DE2435751A1 - Akustisches oberflaechenwellenfilter - Google Patents

Description

LICENTIA

Patent-Verwaltungs-GmbH

6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

7900 Ulm, 23. Juli 1974-PT-UL/Scha/wi - UL 74-/86

"Akustisches Oberflächenwellenfilter"

Zusatz zu Patent

(Patentanmeldung P 23 63 701.6)

Die Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächenwellenfilter mit wenigstens einem zu Oberflächenschwingungen anregbaren Körper, der zumindest teilweise aus piezoelektrischem Material besteht und dessen Oberfläche wenigstens auf einer Seite des Körpers mit Störstellen für Oberflächenwellen versehen ist und das weiterhin Mittel zur Umwandlung elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt enthält, wobei zumindest ein Teil der Störstellen zu einem Resonator zusammengefaßt ist, der die Form eines Strichgitters aufweist und wobei der Abstand der Störstellen voneinander im Resonator im Mittel der halben Wellenlänge der Oberflächenwellen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht, nach Patent (Patentanmeldung P 23 63 701.6).

Akustische Oberflächenwellenfilter zeigen ein Übertragungsverhalten, bei dem ohne Wichtung der Abmessungen der Wandlerfinger die Frequenzabhängigkeit der Dämpfung ungefähr den

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Verlauf (sin x/x)'" aufweist, wobei χ eine lineare Funktion der Frequenz ist. Dieses Übertragungsverhalten entspricht bezüglich Flankensteilheit etwa dem eines dreikreisigen Bandpaßfilters. Es sind Maßnahmen bekannt, dieses Übertragungsverhalten entweder durch Wichtung der Geometrie der Wandlerfinger oder durch Erzeugung gekoppelter Resonanzstrukturen in der Laufstrecke der Oberflächenwelle so zu beeinflussen, daß eine Versteilerung der Filterflanken entsprechend einem mehrkreisigen Bandpaßfilter möglich wird. Der Nachteil dieser Maßnahmen besteht darin, daß eine präzise Fotoätztechnik erforderlich ist oder Beugungseffekte auftreten.

Gekoppelte Resonanzstrukturen, mit deren Hilfe ebenfalls eine Verbesserung der Flankensteilheit erzielt werden kann, sind in der DT-OS 2 133 634- beschrieben. Diese Resonanzstrukturen bestehen aus Störstellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen angeordnet sind, wobei der Abstand benachbarter Störstellen derart gewählt ist, daß sich in Verbindung mit den jeweils dazwischenliegenden Oberflächenabschnitten ein Resonator ergibt. Solche Strukturen bedingen aber ebenfalls wieder ein sehr präzises Herstellungsverfahren, da die Abgleichgenauigkeit für die Resonanzfrequenz eines Resonators von der Genauigkeit abhängt, mit der zwei benachbarte Störstellen die X/2-Bedingung erfüllen.

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Die Hauptanmeldung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, ein akustisches Oberflächenwellenfilter anzugeben, welches sich durch hohe Flankensteilheit auszeichnet und das die Möglichkeit mit einschließt, den vom Filter hindurchgelassenen Schwingungsanteil bezüglich seiner Intensität in weiten Grenzen zu variieren. Zur Erreichung dieses Zieles wird gemäß der Hauptanmeldung vorgeschlagen, zumindest einen Teil der Störstellen zu einem Resonator .zusammenzufassen, der die Form eines Strichgitters aufweist und den Abstand der Störstellen voneinander so zu wählen, daß dieser im Mittel der halben Wellenlänge der Oberflächenwellen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht.

