DE2532227A1

DE2532227A1 - Elektromechanische resonanzeinrichtung und ihre verwendung zur filterung von fernsehsignalen

Info

Publication number: DE2532227A1
Application number: DE19752532227
Authority: DE
Inventors: Gerard Coussot
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1974-07-19
Filing date: 1975-07-18
Publication date: 1976-01-29
Also published as: JPS5135297A; FR2279261A1; US3968462A; FR2279261B1; JPS58687B2; GB1514218A

Description

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 1822

Elektromechanische Resonanzeinrichtung und ihre Verwendung zur Filterung von Fernsehsignalen

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische Einrichtungen, welche ein piezoelektrisches kristallines Plättchen verwenden, das auf seinen Hauptseiten mit Elektroden bedeckt ist, um ein oder mehrere Resonatorelemente zu bilden. Zwei Elektroden, welche einen Kondensator bilden und beiderseits eines elastischen Plättchens aus zweckmässig geschnittenem piezoelektrischem Material angeordnet sind, sind so beschaffen, dass sie eine Dickenmode anregen. Diese Mode weist zumindest eine Eigenresonanzfreguenz auf, deren Wert mit dem Vorhandensein von stehenden Wellen verknüpft ist, welche zwischen den Hauptseiten des Plättchens entstehen.

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Für eine vorbestimmte Resonanzfrequenz nimmt die Dicke des Plättchens mit dem Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungswellen in dem piezoelektrischen Medium, aus dem es besteht, zu. Der elektromechanische Kopplungskoeffizient ist als die Quadratwurzel des Verhältnisses zwischen der in einem Resonatorelement gespeicherten mechanischen Energie und der seinen Elektroden zugeführten elektrischen Anregungsenergie definiert. Dieser Koeffizient hängt von dem piezoelektrischen Material, aus welchem das Plättchen gebildet ist, und von dem verwendeten Schnitt ab.

Zur Schaffung eines Bandfilters ordnet man auf einem Plättchen zumindest zwei Blektrodenpaare an, welche gekoppelte Resonatorelemente bilden. Damit das Band der übertragenen Frequenzen ausreichend breit ist (Af/f > 0,5 %), muss man einen elektromechanischen Kopplungskoeffzienten mit hohem Wert verwenden, was praktisch dazu fuhrt, dass ein piezoelektrischer Kristall gewählt wird, wie beispielsweise Lithiumniobat.

Wenn die Mittenfrequenz des Filters verhältnismässig gross ist, empfiehlt es sich, einen derartigen Schnitt zu wählen, dass die Dicke des gebildeten Plättchens so gross wie möglich ist. Man muss nämlich bei der Herstellung vermeiden, dass das Plättchen zu zerbrechlich ist, und es ausserdem so einrichten, dass die Bickenausbildungstoleranzen im Absolutwert nicht zu klein sind, da das den Herstellungspreis sehr erhöht.

Diese Wünsche gewinnen in dem Fall von elektromechanischen Filtern grosse Bedeatmiig, die zur Übertragung des begleitenden Tonsigaaals von Ferttselisignalen bestimmt sind. Die für den Tonkanal gewühlte Zwisehenfreqnenz liegt nämlich in der Grössenordnaag voa 4ö K&ga&ertsar maä es muss eine Bandbreite von zumindest 4OO RLLotoertai vorgesehen werden, um unvermeidliche

Frequenzabweichungen des lokalen Oszillators des Tuners und des Spektrums der zu übertragenden Frequenzen zu berücksichtigen, wenn man sich für die Winkelmodulation entschieden hat.

Um diese Wünsche zu erfüllen, schlägt die Erfindung vor, Lithiumniobat in einem Schnitt zu verwenden, der bei einer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwingungswellen auf der Normalen zu den Hauptseiten des gebildeten Plättchens, die so gross wie möglich ist, einen besonders guten elektromechanischen Kopplungskoeffizienten liefert.

Gemäss der Erfindung ist eine elektromechanische Resonanzeinrichtung mit einem piezoelektrischen Plättchen, welches aus einem Lithiumniobatkristall gebildet und auf seinen Hauptseiten mit zumindest einem Paar gegenüberliegender Elektroden versehen ist, die ein Resonatorelement festlegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen in bezug auf das rechtwinkelige direkte XYZ-Kristallachsensystem des Kristalls einen (Y + 37°)-Schnitt darstellt, wobei die Normale zu den Hauptseiten mit"der Y-Achse des Systems einen Winkel bildet, dessen positiver Wert im wesentlichen gleich 37° ist, und wobei die X-Achse des Systems im wesentlichen parallel zu den Hauptseiten ist.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung besser verständlich, deren Figur eine isometrische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines elektromechanischen Filters nach der Erfindung zeigt.

