DE3304053C2

DE3304053C2 -

Info

Publication number: DE3304053C2
Application number: DE3304053A
Authority: DE
Inventors: Mitsutaka Hachioji Jp Hikita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1988-04-28
Also published as: GB2116387B; JPS58154917A; US4492940A; GB2116387A; GB8302659D0; DE3304053A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem akustischen Oberflächenwellenfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Filter weist inter digitale Elektroden auf und zeichnet sich durch eine Struktur aus, bei der die aku stischen Oberflächenwellen über eine Fläche wandern, die aus einem Substrat piezoelektrischen Materials besteht. Hierbei werden mittels elektrisch leitender, schmaler Metall streifen, Schlitze oder Kanäle, welche in die Substrat fläche eingearbeitet sind, Interferenzen erzeugt, welche schließlich dazu führen, daß das Filter im VHF/UHF- Frequenzbereich betrieben werden kann.

Für einen Filterkreis, welcher in den Frequenzbereichen von VHF und UHF arbeiten soll, wurden Filter entwickelt, die akustische Oberflächenwellen nutzten und die bis dahin verwendeten LC-Filter ersetzten, welche Kondensatoren und Induktivitäten verwendeten. Die akustischen Oberflächenwellenfilter leiden jedoch unter dem Problem, daß erhebliche Einfügungsver luste beim Wandern der akustischen Oberflächenwelle vom Eingang des Transducers zum Ausgang desselben auftreten. Es ist daher der Wunsch nur allzu verständlich, Strukturen zu finden, welche den Einfügungsverlust zu einem möglichen Mini mum herabdrücken. Ein akustisches Oberflächenfilter, wel cher in der Lage sein soll, die Verluste zu vermindern, besteht aus einer Struktur, bei welcher Eingangswandler 1, 3, 5, . . ., 11 und Ausgangswandler 2, 4, . . . 12 einer interdigitalen Anordnung abwechselnd in der lateralen bzw. Richtung der Wellenwanderung oder auch in einem ähnlichen Muster angeordnet sind, welches mehrfach hintereinander wiederholt wird, siehe hierzu die Darstellung des Standes der Technik in Fig. 1. Ein Beispiel für diese Art des Filters findet sich in der US-PS 35 82 840, aus der die Merkmale des Oberbegriffs des Patentan spruchs 1 bekannt sind. Dort ist mit dem Bezugszeichen 13 bzw. 14 der Eingang bzw. Ausgang, wie oben skizziert, dargestellt. Bei einer solchen Struk tur erreichen alle akustischen Oberflächenwellen, welche am Eingangswandler ausgesendet werden, die korrespondie renden Ausgangswandler, mit Ausnahme jedoch derjenigen Wellen, welche an beiden Enden des wiederholt hinterein ander angeordneten Systems nach außen wandern. Hieraus folgt, daß die angestrebte Verminderung des Verlustes nur bis zu einem bestimmten Grad erzielt werden kann.

Untersuchungen haben ergeben, daß ein akustisches Ober flächenwellenfilter, das eine Struktur der obengenannten Art aufweist, dem Problem unterliegt, daß die Verbesserung, welche im Verhältnis zu den Verlusten auf der Oberfläche an beiden Enden der Wand ler entstehen, nach wie vor nicht zufriedenstellend sind, ungeachtet auch einer erheblichen Vermehrung der in dem Wiederholungsmuster angeordneten Wandler. In Fig. 2 ist zu dem Stand der Technik ein berechneter Bereich dargestellt, wo bei auf der Abszisse die Anzahl der in Wiederholung ange ordneten Wandler angegeben und auf der Ordinate der Verlust aufgetragen ist. Wie sich aus der Darstellung ergibt, ist eine Anzahl von 20 und mehr Wandlern erfor derlich, wenn der Verlust kleiner als z. B. 0,5 dB betragen soll.

In der praktischen Anwendung von Filterstrukturen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind, ergibt sich jedoch eine Begren zung der zulässigen Anzahl von Wandlern, welche tatsäch lich relativ gering nur sein kann, bereits dadurch, daß eine zunehmende Anzahl von Wandlern auch ein vergrößer tes Substrat erfordert und zu kleineren Eingangs- und Ausgangs impedanzen führt.

Aus der DE-OS 28 24 371 ist ein akustisches Oberflächenwellen filter mit drei Wandlern bekannt, wobei einer der Wandler der Eingangswandler und die beiden anderen die Ausgangs wandler darstellen. Dabei ist die Anzahl der ineinander greifenden Elektroden des Eingangswandlers größer als die der Ausgangswandler. Dabei ist die Anzahl der Elektroden finger der beiden Ausgangswandler gleich, kann sich aber von der Anzahl der Elektrodenfinger des Eingangswandlers unterscheiden.

