DE2835107B2 - Wandlerelektrodenanordnung für einen elektromechanischen Wandler nach dem Oberflächenwellenprinzip - Google Patents
Wandlerelektrodenanordnung für einen elektromechanischen Wandler nach dem OberflächenwellenprinzipInfo
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Description
Die Erfindung betrifft cine Wandlerelektrodenanordnung auf einem piezoelektrischen Substrat für einen
elektromechanischen Wandler nach dem Oberflächenwellenprinzip mit einem als Interdigitalmuster durch ein
Kammelektrodenpaar verwirklichten Wandlerbereich, der längengewichtete Elektrodenfinger aufweist, von
denen wenigstens einige Längenabschnitte unterschiedlicher Breite aufweisen.
Typische akustische Oberflächenwellen-Bauelemente wie Filter und Verzögerungselemente enthalten einen
Wandler mit einem Paar von Interdigitalelektroden, die auf einem piezoelektrischen Substrat aufgebracht sind,
welches beispielsweise piezoelektrische Keramik wie PZT, ein Einkristall wit LiNbO3 oder eine piezoelektrische
Dünnschicht wie ZnO sein kann. Jede dieser Interdigitalelektroden besteht aus einem Paar von
Kammelektroden mit mehreren Elektrodenfingern sowie einer gemeinsamen Elektrode, an der sämtliche
Elektrodenfinger einendig angeschlossen sind. Dieses Kammelektroden-Paar ist so angeordnet, daß die
Elektrodenfinger der einen Kammclektrode kammartig zwischen die Elektrodenfinger der anderer. Kamnielektrode
eingreifen. Das eine Paar von Interdigitalelektroden bildet einen Eingangswandler und das andere einen
Ausgangswandler. Solche akustischen Oberflächenwelleneinrichtungen
lassen sich räumlich klein herstellen, benötigen keine Justage und eignen sich für viele
Anwendungen, beispielsweise als Filter in Video-ZF-Schaltungen von Fernsehempfängern.
Wie der Fachmann weiß, braucht man für die jo
Video-ZF-Schaltung eines Fernsehempfängers einen Tonsperrkreis. Dafür wird ein Filter mit einer.)
unsymmetrischen Frequenzverhalten gegenüber der Mittenfrequenz bzw. der Frequenz k oder ω0 zwischen
der Bildsignalfrequenz und der Farbsignalfrequenz j-,
benötigt
Gewöhnlich benutzt man zur Erzielung eines unsymmetrischen Frequenzverhaltens gegenüber der
Mittenfrequenz in einer akustischen Oberflächenwelleneinricb'ung
mehrere akustische Oberflächenwellen- ^1 filter mit unterschiedlichem Frequenzgang. Diese
Methode ist jedoch unbefriedigend, weil die Gesamtabmessungen des Gerätes größer werden. Darum wurde
in letzter Zeit bereits versucht, ein einziges akustisches Oberflächenwellenfilter mit unsymmetrischem Fre- 4-,
quenzverhalten 711 bauen. Ein Versuch geht dahin, die
Mittenabstände zwischen benachbarten Elektrodenfir.-gern in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle
zu verändern. Unterwirft man einen solchen Typ eines Oberflächenwellenfilt?rs mit sich veränderndem Ab- ,0
stand der Elektrodenfinger einer Fourier-Transformation, um beispielsweise eine unsymmetrische Frequenzcharakteristik
für ein Video-ZF-Filter zu erhalten, so ergibt sich das in F i g. 1 der anliegenden Zeichnung
dargestellte Impulsverhalten mit einem Imaginärteil -,-, aufgrund der Fourier-Transformation. Es ist bekannt,
daß sich durch Anpassung entweder der Eingangs- oder der Ausgangs-Interdigitalelektrode an das so erhaltene
Impulsverhalten ein gewünschter Frequenzgang in der akustischen Oberflächenwelleneinrichtung erzielen läßt.
Genauer gesagt, wird der Elektrodenabstand so
gewählt, daß er der Periode zwischen benachbarten Spitzen des Impulsdiagramms von F i g. 1 proportional
ist, und die Überlappungslänge benachbarter Elektrodenfinger, d. h. die akustische Oberflächenwellen-Erregungszone,
wird so gewählt, daß sie der Amplitude des betreffenden Spitzenpunktes der Impulskennlinie von
F i g. 1 proportional ist. Das auf diese Weise ausgebildete akustische Oberflächenwellenfilter enthält wegen der
sich ändernden Zeitabstände zwischen benachbarten Spitzenpunkten mit verschwindendem Imaginärteil
Interdigitalelektroden mit ungleichförmigen Elektroden-Mittenabständen
(siehe Fig. 1). Dadurch entsteht der sogenannte Typ mit sich änderndem Abstand der
Elektroden.
