DE2635192C2 - Akustsche Oberflächenwellenanordnung - Google Patents

Description

d. h, daß ihre benachbarten Elektrodenfinger beide mit derselben Sammelschiene verbunden sind, so daß sie nicht zur Erzeugung akustischer Oberflächenwellen durch den Wandler beitragen. Sie egalisieren aber die Metallweglänge über die Apertur des Wandjers und dienen dazu, die Wellenfront eben zu halten. F i g. 2 der Zeichnung zeigt einen längengewichteten akustischen Interdigitalwandler, wie er in der genannten Veröffentlichung in »Applied Physics Letters« veranschaulicht ist, mit den vorgesnannten zusätzlichen Elektroden 14 außerhalb der gestrichelt dargestellten Überlappungseinhüllenden.

Es wurde gefunden, daß obwohl die Einführung zusätzlicher Elektrodenfinger in dem längengewichteten Wandler 2 des üblichen Filters nach F i g. 1 tatsächlich die Wellenfrontverzerrung herabsetzt, sich der Nachteil ergibt, daß Welligkeiten in der Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-Kennlinie des Wandlers im Bereich der Frequenz /o vergrößert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustische Oberflächenwellenanordnung zu schaffen, die einen längengewichteten Interdigitalwandler mit einem Wellenfroptverzerrungsausgleich enthält, ohne daß die Welligkeiten in der Amplitude-Frequenz- und Phase-Frequenz-KennJinie vergrößert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der F i g. 3,4 und 5 der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig.3 eine Draufsicht auf eine akustische Oberflächenwellenanordnung nach der Erfindung und

Fig.4 und 5 Abwandlungen der Konfiguration des längengewichteten Wandlers und der ausgleichenden metallisierten Gebiete der Anordnung nach F i g. 3.

In F i g. 3 ist ein Substrat 1 in Form einer Scheibe aus einem piezoeleklrischen Material auf der oberen Fläche mit einem interdigitalen Sendewandler 2 und einem Empfangswandler 3 versehen. Die Wandler enthalten interdigitale Elektrodenfinger, die auf der Oberfläche des Substrats 1 auf geeignete Weise durch ein photolithographisches Verfahren aus einer aus der Dampfphase abgelagerten Metallschicht gebildet sind.

Der interdigitale Sendewandler 2 ist derart ausgebildet, daß akustische Oberflächenwellen parallel zur Fortpflanzungslinie 4 akustischer Oberflachenwellen durch diesen Wandler abgestrahlt werden. Der interdigitale Empfangswandler 3 ist mit dem Wandler 2 in einer Bahn akustischer Oberflächenwellen angeordnet und derart ausgebildet, daß akustische Oberflächenwellen vom Wandler 2 empfangen werden. Jeder Interdigitalwandler enthält zwei Sätze von Elektrodenfingern 5, wobei jeder Satz mit einer von zwei gegenüberliegenden Sammelschienen verbunden ist. Die Sammelschienen 6, 7 führen zu Eingangsklemmen 8 bzw. 9 des Sendewandlers 2 und die Sammelschienen 10,11 zu Ausgangsklemmen 12 bzw. 13 des Empfangswandlers 3.

Jeder Elektrodenfinger 5 enthält einen Teil, der einen Teil eines benachbarten Elektrodenfingers 5 überlappt, der mit der gegenüberliegenden Sammelschiene verbunden ist. Die sich überlappenden Teile der Elektrodenfinger 5 jedes Wandlers weisen einen gegenseitigen Abstand von einer halben Wellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei einer Frequenz /Ό auf, wobei diese Frequenz für die beiden Wandler gleich oder verschieden sein kann. Die Breite der sich überlappenden Elektrodenfinger 5 und ihr gegenseitiger Abstand betragen eine Viertelwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei der Frequenz fo. Die Form der Einhüllenden der sich überlappenden Teile der Elektrodenfinger jedes Wandlers, die gestrichelt dargestellt ist ist derart daß eine erforderliche Amplitude-Frequenz-Kennlinie für jeden Wandler erhalten wird Die Frequenzkennlinie des Filters ist eine Kombination der Frequenzkennlinien der beiden Wandler.