Aus der DE-OS 28 43 231 ist eine Resonatoranordnung für akustische Oberflächenwellen bekannt, die auf ihren beiden Seiten je weils einen Reflektor aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Oberflächenwellenfilter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Einfügungsdämpfung weiter vermindert wird, ohne daß die Frequenzcharakteristik nachteilig beeinflußt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem akustischen Oberflächenwellenfilter der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den weiteren Ansprüchen.

Somit wird ein akustisches Oberflächenwellenfilter bereit gestellt, bei welchem die Eingangs- und/oder Ausgangswand ler aus einer großen Anzahl ineinandergreifender Metallelek troden oder Finger bestehen, welche auf einem Substrat piezoelektrischen Materials in einem zentralen Bereich des Filters angeordnet sind, während die Anzahl der Finger, welche den Wandler beschreiben und sich nach beiden Sei ten vom Mittelpunkt hin erstrecken, nach außen hin im Ver gleich zum Zentralbereich abnehmen. In bezug auf die Anzahl der ineinandergreifenden Metallelektroden findet also eine Verringerung der Anzahl der Finger statt, welche den einzelnen Wandler darstellen, und zwar gesehen in Richtung vom Zentrum zu einem oder dem anderen Ende der Wandler anordnung. Mit einer solchen Struktur eines Oberflächenwellen filters wandern akustische Oberflächenwellen mit grö ßerer Amplitude von den Eingangswandlern zu den Ausgangs wandlern im Mittelbereich der Wandleranordnung, während akustische Oberflächenwellen mit geringeren Amplituden von den Eingangswandlern zu den Ausgangswandlern beider seits des mittleren Bereiches der Wandleranordnung wandern. Auf diese Weise wird der Verlust akustischer Oberflächen wellenenergie an beiden Enden bzw. Endbereichen der Wand leranordnung ganz erheblich reduziert.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen

Fig. 1 eine Ansicht einer Anordnung eines akustischen Oberflächenwellenfilters nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Verluste in Abhängigkeit von der Anzahl der Wandler eines akustischen Oberflächenwellenfilters,

Fig. 3 eine Anordnung eines akustischen Oberflächenwellen filters nach der Erfindung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Verluste in Abhängigkeit von der Anzahl der Wandler bei einem akustischen Oberflächenwellenfilter nach Fig. 3,

Fig. 5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand der Darstellung in Fig. 3 näher erläutert. Diese zeigt eine Anordnung eines akustischen Oberflächenwellenfilters mit den neun Wandlern 28 bis 36. Die Bezugszeichen 37 bzw. 38 bezeichnen Eingang bzw. Ausgang. Es soll angenommen werden, daß die Anzahl der Metallelektroden oder Finger, welche die Eingangs wandler 28, 30, 32, 34, 36 bilden und elektrisch mitein ander verbunden sind, durch N ₁, N ₂, N ₃, N ₄, N ₅ dargestellt werden, während die Anzahl der die Wandler 29, 31, 33, 35 bildenden Finger, die ebenfalls elektrisch miteinander verbunden sind, durch M ₁, M ₂, M ₃, M ₄ gegeben sind. Im nachfolgenden soll nun genau die Verringerung be zogen auf die Anzahl der Metallelektroden oder Finger, welche einen Eingangswandler bilden, heraus gestellt werden. Die Anzahl der Finger N ₁, . . . , N ₅ sind in der Weise festgelegt, daß die Zahl N ₃ der Finger, welche dem Eingangswandler 32 zugeordnet ist, die größte ist, während die Anzahl N ₂ und N ₄ kleiner ist als die Anzahl N ₃, die Anzahl N ₁ und N ₅ kleiner ist als die Anzahl N ₂ und N ₄, d. h. N ₃ < N ₂ (und N ₄) < N ₁ (und N ₅).

Mit dieser Anordnung eines Oberflächenwellenfilters werden akustische Oberflächenwellen mit relativ großer Amplitude durch den Wandler der im oder in der Nähe des zentralen Bereiches der Wandleranordnung liegt, angeregt, während akustische Oberflächenwellen mit relativ geringer Amplitude durch die Wandler angeregt werden, welche an den sich beiderseits des zentralen Bereiches erstreckenden Bereichen der Anord nung befinden, wobei auch die Endbereiche nahe beider En den der Wandleranordnung betroffen sind, so daß der Ver lust, der an oder in der Nähe der Enden der Wandler auf tritt, reduziert wird. Wenn man in Be tracht zieht, daß lediglich die Hälfte der Energie der akustischen Oberflächenwellen, welche durch die Endwandler 28 oder 36 angeregt werden, entsprechend der Näherung erster Ordnung unberücksichtigt bleibt, so kann ausgesagt werden, daß der Einfügungsverlust ganz signifikant dadurch reduziert wird, daß eine Verringerung der Anzahl der Finger, wie oben beschrie ben, vorgenommen wird, wobei noch darauf hinzuweisen ist, daß eine Reduktion der Einfügungsverluste auch vom Profil der Verringerung abhängt.