Zwar erbringt dieser bekannte Versuch einen gewünschten Frequenzgang; aber die Ungleichförmigkeit
des Elektroden-Mittenabstands (bzw. der Elektroden-Teilung) und ein möglicherweise extrem kleiner
Elektroden-Mittenabstand für einige der Elektrodenfinger macht die Herstellung des Elektrodenmusters sehr
schwierig. Die korrekte Gestaltung des Elektrodenmusters in einem Photoätzprozeß oder dergleichen ist
besonders schwierig und eine effektive Fertigung ist kaum möglich.
Wegen der genannten Nachteile hat man verschiedentlich versucht, unsymmetrische Frequenzcharakteristika
mit Interdigitalelektroden vor gleichem Mittenabstand zu erzielen. Eine bekannte lösung ist die sog.
Ungerade-ZGerade-Funktionsmethodt; eine andere bezieht sich auf eine sogenannte Spiegel-Methode.
Die Ungerade-ZGerade-Funktionsmethode ist ausführlich
in der Zeitschrift Ultrasonics Symposium Proceedings (1975), IEEE CaL No. 75 CHO 994-4SU
»DESIGN CONSIDERATIONS FOR NONSYMME-TRICAL SAW FILTERS« beschrieben. Kurz zusammengefaßt
wird dabei mit Η,{ω), Η^ω) ein gewünschter
Frequenzgang bezeichnet, wobei
erreicht werden soll. Die Relation zwischen W1(W) und
//^ω) ist in F i g. 2 dargestellt Angenommen, die gerade
bzw. symmetrische Komponente sei Ηχ(οή und die
unsymmetrische Komponente sei Η{ω). Diese beiden
Komponenten lassen sich durch die nachstehenden Gleichungen (1) und (2) darstellen; die Funktionsverläufe
sind in F i g. 3 veranschaulicht.
H„(w) =
I- H1 l··.)
Aus diesen beiden Gleichungen (1) und (2) ergibt sich Η\(ω) entsprechend der folgenden Gleichung:
Das Impulsverhallen von Η\(ω) ergibt sich als
Fourier-Transformation der vorstehenden Gleichung (3), ausgedrückt durch die folgende Gleichung:
= ίΗκ(ί,ι)^2Ίί'ύ/ +{ - jH,(r„)e'2 '"d/ (4|
Die durch hg(t) und jh/(t) gekennzeichneten Impulsverhalten
der obigen Gleichung (4) sind in Fig. 4 mit durchgehenden bzw. unterbrochenen Linien dargestellt.
Diese beiden Impulskennlinien zeigen, daß der Abstand zwischen benachbarten Spitzenpunkten
λ f oder - /<(
hinsichtlich der Wellenlänge gleich ist. Diese beiden
hinsichtlich der Wellenlänge gleich ist. Diese beiden
Impulskennlinien zeigen ferner, daß die entsprechenden Spitzenpunkte beider Kurven jeweils zwischen den
Spitzenpunkten der anderen Kurve liegen. Die durchgehend gezeichnete Kurve veranschaulicht die symmetrische
oder geradzahlige Komponente, und die unterbro- ·-, chen gezeichnete Kurve die unsymmetrische oder
ungeradzahlige Komponente.
Durch Zusammensetzen der Impulskennlinien von Fig.4 gewinnt man eine neue Impulsverhaltenskennlinie,
die in Fig. 5dargestellt ist. Hierin entspricht h(t)aus m
der obigen Gleichung (4) der Impulsantwort des gewünschten Frequenzgangs Wi(oj). Zur Erzielung des
Frequenzgangs von Fig. 5 sollten die Elektrodenfinger im Intervall
4/.
rl Vt in r\t*rt /-Inn CniWnnnnnLton xtnrt C ■ η A on ♦ ρ nronknn
den Positionen angeordnet sein, während die Längen jh
der Elektrodenfinger so zu wählen sind, daß die Überlappungslängen von benachbarten Elektrodenfingern,
die sich gegenseitig überlappen, proportional den Amplituden der entsprechenden Punkte in Fig. 5 sind.
Eine entsprechend ausgebildete Interdigitalelektrode :ί
zeigt Fig. 6. Hierbei ist der Elektroden-MiUenabstand
konstant mit dem Wert von A0 gewählt, und die
Überlappungslängen von sich überlappenden benachbarten Elektrodenfingern sind proportional zu den ).,
Amplituden von Fig. 5. Versuche haben gezeigt, daß der Frequenzgang eines Filters mit den Interdigitalelektroden
von Fig. 6 die gewünschte Charakteristik hat, nämlich Η\(ω) gemäß Fig. 2. Es sei erwähnt, daß bei
dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 die Breite der <. einzelnen Elektrodenfinger 11 bis 15 sowie 21 bis 26
eines Paares von Kammelektroden 10 und 20 so gewählt ist, daß sie gleich dem Elektrodenabstand ist. Dabei sind
sowohl die Elektrodenbreiten als auch die Elektroden
abstände mit Ao gewählt, weil dies konstruktiv am
günstigsten ist. Die Elektrodenfinger 11 bis 15 sind an jeweils einem ihrer Enden mit einer gemeinsamen
Elektrode 10a verbunden, sie weisen also das gleiche Potential wie diese gemeinsame Elektrode 10a auf, j-,
während die anderen Elektrodenfinger 21 bis 26 mit einer gemeinsamen Elektrode 20a einseitig verbunden
sind, so daß auch sie auf dem gleichen Potential liegen wie die gemeinsame Elektrode 20a.
