DE2347025C3

DE2347025C3 - Damping Pole Monolithic Crystal Fltter

Info

Publication number: DE2347025C3
Application number: DE19732347025
Authority: DE
Inventors: Masaki; Ka wakami Izumi; Gunji Katuhiko; Tokio Kobayashi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1972-09-20
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1977-04-21

Description

,' Die Erfindung betrifft ein Dämpfungspol-Monolith-„ kristallfilter mit einer piezoelektrischen Platte, mehreren auf der Platte angeordneten, akustisch miteinander 'gekoppelten Hauptelektrodenpaaren, von denen zwei mit' den Eingangs- und den Ausgangsanschlüssen verbunden sind, sowie mit mindestens einem Paar von -Tauf der Platte zwischen den Hauptelektroden angeordneten und von diesen elektrisch getrennten Zwischenelektroden zur Erzeugung von Dampf ungspolen.The invention relates to a damping pole monolith “crystal filter with a piezoelectric plate, several arranged on the plate, acoustically with one another 'Coupled main electrode pairs, two of which with' the input and output terminals are connected, as well as with at least one pair of -Ton the plate between the main electrodes and electrically separated intermediate electrodes for generating vapor ungspolen.

Die Haupttendenz in der Filtertechnologie besteht darin, ein LC-Filter mit mehreren Induktivitäten und Kapazitäten einzusetzen. In bestimmten Bereichen ,,jedoch, beispielsweise bei Miniaturbauteilen oder bei "Bauteilen mit integrierten Schaltungen und/oder einem Schmalbandfilter kann das herkömmliche ICFilter den «Anforderungen nicht gerecht werden, und es wird in 'diesen Bereichen ein aktives RC-Filter, ein mechanisches Filter und/oder ein Monolithkristallfilter verwendetThe main trend in filter technology is to use an LC filter with multiple inductors and To deploy capacities. In certain areas, however, for example with miniature components or with "Components with integrated circuits and / or a narrow-band filter can use the conventional IC filter “The requirements are not met and an active RC filter, a mechanical filter and / or a monolith crystal filter is used in these areas

Ein Monolithkristallfilter ist aus der japanischen Patentanmeldung No. 4 369/1969 bekannt, die am 22, ' Februar 1969 veröffentlicht worden ist.A monolith crystal filter is disclosed in Japanese Patent Application No. 4 369/1969 known that on 22, 'Has been published February 1969.

Dieses bekannte Monolithkristallfilter ist eine pollose Ausführung, d.h. es hat keinen Dämpfuagspol bei endlicher Frequenz, sondern nur bei unendlicher Frequenz, Die Charakteristiken von poliosen Filtern werden jedoch den derzeitigen strengen technischen Anforderungen nicht gerecht, und es ist ein Dämpfungs-This known monolith crystal filter is a poleless one Execution, i.e. it has no damping pole at a finite frequency, but only at an infinite one Frequency, however, the characteristics of poliosis filters are the current strict technical Requirements, and it is a damping

ίο pol-Monolithkristallfilter erforderlich geworden, das einen Dämpfungspul bei endlicher Frequenz hat und das steilere Ai?sch!ußs'bzw. Grenzcharakteristiken hat,ίο pol monolith crystal filters become necessary that has a damping pulse at a finite frequency and the steeper Ai? sch! ußs'bzw. Has boundary characteristics,

' ''■■' - Ein Dämpfungspol-Filtersystem läßt sich elektrisch durch Verwendung eines herkömmlichen pollosen'' '■■' - A damping pole filter system can be operated electrically by using a conventional pole-less

η Monolithkristallfilters beispielsweise zusammen mitη monolith crystal filter, for example, together with

"-'einer Kapazität (oder einer Streukapazität) zwischen"-'a capacitance (or a stray capacitance) between

'dessen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen erreichen,'' reach its input and output ports,

um eine Dämpfungspolcharakteristik mit einer steilerena damping pole characteristic with a steeper one

" Abtrennung zu schaffen."To create separation.

to Der Nachteil dieses bekannten Dämpfungspol-Filtersystems besteht darin, daß man einen Dämpfungspol nicht genau bei einer gewünschten Frequenz erhalten kann, und zwar wegen des Fehlers in der Kapazität oder inderStreukapazitSt.The disadvantage of this known to attenuation filter system is that one can not accurately obtained at a desired frequency an attenuation pole, and because of the error in the capacitance or inderStreukapazitSt.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Ausführung besteht darin, daß die Umgebungsänderungen, die Temperaturcharakteristiken, die Hochfrequenzcharakteristiken und die Stabilität nicht zufriedenstellend sind.Another disadvantage of this known design is that the environmental changes that Temperature characteristics, high frequency characteristics and stability are unsatisfactory are.

Aus der US-PS 35 64 463 ist bereits ein Monolithkristallfilter mit aufeinanderfolgenden Zwischenelektroden bekannt Dieses bekannte Monolithkristallfilter weist eine niedrige Resonanzfrequenz f_A und eine höhere Resonanzfrequenz fg auf. Dabei erfolgt dieA monolith crystal filter with successive intermediate electrodes is already known from US Pat. No. 3,564,463 . This known monolith crystal filter has a low resonance frequency f _A and a higher resonance frequency fg. The

Ankopplung der Weile zwischen den beiden Hauptelektrodenpaaren derart, daß bei der niedrigsten Resonanzfrequenz & keine Phasenumkehr stattfindet, während bei der höheren Resonanzfrequenz f_B die Phase umgekehrt wird Das Durchlaßband liegt somit beiCoupling of the wave between the two main electrode pairs in such a way that no phase reversal takes place at the lowest resonance frequency &, while the phase is reversed at the higher resonance frequency f _B. The passband is thus included

dieser bekannten Anordnung zwischen den Frequenzen ^t und/»this known arrangement between the frequencies ^ t and / »

