DE2435835A1

DE2435835A1 - Akustische oberflaechenwellenanordnung

Info

Publication number: DE2435835A1
Application number: DE2435835A
Authority: DE
Inventors: Kenneth William Moulding; David William Parker
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1974-07-25
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2435835C2; US3968460A; IT1016742B; ES428850A1; SE392376B; SE7409840L; AU7196574A; CA1020269A; FR2239815A1; FR2239815B1; GB1396856A; BE818398A; JPS5615612B2; JPS5046061A

Description

PHB.32358. Va/EVH.

Dipl.-Ing. RORST AUER

Anmstor: H.V.K.i Lira" cuüEiU

Ak_le: PHB-32.358

Anmeldung vom ι 23· Juli

Akustische Oberflächenwellenanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung.

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 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

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eine akustische Oberflächenwelle aussenden, bzw. empfangen, die sich über die Oberflache fortpflanzt. Jeder Wandler enthält normalerweise eine interdigitale Struktur streifenförmiges Elektroden, welche Struktur z.B. durch einen photolithographischen Vorgang aus einer Schicht aus einem geeigneten Metall 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. 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 Rechenanlagenoptimierung auf diesem mathematischen Modell kann eine geeignete relative Verteilung des Umfangs und des gegenseitigen Abstandes derartiger Quellen in den Sende- und Empfangswandlerstrukturen berechnet werden, wodurch eine gute Annäherung einer gewünschten Bandresonanzkurve erhalten werden kann·

Fig. 1A der beiliegenden Zeichnungen zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines üblichen akustischen Oberflächenwellenfilters, das als Zwischenfrequenzfilter für einen Fernsehempfänger verwendet werden kann. Ein Körper A

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in Form einer Scheibe aus piezoelektrischem Material ist auf der oberen Fläche mit einem (teilweise dargestellten) Sendewandler und einem (nicht dargestellten) Empfangswandler versehen. Die Wandler enthalten interdigitale Elektroden, die vorteilhafterweise auf der Oberfläche des Körpers A durch einen photolithographischen Vorgang aus einer aufgedampften Metallschicht gebildet werden.

Der dargestellte Sendewandler ist eine übliche interdigitale Struktur paralleler Streifenelektroden B, mit deren Hilfe ein Bündel akustischer Oberflächenwellen auf dem Emp— fangswandler parallel zu der Fortpflanzungsrichtung X der akustischen Oberflächenwellen gerichtet werden kann. Parallele leitende Streifen C, D verbinden Enden von Elektroden B der gleichen Polarität miteinander und führen zu respektiven Eingangsklemmen E, F des Sendewandlers. Die äquivalente Quellenintensität in der Lage jeder Elektrode wird durch den Gesamtbetrag dss an diese Elektrode gelangenden oder diese Elektrode verlassenden elektrischen Flusses bestimmt und ist dem Ausmass der Ueberlappung zwischen dieser Elektrode und den beiden benachbarten Elektroden proportional· Fig. 1B der beiliegenden Zeichnungen zeigt die

Intensität S der Quellen in den aufeinanderfolgenden Elektrodenlagen a_t b_t c, d, e_f f, g und h in der Fortpfanzungsrichtung X entsprechend Fig. 1A. Die Polaritäten der Quellen ändern sich mit der den Elektroden zugeführten Spannung und die Fig. 1A und 1B zeigen den Zeitpunkt, zu dem eine positive

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Spannung der Eingangsklemme E tind eine negative Spannung der Eingangsklemme F zugeführt wird. Es ist z.B. ersichtlich, dass die Elektroden in den Lagen a, b und c positiv, negativ bzw, positiv sind und dass zwischen den Elektroden in den Lagen a und b eine Ueberlappung von 7 Einheiten und zwischen den Elektroden in den Lagen b und c von 9 Einheiten besteht. Auf diese Weise gelangt ein elektrischer Fluss von 16 Einheiten in die Lage b_t so dass angenommen wird» dass eine Quelle von -16 Einheiten zu diesem Zeitpunkt in der Lage b vorhanden ist. Die 9 Einheiten des elektrischen Flusses, die an die Lage b gelangen, können auch als 9 Einheiten des elektrischen Flusses, die die Lage c verlassen, betrachtet werden, um die Polarität und die Grosse der Quellen in der Lage c zu bestimmen. Ausserdem besteht eine ueberlappung von 9 Einheiten zwischen der Elektrode in der Lage c und der Elektrode in der Lage d, die zu dem betrachteten Zeitpunkt eine negative Spannung aufweist. So verlässt ein elektrischer Fluss von 18 Einheiten die Lage c_f so dass angenommen wird, dass eine Quelle von +18 Einheiten in der Lage c zu diesem Zeitpunkt vorhanden ist. Fig. IA zeigt die Richtung des elektrischen Feldes und die relativen Grossen des elektrischen Flusses infolge der Ueberlappung zwischen benachbarten Fingern für alle dargestellten Elektroden, während Fig. 1B die erhaltene Grosse und Polarität der erhaltenen Quellen in den Lagen d, e, f, g und h dieser Elektroden darstellt.

