DE2641090A1

DE2641090A1 - Akustische oberflaechenwellenanordnungen

Info

Publication number: DE2641090A1
Application number: DE19762641090
Authority: DE
Inventors: Richard Frank Mitchell
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1976-09-13
Publication date: 1977-03-31
Also published as: JPS5239348A; US4072915A; FR2325243A1; CA1089084A; GB1513466A; JPS5756814B2; DE2641090C2; FR2325243B1

Description

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Va/FP/Bock 3-8-1976

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N.V.PHILIPS'GLOEILAMPENFABRIEKEN, EINDHOVEN/NIEDERLANDE

"Akustische Oberflächenvellenanordnungen"

Die Erfindung bezieht sich auf akustische Oberflächenvellenanordnungen mit al^iistischen Oberflächenvellenresonatoren und insbesondere auf elektrische Filter mit gekoppelten akustischen Oberflächenvelleure s onatoren.

Figuren 1 und 2 der· beiliegenden Zeichnungen zeigen eine schematische Ansicht eines elektrischen Filters mit gekoppelten akustischen Oberflächenvellenresonatoren bzw. die Bandpass-Amplitude-Frequenzkennlinie dieses Filters. Dieses elektrische Filter ist in der DT-OS 26 00 393 der Anmelderin beschrieben und ist auch aus dein Aufsatz "Coupled-Resonator Acoustic Surface Wave Filter" von R.F, Mitchell und anderen in'

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"Electronics Letters" vom 12. Juni 1975, Band 11, Nr. 12, S. 253-4 bekannt.

Pig. 1 zeigt einen Körper 1 aus piezoelektrischem Material, das akustische Oberflächenwellen fortpflanzen und unterstützen kann, wie Y—geschnittenes Z-fortpflanzendes Lithiumniobat, auf dessen oberer Fläche ein erster akustischer Oberflächenwellenresonator mit zwei Reflektoren 10 und 11; ein zweiter ähnlicher akustischer Oberflächenwellenresonator mit zwei Reflektoren 12 und 13» eine Matrix i4 diskreter paralleler leitender elektrisch gegeneinander isolierter Streifen, die die beiden Resonatoren elektrisch miteinander koppelt; ein Eingangswandler I5 und ein Ausgangswandler 16 gebildet werden.

Der Abstand zwischen den beiden Reflektoren

10 und 11 des ersten Resonators wird derart gewählt,

\ dass sie einen Hohlraum bilden, der eine akustische Resonanzoberflächenstehwelle im Hohlraum bei einer Frequenz f unterstützen kann, wenn akustische Oberflächenwellenenergie bei dieser Frequenz f von dem Eingangswandler 15 zu dem Hohlraum zwischen den beiden Reflektoren 10 und 11 ausgesandt wird. Die Länge des Hohlraumes ist nahezu gleich einer ganzen Anzahl von Halblwellenlängen akustischer Oberflächenwellen bei der Frequenz f .

Jeder der Reflektoren 10 und 11 wird durch eine Matrix diskreter reflektierender Elemente 17 gebildet, die hintereinander angeordnet sind. Die reflek-

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tierendeii Elemente 17 können z.B. Nuten ±n oder· leitende Streifen auf der Oberfläche des Körpers 1 sein. Die reflektiei^enden Elemente 17 sind vorzugsweise periodisch als ein Raster derart angeordnet, dass der Abstand zwischen den Mitten der reflektierenden Elemente 17 im wesentlichen gleich einer Halbwellenlänge X/2 oder einer ganzen Anzahl von Halbwellenlängen bei der Frequenz f ist, während die Anzahl reflektierender Elemente 17 in jedem der Reflektoren 10 und 11 derart gewählt wird, dass ein hoher Reflexionskoeffizient akustischer Oberflächenwellenenergie für jeden Reflektor 10 und 11 erhalten wird. Die mit diesem Reflexionskoeffizienten einhergehenden niedrigen Verluste haben zur Folge, dass der Resonator einen hohen Q-Faktor aufweist, wobei Q = f / 4 f, wobei Δί die 3 dB-Bandbreite des Resonators bei der Frequenz f darstellt.

Der zweite durch die Reflektoren 12 und I3 gebildete Resonator ist dem ersten durch die Reflektoren 10 und 11 gebildeten eben beschriebenen Resonator ähnlich.

Die Matrix 14 diskreter paralleler leitender elektrisch gegeneinander isolierter Streifen befindet sich in den Hohlräumen des ersten und des zweiten Resonators und erstreckt sich zwischen denselben. Ein Teil der Energie der akustischen Oberflächenstehwelle über der Matrix 1^ in dem ersten durch die Reflektoren 10 und 11 gebildeten Resonator wird als elektrische Energie von den Streifen der Matrix 14 übertragen und

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wird als akustische Oberflächenwellenenorgie in dem zweiten durch, die Reflektoren 12 und 13 gebildeten Resonator wiederausgesandt. Eine akustische Oberflächenstehwelle wird dadurch im zweiten Resonator bei der Frequenz f erzeugt und die akustische Oberflächenwellenenergie in dieser Stehwelle wird vom Ausgangswandler 16 empfangen. Der Abstand zwischen den Mitten der Streifen der Matrix 14 kann bei der Frequenz f gleich A /2 sein.