Zur bekannten Spiegel-Methode sei beispielsweise -,ι,
auf ELECTRONICS LETTERS 28, November 1974. Band 10, No. 24. Seite 512 »SYNTHESIS OF ACOU-STIC-SURFACE-WAVE-FILTERS
USING DOUBLE ELECTRODES«, und auf die US-PS 39 68 461 verwiesen.
Kurz gesagt, wird bei der Spiegel-Methode angenommen, daß die Mittenfrequenz einer ge-vünschten
Frequenzcharakteristik gleich k ist Dann ist ein Spiegelbild der Mittenfrequenz 3 /0 eine Linie, die
symmetrisch zu einer Frequenz 2 ^ liegt Ein so erzieltes Impulsverhalten ist dem ähnlich, welches sich bei der t<i
zuvor beschriebenen Ungerade-ZGerade-Funktionsmethode ergibt Dementsprechend ist auch die darauf
bezogene Anordnung der Interdigitalelektroden ähnlich wie in F i g. 6.
Bei den konventionellen, entweder durch die Ungera- 0=
de-ZGeradc-Fünktioräsmethodc oder die Spicgcl-Mcthode
gewonnenen interdigitalelektroden ergibt sich noch ein weiteres Problem, welches nachfolgend ir.
Verbindung mit Fig.6 geschildert wird: Bei dieser
bekannten Interdigitalelektrode gemäß Fig.6 wird die
symmetrische Komponente durch die Elektrodenfinger 11 und 21,22 und 12,13 und 23, 24 und 14,15 und 25 usw.
erregt oder empfangen, während die unsymmetrische Komponente durch die Elektrodenfinger 11 und 22, 22
und 13,13 und 24, 24 und 15, 15 und 26 usw. erregt oder empfangen wird. Mit anderen Worten, der Elektroden-Mittenabstand
der Finger für die Erregung oder den Empfang der unsymmetrischen Komponente ist gleich
, Au. während der Elektroden-Mittenabstand der
Finger für die Erregung oder den Empfang der symmetrischen Komponente gleich . Ao ist. Dementsprechend
muß die Länge des Abschnitts der Elektrodenfinger, beispielsweise des Elektrodenfingers 22, für
die Erregung oder den Empfang der unsymmetrischen
zusammen wirkt, etwa zweimal so groß gewählt werden wie im Falle der Erregung bei Original-Elektrodenmit-
tenabstand von 4 An. Bei der konventionellen Elektrodenanordnung
von F i g. 6 ist daher die Gesamtlänge der Elektrodenfinger in deren Längserstreckung, d. h.
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Obei flächenwellen noch vergleichsweise sehr lang. Ein
ander ir Problem besteht darin, daß nur die unsymmetrische
Komponente mit dem Elektrodenabstand von
, An erregt oder empfangen wird, während gleichzeitig
eine Differenz in der Ausbreitingsgeschwindigkeit der
akustischen Oberflächenwelle zwischen der symmetrischen Komponente und der unsymmetrischen Komponente
entsteht, die am Ausgang zu einer Phasendifferenz zwischen der symmetrischen Komponente und der
unsymmetrischen Komponente führt, die sich ungünstig auf den Frequenzgang auswirkt. Diese Probleme führen
zu weiteren Schwierigkeiten bei der praktischen Verwirklichung der oben beschriebenen LIngerade-ZGe
radc-l unktionsmethode und der Spiegel-Methode. Betrachtet man diese Verfahren vom Standpunkt der
Filierfabrikation, dann muß die Breite der Elektrodenfinger
bei der Elektrodenanordnung von Fig. 6 gleich
s λι, betragen. Nimmt man ferner beispielsweise eine
Mittenfrequenz k von 56.5 MHz an, dann ergibt sich die
tatsächliche Breite der Elektrodenfinger zu etwa 5 μπι.
Eine solche Stegbreite ist zu schmal, um die Elektrodenfinger mit herkömmlicher Technologie herstellen zu
können. Es kann zu leicht vorkommen, f iß die
Elektrodenfingei beim Ätzprozeß undZoder bei der Weiterverarbeitung der Filter abbrechen.
