DE2435835C2 - Anordnung für akustische Oberflächenwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für akustische Oberflächenwellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine solche Anordnung ist aus der US-PS 36 99 364 bekannt.

Durch die Anwendung akustischer Oberflächenwellen können Anordnungen, wie beispielsweise frequenzselektive Filter, hergestellt werden, die kompakt und außerdem mit Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen kompatibel sind. Bei derartigen Anordnungen können Schwierigkeiten vermieden werden, die sich bei anderen selektiven Schaltungsanordnungen für hohe Frequenzen, die Spulen enthalten, welche hohe Gütewerte aufweisen sollen, bei der Verwirklichung dieser Spulen ergeben.

Ein akustisches Oberflächenwellenfilter wird gewöhnlich durch eine dünne Scheibe aus piezoelektrischem Material gebildet und dabei sind auf einer der Oberflächen dieser Scheibe ein Eingangs- und ein Ausgangswandler angebracht Vom Eingangswandler gehen akustische Oberflächenwelien aus, die über die Oberfläche der Scheibe fortschreiten und vom Ausgangswandler empfangen werden. Jeder Wandler weist in der Regel eine interdigitale Struktur aus streifenförmigen Elektroden auf. Eine solche Struktur ist beispielsweise durch einen photolithographischen Vorgang mittels einer Schicht aus einem geeigneten Metall verwirklichbar, die auf der Oberfläche der Scheibe abgelagert wird.

Die Kenndaten der Durchlaßkurve des Filters werden durch die Anzahl, den gegenseitigen Abstand und die Konfiguration der Wandlerelektroden bestimmt Zur Erleichterung der Berechnungen wird ein mathematisches Modell der Wandkrstruktur herangezogen, bei dem jede Elektrode als eine gesonderte Quelle akustischer Oberflächenwelien betrachtet wird, wobei sich die mit diesem Modell erzielbaren Ergebnisse in der Praxis beim Entwerfen als befriedigend erwiesen haben. Durch die Anwendung von Techniken der Fourier-Synthese und der rechnergesteuerten Optimierung auf dieses mathematische Modell kann eine geeignete relative Verteilung der Längenausdehnung und des gegenseitigen Abstandes derartiger Quellen in den Eingangs- und Ausgangswandlerstrukturen errechnet werden, wodurch eine gute Annäherung an eine vorgeschriebene Übertragungskurve erhalten werden kann.

F i g. 1A der Zeichnungen zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil eines bekannten akustischen Oberflächenwellenfilters, das als Zwischenfrequenzfilter für einen Fernsehempfänger verwendbar ist. Ein Körper A in Form einer Scheibe aus piezoelektrischem Material ist auf der oberen Fläche mit einem (teilweise dargestellten) Eingangswandler und einem (nicht dargestellten) Ausgangswandler versehen. Die Wandler dieses bekannten Filters weisen interdigitale Elektroden mit Längenwichtung auf, die auf der Oberfläche des Körpers A zweckmäßig durch einen photolithographischen Vorgang aus einer aufgedampften Metallschicht gebildet werden.

Der dargestellte Eingangswandler ist eine bekannte interdigitale Struktur aus parallelen, streifenförmigen Elektroden B, mit deren Hilfe ein Bündel akustischer Oberflächenwelien auf den Ausgangswandler parallel zu der Fortpflanzungsrichtung X der akustischen Oberflächenwelien gerichtet werden kann. Parallel verlaufende streifenförmige Randmetallisierungen C, D

so verbinden die Elektroden B der gleichen Polarität miteinander und enden an den Klemmen E und F des Eingangswandlers. Die äquivalente Quellenintensität am Anbringungsort jeder Elektrode wird durch den Gesamtbetrag des an diese Elektrode gelangenden oder diese Elektrode verlassenden elektrischen Induktionsflusses bestimmt und ist dem Ausmaß der Überlappung zwischen dieser Elektrode und den beiden benachbarten Elektroden proportional.
Fig. IB der Zeichnungen zeigt die Intensitäten Sder durch die Elektroden B zustandekommenden Quellen an den aufeinanderfolgenden Anbringungsorten a, b, c, d, e, f, g und h der Elektroden in der ausgenutzten Fortpflanzungsrichtung X unter Zugrundelegung der in Fig. IA wiedergegebenen Wandlerkonfiguration. Die Polaritäten der Quellen ändern sich mit der den Elektroden zugeführten Spannung und die F i g. 1A und 1B zeigen den Zeitpunkt, zu dem eine positive Spannung der Eingangsklemme fund eine negative Spannung der