Der Entwurf des Ein- und des Ausgangswandlers 15 bzw. 16 muss derart sein, dass sie akustische Oberflächenwellenenergie bei der Frequenz f aussenden bzw. empfangen. Sie können durch je einen einzigen interdigitalen Wandler gebildet werden, dessen Finger einen Abstand zwischen ihren Mitten von A /2 bei der Frequenz f aufweisen.

Wenn ein elektrisches Eingangssignal den Klemmen des Eingangswandlers 15 zugeführt und ein elektrisches Ausgangssignal den Klemmen des Ausgangswandlers 16 entnommen wird, wirkt die oben an Hand der Fig. 1 beschriebene Anordnung als ein elektrisches Filter vom bekannten Typ mit zwei Resonatoren, die auf dieselbe Frequenz f abgestimmt und derart miteinander gekoppelt sind, dass die kombinierte Kennlinie eine Doppeiresonanzbandpasskurve der Amplitude A über der Frequenz f_ aufweist, die auf diese Frequenz f zentriert ist. Diese Kurve ist in Fig. 2 dargestellt. Bekanntlich ist, um ein Filter dieses Typs mit einer quadratischen

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Bandpasskurve» d.h. mit einer flachen Spitze und einem schroffen Knick, zu erhalten, ein genau definierter Kopplungsgrad zwischen den zwei Resonatoren erforderlich, die je einen hohen Q-Faktor aufweisen müssen, wobei Q = f /^If ist, wobei Af die 3 dB-Bandbreite jedes Resonators bei der Frequenz f darstellt. In der oben an Hand der Fig. 1 beschriebenen Anordnung ist der Kopplungsgrad zwischen den zwei Resonatoren grundsätzlich durch die Wahl der Anzahl von Streifen in der Kopplungsmatrix lh gut definiert, wobei die zwei Resonatoren je einen hohen Q-Faktor aufweisen, was im wesentlichen auf den hohen Reflexionskoeffizienten der Reflektoren zurückzuführen ist, wie bereits erläutert wurde,

Ein Problem, das sich bei jedem der Resonatoren des oben beschriebenen bekannten Filters ergibt,

wird nun erörtert. \

Für jeden der in Fig. 1 dargestellten Resonatoren können die Matrix 14 und die interdigitalen Wandler 15 oder 16 je als Mittel zur Kopplung mit akustischer Oberflächenstehwellenenergie in dem betreffenden Resonator beschrieben werden,- In jedem Falle bestehen diese Kopplungsmittel aus parallelen leitenden sich quer zu der Länge des betreffenden Hohlraumes erstreckenden und zwischen dem betreffenden Reflektorpaar liegenden Streifen oder enthalten solche Streifen¹ wobei die Streifen der Matrix einen regelmässigen Abstand zwischen den Mitten aufweisen, der dann gleich

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einer· Halbwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei -einer vorbestimmten Frequenz ist. Wenn diese vorbestimmte Frequenz gleich der Frequenz f einer akustischen Oberflächenstehwelle im Resonator ist, weist jeder der Streifen der Matrix die gleiche Lage in bezug auf die Knoten und Bäuche dieser akustischen Oberflächenstehwelle auf und stellt somit mit dieser akustischen Oberflächenstehwelle eine Kopplung gleicher Stärke her. Bei beiden Typen von Kopplungsmitteln reflektieren die Streifen der Matrix teilweise akustische Oberflächenwellen,während in dem interdigitalen Wandler ausserdem die akustischen Oberflächenwellen bewirken, dass Ströme über die verbindenden Stromschienen zu den Elektrodenstreifen fliessen, die also akustische Oberflächenwellen rückstrahlen. Diese Reflexionen und Rückstrahlungen, die beide als "Wechselwirkungen" bezeichnet werden können, sind in der Phase additiv bei der Frequenz, für die der Abstand zwischen den Mitten der Streifen der Matrix gleich einer Halbwellenlänge ist, wodurch unerwünschte akustische Oberflächenwellenenergie erzeugt wird. Obgleich die Matrix l4 und die interdigitalen Wandler I5 und 16 je in Fig. 1 derart dargestellt sind, dass sie eine Matrix mit nur zwei leitenden Streifen enthalten, wird die Anzahl leitender Streifen genügend gross sein, um den erforderlichen Kopplungsgrad mit der akustischen Resonanzoberflächenstehwelle zu erhalten, die von mehrfachen Reflexionen in dem durch die beiden Reflektoren 10, 11 bzw. 12,13

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gebildeten Hohlraum für.jeden Hohlraum erzeugt wird. Diese erforderliche Anzahl leitender Streifen in der Matrix lh oder dem Wandler I5 oder 16 kann zur Folge haben, dass unerwünschte akustische Oberflächenwellenenergie beträchtlicher Amplitude durch "Wechselwirkungen" erzeugt wird. Eine Matrix 14 oder ein Wandler 15 oder 16, die oder der diese unerwünschte akustische Oberflächenwellenenergie beträchtlicher Amplitude er-, zeugt, kann einen Hohlraum mit jedem der Reflektoren 10, 11 oder 12, I3 in dem betreffenden Resonator bilden und also unerwünschte akustische Oberflächenstehwellen erzeugen. Versuche haben ergeben, dass in der idealen Kennlinie von Resonatoren Verzerrungen auftreten, wie sie in bezug auf Fig. 1 und 2 beschrieben sind, die auf diese unerwünschte durch "Wechselwirkungen" erhaltene akustische Oberflächenwellenenergie zurückzuführen

sind. ■ _%

Die Erfindung bezweckt, eine akustische Ober-

flächenwellenanordnung mit einem akustischen Oberflächenwellenresonator und Mitteln zur Kopplung mit akustischer Stehwellenenergie in dom Resonator zu schaffen, in der das obefabescnriebene Problem unerwünschter durch "Wechselwirkungen" erhaltener akustischer Oberflächenwellenenergie in den Kopplungsmitteln nahezu beseitigt wird.

