-
-
Mit akustischen Wellen arbeitendes elektronisches
-
nisches Bauelement.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Bauelement,
wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist In den deutschen Patentanmeldungen
P 31 Z1 516.5 (81 P 7048), P 32 09 948.7 (82 P 1190) und P 32 09 962.2 (82 P 1191)
sind ein Oberflächenwellenfilter nach Art einer dispersiven Verzögerungsleitung
und eine Verbesserung zu einem solchen Filter beschrieben. Insbesondere bei der
an zweiter und an dritter Stelle genannten Anmeldungen handelt es sich um ein mit
akustischen Wellen arbeitendes elektronisches Bauelement, bei dem die zum Erreichen
einer bestimmten vorgegebenen Übertragungsfunktion vorgesehene Fingerwichtung dadurch
realisiert ist, daß die Abstände von Fingergruppen voneinander und insbesondere
einzelner Finger voneinander gegenüber einer solchen Lage der Finger verändert ist,
die einem solchen Bauelement ohne Fingerwichtung entsprechen würde. In der an erster
Stelle genannten Patentanmeldung ist diese Fingerwichtung durch dem Prinzip nach
an sich vcrbekannte Fingerlängen-Wichtung realisiert und die bei diesem Bauelement
vorgesehenen nicht äquidistanten Abstände von Fingern oder Fingergruppen voneinander
dienen dem Erreichen einer vorgegebenen Dispersion dieses Bauelementes.
-
Die Erfindung der Anmeldung P 32 09 962.2 bietet den Vorzug, (abgesehen
von einer in diesem Bauelement .eallsierten Dispersion) die für die vorgegebene
Amplituden-
funktion der Übertragungscharakteristik notwendige Fingerwichtung
so auszuführen, daß sich die aktiven Anteile der einzelnen Finger der jeweils verwendeten
Digitalstruktur (-en) uber die gesamte Breite des Arbeitsbereichs dieses elektronischen
Bauelementes, das heißt über die gesamte Breite der Struktur (-en) quer zur Hauptausbreitungsrichtung
der akustischen Welle erstrecken. Damit hat man störende Nebeneffekte trotz Vorliegens
einer Fingerwichtung vermeiden können, die mit Fingerlängen-gewichteten Strukturen
oder mit Fingerdots-gewichteten Strukturen verbunden sind.
-
Im Extremum kann bei einem elektronischen Bauelement nach der Anmeldung
P 32 09 962.2 eine die notwendige Fingerwichtung realisierende (auf eine nicht gewichtete
Struktur bezogen) Verschiebung jeweils benachbarter Finger gegeneinander vorgesehen
sein, das heißt, eine jeweilige, der Fingerwichtung zu unterwerfende Fingergruppe
besteht aus nur zwei Fingern. Es wird damit für eine Struktur bzw.
-
für ein Bauelement nach dieser älteren Erfindung maximale Bandbreite
erzielt.
-
Es ist also Aufabe der vorliegenden Erfindung, für ein reflektierten
mit torzugsweiseX akustischen Wellen arbeitendes elektronisches Bauelement eine
Fingerwichtung anzugeben, die (ebenso wie die Fingerwichtung nach der älteren Erfindung
der Anmeldung P 32 09 962) frei von störenden Nebeneffekten ist, die aber dennoch
(vergleichsweise zu einem Bauelement ohne Fingerwichtung) größtmögliche bzw. der
älteren Erfindung gegenüber noch größere Bandbreite zuläßt.
-
Für ein elektronisches Bauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den zusätzlichen Merkmalen des Kennzeichens
des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die ueberlegung zugrunde, daß gegenüber
der älteren Erfindung noch größere Bandbreite einer jeweiligen Digitalstruktur bzw.
eines ganzen entsprechenden Bauelements nur dadurch zu erreichen ist, daß ein vergleichsweise
anderer Lösungsweg beschritten wird.
-
Dieser der vorliegender Erfindung zugrunde liegende Lösungsweg besteht
prinzipiell darin, die Fingerwichtung bereits an einem jeden einzelnen Finger einer
zu wichtenden Digitalstruktur zu realisieren, d.h. daß sich die Fingerwichtung bereits
auf den bzw. in dem jeweils einzelnen Finger auswirkt.
-
Fingerwichtung durch "Fingerverschiebung" ist bereits schon in der
älteren obengenannten Patentanmeldung P 32 09 962.2 beschrieben worden. Diese Fingerverschiebung
so auszuführen, daß sie sich bereits auf einen jeweils einzelnen Finger auswirkt,
ist in der ebenfalls älteren, nichtvorveröffentlichten Patentanmeldung P 32 30 038
(82 P 1654) beschrieben worden. Es werden dort einzelne zu wichtende Finger in ihrer
Längsrichtung ein- oder mehrmal geteilt und die entstehenden Teilfinger parallel
zur Haupt-Wellenausbreitungsrichtung der akustischen Wellen der Digitalstruktur
gegeneinander verschoben, und zwar um das der jeweiligen Fingerwichtung entsprechende
Maß.
