DE2835107C3

DE2835107C3 - Wandlerelektrodenanordnung für einen elektromechanischen Wandler nach dem Oberflächenwellenprinzip

Info

Publication number: DE2835107C3
Application number: DE2835107A
Authority: DE
Inventors: Michio Kyoto Kadota (Japan)
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1980-11-27
Also published as: GB2002614A; FR2400282A1; US4276524A; JPS5847090B2; DE2835107B2; FR2400282B1; JPS5429947A; AU3879078A; AU518464B2; GB2002614B; DE2835107A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wandlerelektrodenanordnung auf einem piezoelektrischen Substrat für einen elektromechanischen Wandler nach dem Oberflächenwellenprinzip mit einem als Interdigitalir.uster durch ein Kammelektrodenpaar verwirklichten Wändlerbereich, 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 wie LiNbCh 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 Kammelektrode kammartig zwischen die Elektrodenfinger der anderen Kammelektrode 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 Video-ZF-Schaltung eines Fernsehempfängers üinen Tonsperrkreis. Dafür wird ein Filter mit einem unsymmetrischen Frequenzverhalten gegenüber der Mittenfrequenz bzw. der Frequenz /o oder con zwischen der Bildsignalfrequenz und der Farbsignalfrequenz benötigt.

Gewöhnlich benutzt man zur Erzielung eines unsymmetrischen Frequenzverhaltens gegenüber der Mittenfrequen2 in einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung mehrere akustische Oberflächenwellenfilter 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 Frequenzverhalten zu bauen. Ein Versuch geht dahin, die Mittenabstände zwischen benachbarten Elektrodenfingern in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Welle zu verändern. Unterwirft man einen solchen Typ eines Oberflächenwellenfilters mit sich veränderndem Abstand 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 cV 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 ausgebilde

te 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 von gleichem Mittenabstand zu erzielen. Eine bekannte Lösung ist die sog. Ungerade-/Gerade-Funktionsmethode; eine andere bezieht sich auf eine sogenannte Spiegel-Methode.
Die Ungerade-/Gerade-Funktionsmethode ist aus-

->5 führlich 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), H₂(Ci)) ein gewünschter

jo Frequenzgang bezeichnet, wobei

Η\(ω — ωό) = //2(0)0—ω)

erreicht werden soll. Die Relation zwischen Η\(ω) und Hirn) ist in F i g. 2 dargestellt. Angenommen, die gerade bzw. symmetrische Komponente sei //«(ω) und die unsymmetrische Komponente sei Η{ω). Diese beiden Komponenten lassen sich durch die nachstehenden Gleichungen (1) und (2) darstellen; die Funktionsvcrläufe sind in F i g. 3 veranschaulicht

Hr(cii) =

HM =

H₂(o

2/

Aus diesen beiden Gleichungen (1) und (2) ergibt sich //ι(ω) entsprechend der folgenden Gleichung:

= H _K(o,)-jH ,{„,).

Das Impulsverhalten von //ι(ω) ergibt sich als Fourier-Transformation der vorstehenden Gleichung (3), ausgedrückt durch die folgende Gleichung:

/iff) = h_R(t)-jh,(t)

= IHKi,,,)^¹¹ df+ i--J

-¹'¹ df (4)

Die durch h/i(t) und jhi(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

2/0

oder 2

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 unterbrochen gezeichnete Kurve die unsymmetrische oder ungeradzahhge Komponente.

Durch Zusammensetzen der Impulskennlinien von F i g. 4 gewinnt man eine neue Impulsverhaltenskennlinie, die in F i g. 5 dargestellt ist. Hierin entspricht h(t) aus der obigen Gleichung (4) der Impulsantwort des gewünschten Frequenzgangs Η\(ω). Zur Erzielung des Frequenzgangs von F i g. 5 sollten die Elektrodenfinger im Intervall

4/„ U'

d. h. in den den Spitzenpunkten von F i g. 4 entsprechenden Positionen angeordnet sein, während die Längen der Elektrodenfinger so zu wählen sind, daß die Überlappungslängen von benachbarten Elektrodenfingern, die sich gegenseitig überlappen, proportional den Amplituden der entsprechenden Punkte in F i g. 5 sind. Eine entsprechend ausgebildete Interdigitalelektrode zeigt F i g. 6. Hierbei ist der Elektroden-Mittenabstand

konstant mit dem Wert von - Ao 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 Hem 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 Elektrodenabstände mit ₆ Λο gewählt, weil dies konstruktiv am