Nach der Erfindung ist eine akustische Oberflächenwellenanordnung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen akustischen Oberflächenwellenresonator enthält,

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der zwei Reflektoren besitzt, die einen Hohlraum bilden, der eine akutsiche Oberflächenstehwelle bei oder nahe bei einer vorbestimmten Frequenz unterstützen kann, wobei die Anordnung· weiter Mittel zur Kopplung mit akustischer Oberflächenstehwellenenerg-ie in dem Resonator enthält, die zwei gleiche Matrizen paralleler leitender Streifen quer zu der Länge des Hohlraumes und zwischen den beiden Reflektoren enthalten, wobei die Streifen jeder Matrix einen Abstand zwischen den Mitten gleich einer Halbwellenlänge oder einer ungeraden ganzen Vielfachen von Halbwellenlängen akustischer Oberflächenwellen bei der genannten vorbestimmten Frequenz aufweisen, wobei der Abstand zwischen den beiden Matrizen gleich einer Vierltelwellenlänge oder einem ungeraden ganzen Vielfachen einer Viertelwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei dieser vorbestimmten Frequenz ist, während der Punkt halbwegs zwischen den beiden Matrizen in der Mitte des Hohlraumes liegt oder über eine Halbwellenlänge oder ein ganzes Vielfaches von Halbwellenlängen akustischer Oberflächenwellen bei dieser vorbestimmten Frequenz verschoben ist.

Bei einer akustischen Oberflächenwellenanordnung der im vorgenannten Absatz beschriebenen Art kann ein interdigitaler Wandler innerhalb des Hohlraumes die genannten Kopplungsmittel enthalten.

Nach einem Merkmal der Erfindung wird ein elektrisches Filter mit zwei akustischen Oberflächenwellenanordnungen der im obigen Absatz beschriebenen

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Art erhalten, in dem der genannte interdigitale Wandler in einer der Anordnungen einen Eingangswandler bildet, der akustische Oberflächenwellenenergie zu dem Resonator dieser Anordnung aussenden kann, die darin eine akustische Oberflächenstehwelle bildet, wobei Mittel zur Kopplung der Resonatoren der zwei Anordnungen vorgesehen sind, wodurch eine akustische Oberflächenstehwelle in dem Resonator der anderen Anordnung erzeugt wird, während der genannte interdigitale Wandler in der anderen Anordnung einen Ausgangswandler bildet, der akustische Oberflächenwellenenergie von dem Resonator der anderen Anordnung empfangen kann. In einem Filter der eben beschriebenen Art können die Mittel zur Kopplung der Resonatoren der beiden Anordnungen elektrische Kopplungsmittel sein, die aus ersten und zweiten Matrizen diskreter paralleler leitender elektrisch gegeneinander isolierter Streifen bestehen, wobei die ersten und zweiten Matrizen diskreter Streifen in der einen bzw. der anderen Anordnung liegen und elektrische Energie von der ersten Matrix diskreter Streifen auf die zweite Matrix diskreter Streifen übertragen können, wodurch ein Teil der akustischen Oberflächenwellenenergie über der ersten Matrix diskreter Streifen in dem Resonator der einen Anordnung übertragen und als akustische Oberflächenwellenenergie von der zweiten Matrix diskreter Streifen in dem Resonator der anderen Anordnung wiederausgesandt wird.

Die ersten und zweiten Matrizen diskreter

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Streifen können als eine einzige Matrix ausgebildet werden.

Nach, einem weiteren Merkmal der Erfindung

wird ein elektrisches Filter mit zwei akustischen Oberflächenwellenanordnungen der in dem dreitietzten Absatz beschriebenen Art erhalten, in dem ein Eingangswandler akustische Oberflächenwellenenergie zu dem Resonator einer der Anordnungen aussenden kann, die darin eine akustische Stehwelle bildet, während elektrische Mittel zur Kopplung der Resonatoren der zwei Anordnungen vorgesehen sind, wodurch eine akustische Oberflächenstehwelle in dem Resonator der anderen Anordnung erzeugt wird, wobei die genannten elektrischen Mittel die genannten Kopplungsmittel in jeder Anordnung erzeugt wird, wobei die genannten elektrischen Mittel die genannten Kopplungsmittel in jeder Anordnung enthalten, und wobei die beiden ähnlidJaen Matrizen leitender Streifen in dereinen Anordnung mit den genannten beiden ähnlichen Matrizen leitender Streifen in der anderen Anordnung für die Uebertragung elektrischer Energie von einer auf die andere Anordnung angebracht werden, wodurch ein Teil der akustischen Oberflächenwellenenergie über die Kopplungsmittel in der einen Anordnung übertragen und als akustische Oberflächenwellenenergie von den Kopplungsmitteln in der anderen Anordnung wiederausgesandt wird, während ein Ausgangswandler derart angeordnet ist, dass er akustische Oberflächenwellenenergie von dem Resonator der anderen

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Anordnung empfangen kann. In einem Filter der eben beschriebenen Art kann jede der ähnlichen Matrizen in der" einen Anordnung als eine einzige Matrix mit der entsprechenden Matrix der beiden ähnlichen Matrizen in der anderen Anordnung ausgebildet werden.

