DE2426375C3 - Akustische Oberflächenwellenanordnung - Google Patents

Description

25

Die Erfindung bezieht sich auf eine akustische Oberflächenwellcnanordnung mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflä-,chen 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, gpdrängt und außerdem mit Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen kompatibel sind. Bei derartigen Anordnungen können Schwierigkeiten, z. B. in bezug auf den Umfang und die Herstellungskosten, die sich beim Anbringen von Induktoren 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 enthält normalerweise eine interdigitale Struktur paralleler streifenförmiger 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 dimensiona-Ie 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 Oberflächenwellenquelle 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 und der Rechenanlageoptimierung, die mathematisch der Beugungstheorie analog sind, kann auf diesem mathematischen Modell eine geeignete relative Verteilung des Umfangs 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 Empfangswandler 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 werden. 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 der Anordnung dazu benutzt werden, eine gewünschte Verzögerung zu erhalten.

Ein Problem der oben beschriebenen Anordnungen besteht darin, daß neben einem gewünschten Signal, das von der von einem Wandler 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 voreiL Im Falle eines Filters muß der Durchschlagpegel um mehr als die Kombination des Einführungsverlusts des Filters und des tiefsten erforderlichen Einfangspegels des Filters das Ausgangssignal unterschreiten.

In dem DE-Patent 22 35 233 ist ein Filter oder eine Verzögerungsleitung nach dem Oberflächenwellenprinzip vorgeschlagen mit mehreren Wandlern, zwischen denen geerdete streifenförmige Elektroden als Abschirmung liegen, die einen spitzen Winkel zur Wellenform bilden. Eine solche Abschirmelektrode reicht aber zur Vermeidung des kapazitiven Übersprechens vielfach nicht aus.

Aus der US-PS 35 73 673 ist es zur Verminderung der elektrischen Kopplung zwischen zwei Wandlern eines elektroakustischen Oberflächenfilters bekannt, entweder die Wandler mit der Eingangsquelle und der Last transformatorisch zu koppeln oder einen Eingangswandler zwischen zwei Ausgangswandlern anzuordnen. Beide Ausführungen sind umständlich und teuer und führen nicht immer zu dem angestrebten Erfolg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oberflächenwellenanordnung zu schaffen, bei der das ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal vom Sendewandler zum Empfangswandler mit einfachen Mitteln erheblich herabgesetzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer akustischen Oberflächenwellenanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in der Nähe auf der genannten Oberfläche jeder der zwei kammförmigen Elektroden eines der Wandler je eine zusätzliche Elektrode vorgesehen ist, die elektrisch mit der jeweils gegenüberliegenden kammförmigen Elektrode dieses Wandlers verbunden sind.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die beiden zusätzlichen Elektroden eine kompensierende direkte elektrische Kopplung zwischen den Wandlern hervorrufen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung sind die elektrischen Verbindungen zwischen den zusätzlichen Elektroden und den jeweiligen gegenüberliegenden Elektroden des

einen Wandlers auf der Oberfläche des Körpers ohne Überkreuzungen gebildet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsb>;ispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf ein bekanntes akustisches Oberflächenwellenfilter, und

F i g. 2 schematisch eine Draufsicht auf das gemäß der Erfindung abgeänderte Filter nach F i g. 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 Empfangswandler 3 angebracht Die Wandler enthalten interdigitaler Elektrodenpaare, die auf der Oberfläche des Körpers 1 z. B. durch Photolithographie aus einer aufgedampften Metallschicht gebildet werden.

Der Sendewandler 2 ist eine übliche einfach dusgeführte 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 Oberflächenwellen empfangen kann, das von dem Wandler 2 ausgesandt wird.

Jede der Interdigitalwandler 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 benachbarten Streifen entgegengesetzter Polarität eingestellt werden.

Kammförmige Elektroden 6, 7 werden dadurch gebildet, daß Enden von Elektrodenstreifen 5 der gleichen Polarität mittels paralleler leitender Streifen miteinander und zu Eingangsklemmen 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 10,11 erhalten sind.

