DE2718572A1 - Einrichtung zur signalweitergabe mittels akustischer oberflaechenwellen - Google Patents

Description

RCA 70 357 j.

U.S. Serial No: 680,073 1 Filed: April 26, 1976 Dr. Dieter v. Bezoid 271857

Dipl.-In-j. F. tor Schutt Dipl.-!ng. Weiterg Hausler

β München Bo, Postfach ΘΘΟβββ

RCA Corporation New York, N.Y., V.St.v.A.

Einrichtung
zur Signalweitergabe mittels akustischer Oberflächenwellen

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte, die unter Ausnutzung akustischer Oberflächenwellen arbeiten,und betrifft speziell eine Einrichtung, die das Entstehen von Mehrfachreflexionssignalen in solchen Geräten verhindert.

Die Verwendung von mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Geräten im ZF-Teil eines Fernsehempfängers ist in einem Aufsatz von Dr. J.A. van Raalte mit dem Titel "Surface Acoustic-Wave Filter for Television Intermediate Frequencies" diskutiert, der in der Juni/Juli-Ausgabe 1974· (Band 70, Nr. 1) der Zeitschrift JRCA Engineer erschienen ist.

Auf akustischen Oberflächenwellen basierende Filter haben bis-

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her noch nicht Eingang in die Fernsehempfängerindustrie gefunden, u.a. wegen des Auftretens ungewollter Signale an dem die akustischen Oberflächenwellen führenden Element selbst. Ein solches ungewolltes Signal entsteht, wenn die von einem sendenden Wandler ausgesandten akustischen Oberflächenwellen teilweise vom empfangenen Wandler reflektiert und dann wieder vom sendenden Wandler zum empfangenen Wandler zurückreflektiert werden. Dieses ungewollte Signal kann man sinngemäß mit Dreifachlaufsignal bezeichnen, da es aus akustischen Signalen entsteht, welche die Entfernung zwischen dem sendenden und dem empfangenden Wandler dreimal durchlaufen haben. Dreifachlaufsignale (die eine beträchtliche Amplitude im Vergleich zur Amplitude des gewünschten Signals haben können) führen, wenn sie durch einen Fernsehempfänger verarbeitet werden, zu unerwünschten Geisterbildern. Es können auch andere Mehrfachlaufsignale höherer Ordnungen entstehen, z.B. ein Fünffachlaufsignal, das die Strecke zwischen sendendem und empfangendem Wandler fünfmal durchlaufen hat. Es wurde jedoch gefunden, daß diese Mehrfachlaufsignale höherer Ordnungen gegenüber dem primären Dreifachlaufsignal eine so niedrige Amplitude haben, daß sie keine merkbaren Geisterbilder erzeugen.

Es sind mehrere Methoden beschrieben worden, um die Einflüsse reflektierter Signale in mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Elementen zu vermindern (vgl. z.B. die USA-Patentschrift 3 810 257 und einen Aufsatz von M.F. Lewis mit dem Titel "Triple-Transistor Suppression in Surface-Acoustic-Wave Devices",der in Electronic Letters, Band 8, No. 23 vom 16. November 1972, Seite 553 erschienen ist).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält eine Wandleranordnung zur Unterdrückung von Mehrfachreflexionen in mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Filtern einen ersten, einen zweiten und einen dritten Wandler, deren jedem eine komplexe charakteristische Impedanz (Wellenwiderstand) zugeordnet ist. Der erste und der zweite Wandler sind jeweils

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mit einer gesonderten ersten bzw. zweiten elektrischen Schaltung verbunden, die einen zugehörigen komplexen Wellenwiderstand hat. Der dritte Wandler hat keine elektrischen Anschlüsse, Der erste und der zweite Wandler sind um eine vorbestimmte Entfernung voneinander getrennt und so zueinander angeordnet, daß sich akustische Signale zwischen ihnen fortpflanzen können. Der zweite und der dritte Wandler sind so zueinander angeordnet, daß sich akustische Signale zwischen ihnen fortpflanzen können. Der zweite und der dritte Wandler sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der gleich ist der um eine Zusatzdistanz veränderten vorbestimmten Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler. Die Zusatzdistanz ist bezüglich der Phasenverschiebung, die vom komplexen Wellenwiderstand des ersten Wandlers und vom komplexen Wellenwiderstand der ersten Schaltung bewirkt wird, so gewählt, daß vom dritten Wandler reflektierte akustische Signale bei der vorbestimmten Frequenz außer Phase mit den vom ersten Wandler reflektierten akustischen Signalen sind. Der dritte Wandler hat eine Apertur, die bezüglich der Apertur des ersten Wandlers und den Beträgen des komplexen Wellenwiderstands des ersten Wandlers und des komplexen Wellenwiderstands der ersten Schaltung so gewählt ist, daß der Betrag der vom dritten Wandler reflektierten akustischen Signale bei der vorbestimmten Frequenz im wesentlichen gleich ist dem Betrag der vom ersten Wandler reflektierten akustischen Signale· Somit empfängt der zweite Wandler reflektierte akustische Wellen vom ersten und vom dritten Wandler und löscht sie aus.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung überlappen sich die Zahne ineinandergreifender kammförmiger Elemente, aus denen der erste oder der zweite Wandler besteht, in einem Muster entsprechend einer vorbestimmten ungleichförmigen Hüllkurve, um den Frequenzgang der Amplitude und Phase der elektrischen Schaltungen zu bestimmen, an die das mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Filter angeschlossen ist (z.B. die ZF-Schaltungen eines Fernsehempfängers).

