der Sehallwellenausbreitung dienende Medium zugleich das Dielektrikum der Mikrobandleitung darstellt; das Dielektrikum der Mikrobandleitung ist also beispielsweise Saphir, wenn dieser Kristall für die Sehallwellenausbreitung verwendet wird. Die Herstellung der Anordnung ist daher sehr einfach, weil nur

die Bänder jeder Bandleitungssclialtung auf eine Fläche der Schallwellenausbreitung dienenden Substrats aufgebracht und die entgegengesetzte Fläche zur Vervollständigung der Bandleitungsschaltung metallisiert zu werden brauchen. Dem Benutzer wird damit ein einstückiges integriertes Rauteil zur Verfügung gestellt, dessen Abmessungen in der Größenordnung der üblichen akustischen Verzögerun«sanordnuiigcn liegen und das einen Eingangsanschluß und einen A^sgangsanschluß aufweist, die direkt mit den elektrischen Höchstfrequenzschaltungen verbunden werden können, ohne daß man sich um die niedrige Impedanz der elektroakustischen Wandler zu kümmern braucht.

Die beiden Mikrobandleitung chaltungen sind bei geeigneter gegenseitiger Anordnung gut voneinander entkoppelt. Falls erwünscht, können jedoch zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der Entkopplung angewendet werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann die gegenseitige Entkopplung dadurch verbessert werden, daß zwischen den Mikrobandleitun-.s-lmpedanzanpassungsschaltungen Entkopplungslöcher in dem Substrat angebracht sind.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird das gleiche Ergebnis dadurch erhalten, daß die beiden Mikrobandleitungs-I mpedanzanpassungsschaltungen auf entgegengesetzten Seiten des Substrats angebracht sind.

Die Art des für das Substrat verwendeten Materials ist im wesentlichen durch seine akustischen Eigenschaften testgelegt. Man wählt vorzugsweise Materialien, welche im Betriehsfrequenzbereich die kleinsten Verluste aufweisen. Es wurde gefunden, daß Korund besonders günstige akustische und elektrische Eigenschaften für die Herstellung einer integrierten Mikrowellen-Verzögerungsanordnung nach der Erfindung aufweist.

Die erfindungsgemäße integrierte Mikrowellen-Verzögerungsanordnung ergibt wesentliche Vorteile sowohl hinsichtlich des Raumbedarfs als auch hinsichtlich des Gewichts. Beispielsweise kann im Fall einer 2-us-Verzögerungsleitung, die im Gigahertzbereich arbeitet, das Volumen einer nach der Erfindung ausgeführten integrierten Mikrowellen-Verzögerungsanordnung auf den zwanzigsten Teil des Volumens von vergleichbaren bekannten Verzögerungsanordnungen verringert wjrden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Mikrowellen-Verzögerungsanordnung nach der Erfindung.

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Mikrowellcn-Verzögerungsanordnung nach der Erfindung und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Mikrowellen-Verzögerungsanordnung nach der Erfindung. Fig. 1 zeigt einen für die Schallwellenausbreitung dienenden Festkörper 1, der zugleich das Substrat für Mikrobandleilungs - Impedanzanpassungsschaltungen darstellt. Das Substrat 1 hat die Form eines vorzugsweise quaderförmigen Plältchens aus Korund und weist entlang der Achse C des Einkristalls, aus dem es geschnitten ist, Ansätze 3 und 4 auf, deren Flächen poliert sind und die elektroakustisch^ Wandler 5 und 6 tragen, die beispielsweise in an sich bekannter WeiM,- durch aufgebrachte Cadmiumsulfidfilme oder Zinkoxidfilme gebildet sind. Der Wandler 6 bildet den Eingangswandler zur Erzeugung einer sich im Volumen des Substrats 1 ausbreitenden Schallwelle, und der Wandler 5 ist der Ausgangswandler, der die Schallwelle nach einer durch die Laufzeit vom Wandler 6 zum Wandler 5 bedingten Verzögerung wiedet in ein elektrisches Signal umwandelt.