günstigsten ist. Die Eiektrodenfinger ii bis i5 sind an jeweils einem ihrer Enden mit einer gemeinsamen Elektrode 10a verbunden, sie weisen also das gleiche Potential wie diese gemeinsame Elektrode 10a auf, 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 auf ELECTRONICS LETTERS 28, November 1974, Band 10, No. 24_: Seite 512 »SYNTHESIS OF ACOUSTIC-SURF ACE-WA VE-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 gewünschten Frequenzcharakteristik gleich f₀ ist Dann ist ein Spiegelbild der Mittenfrequenz 3 k eine Linie, die symmetrisch zu einer Frequenz 2 /0 liegt Ein so erzieltes Impulsverhalten ist dem ähnlich, welches sich bei der 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 Ungerade-/Gerade-Funktionsmethode oder die Spiegel-Methode gewonnenen Interdigitalelektroden ergibt sich noch ein weiteres Problem, welches nachfolgend in Verbindung mit Fig.6 geschildert wird: Bei dieser bekannten Interdigitalelektrode gemäß F i g. 6 wird die symmetrische Komponente durch die Eiektrodenfinger 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 Eiektrodenfinger 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

^ Ao, während der Elektroden-Mittenabstand der Finger für die Erregung oder den Empfang der symmetrischen Komponente gleich ₄ A₀ ist. Dementsprechend muß die Länge des Abschnitts der Eiektrodenfinger, beispielsweise des Elektrodenfingers 22, für die Erregung oder den Empfang der unsymmetrischen Komponente, welcher mit dem Eiektrodenfinger 11 zusammen wirkt, etwa zweimal so groß gewählt werden wie im Falle der Erregung bei Original-Elektrodenmit-

I 4

tenabstand von . Ao- 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 Oberflächenwellen noch vergleichsweise sehr lang. Ein anderes Problem besteht darin, daß nur die unsymmetrische Komponente mit dem Elektrodenabstand von

-_Ί Ao erregt oder empfangen wird, während gleichzeitig

eine Differenz in der Ausbreitungsgeschwindigkeit 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 Ungerade-/Gerade-Funktionsmethode und der Spiegel-Methode. Betrachtet man diese Verfahren vom Standpunkt der Filterfabrikation, dann muß die Breite der Eiektrodenfinger bei der Elektrodenanordnung von F i g. 6 gleich

ö Ao betragen. Nimmt man ferner beispielsweise eine

Mittenfrequenz /b von 56,5 MHz an, dann ergibt sich die tatsächliche Breite der Elektrodenfinger zu etwa 5 μηι. Eine solche Stegbreite ist zu schmal, um die Elektrodenfinger mit herkömmlicher Technologie herstellen zu können. Es kann zu leicht vorkommen, daß die Eiektrodenfinger beim Ätzprozeß und/oder bei der Weiterverarbeitung der Filter abbrechen.

Diesem Problem der Empfindlichkeit sehr schmaler Eiektrodenfinger gegen zu leichte mechanische Beschädigung, verbunden mit entsprechend hohem ohmschem Widerstand, kann wenigstens teilweise dadurch begegnet werden, daß entsprechend dem älteren Vorschlag gemäß Patent 26 18 210 wenigstens die vom Sammelbereich jeder Kammelektrode ausgehenden Zuleitungsabschnitte zu den einzelnen Elektrodenfingern breiter ausgebildet werden als die eigentlichen Eiektrodenfinger im aktiven Überlappungsbereich. Mit diesem älteren Vorschlag jedoch lassen sich die geschilderten Schwierigkeiten nicht oder nur partiell beseitigen, weil die Eiektrodenfinger über die gesamte Länge des gegenseitigen Überlappungsbereichs 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 Oberflächenwellenprinzip 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 Längen der Elektrodenfinger und/oder unterschiedliche Elektrodenfingerabstände oder -breiten.

Diese Aufgabe wird bei einer Wandlerelektrodenan-Ordnung nach dem Oberbegriff der Patentansprüche erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Kurz gesagt, wird bei der Erfindung ebenfalls 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 Oberflächenwellenhauelement mit einem unsymmetrischen Frequenzgang in bezug auf eine Mittenfrequenz unter Verwendung einer Interdigitalelektroden-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 sehr nahe, und die Reproduzierbarkeit ist ausgezeichnet Ein weiterer Vorteil ist, daß die meisten Elektrodenfinger eine größere Breite

als ή λο, b Ao usw. aufweisen, verglichen mit dem zuvor

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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,

Fig.2 bereits erläuterte Frequenzcharakteristika //,(ω) und/ί>(ω),

Fig.3 die Frequenzgänge der symmetrischen und unsymmetrischen Komponenten der Frequenzcharakteristik Η\{ω),

