DE3139611A1 - Oberflaechenschallwellenfilter - Google Patents

Description

* M.V. Philips¹ ßloeilampenfabrieken, Eindhpy^. ^ ^ 3139611

PHB. 32727 ~" ·Ι> **'"*·* *··*3®^;.·3.81

"Oberflächenschallwellenfliter".

Die Erfindung bezieht sich auf Oberflächenschallwellenbandpasstransversalfilter mit einem um +0 gedrehten Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstrat und einem Eingangsund einem Ausgangswandler, die derart auf dem Substrat angeordnet sind, dass sie Oberflächenschallwellen, die sich in der X—Richtung fortpflanzen, aussenden bzw. empfangen.

Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter nach der obenstehenden Beschreibung sind bekannt, bei denen Q nahezu 127,86° ist. Gemäss der Empfehlung in dem Aufsatz von K.Shibayama et al in "Proceedings of the I.E.E.E.", Band 64, Nr. 5, Mai 1976, S. 595 - 597, ist dies der optimale Schnitt für Oberflächenschallwellenfilter. Diese Filter weisen eine genügend niedriger Massenwellenerzeugung durch den Eingangswandler auf, so dass sie meistens keinen Mehrstreifenkoppler enthalten, wie es vorher bei üblichen OberflächenschallwellenfernsehempfangerZwischenfrequenzfilter mit einem Substrat aus Y-geschnittonem Lithiumniobat mit einer Z-Fortpflanzungsrichtung der Fall war.

Die Erfindung hat die Aufgabe, Oberflächenschallwellenbandpasstransversalfilter eingangs erwähnter Art zu schaffen, die für einen bestimmten Bandbreitenbereich und einen besonderen Sperrbandfrequenzbereich auch eine niedrige Massenwellenerzeugung durch den Eingangswandler aufweisen.

Diese Aufgabe wird bei einem Oberflächenschall— wellenbandpasstransversalfilter der erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Durchlassbereich des Filters ein Durchlassband mit einer 35 dB-RelativbandbreiteΔ (auch normierte Bandbreite genannt) von 0,05 bis 0,5 und ein oberes Sperrband von mindestens 35 dB von diesem Durchlassband bis zu einer Frequenz nahezu gleich

\77— - TT F„ aufweist, wobei V₁. und V„ die Geschwindigkeiten

32727

jo. 3. si

von Longitudinalraassenschallwellen In der X-Richtung des Substrats sind und P„ die mittlere Frequenz des Durchlassbandes ist und dass θ zwischen 121 und 127 liegt. Der Wert von Q ist in dem für herabgesetzte gesamte Massenwellenenergieerzeugung durch den Eingangswandler und damit für herabgesetzte Verzerrung des Filtersperrbandes in dem spezifizierten oberen Frequenzbereich gewählt, während zu gleicher Zeit ein befriedigender elektromechanischer Kopplungskoeffizien t und damit eine befriedigende Einfügungs dämpfung des Filters erhalten wii^d. Die Obf>rΠ rtchensdin 11 . weilltmdurehlttRiMktmn Linie des Filters kann eine derartige Form aufweisen, dass ein Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter mit & von 0,1 bis 0,3 erhalten wird, wobei G vorzugsweise zwischen 122 und 127 liegt. Der optimale Wert

für 0° wird meistens zwischen 123° und 125° gefunden.

Im obengenannten Aufsatz von Shibayama et al wird das Ergebnis von Versuchen erörtert, die unter Verwendung von Substraten durchgeführt werden, die in Intervalioii von etwa. 1° von Ö° => I;,··.{,< ><) I)Im tt° s Γ)|,ΗΗ° goschnitten werden. Da jedoch jeweils ein Paar ungewichteter Wandler verwendet wird, iiiuhm dh> OhorlM'Irlioiifu'liti I Iwo.l londurchlasskennllnie aller Vorrichtungen die Form (sin/xj aufweisen, so dass die Höhe des Seitenlappens derart ist, dass keine dieser Vorrichtungen eine Oberflächenschallwellensperrbandkennlinie nach der Erfindung aufweist..

In der GB-PS 14<?125O, in der als Erfinder K. Shibaya et al genannt werden, wird dasselbe über θ gedrehtes Y-geschnittene, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisendes Lithiumniobat empfohlen, bei dem θ = 127»86 ist und das vorzugsweise als Substrat für elastische Oberflächenwellenanordnungen verwendet wird. Im Anspruch 1 dieser Patentschrift wird Q derart spezifiziert, dass dieser Tfert im Bereich von 125»6 bis 130,1 liegt. Da jedoch keine Details in bezug auf Filterbandbreiten oder Sperrbandpegel oder -bereiche erörtert werden, bezieht sich die GB-PS 1^91250 nicht auf Filter nach der vorliegenden Erfindung.

In der Einleitung des vorgenannten Aufsatzes von Shibayama et al befasst man sich mit einem unbekannten

PHB.32727 "'"/? "" ** " 3*ö".3.81

Streusignal, das die Sperrbandschwächung von Filtern stört, bei denen vorher empfohlene über 131° gedrehte Y-geschnittene, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisende Lithiumniobatsubstrate verwendet werden. Obgleich von einer Filtersperrbandschwächung nicht nochmals ausdrücklich die Rede ist, geht aus dem genannten Aufsatz deutlich hervor, dass dieses vorher unbekannte Streusignal auf Schiebewellen in der Nähe der Substratoberfläche zwischen zwei OberflächenschallweLlenwandlern zurückzuführen ist, während darin weiter erwähnt wird, dass die Amplitude dieser Streuwelle schnell abnimmt, wenn θ von 131 auf 127.86 abnimmt, und zunimmt, wenn Q bis unter 127,86 abnimmt. Die GB-PS 149125Ο entspricht inhaltlich im wesentlichen dem Aufsatz von Shibayama et al. In der Einleitung dieser Patentschrift wird auch über 131 gedrehtes, Y-geschnittenes, eine X-Fortpf lanzungsrichtung aufweisendes Lithiumniobat genannt; so :". wird der hohe elektromechanische Kopplungskoeffizient aufgeführt und erwähnt, dass jedoch bei der gedrehten Y-geschnittenen Platte, bei der die Rayleigh-Fellen- und die Scherwellenkomponente einer Massenwelle mit einander nahezu gleichen Geschwindigkeiten fortgepflanzt werden, die Scherwelle als eine Streukomponente wirkt, die verhindert, dass ein Filter eine genügend gewährleistete Schwächung im Sperrband erreicht. Als Hauptsache in dieser Patentschrift wirdt erwähnt, dass die Streukomponenten in einem kO dB überschreitenden Masse in bezug auf die Rayleigh-Welle, bei der der Drehwinkel θ zwischen 125,6° und 130,1° liegt _r und ausserdem in einem 65 dB überschreitendem Masse, wo θ = 127»86 ist, unterdrückt werden können.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Kombination von drei Faktoren. Der erste Faktor ist die Erkenntnis, dass für ein Oberflächenschallwellenbandpasstransversalfilter, bei dem ein S^ιbstrat irgendwo in dem im Aufsatz von Shibayama et al untersuchten Bereich ver-³^ wendet wird, die in diesem Aufsatz als die Streukomponente erkannte oberflächenstreifenden Schiebewellen auf einem genügend niedriger Pegel liegen und in bezug auf die

