DE2231467B2

DE2231467B2 - Piezoelektrische Anordnung und Verfahren zur Vermeidung von Ubersprechkapazitäten

Info

Publication number: DE2231467B2
Application number: DE2231467A
Authority: DE
Inventors: Max Dr. 8011 Zorneding Guntersdorfer; Helmut Dr. 8000 Muenchen Thomann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1972-06-27
Publication date: 1974-06-20
Also published as: DE2231467C3; ATA400173A; FR2191355B1; FR2191355A1; AT327294B; GB1434073A; US3836877A; JPS4959551A; NL7308957A; IT989379B; BE801525A; DE2231467A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Filteranordnung mit einem piezoelektrischen Körper, an dem voneinander galvanisch getrennt und jeweils nur einen Teil des piezoelektrischen Körpers bedeckend Eingangs- und Ausgangselektrodenpaare mit einander gegenüberliegenden Elektroden vorgesehen sind, und der zwischen diesen Elektrodenpaaren ausgerichtet permanent polarisiert ist.

Mechanische Anordnungen, beispielsweise Filteranordnungen mit piezoelektrischen Körpern, sind bekannt. Dabei befinden sich an dem piezoelektrischen Keramikkörper, der permanent gepolt ist, zwei Eiektrodenpaare, die aus jeweils zwei flächenförmigen Elektroden bestehen, wobei jeweils zwei Elektroden unterschiedlicher Elektrodenpaare in einer Ebene angeordnet sind. Die Elektrodenpaare dienen zum Einbzw. Auskoppeln von akustischen Wellen.

Ein Nachteil einer wie oben beschriebenen Anordnung ergibt sich daraus, daß infolge der hohen Dielektrizitätskonstante des Materials des piezoelektrischen Körpers zwischen den flächenförmigen Elektroden unterschiedlicher Elektrodenpaare Übersprechkapazitäten entstehen.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine wie eingangs erwähnte piezoelektrische Anordnung anzugeben, bei der solche Übersprechkapazitäten vermieden sind.

Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs erwähnte Anordnung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Vermeidung von Übersprechkapazitäten die Elektrodenpaare auf verschiedenen Flächen des Körpers und gegeneinander um 90 verdreht angeordnet sind, so daß die zwischen dem Eingangselektrodenpaar und zwischen dem Ausgangselektrodenpaar auftretenden elektrischen Felder ebenfalls um 90 ^r gegeneinander gedreht sind.

Vorzugsweise wird eine piezoelektrische Anordnung angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der piezoelektrische Körper von rechteckiger Form ist, daß für jedes der Elektrodenpaare flächenförmige Elektroden vorgesehen sind und daß der piezoelektrische Körper zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden eines Eleklrodenpaares in Richtung eines Feldes zwischen den Elektroden polarisiert ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden der Elektrodenpaare so permanent polarisiert ist, daß die Polarisation zwischen den Ausgangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Eingangselektroden ist.

Eine weitere Ausgestaltung der piezoelektrischen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper von rechteckiger Form ist, daß die Elektrodenpaare Interdigitalstrukturen sind, deren Finger um 90 gegeneinander verdreht sind, und der Körper so polarisiert ist, daß die Polarisation von den Kammfingern einer Elektrode der einen Interdigitalstruktur zu den Kammfingern der anderen Elektrode der gleichen Interdigitalstruktur gerichtet ist.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildung hervor.

F i g. 1 und 2 zeigen in schematischer Darstellung erfindungsgemäße piezoelektrische Filteranordnungen;

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F i g. 3 bis 5 zeigen Weiterbildungen erfindungsgemäßer Filteranordnungen.

In der F i g. 1 ist der piezoelektrische Körper mit 2 bezeichnet. Das Elektrodenpaar 1 besteht aus den flächenförmigen Elektroden 101 und 210. Das Elektrodenpaar 11 besteht aus den flächenförmigen Elektroden 111 und 211. Das Elektrodenpaar 1 dient beispielsweise zum Einkoppeln einer akustischen Welle in den Körper 2, während dann das Elektrodenpaar 11 zum Auskoppeln dieser Welle dient. Die Elektro- ι ο denpuare 1 und 11 sind in der aus der Figur ersichtlichen Weise um 90° gegeneinander verdreht. Zwischen den flächenförmigen Elektroden 101 und 201 bzw. 111 und 211 ist der piezoelektrische Körper permanent polarisiert. Die Richtung dieser Polarisation ist durch die mit3 bezeichneten Pfeile angegeben. Sie liegt in Richtung der Flächennormalen der flächenförmigen Elektroden eines jeden Elektrodenpaares.