Das ungewünschte kapazitive Durchschlagsignal, das auftritt, wenn die oben beschriebene 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 Kapazitäten Ca und Cb dargestellt werden. Ca ist die Kapazität zwischen der Elektrode 6 und der Elektrode 10 und i.it 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 der Elektrode 7 und der Elektrode 10. Diese ungewünschten Kapazitäten Ca und Cb induzieren Spannungen Va und Vb am Empfangswandler, deren Nettoeffekt das DurchscbKt ■'•al bildet. Der Gegentaktbetrieb des Sendewandlers 2 induziert eine augenblickliche Spannung Va-Vb an der Klemme 12 zusammen mit einer Spannung Vb-Va an der Klemme 13, während der Gegentaktbetrieb des Empfangswandlers 3 ein Durchschlagsignal der Größe 2 (Va- Vb) ergibt

Fig.2 zeigt die Filteranordnung nach Fig. 1, die gemäß der Erfindung durch die Anbringung zweier zusätzlicher Elektroden 14 und 15 abgeändert ist Diese zusätzlichen Elektroden liegen in der Nähe jeder Seile des Wandlers 2, aber sind elekirisch mit der betreffenden gegenüberliegenden Seite des Wandlers 2 verbunden. Wenn also der Wandler 2 im Gegentaktmodus betrieben wird, weist jede der zusätzlichen Elektroden 14, 15 immer eine der der benachbarten Seite des Wandlers 2 entgegengesetzte Polarität auf. Die elektrischen Verbindungen 16, 17 zwischen den zasätzlichen 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 Elektrodenstruktur und den zusätzlichen Elektroden gebildet

Die Elektroden 14, 15 führen einen zusätzlichen Durchschlag über gleichwertige Kapazitäten Ca' und Cb' herbei, die Spannungen Va' bzw. Vb' am Empfangswandler 3 induzieren. Ca' ist die Kapazität zwischen der zusätzlichen Elektrode 14 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. Cb' ist die Kapazität zwischen der zusätzlichen Elektrode 14 und den durch den Streifen iO 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 größer als Cb ist und naturgemäß ist Cö'größer als Ca'. Der Umfang der Elektroden 14, 15 und ihre Lage sind derart eingestellt, daß die Bedingung Ca + Ca' = Cb + Cb' erfüllt wird. Der gegenphasige kapazitive Durchschlag der zusätzlichen Elektroden 14, 15 ergibt also beim Betrieb des Empfangswandlers 3 im Gegentaktmodus eine Nettodurchschlagspannung der zusätzlichen Elektroden 14, 15 von 2(Va- Vb - Vb' + Va') die theoretisch gleich Null ist. In der Praxis ergibt sich wenigstens eine erhebliche Herabsetzung des Durchschlagsignals.

Einige mögliche Abwandlungen der oben beschriebenen 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 Reihe 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 Durchschlagsignal weiter herabzusetzen, z. B. dadurch, daß ein geerdeter Streifen mit einer abschirmenden Wirkung zwischen den beiden Wandlern angeordnet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Akustische Oberflächenwellenanordnung mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflächen ein erster und ein zweiter Interdigitalwandler mit je zwei kammförmigen Elektroden zum Aussenden bzw. Empfangen einer sich über diese Oberfläche fortpflanzenden akustischen Oberflächenwelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe auf der genannten Oberfläche jeder der zwei kammförmigen Elektroden (6 bzw. 7) eines der Wandler (2) je eine zusätzliche Elektrode (14 bzw. 15) vorgesehen ist, die elektrisch mit der jeweils gegenüberliegenden kanimförmigen Elektrode (7 bzw. 6) dieses Wandlers ' (2) verbunden sind.

2. Akustische Oberflächenwellenanordncng nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen zwischen den zusätzlichen Elektroden (14, 15) und den jeweiligen gegenüberliegenden Elektroden (7, 6) des einen Wandlers (2) auf der Oberfläche des Körpers (1) ohne Oberkreuzungen gebildet sind.