-
Der Lösungsweg der vorliegenden Erfindung besteht darin, die einzelnen
zu wichtenden Finger der dafür vorgesehenen Digitalstruktur um ein der jeweils vorgegebenen
Fingerwichtung des betreffenden einzelnen Fingers entsprechendes Maß im Winkel gegenüber
derjenigen Lage verdreht anzuord-
nen, die dieser Finger bei einer
Fingerwichtung Null -bezogen auf die Haupt-Wellenausbreitungsrichtung - hätte.
-
Das Maß der Winkeldrehung J gegenüber der als "Null-Lage" bezeichneten
Winkellage eines ungewichteten Fingers - bezogen auf die Haupt-Welienausbreitungsrichtung
- läßt sich aus der die mathematischen Formel für die Wichtung
beschreiben. In dieser Formel ist die Größe > die der AunSidatteZurs afsprechende
Wellenlänge der in der Oberfläche des Substratkörpers des Bauelements verlaufenden
akustischen Welle, a die Längenabmessung, die gleich dem Anteil der Apertur des
als Ausgangswandler betriebenen Interdigitalwandlers ist, der durch die in diesem
Wandler nach der Reflexion an der gewichteten Digitalstruktur eintretenden akustischen
Welle beschallt wird, und sinc x die Funktion (sin x)/+ ist.
-
Das Vorzeichen der Winkeldrehung gegenüber der Null-Lage ist prinzipiell
unerheblich. Man wird jedoch aus technologischen Gründen bevorzugen, für benachbarte,
durch erfindungsgemäße Fingerdrehung gewichtete Finger jeweils gleichen Drehsinn
bzw. gleiches Vorzeichen des jeweiligen Winkels Zu vorzusehen.
-
Die vorliegende Erfindung ist sowohl für Bauelemente mit 180°-Wellenreflexion
in der Digitalstruktur als auch für Bauelemente verwendbar, bei denen mehrfache
Reflexion an einer entsprechenden Anzahl von digitalen Reflektorstrukturen vorgesehen
ist. Insbesondere haben solche Bauelemente mit mehrfacher Reflexion einen Aufbau,
bei dem zwei
Digitalstrukturen vorgesehen sind, deren Finger (im
Mittel) wenigstens angenähert in einem Winkel von 450 zur Haupt-Wellenausbreitungsrichtung
der jeweils in die Struktur eintretenden Welle ausgerichtet sind, so daß nacheinander
eine Reflexion mit jeweils 900 erfolgt.
-
Eine solche Struktur ist z.B. in der Patentanmeldung P 31 21 516 zur
Fig.7 beschrieben. Die ältere Patentanmeldung P32 30 566.4(82P1670) beschreibt darüber
hinaus auch noch in Fig.3 eine Anordnung mit nur einmaliger 90°-Reflexion in einer
Reflektor-Digitalstruktur mit ebenfalls schräggestellten Reflektorfingern.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt das physikalische Prinzip zugrunde,
die für eine zur Realisierung einer bestimmten Übertragungsfunktion des Bauelementes
notwendige, einer Fingerwichtung entsprechende Wirkung der dafür ausgewählten Digitalstruktur
durch hervorgehobene, graduell sich mehr oder weniger stark auswirkende Interferenzeffekte
zu erreichen. Eine mit ihrer vorgesehenen Haupt-Wellenausbreitungsrichtung auf einen
Finger oder auf einzelne Finger einer betreffenden Struktur auftreffende akustische
Welle erzeugt ihr Maximum einer piezoelektrischen Wirkung zwischen dem piezoelektrischen
Substrat und dem auf seiner Oberfläche befindlichen Finger dann, wenn (die richtige
Periodizität vorausgesetzt) die Wellenfront dieser akustischen Wekke im richtigen
Winkel auftrifft. Bei einer Struktur mit vorgesehener 1800 Reflexion liegt dieser
richtige Winkel bei Parallelität des betreffenden Fingers mit der Wellenfront vor.
Bei vorgesehener 900 Reflexion liegt der richtige Winkel vor, wenn (Isotropie des
Substrats vorausgesetzt) der betreffende Finger 450 zur Wellenfront gerichtet ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei Schrägstellung der Finger
vorliegende
Anisotropie des Substratkörpers bewirken kann, daß die maximale Wirkung bzw. Null-Lage
einen von beispielsweise 450 etwas abweichenden Winkel haben kann und dennoch 900
Reflexion eintritt. Dieser im Zusammenhang mit Anisotropie vorliegende Sachverhalt
und die notwendigen Xorrekturen sind dem Fachmann bekannt.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auch bei einem elektronischen
Bauteil der einschlägigen Art anwendbar ist, bei dem keine Reflexion der akustischen
Welle vorliegt, sondern außer einem Eingangswandler nur ein oder mehrere Ausgangswandler
vorhanden sind, bei denen vorzugsweise der in Ausbreitungsrichtung längere Wandler
mit der erfindungsgemäßen Fingerwichtung versehen ist.