Die zwischen den einzelnen Elektroden 101 und i01 des einen Eiektrodenpaares 1 und den Elektroden 111 und 211 des anderen Elektrodenpaares 11 auftretenden Kapazitäten sind bedingt durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden paarweise gleich groß. In der Figur sind diese Kapazitä- ten schematisch dargestellt und mit 12, 13, 14 und 15 bezeichnet. Beispielsweise sind die Kapazitäten 12 und 13, die zwischen der Elektrode 201 des Elektrodenpaares 1 und den Elektroden 111 bzw. 211 des Elektrodenpaares 11 auftreten, gleich groG.

Beim Anlegen einer Wechselspannung an das Elektrodenpaar 1 wird dieses kurzzeitig ein einer bestimmten Weise aufgeladen. Diese Aufladung der flächenförmigen Elektroden des Elektrodenpaares 1 bewirkt, daß an den Elektroden des Elektrodenpaares 11 Ladungen induziert werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektrodenpaare 11 und 1 wird erreicht, daß sich die auf jeder plattenförmigen Elektrode induzierten Ladungen gegenseitig aufheben.

In der F i g, 2 ist eine Filteranordnung dargestellt, bei der wiederum die flächenförmigen Elektroden 401 und 402 des Elektrodenpaares 4 und die flächenförmigen Elektroden 441 und 442 des Elektrodenpaares 44 in der aus der Figur ersichtlichen Weise gegeneinander um 90° verdreht sind. Zwischen den Elektrodenpaaren ist der piezoelektrische Keramikkörper 22 ausgerichtet permanent polarisiert. Dabei liegt die Richtung dieser Polarisation derart, daß die Polarisation zwischen den Eingangselektroden, bei- so spielsweise den Elektroden 402 und 401, senkrecht auf der Ebene der Fläche der Ausgangselektroden, beispielsweise der Elektroden 441 und 442 steht, und daß die Polarisation zwischen den Ausgangselektroden senkrecht auf der Ebene der Fläche der Eingangselektroden steht. In der Figur ist die Richtung der Polarisation durch die Pfeile 5 angedeutet.

Beim Anlegen einer Wechselspannung an die flächenförmigen Elektroden 402 und 401 des Elektrodenpaares 4 wird dieses kurzzeitig in einer bestimmten Weise aufgeladen. Diese Aufladung der flächenförmigen Elektroden des Elektrodenpaares 4 bewirkt wiederum, daß an den flächenförmigen Elektroden 441 und 442 des Elektrodcnpaares 44 Ladungen induziert werden, die sich gegenseitig aufheben.

Durch das Anlegen einer Wechselspannung an die erfindungsgemäße Filteranordnung der Fig.2 entstehen Scherwellen, die eine Verformung des Körpers 22 in der aus der Figur ersichtlichen Weise zur Folge haben. Durch die strichlierte Linie 8 ist eine solche Verformung angedeutet.

In der F i g. 3 ist eine Filteranordnung dargestellt, bei der auf dem piezoelektrischen Resonatorkörper 222 aneinander gegenüberliegenden Flächen kammförmige Interdigitalstrukturen 6 und 61 bzw. 7 und 71 angebracht sind. Dabei sind zur Vermeidung von Übersprechkapazitäten die Interdigitalstrukturen in der aus der Figur ersichtlichen Weise um 90° gegeneinander verdreht.

Der Köiper 222 besitzt eine durch die Pfeillinien 9 angedeutete periodische, permanent ausgerichtete Oberflächenpolarisation. Diese Polarisation ist von den Kammfingern einer Elektrode, beispielsweise der Elektrode 6 bzw. 7 einer Interdigitalstruktur zu den Kammfingern der anderen Elektrode, beispielsweise der Elektrode 61 bzw. 71 der gleichen Interdigitalstrnktur gerichtet. Durch die Pfeillinien 9 ist die Richtung dieser Polarisation in der Figur angedeutet.

