DE3432133A1 - Keramisches filter - Google Patents

Description

T ERMEER-MULLER-STEINMEISTER PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

DipL-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

Dipl.-Ing, F. E. Müller

Triftstrasse 4,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Artur-Ladebeck-Strasse 51

3Ä32133

FP-2344
Mü/Ur/b /cb

31. August 1984

Murata Manufacturing Co., Ltd. 26-10 Tenjin 2-chome, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu, Japan

KERAMISCHES FILTER

Prioritäten:

2. September 19 83,

9. September 1983,

16. September 1983,

27. September 1983, 29. September 1983, 07. Dezember 19 83, 09. Januar 1984,

17. Januar 19 84, 26. März 1984,

28. März 1984,

Japan, No,

Japan, No.

Japan, No.

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Japan, No,

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162423/1983 (P)

167201/1983 (P)

171831/1983 (P)

179676/1983 (P)

182473/1983 (P)

232163/1983 (P)

2362/1984 (P)

6854/1984 (P)

43595/1984 (U)

61710/1984 (P)

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER - _'■ _ ^tIrWa" -" FP - 2*3 4 4

BESCHREIBUNG

KERAMISCHES FILTER

Die Erfindung betrifft ein keramisches Filter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Filter dieser Art, von denen eines in Figur 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, gehören seit längerer Zeit zum Stand der Technik. Das in Figur dargestellte Filter 1 vom Mehrschichttyp besitzt eine piezoelektriche Keramik 2, die so behandelt ist, daß das Filter in Richtung seiner Dicke polarisiert ist, wie durch den Polarisationsvektor P angegeben ist. Es besitzt zwei Elektrodengruppen 3 und 4, die innerhalb der piezoelektrischen Keramik angeordnet sind.

Die Elektrodengruppe 3 bildet dabei eine Eingangselektrodengruppe, während die andere Elektrodengruppe 4 eine Ausgangselektrodengruppe darstellt. Beide Elektrodengruppen 3 und 4 umfassen jeweils eine Vielzahl von Interdigitalelektroden 3a, 3b, 3c, 3d bzw. 4a, 4b, 4c, 4d, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 2 bzw. in Richtung des Polarisationsvektors P überlappen, also in dieser Richtung übereinandergeschichtet angeordnet sind. Bei der Eingangselektrodengruppe 3 sind sowohl die Elektroden 3a und 3c miteinander als auch die Elektroden 3b und 3d untereinander verbunden, wobei entsprechende Elektrodenanschlüsse nach außen geführt sind. In gleicher Weise sind die Elektroden 4a und 4c bzw. 4b und 4d der Ausgangselektrodengruppe

TER MEER . MÜLLER . STEINMEISTER . ; Murata : - -FP-_2^:34"4"

4 miteinander verbunden. Wird eine Spannung an die beiden nach außen geführten Anschlüsse der Eingangselektrodengruppe 3 gelegt, so werden Vibrationen bzw. Volumenschwingungen erzeugt, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 2, also in Richtung des Polarisationsvektors P ausbreiten, da die Elektroden 3a, 3b, 3c und 3d in dieser Richtung, also in vertikaler Richtung in Figur 1, übereinanderliegend angeordnet sind. Diese Vibrationen werden gleichzeitig auf die mechanisch mit der Eingangselektrodengruppe 3 gekoppelte Ausgangselektrodengruppe 4 übertragen. Das bedeutet, daß die durch die Eingangselektrodengruppe 3 erzeugten vertikalen Vibrationen in querverlaufende Vibrationen bzw. Schwingungen umgesetzt und dann transmittiert werden. Diese umgesetzten Vibrationen rufen eine Verschiebung von in Richtung der Dicke der dielektrischen Keramik 2 verlaufenden akustischen Wellen hervor, also von solchen, die in vertikaler Richtung innerhalb der Ausgangselektrodengruppe 4 verlaufen, wodurch eine Spannung hervorgerufen wird. Diese Spannung wird über die Elektroden 4a und 4c bzw. über die Elektroden 4b und 4d der Ausgangselektrodengruppe 4 erfaßt und nach außen geführt.