-
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfolgenden, anhand
der Figuren gegebenen Beschreibung zu Ausführungsbeispielen der Erfindung hervor.
-
Fig.l zeigt eine erste Ausführungsform mit zwei digitalen Reflektorstrukturen,
von denen die eine Struktur eine erfindungsgemäße Fingerwichtung hat; Fig.2 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt dieser erfindungsgemäß fingergewichteten Digita lstruktur;
Fig.3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung für ein ebenfalls mit reflektierten
akustischen Wellen arbeitendes Bauelement; und Fig.4 zeigt eine Ausführungsform
der Erfindung, bei der einer der Interdigitalwandler eine erfindungsgemäße Fingerwichtung
hat.
-
Fig.1 zeigt eine prinzipielle Ausführungsform eines mit reflektierten
akustischen Wellen arbeitenden elektronischen Bauelements mit Wellenreflexion in
von 1800 verschiedenem Winkel. Die dargestellten Strukturen bzw. die vorhandenen
Elektrodenfinger sind vorzugsweise Metallisierungsstreifen, die sich auf der in
der Fig.1 oberen Oberfläche 3 des Substratkörpers 2 befinden. Mit 4 und 5 sind zwei
an sich bekannte Interdigital-Wandlerstruktu ren bezeichnet. In der einen Struktur
wird aus dem elektrischen Eingangssignal eine akustische Oberflächenwelle in dem
piezoelektrischen Material der Oberfläche 3 des Substratkörpers 2 erzeugt. Mit dem
anderen dieser Wandler kann aus der empfangenen akustischen Welle ein elektrisches
Signal zurückgewonnen werden. Elektrisches Eingangssignal und Ausgangssignal unterscheiden
sich entsprechend der für dieses Bauelement vorgegebenen Ubertragungsfunktion Beim
Beispiel der Fig.1 ist der Wandler 4 als Eingang und der Wandler 5 als Ausgang angenommen,
so daß sich Haupt-Wellenausbreitungsrichtungen ergeben, die durch die Pfeile 6,
7 und 8 angedeutet sind. Die somit in der Richtung des Pfeiles 6 laufende akustische
Welle trifft auf eine erste Reflexions-Digitalstruktur 11, die aus einer Vielzahl
von in an sich bekannter Weise schräggestellten Reflexionsfingern 12 besteht. Nach
der an diesen Fingern 12 erfolgten Reflexion in Richtung des Pfeiles 8 trifft die
akustische Welle auf die dargestellte zweite Reflexions-Digitalstruktur, die aus
einer Vielzahl wiederum schräggestellter Reflektorfinger 14 be-
steht.
Nach an dieser Struktur 13 erfolgter Reflexion verläuft die Welle bzw. ist die Haupt-Wellenausbreitungs
richtung parallel der Richtung des Pfeiles 7.
-
Die jeweilige Länge einer Reflexions-Digitalstruktur 11, 17 richtet
sich in an sich bekannter Weise nach den vorgegebenen Anforderungen, die an das
betreffende elektronische Bauelement gestellt werden.
-
Die erfindungsgemäße Fingerwichtung des Bauelements 1 nach Fig.1 ist
an den Fingern 14, 114 der Reflexions-Digitalstruktur 13 realisiert. Mit dieser
Fingerwichtung wird die vorgegebene Übertragungsfunktion des Bauelements 1 im Hinblick
auf die Amplitudenfunktion erfüllt. Etwaige notwendige Dispersionseigenschaft kann
bei einem Bauelement 1 durch nicht-äquidistante Abstände einzelner Finger 14, 114
oder von Fingergruppen gegeneinander realisiert sein. Der Vollständigkeit sei darauf
hingewiesen, daß eine erfindungsgemäße Fingerwichtung anstatt bei der Digitalstruktur
13 auch bei der Digitalstruktur 11 realisiert sein kann oder daß beide Digitalstrukturen
11 und 13 jeweils Fingerwichtung aufweisen, wobei diese Fingerwichtungen für die
vom Eingangswandler 4 zum Ausgangswandler 5 laufende akustische Welle insgesamt
gleich der vorgeschriebenen Gesamtwichtung ist.