Jeder der beiden Reflektoren in der Anordnung nach der Erfindung oder in beiden Anordnungen des Filters nach einem oder dem anderen Merkmal der Erfindung wird vorzugsweise durch eine Matrix diskreter reflektierender Elemente gebildet, die hintereinander angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Figuren 1 und 2 zusammen mit Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen, die ein akustisches Oberflächenstehwellenmuster in einem Hohlraumresonator und einen gemäss der Erfindung aufgebauten und in dem Hohlraumresonator angeordneten interdigitalen Wandler darstellt, näher erläutert.

In Fig. 3 ist eine akustische Oberflächenstehwelle 21 mit Bäuchen AN (Maxima akustischer Intensität) und Knoten N (Minima akustischer Intensität) dargestellt, wobei der Abstand zwischen jedem Bauch AN und dem benachbarten Knoten N eine Viertelwellenlänge }\/h akustischer Oberflächenwellen bei der Frequenz f der Stehwelle beträgt. Die Enden 22, 23 des Hohlraumresonators, der durch zwei Reflektoren, wie 10, 11 in Fig. 1 gebildet wird und die akustische Oberflächenstehwelle enthält, weisen einen gegenseitigen Abstand

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gleich einer ganzen Anzahl von Halbwellenlängen ri\/2 der Stelrwellc auf. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Länge des Hohlraumes gleich einer geraden Anzahl von Halbwellenlängen, so dass ein Knoten N in der Mitte des Hohlraumresonators (siehe die Linie I—l) vorhanden ist.

Ein interdigitaler Wandler innerhalb des Hohlraumes enthält zwei Stromschienen "J)^ und 32, eine erste Matrix paralleler leitender Streifen 33 j 3^- und

35 quer zu der Länge des Hohlraumes und eine zweite ähnliche Matrix paralleler leitender Striefen 36, 37 und 38 quer zu der Länge des Hohlraumes. Die Streifen 3^»

36 und 38 sind mit der Stromschiene 3I und die Streifen 33 j 35 und 37 sind mit der Stromschiene 32 verbunden. Die Streifen 33 bis 38 weisen alle eine endliche Breite, z.B. X /h bei der Frequenz f , auf, während die diese Stx-iefen in Fig. 3 andeutenden dünnen Linien

in ihren wirksamen Mitten gelegen sind. Die Streifen 33» 3^> 35 der ersten Matrix weisen einen regelmässigen Abstand zwischen den Mitten gleich einer Halbwellenlänge /v/2 bei der Frequenz f 'auf, während die Streifen 36, 37» 38 der zweiten Matrix den gleich regelmässigen Abstand aufweisen. Der Abstand zwischen den beiden Matrizen, d.h. der Abstand über die Länge des Hohlraumes zwischen den Streifen 35 und 36, ist drei Vxertelwellenlängen 3 λ./^ bei der Frequenz f und der Punkt halbwegs zwischen den beiden Matrizen, d.h. der Punkt halbwegs zwischen den Streifen 35 und 36, liegt

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in der Mitte J-I des Hohlräumes. Venn diese Streifen 33-38 derart angeordnet sind, liegen ihre "wirksamen Mitten alle halbwegs zwischen einem Knoten N und einem benachbarten Bauch ΛΝ der akustischen Oberflächeiis tehwelle 21, d.h., dass sie alle ein Achtel einer Wellenlänge \/8 bei der Frequenz f von einem Knoten N liegen, so dass sie alle eine Kopplung gleicher Stärke mit der Stehwelle 21 herstellen. Diese Kopplung gleicher Stärke aller Elektroden 33-38 ist erwünscht für die zweckmässige Wirkung des interdigitalen Wandlers bei seiner erforderlichen Funktion in dem Hohlraum als Eingangsoder Ausgangswandler, z.B. als Wandler'I5 oder Wandler 16 nach Fig. 1.

Die Stehwelle 21 besteht aus mehrfach reflek-: tierten akustischen Oberflächenwellen, die sich zwischen den Enden 22 und 23 des Hohlraumes bewegen, und diese Oberflächenwellen werden auch teilweise von den Streifen

33-38 reflektiert. Es sei nun eine von dem Ende 22 des Hohlraumes herrührende akustische Oberflächenwelle betrachtet. Diese Welle wird teilweise mit einer nahezu gleichen Amplitude von allen Streifen 33~38 zu dem Ende 22 des Hohlraumes zurückreflektiert. Im Vergleich zu einer reflektierten Energie dieser Welle von dem Streifen 33 wird die reflektierte Energie dieser Welle von den Streifen 34, 35, 36, 37 und 38 einen zusätzlichen Abstand von X, 2 X, 3>5λ» 4,5 Λ bzw. 5,5 X. zurücklegen, d.h. das Dreifache des Abstandes zwischen dem betreffenden Streifen und dem Streifen 33. So ist die

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reflektierte Energie von den beiden Sti"eiLfen 33 und 36 gegenphasig, ist die reflektierte Energie von den beiden Streifen "}h und 37 gegenphasig und ist die reflektierte Energie von den beiden Streifen 35 und gegenphasig. Der Abstand gleich, drei Viertelwellenlängen zwischen den Streifen 35 und "}G bewirkt also, dass die reflektierte Energie von der Matrix von Streifen 33» 3^ und 35 und die reflektierte Energie von der ähnlichen Matrix von Streifen 36, 37 und 38 sich ausgleichen, so dass die reflektierte akustische Oberflächenwellenenergie von dem interdigitalen Wandler unterdrückt wird.