Der Nachteil dieses bekannten Monolithkristallfilters besteht darin, daß in diesem Falle nur Dämpfungspole in einem sehr begrenzten Frequenzbereich gewonnenThe disadvantage of this known monolith crystal filter is that in this case only attenuation poles in gained over a very limited frequency range werden können.can be.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Dämpfungspol-MonoIithLristallfilter anzugeben, bei dem ein Dämpfungspol in einem weiten Frequenzbereich erzeugt werden kann.The present invention has the task of specifying an attenuation pole monolithic crystal filter which a pole of attenuation can be generated in a wide frequency range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenelektroden eine größere Masse proAccording to the invention, this object is achieved by that the intermediate electrodes have a greater mass per

, Flächeneinheit als die einzelnen Hauptelektroden haben, und zwar derart, daß sie dadurch die Energie der stehenden Welle unter Phasendrehung um 180° an die, Have unit area as the individual main electrodes, in such a way that they thereby the energy of standing wave with phase rotation by 180 ° to the nächstfolgenden Hauptelektroden ankoppeln.Connect the next following main electrodes.

Der große Verteil des Dampiungspoi-Mor.outhkri-The great distribution of the Dampiungspoi-Mor.outhkri- Ein MoRoHihkristaKfilter besteht sas einer piezcelek- stallfüters aseh der Erfindung besteht darin, daßA MoRoHihkristaKfilter consists of a piezcelek- stallfüters aseh of the invention consists in that

p trischen Platte, und es funktioniert erheblich anders als (bekannte Filter. Die Arbeitsfrequenz eines Monolithkriitallfilters ist auf das VHF-Band begrenzt, und zwar ' ywegen der Charakteristiken einer piezpeleHtnsjchenp tric plate, and it works significantly differently than (known filters. The operating frequency of a monolithic crystal filter is limited to the VHF band, namely Because of the characteristics of a piezpeleHtnsjchen

entsprechen die Verfahrensschritte für die Herstellung --/denen integrierter Schaltungen, und es ist eine Massenproduktion von Monölithkristallfilterri dadurch möglich, daß in geeigneter Weise die Dicke der Elektroden gesteuert wird.correspond to the process steps for production - / those of integrated circuits, and there is one Mass production of monolite crystal filters thereby possible that the thickness of the electrodes is appropriately controlled.

stallfüters nsch der Erfindung besteht darin, daß im Gegensatz zum Stand der Technik durch entsprechende Wahl der Elektrodenabstand© und -messen Dämpfungspole in einem weiten Frequenzbereich erzeugt werden ^können. . .,,. _s ■· ..Stall feed according to the invention consists in the fact that, in contrast to the prior art, damping poles can be generated in a wide frequency range by appropriate selection of the electrode spacing and measurements. . . ,,. _s ■ · ..

^iiibie Erfjnduiig ist hactöte^hpäj, aij Hand der Zeichnungen näher erläutert Ih d^^sichftüngenist "''.': IF=J.g.jA. line Draufsicht auf ei^bJkänntejB Monöliih- < ^istlifilt^ iiibie Erfjnduiig is hactöte ^ hpäj, aij hand of the Drawings explained in more detail Ih d ^^ sichftüngenist "''. ': IF = J.g.jA. Line top view of ei ^ bJkänntejB Monöliih- <^ istlifilt

:.; |?ig. l|^n&hnittanderünie^/4idierFii?g.iA,:.; |? ig. l | ^ n & hnittanderünie ^ / 4idierFii? g.iA,

Fig. IC eine elektrisch äquivalente Schaltung des ^Fil^srsBUSFig. IA, ^; Fig. IC an electrically equivalent circuit of the ^ Fil ^ srsBUSFig. ^IA;

Fig.2A ein Ausführungsbeispiel eii.es bekannten Dämpfungspol-Filters unter Verwendung eines herkömmlichen Monolithkristallfilters,2A shows an exemplary embodiment of a known one Attenuation pole filter using a conventional monolith crystal filter,

Fig.2B ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein bekanntes DBmpfungspglfilter unter Verwendung eines herkömmlichen Monolithkristüllfilters,Fig.2B a further embodiment for a known DBmpfungspglfilter using a conventional monolith crystal filter,

Fig.2C ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Dämpfungspol-Ffiiers, ' Fig.3A ein Ausführungsbeispiel eines Monolithkristallfilters gemäß der Erfindung mit einer Zwischenelektrode als Phaseninverter,FIG. 2C a further embodiment of a known damping pole fiier, 3A shows an embodiment of a monolith crystal filter according to the invention with an intermediate electrode as a phase inverter,

' Fig.3B eine elektrisch äquivalente Schaltung eines Filters nach F ig, 3 A, '3B an electrically equivalent circuit of a filter for F ig, 3 A,

Fig.3C ebenfalls eine elektrisch äquivalente Schaltung eines Filters nach Fig.3A in einer anderen Alternative,Fig.3C also shows an electrically equivalent circuit of a filter according to Fig.3A in another Alternative,

F i g. 3D eine Variante des Aufbaus eines Filters oach Fig.3A,F i g. 3D a variant of the structure of a filter oach Fig. 3A,

' Fig.4A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines 'Monolithkristallfiltersnachdet Erfindung,'Fig.4A another embodiment of a 'Monolith crystal filter according to the invention,

Fig.4B eine elektrisch äquivalente Schaltung des Filters nach F i g. 4A,Fig.4B shows an electrically equivalent circuit of the Filters according to FIG. 4A,

Fig.4C eine Kennungskvrve des Filters nach Fig.4A,4C shows a characteristic curve of the filter according to Fig. 4A,

Fi g. 5A ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Monolithkristallfilters nach der Erfindung, ' Fig.5B eine elektrisch äquivalente Schaltung des Filters nach F i g. 5A,Fi g. 5A, another embodiment of a monolithic crystal filter according to the invention, 'g FIG.5B an electrically equivalent circuit of the filter F according to i. 5A,

Fig.5C eine Kennungskurve des Filters nach Fig.5Aund5C shows a characteristic curve of the filter according to Fig. 5A and

■ F i g. 6 ein weiteres Ausführungsbeisj. tel eines Monolithkristallfilters gemäß der Erfindung.■ F i g. 6 another embodiment. tel of a monolith crystal filter according to the invention.