Die Figur zeigt als Beispiel, das nicht als Einschränkung zu verstehen ist, ein elektromechanisches Filter mit gekoppelten Resonatoren, welches ein piezoelektrisches Plättchen der Dicke e enthält, dessen Hauptseiten mit 1 und

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bezeichnet sind. Dieses Plättchen ist aus einem Lithiumniobatkristall gebildet, dessen rechtwinkeliges direktes XYZ-Kristallachsensystem in der Figur ebenfalls dargestellt ist. Bei diesem XYZ-Achsensystem fällt bekanntlich die Z-Achse mit der Kristallachse c des Kristalles zusammen und die X-Achse liegt in der Ebene, die durch die Kristallachsen a und c festgelegt ist. Die Hauptseite 1 des piezoelektrischen Plättchens trägt zwei leitende Überzüge 3 und 6, die benachbart, aber elektrisch voneinander isoliert sind. Diese Überzüge 3 und 6 dienen als Kodensatorelektroden. Sie werden durch analoge Überzüge 4 und 5 auf der anderen Hauptseite 2 des piezoelektrischen Plättchens ergänzt. Der durch die Elektroden 3 und 4 und den zwischen ihnen liegenden Teil des piezoelektrischen Plättchens gebildete Kondensator ist ein mit stehenden Wellen gemäss einer Dickenmode arbeitendes Resonatorelement. Es wird durch den Wechselstromgenerator G elektrisch erregt und sofern die Anregungsfrequenz etwa gleich seiner Eigenschwingungsfrequenz ist, bildet sich in dem Elementarvolumen, das durch die Flächen der Elektroden 3 und 4 festgelegt ist, ein Schwingungstyp mit beträchtlicher Amplitude aus. Die Elektroden 5 und 6 legen ein mit stehenden Wellen arbeitendes weiteres Resonatorelement fest, welches dem ersten benachbart und mit einer Empfangsbelastung L verbunden ist. Aufgrund der mechanischen Kopplung, die zwischen den Volumina des einen bzw. des weiteren Elementarresonators vorhanden ist, und aufgrund der Tatsache, dass diese Resonatoren hinsichtlich der Energieumwandlung reversibel arbeiten, ist zu erkennen, dass ein Austausch von elektrischer Energie zwischen dem Generator G und der Belastung L erfolgt. Dieser Energieaustausch ist frequenzselektiv und die Anordnung besitzt die Kenndaten eines Bandfilters.

Gemäss der Erfindung wird das piezoelektrische Plättchen gemäss einem (Y + 37°)-Schnitt gebildet, da dieser Schnitt

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einen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten mit hohem Wert liefert, dem ein Wert der Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Grössenordnung von 7 0OO m/s in der Richtung der den Hauptseiten 1 und 2 gemeinsamen Normalen N zugeordnet ist. In der Figur ist zu erkennen, dass die Normale N und die Y-Achse miteinander einen Winkel θ bilden, dessen Wert positiv und im wesentlichen gleich +37 ist. In dem dargestellten Beispiel liegt der rechteckige Umriss ABCO der Hauptseite 1 mit seiner Länge in einer Linie mit der Richtung der X-Achse. Diese besondere Orientierung des Umrisses ist aber nicht einschränkend zu verstehen.

Entfernt man die Elementarresonatoren voneinander und sieht man in der Zwischenzone eine Dickenänderung vor, so ist es möglich, sie mechanisch zu entkoppeln und zu erreichen, dass sie unterschiedliche Eigenschwingungsfrequenzen haben. In diesem Fall können sie die Aufgabe von Resonanzdipolen entweder in einer Oszillatorschaltung oder in irgendeiner Filterschaltung erfüllen. Die vorteilhaften Eigenschaften des (Y + 37°)-Schnittes werden bei diesen weiteren Anwendungsfällen selbstverständlich bewahrt.

Ein elektromechanisches Filter gemäss der Anordnung der Figur erlaubt - als praktisches Ausführungsbeispiel bei einer Mittenfrequenz von 39,2 MHz ein Durchlassband von 400 kHz zu erzielen. Die Dicke e des piezoelektrischen Lithiumniobatplättchens liegt in der Grössenordnung von 83 Mikrometer, was dem Betrieb mit λ/2 für die Dickenlongitudinalmode entspricht. Im Rahmen der Erfindung kann ausserdem ein Betrieb mit 3 λ/2 vorgesehen werden, was eine grössere Plättchendicke und eine geringere Zerbrechlichkeit schafft. Dieser Vorteil wird aber mit einem Nachteil bezahlt, da das Durchlassband schmaler ist.

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Die Verwendung als frequenzselektives Element in einem Zwischenfrequenzübertragungskanal eines Fernsehempfängers ist vorteilhaft, wenn es sich darum handelt, die Übertragung des Tonträgers unter Anwendung des λ/2-Grundmodebetriebs vorzunehmen.

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Claims

Patentansprüche :

Λ-J Elektromechanische Resonanzeinrichtung mit einem piezoelektrischen Plättchen, das aus einem Lithiumniobatkristall gebildet und auf seinen Hauptseiten mit zumindest einem Paar gegenüberliegender Elektroden versehen ist, die ein Resonatorelement festlegen, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen in bezug auf das rechtwinkelige direkte XYZ-Krista11achsensystem des Kristalls einen (Y + 37°)-Schnitt darstellt, wobei die Hauptseiten mit der Y-Achse des Systems einen Winkel bilden, dessen positiver Wert im wesentlichen gleich 37° ist,und wobei die X-Achse des Systems im wesentlichen parallel zu den Hauptseiten ist.
2. Elektromechanische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen auf seinen Hauptseiten mit zumindest zwei Paaren von Elektroden versehen ist, die einander derart gegenüberliegen, dass sie benachbarte Resonatorelemente festlegen.
3. Elektromechanische Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonatorelemente mechanisch miteinander gekoppelt und elektrisch mit zwei Klemmenpaaren verbunden sind, so dass sie ein Bandfilter bilden.
4. Zwischenfrequenzkanal zur selektiven Übertragung des Tonträgers eines Fernsehsignals, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine elektromechanische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
5. Zwischenfrequenzkanal nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Einrichtung im λ/2-Betrieb gemäss der Dickenlongitudinalmode arbeitet.

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