Durch die Gesamtwirkung vieler schwacher Reflexionen an den Gitterstrichen baut sich für Frequenzen, bei denen zwei benachbarte Striche eines solchen Gitters den Abstand λ/2 oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon haben, eine stehende Wellenverteilung auf. Ein solches in Figur 1 dargestelltes Gitter, das am Eingang, z. B. an einer kurzen Interdigitalleitung, mit einer konstanten Wechselspannung erregt wird, erzeugt am Ausgang z. B. wiederum an einer Interdigitalleitung eine Spannung U, deren Verlauf in der in Figur 2 wiedergegebenen Resonanzkurve dargestellt ist. Hierbei ist f die Frequenz und f = -Sy- die Resonanzfrequnz, wobei 1 der Abstand zweier Gitterstriche von Mitte zu Mitte und c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen ist.

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Ein ganzes Strichgitter besitzt also die Eigenschaft eines Einzelresonators.

Um ein Filter mit einem Durchlaßbereich, wie in Figur 3 dargestellt, zu erzeugen, werden üblicherweise mehrere Resonatoren miteinander verkoppelt. Einige vorteilhafte Möglichkeiten zur akustischen Kopplung von Resonatoren sind in der Hauptanmeldung genauer beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein akustisches Oberflächenwellenfilter gemäß der Hauptanmeldüng anzugeben, welches die Durchlaßcharakteristik eines Mehrfachfilters besitzt und das zudem auf eine besonders einfache Weise realisiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die aufeinanderfolgenden Gitterstriche oder einander gegenüberliegende Abschnitte dieser Gitterstriche wenigstens in einem Teilbereich des Resonators einen in Richtung der Längsausdehnung der Gitterstriche sich ändernden gegenseitigen Abstand aufweisen.

Die Erfindung soll anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Figuren 4 bis 6 noch näher erläutert werden.

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Bei einer Anordnung gemäß Figur 4· sind die Gitterstriche des Resonators auf einem kreisförmigen Streifen aufgebracht. Da nun in der Nähe des inneren begrenzenden Kreises (Radius R.) die geraden Gitterstriche enger liegen als außen (Radius S ),

ist die Resonanzfrequenz (f. = ·**—) innen höher als außen

(f = rJr—). Durch eine geometrische Überlegung läßt sich a dL_a

zeigen, daß die relative Bandbreite ν eines solchen Filters folgenden Wert hat:

R-R.

R
a

Die Zahl der Gitterstriche muß so groß gewählt werden, daß der Kehrwert der Güte Q eines von zwei aufeinanderfolgenden Gitterstrichen begrenzten Teilresonators, d. h. dessem Dämpfung,klein gegen die relative Bandbreite ν des Gesamtfilters ist, d. h. also

Das kann bei den meisten Filtern etwa dadurch erreicht werden, daß 7J-^-STTy ν gewählt wird.

Bei Filtern mit nicht zu kleiner relativer Bandbreite, d. h. also etwa im Prozentbereich, ist das durch die Wahl der Anzahl der Striche des Gitters immer möglich.

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Figur 4 gibt nur ein Beispiel wieder, das sich als leicht überschaubar erweist. Bei komplizierteren Filtern kann es vorkommen, daß statt gerader Gitterstriche krummlinige verwendet werden müssen. Das hat folgende Ursache: Soll beispielsweise die Durchlaßcharakteristik im Übertragungsbereich maximal flach gemacht werden oder die Übertragungskurve (Figur 3) einen Tschebyscheff'sehen Verlauf erhalten, so dürfen die Anteile der einzelnen Teilresonatoren, d. h. der von zwei aufeinanderfolgenden Gitterstrichen begrenzten Resonatoren oder der entsprechenden Teilstreifen S des Gesamtstreifens (Figur 5)i gelegen zwischen R. _o und R.

ι + ο ι + ο +

nicht gleichmäßig innerhalb der Bandbreite des Filters verteilt sein. Häufig liegen die Nullstellen des die Übertragung beschreibenden Polynoms an den Rändern des Übertragungsbereiches dichter gedrängt als in der Mitte. Ein Filter mit diesen Eigenschaften würde also aus einer Folge von gekrümmten Gitterstrichen bestehen, wie sie in Figur 6 dargestellt sind. Setzt man anschließend eine solche Struktur mit geraden parallelen Strichen fort, so kann man Teile des Filters derart bevorzugen, daß zusätzliche Höcker in der Übertragungskurve entstehen.