Fig.IA ist eine Draufsicht auf ein bekanntes Monolithkristailfilter, und Fig. IB ist ein Schnitt an der Linie A-A. In diesen Zeichnungen sind 20 eine piezoelektrische Platte, 21 und 21a ein erstes Paar Elektroden und 22 und 22a ein zweites Paar Elektroden. Eine piezoelektrische Platte 20 ist beispielsweise eine Kristallplatte. Die Elektroden 21, 21a, 22 und 22a bestehen aus dünnen metallischen Filmen, und sie sind an einer piezoelektrischen Platte 20 in entsprechender Weise angebracht, wie das bei der Herstellung von integrierten Schaltungen geschieht, beispielsweise durch Aufdampfen, Aufstäuben oder mit Siebdruck. Eine elektrische Stromzuführung (nicht dargestellt) ist für jede Elektrode vorgesehen, um sie mit einer Fremdvorrichtung zu verbinden. Das erste Paar . Elektroden 21 und 21a ist ein Paar Eingangselektroden, und das zweite Paar Elektroden 22 und 22a sindFig.IA is a plan view of a known monolith crystal filter, and Fig. IB is a section on line AA. In these drawings, 20 is a piezoelectric plate, 21 and 21a are a first pair of electrodes, and 22 and 22a are a second pair of electrodes. A piezoelectric plate 20 is, for example, a crystal plate. The electrodes 21, 21a, 22 and 22a consist of thin metallic films, and they are attached to a piezoelectric plate 20 in a manner similar to that used in the manufacture of integrated circuits, for example by vapor deposition, sputtering or screen printing. An electrical power supply (not shown) is provided for each electrode in order to connect it to an external device. The first couple. Electrodes 21 and 21a are a pair of input electrodes, and the second pair are electrodes 22 and 22a ,Ausgangselektroden. Ein gewünschtes Frequenzband eines an die beiden ersten Elektroden 21 und 21a, Output electrodes. A desired frequency band one to the two first electrodes 21 and 21a -angelegten Signals geht zu den beiden zweiten Elektroden 22 und 22a. Das Monoiithkristallfilter ist deshalb im wesentlichen ein Bandpaßfilter. Fig. IC ist eine Darstellung einer elektrisch äquivalenten Schal--Applied signal goes to the second two Electrodes 22 and 22a. The monolithic crystal filter is therefore essentially a band-pass filter. Fig. IC is a representation of an electrically equivalent circuit ; tung eines Filters nach F i g. 1A, bei dem der Teil 23 eine; processing of a filter according to FIG. 1A, in which the part 23 is a

■ Induktivität L\ und eine Kapazität Q hat und den beiden ■- Elektroden 21 und 21 a entspricht, bei dem ein Teil 24 mit■ has inductance L \ and a capacitance Q and corresponds to the two ■ electrodes 21 and 21 a , in which a part 24 with einer Induktivität Li und einer Kapazität Ci zwei Elektroden 22 und 22a entspricht, und bei dem ein Teil 25 mit einer Induktivität L₀ und einer' Kapazität C₀ Verbindungsmitteln zwischen den' Elektroden 21, 21a und 22,22a entspricht. Ein Filter nacK'F ig. VA kann nur ein polloses Filter bilden und Kein Dämpfungspol-Filter schaffen, das einen Dämpfungspol bei ' endlicher Frequenzhatan inductance Li and a capacitance Ci corresponds to two electrodes 22 and 22a, and in which a part 25 with an inductance L ₀ and a capacitance C ₀ corresponds to connecting means between the electrodes 21, 21a and 22, 22a. A filter afterwards. VA can only form a poleless filter and cannot create an attenuation pole filter that has an attenuation pole at finite frequency

F i g. 2A zeigt ein Beispiel für ein bekanntes Dämpfungspol-Filter unter Verwendung eines herkömmlichen Monolithkristallfilters, In Fi g. 2A wird ein Dilmpfungspol durch äußere elektrische Mittel verwirklicht. Ein Monoiithkristallfilter nach Fig,SA hat eine piezoelektrische Platte ZO, zwei Elektroden 21 - 2ί α undF i g. 2A shows an example of a known attenuating pole filter using a conventional monolith crystal filter, in FIG. 2A, a pole of attenuation is realized by external electrical means. A Monoiithkristallfilter according to Fig, SA has a piezoelectric plate ZO, two electrodes 21-2ί and α

S M-22a, Eingangsanscfriüssc 1-2 und Ausgangsanschlüsse 3-4. Ein Kondensator 26 ist'zwischen einen Eingangsanschluß 1 und einen Ausgangsanschluß 3 geschaltet und liefert Dämpfungspole sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Frequenzen als dieS M-22a, input port 1-2 and output port 3-4. A capacitor 26 is' between one Input connection 1 and an output connection 3 are switched and supplies attenuation poles at both higher as well as lower frequencies than that

ίο Mittelfrequenz F₀ eines Filters. Bei der Methode nach F i g. 2A ist jedoch die Kapazität des Kondensators 26 extrem klein, weil ein Monoiithkristallfilter ein sehr schmales Paßband hat. Deshalb sind die Positionen der Dämpfungspole unstabil, und die Auslegung des Filtersίο Center frequency F _{0 of} a filter. In the method according to FIG. 2A, however, the capacitance of the capacitor 26 is extremely small because a monolithic crystal filter has a very narrow pass band. Therefore, the positions of the attenuation poles are unstable and the design of the filter is unstable

is unter Einschluß eines Kondensators 26 ist extrem schwierig.is including a capacitor 26 is extreme difficult.

