DE2426375A1

DE2426375A1 - Akustische oberflaechenwellenanordnung

Info

Publication number: DE2426375A1
Application number: DE19742426375
Authority: DE
Inventors: Norman George Burrow
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-05
Filing date: 1974-05-31
Publication date: 1975-01-02
Also published as: AU6978074A; US3909753A; DE2426375C3; JPS5033749A; GB1395294A; SE398803B; CA1002128A; BE815956A; DE2426375B2; IT1011921B; SE7407237L; JPS5438875B2; ES426899A1

Description

PHB.

Beck/Va/VJM.

Akustische Oberflächeiwellenanordnung,

Die Ex-findung bezieht- sich auf eine akustische Oborflächenvellenanordmmg mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflächen ein erster und ein zweiter Interdigitalwandler mit jeder zwei kammförmigen Elektroden zum Aussenden bzw. Empfangen einer sich über diese Oberfläche fortpflanzenden akustischen Oberflächenwelle angeordnet sind.

Durch die Anwendung akustischer Oberflächenwellen konnten Anordnungen, wie frequenzselektive Filter, hergestellt werden, die klein, gedrängt und ausserdem mit Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen kompatibel sind. Bei derartigen Anordnungen können Schwierigkeiten, z.B. in bezeig auf den Umfang und die Herstellungs-

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kosten, die sich beim Anbringen von Indulctoren ergeben, vermieden werden.

Ein akustisches Oberflächenwellenfilter

wird gewöhnlich, durch eine dünne Scheibe aus piezoelektrischem Material gebildet, wobei auf einer Oberfläche dieser Scheibe ein Sende— und ein Empfangswandler angebracht sind, die eine akustische Oberflächenwelle aussenden bzw. empfangen, die sich über die Oberfläche fortpflanzt. Jeder Wandler enthalt normalerweise eine interdigitale Struktur paralleler streifenförraiger Elektrodenpaare, welche Struktur z.B. durch einen photolithographischen Vorgang aus einer Schicht aus einem geeigneten Metall, wie Gold, gebildet werden, die auf der Oberfläche der Scheibe abgelagert wird.

Der Frequenzbereich des Filters wird durch

die Anzahl, den gegenseitigen Abstand und die dimensionale Konfiguration der jeden Wandler bildenden Elektroden bestimmt. Jedes Paar benachbarter Elektroden kann als eine Quelle akustischer Oberflächenwellen betrachtet "werden. Zur Erleichterung der Berechnungen wird jedoch ein mathematisches Modell der Struktur in Betracht gezogen, bei dem jede Elektrode als eine gesonderte akustische Oberflächenv/eIJenquelle betrachtet wird, wobei sich die mit diesem Modell erzielten Ergebnisse in der Praxis beim Entwerfen als befriedigend erwiesen haben. Durch Anwendung von Techniken der Fourier—Synthese «iid der Rechenanlageoptimierung, die mathematisch der Beugungstheorie analog

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sind, kann auf diesem mathematischen Modell eine geeignete relative Verteilung des TJmfangs und des gegenseitigen Abstandes derartiger Quellen in den Sende- und Empfangswandlerstrukturen bestimmt werden, wodurch eine gute Annäherung einer gewünschten Bandresonanzkurve erhalten werden kann. Der gegenseitige Abstand der Sende- und Emp— fangswandler in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen wird eine Verzögerung in den Signalweg einführen; bei vielen Anwendungen ist eine solche Verzögerung aber nicht wichtig oder kann berücksichtigt wex'den«, Da z.B. bei einem Zwischenfrequenzfilter für einen Fernsehempfänger das ganze empfangene Signal die gleiche Verzögerung erhält, ist diese Verzögerung einfach der Verschiebung der Empfangsantenne weiter· von dem Sender gleichwertig. Auch kann diese Eigenschaft dex" Anordnung dazu benutzt werden, eine gewünschte Verzögeramg zu erhalten.

Ein Problem der obenbeschriebenen Anordnungen besteht darin, dass neben einem gewünschten Signal, das von der von einem ICandler zu dem anderen laufenden Oberflächenwelle erzeugt wird, auch ein ungewünschtes Durchschlagsignal auftritt, das einfach von einer Kapazität zwischen dem Sendewandler und dem Empfangswandler erzeugt wird, welches ungewünschte Signal ausserdem gegenüber dem gewünschten Signal voreilt. Im Falle eines Filters muss der Durchschlagpege1 um mehr als die Kombination dos Einführungsverlusts des Filters und des tiefsten erforderlichen Einfangspegels des Filters das Ausgangssignal

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unterschreiten.

Die Erfindung bezweckt, eine Anordnung zu

schaffen, bei der das ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal von dem Sendevandler zu dem Empfangswandler erheblich herabgesetzt vird.