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Bei dem beschriebenen konventionellen keramischen Filter 1 vom Mehrschichttyp, bei dem sich die Richtung der Verschiebung zweimal ändert, wenn Vibrationen von der Eingangselektrodengruppe 3 zu der Ausgangselektrodengruppe 4 transmittiert werden, ist jedoch von Nachteil, daß es nur einen sehr geringen Wirkungsgrad besitzt. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß durch die Querverschiebung (Quereffekt) unerwünschte störende Schwingungen in der Ausgangswellenform erzeugt werden.

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER M.UPatä - ^: F. P - 2.3 44 . .' :

Ein weiteres zum Stand der Technik gehörendes keramisches Filter für den Einsatz im Hochfrequenzbereich ist in der Figur 2 in schematischer Weise dargestellt. Hier ist die Draufsicht eines derartigen Filters gezeigt. Innerhalb einer piezoelektrischen Keramik 5 sind zwei Elektrodengruppen 6 und 7 angeordnet. Die Elektrodengruppe 6 bildet dabei eine Eingangselektrodengruppe, während die Elektrodengruppe 7 eine Ausgangselektrodengruppe darstellt. Beide Elektrodengruppen 6 und 7 umfassen jeweils eine Vielzahl von Elektroden 6a, 6b, 6c, 6d bzw. 7a, 7b, 7c, 7d, die sich überlappen bzw. übereinandergeschichtet angeordnet sind, wobei die keramischen Schichten zwischen jeweils benachbarten Elektroden in jeweils entgegengesetzten Richtungen polarisiert sind, wie durch die Pfeile angegeben ist. Die jeweiligen Elektrodengruppen 6 und 7 besitzen Eingangs- und Ausgangsklemmen, die eingangsseitig mit den Elektroden 6a und 6d und ausgangsseitig mit den Elektroden 7a und 7d verbunden sind, und die an gegenüberliegenden äußeren Seiten in der Nähe der Oberfläche der piezoelektrischen Keramik positioniert sind. Durch die besondere Konstruktion dieses keramischen Filters wird erreicht, daß scheinbare Vibrationen aufgrund primärer Resonanzeffekte effektiv unterdrückt werden können. Jedoch besitzt auch dieses Filter nur einen sehr geringen Wirkungsgrad, da auch hier bei der Übertragung von Vibrationen bzw. Schwingungen von der Exngangselektrodengruppe 6 zu der Ausgangselektrodengruppe 7 zweimal die Richtung der Verschiebung geändert werden muß. Darüberhinaus treten, wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt, auch bei dem Filter nach Fig. 2 unerwünschte störende Schwingungen im erzeugten Ausgangssignal aufgrund des erwähnten Quereffektes auf.

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER . "jlurata -; IFK 2344

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad derartiger Filter zu erhöhen und unerwünschte Störschwingungen im Ausgangssignal auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das erfindungsgemäße keramische Filter, in dem sich Volumen bzw. Festkörperwellen ausbreiten, umfaßt eine piezoelektrische Keramik sowie eine Eingangselektroden- und eine Ausgangselektrodengruppe, welche in einem vorbestimmten Abstand voneinander innerhalb der piezoelektrischen Keramik und in Richtung der Dicke des keramischen Filters einander überlappend angeordnet sind, wobei die Eingangsund Ausgangselektrodengruppe jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden umfassen, die sich in Richtung der Dicke von keramischen Schichten überlappen, die jeweils zwischen benachbarten Elektroden liegen, und wobei das Filter so aufgebaut ist, daß Vibrationen bzw. Schwingungen, die durch eine an die Eingangselektrodengruppe angelegte Spannung erzeugt werden, sich in Richtung der Dicke der dielektrischen Keramik ausbreiten und die Ausgangselektrodengruppe erreichen, wodurch ein Ausgangssignal an der Ausgangselektrodengruppe erhalten wird.