Eingangsklemme ^zugeführt wird Es ist ersichtlich, daß z. B. die Elektroden an den Anbringungsorten a, b und c der Reihe nach positiv, negativ und positiv sind. Hinsichtlich der Längenwichtung der Elektroden. ist angenommen, daß zwischen den Elektroden an dein Anbringungsorten a und b eine Überlappungslänge von 7 Einheiten und zwischen den Elektroden an den Anbringungsorten b und c von 9 Einheiten besteht Auf diese Weise gelangt ein elektrischer Induktionsfluß — in der theoretischen Elektrotechnik auch »Verschiebungs,- m fluß« genannt — von 16 Einheiten an den Anbringungsort b, so daß eine Quelle von mit einer Intensität S von — 16 Einheiten zu diesem Zeitpunkt am Anbringungsort b wirksam ist Die 9 Einheiten des elektrischen Induktionsflusses, die an den Anbringungsort b gelangen, können auch als die 9 Einheiten des elektrischen Induktionsflusses betrachtet werden, die den Anbringungsort c verlassen und die Polarität und die Quellenintensität am Anbringungsort c mitbestimmen. Außerdem besteht eine Überlappungslänge von 9 Einheiten zwischen der Elektrode am Anbringungsort .c und der Elektrode am Anbringungsort d, die zu dem betrachteten Zeitpunkt eine negative Spannung aufweist Es verläßt also ein elektrischer Induktionsfluß von 18 Einheiten die Elektrode am Anbringungsort c, so daß ausgesagt werden kann, daß eine Quelle mit einer Intensität S von +18 Einheiten am Anbringungsort c zum betrachteten Zeitpunkt wirksam ist. F i g. 1A zeigt die Richtung des elektrischen Feldes und die relativen Größen des elektrischen Induktionsflusses in Abhängigkeit vom Ausmaß der Überlappung zwischen den benachbarten Elektroden für alle dargestellten Elektroden, während F i g. 1B die sich ergebende Intensität und die Polarität der Quellen an den Anbringungsorten a, b, c, d,e,f, g und h dieser Elektroden darstellt.

Aus der oben stehenden Beschreibung an Hand der F i g. 1A und 1B geht hervor, daß die bekannte interdigitale Elektrodenstruktur mit Längenwichtung gewisse Beschränkungen hinsichtlich der Verteilung der Quellenintensitäten mit sich bringt. Das heißt, daß sich die Richtung des elektrischen Feldes notwendigerweise von einem Zwischenraum zwischen den Elektroden zu dem nächstfolgenden ändert, was bedeutet, daß.die Quellen der Reihe nach stets wechselnde Polaritäten und jeweils Intensitäten aufweisen, die gleich der Summe des elektrischen Induktionsflusses nach Maßgabe der Überlappungslängen zwischen der Elektrode am betrachteten Anbringungsort und den beiden benachbarten Elektroden ist. Dadurch ist es oftmals nicht möglich, eine Verteilung der Quellenintensitäten zu erreichen, die gemäß den Berechnungen notwendig ist, um für den Wandler einen vorgeschriebenen Frequenzgang zu erzielen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für akustische Oberflächenwellen zu schaffen, bei der die Verteilung der Quellenintensität verhältnismäßig frei gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale im Patentanspruch gelöst.

Einige Ausführungsformen der Anordnung nach der Erfindung sind in den Zeichnungen ab Fig.2A dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

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

Fig. 2B die Intensitäten der Quellen an den aufeinanderfolgenden Anbringungsorten der Elektroden in der ausgenutzten Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen entsprechend F i g. 2A, und

F; g. 3,4 und 5 drei weitere Ausführungsformen eines akustischen Oberflächenwellenfilters nach der Erfindung.