ίο Die Grenzen der Einhüllenden der sich überlappenden Elektrodenfingerteile senkrecht zur Fortpflanzungslinie 4 definieren die akustische Apertur A jedes Wandlers. Der Wandler 2 ist längengewichtet d. h„ daß sich die Länge der sich überlappenden Teile der Elektrodenfinger 5 entlang der Fortpflanzungslinie 4 durch diesen Wandler ändert während der Wandler 3 ungewichtet ist d. h, daß sich die Länge der sich überlappenden Teile der Elektroden 5 entlang der Fortpflanzungslinie 4 durch diesen Wandler nicht ändert

Bei dem längengewichteten Wandler 2 folgen die Sammelschienen 6 und 7 über die gesamte Wandlerlänge dem Verlauf der Überlappungseinhüllenden, so daß die Elektrodenfinger 5 mit den Sammelschienen 6 und 7 unmittelbar außerhalb der Einhüllenden verbunden sind. Die Vorteile dieses Merkmals sind folgende. Erstens liefern, wie bereits erwähnt wurde, in einem üblichen längengewichteten Wandler, wie dem Wandler 2 nach Fig. 1, und auch in einem längengewichteten Wandler mit zusätzlichen nicht aktiven Elektroden nach F i g. 2 die Elektrodenfingerteile außerhalb der Überlappungseinhüllenden einen Beitrag zu Wechselwirkungen. Wie in F i g. 3 dargestellt ist, gibt es nahezu keine Elektrodenfingerteile außerhalb der Überlappungseinhüllenden, die zu Wechselwirkungen beitragen, so daß das Verhalten der Anordnung nach F i g. 3 in bezug auf diesen Effekt verbessert ist Zweitens wird durch die festere Verbindung der sich überlappenden Teile der Elektrodenfinger 5 mit den betreffenden Sammelschienen die Gefahr des Auftretens von Brüchen in diesen Elektroden oder Kurzschlüssen zwischen diesen Elektroden im Vergleich zu einem üblichen längengewichteten Wandler herabgesetzt, so daß die Ausbeute bei der Herstellung vergrößert wird. Drittens sind die Klemmen 8 und 9 innerhalb der Länge des Wandlers 2 untergebracht, so daß Kosten in bezug auf die Größe des für die Anordnung erforderlichen, piezoelektrischen Substrates 1 erspart werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung befinden sich zwei nahezu rechteckige metallisierte Gebiete

15,16 außerhalb der Überlappungseinhüllenden und innerhalb der Apertur A auf der dem "Wandler 3 zugewandten Seite des Wandlers 2. Die Lage, Größe und Form dieser Gebiete 15,16 sind derart, daß ein wesentlicher Wellenfrontverzerrungsausgleich für vom Wandler 2 zum Wandler 3 ausgesandte Wellen erhalten wird, wie nachstehend erläutert wird. Bei Betrachtung von Wellen, die von dem längsten Elektrodenfinger 51 in der Nähe der Mitte des Wandlers 2 zum Wandler 3 ausgesandt werden, bewegen sich diese Wellen in der Mitte der Apertur A durch den Wandler 2 unter einer Metallweglänge, die gleich der Summe der Breiten der Elektrodenfinger 5 in ihrer Bahn im Wandler 2 ist, bevor sie zum Wandler 3 wandern. An den Rändern der Apertur A werden sich aber diese Wellen ohne metallisierte Gebiet? 15, 16 nur im piezoelektrischen Substrat 1 (mit Ausnahme der Sammelschienen) bewegen, bevor sie zum Wandler 3 wandern. Diese Metallweglänge für die vom Elektrodenfinger 51 erzeugten Wellen ändert sich

über der Apertur A mit sich ändernder Anzahl von Elektrodenfingern in der Bahn dieser Wellen über die Apertur A. Eine Egalisierung dieser Änderung in der Metallweglänge wird durch die Gebiete 15,16 erhalten, die sich über einen Abstand entlang der Fortpflanzungslinie 4 akustischer Oberflächenwellen durch den Wandler erstrecken, der nahezu gleich der Summe der Breiten der Elektrodenfinger 5 im Wandler 2 zwischen dem längsten Elektrodenfinger 51 und dem Wandler 3 ist. Die Breite der Gebiete 15, 16 ändert sich von einem Höchstwert gleich diesem Abstand an den Rändern der Apertur A zu einem Mindestwert Null in der Nähe der Mitte der Apertur A.

Fig.4 zeigt, daß die metallisierten Gebiete 15, 16 nicht ein Ganzes mit den Sammelschienen des Wandlers 2 zu bilden brauchen, solange sie sich in der Bahn akustischer Oberflächenwellen zwischen dem Wandler 2 und dem Wandler 3 befinden. F i g. 5 zeigt, daß die metallisierten Gebiete 15 und 16 als ein einziges metallisiertes Gebiet ausgebildet werden können.