Es soll eine vereinfachte Ausführung eines Filters betrach tet werden, bei dem eine Verringerung der Fingeranzahl ein geführt ist. Es wird dazu vorgeschlagen, die An zahl der Finger, welche die Endwandler des Filters be schreiben, auf die Hälfte der Finger zu bringen, welche die anderen Wandler darstellen, wobei die Anzahl der Wandler in der jeweiligen Wandleranordnung dieselbe ist, wie bei dem Filter nach Fig. 1. Das Ergebnis des Einfügungsverlustes ist graphisch in Fig. 4 darge stellt. Vergleicht man diese Darstellung mit Fig. 2, so ist schnell einzusehen, daß die hier in Frage stehenden Einfügungsverluste ganz wesentlich bereits dadurch reduziert wer den können, daß ein sehr einfaches Verringerungsprofil für die Anzahl der ineinandergreifenden Finger gewählt wird.

Das Verringern der Anzahl der ineinandergreifenden Me tallelektroden bzw. Finger kann auch auf die Ausgangs wandler 29, 31, 33 und 35 übertragen werden, wodurch sich der vorteilhafterweise erzielbare Effekt noch ganz bedeu tend erhöht. Für diesen Fall soll die Anzahl der Finger M ₁, M ₂, M ₃, M ₄ so sein, daß gilt M ₂ (und M ₃) < M ₁ (und M ₄). Es soll festgehalten werden, daß die Verringerung eine sol che sein kann, daß die Anzahl der Finger für die Wand lung streng monoton von dem Zentralbereich zu den Endbereichen des Filters hin abfällt.

Darüber hinaus kann die Lehre der Erfindung auch in glei cher Weise auf akustische Oberflächenwellenfilter ange wendet werden, welche mit Reflektoren an beiden Enden aus gestattet sind. In diesem Fall kann der Einfügungsverlust ent sprechend dem reziproken Einfluß der Reflektoren noch we sentlich weiter reduziert werden.

Die Erfin dung kann nicht nur auf akustische Oberflächenwellenfilter an gewendet werden, bei denen Eingangs- und Ausgangswandler parallel geschaltet sind, so wie es vorstehend beschrie ben worden ist, sondern auch auf Filter, bei denen die Wandler in Serie oder in Kombination beider Möglichkeiten betrieben werden. Auch ist die Erfindung einsetzbar bei Filteranordnungen, bei denen eine Anzahl von Ausgängen der einzelnen Wandler unabhängig voneinander nach außen geführt werden, siehe Fig. 5, und zwar in Zusatz zu solchen Filteranordnungen, bei denen die elektrischen Ausgänge parallel oder in Serie geführt werden.

In Fig. 5 sind mit den Bezugszeichen 40, 42, 44, 46, 49, 51, 53, 55 versehene Wandler zwischen den Eingangs wandlern 39, 41, 43, 45, 47 und den Ausgangswandlern 48, 50, 52, 54, 56 angeordnet, so daß die Eingangs- und die Ausgangswandler in Serienparallelschaltung verknüpft sind. Mit dem Bezugszeichen 57 bzw. 58 ist der Ein- bzw. Aus gang bezeichnet. Wie durch die Beschreibung und anhand der Figuren deutlich wird, wird auch für den Fall dieser Wandler die Anzahl der ineinandergreifenden Elektroden oder Finger bei den Wandlern, welche sich zu den Enden der Anordnung hin wiederfinden, verglichen mit denen im oder nahe des Zentrums der Anordnung herabgemin dert.

Claims

1. Akustisches Oberflächenwellenfilter mit einer interdigi talen Eingangs- und Ausgangswandleranordnung, welche je weils aus einer Mehrzahl von interdigitalen Eingangs wandlern und einer Mehrzahl von interdigitalen Ausgangs wandlern bestehen, welche alternierend auf einem Sub strat und in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer der Eingangs- (28, 30, 32, 34, 36) bzw. Ausgangswandleranordnungen (29, 31, 33, 35) die Anzahl der Elektrodenfinger der einzelnen Wandler (28-36) von den beiden Endbereichen der Anordnung aus anwächst.

2. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an beiden Enden der Wandleranordnung befindliche Reflektoren.

3. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Substrat parallel zur Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle eine weitere Anordnung von Eingangs- (49, 51, 53, 55) und Ausgangswandlern (48, 50, 52, 54, 56) angeordnet ist, wobei die Ausgangswandler (40, 42, 44, 46) der ersten Anordnung jeweils direkt mit den entsprechenden Ein gangswandlern (49, 51, 53, 55) der anderen verbunden sind.

4. Akustisches Oberflächenwellenfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Elektrodenfinger streng monoton anwächst.