Die Zeichnung zeL· schematisch einen koaxialen Ein.gangsstecker 7. der in elektrischem Kontakt mit der Eingangs-Mikrobandleiiung 8 steht, die zwei Impedanzanpassungsglieder ^l) und 10 aufweist. Das linde der Mikrobandleitung 8 ist elektrisch mit dem Eingangswandler 6 über einen biegsamen Leiter 11 \erbunden. Der Ausgangswandler 5 ist in gleiche! Weise über einen biegsamen Leiter 12 mit der Ausgangs-Mikrobandleitung 13 verbunden, welch»; die koaxiale Ausgangsbuchse l-l speist. Die Mikrobandleitung 13 weist ebenfalls zwei 1 npedanzanpassungsgheder 15 und 16 auf. Die in der Zeichnung nicht sichtbare Fläche des Plättchens ist zur Vcrvollständigu ig der Höchstfrequenz-Mikrobandleitungsschaltungen vollständig metallisiert.

Wenn die Abmessungen des Plättchens 1 sehr klein sind, kann der beschriebene Aulbau in bestimmten Fällen eine unzulässige Kopplung zwischen den Mikrobandleitungen 8 und 13 ergeben, insbesondere bei Verzögerungsanordnungen mit kleiner Verzögerung. Diese Kopplung kann etwa 40 dB bei einer Verzögerung von 2 us erreichen.

Die in F i g. 2 gezeigte Ausführur.gsfbrm ermöglicht die Verringerung dieser Kopplung. Die den Anordnungen von F i g. 1 und 2 gemeinsamen Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie aus F i g. 2 zu erkennen ist, sind die Leitungen 8 und 13 schräg zur Richtung der Ausbreitung der SchalKvel-40. len angeordnet, die durch die Senkrechte auf die Wandler 5 und 6 definiert ist. Die Bestandteile der Schaltung sind im übrigen denjenigen der Ausfühnmgsform von Fig. 1 gleich. Die Entkopplung zwischen den Mikrobandleitungen 8 und 13 ist dadurch gewährleistet, daß entlang der einen Diagonale des Substrats 1. die parallel zu der Richtung der Mikrobandleitungen 8 und 13 liegt, konische Löcher 20 gebohrt sind. Man erhält dadurch eine Entkopplung in der Größenordnung von maximal 60 dB für eine Verzöaerung von 2 us.

F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsforin. bei der die Eingangs- und Ausgangsmikrobandleitungen auf entgegengesetzten Flächen des Substrats 1 angeordnet sind. Wie aus der Zeichnung erkennbar ist, liegt die 55 Mikrobandleitung 8 auf der verdeckten Fläche des Substrats, und die entsprechende Hälfte der sichtbaren Fläciie des Substrats ist mit einer zusammenhängenden Metallisierung 21 bedeckt, welche die auf der verdeckten Seite angeordnete Mikrobandleitung8 60 vervollständigt. Diese Ausfühiungsform ermöglicht die Erzielung einer Entkopplung zwischen dem Eingang und d*.m Ausgang, die in der Größenordnung von maximal 65 dB für eine Verzögerung von 2 us Hegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Mikrowelleii-Verzögeiungsanordnung für integrierte Bauweise mit einem der Schallwellenausbreitung dienenden Festkörper, an einander entgegengesetzten Stirnflächen des Festkörpers angebrachteil elekiroakustisehen Eingangs- und AusganuswLindlern zur Umwandlung eines einem liingangsaiischluß /ugeführien Höchsifrequen/-signals in eine sich im Volumen des Festkörpers ausbreitende Schallwelle bzw. zur Rückumwandlung der Schallwelle in ein an einem Ausgangsanschiuß erscheinendes elektrisches Höchstfrequenzsignal. dadurch gekennzeichnet, daß /wischen dem Finganüsanschluß (7) und dem ! ingangsumwandler (6) einerseits und zwischen dem Ausgangswandler (5) und dem Ausgangsanschluß ί i 4) andererseits je eine Mikrobandlcitungs-Impedanzanpassungsschaltung (8, 9, 10 bzw. 13, 15, 16) angeschlossen ist, deren dielektrisches SubMrat der Festkörper (1) ist und die mit dem zugeordneten Wandler (5. 6) durch einen biegsamen Leiter (11, 12) verbunden ist.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrobandleitungs-Impedanzanpassungsschaltungen (8, 13) schräg zur Ausbreitungsrichtung der Schallwellen auf dem Festkörper (l\ angeordnet sind.

   3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mikrobandleitungs-Impedan/.anpassuiigsschaltungen (8, 13) Enikopplungslöcher (20) in dem Substrat (1) angebracht sind.

   4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mikrobandleitungs-Impedanzanpassungsschaltungen (8.

   9. 10 bzw. 13, 15, 16) auf entgegengesetzten Seilen des Substrats (1) angebracht sind.

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