PHB. 32727 * "/ " *' "30'. 3.81

■ 5-

Frequenz dem Durchlassbereich der Oberflächenschallwellen genügend nahe liegt, damit, wenn das Filter eine genügend grosse Relativbandbreite aufweist, diese Streukomponente im Gegensatz zu dem Inhalt des Aufsatzes von Shibayama et al und der GB-PS 1491250 die Sperrbandwirkung des Filters nahezu nicht beeinträchtigt. Der zweite Faktor ist die Erkanntnis, dass, wenn keine Massnahmen getroffen werden, um den Durchlassbereich des Filters für von dem Boden des Substrats reflektierte Massenwellen zu unterdrücken, für ein Filter mit einem Oberflächenschallwellendurchlassbereich mit einer Relativbandbreite innerhalb eines bestimmten Bereiches und mit einem Obersperrband auf einem bestimmten Pegel für einen besonderen Frequenzbereich unter Verwendung eines Substrats nahezu innerhalb des von Shibayama et al untersuchte Bereiches, wobei für den gegenseitigen Abstand der Wandler und die Dicke des Substrats die üblichen Werte gewählt werden, gerade diese reflektierten Massenwellen die wichtige Streukomponente bilden, die die Sperrbandwirkung des Filters in diesem Oberfrequenzbereich beeinträchtigen.

kann. Ein dritter Faktor ist die theoretische Untersuchung der gesamten von einem Oberflächenschallwellenwandler erzeugten Massenwellenenergie und eine experimentalle Untersuchung der durch den eben genannten zweiten Faktor definierten Filter, die zu der Erkennung einer neuen Serie von über θ gedrehten, Y-geschnittenen, eine Z-Fortpflanzungsrichtung aufweisenden Lithiumniobatsubstraten führt, die optimale Schnitte für diese Filter unter von dem von Shibayama et al empfohlenen Winkel von 127»86 verschiedenen Winkeln umfasst.

im Aufsatz von R.S. Wagers in "I.E.E.E.

Transactions on Sonics and Ultrasonics", Band SU-23» Nr.2, März 1976, S. 113- 127 befasst man sich auch damit, Substrate zu finden, die in Oberflächenschallwellenfiltern verwendet werden können und niedrige Streudurchlassbänder aufweisen. Schnitte zwischen 30 und 60 ZYW von Lithiumniobat werden empfohlen. Dies ist einer Serie von über +0 gedrehten, Y—geschnittenen Lithiumniobatsubstraten

PHB.32727 ^l' ~'*ϊ ---*--" *-*'3cf;3.81

ο
mit Q zwischen 120 und I50 äquivalent, aber aus der Referenzstelle im genannten Aufsatz in bezug auf die zugehörige ZY-Sagittalebene geht deutlich hervor, dass diese Schnitte für Anwendung bei einer zu der X-Richtung senkrechten Fortpflanzungsrichtung empfohlen werden. Der Inhalt dieses Aufsatzes bezieht sich ausserdem auf die Anzahl und den gegenseitigen Abstand der Plattenmoden und insbesondere auf den Abstand zwischcm den Geschwindigkeiten der langsamsten Massenwelle und der Rayleighwelle, so dass dies keines— wegs zu der vorliegenden Erfindung führt. In bezug auf die Beschreibung und den Inhalt entspricht die US-PS kOi6kh-9 dem Aufsatz von Wagers.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1A, 1B und 1C die Kristailorientationen von drei verschiedenen Lithiumniobatplatten mit Wandlern auf einer Hauptoberfläche für die OberflächenschallwelIenfortpflanzung;

Fig. 2 die theoretische Änderung mit der Frequenz der gesamten Massenschallwellenenergie, die in für über +Q gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstraten von einem Wandler erzeugt wird, bei dem die ersten Nullen seiner die Form (sin x/x) aufweisenden Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie bei 31 »5 MHz und 41,5 MHz liegen;

Fig. 3 dieselben theoretischen Ergebnisse wie Fig. 2, jedoch für einen Wandler, bei dem die ersten Nullen seiner die Form (sin x/x) aufweisenden Durchlasskennlinie bei 52,75 MHz und 60,25 MHz liegen.

Fig. k die theoretische Änderung mit der Frequenz der gesamten Schallwellenenergie und der oberflächenstreifenden M_assensC]_iaii_w-_eii_enenergie, dio in der X-Ebene in einem, flbor I 2 'J ^oclr«^vli ton , Ύ— ^«iscliiii t truen Li Lh .Lumuiobafcsubstrat zwischen zwei Wandlern übertragen wird, die je gleich dem in bezug auf Fig. 2 genannten Wandler sind;

Fig. 5 die experimentelle Änderung mit der Frequenz der Durchlasskennlinie zweier in bezug auf Fig. 2

e> a « *■ « ... ι- ι? * λ ι

PHB.32727 "■""&* ·'■■ "' *■>*' ■ 3Ö-. 3.81

genannter Wandler, die auf einer Hauptoberfläche eines über 122 gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstrats für Fortpflanzung von Oberflächenschallwellen in X-Richtung angeordnet sind;

Figuren 6A und OB die experimentelle Amplitude-Frequenz -Kennlinie von 30 MHz bis 46 MHz eines Oberflächenschallwellenzwischenfrequenzfilters für ein Fernsehgerät nach dem britischen System, das ein über +Θ gedrehtes, Y-geschnittenes, eine X-Fortpflanzung·srichtung aufweisendes Lithiumn:
enthält;

nach dem britischen System, das ein über +Θ gedrehtes, Lithiumniobatsubstrat für fünf verschiedene ¥ertevon θ

Fig. 7 die experimentelle Amplitude-Frequenz-Kennlinie für zwei der in bezxg auf Fig. 6A beschriebenen Filter über einen vergrösserten Frequenzbereich von 30 MHz bis 100 MHz;

Fig. 8 die experimentelle Amplitude-Frequenz-Kennlinie von 30 MHz bis 70 MHz für weitere Filter von dem in bezug auf Figuren 6A und 6B beschriebenen Typ für zwei andere Werte von 9, und

Fig. 9 die experimentelle Änderung mit Q des

mittleren Obersperrbandpegels zwischen Vi ,5 MHz und 55 MHz einer Anzahl von Filtern des in bezug auf Figuren 6A und 6B beschriebenen Typs.