In F i g. 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Dämpfungspol-Filter unter Verwendung eines herkömmlichen Monolithkristallfilters gezeigt. In diesemIn Fig. Figure 2B shows another embodiment of an attenuating pole filter using a conventional monolith crystal filter. In this Falle ist ebenfalls ein Dämpfungspol durch äußere elektrische Mittel gebildet. In F i g. 2B sind drei gleiche Monolithkristailfilter MCFt, MCFt und MCFi und Quarzkristalloszillatoren 27 und 27a in einem Filtersystem eingeschlossen. Ein Dämpfungspol mit einerTrap, a pole of attenuation is also formed by external electrical means. In Fig. 2B, three identical monolith crystal filters MCFt, MCFt and MCFi and quartz crystal oscillators 27 and 27a are included in a filter system. A damping pole with a niedrigeren Frequenz wird durch den Quarzkristalloszillator 27 und einen Kondensator 28 verwirklicht, die zwischen die Elektroden 21 und 22 von MCFi und MCPl geschaltet sind und zu der Sammelleitung 2—4 führen. Ein Dämpfungspol mit höherer Frequenz wirdThe lower frequency is realized by the quartz crystal oscillator 27 and a capacitor 28 which are connected between the electrodes 21 and 22 of MCFi and MCP1 and lead to the bus line 2-4. A damping pole with a higher frequency becomes durch Antiresonanz durch einen Quarzkristalloszillator 27a und Kondensatoren 28a, 286 und 28c verwirklicht, die zwischen die Ausgangselektrode 22 von MCPl und die Eingangselektrode 21 von MCFH geschaltet sind. Der Nachteil dieses Dämpfungspol-."'iltersystems nachrealized by anti-resonance by a quartz crystal oscillator 27a and capacitors 28a, 286 and 28c connected between the output electrode 22 of MCP1 and the input electrode 21 of MCFH. The disadvantage of this attenuation pole -. "'Filter system according to F i g. 2B besteht jedoch darin, daß streuende und/oder verteilte Kapazität die Stabilität beeinflußt, so daß die Position des höheren Dämpfungspols unstabil ist.F i g. 2B, however, is that leakage and / or distributed capacitance affects stability so that the Position of the higher pole of attenuation is unstable.

In F i g. 2C ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines bekannten Dämpfungspol-Filters gezeigt Das Fi'terIn Fig. 2C shows a further exemplary embodiment of a known attenuation pole filter. The filter nach F i g. 2C besteht aus einer piezoelektrischen Platte 20, einer Eingangselektrode 21, einer Ausgangselektrode 22 und einer dritten Elektrode 29.according to FIG. 2C consists of a piezoelectric plate 20, an input electrode 21, an output electrode 22 and a third electrode 29.

Die dritte Elektrode sitzt außerhalb der geraden Linie zwischen den Elektroden 21 und 22 und hat die gleicheThe third electrode sits outside the straight line between electrodes 21 and 22 and has the same Dicke und Masse wie die Elektroden 21 und 22. In dem Filter nach Fig.2C geht eine Schwingwelle von der Eingangselektrode 21 direkt zur Ausgangselektrode 22 und d'trch die dritte Elektrode 29, und die Schwingwellen von den beiden Wegen werden addiert. Damit wirdThickness and mass as the electrodes 21 and 22. In the filter according to Figure 2C, an oscillating wave goes from the Input electrode 21 directly to output electrode 22 and d'trch the third electrode 29, and the oscillating waves from the two paths are added. So that will ein Dämpfungspol auf Grund des Unterschieds in der Fortpflanzungslänge der Wellen in den beiden Wegen gebildet. Da die Verbindung zwischen den drei Elektroden jedoch auf Grund der Wellenbewegung der Abtrennfunktion entsteht, ändert sich die Phase dera pole of attenuation due to the difference in the propagation length of the waves in the two paths educated. Since the connection between the three electrodes is due to the wave motion of the Separation function arises, changes the phase of the

Welle nicht, selbst wenn die FortpflanzungslängeDo not wave even if the length of propagation

eingestellt wird Das Filter nach Fig.2C liefertThe filter according to Fig. 2C delivers demgemäß einen Dämpfungr pol nur bei einer höherenaccordingly a damping pole only at a higher one

Frequenz, aber nicht bei einer niedrigeren Frequenz.Frequency, but not at a lower frequency. In Fig.3A ist ein erstes Ausführungsbeispiel einesIn Fig.3A is a first embodiment of a