In den F i g. 2A und 2B bezeichnen der Buchstabe A den Körper aus piezoelektrischem Material, der Buchstabe ßdie Elektroden, die Buchstaben Cund D die streifenförmigen Randmetallisierungen, die Buchstaben Fund Fdie Eingangsklemmen in der gleichen Weise wie bei der in den Fig. IA und IB dargestellten bekannten Anordnung für akustische Oberflächenwellen. Es ist ersichtlich, daß die Quellen an den Anbringungsorten a, b,c,f,g und Λ in in der üblichen Weise gebildet werden. Die Quellen an den Anbringungsorten d und e werden nicht in der üblichen Weise gebildet und die hierfür maßgebliche Konfiguration des Satzes aus den vier Elektroden B 1, B2, B3 und B4 wird nunmehr im Detail beschrieben. Die Elektroden S1 und B 2 sind mit den Klemmen E und F verbunden, von denen die eine zum betrachteten Zeitpunkt eine positive und die andere eine negative Spannung führt. Zwischen den Elektroden B\ und B 2 besteht eine Überlappungslänge von 4 Einheiten, -.vas 4 die Quelle am Anbringungsort c verlassende Einheiten des elektrischen Induktionsflusses und dementsprechend 4 an die Quelle am Anbringungsort d gelangende Einheiten des elektrischen Induktionsflusses zur Folge hat.

Die Längsachsen der Elektroden B 2 und B 3 liegen auf einer Geraden und die Elektrode B 3 ist mit der Elektrode B1 elektrisch zusammengeschaltet. Die Elektrode BA befindet sich am Anbringungsort e, überlappt sich mit der Überlappungslänge von 1 Einheit mit der Elektrode S3 und ist des weiteren mit der Elektrode S2 elektrisch zusammengeschaltet. Hierdurch weist das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden S3 und Ö4 die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden B\ und B 2 auf. Auf diese Weise ergibt sich die Quellenintensität am Anbringungsort d durch die Differenz zwischen dem elektrischen Induktionsfluß in dem Raum zwischen den Anbringungsorten c und d einerseits und dem elektrischen Induktionsfluß in dem Raum zwischen den Anbringungsorten d und e andererseits. Ferner ist dadurch, daß die Elektrode am Anbringungsort /"mit der positiven Klemme E verbunden wird, die Quelle am Anbringungsort e negativ gemacht; die letztere weist somit die gleiche Polarität wie die Quelle d auf.

In F i g. 3 haben die Buchstaben A, B, C, D, fund Fdie gleiche Bedeutung wie in F i g. 2A. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist der Satz aus den vier Elektroden Bl, B 2, B 3 und B 4 derart bemessen, daß das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden S3 und S4 die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden BX und B 2 aufweist. Die Quellenintensität am Anbringungsort dder Elektroden B 2 und B 3 ergibt sich demnach aus der Differenz zwischen dem elektrischen Induktionsfluß in dem Raum zwischen den Elektroden B 1 und B 2 mit den Anbringungsorten c und d und dem elektrischen Induktionsfluß in dem Raum zwischen den Elektroden B 3 und ß4 mit den Anbringungsorten d und e. Außerdem liegen die Längsachsen der Elektroden B 4 und B 5 auf einer Geraden und die Elektrode B 5 ist mit der Elektrode B 3

elektrisch zusammengeschaltet. Die Elektrode 56 befindet sich am Anbringungsort fund überlappt sich mit der Elektrode 55. Ferner ist die Elektrode 56 mit der Elektrode BA elektrisch zusammengeschaltet. Auf diese Weise bilden die Elektroden B 3, B 4, 55 und B 6 einen weiteren Satz aus vier Elektroden, für den charakteristisch ist, daß das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden 55 und 56 die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden Elektroden 53 und 54 aufweist, ι ο Die Quelle am Anbringungsort e der Elektroden S 4 und B 5 ist somit positiv, so daß die Polarität der Quellen an den Anbringungsorten d, e und / abwechselnd positiv und negativ ist. wie dies bei bekannten interdigitalen Strukturen der Fall ist. Der Satz aus den vier Elektroden BX, 52, 53 und 54 und der Satz aus den vier Elektroden S 3, 5 4, S 5 und 5 6 bewirken aber, daß die Quellenintensitäten in einer Größenverteilung auftreten, die mit der bekannten interdigitalen Struktur mit Längenwichtung nicht erzielbar ist.