Bei der oben beschriebenen Anordnung ändert sich die Richtung bzw. Ausbreitungsrichtung der Vibrationen beim Übergang von der Eingangselektrodengruppe zur Ausgangselektrodengruppe nicht, so daß sie einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Andererseits sind die

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Vibrationen auf den Keramikbereich beschränkt, so daß es möglich ist, derartige keramische Filter als Bausteinkomponenten (Chip-Komponenten) auszubilden bzw. zu verwenden.
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Das keramische Filter nach der Erfindung kann insgesamt gleichförmig in einer Richtung oder vorzugsweise, um einen möglichst großen Anteil der Vibrationsenergie einzufangen, nur teilweise polarisiert sein.

Darüberhinaus können die keramischen Schichten, die zwischen benachbarten internen Elektroden der jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangselektrodenanordnungen liegen, so polarisiert sein, daß benachbarte keramische Schichten einander entgegengesetzt in Richtung der Dicke des keramischen Filters polarisiert sind.

Ferner kann jede interne Elektrode aus einer Vielzahl von Teilelektroden bestehen, wobei erste und zweite benachbarte Teilelektroden einer internen Elektrode wenigstens zum Teil einer benachbarten dritten Elektrode gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei zwischen der dritten Elektrode und den Teilelektroden eine keramische Schicht liegt.

Die piezoelektrische Keramik kann außerdem in einer Richtung polarisiert sein, die unter rechtem Winkel zur Dicke der piezoelektrischen Keramik verläuft, das heißt parallel zu den keramischen Schichten zwischen den einzelnen internen Elektroden bzw. senkrecht zu ihrer Stapelrichtung.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Keramikfilters vom Mehrschichttyp nach dem Stand der Technik,

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Mnrata- ---PP 2-5-4 4"

- 12 -

Figur 2

Figur 3 5

Figur 4

10 Figur 5

Figur 6

Figur 7

15

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Figur 8

Figur 9

Figur 10

25 Figur 11

Figur 12

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Figur 13

35 Figur 14

3432T33

den schematischen Aufbau eines anderen Keramikfilters vom Mehrschichttyp nach dem Stand der Technik,

eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus eines Keramikfilters nach der Erfindung,

eine perspektivische Ansicht einer Keramik für ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

eine perspektivische Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels mit der Keramik nach Figur 4, eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels nach Figur 6,

eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels nach Figur 7,

eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, wobei die Keramik teilweise polarisiert ist, eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels nach Figur 10,

eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramik für ein fünftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, eine perspektivische Ansicht des fünften Ausfuhrungsbeispxels nach der Erfindung mit einer piezoelektrischen Keramik nach Figur 12,

eine graphische Darstellung der Impedanz-Frequenzcharakteristik des piezoelektrischen Filters nach dem Ausführungsbeispiel der

TER MEER ■ MÖLLER · STEINMEISTER Murata.. - .TP 23A~£..'

Figur 13,

Figur 15 eine graphische Darstellung der Dämpfungs-Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels nach Figur 13,

Figur 16 eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

Figur 17 eine schematische Teilansicht zur Erläuterung der Anordnung einer Elektrodengruppe in einem siebten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung,

Figur 18 eine graphische Darstellung der Impedanz-Frequenzcharakteristik des Resonators nach Figur 17,

Figuren 19 und 20 schematische Ansichten von Ab-Wandlungen des siebten Ausführungsbeispiels

nach der Erfindung, wobei die Zahl der in Reihe geschalteten Kapazitäten zwischen den internen Elektroden unterschiedlich ist,

Figur 21 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer ersten Methode, nach der

die piezoelektrische Keramik im siebten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung polarisiert wird.

Figuren 22 bis 25 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Methode zur

Polarisierung der piezoelektrischen Keramik entsprechend der Erfindung und zur Erläuterung derjenigen Schritte, die zur Bildung einer Elektrodengruppe dienen, Figur 26 eine schematische Teilansicht des siebten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