Nach der Erfindung ist eine akustische

Oberfläclienwellenanordnung der eingangs erwähnten Ax-1 dadurch gekennzeichnet, dass einer der Wandler zwei zusätzliche Elektroden auf der genannten Oberfläche des Körpers enthält, wobei eine dieser zusätzlichen Elektroden in der Nähe der zwei Elektroden des ersten Wandlers liegt, aber elektrisch mit der betreffenden gegenüberliegenden Elektroden des ersten Wandlers verbunden ist, derart, dass, wenn beide Wandler im Gegentaktmodus betrieben werden, jede zusätzliche Elektrode immer eine der der benachbarten Elektrode des ersten Wandlers entgegengesetzte Polarität aufweist, so dass das ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal von dem Sendewandler zu dem Empfangswandler erheblich herabgesetzt wird.

Nach einem Merkmal der Erfindung werden die

elektrischen Verbindungen zwischen den zusätzlichen Elektroden und den betreffenden gegenüberliegenden Elektroden der ersten Wandler vorzugsweise auf der Oberfläche des Körpers ohne Knoten (cross-overs) gebildet.

Die Ei·findung wird nachstehend für ein

Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

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Flg. 1 schematiscli eine Draufsicht auf ein bekanntes akustisches Oberflächenwellenfilter, und

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf das gemäss der Erfindung abgeänderte Filter nach Fig. 1.

In Fig« 1 sind auf einem Körper 1 in Form einer Scheibe aus piezoelektrischem Material auf der oberen Fläche ein Sendewandler 2 und ein Empfangsvandler 3 angebracht. Die Wandler enthalten interdigitaler Elektrodenpaare, die auf der Oberflä'che des Körpers 1 z.B. durch Photolithographie aus einer aufgedampften Metallschicht gebildet werden.

Der Sendewandler 2 ist eine übliche einfach ausgeführte interdigitale Elektrodenstruktur, mit deren Hilfe ein Bündel akustischer Oberflächenwellen parallel zu der Fortpflanzungsrichtung 4 der akustischen Oberflächenwellen auf den Empfangswandler 3 gerichtet werden kann. Der Empfangswandler 3 ist ebenfalls eine übliche einfach ausgeführte interdigitale Elektrodenstruktur, die derart eingerichtet ist, dass sie das Bündel akustischer Oberf-lächenwellen empfangen kann, das von dem Wandler 2 ausgesandt wird.

Jede der Inter-digitalwandler 2 und 3 kann auf übliche "Weise entworfen werden und die äquivalente von jedem der Paare digitaler Streifenelektroden 5 gelieferte Quellenstärke kann dadurch vorher bestimmt werden, dass die Breite und/oder die Überlappung in der Fortpflanzungsrichtung jedes Elektrodenstreifens mit einem

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benachbarten Streifen entgegengesetzter Polarität eingestellt werden.

Kammförmige Elektroden 6,7 werden dadurch

gebildet, dass Enden von Elektrodenstreifen 5 der gleichen Polarität mittels parallele leitende Streifen miteinander und zu Eingangskiemmen 8 bzw. 9 des Sendewandlers 2 verbunden sind. Parallele Streifen verbinden ebenso Enden von Elektroden 5 der gleichen Polarität miteinander und führen zu Ausgangsklemmen 12 bzw. 13 des Empfangswandlers 3> wodurch die kammförmigen Elektroden TO,11 erhalten sind.

Bas ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal, das auftritt, wenn die obeiibeschriebene konventionelle Anordnung sowohl senderseitig als auch empfangsseitig im Gegentaktmodus betrieben wird, wird nun betrachtet.

Der Gesamteffekt der elektrostatischen'

Felder zwischen den verschiedenen Elektroden der beiden Wandler kann durch gleichwertige Kapaziten Ca und Cb dargestellt werden. Ca ist die Kapazität zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 10 und ist auch die Kapazität zwischen der Elektrode 7 und der Elektrode 11. Cb ist die Kapazität zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 11 und ist auch die Kapazität zwischen eier Elektrode 7 und der Elektrode 10. Diese ungewünschten Kapazitäten Ca und Cb induzieren Spannungen Va und Vb &m Empfangswandler, deren Nettoeffekt das Durchschlagsignal bildet. Der Gegentaktbetrieb des Sendewandlers 2 induziert eine augenblick-

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liehe Spannung Va-Vb an der Klemme 12 zusammen, mit einer Spannung Vb-Va an der Klemme 13 j während der Gegentaktbetx"ieb des Empfangswand 1 ei* s 3 ein Durchschlagsignal der Grosse 2 (Va-AHa) ergibt.