Die mehrfach reflektierten akustischen

Oberflächenwellen, die sich zwischen den Enden 22, des Hohlraumes bewegen, bewirken auch, dass Ströme über die Stromschienen 3I und 32 zu den Streifen 33-38 fliessen, was eine Rückstrahlung akustischer Oberflächenwellen durch die Streifen 33~38 zur Folge hat. Da alle Streifen 33~38 eine Kopplung gleicher Stärke mit der Stehwelle 21 wegen ihrer Lage halbwegs zwischen einem Knoten N und einem benacnbarten Bauch AN dieser Stehwelle herstellen, wird die resultierende Rückstrahlung akustischer Oberflächenwellen durch die Streifen 33-38 die gleiche Amplitude für alle Streifen 33-38 aufweisen. Auf gleiche Weise wie für teilweise reflektierte Oberflächenwellenenergie bewirkt der Abstand gleich drei Viertelwellenlängen zwischen den Streifen 35 und 36, dass die von der Matrix von Streifen 33, 3h und 35

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rückgestrahlten Energie und die von der ähnlichen Matrix von Streifen 36, 37 und 38 rückgestrahlte Energie sich ausgleichen, so dass die rückgesti'ahlte akus-

tische Oberflächenwellenenergie von dem interdigitalen Wandler unterdrückt wird.

Die Unterdrückung reflektierter und rückgestrahlter Energie, wie oben erläutert, ist ebenso wirksam, wenn der Abstand zwischen den Mitten der Streifen 33» 3^ und 35 und zwischen den Mitten der Streifen 36, 37» 38 nicht eine Halbwellenlänge, sondern eine ungerade ganze Anzahl von Halbwellenlängen ist, d.h. wenn der Wandler eine Kopplung mit der Stehwelle bei einer ungeraden Harmonischen ihrer Grundfrequenz herstellt. Die Unterdrückung reflektierter und rückgestrahlter Energie ist auch ebenso wirksam, wenn der Abstand zwischen der Matrix von Streifen 33, "}h, 35 und der ähnlichen Matrix von Streifen 36, 37> 38 nicht dreiWirtelwellenlängen, wie in Fig. 3 dargestellt, sondern eine Viertelwellenlänge oder ein beliebiges anderes ungerade:? ganzes Vielfaches einer Viertelwellenlänge beträgt. Die Unterdrückung reflektierter und rück'gestrahlter Energie, wie oben erläutert, ist auch ebenso wirksam, wenn der Punkt halbwegs zwischen den beiden Matrizen nicht in der Mitte des Hohlraumes liegt, wie in Fig. 3 dargestellt, sondern über eine Halbwellenlänge oder ein ganzes Vielfaches einer Halbwellenlänge gegen die Mitte des Hohlraumes verschoben ist. Ausserdem zeigt Fig. 3 einen Knoten N in der Mitte I-I des Hohlraumes infolge der

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Tatsache, dass die Länge des Hohlraumes gleich einer geraden Anzahl von Halbwellenlängen bei der Frequenz f ist. ¥enn die Länge des Hohlraumes gleich einer ungeraden Anzahl von Halbwellenlängen bei der· Frequenz f ist, so dass ein Bauch AN in der Mitte Ι-Σ des Hohlraumes vorhanden ist, befinden sich trotzdem alle Streifen 33~38 des interdigitalen Wandlers nach Fig.. 3 noch halbwegs zwischen einem Knoten N und einem benachbarten Bauch AN der akustischen Oberflächenstehwelle in dem Hohlraum, und die Unterdrückung reflektierter und rückgestrahlter Energie, wie oben erläutert, wird ebenso wirksam sein.

Die Anordnung eines interdigitalen Wandlers in einem Hohlraumresonator, wie oben an Hand der Fig. 3 beschrieben ist, kann ebenso gut bei dem Eingangswandler 15 wie bei dem Ausgangswandler 16 des Filters nach Fig. 1 angewandt werden. Wenn 'bei der Matrix 14 nach Fig. 1 zur Kopplung der beiden Resonatoren die diskreten parallelen leitenden Streifen einen Abstand zwischen ihren Mitten gleich einer Halbwellenlänge bei der Frequenz f einer akustischen Oberflächenstehwelle in jedem der beiden Resonatoren aufweisen, reflektieren diese Streifen teilweise die mehrfach reflektierten akustischen Oberflächenwellen, die sich zwischen den Enden jedes Hohlraumresonators bewegen, auf gleiche Weise die der Wandler I5 und der Wandler 16, obgleich keine Rückstrahlung akustischer Oberflächenwellenenergie stattfindet, weil die Streifen der Matrix 14