Figuren 1A, 1B und 1C zeigen die zueinander

senkrechten üblichen Z- Y- und X-Achsen, die für einkristallines Lithiumniobat geeignet sind. Fig. IA zeigt ein Y-geschnittenes Substrat, bei dem die Normale N auf der HauptOberfläche des Substrats zu der +Y-Achse parallel ist. Ein Eingangswandler T1 und ein Ausgangswandler T2 sind

auf der Hauptoberfläche derart angeordnet, dass sie Oberflächenschallwellen aussenden bzw. empfangen, die sich in Richtung des Pfeiles P fortpflanzen, die zu der Z-Achse parallel ist. Da die Eigenschaften des Substrats in bezug auf die Fortpflanzung von Schallwellen von der Fort-

pflanzungsrichtung abhängig sind, wird das Substrat mit der art angeordneten Wandlern als Y-geschnittenes, eine Z-Fortpflanzungsrichtung aufweisendes Lithiumniobat bezeichnet.

PHB. 32727 " " Y"" 3O.3.81

Fig. 1B zeigt ein um +θ gedrehtes Y-gesclmitten.es Substrat, bei dem die Normale N auf der Hauptoberfläche des Substrats um G um die X-Ach.se von der +Y-Achse zu der +Z-Achse gedreht ist, wobei die Wandler Tl und T2 für die Fortpflanzung von Oberflächenschallwellen entlang des Pfeiles P in X-Richtung angeordnet sind. Das Substrat mit den so angeordneten Wandlern wird als um +Θ gedrehtes, Y-geschnittenes, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisendes Lithiumniobat bezeichnet; dies ist der Typ von Substrat mit Wandlern, auf den sich die Erfindung bezieht. Fig. 1C zeigt ferner ein um +Θ gedrehtes Y-geschnittenes Substrat, bei dem jedoch die Wandler Tl und T2 für die Fortpflanzung von Oberflächenschallwellen entlang des Pfeiles P senkrecht zur X-Richtung angeordnet sind. Dies ist der Typ von Substrat mit Wandlern, der aus dem obengenannten Aufsatz von R.S. Wagers bekannt ist. Die Substrate nach den Figuren 1A, 1B und 1C sind Platten mit ungleicher Länge und Breite und können als eine YZ-Platte, eine +(O-9O)° ZXL-Platte bzw. eine +(0-90)⁰ ZYW-Platte nach den IRE-Normen für piezoelektrische Kristalle (19^9) beschrieben werden, wobei der erste Buchstabe el:Lo Kristalliiclisü in Richtung- der Dicke der Platte vor der Drehung, der zweite Buchstabe die Kristallachse in Richtung der Länge der Platte vor der Drehung und der dritte Buchstabe (L = Länge und W = Breite) die Achse der ersten Drehung mit einem positiven, eine Drehung in der dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung anzeigenden Vorzeichen bezeichnet. Die Erfindung bezieht sich auf Substrate, die entweder als ZXL-Platten oder ZYW-Platten beschrieben werden könnten, bei denen aber die Wandler derart angeordnet sind, dass sie jeweils gedrehte Y-geschnittene, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisende Subs tr;.i fco sind.

Fig. 2 zeigt die Ergebnisse einer theoretischen Berechnung der Änderung über der Frequenz der gesamten Massenschallwellenenergie, die in einem über +Θ gedrehten, Y—geschnittenen Lithiumniobatsubstrat von einem Oberflächen— Schallwellenwandler erzeugt wird, der auf einer Hauptoberfläche dieses Substrats angeordnet und für die Fortpflanzung

■..* .·* *'"-' "' '" "" PHB.32727 X 30.3.81

. I·

von Oberflächenschallwellen in X-Richtung für fünf verschiedene Werte von O orientiert ist. Der Wandler ist ein ungewichteter Wandler mit einer die Form (sin x/x) aufweisenden Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie, bei der die Nullen des Hauptlappens bei 31,5 MHz und 41,5 MHz liegen; dies sind die Frequenzen für die benachbarte Bildfalle und die benachbarte Tonfalle eines nach dem britischen System arbeitenden Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilters. Ein derartiger unge wichte tor Wandler w'ire normalerweise einer der beiden Wandler eines derartigen Filters, während der andere Wandler gewichtet ist. Es ist möglich, den ungewichteten Wandler immer als Eingangswandler zu betrachten, weil die Filterdurchlasskennlinie davon unabhängig ist, welcher Wandler tatsächlich als Eingangswandler benutzt wird. Bei den Berechnungen wurde das im Aufsatz von R.F. R.F-. Milsom et al in "I.E.E.E. Transactions on Sonics and Ultrasonics", Band SU-24, Nr. 3, Mai 1977, S. 147 — 166 beschriebene Verfahren und die im Aufsatz von R.T.Smith et al in "Journal of Applied Physics", Band 42, 1971, S.2219-2230 gegebenen Materialkonstanten zugrunde gelegt. Bei den Berechnungen wurde angenommen, dass das Substrat eine unendlich Dicke aufwies; diese Berechnungen wurden für den ganzen Bereich von 9-Werten durchgeführt. Die Berechnungen zeigen, dass der maximale elektromechanische Kopplungskoeffizient k für Oberflächenschallwellen 0,055 0 = 130 ist und mit abnehmenden Werten von θ z.B. auf k² = 0,052 bei Q= 128°, k² = 0,047 bei G = 124° (dieser Wert ist gleich dem Wert für übliches Y-geschnittenes, eine Z-Fortpflanzungsrichtung aufweisendes Lithiumniobat), k² = O,O45 bei θ = 122° und k² = Ο,θ4ΐ bei θ = 120° abnimmt. Die fünf Wert von 9, die in Fig. 2 beispielsweise gewählt sind, sind θ = 120 (dies ist der Winkel, unterhalb dessen angenommen wird, dass k unzulässig niedrig wird), θ = 121 , Q = 123°, 9 = 126° und 9 = 127° (dieser Winkel liegt gerade unterhalb des Wertes von 127,86 , der als optimaler Wert von Shibayama et al, empfohlen wird, wie eingangs erwähnt ist). Die Kurven zeigen, dass innerhalb des Frequenz—

PHB.32727 '* " tf'"* " " "30.3.81

-10·

bereiches des Hauptlappens der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie von 31,5 MHz bis 41,5 MHz die gesamte erzeugte Massenwellenenergie, mit zunehmendem Winkel O von 120 auf 127 abnimmt, während die Berechnungen weiter zeigen, dass innerhalb dieses Frequenzbereiches die gesamte Massenwellenenergie mit zunehmenden ¥inkeln 9 über 127 zunimmt. Bei der oberen Frequenz des Durchlassbandes der Oberflächenschallwellen Null von 4i,5 MHz nimmt die insgesamt erzeugte Massenwelleneergie mit zunehmenden Winkeln θ von 120 auf 123 ab, bleibt nahezu gleich, mit zunehmenden Winkeln θ von 123 auf 126 und nimmt dann mit zunehmenden Winkel θ über 126° zu. Xn dem Oberfrequenzsperrbandbereich der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie von ^1,5 MHz bis nahezu 55 MHz nimmt die insbesamt erzeugte Massenwellenenergie mit zunehmendem Winkel θ von 120° auf einen Mindestwert bei etwa 122 bis 123 ab und nimmt dann mit zunehmendem Winkel Q über 123 zu. Über 55 MHz nimmt die insgesamt erzeugte Massenwellenenergie mit zunehmender Frequenz über den ganzen Bereich von Winkeln θ zwischen 120° und 130° zu und erreicht bei etwa 100 MHz einen nahezu konstanten Wert (als 0 dB dargestellt), der über den Bereichvon Winkeln 0 zwischen 120 und 130 nahezu gleich ist.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung, die der nach Fig. 2 entspricht, ausgenommen, dass die die Form (sin x/x) aufweisende Oberf lächenschaHwellendurchlasskennlinie des wandlers einen Hauptlappen mit den Nullen bei 52,75 MHz und 60,25 MHz aufweist; diese Frequenzen sind die Frequenzen für die benachbarte Bildfalle und die benachbarte Tonfalle eines nach dem japanischen System arbeitenden Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilters. Die beispielsweise in Fig. 3 gewählten fünf Wert von 0 sind aus denselben Gründen gleich denen der Fig. 2. Die Kurven zeigen, dass innerhalb des Frequenzbereiches des Hauptlappens der Oberfläclienschallwellendurchlasskennlinde von 52,75 MHz bis 00,'2 5 MHz il Ic» iiis^tssaiiiL. oraougte MuMssenwelleeiiergie mit zunehmendem Winkel 0 von 120 auf 127 abnimmt, während die Berechnungen weiter zeigen, dass innerhalb dieses Frequenz-