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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung liegt das mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Filter im ZF-Teil eines Fernsehempfängers, wobei der dritte Wandler so ausgelegt ist, daß eine Maximalamplitude bei einer Mittenfrequenz erhalten wird, die im wesentlichen gleich der Frequenz des Bildträgers ist, so daß die infolge regenerierter akustischer Signale zu befürchtenden Geisterbilder praktisch nicht erscheinen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Wandleranordnung innerhalb des ZF-Teils eines Fernsehempfängers;

Figuren 2 bis 6

zeigen andere erfindungsgemäße Wandleranordnungen.

In den verschiedenen Figuren sind jeweils gleichartige Elemente mit Bezugszahlen bezeichnet, die sich lediglich in ihrer vordersten Ziffernstelle unterscheiden. Außerdem sind gewisse Dimensionen der in den verschienen Figuren gezeigten Anordnungen gleich, sie sind jedoch mit verschiedenen Buchstaben bezeichnet, da sich ihr Wert bei den verschiedenen Ausführungsformen unterscheidet.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 werden Hochfrequenzsignale (HF-Signale) von einer Antenne 112 aufgefangen und über einen HF-Verstärker 114 auf einen Mischer 116 gegeben. Überlagerungssignale, deren Frequenz mit Hilfe eines Kanalwählers 120 entsprechend dem vom Benutzer gewählten Kanal eingestellt wird, werden von einem lokalen Überlagerungsoszillator 118 auf den Mischer 116 gekoppelt. Der Mischer kombiniert die Überlagerungssignale und die verstärkten HF-Trägersignale zur Bildung von Zwischenfrequenzsignalen (ZF-Signale), die einen Tonträger, einen Bildträger und einen Farbhilfsträger enthalten. Die ZF-

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Signale werden auf einen ZF-Verstärker 122 gekoppelt.

Der Ausgang des ZP-Verstärkers 122 wird auf einen Eingangsoder Sendewandler 124- gegeben, der auf einem piezoelektrischen Substrat 123 gebildet ist, das beispielsweise aus Lithiumniobat besteht und die Fähigkeit hat, akustische Signale längs seiner Oberfläche in einer vorbestimmten Richtung laufen zu lassen. Der Wandler 124 enthalt zwei kammförmig gestaltete Leiter 126a und 126b. Die Zähne oder Finger der kammförmigen Leiter 126a und 126b greifen ineinander, so daß Paare sich überlappender Zähne gebildet werden. Der Abstand zwischen Zahnpaaren und das Maß der Zahnüberlappung an jedem Paar bilden ein Muster mit einer bestimmten Hüllkurve 128. Der Frequenzgang des Wandlers 124 ist durch die Form dieser Hüllkurve 128 bestimmt. Die spezielle Gestalt der Hüllkurve 128, die einen Hauptbauch und zwei symmetrische Gruppen von Seitenbäuchen kleinejr werdender Amplitude aufweist, ist so zugeschnitten, daß man einen Frequenzgang der Amplitude (Amplitude als Funktion der Frequenz) erhält, der dazu geeignet ist, die ZF-Signale des Empfängers in einer Weise zu verarbeiten, wie es in dem weiter oben genannten Aufsatz von van Raalte beschrieben ist.

Die Hüllkurve 128 bestimmt außerdem die charakteristische Impedanz (Wellenwiderstand)des Wandlers 124 . Der Wellenwiderstand des Wandlers 124 ist komplex, d.h. er läßt sich mathematisch als Vektor mit einem bestimmten Betrag und einem bestimmten Phasenwinkel beschreiben. Der Verstärker 122 kann angesehen werden wie eine Ersatzschaltung, die aus einer äquivalenten Spannungsquelle 136 und einem äquivalenten komplexen Innenwiderstand 132 besteht. Dem Ausgang des Verstärkers 122 ist eine Induktivität 130 parallel geschaltet, deren Wert bezüglich dem komplexen Wellenwiderstand des Wandlers 124 und dem äquivalenten komplexen Innenwiderstand 132 des Verstärkers 122 so gewählt ist, daß die Kopplung elektrischer Leistung zum Wandler 124 optimal ist. Die Induktivität 130 kann auch in Reihe mit dem Verstäeker 122 geschaltet sein.

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Ein Empfangs- oder Ausgangswandler 138, der aus zwei auf einem Substrat 123 gebildeten ineinandergreifenden Leitern 14-Oa und 14-Ob besteht, liegt in einem in Portpflanzungsrichtung akustischer Wellen gemessenen Abstand d vom Wandler 124-, um die vom Wandler 124- erzeugten akustischen Signale zu empfangen. Der Abstand d ist so gewählt, daß einerseits die Größe des akustischen Filters möglichst prering bleibt und daß andererseits ungewollte Einflüsse von Massewellen, die längs eines in den Körper des Substrats hineinführenden Weges (und nicht längs der Substratoberfläche) wandern und als Funktion des Abstandes vom Wandler 124- auftreten, möglichst klein bleiben.