Figur 27 eine perspektivische Ansicht einer piezoelektrischen Keramik für ein achtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, wobei eine kohlenstoffhaltige Paste zum Bedrucken

der Keramik verwendet worden ist,

Figur 28 eine perspektivische Ansicht der Keramik

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10

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Figur 29

Figur 30

Figur 31

Figur 32

Figur 3 3

Figur 34

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Figuren 3

Figur 3 7

Figur 38

Figur 3 9

nach Figur 27, welche nunmehr gebrannt und mit weiteren Elektroden versehen ist, eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Vorgangs, wie das Metall zur Bildung internen Elektroden in die dafür vorgesehenen Ausnehmungen in der piezoelektrischen Keramik nach Figur 28 eingebracht wird, eine perspektivische Darstellung einer piezoelektrischen Keramik mit internen Elektroden, wie sie durch die in den Figuren 27 bis 29 erläuterten Schritte erhalten wird, eine Frontansicht des achten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, bei dem externe Elektroden auf der piezoelektrischen Keramik nach Figur 3 0 angeordnet sind, eine graphische Darstellung der Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels nach Figur 31,

eine Darstellung zur Erläuterung des Einflusses sogenannter Dreifach-Übergangsechos (T.T.E.-Echos),

eine perspektivische Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, bei dem keine Dreifach-Übergangsechos, wie in der Figur 33 gezeigt, auftreten, und 36 eine Teilansicht bzw. eine Bodenansicht zur Erläuterung eines zehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, eine Teilansicht zur Erläuterung eines elften Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Beziehung zwischen einem Neigungswinkel θ und dem Reflektionskoeffizienten im Ausführungsbeispiel nach der Figur 37, eine schematische Frontansicht einer Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach

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— - 15 -

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Figur 37,

Figur 40 eine Teilansicht zur Erläuterung eines zwölften Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

eine Teilansicht zur Erläuterung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

eine Teilansicht zur Erläuterung eines vierzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

ein Schaltdiagramm zur Erläuterung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

eine perspektivische Teilansicht zur Darstellung der konkreten Ausbildung des fünfzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindunc eine schematische Teilansicht zur Darstellung eines sechzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung mit gewichteten Elektroden, eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung der Herstellung der Struktur nach Figur 45, eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels mit gewichteten Elektroden, ein perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Konstruktionsweise der

Struktur nach Figur 47,

Figuren 49 und 50 eine Front- und eine Seitenansicht (rechtshändige Ansicht) zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels mit gewichteten Elektroden,

Figur 51 eine Perspektivdarstellung, die zeigt, wie keramische Plättchen bzw. Schichten in den Strukturen gemäß der Figuren 49 und 50 übereinandergestapelt sind, und Figur 5 2 eine schematisch dargestellte Perspektivansicht zur Erläuterung eines vierten Aus-

3 Figur	10	Figur	15	Figur	41
Figur	Figur	20 Figur	42
Figur
Figur	43
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führungsbeispiels mit gewichteten Elektroden.

Die Figur 3 zeigt eine schematisch dargestellte Teilansicht zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Danach sind innerhalb einer piezoelektrischen Keramik 8 eine Eingangselektrodengruppe 9 und eine Ausgangselektrodengruppe 10 in einem vorbestimmten Abstand voneinander in Richtung der Dicke des keramischen Material einander überlappend angeordnet.

Die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen 9 und besitzen jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden 9a_r9b,...9g und 10a,10b,...10g, die ebenfalls in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 8 einander überlappend angeordnet sind, wobei zwischen jeweils benachbarten internen Elektroden eine keramische Schicht liegt. Mit Hilfe einer so aufgebauten Anordnung wird erreicht, daß durch eine an die Eingangselektrodengruppe 9 angelegt Spannung Volumenschwingungen erzeugbar sind, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 8, wie durch den Pfeil A angegeben, ausbreiten und die Ausgangselektrodengruppe 10 erreichen, wobei von dieser Ausgangselektrodengruppe 10 ein Ausgangssignal erhalten wird. Die Volumenschwingungen bzw. Festkörpervibrationen erreichen somit auf direktem Wege die Ausgangselektrodengruppe 10, ohne daß hier ein Richtungswechsel stattfinden müßte, wie er im Zusammenhang mit den konventionellen keramischen Filtern nach den Figuren 1 und 2 diskutiert worden ist. Das keramische Filter nach der Erfindung besitzt daher einen sehr großen Wirkunggrad. Es wird im nachfolgenden detailliert beschrieben.