F i g. 4 Impulsansprechkennlinien zu den Komponenten von F i g. 3,

Fig.5 eine zusammengesetzte Impulsansprechkennlinie der Komponenten von F i g. 3,

F i g. 6 ein Beispiel einer Elektrodenanordnung einer Interdigitalelektrode eines konventionellen akustischen Oberflächenfilters zum Zwecke des Vergleichs mit der Erfindung,

F i g. 7A eine schematische Darstellung einer Ausführung eines erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenfilters,

F i g. 7B eine maßstäblich vergrößerte Ausführungsdarstellung im Bereich eines uinterbrochenlinig umkreisten Abschnitts aus dem Ausführungsbeispiel von Fig.7A,

F i g. 8A eine Impulsansprechkennlinie für ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel und

F i g. 8B eine Elektrodenanordnung, zu der die Impulsansprechcharakteristik von F i g. 8A gehört.

Die in F i g. 5 dargestellte Impulsansprechkennlinie, 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 1 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 Elektrodenanordnungen 2 und 3 sind entweder direkt oder über einen isolierenden Dünnfilm auf dem Substrat 1 aufgebracht. Durch Anlegen eines Eingangssignals an Eingangsanschlüsse ί a und ί b wird die Interdigitalelektrodenanordnung 2 zu einer akustischen Oberflächenwelle angeregt, und diese wird auf der Oberfläche des Substrates 1 zur Interdigitalelektrodenanordnung 3 übertragen, welche an Ausgangsanschlüssen 2a und 2b ein Ausgangssignal bereitstellt Es sei bemerkt, daß bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 7A in der ausgangsseitigen Interdigitalelektrodenanordnung 3 eine an sich bekannte übliche Elektrodenanordnung benutzt wird. Dagegen zeigt die in F i g. 7B dargestellte Ausbildung der eingangsseitigen 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 die ausgangsseitige Interdigitalelektrodenanordnung auf unsymmetrischen Frequenzgang ausgelegt wäre.

Die in F i g. 7B detailliert dargestellte eingangsseitige 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 Impulskennlinie von Fig.5. Die eine Kammelektrode 100 enthält Hauptelektroden 101, 103, 105 ... sowie Hilfselektroden 102, 104, 106 ..., die jeweils an einem

ihrer Enden direkt mit der gemeinsamen Elektrode 100a verbunden sind. Hauptelektroden und Hilfselektroden

wechseln sich mit einem Elektrodenabstand von ^ 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 g Ao, und an ihren ' freien Endabschnitten steht jeweils eine Elektrode mit einer Elektrodenbreite von

„ Ao vor. In Fi g. 7B sind die

an sich mit den gleichen

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vorstehenden Elektroden

Bezugszahien, jedoch zusätzlich mit dem Buchstaben »a« bezeichnet. Jede der von jedem Elektrodenfinger 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 201 a der Hauptelektrode 201. Aus konstruktiven Gründen ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abstand zwischen den jeweils benachbarten

Elektrodenfingern mit „ Ao gewählt.

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 F i g. 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 Oberflächenwellenkomponente, 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

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p g g

tragen, nämlich für eine Interdigitalelektrodenanordnung 2. 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 60 die Gesamtlänge der Elektrodenfinger senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle die gleiche ist wie beim Ausführungsbeispiel von F i g. 7B. 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 Fig.7B wird die symmetrische Komponente an dem nach rechts unten schraffierten, und die unsymmetrische Komponente an dem nach links unten schraffierten Bereich erregt oder empfangen.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Ausführungsbeispiel von F i g. 8B der Hauptelektrodenfinger 213 und der Hilfselektrodenfinger 114 bei einem unterschiedlichen Potential gegenüber dem Hauptelektrodenfinger 213 unterschiedlich bezeichnet sind. Hauptelektrodenfinger 213 und Hilfselektrodenfinger 114 sind

um den Faktor g Ao breiter ausgeführt als andere Elektroden, so daß diese Finger höchstens bis zu ₈ Ao

breit sind, weil die drei Komponenten a, b und c (siehe F i g. SA) aufeinanderfolgend auf der negativen Seite der entsprechenden Impulsansprechkennlinie auftreten. Ferner tragen der Hauptelektrodenfinger 213 und der Hilfselektrodenfinger 114 je zwei vorspringende Abschnitte 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 b dort erregt oder empfangen, wo sich der vorspringende Abschnitt 213a des HauptelektrodenPngers 213 und der vorspringende Abschnitt 114a des Hilfselektrodenfingers 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 Komponente d wird erregt oder empfangen am überlappten Abschnitt, wo sich der vorspringende Abschnitt 213a' des Hauptelektrodenfingers 213 und der breite Breitenabschnitt des Hauptelektrodenfingers 115 überlappen. Besonders hinzuweisen ist auf einen Hilfselektrodenfinger 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 210 und der vorspringende 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 überlappen.

