DE2224497B2 - Wandler zur Umwandlung eines elektrischen Signals in eine akustische Oberflächenwelle - Google Patents

Description

Signalstrom über die Endeleklroden zugeführt und fließt nacheinander über jede der zwischen den Endelektroden liegenden benachbarten langgestreckten Elektroden. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Signalstrom, und somit die durch das Signal herbeigeführte Ladung, für jede dazwischenliegende Elektrode gleich ist. Auf diese Weise wird, wenn auch der Durchgang einer akustischen Oberflächenwelle durch dieses Gefüge Änderungen in den Potentialen der einzelnen Elektroden herbeiführen kann, die Ladungsverteilung eindeutig durch das Eingangssignal bestimmt. Außerdem wird die Eingangskapazität des Wandlers durch die Reihenschaltung erheblich herabgesetzt. Schließlich stellt sich heraus, daß bei Anwendung als Eingangswandler die Gefahr eines elektrischen Durch-Schlags zu einem benachbarten Ausgangswandler erheblich herabgesetzt ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Draufsicht auf einen Teil ei.ies Oberflächenwellenfiliers nach der Erfindung,

Fig. 2 in einem Längsschnitt der Ausführungsform nach F i g. 1 die Verteilung des elektrischen Feldes,

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform, und

F i g. 4 eine Ausführungsform, bei der die Quellenstärke der Elektroden geändert ist.

Fig. 1 zeigt einen Eingangswandler 2 für akustische Oberflächenwelle^ der auf der Oberseite eines Körpers 1 aus piezoelektrischem Material, wie z. B. Kalium-natrium-niobat, angebracht ist. Der Eingangswandler 2 enthält langgestreckte nahezu rechteckige Endelektrodcn 3 und 4, die zueinander parallel an je einem Ende des Wandlers 2 angebracht sind. Eine Anzahl dazwischenliegender langgestreckter elektrisch leitender Elektroden 5 sind in einem gewissen Abstand voneinander zwischen und nahe/u parallel zu den Endelektroden 3 und 4 angebracht. Die Elektroden 5 sind gegeneinander und gegen die Endeleklroden 3 und 4 elektrisch isoliert, [ede Elektrode 5 weist die Form zwei paralleler rechteckiger Streifen 7 und 8 auf, die elektrisch durch einen Brückenteil 9 miteinander verbunden sind. Dieser Wandler 2, der aus den Endelektroden 3 und 4 und den Elektroden 5 besteht, wird dadurch erhalten, daß eine dünne Goldschicht auf der Oberseite des Körpers 1 angebracht und dann ein Photoätzverfahren durchgeführt wird. Ein elektrischer Anschluß mit dem Gefüge 2 erstreckt sich über Anschlußgebietc 10 und 11, die Verlängerungen der Elektroden 3 und 4 bilden.

Fig. 2 zeigt näherungsweise die Verteilung des elektrischen Feldes in dem piezoelektrischen Material des Körpers 1. Es wird angenommen, daß augenblicklich die linke Endelektrode 3 eine positive Spannung in bezug auf die andere Endelektrode 4 aufweist. Es ist einleuchtend, daß die Richtung des elektrischen Feldes zwischen benachbarten Elektroden derart ist, daß die Erzeugung einer akustischen Oberflächenwelle begünstigt wird. Das zugeführte elektrische Signal wird selbstverständlich in seiner Polarität wechseln, wodurch eine entsprechende Änderung der Richtung des elektrischen Feldes bewirkt wird. Der Wechselstrom durch die Vorrichtung fließt von der Elektrode 3 zu der Elektrode 4, und umgekehrt, über die zwischenliegenden Elektroden 5, so daß die von dem Signal induzierte Ladungsänderung für jede der Elektroden 3,4 und 5 fest bestimmt wird. Der Durchgang einer akustischen Oberflächenwelle durch dai Gefüge kann eine Änderung des Potentials jeder einzelnen Elektrode herbeiführen, aber dies wird auf die Kennlinie des Wandlers einen vernachlässigbaren Einfluß ausüben, weil diese Kennlinie ja durch die Ladungsverieilung bestimmt wird.