Die Figur 4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine piezoelektrische Keramik vom Mehrschichttyp, wie sie in einem ersten Ausführungsbeispiel eines keramischen

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, MnratB —-FP 23 44-

Filters nach der Erfindung verwendet wird. Die Keramik 11 vom Mehrschichttyp wird dadurch erhalten, daß man auf eine Anzahl von unbedruckten keramischen Tafeln bzw. Plättchen eine Paste zur Bildung interner Elektroden aufträgt und die Plättchen bzw. Tafeln aufheizt. Das piezoelektrische keramische Material kann beispielsweise ein Blei-Zirkonat-Titanat-System, ein reines Titanatsystem, ein Barium-Titanat oder ein andere geeignete Komponenten enthaltendes System

IQ sein, wobei diese modifizierten Systeme Additive bzw. Zusätze enthalten. Pasten zur Bildung der internen Elektroden können Palladium, Silber-Palladium-Legierungen und andere hochschmelzende Metalle bzw. Legierungen enthalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das piezoelektrische keramische Material aus dem System Pb_{n QI}-La_n -ι^Τ;*-^ο·5 + 0,5 Gew.-% MnO₂. Die leeren keramischen Plättchen wurden durch Mischung eines kalzinierten Puders der zuvor erwähnten Zusammensetzung mit einem Binder und entsprechender Formgebung des so erhaltenen Produktes gebildet. Sie wurden anschließend mit einer Palladium-Paste zur Bildung interner Elektroden bedruckt, zusammengepreßt und bei zirka 1200⁰C für etwa zwei Stunden gesintert, wodurch die Keramik 11 vom Mehrschichttyp erhalten wurde. Nach Aufbringung von Polarisationselektroden 12 und 13 auf ihre obere und untere Fläche wurde sie einem Polarisationsprozeß unterworfen, um in ihr eine Polarisation in Richtung ihrer Dicke zu erzeugen, die in Figur 4 durch den

3Q Pfeil P angegeben ist. Die Polarisationsrichtung P verläuft also senkrecht zu den keramischen Schichten bzw. zu denjenigen Ebenen, in denen die internen Elektroden angeordnet sind. Wie aus Figur 4 klar ersichtlich ist, bilden die internen Elektroden zwei Elektrodengruppen 14 und 15. Sie besitzen nach diesem Ausführungsbeispiel jeweils fünf interne Elektroden 14a,...,14e bzw. 15a,...,15e, wobei der

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Abstand zwischen benachbarten internen Elektroden etwa 200 μΐη beträgt. Der Abstand zwischen den Elektrodengruppen 14 und 15, bzw. der Abstand zwischen den internen Elektroden 14e und 15a beläuft sich dabei auf ca. 1 mm. Die internen Elektroden 14a, ...,14e und 15a,...,15e der Elektrodengruppen 14 und 15 sind abwechselnd in Richtung der seitlichen Oberflächen 16 und 17 nach außen geführt. Aus diesem Grunde bilden die internen Elektroden 14a, ..., 14e und 15a, ..., 15e sogenannte Interdigitalelektroden, die parallel geschaltet sind.

Die seitlichen Oberflächen 16 und 17 der piezoelektrischen Keramik 11 sind mit Eingangselektroden 21 und 22 sowie mit Ausgangselektroden 23 und 24 versehen, so daß ein keramisches Filter entsprechend der Figur 5 erhalten wird. In diesem Fall bildet die Elektrodengruppe 14 die Eingangselektrodengruppe, während die Elektrodengruppe 15 die Ausgangselektrodengruppe darstellt. Selbstverständlich könnte auch die Elektrodengruppe 14 ausgangsseitig und die Elektrodengruppe 15 eingangsseitig angeordnet sein. Wird bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 eine Spannung an die externen Eingangselektroden 21 und gelegt, so beginnt die Eingangselektrodengruppe 14 in Richtung der Dicke der Keramik 11 zu schwingen, so daß elastische Welle aufgrund dieser Schwingungen bzw. Vibrationen in Richtung der Dicke der Mehrschichtkeramik 11 auf die Ausgangselektrodengruppe 15 zu transmittiert werden. Diese elastischen Wellen regen die internen Elektroden 15a,...,15e der Ausgangselektrodengruppe 15 ebenfalls zu Schwingungen an, so daß ein Ausgangssignal an den externen Ausgangselektroden 23 und 24, die mit der Ausgangselektrodengruppe 15 verbunden sind, erhalten wird. Da keine Richtungsänderung der Schwingungen zur Anregung der Ausgangselektrodengruppe 15 erforderlich ist, besitzt das keramische Filter nach der Figur 5 einen