-
An sich ist aus Fig.1 bereits zu erkennen, daß bei der Digitalstruktur
13 die Finger 114 einerseits und die Finger 214 andererseits gegenüber den übrigen
mit 14 bezeichneten Fingern eine auf die Haupt-Wellenausbrei tungsrichtung 8 bzw.
auf die Haupt-Wellenausbreitungsrichtung 7 bezogene Drehung um einen jeweils geringen
Winkel haben. Bei der Digitalstruktur 11 dagegen sind die Finger 12 alle als parallel
zueinander dargestellt
(nämlich entsprechend dem Umstand, daß diese
Struktur 11 keine Fingerwichtung hat).
-
Fig.2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Bauelements 1 nach
Fig.1. Mit 14 sind wieder solche Finger bezeichnet, die keine erfindungsgemäße Drehung
haben, d.h. ungewichtet sind. Mit 14' sind Fingerlagen angedeutet, die einer ungewichteten
Null-Lage entsprechen. In einer solchen Null-Lage 14' würde sich an dieser Stelle
einer Struktur 13 ein ungewichteter Finger befinden.
-
Wie dargestellt, sind jedoch die Finger 11 um einen jeweiligen Winkel
g (das Maß des Winkels J für einen jeweiligen Finger kann gleich oder unterschiedlich
gegenüber dem Winkel f übriger Finger sein) im mathematisch positiven Sinne gedreht.
Für die Finger 214 ist die Winkeldrehung g entsprechend der zweiten Möglichkeit
mathematisch negativ. Der "Drehpunkt" der einzelnen Finger 114, 214 liegt auf der
(zur Wellenausbreitungsrichtung 7 parallelen) Mittelachse der Struktur 13.
-
Die Fig.2 und 3 zeigen ein Bauelement mit zweimaliger Reflexion der
akustischen Welle aus der Haupt-Wellenausbreitungsrichtung 6 in die Haupt-Wellenausbreitungsrichtung
7. Eine solche Umlenkung der akustischen Welle in die Gegenrichtung kann auch dadurch
realisiert werden, daß nur eine einzige Reflektor-Digitalstruutur verwendet wird,
deren Finger für die ungewichtete Null-Lage senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung
6 angeordnet sind, so daß die Welle mit der Richtung 6 in sich zurückreflektiert
wird und der Rücklauf der Welle mit der Haupt-Wellenausbreitungsrichtung 7 die zur
Reflexions-Digitalstruktur hinlaufende Welle überdeckt. Der Eingangswandler kann
dann auch gleichzeitig der Ausgangswandler sein.
-
Fig.3 zeigt ein Beispiel 1' einer solchen Ausführungsform.
-
Mit 36 ist die Haupt-Wellenausbreitungsrichtung des Hin-und Herlaufs
bezeichnet. Mit 35 ist der als Eingang und Ausgang dienende Interdigitalwandler
bezeichnet. Die Reflektorstruktur 33 hat einige Finger 34, die ungewichtet sind
und sich in Normallage befinden. Die Finger 134 jedoch weisen eine jeweilige Winkeldrehung
g gegenUber der Null-Lage (im mathematischen positiven Sinne) auf. Im Gegensinn
gedreht sind die Finger 234. Es sei darauf hingewiesen, daß jeweils alle Finger
134, 234 mit Fingerwichtung auch in ein und demselben (positiven oder negativen)
Sinne (mehr oder weniger stark) gedreht sein können. Mit 32 ist der Substratkörper
dieser Ausführungsform 31 bezeichnet.
-
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform eines Bauelements 41, das mit nicht
reflektierten akustischen Wellen arbeitet und bei dem sich der Eingangswandler 44
und der Ausgangswandler 45 - bezogen auf die Haupt-Haupt-Wellenausbreitungsrichtung
6 - gegenüberstehen. Mit 45 ist ein Aus-
gangswandler bezeichnet,
der gleich den Ausgangswandlern 5 und 35 der Ausführungsformen der Fig.1 bis 3 sein
kann.
-
Mit 44 ist ein mit erfindungsgemäßer Fingerwichtung versehener Eingangswandler
bezeichnet. Einzelne interdigital angeordnete Finger 144 und 244 weisen eine erfindungsgemäße
jeweilige Winkeldrehung «l auf. Für die Bemessung der jeweiligen Winkel #' im Vergleich
zu den WinkelnJ an einer Reflektorstruktur ist zu berücksichtigen, daß sich infolge
der Reflexion ein Winkel oktan einer Reflektorstruktur 13, 33 in seiner Wirkung
doppel so groß zeigt, nämlich entsprechend den geometrischen Gesetzen der Reflexion:
#' = 2# Der vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die in den Fig.1
bis 4 dargestellten Winkeldrehungen d= stark übertrieben wiedergegeben sind, nämlich
damit daß Wesen der Erfindung leichter erkannt werden kann.
-
Leerseite