Die Reihenschaltung der Elektroden 3,5 und 4 in dem Gefüge 2 setzt die Eingangsk'apazität des Eingangswandlers herab, wodurch der Eingangsverstärker einfacher ausgebildet werden kann. Außerdem kann das Ausmaß des elektrischen Durchschiags zwischen dem Eingangswandler und einem Ausgangswandler niedriger als bei einem üblichen parallelgeschalteten Wandler gemacht werden, indem die einander zugekehrten Endelektroden der betreffenden Wandler geerdet werden.

Eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 dargestellt, in der die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 bezeichnet und deshalb nicht näher beschrieben sind. Die Zwischenelektroden 5 nach F i g. 1 sind durch rechteckige Elektroden 15 ersetzt. Dadurch kann die Herstellung erleichtert werden, aber die Wirkung dieser Ausführungsform kann weniger befriedigend als die der Ausführungsform nach F i g. 1 sein.

Die an Hand der F i g. 1 und 3 beschriebenen Wandler können als Ausgangswandler für akustische Oberflächenwellen verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Endelektroden 3 und 4 mit einer Verstärkerschaltung mit einer genügend hohen Impedanz verbunden werden.

Bei Anwendung als Filter ist es meistens erwünscht, die Größen der wirksamen Quellen akustischer Oberflächenwellen, die durch benachbarte Paare langgestreckter Elektroden gebildet herden, /u variieren. Wenn der Körper aus piezoelektrischem Material, auf dem der Wandler angebracht ist. die Eigenschaft aufweist, daß der piezoelektrische Effekt durch die in dem Körper induzierte elektrische Ludung bestimmt wird, kann eine Änderung der Quellen in dem Wandlergefüge auf die in F i g. 4 beschriebene Weise stattfinden, die nunmehr näher erläutert wird. Ein Eingangswandler 22 und ein Ausgangswandler 42 für akustische Oberflächenwellen sind auf der Oberseite eines Körpers aus piezoelektrischem Material, z. B. Kalium-natrium-niobat, angebracht.

Der Eingangswandler 22 ist im wesentlichen wie der Wandler 2 nach Fig. 1 ausgebildet, indem er aus zwei langgestreckten nahezu rechteckigen Endelektroden 23 und 24 besteht, die nahezu parallel zueinander an je einem Ende des Wandlers angebracht sind, während er ferner eine Anzahl Zwischenelektroden 25 enthält, die aus je zwei parallelen rechteckigen Streifen 27 und 28 bestehen, die durch einen Brückenteil 29 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Länge der Elektroden 23,24 und 25 ist derart gewählt, daß sie der gewünschten Stärke der Quelle umgekehrt proportional ist. So ist in der Mitte des Gefüges, wo die maximale Stärke der Quelle verlangt wird, die Elektrode 25' verhältnismäßig kurz ausgeführt, während die Anordnung derart ist, daß die effektive Quellenstärke zu den Enden des Gefüges hin abnimmt, indem die Elektroden 25 jeweils länger gemacht werden, bis die endgültig schwächste Quelle durch die Elektroden 25" und die Elektroden 23 und 24 geb'ldet wird.

Der Ausgangswandler 42 ist ein üblicher Wandler für akustische Oberflächenwellen, er besteht aus einem Gefüge kammartiger ineinander eingreifender Elektrodenpaare, die durch die Elektroden 43 und 44 gebildet

werden. Ein derartiger Wandler ist für ein Bündel akustischer Oberflächenwcllen innerhalb des von den Linien 54 und 55 begrenzten Gebietes empfindlich, in dem benachbarte Elektrodenstreifcn 45, die einen Teil einander gegenüberliegender Elektroden 4.3 und 44 bilden, sich in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen überlappen, während der Wandler für akustische Oberflächenwellen, die sich außerhalb dieses Gebietes fortpflanzen, nahezu unempfindlich ist.

Der Ausgangswandler 42 weist derartige Abmessungen auf, daß die Breite des von den Linien 54 und 55 begrenzten Gebietes kleiner als die Länge der kürzesten Elektrode 25' des Eingangswandlers 22 ist, so daß das empfindliche Gebiet des Ausgangswandlers 42 nahezu völlig innerhalb desjenigen Teiles eines Bündels akustischer Oberflächenwellen liegt, der von dem durch die langgestreckten Elektroden 23,24 und 25 gebildeten Wandler erzeugt wird.