Diesem Problem der Empfindlichkeit sehr schmaler Elektrodenfinger gegen zu leichte mechanische Beschädigung,
verbunden mit entsprechend hohem ohmschem Widerstand, kann wenigstens teilweise dadurch begegnet
werden, daß entsprechend dem älteren Vorschlag gemäß DE-OS 26 18 210 wenigstens die vom Sammelbereich
jeder Kammelektrode ausgehenden Zuleitungsabschnitte zu den einzelnen Elektrodenfingern breiter
ausgebildet werden als die eigentlichen Elektrodenfinger im aktiven Überlappungsbereich. Mit diesem
älteren Vorschlag jedoch lassen sich die geschilderten Schwierigkeiten nicht oder nur partiell beseitigen, weil
Λ\ η Clnlr*»/\/lnn(!«frni- i'lknr· A'tn rror-rym + a X onrro rl ar·
UIt. L-11-Γι. H 1/VlWU IUg l~I UUVI Ol V, gV,jaiilt\. LiOllgt *j*_o
gegenseitigen Überiappungsbereichs nach wie vor
äußerst schmal auszuführen sind Überdies läßt dieser
ältere Vorschlag nicht eine Lösung für die oben geschilderten konstruktiven, räumlichen und theoretischen
Probleme bei Oberflächenwellenfiltern mit unsymmetrischem Frequenzgang erkennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Wandlerelektrodenanordnung auf einem piezoelektrischen Substrat für einen nach dem Oberflächenwellenpri/'.iip
aufgebauten Wandler so zu gestalten, daß sich ein räumlich kleines Oberflächenwellenbauelement
ergibt ohne extreme Herstellungsanforderungen durch sehr schmale Elektrodenfingerabstände und/oder
schmale Stegbreiten über relativ große Langen der Elektrodenfinger und/oder unterschiedliche Elektrodenfingerabstände
oder -breiten.
Diese Aufgabe wird bei einer Wandlerelektrodenanordnung
nach dem Oberbegriff der Patentansprüche erfindungsgemäH durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelost.
unsymmetrischen Komponenten der frequenzcharakteristik /■/,(('.>),
F i g. 4 Impulsansprec hkcnnlinien zu den Komponenten
von Fi g. J.
Fig. 5 eine zusammengesetzte Impulsansprechkennlinie
der Komponenten von F i g. 3.
Fi g ft ein Beispiel einer Elektrodenanordnung einer Interdigitalelektrode eines konventionellen akustischen
Oberflächenfilters zum Zwecke des Vergleichs mit der Erfindung,
Fig. 7A eine scheniativhe Darstellung einer Ausführung
eines crfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenfilters
Fig. 7B eine maßstäblich vergrößerte· Ausführungsdarstellung im Bereich eines unterbrochcnlmig umkreisten
Abschnitts aus dem Ausführungsbuispiel von
Fig. 7Λ.
F i g. 8A eine Impulsansprechkennlinie für ein anderes
entweder die Ungerade/Gerade-FunKtionsmethode
oder die Spiegel-Methode zur Erzielung einer bestimmten Impulsverhaltenscharakteristik angewendet, und
zwar so, daß die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung unmittelbar an die Impulskennlinie angepaßt ist. In
vorteilhafter Ausgestaltung ist insbesondere am freien Ende jeder Hauptelektrode für die Erregung der
symmetrischen Komponente ein vorspringender schmälerer Abschnitt vorhanden. Vorzugsweise sind die
Hilfselektroden wenigstens zum Teil so gestaltet, daß ihr freies, ebenfalls schmäleres Ende auf das freie Ende
der Hauptelektrode gerichtet ist.
Mit der Erfindung läßt sich ein akustisches Oberflächenwellenbauelement
mit einem unsymmetrischen Frequenzgang in bezug auf eine Mittenfrequenz unter
Verwendung einer Interdigitaielektroden-Anordnung herstellen, bei der gleichmäßige Elektrodenmittenabstände
und eine kleinere Längsausdehnung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle
gegeben sind. Dabei kommt der erzielbare Frequenzgang dem theoretischen, d. h. dem rechnerisch
gewonnenen Frequenzgang scr- nahe, und die Reproduzierbarkeit
ist ausgezeichnet. E in weiserer Vorteil is;.
daß die meisten Elektrodenfinper eine größere Bf-iie
als „ Aa " Anusw. aufweisen, verglichen mit dem zuvor
beschriebenen Stand der Technik. Dadurch verringert sich wesentlich die Gefahr eines Bruches von Elektrodenfingern
beim Ätzprozeß bzw. bei der weiteren Handhabung des akustischen Oberflächenwellen-Bauelements.
Ein erfindungsgemäßes Oberflächenwellen-Bauelement
zeichnet sich auch durch eine Elektrodenanordnung mit gleichmäßigem Elektroden-Mittenabstand aus,
was die Konstruktion und die Herstellung sehr erleichtert, so daß nur wenig Ausschuß zu verzeichnen
ist. Ein weiterer Vorteil sind die vergleichsweise kleinen Abmessungen des gesamten Bauelements.
Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Vergleich mit dem Stand
der Technik in Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung des Impuls-Ansprechverhaltens
einer bekannten Interdigital-Elektrodenanordnung mit unterschiedlichen Elektrodenabständen,
F i g. 2 bereits erläuterte Frequenzcharakteristika
Η\(ω) und Η^ω),
Fig.3 die Frequenzgänge der symmetrischen und tri iiiiuuiigsgciiidues miimiimi unj;M;cn|jii:i iimu
F i g. 8B eine Elektrodenanordnung /u der
Impulsarisprechcharakienstik von F-" ι g. 8A gehört.
Impulsarisprechcharakienstik von F-" ι g. 8A gehört.
Die in F i g. c> dargestellte Imnulsansprechkennlinie,
die bei der Beschreibung des Stands der Technik zur Bestimmung der Elektrodenanordnung verwendet wurde,
gilt auch für die vorliegende Erfindung. Da die Kurve von F i g. 5 bereits eingehend in Verbindung mit der
Beschreibung von Fig. 2 bis 4 erläutert wurde, kann
eine nochmalige Beschreibung erübrigt werden.
Das in Fig. 7A schematisch dargestellte erste erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines akustischen
Oberflächenwellen-Bauelements enthält ein Substrat I aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise
aus einer Keramik wie PZT oder einem Einkristall wie LiNbO3 oder aus einer piezoelektrischen Dünnschicht
wie ZnO. ferner eine einen Eingangswandler bildende Interdigitalelektrodenanordnung 2 und eine
einen Ausgangswandler bildende Interdigitalelektrodenanordnung 3; die F.lektrodenanordnungen 2 und 3
sind entweder direkt oder über einen isolierenden Dünnfilm auf dem Substrat 1 aufgebracht. Durch
Anlegen eines Eingangssignals an Eingangsanschlüsse la und \b wird die Interdigitalelektrodenanordnung 2 zu
einer akustischen Oberflächenwelle angeregt, und diese wird auf der Oberfläche des Substrates 1 zur
lnterdigitalelektrodenanordnung 3 übertragen, welche an Ausgangsanschiüssen 2a und 2b ein Ausgangssijrnal
bereitstellt. Es sei bemerkt, daß bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7A in der ausgangsseitigen Interdigitalelektrodenanordnung
3 eine an sich bekannte übliche Elektrodenanordnung benutzt wird Dagegen zeig; die
in Fig. 7B dargestellte Ausbildung der eingang*, seitigen
interdigitalelektrodenanordnung 2 ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Es wird jedoch ausdrücklich darauf
hingewiesen, daß die Anordnungen der Interdigitalelektroden 2 und 3 auf der Eingangs- und Ausgangsseite
auch vertauscht sein können, wobei dann die eingangsseitige Interdigitalelektrodenanordnung in bekannter
Weise ausgebildet und d;e ausgangsseitige interdigitalelektrodenanordnung
auf unsymmetrischen Frequenzgang ausgelegt wäre.
Die in Fig. 7B detailliert dargestellte eingangsseiiige Interdigitalelektrodenanordnung 2 besitzt ein Paar
Kammelektroden 100 und 200, wobei jede eine gemeinsame Elektrode 100a bzw. 200a aufweist. Zu der
Elektrodenanordnung gemäß Fig. 7B gehört die Impuiskenniinie von Fig. 5. Die eine Kammeiektrode
100 enthält Haupteiektroden 101, 103, 105 ... sowie Hilfselektroden 102, 104, 106 ..., die jeweils an einem
ihrer Enden direkt mit der gemeinsamen Elektrode ΙΟΟ,ι
verbunden sind. Hauptelektroden und Hilfselektroden
wechseln sich mit einem Elektrodenabstand von 1 Ao
ab. Die freien Enden der Haupt- und Hilfselektroden sind so angeordnet, daß sie den freien Enden von
Hilfselektroden bzw. Hauptelektroden eines unterschiedlichen Potentials gegenüberliegen. Die Hauptelektrodenfinger
und die Hilfselektrodenfinger haben
jeweils eine Elektrodenbreite von " A0, und an ihren
freien Endabschnitten steht jeweils eine Elektrode mit einer Elektrodenbreite von Ao vor. In F i g. 7B sind die
vorstehenden Elektroden an sich mit den gleichen Bezugszahlen, jedoch zusätzlich mit dem Buchstaben
»a« bezeichnet. Jede der von jedem Elektrodenlinger vorstehenden Elektroden weist in Längsrichtung eine
Überlappung gegenüber der von dem benachbarten Elektrodenfinger vorstehenden Elektrode auf. So liegt
beispielsweise die Hilfselektrode 102 gegenüber der Hauptelektrode 201. und ihre freien Endabschnitte sind
einander zugekehrt. Die vorstehende Elektrode 102a der Hilfselektrode 102 überlappt die vorstehende
Elektrode 201a der Hauptelektrode 201. Aus konstruktiven Gründen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Abstand zwischen den jeweils benachbarten
Elektrodenfingernmit Augewählt.