PHB.32727 '* " γ6""' " 3Ο.3.81

bereiches die gesamte Massenwellenenergie mit zunehmenden Winkeln O über 127 zunimmt. Bei der oberen Frequenzsperre des Oberflächenschallvellendurchlassbandes von 60,25 MHz nimmt die insgesamt erzeugte Massenwellenenergie mit zunehmenden Winkeln von 120 auf 126 ab und nimmt dann mit zune lime nd en Winkeln Q über IH(> zu. In dem Obe r frequenzsperrbandbereich der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie von 60,25 MHz bis nahezu SO MHz nimmt die ins- ■ gesamt erzeugte Massenwellenenergie mit zunehmendem Winkel 9 von 120° auf einen Mindestwert bei etwa 123° bis 124° ab und nimmt dann mit zunehmendem Winkel 9 über 124 zu. XJber 90 MHz nimmt die insgesamt erzeugte Massenwellenenergie mit zunehmender Frequenz über den ganzen Bereich von Winkeln 9 zwischen 120 und I30 zu. Der wesentliche Unterschied

^5 zwischen den Figuren 2 und 3 ist, dass für den Wandler mit der kleineren Relativbandbreite in bezug auf Fig. 3 die Spitzenwerte der Massenwellenenergie im Gebiet des Hauptlappens der Ober f.l 'ic Ii ons cha llvol l.endxirclilasskennlinie auf einer höheren Frequenz in bezug auf diesen Hauptlappen liegen, was zur Folge hat, dass die erzeugte Mindestmassenwellenenergie bei der oberen Frequenz Null des Durchlassbandes unter einem grösseren Winkel θ auftritt.

Fig. k zeigt das Ergebnis einer theoretischen Berechnung der Änderung über der Frequenz von zwei verschiedenen Schallwellendurchlasskennlinien zweier Oberflächenschallwellenwandler, die auf einer Hauptoberfläche eines über 123 gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobabsubstrats unendlicher Dicke für die Fortpflanzung von Oberflächenschallwellen in der X-Richtung angeordnet sind.

Die beiden Wandler entsprechen den an Hand der Fig. 2 beschriebenen Wandlern mit einer die Form (sin x/x) aufweisenden Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie, bei der die Nullen des Hauptlappens bei 31»5 MHz und 41,5 MHz liegen. Das Berechnungsverfahren und die Konstanten des piezoelektrischen Materials, die angewandt werden, sind gleich denen, die oben in bo'/.u/·; auf F if¹;. 2 angc^ebon sind. Die durch die volle Linie dargestellte Durchlasskennlinie ist die Kennlinie für alle Schallwellen, d.h. sowohl

PHB.32727 "" /ΐ 30.3.81

JZ-

Oberflächenschallwellen als auch Massenschallwellen aller Typen. Die durch die punktierte Linie dargestellte Durchlasskennlinie ist die Kennlinie für nur oberflächenstreifende Massenschallwellen und zeigt zwei Durchlasskennlinien mit je nahezu einer (sin x/x) -Form mit nahezu der gleichen Bandbreite wie die Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie der ¥andler, jedoch auf einem niedrigeren Pegel. Die durch die punktierte Linie dargestellte Durchlasskennlinie, die in bezug auf die Frequenz dem Hauptlappen der durch die volle Linie dargestellten Durchlasskennlinie am nächsten kommt, kann mit Oberflächenstreifenden Schermassenschallwellen identifiziert werden und weise eine Spitze auf, deren Frequenz ein Verhältnis von 1,025 : 1 im Vergleich zu der Frequenz der Spitze der durch die volle Linie dargestellten Durchlasskennlinie besitzt; dies ist das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit oberflächenstreifender Schermassenschallwellen und der Geschwindigkeit von Oberflächenschallwellen in dem gewählten Substrat in X-Richtung. Die durch die punktierte Linie dargestellte Durchlasskennlinie bei der höheren Frequenz kann mit oberflächenstreifenden LoligitudinalmassenschallweIlen identifiziert werden und weist eine Spitze auf, deren Frequenz ein Verhältnis von 1,67 ! 1 im Vergleich zu der Frequenz der Spitze der durch die volle Linie dargestellten Durchlasskennlinie besitzt; dies ist das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten von oberflächenstreifenden Longitudinalmassenschallwellen und von Oberflächenschallwellen im gewählten Substrat in X-Richtung.

Ein Vergleich von Fig. k mit der in Fig. 2 dargestellten Kurve für ein um 123 gedrehtes, Y-geschnittenes Lithiumniobat ergibt die folgenden theoret». ischen Schlussfolgerungen. In dem Frequenzbereich von etwas über 31,5 MHz bis etwas über 41,5 MHz ist die erzeugte Massenwellenenergie im wesentlichen völlig auf oberflächenstreifende Schermassenschallwellen zurückzuführen. In diesen Frequenz bereich liegt das Massenwellensignal auf einem hohen Pegel, d.h., dass seine Spitze nur 30 dB unter der der

PHB. 32727 * l/ 30.3.81

. 43.

Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie liegt, aber trotzdem wird die (sin x/x) -Form der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie nicht verzerrt und wird die Null der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie bei ^-1,5 MHz nur um etwa 10 dB verschlechtert und liegt noch 60 dB unter der Spitze des Hauptlappens. Das Fehlen der Verzerrung der Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie und die geringe Verschlechterung der ersten Null der oberen Frequenz sind im wesentlichen auf die grosse Bandbreite des Hauptlappens do ι · Oho rl' I Πι'.ΙιοιίΓΚ'-ΙΐΜ I I w<< I I oinhi ι·«·Ιι I hhhIumiii 1 I n i <' In boviUfj· nuf den kleinen Unterschied in Geschwindigkeit zwischen Oberflächenschallwellen und oberflächenstreifenden Schermassenschallwellen für dieses Substrat und diese Fortpflanzungsrichtung zurückzuführen und sind auch der verhältnismassig starken Neigung des Hauptlappens der die Form (sin x/x) aufweisenden Durchlasskennlinie für sowohl Oberflächenschallwellen als auch oberflächenstreifende Schermassenschallwellen zuzuschreiben. In dem Frequenzbereich von kl ,5 MHz bis nahezu 55 MHz ist die insgesamt erzeugte Massenschallwellenenergie nahezu völlig Schermassenschallwellenenergie, die sich unter einem Winkel zu der Oberflüche fortpflanzt, auf der die Wandler angeordnet sind, während sie auf einem derart niedrigen Pegel liegt, dass sie die die Form (sin x/x) aufweisende Oberflächen-Schallwellendurchlasskennlinie mit einem Substrat endlicher Dicke nicht verzerrt. In dem Frequenzbereich über nahezu 55 MIIz I)Is nahezu 68 MHz bestellt die insgesamt erzeugte Massenwellenenergie aus sowohl Schermassenschallwellen, die sich unter einem Winkel zu der Oberfläche fortpflanzen, als auch aus oberflächenstreifenden Longitudinalmassen-Schallwellen, während diese Energie auf einem erhöhten Pegel liegt, derart, dass sie die die Form (sin x/x) aufweisende Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie mit einem Substrat endlicher Dicke verzerrt. In dein Frequenzbereich über nnhcv.ii

.15 <■-» H Mll'/i (nielli du r(V^Hfl'·° ' ' '■) Ικι,-ι I nil I. <lln i um /.»h miihiI. ««!"/,«'iip; Ι,ΐ-j MasHenwellenenergie aus sowohl Scher- als auch Longitudinalmassenschallwellen, die sich unter einem Winkel zur Oberfläche fortpflanzen, während diese Energie auf einem weiter»

PHB.32727 ■- ** *V" " 30.3.81

• Ak-

erhöhten Pegel liegt, derart, dass sie die Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie mit einem Substrat endlicher Dicke verzerrt.

Fig. 5 zeigt die experimentelle Änderung mit der Frequenz von zwei verschiedenen Schallwellendurchlasskennlinien eines Paares von Oberflächenschallwellenwandlern, die auf einer Hauptoberfläche eines über 122 gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstrats für Fortpflanzung ■ von Oberf lache iischallwe Ilen in X-Richtung angeordnet sind.

Jeder der beiden Wandler entspricht den an Hand der Figuren 2 und h beschriebenen ¥andlern mit einer die Form (sin x/x) aufweisenden Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie, bei der die Nullen des Hauptlappens bei 31»5 MHz und 41 ,5 MHz liegen. Das Substrat weist eine übliche Dicke von 1/2 mm auf und die beiden Wandler fluchten miteinander in einem gegenseitigen Abstand von nahezu.2 mm. Ein Mehrstreifenkoppler ist nicht auf der Hauptoberfläche des Substrats zwischen den beiden Wandlern vorhanden und es sind keine Massnahmen getroffen, um die Reflexion von Massenwellen an der Bodenoberfläche des Substrats zu unterdrücken. Die durch die volle Linie dargestellte Durchlasskennlinie ist die Kennlinie für alle Schallwellen, d.h. für Oberflächenschallwellen und Massenschallwellen aller Typen. Die durch die punktierte Linie dargestellte Durchlasskennlinie wurde dadurch erhalten, dass Wachs auf der Hauptoberfläche des Substrats angebracht wurde, um die Oberflächenschallwellen zu dämpfen, und ist daher die Kennlinie für Massenschallwellen, die sowohl oberflächenstreifende Schallwellen, die sich direkt zwischen den beiden Wandlern fortpflanzen, · als auch Massenschallwellen umfassen, die sich indirekt zwischen den beiden wandlern durch Reflexion an der Bodenoberfläche des Substrats fortpflanzen. Die beiden in Fig. gezeigten Kurven stimmen mit den obeii an Hand der Figuren und k erörterten theoretischen Ergebnissen überein. In dem Frequenzbereich von 31»5 MHz bis 41,5 MHz weist die durch die volle Linie dargestellte Kennlinie eine (sin x/x) -Form auf und diese Kennlinie ist die Oberflächenschallwellen-

PHB.32727 νί 30.3.81

durchlasskennlinie der beiden Wandler, die nicht von der Durchlasskennlinie der oberflächenstreifenden Sehermassenschallwellen verzerrt wird, die in einem etwas höheren Frequenzbereich liegt. Die Null bei 41,5 MHz wird nur in geringem Masse verzerrt und liegt nahezu h$ dB unter der Spitze der Durchlasskennlinie. In dem Frequenzbereich von 41,5 MHz bis nahezu 55 MHz weist nach wie vor die durch die volle Linie dargestellte Durchlasskennlinie die (sin x/x) Form der Oberflächenschallwoli endur chla t> skenulinie auf, die von dem niedrigen Pegel der indirekten Schermassenschallwellendurchlasskennlinie nahezu nicht verzerrt wird. In dem Frequenzbereich über 55 MHz bis nahezu 68 MHz zeigen die Kurven, dass die Oberflächontschallwelleiidurciilasskennlinie von indirekten Schermassenschallwellen und direkten Longitudinalmassenschallwellen verzerrt wird, während im Frequenzbereich über 68 MHz die Kurven zeigen, dass die Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie in zunehmendem Masse von dem zunehmenden Pegel der Durchlasskennlinie der indirekten Scher— und Longitudinalmassenschallwellen verzerrt wird.

Figuren 6A und 6B zeigen die experimentelle Amplitude-Frequenz-Kennlinie eines nach dem britischen Sys Lein arbei. fcomlon Olxsrf 1 acjKVti.solia 1 1 wo I I on I <i rnMcliv.w i mcIioiifrequenzt'il ters mit einem über +9 gedrehten, Y-geschnittenen .Lithiumniobatsubstrat für fünf Werte von O. Das Filter besteht jeweils aus demselben Paar von Wandlern, die auf einer Hauptoberfläche des Substrats für Fortpflanzung von Oberflächenschallwellen in X-Richtung angeordnet sind. Das . Substrat weist jeweils eine übliche Dicke von 1/2 mm auf und die beiden Wandler sind nahezu k mm bzw. 1 mm lang in der X-Richtung mit einem gegenseitigen Abstand von nahezu 2 mm. Die beiden Wandler fluchten miteinander; ein Mehrstreif enkoppler ist nicht vorhanden und es sind keine Massnahmen getroffen, um die Reflexion von Massenwellen an der Bodenfläche des Substrats zu unterdrücken. Die fünf Wort.o von O .sind I2<),<)('>°, i;ji>,7,'»°, \2h,O^r)°, \:yj,bⁿ iuhI 121,24 . Wie oben bei der Erörterung der Fig. 2 erwähnt

wurde, nimmt der elektromechanisch« Kopplungskoeffizient k

PHB. 32727 *" " Y$~" " " 30.3.81

für Oberflächenschallwellen rait zunehmenden Yerten von O über diesen Bereich derart ab, dass die Einfügungsdämpfung der Filter tatsächlich um nahezu 6 dB über diesen Bereich von θ zunimmt. Vergleichsweise sind die Durchlasskennlinien