Aus der obenstehenden Beschreibung an Hand der

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Fig. 1A und 1B geht hervor, dass die übliche interdigitale Elektrodenstruktur gewisse Beschränkungen in bezug auf die Weise, in der eine Verteilung von Quellenintensitäten wiedergegeben werden kann, mit sich bringt. Das heisst, dass sich die Richtung des elektrischen Feldes notwendigerweise von einem Zwischenraum zu dem nächstfolgenden ändert, was bedeutet, dass die Quellen wechselnde Polaritäten und je eine Grosse aufweisen müssen, die gleich der Summe des elektrischen Flusses infolge der Ueberlappung zwischen der Elektrode in dieser Lage und den beiden benachbarten Elektroden ist. Dadurch kann oftmals keine Verteilung von Quellenintensivitäten erhalten werden, die gemäss einer Berechnung notwendig ist, um für den Wandler eine gewünschte Kennlinie zu erzielen. Die Erfindung bezweckt, diese Beschränkungen zu

verringern oder zu beheben.

Nach der Erfindung ist ein akustisches Oberflächenwellenfilter mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflächen ein Sende- oder Empfangswandler mit einer interdigitalen Elektrodenstruktur angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Satz von vier Elektroden enthält, in dem die erste und die zweite Eelektrode in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen durch den Wandler in einem gewissen Abstand voneinander liegen und sich überlappen, wobei die dritte Elektrode mit der zweiten Elektrode fluchtet und mit der ersten Elektrode elektrisch zusammengeschaltet ist, während

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die vierte Elektrode in einem gewissen Abstand von der zweiten und dritten Elektrode in der genannten Fortpflanzungsrichtung liegt, die dritte Elektrode überlappt und mit der zweiten Elektrode elektrisch zuaaramengeschaltet ist, derart, dass beim Betrieb das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden dritten und vierten Elektroden die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden ersten und zweiten Elektroden aufweist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben* Es zeigen:

Fig. 2A schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines ersten akustischen Oberflächenwellenfliters nach der Erfindung,

Fig. 2B die Intensitäten der Quellen in den aufeinanderfolgenden Elektrodenlagen in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen entsprechend Fig» 2A_f und

Fig. 3, k und 5 eine zweite, eine dritte bzw. eine vierte Ausführungsforra eines akustischen Oberflächenwellenfliters nach der Erfindung.

In den Fig. 2A und 2B bezeichnen die Buchstaben A, B, C, D, E und F den Körper aus piezoelektrischem Material, parallele Streifenelektrpden, parallele leitende Streifen bzw. Eingangsklemmen, auf gleiche Weise wie bei der in den Fig. 1A und 1B dargestellten üblichen Anordnung» Es ist ersichtlich, dass die Quellen in den Lagen a, b, c, f, g und h

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auf* Übliche Weise gebildet werden. Die Quellen in den Lagen d und e werden nicht auf übliche Weise gebildet und die
Konfiguration des Satzes von vier Elektroden B1, B2, B3 und wird nunmehr im Detail beschrieben. Die ElektrodenBI und B2 sind mit Klemmen E bzw. F verbunden, die annahmeweise eine positive bzw. negative Spannung fUhren, die daran zu einem gegebenen Zeitpunkt angelegt sind. Zwischen den Elektroden B1 und B2 besteht eine Ueberlappung von k Einheiten, was h die Quelle in der Lage c verlassende Einheiten des elektrischen Flusses und dementsprechend h an die Quelle in der Lage d
gelangende Einheiten des elektrischen Flusses ergibt.
Die Elektrode B3 fluchtet mit der Elektrode B2 und ist mit der Elektrode B1 elektrisch zusammengeschaltet. Die Elektrode B4 befindet sich in der Lage e, Überlappt mit 1 Einheit die Elektrode B3 und ist mit der Elektrode B2 elektrisch, zusammen geschaltet. So weist das elektrische F.eld zwischen den sich überlappenden Elektroden B3 und B^ die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B1 und B2 auf. Auf diese Weise ist die Intensität
der Quelle in der Lage d durch.den Unterschied zwischen dem elektrischen Fluss in dem Raum zwischen den Lagen c und d
und dem elektrischen Fluss in dem Raum zwischen den Lagen d und e erhalten. Ausserdem wird, indem die Elektrode in der Lage f mit der positiven Klemme E verbunden wird, die Quelle in der Lage e negativ gemacht, d.h., dass sie die gleiche
Polarität wie die Quelle in der Lage d aufweist.