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nicht mittels Stromschienen 3I und 32 nicht in Fig. vorhanden wären, ist die Anordnung der beiden ähnlichen Matrizen von Streifen 33, 3k, 35 und 36, 37, 38 als denjenigen Teil einer Kopplungsmatrix bildend zu betrachten, der bis in jeden der beiden Resonatoren des Filters nach Fig. 1 reicht, wobei die Unterdrückung reflektierter Energie, wie oben für den interdigitalen Wandler erläutert wurde für diese Anordnung der Kopplungsmatrix 14 ebenso wirksam. Eine Abwandlung des Filters mit gekoppelten Resonatoren nach Fig. 1 kann derart sein, dass der Eingangs- und der Ausgangswandler 15 und 16 ausserhalb ihrer respektiven Resonatoren liegen, so dass sie durch Uebertragung unterhalb eines der Rasterreflektoren 10, 11, 12 oder I3 aussenden zu bzw. empfangen von ihren respektiven Resonatoren. In diesem Falle kann die Anordnung zweier ähnlicher Matrizen von Streifen 33, 34, 33 und 36, 37,' 38 nach Fig. 3 nur bei der Kopplungsmatrix 14 verwendet werden. Eine weitere Abwandlung des Filters mit gekoppelten Resonatoren nach Fig. 1 kann derart sein, dass ein interdigitaler Wandler statt der Matrix 14 zur Kopplung der beiden Resonatoren verwendet wird. -In diesem Falle kann die Anordnung nach Fig. 3 zur Unterdrückung reflektierter und rückgestrahlter Energie auch für den zur Kopplung der beiden Resonatoren benutzten Wandler verwendet werden.

Eine akustische Oberflächen¥ellenanordnung mit einem akustischen Oberflächenwellenresonator und

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Pji iriterdigitalen Eingangs- oder Ausgangswandler innerhalb des Hohlraumes des Resonators kann auch für andere'Zwecke als für das Filter mit gekoppelten Resonatoren nacli Fig. 1, z.B. als ein Frequenzsteuerelement in einem Oszillator, verwendet werden. Die Anordnung des interdigitalen Wandlers nach Fig. 3 für die Unterdrückung reflektierter und rückgestrahlter Energie ist auch für diese andere Zwecke vorteilhaft. Eine akustische Oberflächenwellenanordnung mit einem akustischen Oberflächenwellenresonator kann Mittel zur Kopplung mit akustischer Oberflächenwellenenergie in dem Resonator enthalten, die aus parallelen leitenden Streifen bestehen oder solche Streifen enthalten, die quer zu der Länge des Hohlraumresonators stehen und sich zwischen den beiden diesen Hohlraumresonator bildenden Reflektoren erstrecken, die für einen anderen Zweck als einen Eingangswandler, einen Ausgangswandler oder Mittel zur Kopplung zweier Resonatoren angebracht sind. Z.B. kann ein interdigitaler Wandler in dem Resonator zur Beeinflussung der Geschwindigkeit akustischer Oberflächenwellen in dem Resonator und somit der Frequenz der Stehwelle im Resonator angebracht werden. Dies.bedeutet, dass die Entfernung eines Teiles des Wandlers oder eine Aenderung in einer mit dem Wandler verbundenen äusseren Schaltung ein mögliches Mittel zur Nachstimmung der Frequenz des Resonators ist. Ein solcher interdigitaler Frequenznachstimmwandler kann auch in der in Fig. 3 dargestellten

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¥eise zur Unterdrückung reflektierter und rückgestrahiter-Energie eingerichtet sein.

Für alle Typen von Kopplungsmitteln, die im obigen Absatz angegeben sind und die aus parallelen leitenden Streifen bestehen oder solche Streifen enthalten, die quer auf der Länge des Hohlraumresonators stehen und zwischen den diesen Hohlraum bildenden Reflektoren liegen, hängt die Anzahl angebrachter Streifen von der Stärke der Kopplung mit der Stehwelle in dem Resonator ab, die für die Funktion dieser Kopplungsmittel erforderlich ist. Die Wirksamkeit der Unterdrückung reflektierter Energie und auch etwaiger rückgestrahlter Energie durch die Anordnung der Streifen in zwei ähnlichen Matrizen nach Fig. 3 ist beschränkt, wenn die Anzahl Streifen in den beiden Matrizen zu gross ist, und zwar aus den zwei nun zu erörternden Gründen.

Erstens ist in der Erläuterung der Anordnung

nach Fig. 3 angenommen, dass eine von dem Ende 22 des Hohlraumes herrührende akustische Oberflächenwelle teilweise mit einer nahezu gleichen Amplitude von allen Streifen 33-38 zu dem Ende 22 des Hohlraumes zurückreflektiert wird. Tatsächlich wird die von dem Ende 22 des Hohlraumes herrührende Welle beim Passieren unterhalb jeder der Elektroden 33-38 etwas geschwächt. Wenn die Anzahl Streifen in jeder der zwei Matrizen genügend gross ist, bewirkt diese Schwächung, dass die reflektierte Energie von den zwei Matrizen eine erheblich verschiedene Amplitude aufweist, wenn äie auch gegenphasig

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ist, so dass die reflektierte Energie unvollständig in erhe'blichera Masse unterdrückt wird. Dieser Nachteil kann dadurch behoben werden, dass die Streifen der Kopplungsmittel derart angeordnet werden, dass zwei oder mehr Paare ähnlicher Matrizen gebildet werden, wobei die zwei Matrizen jedes Paares auf die in Fig. 3 dargestellte Weise angeordnet sind. Die Anzahl Streifen in jedem Paar ist genügend klein, um eine nahezu vollständige Unterdrückung reflektierter Energie und auch etwaiger rückgestrahlter Energie zu erzielen.