Da die von dem Eingangssignal, das den mit den Endelektroden 23 bzw. 24 verbundenen Anschlußklemmen 30 und 31 zugeführt wird, induzierte elektrische Ladung bei jeder der dazwischenliegenden Elektroden 25 dieselbe ist, werden die kürzeren Elektroden, z. B. 25', eine verhältnismäßig hohe Signalladungsdiehtc an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials des Körpers 1 aufweisen, während hingegen die längeren Elektroden. z. B. 25", eine entsprechend geringere Obcrfläehenladungsdichte aufweisen werden.

Die piezoelektrische Verschiebung, also die Ouellenstärke, hängt von der Dichte der Oberflächenladung ab und, weil der Ausgangswandlcr 42 derart ausgebildet ist. daß er fast nur die akustischen Oberflächenwcllen

to empfängt, die in demjenigen Teil des von dem Eingangswandler 22 erzeugten Bündels vorhanden sind, der sich zwischen den gestrichelten Linien 54 und 55 verschiebt, ist die effektive Oucllenstärkc jeder Elektrode 25. die eine Komponente des empfangenen Signals in dem Gefüge 42 liefert, von der Ladungsdichtc an der betreffenden Elektrode 25 abhängig und somit der Gesamtlänge der Elektrode umgekehrt proportional.

Der Ausgangswandler 42 kann natürlich auch die Porm des an Hand der Γ i g. 1 oder der F i g. 3 beschriebenen Gefüges aufweisen. Ferner kann selbstverständlich neben der Filterwirkung auch, gegebenenfalls sogar in erster Linie, die Zeitverzögerung eines derartigen Oberflächcnwellenfilters ausgenutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Patentansprüche: ln dgr praxjs kann ejn derartiger Wand|er eine

1. Wandler zur Umwandlung eines elektrischen unerwünscht hohe Kapazität aufweisen, wenn piezo-Signals in eine akustische Oberflächenwelle auf elektrische Materialien mit einer hohen Dielektrizitätseinem Körper aus piezoelektrischem Material oder 5 konstante verwendet werden. Es hat sich außerdem zur Umwandlung einer akustischen Oberflächenwel- herausgestellt, daß bei bestimmten piezoelektrischen Ie in ein elektrisches Signal, dadurch gekenn- Materialien, darunter z.B. ferroelektrisches keramize ich η et, daß der Wandler (2; 22) eine Anzahl sches Material, wie Kalium-Natrium-Niobat, eine nahezu parallel nebeneinanderliegender langge- unerwünschte Verformung der Frequenzkennlinie des streckter Elektroden (5; 15; 25) enthält, die io Wandlers auftritt

gegeneinander elektrisch isoliert und zwischen zwei Die Erfindung bezweckt, einen verbesserten Wandler

zu ihnen parallel verlaufenden langgestreckten für ein Oberflächenwellenfilter zu schaffen, der die

Endelektroden (3, 4; 23; 24) angeordnet sind, an obenerwähnten ungünstigen Effekte in erheblich gerin-

denen das elektrische Signal anliegt bzw. auftritt. gerem Maße oder nahezu gar nicht aufweist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der zeichnet, daß jede der Elektroden (5; 25) aus zwei in Wandler eine Anzahl nahezu parallel nebeneinanderlieeinem gewissen Abstand voneinander sich parallel gender langgestreckter Elektroden enthält, die gegenzueinander erstreckenden leitenden Streifen (7, 8; einander elektrisch isoliert und zwischen zwei zu ihnen 2Γ, 28) besteht, die elektrisch leitend miteinander parallel verlaufenden langgestreckten Endelektroden verbunden sind. 20 angeordnet sind, an denen das elektrische Signal anliegt

3. Wandler nach Anspruch I oder 2, dadurch bzw. auftritt.

gekennzeichnet, daß der Wandler ein Eingangs- Jede der elektrisch isolierten Elektroden kann aus

wandler (2; 22) ist. zwei räumlich voneinander getrennten parallelen

4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekenn- elektrisch leitenden Streifen bestehen, die elektrisch zeichnet, daß eine mit Hilfe von GewichtsfaiUoren 25 miteinander verbunden sind. Das piezoelektrische bestimmte Verteilung der effektiven Stärken der Material kann die Eigenschaft aufweisen, daß die Quellen der akustischen Oberflächenwellen über den Erzeugung akustischer Oberflächenwellen durch einen Eingangswandler (22) dadurch erhalten wird, daß die Eingangswandler durch die auf der Oberfläche des Längen der langgestreckten Elektroden (23, 24, 25) Körpers induzierte elektrische Ladung bestimmt wird, umgekehrt proportional zur gewünschten effektiven 30 während das Material ein ferroelektrisches keramisches Quellenstärke bemessen werden, während ein Material sein kann.