Die Überlappung zwischen den Zähnen jedes Zahnpaars des Empfangswandlers 138 ist über den gesamten Wandler gleichmäßig. Außerdem hat der Wandler 138 weniger Zahnpaare als der Wandler 124-, Dies hat zur Folge, daß der Wandler 138 eine größere Bandbreite als der Wandler 124· hat.

Der Empfangswandler 138 ist elektrisch mit einem Verstärker 14-2 verbunden. Der Verstärker 14-2 stellt eine äquivalente, komplexe Lastimpedanz 144- für den Wandler 138 dar. Dem Eingang des Verstärkers 14-2 ist eine Induktivität 14-6 parallel geschaltet, um die Übertragung elektrischer Energie zwischen dem Wandler 138 und dem Verstärker 14-2 optimal zu machen. Die Induktivität 14-6 kann auch in Reihe mit dem Verstärker 142 geschaltet sein.

Der Ausgang des Verstärkers 14-2 ist an einen Videodetektor 14-6' gekoppelt, der aus den behandelten ZF-Signalen ein Leuchtdichtesignal, ein Farbartsignal und Synchronsignale im Videofrequenzbereich gewinnt. Mit dem Ausgang des Verstärkers 14-2 kann ferner ein getrennter Tonkanal (nicht dargestellt) gekoppelt sein, um Tonsignale abzuleiten. Die Leuchtdichte-Farbart- und Synchronsignale werden aif eine Video-Verarbeitungseinheit gegeben, um Signale zum Aufbau eines Farbbildes auf einer BiId-

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röhre 150 zu gewinnen.

Auf dem Substrat 123 ist ferner ein dritter Wandler 152 gebildet, der aus zwei ineinandergreifenden kammförmigen Leitern 154a und 154b besteht. Der Wandler 152 ist von den Wandlern 124 und 138 elektrisch getrennt und auch nicht mit irgend einer anderen elektrischen Schaltung verbunden. Der Wandler 152 liegt in Richtung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen seitlich neben dem Wandler 124 (in Fig. 1 oberhalb) und hat vom Wandler 138 in Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen einen Abstand gleich d + Δ Die Überlappungszone der Zähne des Wandlers 152 hat eine gleichmäßige Hüllkurve, und der Wandler 152 enthält weniger Zahnpaare als der Wandler 124, so daß er eine größere Bandbreite als der Wandler 124 hat. Wie noch erläutert werden wird, dient der Wandler 152 zur Verhinderung bzw. Unterdrückung von Dreifachlaufsignalen, die sich in Form vom Geisterbildern auf der Bildröhre 150 äußern würden.

Im Betrieb werden die vom Verstärker 122 kommenden im Zwischenfrequenzbereich liegenden Signale vom Sendewandler 124 in akustische Ultraschallsignale umgewandelt, die längs der Oberfläche des Substrats 123 zum Empfangswandler 138 laufen. Die Signale unterliegen einem Frequenzgang der Amplitude und Phase, der durch die Hüllkurve 128 des Wandlers 124 bestimmt wird· Der Empfangswandler 138 wandelt die empfangenen akustischen Signale in elektrische Signale um, von denen der größte Teil auf den Verstärker 142 gekoppelt wird. Ein Teil der vom Wandler 138 erzeugten elektrischen Signale regt jedoch auch wiederum akustische Signale an, die längs der Oberfläche des Substrats zurück zum Sendewandler 124 laufen. Diese regenerierten reflektierten akustischen Signale werden vom Wandler 124 zurückreflektiert und bei Ankunft am Empfangswandler 138 in elektrische sogenannte Dreifachlaufsignale umgewandelt, die gegenüber den vom Wandler 138 ursprünglich erzeugten elektrischen Signalen um ein Maß verzögert sind, das zwei zusätzlichen Laufzeiten

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entspricht, d.h. die Gesamtlaufzeit des Dreifachlaufsignals ist dreimal so groß wie die Laufzeit des ersten Durchgangs der vom Sendewandler 124 abgesandten Signale. Die Dreifachlaufsignale werden über den Videodetektor 146 und die Video-Verarbeitungseinheit 148 auf die Bildröhre 150 gekoppelt und äußern sich dort als Geisterbilder, die vom Betrachter speziell zu erkennen sind. Die Reflexionen akustischer Signale zwischen den Wandlern 124 und 138 führen auch noch zu Mehrfachlaufsignalen höherer Ordnungen, deren Gesamtlaufzeit dem Fünffachen, Siebenfachen, usw. der Primärlaufzeit entspricht. Diese Reflexionen sind jedoch gegenüber dem Dreifachlaufsignal relativ gedämpft und verursachen praktisch keine erkennbaren Geisterbilder mehr.