Die Lage, Größe und Form der metallisierten Gebiete 15, 16 des längengewichteten Wandlers 2 nach den Fig.3 bis 5 sind derart, daP ein Wellenfrontverzerrungsausgleich für zu einem zweiten Wandler hin ausgesandte Wellen, aber nicht für von diesem zweiten Wandler weg ausgesandte Wellen erhalten wird. Erforderlichenfalls können aber, z. B. im Falle einer drei Wandler enthaltenden Anordnung, metallisierte Gebiete derart angebracht werden, daß einen Wellenfrontverzerrungsausgleich für in beide Richtungen ausgesandte Wellen entlang der Fortpflanzungsrichtung erhalten wird. Die Erfindung wurde oben für einen einen Sendewandler bildenden längengewichteten Wandler beschrieben. Der längengewichtete Wandler kann selbstverständlich ebenso gut als Empfangswandler betrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

Claims (1)

1 2

men 12 bzw. 13 des Empfangswandlers 3.

Patentanspruch: Die Frequenzkennlinie des Filters ist die Kombination der Frequenzkennlinien der beiden Interdigital-Akustische Oberflächenwellenanordnung mit ei- wandler. Die Elektrodenfinger 5 weisen einen gegenseinem piezoelektrischen Substrat, auf dessen einer 5 tigen Abstand einer halben Wellenlänge akustischer Hauptfläche ein erster und ein zweiter Interdigital- Oberflächenwellen bei einer Frequenz k auf, wobei diewandler als Sende- bzw. Empfangswandler angeord- se Frequenz für die beiden Interdigitalwandler gleich net sind, bei der die Elektrodenfinger wenigstens des oder verschieden sein kann. Jeder Elektrodenfinger 5 ersten Interdigitalwandlers längengewichtet sind, enthält einen Teil, der einen Teil eines benachbarten bei der jeder Interdigitalwandler zwei Sammelschie- ι ο Elektrodenfingers 5 überlappt, der mit der gegenübernen aufweist und bei der die Sammelschienen wenig- liegenden Sammelschiene verbunden ist, während die stens des ersten Interdigitalwandlers dem Verlauf gestrichelt dargestellten Einhüllenden der sich überlapder Einhüllenden der Elektrodenfinger wenigstens penden Elektrodenfingerteile jedes Interdigitalwandüber eine Teillänge dieses Interdigitalwandlers fol- lers eine derartige Form aufweisen, daß eine gewünschgen, dadurch gekennzeichnet, daß die bei- 15 te Amplitude-Frequenz-Kennlinie für jeden Interdigiden Sammelschienen (6, 7) des ersten Interdigital- talwandler erhalten wird.

wandlcrs (2) über die gesamte Länge des Interdigi- Die Grenzen der Einhüllenden der sich überlappen-

talwandlers dem Verlauf der Einhüllenden folgen den Elektrodenfingerteüe senkrecht zur Fortpflan- und daß der erste Interdigitalwandler zum Ausgleich zungslinie 4 definieren die akustische Apertur A jedes der Wellenfrontverzerrung infolge der unterschied- 20 WandJers. In Fig. 1 ist der Interdigitalwandler 2 längenlichen Längen der Elektrodenfinger auf seiner dem gewichtet, d. h, daß sich die Länge der sich uberlappenzweiten Interdigitalwandler (3) zugewandten Seite den Teile der Elektrodenfinger 5 längs der Fortpflanmindestens ein außerhalb der der Einhüllenden fol- zungslinie 4 durch diesen Wandler ändert, während der genden Sammelschienen (6, 7) und innerhalb der Interdigitalwandler 3 ungewichtet ist, d. h, daß sich die Apertur angeordnetes leitendes Gebiet (15,16) auf- 25 Länge der sich überlappenden Teile der Elektrodenfinweist, wobei die Summe der Breiten des leitenden ger 5 längs der Fortpflanzungslinie 4 durch diesen Gebiets parallel zur Forpflanzungslinie (4) der aku- Wandler nicht ändert

stischen Oberflächenwellen und der Breiten der zwi- Das oben anhand der F i g. 1 beschriebene übliche

sehen dem Gebiet und dem längsten Elektrodenfin- akustische Oberflächenwellenfilter ist derart ausgebilger (51) liegenden Elektrodenfinger über die ge- 30 det, daß es eine gewünschte Frequenzkennlinie aufsamte Apertur des ersten Interdigitalwandlers nahe- weist Es ist jedoch unterschiedlichen sekundären Effekzu konstant ist. ten unterworfen, die unerwünschte Störungen in dieser