Dämpfungspol-Monolithkristallfilters gemäß der Erfindung gezeigt Das Filter nach Fig.3A wird häufig als Multimodus-Filter bezeichnet und arbeitet mit dem Rückkopplungseffekt der mechanischen Schwingwelle. Das Filter nach F i g. 3 besteht aus einer piezoelektriAttenuating pole monolith crystal filter according to the invention shown. The filter of Fig.3A is often called Multimode filter designates and works with the feedback effect of the mechanical oscillating wave. The filter according to FIG. 3 consists of a piezoelectric sehen Platte 20, zwei Hauptelektroden 7, 7a, als erstes Paar, zwei weitere Hauptelektroden 8, Qa als weiteres Paar und zwei Zwischenelektroden 9, 9a. Diese Elektroden sind an den beiden Seiten der piezoelektri-see plate 20, two main electrodes 7, 7a, as a first pair, two further main electrodes 8, Qa as a further pair and two intermediate electrodes 9, 9a. These electrodes are on both sides of the piezoelectric

sehen Platte 20 durch Aufdampfen, Aufstäuben und Siebdrucken angebracht Die piezoelektrische Platte 20 ist beispielsweise eine Quarzkristallplatte. Der Abfall in der Frequenz als Folge der Zwischenelektrode 9 und 9a ist größer als der als Folge der Hauptelektrode 7,7a, 8 oder 8a, d. h. die Zwischenelektroden 9 und 9a sind gewöhnlich dicker als die Haupteleketroden 7,7a, 8 und 8a Der Betrag des Abfalls in der Frequenz wird wie folgt definiert:See plate 20 attached by vapor deposition, sputtering and screen printing is for example a quartz crystal plate. The drop in frequency as a result of the intermediate electrode 9 and 9a is larger than that resulting from the main electrode 7,7a, 8 or 8a, d. H. the intermediate electrodes 9 and 9a are usually thicker than the main electrodes 7,7a, 8 and 8a The amount of drop in frequency is defined as follows:

Darin ist /₅ die Resonanzfrequenz für Dicken vibration der piezoelektrischen Platte unter der Voraussetzung, daß die Fläche der Platte sehr groß ist, und /_e ist die Resonanzfrequenz der Dickenvibration unter der Voraussetzung, daß das leitende Material der Elektrode an der gesamten Fläche der piezoelektrischen Platte 20 angebracht wäre. /<. wird als die Grenzfrequenz der Elektrode bezeichnet, und gewöhnlich ist f_e kleiner als 4 und zwar wegen der Masse des Elektrodenmaterials. Andererseits wird die Eigenfrequenz f„ der Elektrode definiert als die Resonanzfrequenz für die Dickenvibration der piezoelektrischen Platte, die ein Stück einer Elektrode in der Fläche hat, die tatsächlich hergestellt wird.Therein, / _{5 is} the resonance frequency for thickness vibration of the piezoelectric plate provided that the area of the plate is very large, and / _e is the resonance frequency of thickness vibration provided that the conductive material of the electrode is on the entire surface of the piezoelectric plate 20 would be appropriate. / <. is referred to as the cutoff frequency of the electrode, and usually f _{e is} less than 4 because of the mass of the electrode material. On the other hand, the natural frequency f n of the electrode is defined as the resonance frequency for the thickness vibration of the piezoelectric plate having a piece of an electrode in the area which is actually made.

In Fig.3A ist die Grenzfrequenz der in geeigneter Weise ausgelegten Zwischenelektroden 9—9a niedriger als die der Hauptelektroden 7-7a und 8 -8a, und das y Vorzeichen der Impedanz der Verbindungsmittel in der äquivalenten Schaltung des Filters mit den Zwischenelektroden ist anders als die ohne Zwischenelektroden bei der Eigenfrequenz f„ der Hauptelektroden. D. h., das Vorzeichen ändert sich, wenn die Grenzfrequenz der Verbindungsmittel niedriger wird als die Grenzfrequenz der Hauptelektroden als Folge des Vorhandenseins der Zwischenelektrode.In Fig. 3A, the cutoff frequency of the appropriately designed intermediate electrodes 9-9a is lower than that of the main electrodes 7-7a and 8-8a, and the y sign of the impedance of the connecting means in the equivalent circuit of the filter with the intermediate electrodes is different from that without intermediate electrodes at the natural frequency f "of the main electrodes. That is, the sign changes when the cutoff frequency of the connecting means becomes lower than the cutoff frequency of the main electrodes as a result of the presence of the intermediate electrode.

Wenn demgemäß angenommen wird, daß die Verbindungsmittel zwischen den Hauptelektroden die Zwischenelektroden 9 -9a sind, dann unterscheidet sich die Phase des Gyrators der Verbindungsmittel, d. h. der Zwischenelektroden um 180° von der Anfangsphase, d. h. sie ist entgegengesetzt zur Phase des Gyrators der Verbindungsmittel ohne die Zwischenelektroden.Accordingly, assuming that the connecting means between the main electrodes is the Are intermediate electrodes 9 -9a, then the phase of the gyrator of the connecting means is different, i.e. H. the Intermediate electrodes 180 ° from the initial phase, d. H. it is opposite to the phase of the gyrator Connecting means without the intermediate electrodes.

Eine elektrisch äquivalente Schaltung nach F i g. 3A ist in Fig.3B gezeigt, bei der der Teil 23a mit einer Induktivität L\ und einer Kapazität C\ den Hauptelektroden 7-7a entspricht, der Teil 25a mit einer Die F-Matrix F₂ des Teils 25a' nach Fig. 3C istAn electrically equivalent circuit according to FIG. 3A is shown in FIG. 3B, in which the part 23a with an inductance L \ and a capacitance C \ corresponds to the main electrodes 7-7a, the part 25a with a die F-matrix F _{2 of} the part 25a 'according to FIG. 3C

Wie aus der vorstehenden Erläuterung der, äquivalenten Schaltung und der F-Matrix hervorgeht, ändert sich das Vorzeichen des Gyrators.As from the above explanation of the, equivalent Circuit and the F-matrix, the sign of the gyrator changes.