Ausgangswandler (42) derart in der Bahn der Der Wandler kann als Eingangswandler wirken und

akustischen Oberflächcnwellen, die von dem Ein- mit einer mit Hilfe von Gewichtsfaktoren bestimmten

gangswandler herrühren, angebracht ist, daß derje- Verteilung der Stärken der wirksamen Quelle akusti-

nige Teil des Ausgangswandlers, der für diese 35 scher Oberflächenwellen versehen sein; diese Quellen

akustischen Oberflächenwellen empfindlich ist, na- werden durch benachbarte Elcktrodcnpaarc gebildet,

hezu völlig innerhalb desjenigen Teiles eines Wenn der piezoelektrische Effekt durch die auf der

Bündels akustischer Oberflächcnwellen liegt, der Oberfläche des Körpers induzierte elektrische Ladung

von dem Eingangswandler erzeugt wird. bestimmt wird, werden die Längen der langgestreckten

40 Elektroden des Eingangswandlcrs der gewünschten

Stärke der Quelle umgekehrt proportional bemessen,

während ein Ausgangswandler derart in der Bahn der von dem Eingangswandlcr herrührenden akustischen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wandler zur Oberflächenwellen angebracht ist, daß der Teil des

Umwandlung eines elektrischen Signals in eine akusti- 45 Ausgangswandlers, der auf diese akustischen Oberflä-

sche Oberflächenwelle auf einem Körper aus pie/.Qclek- chenwcllen anspricht, nahezu völlig in demjenigen Teil

trischem Material oder zur Umwandlung einer akusli- des Bündels liegt, der von den Paaren langgestreckter

sehen Oberflächenwelle in ein elektrisches Signal. Elektroden des Eingangswandlers herrührt.

Die Anwendung akustischer Oberflächenwcllen hat Es hat sich herausgestellt, dall bei bestimmten es ermöglicht, Verzögerungsvorrichtungen und frc- 50 piezoelektrischen Materialien mit einem hohen piezoquenzselektive Vorrichtungen herzustellen, die sehr elektrischen Kopplungsfaktor, z. B. ferroelektrischcn klein sind und außerdem durch die gleiche Herstellungs- keramischen Materialien, die Erzeugung einer akustitechnik wie integrierte Schaltungen hergestellt werden sehen Oberflächenwelle durch einen Doppelkammkönnen. Derartige Vorrichtungen ermöglichen es, wandler durch die auf der Oberfläche der Scheibe Schwierigkeiten, die normalerweise bei der Anwendung 55 induzierte Ladung bestimmt wird. Bei der üblichen von Induktivitäten, z. B. in bezug auf den Umfang und Form eines Doppelkammwandlers werden jedoch die Herstellungskosten, auftreten, zu vermeiden. durch das angelegte Signal die an die einzelnen Ein elektromechanisches Filter, bei dem akustische Elektrodenelemente angelegten Spannungen bestimmt. Oberflächenwellen verwendet werden, besteht gewöhn- Auf diese Weise wird die auf der Oberfläche lieh aus einer dünnen Scheibe aus piezoelektrischem 60 vorhandene entsprechende elektrische Ladung nicht Material, auf deren einer Seite ein Eingangs- und ein unmittelbar durch das angelegte Signal bestimmt und Ausgangswandler angebracht sind. Jeder Wandler diese Ladung kann während der Zeitspanne, in der besteht normalerweise aus einem Gebilde zweier akustische Oberflächenwellen das Elektrodengefüge kammförmiger Elektroden, deren parallele Zähne passieren, infolge des piezoelektrischen Effekts variieineinander eingreifen. Dieses Gebilde wird im allgemei- f>5 ren. Diese Variation in der Verteilung elektrischer nen durch ein photolithographisches Verfahren aus Ladung beeinflußt die Frcquenzkennlinic auf unereiner Schicht eines geeigneten Metalls, wie Gold, wünschte Weise,
erhalten, die auf der Oberfläche der Scheibe angebracht Durch die Anwendung der Erfindung wird der