In F i g. 4 haben die Buchstaben A, B, C, D, E und F wieder die gleiche Bedeutung wie in Fig.2A. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind in der Wandlerstruktur drei unmittelbar aufeinanderfolgende Sätze aus vier Elektroden vorgesehen. Im einzelnen besteht der erste Satz aus den Elektroden BX, B 2, Bi und 5 4, der zweite Satz aus den Elektroden 53, 54, 55 und 56, und der dritte Satz aus den Elektroden 55, 56, 5 7 und 58. In vier aufeinanderfolgenden Zwischenräumen, nämlich zwischen den Elektroden öl und 52 an den Anbringungsorten cund d,zwischen den Elektroden S3 und 54 an den Anbringungsorten t/und e, zwischen den Elektroden B 5 und S 6 an den Anbringungsorten e und / sowie zwischen den Elektroden 57 und Ö8 an den Anbringungsorten f und g weist durch die drei Elektrodensätze das elektrische Feld die gleiche Richtung auf. Es sind dadurch zwei aufeinanderfolgende Quellen gleicher Polarität, nämlich die Quellen an den Anbringungsorten d und e, erzielbar, wie dies auch bei der an Hand der F i g. 2A und 2B beschriebenen Ausführungsform der Fall ist. Im Falle der Ausführungsform nach Fig.4 ist die Intensität der Quelle am Anbringungsort e jedoch geringer als die Intensität der Quelle am Anbringungsort e bei der Ausführungsfofm nach F i g. 2A und 2B. Dies ist dadurch erreichbar, daß in den Zwischenräumen zu beiden Seiten der Quelle am Anbringungsort edie Feldrichtungen gleich sind.

In Fig.5 haben die Buchstaben A, B, C, D, E und F wieder die gleiche Bedeutung wie in Fig.2A. Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 sind in der Wandierstruktur zwei Sätze aus vier Elektroden, und zwar der erste Satz mit den Elektroden 51, 52, 53 und 54, und der zweite Satz mit den Elektroden 54, 56, 57 und 59 enthalten. In den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 51 und B 2 an den Anbringungsorten c und d sowie zwischen den Elektroden S 3 und S 4 an den Anbringungsorten d und e weist hierdurch das elektrische Feld die gleiche Richtung auf und in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 5 4 und 5 7 an den Anbringungsorten e und / sowie zwischen den Elektroden 56 und 59 an den Anbringungsorten fund g zeigt das elektrische Feld ebenfalls die gleiche, jedoch in bezug auf die elektrischen Felder zwischen den Elektroden 51 und 5 2 und zwischen den Elektroden S3 und S4 entgegengesetzte Richtung. Hierdurch läßt sich erreichen, daß innerhalb des Wandlers drei unmittelbar aufeinanderfolgende Quellen, nämlich die Quellen an den Anbringungsorten d, e und /die gleiche Polarität aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1
Patentanspruch:

Anordnung für akustische Oberflächenwellen mit einem Körper aus piezoelektrischem Material, bei welcher auf einer der Oberflächen des Körpers zumindest ein Wandler mit einer Längenwichtung aufweisenden interdigitalen Elektrodenstruktur vorgesehen ist und bei welcher diese Elektrodenstruktur zumindest einen Satz aus mehreren Elektroden enthält, bei welchem — in der ausgenutzten Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen innerhalb des Wandlers gesehen — die erste Elektrode an die eine streifenförmige Randmetallisierung der Elektrodenstruktur angeschlossen ist und bei welchem in einem vorgeschriebenen Abstand zu dieser Elektrode die zweite, mit der anderen streifenförmigen Randmetallisierung verbundene Elektrode nachfolgt und bei welchem sich die erste und die zweite Elektrode überlappen und bei welchem die dritte Elektrode an die gleiche Randmetallisierung wie die erste Elektrode angeschlossen ist und bei welchem die Längsachsen der zweiten und dritten Elektrode auf einer Geraden liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Satz aus vier Elektroden (B 1... B 4) besteht und daß die vierte Elektrode (B 4), die in einem vorbestimmten Abstand auf die mit ihrer Längsachse entlang einer Geraden liegenden zweiten und dritten Elektroden (B2, S3) folgt, mit der gleichen Randmetallisierung (D) wie die zweite Elektrode (B 2) verbunden ist und sich mit der dritten Elektrode (B 3) überlappt und daß deshalb im Betrieb das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden dritten und vierten Elektroden (B 3, B 4) die gleiche Richtung wie das elektrische Feld zwischen den sich überlappenden ersten (B 1) und zweiten Elektroden (B 2) aufweist und daß bei der unmittelbaren Aufeinanderfolge zweier solcher Sätze entweder die vierte Elektrode (B 4) des ersten Satzes zugleich die erste Elektrode des zweiten Satzes bildet oder die dritte und die vierte Elektrode (53, BA) des ersten Satzes zugleich als die erste und die zweite Elektrode des zweiten Satzes dienen und daß bei der unmittelbaren Aufeinanderfolge dreier Sätze die dritte und die vierte Elektrode (B 5, B 6) des zweiten Satzes die erste und die zweite Elektrode des dritten Satzes bilden.