Der Wandler 152 hat die Aufgabe, die infolge der regenerierten Reflexionen zwischen den Wandlern 124 und 138 erzeugten Dreifachlaufsignale zu unterdrücken. In der gleichen Weise vermag der Wandler 152 auch die Mehrfachlaufsignale höherer Ordnungen abzuschwächen. Der Wandler 152 empfängt einen Teil der vom Wandler 138 reflektierten akustischen Signale. Als Antwort auf diese Signale wird an den kammförmigen Leitern 154a und 154b ein elektrisches Signal erzeugt, das dann wiederum bewirkt, daß ein regeneriertes akustisches Signal zurück zum Wandler 138 reflektiert wird. Die vom Wandler 152 reflektierten akustischen Signale vereinigen sich im Wandler 138 mit den vom Wandler 124 reflektierten Signalen. Der zusätzliche Abstand Δ ist so gewählt, daß die von den Wandlern 152 und reflektierten akustischen Signale bei der gewünschten Frequenz um praktisch 180° zueinander phasenversetzt sind. Ferner ist das Überlappungsmaß der Zähne des Wandlers 152, d.h. die Apertur W, dieses Wandlers, so gewählt, daß die Beträge der von den Wandlern 124 und 152 reflektierten regenerierten akustischen Signale bei der gewünschten Frequenz einander im wesentlichen gleich sind. Die Folge ist, daß das vom Wandler 138 gelieferte elektrische Ausgangssignal praktisch frei ist vom Dreifachlaufsignal oder von anderen Mehrfachreflexionssignalen.

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Bei der Bemessung des Zusatzabstandes Δ und der Apertur W* muß die Tatsache berücksichtigt werden, daß der Wandler 124-in Kombination mit der an ihm hängenden Schaltung, d.h. in Verbindung mit der Induktivität 130 und der Quellenimpedanz (Innenwiderstand) 132, sowohl den Betrag als auch die Phase der von diesem Wandler reflektierten regenerierten akustischen Signale beeinflußt, und zwar wegen der komplexen Impedanz dieser Kombination. Wenn die vom Wandler 152 reflektierten regenerierten akustischen Signale nicht in gleicher Weise in ihre Amplitude und Phase modifiziert werden, dann kommt man nicht zu einer vollständigen Auslöschung des Dreifachlaufsignals.

Eine mögliche Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, an den Wandler 152 eine elektrische Last 154- (gestrichelt dargestellt) anzuschließen, um die Phase und Amplitude der vom Wandler 152 reflektierten regenerierten akustischen Signale so zu modifizieren, daß die Amplituden- und Phasenbeeinflussung, die das vom Wandler 124 reflektierte regenerierte akustische Signal infolge der komplexen Impedanz dieses Wandlers und der komplexen Impedanz der damit verbundenen elektrischen Schaltung erfährt, kompensiert wird. Da elektrische Anschlüsse jedoch die Gesamtkosten der Filteranordnung erhöhen und auch deren Zuverlässigkeit herabsetzen können, ist diese Lösung nicht besonders günstig. Die für die Impedanz 154 benötigten beiden zusätzlichen elektrischen Anschlüsse würden gerade die Vorteile, die man mit einem akustischen Oberflächenwellenfilter zu erreichen sucht, wesentlich herabsetzen.

Anstatt eine elektrische Impedanz an den Wandler 152 anzuschließen, wird der bei der Anordnung des Wandlers 152 eingeführte Zusatzabstand Δ so gewählt, daß bei einer vorbestimmten Frequenz die vom Wandler 152 reflektierten regenerierten akustischen Signale eine Phasenverschiebung haben, die im wesentlichen gleich ist der Phasenverschiebung, die das vom Wandler 124 zurückgeworfene regenerierte akustische Signal

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infolge der komplexen Impedanz des Wandlers 124 selbst und der an ihn angeschlossenen elektrischen Schaltung erfährt, plus oder minus 180°. Ferner wird die Apertur W, des Wandlers 152 so gewählt, daß bei einer vorbestimmten Frequenz der Betrag des vom Wandler 152 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signals im wesentlichen gleich ist dem Betrag des vom Wandler 124 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signals infolge der Apertur W,- dieses Wandlers 124 und der komplexen Impedanzen dieses Wandlers selbst und der an ihm angeschlossenen elektrischen Schaltung. Die mathematischen Gleichungen zur Bemessung der Größen Δ und W^ werden weiter unten abgeleitet.

Bei der nachstehenden mathematischen Analyse sei angenommen, daß die Wandler 124, 138 und 152 Frequenzgänge der Amplitude haben, deren Mittenfrequenz derjenigen Frequenz entspricht, bei der die Unterdrückung des Dreifachlaufsignals erfolgen soll. Das heißt, daß der Abstand zwischen den Zahnpaaren in jedem dieser Wandler der gleiche ist. Wie später noch deutlich werden wird, schränkt diese Annahme den Gebrauch der Wandleranordnung nicht ein,sondern vereinfacht lediglich die hier unternommene Analyse.Ferner sei angenommen, daß die Apertur W2 des Wandlers 138 größer ist als die Summe der Apertur W„. des Wandlers 124 und der Apertur W, des Wandlers 152, so daß der Wandler 138 praktisch die gesamte von den Wandlern 124 und 152 ausgesandte Energie empfangen kann. Da die Wandler 138 und 152 gleichmäßige Hüllkurven haben, sind die Aperturen W^ und W, gleich dem Überlappungsmaß an jedem der Zahnpaare im betreffenden Wandler 138 bzw. 152. Da andererseits die Überlappungshüllkurve 128 des Wandlers 124 ungleichförmig verläuft, ist die Apertur W. nicht durch das Überlappungsmaß irgend eines der Zahnpaare des Wandlers 124 bestimmt,sondern vielmehr im wesentlichen gleich dem integrierten Mittel der Überlappungen an jedem einzelnen der den Wandler 124 bildenden Zahnpaare. Anders ausgedrückt ist die Apertur W^ des Wandlers 124 gleich der Apertur eines mit

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gleichförmiger Überlappungshüllkurve ausgelegten Wandlers, der ein reflektiertes akustisches Signal mit dem gleichen Betrag wie das vom Wandler 124 reflektierte akustische Signal liefern würde. Die Größe W_x. kann durch Messung oder Berechnung gefunden werden.

