DE3231979A1 - Mit akustischen wellen arbeitendes elektronisches bauelement - Google Patents

Mit akustischen wellen arbeitendes elektronisches bauelement

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DE3231979A1 DE19823231979 DE3231979A DE3231979A1 DE 3231979 A1 DE3231979 A1 DE 3231979A1 DE 19823231979 DE19823231979 DE 19823231979 DE 3231979 A DE3231979 A DE 3231979A DE 3231979 A1 DE3231979 A1 DE 3231979A1
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Description

  • 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

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Mit akustischen Wellen arbeitendes elektronisches Bauelement mit Fingerwichtung durch Änderung der Position zu wichtender Finger einer Digitalstruktur gegenüber ungewichteter Fingerposition, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß zu wichtende Finger (114, 214) gegenüber ihrer ungewichteten Position (14) um einen der Wichtung (w) des betreffenden Fingers (114, 214) entsprechenden Winkel (J, J ) gedreht angeordnet sind.
  2. 2. Bauelement nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c hn e t dadurch, daß es ein mit reflektierten Wellen (Fig.1 und 3) arbeitendes Bauelement (1, 31) ist, bei dem zu wichtende Finger (114, 214; 134, 234) einer reflektierenden Digitalstruktur (13, 33) den der jeweiligen Wichtung (w) des gewichteten Fingers entsprechenden Drehungswinkel (g) haben.
  3. 3. Bauelement nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß die reflektierende Digitalstruktur (13) bereits in der Position ungewichteter Finger (14) zur Haupt-Wellenausbreitungsrichtung (6, 7, 8) in einem Winkel der Größenordnung 450 schräggestellte Finger hat.
  4. 4. Bauelement nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß bei einer Anordnung (1) mit mehreren reflektierenden Digitalstrukturen (11, 13) die der vorgegebenen Fingerwichtung (w) entsprechende Winkeldrehung (J) auf diese mehreren Digitalstrukturen verteilt ist.
  5. 5. Bauelement nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß die reflektierende Digitalstruktur bereits in der Position ungewichteter Finger (14) zur Haupt-Wellenausbreitungsrichtung (36) senkrecht angeordnete Finger (34) hat(Fig3).
  6. 6. Bauelement nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h -n e t dadurch, daß die für zu wichtende Finger (144, 244) vorgesehene Winkeldrehung (#') bei einer Interdigi talstruktur (44) vorgesehen ist (Fig.4).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3923209A1 (de) * 1988-07-20 1990-01-25 Hitachi Ltd Magnetostatischer bandpassfilter

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