Ein Filter mit einer Zwischenelektrode, das in Fig.3A gezeigt ist, kann einen stabilen Dämpfungspol bei einer gewünschten höheren oder -niedrigeren Frequenz liefern, indem der vorstehend genannte Phaseninvertoreffekt ausgenutzt wird, und zwar ohne fremdes Element oder verteilte KapazitätA filter with an intermediate electrode, which is shown in Fig.3A, can provide a stable pole of attenuation deliver at a desired higher or lower frequency by the above Phase inverter effect is exploited, without a foreign element or distributed capacitance

Die mit den Zwischenelektroden 9 und 9a verbundenen Anschlüsse 5 und 6 werden verwendet, um die Charakteristiken des Filters während der Herstellung einzustellen, und sie werden im Betrieb kurzgeschlossen. F i g. 3D zeigt eine Variante des in F i g. 3A gezeigtenThe terminals 5 and 6 connected to the intermediate electrodes 9 and 9a are used to adjust the characteristics of the filter during manufacture, and they are short-circuited during operation. F i g. 3D shows a variant of the in FIG. 3A shown

zo Aufbaus. Ein Filter nach F i g. 3D hat eine gemeinsame Elektrode 53 anstelle von getrennten Elektroden 7a, 8a und 9a, und es hat ähnliche Charakteristiken wie der Aufbau nach F i g. 3A.
Fig.4A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines Monolithkristallfilters nach der Erfindung. Der Aufbau nach F i g. 4A weist eine piezoelektrische Platte 20, drei Paare Hauptelektroden 10,11 und 12 an der Platte 20 und eine Zwischenelektrode 13 als ein Phaseninverter zwischen den Hauptelektroden 10 undzo construction. A filter according to FIG. 3D has a common electrode 53 instead of separate electrodes 7a, 8a and 9a, and it has similar characteristics to the structure of FIG. 3A.
Fig. 4A is another embodiment of a construction of a monolith crystal filter according to the invention. The structure according to FIG. 4A has a piezoelectric plate 20, three pairs of main electrodes 10, 11 and 12 on the plate 20 and an intermediate electrode 13 as a phase inverter between the main electrodes 10 and 12

12 auf. Anschlüsse 5, 6 der Zwischenelektrode 13 und Anschlüsse 14,15 der Hauptelektrode 11 sind jeweils im Betrieb kurzgeschlossen. Die beiden Elektroden 10 sind mit Eingangsanschlüssen 1 und 2 über Stromzuführungen verbunden, und die beiden Elektroden 12 sind mit Ausgangsanschlüssen 3 und 4 ebenfalls über Stromzuführungen verbunden. In Fig.4A pflanzt sich ein Vibrationssignal von der Hauptelektrode 10 durch die Hauptelektrode 11 zur Hauptelektrode 12 und längs des anderen Wegs von der Hauptelektrode 10 durch die12 on. Connections 5, 6 of the intermediate electrode 13 and Connections 14,15 of the main electrode 11 are each in Operation short-circuited. The two electrodes 10 are connected to input terminals 1 and 2 via power leads, and the two electrodes 12 are connected to Output connections 3 and 4 also connected via power supply lines. In Fig. 4A is planted Vibration signal from the main electrode 10 through the main electrode 11 to the main electrode 12 and along the the other way from the main electrode 10 through the

Zwischenelektrode 13 zur Hauptelektrode 12 fort Die Zwischenelektrode 13 wandelt die Phase der Vibrationswelle um, d. h. invertiert sie. Die Vibrationswellen durch die beiden Wege werden automatisch an der Hauptelektrode 12 addiert, und man erhält einen Dämpfungspol auf Grund der Phasendifferenz der Wellen längs der beiden Wege.Intermediate electrode 13 to main electrode 12 on. The intermediate electrode 13 converts the phase of the vibration wave around, d. H. inverts them. The vibration waves through the two paths are automatically sent to the Main electrode 12 is added, and an attenuation pole is obtained due to the phase difference of the Waves along the two ways.

In Fig.4B ist eine elektrisch äquivalente Schaltung des Aufbaus nach F i g. 4A gezeigt In F i g. 4B entspricht der Teil 30 mit einer Induktivität Li und einer Kapazität Cj der Hauptelektrode 10, der Teil 32 mit einer Induktivität U und einer Kapazität Q entspricht der Hauptelektrode 11, und der Teil 34 mit einer Induktivität U und einer Kapazität Q entspricht der Hauptelektrode 12. Ferner entspricht der Teil 31 mitIn FIG. 4B there is an electrically equivalent circuit of the structure according to FIG. 4A shown in FIG. 4B, the part 30 with an inductance Li and a capacitance Cj corresponds to the main electrode 10, the part 32 with an inductance U and a capacitance Q corresponds to the main electrode 11, and the part 34 with an inductance U and a capacitance Q corresponds to the main electrode 12. Furthermore, the part 31 corresponds to

Demgemäß
FrequenzAccordingly
frequency

ist der Teil 25 ein Gyrator bei derthe part 25 is a gyrator at the

W₀L - W ₀ L -

Induktivität L₁, einer Kapazität C₀ und einem Umformer T mit einem Wendeverhältnis von 1 : -1 den Zwischenelektroden 9-9a entspricht, und der Teil 24a mit einer Induktivität L₂ und einer Kapazität Qi den !Elektroden 8-8a entspricht; Die äquivalente SchaltungInductance L ₁ , a capacitance C ₀ and a converter T with a turning ratio of 1: -1 corresponds to the intermediate electrodes 9-9a, and the part 24a with an inductance L ₂ and a capacitance Qi corresponds to the electrodes 8-8a; The equivalent circuit

yon 3B ist äquivalent zur Schaltung nach F i g. 3C, wobei 55 einer Induktivität U und einer Kapazität Q, den der Teil 25a' dem Teil 25a entspricht Die F-Matrix F\ Verbindungsmitteln zwischen den Hauptelektroden 10 des Teils 25 nach F ig. IC ist wie folgt: und 11, der Teil 33 mit einer Induktivität U und eineryon 3B is equivalent to the circuit according to FIG. 3C, where 55 is an inductance U and a capacitance Q, which the part 25a 'corresponds to the part 25a. The F matrix F \ connecting means between the main electrodes 10 of the part 25 according to FIG. IC is as follows: and 11, the part 33 with an inductance U and a

Kapazität Cr entspricht den Verbindungsmitteln zwischen den Hauptelektroden 11 und 12, und der Teil 35 mit einer Induktivität Le, einer Kapazität Ce und einem Umformer T mit einem Wendeverhältnis von 1 : -1 entspricht der Zwischenelektrode 13.The capacitance Cr corresponds to the connecting means between the main electrodes 11 and 12, and the part 35 with an inductance Le, a capacitance Ce and a converter T with a turning ratio of 1: -1 corresponds to the intermediate electrode 13.