Der Empfangswandler 138 erzeugt als Antwort auf die akustischen Signale, die im ersten Durchlauf vom Wandler 124· ankommen, eine Spannung Vq". Auf die Spannung V_Q" hin sendet der Empfangswandler 138 eine akustische Welle, die von den Wandlern 124- und 152 empfangen wird, welche daraufhin Spannungen V_R' bzw. V_R ^nl erzeugen. Die Gleichungen für diese beiden letzgenannten Spannungen sind:

V - 5| · V · V · ^z'

Wo

V ··· - -X Δ η V " Z¹" X 2~ f?"}

Hierin ist A₀* die übertragungsfunktion des die Wandler 124 und 138 enthaltenden Wandlerpaars und A₀" die Übertragungsfunktion des die Wandler 152 und 138 enthaltenden Wandlerpaars; Z¹ ist die komplexe Impedanz der Kombination des Wandlers 124 mit der an ihm hängenden elektrischen Schaltung; Z^wl ist die

komplexe Impedanz des Wandlers 152, und *y ist die Phasenverschiebung infolge des ZusatzabStandes Δ bei der vorbestimmten Frequenz. Die Übertragungsfunktion A₀' ist eine skalare Größe und wird bestimmt, indem der Kurzschlußstrom durch den Wandler 124 gemessen wird, wenn am Wandler 138 eine bestimmte Spannung liegt, und indem das Verhältnis zwischen dem Strom und der Spannung gebildet wird. Die Übertragungsfunktion Aq" wird in ähnlicher Weise bestimmt.

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Aufgrund der Spannungen V_R' und V_R"' werden von den Wandlern 124· und 152 regenerierte akustische Wellen ausgesandt, die vom Wandler 138 empfangen werden und dort in Spannungskompo-

umgewandelt werden, die durch folgende

nenten V,

TT

und V_TT·"

Gleichungen gegeben sind:

^VTT

V πι _

^VTT

. v₀» . z· . z»

· ^(Ao"⁾² · V · ^z"' · ^z"

wobei angenommen wird, daß die Übertragungsfunktionen für die Wandlerpaare hinsichtlich der Richtung der Energieübertragung symmetrisch sind und daß Z" die komplexe Impedanz der Kombination des Wandlers 138 mit der an ihm angeschlossenen elektrischen Schaltung ist. Damit sich die Spannungen Vmm¹ und V™™¹" bei der vorbestimmten Frequenz auslöschen, muß der Betrag der komplexen Spannung V_mm' gleich sein dem Betrag der komplexen Spannung Vmm"¹ » und die Ehase der komplexen Spannung Vmm¹ muß um 180° gegenüber der Phase der komplexen Spannung Vmm¹" versetzt sein. Das heißt:

wobei

ΖΊ und

Zⁿⁱ

Z¹

_Ztti

(6)

θ β φ - φ¹¹¹ + 180^c

(7)

und Z¹¹¹ sind und wobei φ¹ und φ Impedanzen Z¹ und Z^nl sind.

die Beträge der komplexen Impedanzen Z¹

"' die Phasenwinkel der komplexen

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Hinsichtlich der obigen Gleichungen (6) und (7) sei bemerkt, daß die Impedanz des die beiden Spannungen ^V _TT' und V^,¹" vereinigenden Wandlers (d.h. des Empfangswandlers 138 im Falle der Anordnung nach Fig. 1) nicht in die Bemessung des Zusatzabstandes Δ und der Apertur W, eingeht. Wie weiter oben erwähnt, ist es jedoch erwünscht, daß die Apertur Wo größer oder gleich der Summe der Aperturen W^ und W^ ist, damit der Wandler 138 fähig ist, praktisch alle von den Wandlern 124- und 152 kommende akustische Energie zu empfangen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des akustischen Oberflächenwellenfilters hat der Eingangswandler 124· eine ungleichförmige Überlappungshüllkurve zur Erzielung bestimmter Kennlinienformen für das ZF-Frequenzverhalten des Empfängers, während der Wandler 138 eine gleichförmige Überlappungshüllkurve besitzt. Dies ist deswegen so, weil die von einem Wandler ausgewählten regenerierten akustischen Signale dort erzeugt werden, wo sich die Zähne des Wandlers überlappen, und nicht dort, wo sich die Zähne des Wandlers nicht überlappen. Wenn also statt des Sendewandlers 124· der Empfangswandler 138 eine ungleichförmige Hüllkurve besitzen würde, dann wäre es viel schwieriger, die Apertur und die seitliche Position des Wandlers 152 richtig zu wählen.