Fig, 2 zeigt die FiIt er anordnung nacli Fig. 1, die geraäss der Erfindung durch die Anbringung zweier zusätzlicher Elektroden 14 und 15 abgeändert ist. Diese zusätzlichen. Elektroden liegen in der Nähe jeder Seite des Wandlers 2, aber sind elektrisch mit der betreffenden gegeuübex-iiegenden Seite des Wandlers 2 verbunden. Wenn also der Wandler 2 im Gegentaktraodus betrieben wird, weist jede der zusätzlichen Elektroden 14₅ 15 immer eine der der benachbarten Seite des Wandlers 2 entgegengesetzte Polarität auf. Die elektrischen Verbindungen 16,17 zwischen den zusätzlichen Elektroden 14,15 und den betreffenden gegenüberliegenden Seiten des Wandlers 2 werden vorzugsweise auf der Oberfläche des Körpers 1 ohne Knoten (cross-overs) und zugleich mit den interdigitalen EIeJctrodenstruktur und den zusätzlichen Elektroden gebildet.

Die Elektroden -i4,15 führen einen zusätzlichen Durchschlag über gleichwertige Kapazitäten Ca» und Cb¹ herbei, die Spannungen Va' bzw. Vb' am Empfangswandlex* 3 induzieren. Ca' ist die Kapazität zwischen der zusätzlichen Elektrode 1.4 und den durch den Streifen 11 miteinander verbundenen Elektroden 5 und ist auch die Kapazität' zwischen der zusätzlichen Elektrode 15 und den durch den Streifen 10 miteinander verbundenen Elektroden. 5· Cb¹ ist

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die Kapazität zwischen der zusätzlichen Elekti"ode 1^ und den durch den Streifen 10 miteinander verbundenen Elektroden 5 und ist auch die Kapazität zwischen der zusätzlichen Elektrode 15 und den durch den Streifen 11 miteinander verbundenen Elektroden 5· Es ist bekannt, dass Ca grosser als Cb ist und naturgemäss ist Cb¹ grosser als Ca¹. Der Umfang der Elektroden 14,15 und ihre Lage sind derart eingestellt, dass die Bedingung Ca -ϊ- Ca* = Cb + Cb' erfüllt tcird. Der gegenphasige kapazitive Durchschlag der zusätzlichen Elektroden i4, 15 ergibt also beim Betrieb des Emp— fangsvandlers 3 im Gegentaktmodus eine Nettodurchschlagspannung der "zusätzlichen Elektroden 1^,15 von 2(Va-Vb-Yb'+Va¹) die theoretisch gleich Null ist. In der Praxis ergibt sich wenigstens eine erhebliche Herabsetzung des Durchschlagsignals.

Einige mögliche Abwandlungen der obenbeschriebenen Anordnung sind folgende;

Obgleich der Sendewandler 2 sowie der

Empfangswandler 3 als einfach ausgeführte interdigitale Elektrodenmatrizen dargestellt sind., kann ein oder können beide Wandler auch doppelt ausgeführte Strukturen sein, solange die beiden Abschnitte in Reibe angeordnet und im Gegentaktmodus betrieben werden. Eine weitere mögliche Abwandlung besteht darin, dass der Wandler 3 als Sendewandler und der Wandler 2 als Empfangswandler betrieben wird. Bei gewissen Anwendungen kann es erwünscht sein, das ungewünschte kapazitive Durchsciilagsignal weiter

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herabzusetzen, z.B. dadurch, dass ein geei"deter Streifen mit einer abschirmenden Wirkung zwischen den beiden
Wandlern angeordnet wird.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE .

1 . - Akustische Oberflächenwellenanordnung mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflächen ein erster und ein zweiter Interdigitalwandler mit jeder zwei kammförmigen Elektroden zum Aussenden bzw. Empfangen einer sich über diese Oberfläche fortpflanzenden akustischen Oberflächenwelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass einer (2) der Wandler zwei zusätzliche Elektroden (1^,15) auf der genannten Oberfläche des Körpers enthält, wobei diese zusätzlichen Elektroden (19 bzw. 15) in der Nähe jeder der zwei Elektroden (6 bzw. 7) des ersten Wandlers (2) liegen, aber elektrisch mit der betreffenden gegenüberliegenden Elektrode (7 bzw. 6) des ersten Wandlers verbunden, ist, derart, dass, wenn beide Wandler (2 und 3) im Gegentaktmodus betrieben werden, jede zusätzliche Elektrode (i4_r I5} immer eine der der benachbarten Elektrode (6, 7) des ersten Wandlers entgegengesetzte Polarität aufweist, so dass das ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal von dem Sendewandler (2) zu dem Empfangswandler (3) erheblich herabgesetzt wird.
2. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach

Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen zwischen den zusätzlichen Elektroden (i%₅15) und den respektiven gegenüberliegenden Elektroden (7»6) des ersten Wandlers auf der Oberfläche des Körpers ohne Knoten (cross—overs) gebildet werden.

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