.5 nach den Fig. 6A und 6b derart eingestellt, dass sie die gleiche Einfügungsdämpfung bei einem Wert O dB aufweisen. Die Änderung der Geschwindigkeit von Oberflächenschallwellen über den Bereich von θ ist nahezu _+■ 1 %o und die Geschwindigkeit von Schiebe- und Longitudinalmassenschallwellen ändert sich über diesen Bereich von 9 nicht. Die durch die volle Linie dargestellte Kennlinie in den zwei Figuren 6A und 6b zeigt die Filterdurchlasskennlinie in dem Frequenzbereich von 30 MHz bis 46 MHz für θ =124,05° und zeigt daher auch die Filterdurchlasskennlinie für die anderen vier ¥erte von θ von 30 MHz bis etwas unter der benachbarten Tonfallenfrequenz von 41,5 MHz. Die für die anderen vier Werte von θ in dem Frequenzbereich von unter 4T,5 MHz bis zu 46 MHz gezeigten Kurven, die jeweils Kurven für nur einzelne Beispiele sind, beweisen deutlich die Verbesserung in diesem benachbarten Oberfrequenzsperrbandbereich mit abnehmenden Werten von O von 129,06 (gestrichelte Kurve in Fig. 6a) auf 126,72° (punktierte Linie in Fig. 6a) bis 124,05 entsprechend den Erwartungen der theoretischen Ergebnisse, die oben erörtert und in Fig. 2 dargestellt sind. Aus den einzelnen Beispielen lässt sich kein grosser Unterschied in der Sperrbandwirkung zwischen O = 124,65 und θ = 122,6° (gestrichelte Kurve in Fig. 6b) feststellen, aber der viel schlechtere Sperrbandpegel für Q = 121,24° (punktierte Kurve in Fig. 6b) und für die benachbarte Tonfallen— frequenz von 41,5 MHz entspricht den Erwartungen auf Grund der oben erörterten und in Fig. 2 dargestellten theoretischen Ergebnisse.

Fig. 7 zeigt die experimentelle Amplitude-Frequenz—Kennlinie für dieselben oben beschriebenen Filter nach Fig. 6A für Werte von O = 124,05° (volle Linie) und Q = 126,72 (punktierte Linie) über einen erweiterten Frequenzbereich von 30 MHz bis 1OO MHz. Die Verbesserung

1* ft - -β ^ ^ ^

PHB.32727 *"' "* T^ " " °* ""30.3.81

der Wirkung des Oberfrequenzsperrbandes bis zu 55 MHz für θ = 124,05° im Vergleich zu O = 126.72° ist deutlich ersichtlich.

Die experimentellen Amplitude-Frequenz-Kennlinien sind für eine weitere Serie von nach dem britischen System arbeitenden Oberf lächenschallwellenf ernsehzwischenfrequ.enzfilter mit einem über +Θ gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstrat gemessen. Es wurden Messungen an 1-6 Filtern bei Q = 122,01°, 17 Filtern bei Q = 123,65°, 18· Filtern bei ·« = 12^,82°, 18 Filtern bei 9 = 126,36°, 19 Filtern bei G = 128° und 19 Filtern bei Q = 130,19° durchgeführt. Mit Ausnahme der verschiedenen Werte von 0 entsprechen die Filter jeweils dem an Hand der Figuren 6A, OB und 7 beschriebenen Filter.

Fig. 8 zeigt einen Vergleich zwischen der Amplitude-Frequenz-Kennlinie der., obenbeschriebenen Filter bei θ = 123,65 und bei θ = 128 . Die Kennlinien sind wieder derart eingestellt, dass sie die gleiche Einfügungsdämpfung bei einem Wert von 0 dB aufweisen, so dass die durch die volle Linie dargestellte Kurve von 3OMHz bis gerade unter 41,5 MHz die Filterkennlinien für beide Werte von 9 zeigt. Von etwas unter 41,5 MHz bis 70 MHz zeigt die durch die volle Linie dargestellte Kurve die obere Umhüllende (d.h. die gesamte ungünstigste Kennlinie) der Durchlasskennlinie von fünf Filtern bei 9 = 123,65 , während die durch die punktierte Linie dargestellte Kurve die gleiche obere Umhüllende der Kennlinie von fünf Filtern bei 9 = 128° zeigt. Die Verbesserung der Wirkung des Oberfrequenzsperrbandes bis zu nahezu 55 MHz für die Filter bei 9 = 123,65° im Vergleich zu den Filtern bei 9 = 128 ist deutlich erkennbar. Der mittlere Wert des Oberfrequenzsperrbandpegels, d.h. des Pegels der Amplitude-Frequenz-Kennlinie unterhalb des maximalen Durchlassbandpegels, zwischen 41,5 MHz und 55 MHz ist für alle im zweitletzten Absatz genannten Filter gemessen. Die durch die volle Linie dargestellte Kurve nach <) i η |. (Uirrli «lon MJ I. Lo I wort. iMohom iii.i I. L I muli Olmr-

iois lür a 1 .Io Filter bei Jedem Wert von M

(3 k

PHB.32727 3Π 30.3.81

-At-

gezogen. Der vertikale Strich, bei jedem ¥ert von 9 gibt die 2 Ij -Streuung der mittleren Obersperrbandpegel für die bei diesem Wert von O gemessenen Anzahl von Filtern an, wobei (f die Standardabweichung ist. Der Frequenzbereich.

von 4i,5 MHz bis 55 MHz wurde als der Frequenzbereich.

gewählt, innerhalb dessen die Verzerrung der Oberflächenschallwellensperrbandkennlinie der Filter im wesentlichen nur indirekten Schermassenschallwellen zuzuschreiben ist und innerhalb dessen eine bedeutende Änderung mit dem Drehwinkel O des Substrats auftritt, wie aus der obigen Beschreibung in bezug auf Figuren 2 und k bis 7 hervorgeht. Dieser Frequenzbereich ist auch der Obersperrbandbereich, der für diese Filter am wichtigsten ist, weil es üblich ist, Abstimmnetzwerke in den Fernsehempfängerschaltungen anzubringen, in die diese Filter eingebaut werden, die den Frequenzgang bei Frequenzen über diesem Bereich unterdrücken. Der mittlere Sperrbandpegel in diesem Frequenzbereich wurde als zu messender Wert gewählt, weil, wie aus den Figuren 6A, OB, 7 und 8 ersichtlich ist, eine erhebliche Schwankung des tatsächlichen Sperrbandpegels in diesem Frequenzbereich für jedes Filter und insbesondere für jene Filter auftritt, die derart entworfen sind, dass sie eine tiefe Falle bei der Frequenz von 41,5 MHz in unmittelbarer Nähe des Durchlassbandes aufweisen. Es wurde aber gefunden, dass eine genügend feste Beziehung zwischen dem mittleren Sperrbandpegel und dem maximalen Sperrbandpegel· in diesem Frequenzbereich, d.h. ein Unterschied von nahezu 8 dB, besteht, so dass die Fähigkeit eines auf einem Substrat hergestellten Filters, bei einem bestimmten ¥ert von θ eine vorgegebene Spezifikation zu entsprechen, auf zweckmässige Weise vorhergesagt werden kann.