ft
ft
In Fig. 7B ist die Überlappungslänge von jeweils zwei benachbarten Elektrodenfingern, beispielsweise
der Elektrodenfinger 201 und 101 nach rechts unten schraffiert dargestellt und so gewählt, daß sie der Größe
des durchgehend gezeichneten Pfeiles in der Impulskennlinie von Fig. 5 entspricht. Andererseits ist die
Überlappungslänge der benachbarten vorstehenden Elektroden an den freien Endabschnitten der oben
beschriebenen Elektrodenfinger, beispielsweise der vorstehenden Elektroden 102a und 201a, in der
Zeichnung nach links unten schraffiert und so gewählt, daß sie die Größe des in Fig. 5 unterbrochen
gezeichneten Pfeiles der Impulsansprechcharakteristik-Kurve entspricht. Die erste akustische Oberflächenwellenkomponente,
d. h. die symmetrische Komponente wird erregt oder empfangen in dem nach rechts unten
schraffierten Bereich, während die zweite akustische Oberflärhenwellenkomponente, d. h. die unsymmetrische
Komponente, erregt oder empfangen wird in dem Bereich, der nach links unten schraffiert ist.
In Fig.8A ist eine Impulsansprechkennlinie für ein
anderes, in Fig.8B dargestelltes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung aufgetragen,
nämlich für eine Interdigitalelektrodenanordnung Z Die Ausführungen der Fig.8A und 8B
unterscheiden sich von denen in den Fig.5 und 7B
durch einen Abschnitt oder Bereich, der weiter vom Zentrum der Impulsansprechkennlinie entfernt liegt
Zwar scheinen die Elektrodenfinger der Ausführung von F i g. 8B länger zu sein als die von F i g. 7B, jedoch
nur aus Gründen der Darstellung. Es sei bemerkt, daß
die Gesamtlänge der Elektrodenfinger senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle
die gleiche ist wie beim Ausführungsbeispiel von F i g. 7 B. Die Ausführung von F i g. 8B unterscheidet sich
jedoch darin vom Ausführungsbeispiel von F i g. 7B, daß die unsymmetrische Komponente eine größere Amplitude
als die symmetrische Komponente hat. Ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel von F i g. 7B wird die
symmetrische Komponente an dem nach rechts unten schraffierten, ,;nd die unsymmetrische Komponente an
dem nach links unten schraffierten Bereich erregt oder empfangen.
ι Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.8B der Hauptelektrodenfinger 213
und der Hilfselektrodenfinger 114 bei einem unterschiedlichen Potential gegenüber dem Hauptelektrodenfinger
213 unterschiedlich bezeichnet sind. Hauptelektrodenfinger213und
Hilfselektrodenfinger 114 sind
um den Faktor ~ A0 breiter ausgeführt als andere
Elektroden, so daß diese Finger höchstens bis zu " Au
ι -, breit sind, weil die drei Komponenten a, b und c (siehe
Fig. 8A) aufeinanderfolgend auf der negativen Seite der entsprechenden Impulsansprechkennlinie auftreten.
Ferner tragen der Hauptelektrodenfinger 213 und der Hilfselektrodenfinger 114 je zwei vorspringende Ab-
JIi schnitte 213a und 213a'bzw. 114a und 114a', die an den
jeweils freien Enden vorspringen. Die Komponente a von F i g. 8A wird am überlappenden Abschnitt erregt
oder empfangen, wo sich der breite Breitenabschnitt des Hauptelektrodenfingers 213 und der vorspringende
Abschnitt 213a des Hauptelektrodenfingers 113 überlappen. In ähnlicher Weise wird die Komponente ödort
erregt oder empfangen, wo sich der vorspringende Abschnitt 213a des Hauptelektrodenfingers 213 und der
vorspringende Abschnitt 114a des Hilfselektrodenfin-
iii gers 114 überlappen. Die Komponente c wird erregt
oder empfangen am überlappten Abschnitt, wo sich der vorspringende Abschnitt 213a'des Hauptelektrodenfingers
213 und der vorspringende Abschnitt 114a'des
Hilfselektrodenfingers 114 überlappen. Die Komponen-
Γ) te d wird erregt oder empfangen am überlappten
Abschnitt, wo sich der vorspringende Abschnitt 213a' des Hauptelektrodenfingers 213 und der breite Breitenabschnitt
des Hauptelektrodenfingers !15 überlappen. Besonders hinzuweisen ist auf einen Hilfselektrodenfin-
Ki ger 220 bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.8B,
welcher keine vorspringende Elektrode besitzt und
Ao breit ist, weil er nur der Komponente e auf der
Negativseite der entsprechenden Impulsansprechcharakteristik zugeordnet ist. Ferner gibt es keinen
Elektrodenfinger in Positionsrelation gegenüber dem Hilfselektrodenfinger 220. Die Komponente e wird
erregt oder empfangen am überlappten Abschnitt, wo der Hilfselektrodenfinger 2!0 und der vorspringende
5n Abschnitt 117a des Hauptelektrodenfingers 117 überlappt sind, und die Komponente / wird erregt oder
empfangen im überlappten Abschnitt, wo der Hilfselektrodenfinger 220 und der breite Breitenabschnitt des
Hilfselektrodenfingers 118 sich Oberlappen.