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In Pig. 3 haben die Buchstaben A, B, C, D, E und F die gleiche Bedeutung wie in Pig. 2A, Der Satz von vier Elektroden B1, B2, B3 und Bk ist derart ausgeführt, dass das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B3 und Bk die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B1 und B2 aufweist. Die Intensität der Quelle in der Lage d ist also durch den Unterschied zwischen dem elektrischen Fluss in dem Raum zwischen den Lagen c und d und dem elektrischen Fluss in

dem Raum zwischen den Lagen d und e erhalten. Ausserdem fluchtet die Elektrode B5 mit der Elektrode B^ und ist mit der Elektrode B3 elektrisch zusammengeschaltet, während die Elektrode B6 sich in der Lage f befindet, die Elektrode B5 überlappt und mit der Elektrode Bk elektrisch zusammengeschaltet ist. Auf diese Weise bilden die Elektroden B3_f Bk, B5 und B6 einen Satz von vier Elektroden, derart, dass das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B5 und B6 die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B3 und Bk aufweist. Die Quelle in der Lage e ist somit positiv, so dass sich die Polarität der Quellen in den Lagen d, e und f ändert, wie dies bei einer üblichen interdigitalen Struktur der Fall ist. Der Satz von vier Elektroden B1, B2, B3 und B*f und der Satz von vier Elektroden B3_f Bk, B5 und B6 bewirken aber, dass eine GrBssenverteilung von Quellen erhalten wird, die nicht mit einer üblichen interdigitalen Struktur erzielt werden konnte«

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In Fig. k haben die Buchstaben A, B, C, D, E und F wieder die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2A. Hier gibt es drei aufeinanderfolgende Sätze von vier Elektroden, und zwar den ersten Satz B1 , B2, B3 und BA, den zweiten Satz B3, Bk₁ B5 und B6, und den dritten Satz B5, B6, B7 und B8. Das elektrische Feld weist somit in vier aufeinanderfolgenden Zwischenräumen, d.h. zwischen den Lagen c und d, zwischen den Lagen d und e, zwischen den Lagen e und f und zwischen den Lagen f und g, die gleiche Richtung auf. Dies hat zur Folge, dass zwei aufeinanderfolgende Quellen der gleichen Polarität, d.h. in den Lagen d und e, gebildet werden, wie dies in der an ■ Hand der Fig. 2A und 2B beschriebenen Ausführungsformen der Fall ist. Im Falle der Fig. k ist die Grosse der Quelle in der Lage e jedoch geringer als die Grosse infolge des an die Elektrode Bk gelangenden elektrischen Flusses, was auf ihre Ueberlappung mit der Elektrode B3 zurückzufuhren ist.

In Fig. 5 haben die Buchstaben A, B, C, D, E und F wieder die gleiche Bedeutung wie in Fig. 2A. Hier gibt es zwei Sätze von vier Elektroden, und zwar den ersten Satz B1, B2, B3 und Bk, und den zweiten Satz Bk, B7, B6 und B9. Das elektrische Feld weist somit in den beiden. Räumen zu beiden Seiten der Elektroden B2 und B3 und auch in den beiden Räumen zu beiden Seiten der Elektroden B6 und B7 die gleiche Richtung auf. Dadurch wird bewirkt, dass drei aufeinanderfolgende Quellen der gleichen Polarität, und zwar in den Lagen d, e.und f, gebildet werden.

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Claims

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PATENTANSPItUECHE:

Akustische Oberflächenwellenanordnung mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, auf einer dessen Oberflächen wenigstens ein Wandler mit einer interdigitalen Elektrodenstruktur angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass diese Elektrodenstruktur mindestens einen Satz von vier Elektroden enthält, in dem die erste (Bi) und die zweite Elektrode (B2) in einem gewissen Abstand voneinander in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen durch den Wandler liegen und sich überlappen, wobei die dritte Elektrode(B3)mit der zweiten Elektrode fluchtet und mit der ersten Elektrode (B1) elektrisch zusammengeschaltet ist, während die vierte Elektrode (B^) in einem gewissen Abstand von der zweiten (B2) und der dritten Elektrode (S3) in der .genannten Fortpflanzungsrichtung liegt, die dritte Elektrode (B3) überlappt und mit der zweiten Elektrode (B2) elektrisch zusammengeschaltet ist, derart, dass beim Betrieb das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden dritten (S3) und vierten Elektroden (b4) die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden ersten (B1) und. zweiten Elektroden (B2) aufweist, 2. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden des Wandlers derart ausgeführt sind, dass beim; Betrieb die Lage in der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen durch den Wandler, in der sich die erste Elektrode befindet,

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ein sie verlassendes (oder an sie gelangendes) netto elektrisches Feld aufweist, während die Lage, in denen sich die genannten zweiten und dritten Elektroden befinden, ein an sie gelangendes (oder sie verlassendes)·netto elektrisches Feld aufweisen, und die Lage, in der sich die genannte vierte Elektrode befindet, ein an sie gelangendes (oder sie verlassendes) netto elektrisches Feld aufweist.

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