Die durch eine volle Linie dargestellte Kurve nach Fig. 9 gibt an, dass der Wert von O für nach dem britischen System arbeitende Oberl'lächenschallwellenfernsehempfängerzwisclienfrequenzfilter, bei dem die optimale Oberfrequenzbandwir'kunff erhalten wird, 124 ist. Es sei bemerkt, dass dieser experimentelle Wert höher als der

PHB. 32727 * *' y& 30.3.81

optimale Wert bei etwa 122° bis 123° ist, der durch die an Hand der Fig. 2 beschriebenen theoretischen Ergebnisse. vorhergesagt ist. Bei zunehmenden "Werten von 9 über 124 wird die Obersperrbandwirkung schlechter, aber es ist ersichtlich, dass bei θ = 127 die Obersperrbandwirkung noch immer nahezu 1 dB besser als bei 127,86° ist, welcher Wert als der optimale Wert für Oberfläohenscliallwellenfliter von Shibayama et al empfohlen wird. Et> ist klar, dass die Obersperrbandwirkung auch mit zunehmenden Werten von O unter 124 schlechter wird. Theoretische Betrachtungen geben an, dass die Änderung der Obersperrbandwirkung mit θ etwa dem optimalen Wert von O symmetrisch sein soll, und die durch die punktierte Linie dargestellte Kurve in Fig. 9 zeigt eine symmetrische Extrapolation unter 9 = 124 der durch die volle Linie dargestellte Kurve über Θ = 124°. Es lässt sich erkennen, dass die durch die punktierte Linie dargestellte Kurve nicht genau mit dem experimentellen Ergebnis bei O = 122,01 tibereinstimmt, aber als zuverlässiger Leitwert für die Wirkung bei den niedrigeren Werten von θ zu betrachten ist. Gemäss dieser Extrapolation soll der mittlere Obersp errbandpegel bei 9 = 121 gleich dem bei 9 = 127° sein. Wie oben an Hand der Figuren 2, 6A und 6B erwähnt wurde, nimmt der elektromechanische Kopplungß-

2
koeffizient k für Oberf läclierischallwellen und somiü die Einfügungsdämpfung der Filter mit abnehmenden Werten von 9 über den betrachteten Bereich ab. Unter Berücksichtigung dieser Änderung von k kann θ = 121 als untere Grenze für eino be frlod i solide Sporrbandw i rkniiK lllioi- Hon fvanzoii Ober— frequerizbereieh von 4 I ,5 MHss bis 55 MHz betrachtet werden.

Wenn jedoch die Anforderung in bezug auf eine tiefe Falle bei der benachbarten Tonfrequenz von 4-1,5 MHz berücksichtigt wird, kann θ = 122 als eine bessere untere Qrenze für ein nach dem britischen System arbeitendes Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter betrachtet werden. Aus der Länge der in Fig. 9 dargestellten 2(T-Striche geht hervor, dass die Streuung in dem mittleren Obersperrbandpegel für auf einem Substrat hergestellte Filter bei Werten von 9 in der Nähe

PHB. 32727 ** '" ^' 30.3.81

.20·

des optimalen Wertes von θ = 124 verhältnismässig klein und bei ¥erten von θ weit weg vom Mindestwert, insbesondere bei höheren ¥erten von Θ, verhältnismässig gross ist. Dadurch wird eine gute Ausbeute an Filtern noch weiter verbessert, die einer vorgegebenen Spezifikation entsprechen, wenn 0 in der Nähe des optimalen ¥ertes von 124 gewählt wird.

Ein nach dem britischen System arbeitendes Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter weist eine Relativbandbreite von 0,274 auf, wenn diese als das Verhältnis des Unterschiedes von 10 MHz zwischen der benachbarten Tonfallen— frequenz von 4i,5 MHz und der benachbarten Bildfallenfrequenz von 31 j 5 MHz zu dem Mittelwert von 36,5 MHz dieser beiden Frequenzen berechnet wird. Bei Anwendung desselben Berechmngsverfahrens weist ein nach dem japanischen System arbeitendes Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter mit einer benachbarten Tonfallenfrequenz von 60,25 MHz und einer benachbarten Bildfallenfrequenz von 52,75 MHz eine Teilbandbreite von 0,133 auf. Es wird nun einleuchten, dass die Frequenz von 90 MHz in bezug auf Fig. 3 die gleiche Bedeutung gegenüber Massenwellen für ein nach dem japanischen System arbeitendes Oberflächenschallwellenfernsehempfängerzwischenfrequenzfilter wie die obengenannte Frequenz von 55 MHz für ein nach den britischen System arbeitendes Filter hat. Das Verhältnis der Geschwindigkeit oberflächenstreifender Longitudinalmassenschallwellen zu der von Oberflächens cha Uwe Ilen in dem gewählten Substrat in X-Richtung weist denselben "Wert von 1,67 ϊ 1 auf, Somit weist der Durchlassbereicli oberflächenstreifender Longitudinalmassenschallwellen für das nach dem japanischen System arbeitende Filter eine Spitze bei Sh MHz mit nahezu der gleichen Bandbreite wie der Oberflächenschallwellendurchlassbereich auf, so dass der oben in bezug auf Fig. 3 genannte Frequenzbereich von 60,25 MHz bis 90 MHz der Frequenzbereich ist, innerhalb dessen die Verzerrung des Oberflächenschall— wollensperrbandbereiclies des nach dem japanischen System arbeitenden Filters im wesentlichen nur indirekten

,-Mt-

PHB.32727 ** >σ ' " 30.3.81

Schwermassenschallwellen zuzuschreiben ist und innerhalb dessen eine wesentliche Änderung mit dem Drehwinkel G. des Substrats auftritt. Unter Berücksichtigung des zwischen dem theoretischen und experimentellen Optimalwert von θ gefundenen Unterschiedes von 1 für ein nach dem britischen System arbeitendes Filter lässt sich erwarten, dass der experimentellen Optimalwert (der der wirkliche Optimalwert ist) von Q für die Oberfrequenzsperrbandwirkung als ganzes eines nach dem japanischen System arbeitenden Filters zwischen 124 und 125 liegen kann. Infolge der niedrigeren Teilbandbreite des nach dem japanischen System arbeitenden Filters kann dieser gegebenenfalls etwas höhere Optimalwert von θ für die für die benachbarte Tonfrequenz erforderliche Falle vorteilhaft sein, wie aus der obigen Erörterung in bezug auf Fig. 3 hervorgeht. Die Relativbandbreiten für die übrigen nach den üblichsten Systemen wirkenden Fernseh— empfängerzwischenfrequenzfilter, die auf derselben Basis berechnet sind, liegen zwischen den Werten für das nach dem britischen System arbeitende Filter und das nach dem japanischen System arbeitende Filter; d.h. 0,168 für das USA-System, 0,227 für das französischen System, 0,236 für das deutsche System und 0,25 für das australische System. Der Optimalwert von θ für die nach diesen anderen Systemen arbeitenden Filter liegt daher, wie sich erwarten lässt, in der Nähe von 124°.