In F i g. 4C ist ein Beispiel für eine Kennungskurve des Filters nach Fig.4A gezeigt Die waagrechte Achse gibt die Frequenz wieder, die vertikale Achse die Dämpfung (dB). In Fig.4C ist zu beachten, daß einIn Fig. 4C shows an example of a characteristic curve for the filter according to FIG. 4A. The horizontal axis shows the frequency, the vertical axis the attenuation (dB). In Fig. 4C it should be noted that a

4- 1 Dämpfungspol bei einer niedrigeren Frequenz als der 4- 1 pole of attenuation at a frequency lower than that

(/J₀C₀ ' mittleren Frequenz/o vorhanden ist(/ J ₀ C ₀ 'mean frequency / o is present

In Fi g. 5A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufbaus eines Monolithkristallfilters nach der Erfindung gezeigt. In F i g. 5A ist eine Hauptelektrode 10 mit den Eingangsanschlüssen 1 und 2 über Stromzuführungen verbunden, und eine Hauptelektrode 12 ist über Stromzuführungen mit Ausgangsanschlüssen 13 und 14 verbunden. Zwischenelektroden 16a und 166 sind als Phaseninverter zwischen den Hauptelektroden 10 und 11 und zwischen den Hauptelektroden 11 und 12 angeordnet. Der Abfall in der Frequenz als Folge von <o Anordnungen der Zwischenelektrode 16a, 166 ist größer als der als Folge einer Hauptelektrode 10,11 und 12, d. h. die Masse und die Dicke einer Zwischenelektrode sind größer als jene einer Hauptelektrode, Es werden Anschlußpaare 17a- 18a, 176-186 und 14-15 als Einstellmittel für die Herstellung verwendet, die im Betrieb kurzgeschlossen werden.In Fi g. 5A there is shown another embodiment of a monolith crystal filter structure according to the invention. In Fig. 5A, a main electrode 10 is connected to input terminals 1 and 2 via power leads, and a main electrode 12 is connected to output terminals 13 and 14 via power leads. Intermediate electrodes 16a and 166 are arranged as phase inverters between the main electrodes 10 and 11 and between the main electrodes 11 and 12. The drop in frequency as a result of <o arrangements of the intermediate electrode 16a, 166 is greater than that as a result of a main electrode 10, 11 and 12, ie the mass and the thickness of an intermediate electrode are greater than those of a main electrode. 18a, 176-186 and 14-15 are used as setting means for manufacture, which are short-circuited during operation.

In Fig.5B ist eine elektrisch äquivalente Schaltung des Filters nach F ί g. 5A gezeigt. In F i g. 5B entspricht der Teil 36 mit einer Induktivität I₃ und einer Kapazität zo C₃ der Hauptelektrode 10, der Teil 38 mit einer Induktivität U und einer Kapazität Q entspricht der Hauptelektrode 11, der Teil 40 mit einer Induktivität L₅ und einer Kapazität Q entspricht der Hauptelektrode 12, der Teil 37 mit einer Induktivität L₈, einer Kapazität Cb und einem Umformer Ti mit einem Wendeverhältnis von 1 : -1 entspricht der Zwischenelektrode 16a, der Teil 39 mit einer Induktivität L₇, einer Kapazität Q und einem Umformer T₂ mit einem Wendeverhältnis von 1 : -1 entspricht der Zwischenelektrode 16/?, und der Teil 41 mit einer Induktivität U und einer Kapazität Ce entspricht den Verbindungsmitteln zwischen den Zwischenelektroden 16a und 166.In Fig.5B is an electrically equivalent circuit of the filter according to F ί g. 5A shown. In Fig. 5B corresponds to the part 36 with an inductance I ₃ and a capacitance zo C _{3 of} the main electrode 10, the part 38 with an inductance U and a capacitance Q corresponds to the main electrode 11, the part 40 with an inductance L ₅ and a capacitance Q corresponds to Main electrode 12, the part 37 with an inductance L ₈ , a capacitance Cb and a converter Ti with a turning ratio of 1: -1 corresponds to the intermediate electrode 16a, the part 39 with an inductance L ₇ , a capacitance Q and a converter T ₂ with a turning ratio of 1: -1 corresponds to the intermediate electrode 16 /?, and the part 41 with an inductance U and a capacitance Ce corresponds to the connecting means between the intermediate electrodes 16a and 166.

In Fig.5C ist ein Beispiel einer Kennungskurve des Filters nach F i g. 5A gezeigt. Deren waagrechte Achse stellt die Frequenz dar, deren vertikale Achse die Dämpfung (dB). FIG. 5C shows an example of a characteristic curve for the filter according to FIG. 5A shown. Its horizontal axis represents the frequency, the vertical axis the attenuation (dB).