Die gesamte FiIteranordnung wird zweckmäßig mit Hilfe fotolithografischer Methoden auf einem Substrat aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise aus kristallinem Quarz, aufgebracht werden. Hierbei können zweckmäßig auch die erforder-

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liehen Eingangs- und Ausgangswandler, beispielsweise in der Form von Interdigital-Ein- und Auskopplungsleitungen oder auch weitere Resonatoren gleichzeitig aufgebracht werden. Die Wandler können auch als Teile eines Strichgitterresonators dargestellt werden, wie man in Figur 4-erkennt. Die einzelnen Resonatoren müssen in diesem Fall durch Bereiche voneinander getrennt sein, deren Wellenwiderstand unterschiedlich zu denjenigen in den anschließenden Resonatoren ist. Schließlich ist es auch vorteilhaft, das piezoelektrische Substrat als Träger für weitere Bauelemente zu verwenden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, ein Oberflächenwellenfilter in kompakter Bauweise mit kleinen äußeren Abmessungen herzustellen. Als solche Bauelemente eignen sich z. B. Anpassungsverstärker am Filtereingang und/oder-ausgang, die wenigstens einen Transistor enthalten (Figur 7). Werden solche Anpassungsverstärker beispielsweise als Chip unmittelbar auf dem Substrat aufgebracht, so ergeben sich kurze Zuleitungen zu den Wandlern, wodurch störende, die Bandbreite beschränkende Kapazitäten vermieden werden.

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Claims (7)

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   Patentansprüche

   1 .y Akustisches Oberflächenwellenfilter mit wenigstens einem zu Oberflächenschwingungen anregbaren Körper, der zumindest teilweise aus piezoelektrischem Material besteht und dessen Oberfläche wenigstens auf einer Seite des Körpers mit Störstellen für Oberflächenwellen versehen ist und das weiterhin Mittel zur Umwandlung elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt enthält, wobei zumindest ein Teil der Störstellen zu einem Resonator zusammengefaßt ist, der die Form eines Strichgitters aufweist und wobei der Abstand der Störstellen voneinander im .Resonator im Mittel der halben Wellenlänge der Oberflächenwellen oder einem ganzzahligen Vielfachen davon

   entspricht, nach Patent (Patentanmeldung P 23 63 701.6),

   dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Gitterstriche oder einander gegenüberliegende Abschnitte dieser Gitterstriche wenigstens in einem Teilbereich des Resonators einen iri Richtung der Längsausdehnung der Gitterstriche sich ändernden gegenseitigen Abstand aufweisen.
2. 2. Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Gitterstriche oder einander gegenüberliegende Abschnitte dieser Gitterstriche wenigstens in einem Teilberei cii des Resonators unter einem

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   vorzugsweise kleinen Winkel gegeneinander angeordnet sind.
3. 3. Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Gitterstriche gekrümmt ist oder einen gekrümmten Bereich enthält.
4. 4. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Gitterstriche in ihrer Länge begrenzt ist durch eine gekrümmt verlaufende Kurve, vorzugsweise einen Kreisbogen.
5. 5. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator an andere Störstellen gekoppelt ist und daß zwischen dem Resonator und den anzukoppelnden Störstellen ein Bereich vorgesehen ist, der einen gegenüber dem Resonator- und Störstellenbereich unterschiedlichen Wellenwiderstand aufweist.
6. 6. Oberflächenwellenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch die Verwendung des Resonators zur Herstellung eines geebneten Dämpfungsverlaufes im tibertragungsbereich, vorzugsweise zur Herstellung eines Tschebyscheff'sehen Verlaufs der Übertragungskurve.

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7. 7. Oberflächenwellenfilter nach, einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Filtereingang und/oder-ausgang ein Anpassungsverstärker vorgesehen ist, der wenigstens einen Transistor enthält, und daß der Anpassungsverstärker als Chip auf dem Substrat aufgebracht ist.

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