Die in den Körper 222 eingekoppelte Volumenwelle pflanzt sich von der einen Interdigitalstruktur zur anderen Interdigitalstruktur durch den Körper hindurch fort, wobei die Wellenfront dieser Welle immer parallel zu den Ebenen liegt, in denen die Interdigitalstrukturen angeordnet sind.

Die Kapazitäten, die zwischen einer Elektrode, beispielsweise der Elektrode 6 bzw. 61, einer Interdigitalstruktur und den beiden anderen Elektroden, beispielsweise den Elektroden 7 und 71, der anderen Interdigitalstruktur bestehen, sind gleich groß.

Um eventuell vorhandene Inhomogenitäten des keramischen Körpers oder der Elektrodenbelegungen auszugleichen, wird in Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnungen eine der vier Elektroden auf dem Körper, so wie in den F i g. 4 und 5 dargesiellt. in zwei Teilelektroden 23, 24 bzw. 25, 26 aufgeteilt. Die beiden Teilelektroden werden über ein Potentiometer 27, 28 miteinander verbunden, dessen Mittelabgriff einen der vier Pole der Anordnung bildet. Durch Verstellen des Potentiometers läßt sich ein etwa vorhandenes Restübersprechen auf Null abgleichen.

Bei Filteranordnungen, die so geschaltet sind, daß der Eingangskreis und der Ausgangskreis asymmetrisch gegen Erde sind, können störende Übersprechkapazitäten dadurch vermieden werden, daß zwei erfindungsgemäße Filteranordnungen in Kette geschaltet werden. Dadurch wird erreicht, daß zwischen dem Eingang und dem Ausgang dieser Anordnung ein erdsymmetrisches Netz vorliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Piezoelektrische Filteranordnung mit einem piezoelektrischen Körper, an dem voneinander galvanisch getrennt und jeweils nur einen Teil des piezoelektrischen Körpers bedeckend Eingangs- und Ausgangselektrodenpaare mit einander gegenüberliegenden Elektroden vorgesehen sind, und der zwischen diesen Elektrodenpaaren ausgerichtet permanent polarisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Übersprechkapazitäten die Elektrodenpaare (1,11, 4, 44 und 6, 61, 7, 71) auf verschiedenen Flächen des Körpers (2, 22, 222) und gegeneinander um 90° verdreht angeordnet sind, so daß die zwischen dem Eingangselektrodenpaar und zwischen dem Ausgangselektrodenpaar auftretenden elektrischen Felder ebenfalls um 90° gegeneinander gedreht sind.

2. Fiiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes der Elektrodenpaare (1, 11) flächenförmige Elektroden (101, 201, 111, 211) vorgesehen sind und daß der piezoelektrische Körper (2) zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden eines Elektrodenpaares in Richtung (3) eines Feldes zwischen den Elektroden polarisiert ist.

3. Filteranordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper (2) zwischen den zueinandergehörigen flächenförmigen Elektroden (402 401, 441, 442) der Elektrodenpaare (4, 44) so permanent polarisiert ist, daß die Polarisation (5) zwischen den Ausgangselektroden senkrecht zur Ebene der Fläche der Eingangselektroden ist.

4. Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiektrodenpaare (6. 61 und 7, 71) Interdigitalstrukturen sind, deren Finger um 90° gegeneinander verdreht sind und der Körper (222) so permanent periodisch polarisiert ist, daß diese Polarisation (9) von den Kammfingern einer Elektrode der einen Interdigitalstruktur zu den Kammfingern der anderen Elektrode der gleichen Interdigitaislruktur gerichtet ist.

5. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Körper von rechteckiger Form ist.

6. Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der vier Elektroden des Körpers in Teilelektroden aufgeteilt ist und daß die beiden Teile (23, 24 bzw. 25, 26) dieser Elektrode über ein Potentiometer (27. 28) miteinander verbunden sind und daß der Mittelabgriff des Potentiometers ein Pol der vier Pole dei Anordnung ist.

7. Verfahren zur Vermeidung von I bcrsprechkapazitäten bei piezoelektrischen Filteranordnungen, hervorgerufen durch Asymmetrie in dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Filteranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Kette geschaltet sind.