Wie vorstehend beschrieben, sind die meisten Elektrodenfinger der Interdigitalelektrode der akustischen
Oberflächenwelleneinrichtung = Ao breit geformt
und unter Einhaltung eines Elektrodenabstands von = Ao angeordnet Aus diesem Grunde ist nicht zu
befürchten, daß die Elektrodenfinger während eines Ätzprozesses oder in der Weiterverarbeitung abbrechen
könnten. In einigen wenigen Fällen muß die Breite eines Elektrodenfingers ^ Ao oder ^ Ao sein, entsprechend
der Impulsansprechcharakteristik. Wie aus den F i g. 7B und 8B ersichtlich, werden bei der erfindungs-
gemäßen Anordnung sowohl -iie symmetrische als auch
die unsymmetrische Komponente der akustischen Oberflächenwelle bei einem Elektrodenabstand (Abstand
bedeutet hier Mittenabstand oder Teilung) von
4 Ao erregt oder empfangen, während die Erregung
oder der Empfang der symmetrischen Komponeiite bei der bekannten Einrichtung von Fig.6 mit einem
Elektrodenabstand (bzw. Teilung) von . A0 und der
unsymmetrischen Komponente bei einem Elektrodenabstand (bzw. Teilung) von Λ λο erfolgt. Auf diese
Weise kann die Gesamtlänge der erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwelleneinrichtung senkrecht
zur Fortpflanzungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle sehr klein gehalten werden, im Vergleich zu
bekannten Einrichtungen dieser Art. Ferner hat die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil, daß an der
Ausgangssoite eine Phasendifferenz vermieden werden kann.
Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann die vorspringende Elektrode an der Seite des Hilfselektrodenfingers
aus einem Paar vorspringender Elektroden mit einer Elektrodenbreite von λ,, der sich
gegenüberliegenden Elektrcnienfinger entfallen, so daß
die unsymmetrische Komponente zwischen der vorspringenden Elektrode des Hauptelektrodenfingers und
dem Hauptelektrodenfinger von unterschiedlichem Potential nahe diesem Hauptelektrodenfinger erregt
oder empfangen wird. In diesem Falle muß jedoch auf den obenerwähnten Vorteil der kleinen Gesamtlänge
der Einrichtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle verzichtet werden.
Es sei abschließend noch einmal darauf hingewiesen, '. daß unter der Bezeichnung »Elektrodenabstand« immer
der Mittenabstand bzw. die Teilung zu verstehen ist.
Zusammenfassung
in Ein akustisches Oberflächenwellenelement enthält
Wandler in Form von Interdigitalelektrodenanordnungcn, die auf der Oberfläche eines Substrates aus einem
piezoelektrischen Material aufgebracht sind, um ein elektrisches Signal in eine akustische Oberflächenwelle
ι". und wieder zurück zu verwandeln. Ein Paar dieser
Interdigitalelektroden dient als Eingangswandler Hzw. als Ausgangswandler. Jeweils der eine, d. h. der
Eingangs- oder Ausgangswandler, ist als herkömmliche Interdigitalelektrodenanordnung ausgebildet, während
_>o die andere Interdigitalelektrodenanordnung unterschiedliche
Überlappungslängen von benachbarten Elektrodenfingern aufweist, um eine gewünschte Durchlaßcharakteristik
zu erzielen. Die meisten Finger der anderen Interdigitalelektrode haben eine Breite von
:> χ A1, und einen Elektroden-Mittenabstand von ., An.
Die Elektrodenfinger sind so angeordnet, daß sich jeweils zwei Finger mit unterschiedlichem Potential an
ihren freien Enden gegenüberliegen, und jedes gegen-
;n überliegendc freie Ende hat einen vorspringenden
Elektrodenabstand mit einer Breite von ' Ιλ.
1 Iumyu 5 Ulan /cichnunucn
Claims (16)
1. Wandlerelektrodenanordnung auf einem piezoelektrischen Substrat für einen elektromechanisehen
Wandler nach dem Oberflächenwellenprinzip mit einem als Interdigitalmuster durch ein Kammerelektrodenpaar
verwirklichten Wandlerbereich mit längengewichteten Elektrodenfingern, von denen
wenigstens einige Längenabschnitte unterschiedlieher Breite aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß bei mindestens einem Teil der Elektrodenfinger (101,103,105.... 201,203,205...;
111, 113 ..., 212, 214 ...) mit Längenabschnitten
unterschiedlicher Breite der an der gemeinsamen Elektrode (100a, 200a) der zugeordneten K.ammelektrode
(100, 200) ansetzende Abschnitt größerer Breite eine jeweils festgelegte Länge aufweist, an
den sich ein Abschnitt (101 a, 103a,.., 201a, 203a,...;
lila, 113a,.., 21 la, 213a...) schmälerer Breite mit
einer durch einen jeweils bestimmten Impulswert eines Impulsspektrums festgelegten Länge anschließt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Länge des breiteren
Abschnitts des Teils der Elektrodenfinger mit unterschiedlich breiten Lungenabschnitten durch
einen jeweils festgelegten Impulswert eines Irnpulsspektrums bestimmt ist, der sich von dem Impulswert für den jeweils anschließenden schmäleren
Längenabschnitt unterscheidet.