Wie vorstehend beschrieben, sind die meisten Elektrodenfinger der Interdigitalelektrode der akustischen Oberflächenwelleneinrichtung _δ 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 ₅ Ao oder _b Ao sein, entspre-

O O

chend der Impulsansprechcharakteristik. Wie aus den F i g. 7B und 8B ersichtlich, werden bei der erfindungs-

gemäßen Anordnung sowohl die symmetrische als auch die unsymmetrische Komponente der akustischen Oberflächenwelle bei einem Elektrodenabstand (Abstand bedeutet hier Mittenabstand oder Teilung) von

jj Ao erregt oder empfangen, während die Erregung oder der Empfang der symmetrischen Komponente bei der bekannten Einrichtung von F i g. 6 mit einem

Elektrodenabstand (bzw. Teilung) von ^ Ao und der unsymmetrischen Komponente bei einem Elektrodenabstand (bzw. Teilung) von ^ Ao erfolgt. Auf diese

Weise kann die Gesamtlänge der erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwelleneinrichtung senkrecht zur Fortpflanzüngsriehiüng der akustischen Oberflächenwelle sehr klein gehalten werden, im Vergleich zu bekannten Einrichtungen dieser Art. Ferner hat die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil, daß an der Ausgangsseite 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 A₀ der sich

gegenüberliegenden Elektrodenfinger 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

ίο Ein akustisches Oberflächenwellenelement enthält Wandler in Form von Interdigitalelektrodenanordnungen, die auf der Oberfläche eines Substrates aus einem piezoelektrischen Material aufgebracht sind, um ein elektrisches Signal in eine akustische Oberflächenwelle und wieder zurück zu verwandeln. Ein Paar dieser Inierdigiiäleiekiroden dient als Eingangswandier bzw. als Ausgangswandler. Jeweils der eine, d. h. der Eingangs- oder Ausgangswandler, ist als herkömmliche Interdigitalelektrodenanordnung ausgebildet, während 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

^: _Q Ao und einen Elektroden-Mittenabstand von =, λ<>.

ö J.

Die Elektrodenfinger sind so angeordnet, daß sich jeweils zwei Finger mit unterschiedlichem Potential an ihren freien Enden gegenüberliegen, und jedes gegen-

jo überliegende freie Ende hat einen vorspringenden

Elektrodenabstand mit einer Breite von _Q Ao.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 Kammelekirode (100, 200) ansetzende Abschnitt größerer Breite eine jeweils festgelegte Länge aufweist, an den sich ein Abschnitt (101a, 103a,..., 201a, 203a,...; lila, 113a,...,21Ia, 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 Längenabschnitten durch einen jeweils festgelegten Impulswert eines Impulstpektrums bestimmt ist, der sich von dem Impulsweit für den jeweils anschließenden schmäleren Längenabschnitt unterscheidet.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammelektrode des Kammelektrodenpaars (100, 200) eine Anzahl von jeweils mit der zugeordneten gemeinsamen 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 zwitchen 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 10 angeordnet ist, daß die freien Enden der Hilfselektrodenfinger einer Kammelektrode den freien Enden der Hauptelektrodenfinger der entgegengesetzten Kammel,ektrode 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

-_Ί Ao aufweisen, wobei Ao die Wellenlänge einer für

den Wandler maßgeblichen Mittenfrequenz ist, und daß die Breite des breiteren Abschnitts des Hauptelektrodenfingers gleich der Differenz von ^ Ao 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 5 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

ö λ₀ gewählt ist

10. Anordnung nach Anspruch 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren

Abschnitts eines Hauptelektrodenfingers gleich ₅ Ao

gewählt ist

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren

Abschnitts eines Hilfselektrodenfingers gleich _o Ao

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Hauptelektrodenfinger einen Mittenabstand von mehr als

-₉ 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 ₂ A₀, angeordnet sind, und daß die Breite einiger der Hauptelektrodenfinger und der Hilfselektrodenfinger mit ^ Ao gewählt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrodenfinger mit

einem Mittenabstand von ₂ Ao angeordnet sind, wobei Ao 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 , Ao minus dem Elektrodenabstand zwischen

zwei benachbarten Elektroden entspricht.

15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch

gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand „ Ao

beträgt.

16. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des schmäleren vorspringenden Abschnittes des Hauptelektroden-

fingers gleich _δ Ao gewählt ist