Fig.6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Monolithkristallfilters nach der Erfindung. Das Filter nach F i g. 6 kombiniert den Aufbau nach F i g. 4A mit dem nach Fig.5A, um Dämpfungsöle sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Frequenzen zu haben. In F i g. 6 ist die Anordnung der Hauptelektroden 10,11 und 12 und der Zwischenelektrode 13 auf einer piezoelektrischen Platte 20 die gleiche wie beim Filter nach Fig.4A, und weiter ist die Anordnung der Hauptelektroden 12,50,51 und der Zwischenelektroden 16a und 166 an der Platte 20 die gleiche wie beim Filter nach Fig.5A. Demgemäß besteht der Aufbau nach Fig.6 sowohl aus dem Aufbau nach Fig.4A als auch aus dem nach F i g. 5A auf einer einzigen piezoelektrischen Platte, und er hat den Vorteil beider Filter nach F i g. 4A und F i g. 5A.6 shows a further embodiment of a Monolith crystal filter according to the invention. The filter according to FIG. 6 combines the structure according to FIG. 4A with that of Figure 5A to have damping oils at both higher and lower frequencies. In Fig. 6 is the arrangement of the main electrodes 10, 11 and 12 and the intermediate electrode 13 on one piezoelectric plate 20 is the same as in the filter of Fig. 4A, and further the arrangement of the Main electrodes 12,50,51 and the intermediate electrodes 16a and 166 on plate 20 are the same as for the filter according to Figure 5A. Accordingly, the structure persists Fig.6 both from the structure according to Fig.4A and from the according to FIG. 5A on a single piezoelectric plate, and it has the advantage of both filters F i g. 4A and F i g. 5A.

Es versteht sich, daß ein Filter mit mehr als zwei Dämpfungspolen sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Frequenzen ohne weiteres dadurch zu konstruieren ist, daß die Anzahl von Hauptelektroden und Zwischenelektroden auf einer einzigen piezoelektrischen Platte erhöht wird, wobei jeder Grundabschnitt in der Art und Weise organisiert wird, wie das in Fig.4A oder Fig.4B gezeigt ist Ferner kann die erfindungsgemäße Lehre auf ein Monolithkristallfilter angewendet werden, dessen Elektrode auf einer Seite einer piezoelektrischen Platte allen Elektrodenpaaren gemeinsam ist, wie in dem in Fig.3E gezeigten Ausführungsbeispiel.It goes without saying that a filter with more than two attenuation poles both at higher and at lower frequencies can be easily constructed by increasing the number of main electrodes and elevating intermediate electrodes on a single piezoelectric plate, each base portion is organized in the manner as shown in Fig.4A or Fig.4B. Furthermore, the teaching according to the invention can be applied to a monolith crystal filter, the electrode of which is on one side of a piezoelectric plate is common to all electrode pairs, as in that shown in Fig.3E Embodiment.

Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß ein neues und verbessertes Monolithkristallfilter geschaffen worden ist. Da eine Zwischenelektrode als ein Phaseninverter einer mechanischen Schwingwelle fungiert und stabile Dämpfungspole sowohl bei höheren als auch bei niedrigeren Frequenzen als die mittlere Frequenz f₀ eines Filters erreicht werden, wird eine steilere Grenzcharakteristik eines Bandpaßfilters verwirklichtFrom the foregoing it can be seen that a new and improved monolith crystal filter has been provided. Since an intermediate electrode functions as a phase inverter of a mechanical oscillating wave and stable attenuation poles are obtained at both higher and lower frequencies than the mean frequency f _{0 of} a filter, a steeper cut-off characteristic of a band-pass filter is realized

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

23 4? 025

rf? '

Patentansprüche:Patent claims:

1, Dämpfungspol-MonolUhkristallfilter mit einer 'piezoelektrischen Platte, mehreren auf der Platte ungeordneten akustisch miteinander gekuppelten Hauptelektradenpaaren, von denen zwei mit den Eingangs- und den Ausgangsanwhlüssen verbunden «Sind, sowie mit mindestens einem Paar von auf der t Platte zwischen den Hauptelektroden angeordneten \ und von diesen elektrisch getrennten Zwischenelekf'iroden zur Erzeugung von Dämpfungspolen, ,df , ■ $Iurch gekennzeichnet, daß die Zwi'ichen-.: ^elektroden (9, 9a) eine größere Masse pro ΐ Flächeneinheit als die einzelnen Hauptelektroden ' haben, und zwar derart, daß sie dadurch die Energie der stehenden Welle unter Phasendrehung um 180° an die nächstfolgenden Hauptelektroden ankoppeln. Z Filter nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß drei Paare Hauptelektroden und wn Paar Zwischenelektroden vorhanden sind.1, attenuation pole mono-crystal filter with a piezoelectric plate, several pairs of main electrodes that are acoustically coupled to one another in a disordered manner on the plate, two of which are connected to the input and output connections, and with at least one pair of electrodes arranged on the plate between the main electrodes and of these electrically separated intermediate electrodes for generating attenuation poles,, df, ■ $ lu r ch characterized in that the intermediate electrodes (9, 9a) have a greater mass per unit area than the individual main electrodes in such a way that they thereby couple the energy of the standing wave with phase rotation by 180 ° to the next following main electrodes. Z filter according to claim 1, characterized in that there are three pairs of main electrodes and wn pairs of intermediate electrodes.

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Paare Hauptelektroden und zwei Paare Zwischenelektroden vorhanden sind.3. Filter according to claim 1, characterized in that three pairs of main electrodes and two pairs There are intermediate electrodes.

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrische Platte eine Quarzkristallplatte ist.4. Filter according to claim 1, characterized in that the piezoelectric plate is a quartz crystal plate.

5. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode auf einer Seite der piezoelektrischen Platte allen Haupt- und Zwischenelektroden gemeinsam ist.5. Filter according to claim 1, characterized in that an electrode on one side of the piezoelectric plate is common to all main and intermediate electrodes.