3. Anorunung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet. d.",ß jed Kammelektrode des
Kammelektrndenpaa-«; Π00. 200) eine Anzahl von
jeweils mit der zugeordneter* emeinsamen Elektrode (100a, 200a) verbundene Hauptelektrodenfinger
(101,103,...) aufweist, die unterschiedliche Längenabschnitte
der im Anspruch 1 oder 2 definierten Art aufweisen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Kammelektrode mehrere zwischen den Hauptelektrodenfingern (101, 103 ...)
angeordnete Hilfselektrodenfinger (102, 104 ...) aufweist, welche jeweils mit ihrem einen Ende mit
der gemeinsamen Elektrode verbunden sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Hilfselektrodenfinger
einen Abschnitt mit einer größeren Breite und einer gegebenen Länge, der an einem Ende mit der
gemeinsamen Elektrode verbunden ist, und einen an diesen breiteren Abschnitt anschließenden schmäleren
Längenabschnitt (102a, 202a. 104a, 204a, ...) aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Layout des Kammelektrodenpaars
so angeordnet ist, daß die freien Enden der Hilfselektrodenfinger einer Kammelektrode: den
freien Enden der Hauptelektrodenfinger der entgegengesetzten Kammelektrode gegenüberstehend
angeordnet sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der auf Lücke einander gegenüberstehenden Hauptelektrodenfinger
einen gegenseitigen Mittenabstand von
, An aufweisen, wobei A0 die Wellenlänge einer für
den Wandler maßgeblichen Mittenfrequenz ist, und daß die Breite des breiteren Abschnitts des
ι ο
Hauptelektrodenfingers gleich der Differenz von , A0 minus dem Elektrodenabstand zwischen zwei
benachbarten Elektroden gewählt ist
8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der auf Lücke einander
gegenüberstehenden Hilfselektrodenfinger mit
einem gegenseitigen Mittenabstand von ^ Ao
angeordnet ist, wobei Ao die Wellenlänge der für den
Wandler maßgeblichen Mittenfrequenz ist und daß die Breite des breiteren Abschnitts eines Hilfselektrodenfingers
einen Wert aufweist, welcher der
Differenz von ^ Ao minus dem Elektrodenabstand
zwischen zwei benachbarten Elektrodenfingern entspricht
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß der Elektrodenabstand mit
A0 gewählt ist
10. Anordnung nach Anspruch 5 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren
Abschnitts eines Hauptelektrodenfingers gleich 5 A0
gewählt ist
11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren
Abschnitts eines Hilfselektrodenfingers gleich ^ A0
12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hauptelektrodenfinger
einen Mittenabstand von mehr als
, Ao aufweist, und daß die Breite des breiteren
Abschnitts dieses Hauptelektrodenfingers (213) gleich g A0 beträgt.
13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodenfinger und
die Hilfselektrodenfinger mit einem Mittenabstand,
der kleiner ist als Ί A0, angeordnet sind, und daß die
Breite einiger der Hauptelektrodenfinger und der Hilfselektrodenfinger mit 8 Ao gewählt ist.
14. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodenfinger mit
einem Mittenabstand von 2 Ao angeordnet sind,
wobei A0 die Wellenlänge der für den Wandler maßgeblichen Mittenfrequenz entspricht, und daß
die Breite des breiteren Abschnitts der Hauptelektrodenfinger so gewählt ist, daß sie der Differenz
von 2 Ao minus dem Elektrodenabstand zwischen
zwei benachbarten Elektroden entspricht.
15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand „ A0
beträgt.
16. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren
vorspringenden Abschnittes des Hauptelektrodenfingers gleich „ Ao gewählt ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP52096469A JPS5847090B2 (ja) | 1977-08-10 | 1977-08-10 | 弾性表面波フイルタ |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2835107A1 DE2835107A1 (de) | 1979-02-15 |
DE2835107B2 true DE2835107B2 (de) | 1980-01-10 |
DE2835107C3 DE2835107C3 (de) | 1980-11-27 |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JPS5847090B2 (de) |
AU (1) | AU518464B2 (de) |
DE (1) | DE2835107C3 (de) |
FR (1) | FR2400282A1 (de) |
GB (1) | GB2002614B (de) |
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JPS5429947A (en) | 1979-03-06 |
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DE2835107C3 (de) | 1980-11-27 |
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