Ferner sei erwähnt, daß die Bandbreite eines Wandlers, der relativ wenig Zahnpaare aufweise, größer ist als die Bandbreite eines mit relativ vielen Zahnpaaren ausgelegten Wandlers. Daher sind sowohl der reflektierende Wandler 152 als auch der Empfangswandler 138 mit relativ wenig Zahnpaaren versehen, so daß Mehrfachlaufsignale über einen breiteren Frequenzbereich unterdrückt werden, als wenn die Wandler 152 und 138 mehr Zahnpaare hätten. Selbst mit einer relativ geringen Anzahl von Zahnpaaren haben jedoch die Wandler 152 und 138 einen Frequenzgang der Amplitude, dessen Bandbreite ziemlich begrenzt ist. Daher ist die Unterdrückung von Dreifachlaufsignalen und anderen Mehrfachreflexionssignalen am

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effektivsten bei einer vorbestimmten Frequenz, die durch die Wahl von Δ und W, bestimmt ist. Da sich die Dreifachlaufsignale am unangenehmsten in Geisterbildern äußern, ist es wünschenswert, die Dreifachlaufsignale bei Frequenzen nahe oder gleich der Bildträgerfrequenz zu unterdrücken (z.B. 45,75 *®^z b^eim NTSC-System). Daher sollte der Abstand der Zahnpaare des Wandlers 152 so gewählt werden, daß sich eine Mittenfrequenz bei der Frequenz des Bildträgers ergibt. Um jedoch die ZF-Charakteristik in der richtigen Weise aufrechtzuerhalten, sollten der Sende- und der Empfangswandler Paare von Zähnen in solchem Abstand haben, daß eine Mittenfrequenz im mittleren Bereich des gewünschten Frequenzgangs der Amplitude des ZF-Signals erhalten wird.

In der Anordnung nach Fig. 2 ist der einzelne reflektierende Wandler 152 durch zwei reflektierende Wandler 252a und 252b ersetzt, die in einem senkrecht zur Richtung der akustischen Wellenausbreitung gemessenen seitlichen Abstand neben (in der Zeichnung oberhalb) einem Sendewandler 224 liegen und vom Empfangswandler 238 eine Entfernung haben, die sich um Teildistanzen M bzw. Mp vom Abstand a zwischen dem Sendewandler 224 und dem Empfangswandler 238 unterscheiden. Die Teildistanzen M^. und M₂ und die Aperturen S,^. und S^₂ ^der Wandler 252a und 252b sind so gewählt, daß der reflektierende Wandler 252a bei einer vorbestimmten Frequenz als Antwort auf das vom Empfangswandler 238 zurückgeworfene regenerierte akustische Signal seinerseits ein reflektiertes akustisches Signal erzeugt, das um + 180° gegenüber dem vom Sendewandler 224 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signal phasenverschoben ist und einen Betrag hat, der gleich einem ersten Teil des Betrags des vom Sendewandler 224 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signals ist. Der andere reflektierende Wandler 252b erzeugt als Antwort auf das vom Empfangswandler 238 zurückgeworfene regenerierte akustische Signal ein reflektiertes akustisches Signal, das gegenüber dem vom Sendewandler 224 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signal um - 180° phasenverschoben ist und einen

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Betrag hat, der gleich einem zweiten Teil des Betrags des vom Sendewandler 224 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signals ist. Der genannte erste Teil und der genannte zweite Teil des besagten Betrags sind so gewählt, daß ihre Summe bei der vorbestimmten Frequenz im wesentlichen gleich dem Betrag des vom Sendewandler 224 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signals ist. Bei einer anderen als der vorbestimmten Frequenz sind die von den Wandlern 252a und 252b reflektierten akustischen Signale nicht um +180° bzw. -i80°gegenüber dem vom Empfangswandler 238 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signal phasenverschoben, aber sie addieren sich vektoriell zu einem Signal, das um praktisch 180° gegenüber dem vom Empfangswandler 238 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signal phasenverschoben ist. Die kombinierte Wirkung der Wandleranordnung nach Fig. 2 führt also dazu, daß Mehrfachreflexionssignale über eine größere Bandbreite unterdrückt werden, als es mit der Anordnung nach Fig. 1 geschieht. Theoretisch bewirkt die Anordnung nach Fig. eine Unterdrückung von Dreifachlaufsignalen um 40 db innerhalb eines Bereichs von Frequenzen, die bis etwa 9# von der vorbestimmten Frequenz abweichen und für die eine Unterdrückung von DreifachlaufSignalen in der Praxis zu wünschen χβτ. Demgegenüber führt die Anordnung nach Fig. 1 zu einer Unterdrückung von Dreifachlaufsignalen um 40 db nur über einen Bereich von Frequenzen, die bis höchstens Λ% von der vorbestimmten Frequenz abweichen.

Die mathematischen Ausdrücke für die Wahl von S^₁, S^p, M. M₂ können in ähnlicher Weise wie die Gleichungen (6) und (7) abgeleitet werden. Im vorliegenden Fall gilt:

(S₃₁)² = (S₅₂)² = \ (8)

= $' - S¹" - 180 (9)

und .