Frequenzkennlinie herbeiführen und dadurch seine Lei-

stung beeinträchtigen können. Einer dieser sekundären

35 Effekte, und zwar die Wellenfrontverzerrung, wird nunmehr erörtert

Die Erfindung bezieht sich auf einemkustische Ober- Das Problem der Wellenfrontverzerrung ergibt sich

flächenwellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des bei längengewichteten akustischen Interdigitalwand-Patentanspruchs. lern. In F i g. 1 bestehen die Wellenfronten akustischer

Eine derartige Anordnung ist in der älteren deutschen 40 Oberflächenwellen, die sich vom Sendewandler 2 so-Patentanmeldung P 25 42 854 beschrieben. Hierbei fol- wohl zu dem Empfangswandler 3 hin als auch von diegen aber die Sammelschienen nur über einen Teil des sem Wandler weg bewegen, aus Wellen, die in einer betreffenden Interdigitalwandlers der Form der Über- Lage jeder Elektrodenfinger 5 innerhalb des Wandlers lappungseinhüllenden. erzeugt werden. Die Geschwindigkeit akustischer

F i g. 1 der Zeichnung zeigt schematisch in Draufsicht « Oberflächenwellen wird dadurch geändert, daß sie sich ein übliches akustisches Oberflächenwellenfilter, das als unterhalb einer metallisierten Oberfläche auf einem pie-Zwischenfrequenzfilter für einen Fernsehempfänger zoelektrischen Material bewegen, so daß die von der verwendet werden kann. Ein Substrat 1 in Form einer Lage jeder Elektrodenfinger 5 aus erzeugten Wellen Scheibe aus piezoelektrischem Material ist auf der obe- eine Geschwindigkeitsänderung erfahren, die sich über ren Fläche mit einem Sendewandler 2 und einem Emp- 50 die Apertur des Wandlers 2 mit der Anzahl von Metallfangswandler 3 versehen. Die Wandler sind Interdigital- elektrodenfingern 5 in dem Wege dieser Wellen über wandler, die auf geeignete Weise auf photolithographic die Apertur ändert. Im Falle der besonderen Überlapschem Wege aus einer aus der Dampfphase abgelager- pungseinhüllenden des Sendewandlers 2 in F i g. 1 beten Metallschicht auf der Oberfläche des Substrates 1 wegen sich die Wellen in der Mitte der Apertur A unter gebildet sind. · 55 nahezu einer zweimal größeren Anzahl von Elektroden-

Die Elektrodenfinger des Sendewandlers 2 sind der- fingern als die Wellen an den äußeren Rändern der art angeordnet, daß akustische Oberflächenwellen par- Apertur A. Die erhaltene Wellenfrontverzerrung beeinallel zur Linie 4, längs der sich akustische Oberflächen- flußt das Verhalten einer akustischen Oberflächenwelwellen durch diesen Wandler fortpflanzen, gerichtet lenanordnung, deren Entwurf auf der Annahme basiert, werden. Die Elektrodenfinger des Empfangswandlers 3 60 daß die Wellenfronten gerade sind,
sind mit dem Wandler 2 in einer Bahn akustischer Ober- In »Applied Physics Letters«, 1. Dez. 1971, Band 19,

flächenwellen angeordnet, die vom Wandler 2 ausge- Nr. 11, auf Seiten 456 bis 459, ist das soeben beschriebesandt werden. Jeder Interdigitalwandler enthält zwei ne Problem der Wellenfrontverzerrung dargelegt. Es Sätze streifenförmiger Elektrodenfinger 5, wobei jeder wird eine Lösung vorgeschlagen, die darin besteht, daß Satz mit einer von zwei gegenüberliegenden Sammel- 65 zusätzliche Elektrodenfinger eingefügt werden, die mit schienen verbunden ist. Die Sammelschienen 6,7 führen den Sammelschienen verbunden werden, aber die nicht zu Eingangsklemmen 8 bzw. 9 des Sendewandlers 2 und aktiv sind. Diese zusätzlichen Elektrodenfinger liegen die Sammmelschieneri 10,11 führen zu Ausgangsklem- außerhalb der bestehenden Überlappungseinhüllenden,