Zweitens ist in der Erläuterung der Anordnung nach Fig. 3 angenommen, dass der 'Resonator nur bei einer einzigen Frequenz, d.h. der Frequenz f der dargestellten Stehwelle, anspricht, die auch die Frequenz ist. für die die -Streifen 33~38 einen Abstand zwischen den Mitten gleich einer Halbwellenlänge .Λ/2 aufweisen. Tatsächlich reflektieren die Reflektoren des Resonators mit einem hohen Wirkungsgrad über einen schmalen Frequenzbereich. Der Resonator weist somit eine Durchlass-Amplitude-Frequenz-Kennlinie über diesen schmalen Frequenzbereich auf, der auf die Frequenz f zentriert ist, und die Kopplungsmittel, die durch die Streifen 33-38 gebildet werden, wirken in diesem Frequenzbereich. Bei der Annahme einer gleichen Amplitude der Reflexion von jedem der Streifen 33-38 ist der Weglängenunterschied reflektierter Energie 3,5/\bei der Frequenz f zwischen den beiden Streifen jedes der Streifenpaare 33 und 36, 3k und 37, und 35 und 38. Bei einer von der

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Frequenz f verschiedenen Frequenz ist der¹ Weglängenunterschied zwischen den beiden Streifen jedes dieser Paare nicht mehr gleich einem ungeraden ganzen Vielfachen einer Halbwellenlänge. Die reflektierte Energie und auch etwaige rückgestrahlte Energie von den beiden Streifen jedes Paares sind dann nicht mehr genau gegenphasig und die Unterdrückung reflektierter Energie und auch etwaiger rückgestrahlt.er Energie ist bei dieser anderen Frequenz nicht vollständig. Für die Anordnung nach Fig. 3 Aireist, wenn diese andere Frequenz um ein Siebentel von der Frequenz f verschieden ist, die reflektierte Energie von den beiden Streifen jedes Paares einen ¥eglängenunterschied gleich 3 oder h Wellenlängen auf und ist somit■gleichphasig. Es gibt also eine Frequenzbandbreite, über die die Unterdrückung reflektierter Energie und auch etwaiger rückgestrahlter Energie effektiv ist, und diese Bandbreite wird mit zunehmender Anzahl, von Streifen in jeder Matrix kleiner. Z.B. bedeutet für Kopplungsmittel mit vierzig Streifen in jeder Matrix diese Bandbreitenbeschränkung, dass die Unterdrückung reflektierter Energie einen Faktor 100 für eine relative Bandbreite von 0,2 fo beträgt. Es sei betrachtet, dass die Kopplungsmittel gewöhnlich nicht mehr als achtzig Streifen aufzuweisen brauchen und in diesem Falle ist die Frequenzbandbreite von 0,2 °/o für eine befriedigende Herabsetzung der reflektierten Energie um einen Faktor 100 grosser als die Bandbreite der Amplitude-Frequenz-Kennlinie eines characteristischen

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Resonators. Erforderlichenfalls kann aber die Bandbreite, über die die Kopplungsmittel einen gegebenen Unterdrückungsgrad reflektierter Energie und auch möglicherweise etwaiger rückgestrahlter Energie aufweist, für eine gegebene Anzahl von Streifen in den Kopplungsmitteln dadurch vergrössert werden, dass die Streifen der Kopplungsmittel derart angeordnet werden, dass zwei oder mehr Paare ähnlicher Matrizen gebildet werden, wobei die zwei Matrizen jedes Paares auf die in Fig. 3 dargestellte Weise angeordnet sind. Die Anzahl von Streifen in jedem Paar ist genügend klein, um den gegebenen Unterdrückungsgrad reflektierter Energie und auch etwaiger rückgestrahlter Energie über eine ge-. nügend grosse Frequenzbandbreite.zu erzielen.

Schliesslich sei bemerkt, dass, falls die Reflektoren, die den Hohlraum des Resonators bilden, je durch eine Matrix diskreter reflektierter hintereinander angeordneter Elemente, z.B. Nuten oder leitender Streifen, gebildet werden, Aenderungen, die durch den Herstellungsvorgang in der Tiefe der Nuten oder in der Breite oder Dicke der leitenden Streifen herbeigeführt werden, die Geschwindigkeit akustischer Oberflächenwellen unter diesen Nuten oder· Streifen beeinflussen werden. Dadurch wird die effektive Geschwindigkeit akustischer Oberflächenwellen innerhalb eines Hohlraumes gegebener Länge und dadurch die Frequenz einer in diesem Hohlraum erzeugten akustischen Oberflächenstehwelle beeinflusst werden. Wenn ausl diesem

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oder irgendeinem anderen Grunde ein Hohlraum gegebener Länge eine akustische Oberflächenstehwelle bei einer Frequenz unterstützt, die von der Frequenz verschieden ist, für die der Abstand zwischen den Streifen in jeder Matrix der Kopplungsmittel gleich einer Halbwellenlänge oder einem ungeraden ganzen Vielfachen einer Halbwellenlänge ist, ist die Unterdrückung reflektierter und auch möglicherweise rückgestrahlter Energie durch die Anordnung der Kopplungsmittel nach Fig. 3 noch immer effektiv,.wenn jeder Streifen der Kopplungsmittel noch nahezu halbwegs zwischen einem Knoten und einem benachbarten Bauch der Stehwelle bei dieser anderen Frequenz liegt. Dies wird der Fall sein für einen Frequenzbereich der Stehwelle, einen Bereich der Anzahl von Streifen in den Kopplungsmitteln und einen Bereich von Lagen der Kopplungsmittel in bezug auf die Mitte des Hohlraums. ^l