T₂ " ?' - $"' + 180° . (10)

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Zum Lesen dieser Gleichungen seien folgende Hinweise gegeben:

S,,- und S₇₅₂ sind einander gleich gewählt; es ist angenommen, daß die komplexen charakteristischen Impedanzen der Wandler 252a und 252b beide gleich X"¹ sind; X¹ ist die komplexe Impedanz der Kombination des Wandlers 224 mit der an ihn angeschlossenen elektrischen Schaltung; Kq¹ ist die Übertragungsfunktion des die Wandler 224 und 238 enthaltenden Wandlerpaars;

es ist angenommen, daß die Übertragungsfunktion des die Wandler 238 und 252a enthaltenden Wandlerpaars und die Übertragungsfunktion des die Wandler 238 und 252b enthaltenden Wandlerpaars beide gleich Kq" sind; t* ist der dem Teilabstand M^. zuzuschreibende Phasenwinkel; fp ist der dem Teilabstand Mp zuzuschreibende Phasenwinkel; .§· ' und£'^fl sind die Phasenwinkel der komplexen Impedanzen X¹ und X¹" .

In der Wandleranordnung nach Fig. 3 liegt ein Empfangswandler 338 zwischen einem Sendewandler 324 und einem reflektierenden Wandler 352, und zwar so, daß er vom Sendewandler 324 einen Abstand b und vom Empfangswandler 352 einen Abstand b plus einem Zusatzstück N hat. Bei dieser Anordnung werden vom Sendewandler 324 ausgesandte akustische Signale durch den Empfangswandler 338 in elektrische Signale umgewandelt. Vom Empfangswandler 338 werden aber auch wieder akustische Signale erzeugt, die in entgegengesetzter Richtung zum Sendewandler und außerdem zum Reflekfcorwandler 352 gesendet werden. Die Zusatzdistanz N und die Apertur T-, des reflektierenden Wandlers sind so gewählt, daß dieser Wandler 352 eine reflektierte akustische Welle erzeugt, die betragsmäßig im wesentlichen gleich, in ihrer Phase aber entgegengesetzt dem vom Sendewandler 324 zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signal ist. Die von den Wandlern 324 und 35 reflektierten akustischen Signale werden im Empfangswandler 338 summiert und löschen sich im wesentlichen gegenseitig aus, so daß die vom Empfangswandler 338 erzeugten elektrischen Signale praktisch frei von Dreifach-

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laufsignalen sind.

Ausdrücke für die Zusatzdistanz N und die Apertur T, können in ähnlicher Weise wie die Ausdrücke für die entsprechenden Dimensionen der Anordnungen nach den Figuren 1 und 2 abgeleitet werden. Bei der Anordnung nach Fig. 3 sollte jedoch die Tatsache berücksichtigt werden, daß ein Teil der vom Sendewandler 324 erzeugten akustischen Signale durch den Empfangswandler 338 hindurchgeleitet wird und den reflektierenden Wandler 352 erreicht.

Die Wandleranordnung nach Fig. 4 ist gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 in dem Sinne abgewandelt, daß anstelle des reflektierenden Wandlers 352 zwei reflektierende Wandler 452a und 452b verwendet werden, um die Bandbreite, über die das Dreifachlaufsignal unterdrückt wird, zu vergrößern.

Bei der Wandleranordnung nach Fig. 5 liegt ein Sendewandler 560 zwischen einem Empfangswandler 562 und einem reflektierenden Wandler 552 derart, daß er vom Empfangswandler einen Abstand e und vom reflektierenden Wandler einen Abstand e plus eine Zusatzdistanz P hat. In diesem Fall werden die vom Empfangswandler 562 und vom reflektierenden Wandler 552 erzeugten und zurückgeworfenen regenerierten akustischen Signale nicht wie bei den Anordnungen nach den Figuren 1 bis 4 im Empfangswandler sondern im Sendewandler 560 summiert, um Dreifachlaufsignale zu unterdrücken. Da hier der Sendewandler 560 die vom Empfangswandler 562 und vom reflektierenden Wandler 552 zurückgeworfenen akustischen Signale summiert, ist es außerdem zweckmäßig, den Empfangswandler 562 statt den Sendewandler 560 mit einer ungleichförmigen Uberlappungshüllkurve auszulegen, um den Frequenzgang der Amplitude des Empfängers für ZF-Signale zu definieren.

Die Anordnung nach Fig. 6 ist gegenüber derjenigen nach Fig. dahingehend abgewandelt, daß der reflektierende Wandler 552

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durch zwei Wandler 652a und 652b ersetzt ist, un die Bandbreite, in deren Bereich das Dreifachlaufsignal abzuschwächen ist, zu vergrößern.

Bei den vorstehend beschriebenen speziellen Ausführungsfonnen ist der summierende Wandler, der die von den andern Wandlern körnenden reflektierten Signale zur Unterdrückung der Mehrfachlaufsignale summiert (d.h. jeweils derjenige Wandler, bei dem für seine Apertur ein Symbol mit der Tiefindexziffer 2 verwendet wird) mit einer gleichförmigen Überlappungshüllkurve ausgestattet. Dieser betreffende Wandler kann jedoch auch eine ungleichförmige Hüllkurve aufweisen, um ein ganz bestimmtes Frequenzverhalten zu erreichen, wenn auch die Analyse einer solchen Ausbildung etwas komplizierter ist. Die Erfindung wurde vorstehend ferner aus Gründen der Klarheit anhand von Wandleranordnungen beschrieben, in denen die Zähne der Wandler als einzelne leitende Streifen dargestellt sind. Die Zähne können jedoch jeweils in zwei Streifen aufgeteilt sein, die durch einen Abstand von beispielsweise einer Viertelwellenlänge voneinander getrennt sind, um Reflexionen von den Zähnen selbst zu unterdrücken. Solche und andere Abwandlungen werden von dem Erfindungsgedanken mit umfaßt.