Wenn ein einkristalliner Körper aus Lithiumniobat derart geschnitten wird, dass ein gedrehtes Y-geschnittenes Substrat gebildet wird, kann bei einem Nennwert des Drehwinkels θ in der Praxis beim Schneiden ein Fehler von +_ 0,5 auftreten. Unter Berücksichtigung dieses beim Schneiden auftretenden Fehlers, der verhältnismässig grossen Flachheit der in Fig. 9 dargestellten Kurve in der Nähe von θ = 124 und der kleinen Änderung des Optimalwinkels, die mit der Bandbreite auftreten kann, lässt sich erwarten, dass nach der Erfindung hergestellte Oberflächenschallwellenfernsehempfängerzwisclienfrequenzfilter für eine optimale Oberfrequenzsperrbandwirkung auf über +0 gedrehten

PHB.32727 "" '" fff"" "" " ** 30.3.81

Y-gescluiittenen, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisenden LithiumniobatSubstraten mit θ im Bereich, von 123 bis 125° liegen. Ausserhalb dieses optimalen Bereiches haben solche Filter, unter Berücksichtigung der benachbarten Tonfrequenz-

*5 falle mit 0 im Bereich von 122 bis 127 nach der Erfindung, eine Oberfrequenzsperrbandwirkung, die im Vergleich zu dem vorher empfohlenen Optimalwert von 0 = 127,86 verbessert ist.

Es sei bemerkt, dass die verbesserte Oberfrequenzsperrbandwirkung, die bei Anwendung über +Q gedrehter, Y-geschnittener, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisender Lithiumniobatsubstrate mit 9 in den Bereichen von 123 bis 125 und von 121 bis 127 gefunden wurde, auch in anderen Oberflächenschalwellenbandpasstransversalfiltern als Fernsehzwischenfrequenzfiltern vorteilhaft ist. Solche andere Filter können nach der Erfindung auf geeignete Weise als Filter definiert werden, in denen der Oberflächenschall- · wellendurchlatisbereich des Filters ein Durchlassband mit ein:e 35 dB Relativbandbreite &■ zwischen 0,05 und 0,5 und ein Obersperrband von mindestens 35 dB von dem genannten Durchlassband bis zu einer Frequenz nahezu gleich.

aufweist, wobei V, und Vg die Geschwindigkeiten von Longitudinalmassenschallwellen bzw. Oberflächenschallwellen in der X-Richtung des Substrats sind und F-, die mittlere Frequenz in bezug auf die 35 dB Relativbandbreite Δ. . In dieser Definition wird der Sperrbandpegel von mindestens 35 dB als der für praktische Filter geeignete Pegel gewählt. Die zum Definieren der Oberfrequenzgrenze des Obersperrbandes angewandte Formel lässt sich aus der obigen Beschreibung und Erörterung in bezug auf Fig. 2 bis 9 verstehen. Die oben beschriebenen Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter weisen nach dieser Definition Relativbandbrei, ton Δ zwischen O,I und 0,3 auf. Der grössere Bereich ob

von Teilbandbreiten wird aus den folgenden Gründen gewählt.

Für Verte νοηή kleiner als 0,05 beeinflusst die Spitze des Durchlassbereiches oberflächenstreifender Massenschall-

PHB.32727 Ζ* 30.3.81

. Sh-

wellen das Sperrband des Oberflächenschallwellendurchlassbereiches in dem Masse, dass die Anwendung eines Substrats in dem spezifizierten Bereich keine Vorteile bietet. Für Werte von Δ grosser als 0,5 ist der Frequenzbereich über dem Oberflächenschallwellendurchlassband und unter dem Durchlassbereich oberflächenstreifender Massenschallwellen nahezu der gleichen Bandbreite derart klein, dass die Anwendung eines Substrats im spezifizierten Bereich keine Vorteile bietet.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass

■ die nach der Erfindung erzielte Verbesserung auf neue um +Θ gedrehte, Y-geschnittene, eine X-Fortpflanzungsrichtung aufweisende Lithiumniobatsubtrate zurückzuführen ist, in denen das Ausmass der Erzeugung von Schermassenwellen durch den auf einer Hauptfläche liegenden Eingangswandler unter einem Winkel zu dioser Oberfläche niedrig ist. Daher· gibt es eine grössero Möglichkeit, mit diesen Substraten hergestellte Filter zu erhalten, die einer vorgegebenen Spezifikation ent sprechen, ohne dass Massnahmen getroffen werden müssen, um die Reflexion von Massenwellen an der Bodenfläche des Substrats zu unterdrücken. Derartige Massnahmen können jedoch im Rahmen der Erfindung getroffen werden, um die Wirkung eines Filters weiter zu verbessern, Auch besteht eine grössere Möglichkeit, mit diesen Substraten hergestellte Filter zu erhalten, die einer vorgegebenen Spezifikation entsprechen, ohne dass ein Mehrstreif enkoppler eingebatit wird. Ein Mehr streif enkoppler kann aber im Rahmen der Erfindung zur weiteren Herabsetzung der Beeinträchtigung der Wirkung eines Filters durch Massenwellen und weiter zur Lieferung eines Beitrags zu dem Ober— flächenschallwellendurchlassbereich eines Filters verwendet werden.

. -Sk-

Leerseite

Claims (3)

1. PHB. 3272? "*" " ' "30.3.81

   "PATENTANSPRÜCHE:"

   Λ.) Oberflächenschallwellenbandpasstransversalfilter mit einer um +θ gedrehten, Y-geschnittenen Lithiumniobatsubstrat und einem Eingangs- und einem Ausgangswandler, die derart auf dem Substrat angeordnet sind, dass sie Oberf lächenscha Uwe Ilen aussenden bzw. empfangen, die sich in der X-Richtung fortpflanzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlassbereich des Filters ein Durchlassband mit einer 35 dB-Relativbandbreite ^ von 0,05 bis 0,5 und ein oberes Sperrband von mindestens 35 dB von dem genannten Durchlassband bis zu einer Frequenz nahezu gleich

   aufweist, wobei V₁. und V₀ die Geschwindigkeiten von Longi-

   JLr O

   _1C tudinalmassenschallweIlen bzw. Oberflächenschallwellen in Ib

   der X-Richtung des Substrats sind und F„ die mittlere Frequenz des Durchlassbandes ist, und dass θ zwischen 121° und 127° liegt.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Δ im Bereich von 0,1 bis 0,3 liegt und die Oberflächenschallwellendurchlasskennlinie des Filters derart geformt ist, dass ein Fernsehempfängerzwischenfrequenzfilter erhalten wird, wobei θ° zwischen 122° und 127° liegt.
3. 3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass θ zwischen 123 und 125 liegt.