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Claims

PATENTANSPRUECHE:

PIIE. 32519 3-8-1970

1 . ) Akustische Oberflächenwellenanordnung mit einem akustischen Oberfläclienwellenresonator, der zwei Reflektoren besitzt, die einen Hohlraumresonator bilden, in dem eine akustische Obex*f lächenstehwelle bei oder nahe bei einer vorbestimmten Frequenz aufrecht erhalten werden kann, wobei die Anordnung weiter Mittel zur Kopplung mit akustischer Oberflächenstehwellenenergie im Resonator enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel zweiähnliche Matrizen paralleler leitender Streifen enthalten, die quer auf der Länge des Hohlraumes stehen und sich zwischen den beiden Reflektoren erstrecken, wobei der Abstand zwischen den Mitten der Streifen jeder Matrix gleich einer Halbwellenlänge oder einem ungeraden ganzen Vielfachen einer HaIbwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei der genannten vorbestimmten Frequenz ist* wobei der Abstand

> zwischen den beiden Matrizen gleich einer Virtelwellenlänge oder einem ungeraden ganzen Vielfachen einer Viertelwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei der genannten vorbestimmten Frequenz ist, und wobei der Punkt halbwegs zwischen den beiden Matrizen in der Mitte des Hohlraumresonators liegt oder um ein ganzes Vielfaches einer Halbwellenlänge akustischer Oberflächenwellen bei der genannten vorbestimmten Frequenz gegen die Mitte des Hohlraumresonators verschoben ist.
2. Akustische Oberflächenwellenanordnung nach

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Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, dass d±e genannten Kupplungsmittel einen interdigitalen Wandler innerhalb des Hohlraumes enthalten.
3. Elektrisches Filter mit zwei akustischen Oberflächenwellenanordnungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte interdigitale Wandler in einer der Anordnungen einen Eingangswandler bildet, der akustische Oberflächenwellenenergie zu dem Resonator dieser Anordnung aussenden kann, die darin eine akustische Oberflächenstehwelle erzeugt, während Mittel zur Kopplung der Resonatoren der beiden Anordnungen vorgesehen sind, wodurch eine akustische Oberflächenstehwelle in dem Resonator der anderen Anordnung erzeugt wird, und dass der genannte interdigitale Wandler in der anderen Anordnung einen Ausgangswandler bildet, der akustische Oberflächenwellenenergie von dem Resonator der anderen Anordnung empfangen kann.
4. Filter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Kopplung der Resonatoren der beiden Anordnungen elektrische Kopplungsmittel sind, die aus einer ersten und einer zweiten Matrix diskreter paralleler leitender elektrisch gegeneinander isolierter Streifen bestehen, wobei die erste und die zweite Matrix diskreter Streifen in den Resonatoren der einen bzw. der anderen Anordnung liegen und für die Uebertragung elektrischer Energie von der ersten Matrix diskreter Streifen auf die zweite Matrix diskreter Streifen eingerichtet sind, wodurch ein Teil

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der akustischen Oberflächenwellenenergie über der ersten Matrix diskreter Streifen in dem Resonator der einen Anordnung übertragen und dann als akustische Oberflächenwellenenergie von der zweiten Matrix diskreter Streifen in dem Resonator der anderen Anordnung wiederausgesancät wird.
5. Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Matrix diskreter Streifen als eine einzige Matrix ausgebildet sind.
6. Elektrisches Filter mit zwei akustischen Oberflächenwellenanordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangswandler derart angeordnet ist, dass er akustische Oberflächenwellenenergie zu dem Resonator einer der Anordnungen aussendet, die darin eine akustische Oberflächenstehwelle erzeugt; dass elektrische Mittel zur Kopplung der Resonatoren der beiden Anordnungen vorgesehen sind, wodurch eine akustische Oberflächenstehwelle in dem Resonator der anderen Anordnung erzeugt wird, wobei die genannten elektrischen Mittel die genannten Kopplungsmittel in jeder Anordnung enthalten, während die beiden genannten ähnlichen Matrizen leitender Streifen in einer Anordnung mit den genannten beiden ähnlichen Matrizen leitender Streifen in der anderen Anordnung für die Uebertragung elektrischer Energie von der einen auf die andere Anordnung eingerichtet sind, wodurch ein Teil der akustischen Oberflächenwellenenergie über den Kopplungsmitteln in der einen Anordnung übertragen und dann

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^Η 264109Q

als akustische Oberflächenwellenenergie von den Kopplungsmitteln in der anderen Anordnung wiederausgesandt wird, und dass ein Ausgangswandler voi-handen ist, der akustische Oberflächenwellenenergie von dem Resonator der anderen Anordnung empfangen kann.
7- Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden ähnlichen Matrizen in der einen Anordnung als eine einzige Matrix mit der entsprechenden Matrix der beiden ähnlichen Matrizen in der anderen Anordnung ausgebildet ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, oder

Filter nach einem der Ansprüche 3 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Reflektoren in der Anordnung oder in beiden Anordnungen durch eine Matrix diskreter reflektierender hintereinander angeordneter Elemente gebildet wird.

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