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ZZ

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Einrichtung mit einem piezoelektrischen Substrat, das akustische Signale leiten kann und auf dessen einer Oberfläche ein erster, ein zweiter und ein dritter Wandler gebildet ist, deren jeder mindestens ein Paar ineinandergreifender kammförmiger Leiter enthält und einen komplexen Wellenwiderstand (charakteristische Impedanz) hat, und mit einer zwischen die kammförmigen Leiter des ersten Wandlers geschalteten ersten elektrischen Schaltung sowie mit einer zwischen die kammförmigen Leiter des zweiten Wandlers geschalteten zweiten elektrischen Schaltung, wobei jede dieser Schaltungen einen komplexen Wellenwiderstand hat und wobei der erste und der zweite Wandler in einem vorbestimmten Abstand auseinanderliegen und so zueinander ausgerichtet sind, daß akustische Signale zwischen ihnen übertragen werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wandler (152) frei von elektrischen Anschlüssen ist und vom zweiten Wandler (138) eine sich von dem besagten vorbestimmten Abstand (d) um eine Teildistanz (Δ) unterscheidende Entfernung hat und gegenüber dem zweiten Wandler so ausgerichtet ist, daß akustische Signale zwischen diesen beiden Wandlern übertragen werden können; daß die besagte Teildistanz (λ) bezüglich der vom komplexen Wellenwiderstand des ersten Wandlers (124) und vom komplexen Wellenwiderstand der ersten Schaltung bewirkten Phasenverschiebung so gewählt ist, daß die vom dritten Wandler reflektierten akustischen Signale bei einer vorbestimmten Frequenz im wesentlichen außer Phase mit den vom ersten Wandler reflektierten akustischen Signalen sind; daß die Apertur (W^) des dritten Wandlers gegenüber der Apertur (W^) des ersten Wandlers und bezüglich der Beträge der

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   INSPECTED

   komplexen Impedanzen des ersten Wandlers und der ersten Schaltung so gewählt ist, daß der Betrag der vom dritten Wandler reflektierten akustischen Signale bei der besagten vorbestimmten Frequenz im wesentlichen gleich ist dem Betrag der vom ersten Wandler reflektierten akustischen Signale; daß der zweite Wandler (138) reflektierte akustische Wellen vom ersten Wandler und vom dritten Wandler empfängt und im wesentlichen einander auslöscht.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zähne der ineinandergreifenden kammfönnigen Leiter (126a, 126b) des ersten Wandlers (124) in einem Muster mit ungleichförmiger Hüllkurve überlappen und daß sich die Zähne der ineinandergreifenden kammförmigen Leiter (140a, 140b) des zweiten Wandlers (138) in einem Muster mit einer gleichförmigen Hüllkurve überlappen·
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schaltung (122 und 142) Bestandteile eines in einem Fernsehempfänger enthaltenen ZF-Kanals sind, der Zwischenfrequenzsignale verarbeitet, die einen Bildträger enthalten, und daß die ungleichförmige Hüllkurve (128) den Frequenzgang der Amplitude des ZF-Kanals mit einer gegenüber der Frequenz des Bildträgers versetzten Mittenfrequenz bestimmt und daß die besagte vorbestimmte Frequenz im wesentlichen gleich mit der Frequenz des Bildträgers gewählt ist.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlappungsmuster der Zähne des dritten Wandlers (z.B. 152) eine gleichförmige Hüllkurve hat.
5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wandler aus zwei Paaren (252a, 252b) ineinandergreifender kammförmiger

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   Leiter besteht, die in seitlichem Abstand zum akustischen Weg zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler (224, 238) liegen und ein Wandlerpaar bilden, und daß die beiden Wandler dieses Wandlerpaars in der Richtung des akustischen Weges zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler gegenüber dem besagten vorbestimmten Abstand (a) in entgegengesetzten Richtungen um Teildistanzen (M , fU) versetzt sind.
6. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wandler (152) seitlich neben dem ersten Wandler (124) liegt und daß der zweite Wandler (142) eine Apertur hat, die größer ist als die kombinierten Aperturen des ersten und des dritten Wandlers.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wandler (352) in der Längsrichtung des zwischen dem ersten und dem zweiten Wandler (324, 338) liegenden akustischen Weges angeordnet ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wandler (338) zwischen dem ersten Wandler (324) und dem dritten Wandler (338) angeordnet ist.
9. 9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den ersten Wandler (124) eine Quelle (136) für elektrische Signale angeschlossen ist und daß an den zweiten Wandler (138) eine elektrische Last (144) angeschlossen ist.
10. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den zweiten Wandler (660) eine Quelle (636) für elektrische Signale angeschlossen ist und daß an den ersten Wandler (662) eine elektrische Last (644) angeschlossen ist.

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