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wesentlich höheren Wirkungsgrad als diejenigen konventionellen Filter, die in den Figuren 1 und 2 beschrieben worden sind. Da weiterhin keine unnötigen Vibrationen aufgrund von Quereffekten stattfinden, treten störende Schwingungen im Ausgangssignal praktisch nicht auf. In den Elektrodengruppen 14 und 15 der Mehrschicht-Keramik 11 werden die Vibrationen darüberhinaus in einem Bereich angeregt bzw. konzentriert, der im Überlappungsbereich der internen Elektroden 14a bis 14e bzw. der internen Elektroden 15a bis 15e liegt, so daß die seitlichen Oberflächen 16 und 17 der Keramik 11 zur Fixierung herangezogen werden können und auf diese Weise die Bildung von bausteinförmigen Komponenten (Chip-Komponenten) möglich ist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Frequenzdurchlässigkeitsbereich leicht und ohne Änderung des keramischen Materials verschoben werden.

Hierzu genügt eine Änderung der Dicke der unbedruckten Plättchen zur Bildung der Mehrschicht-Keramik 11, so daß sich der Abstand zwischen den internen Elektroden der jeweiligen Elektrodengruppen ändert. Dies hat zur Folge, daß sich ebenfalls die Frequenz der hindurchgelassenen akustischen Wellen ändert. Wenn "v" die Schallgeschwindigkeit, "f" die Frequenz der hindurchgelassenen Schallwellen, . "λ" ihre Wellenlänge und "t" die Dicke einer jeden Schicht ist, gilt folgende Relation:

30

ν = fλ = f - 2t (1)

Ist die Schallgeschwindigkeit "v" konstant, so kann die Frequenz "f" durch Änderung der Dicke "t" variiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel betrug die Schallgeschwindigkeit der Volumenwellen im vorhandenen Material system etwa 5200 m/sek. Wie leicht

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zu erkennen ist, kann darüberhinaus durch Änderung des Abstandes zwischen den Elektrodengruppen 14 und 15 in Figur 5 die Verzögerungszeit in einfacher Weise geändert werden, so daß die diskutierte Anordnung auch als Verzögerungselement benutzt werden kann. Im folgenden v/erden weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung auf der Basis aktueller Daten beschrieben.

In der Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung dargestellt. In diesem Fall besitzen die beiden Elektrodengruppen 34 und 35 jeweils sechs interne Elektroden 34a bis 34f bzw. 35a bis 35f, wobei Elektroden 36a, 36b und 36c zwischen den Elektrodengruppen 34 und 35 angeordnet sind. Die Elektrodengruppen 34 und 35 sind mit externen Elektroden 21, 22 bzw. 23, 24 verbunden, wie bereits anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5 beschrieben worden ist. Da die Elektrodengruppen 34 und 35 nach Figur 6 jeweils sechs Elektroden 34a bis 34f bzw. 35a bis 35f umfassen, belauft sich die Anzahl der Elektrodenpaare "n" zu:

2n + 1 = 6 (2)

Somit ist η gleich 2,5. Die Frequenzcharakteristik dieses Ausführungsbeispiels ist in Figur 8 gezeigt. Wie daraus klar hervorgeht, ist der scheinbare bzw. Störpegel sehr klein.

Die Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausfuhrungsbeispiels nach der Erfindung. In diesem Fall sind zwei Elektrodengruppen 44 und 45 vorgesehen, die jeweils sieben interne Elektroden 44a bis 44g und 45a bis 45g besitzen, wobei eine einzige Elektrode 46 zwischen den Elektrodengruppen 44 und 45 angeordnet ist. Dieses Ausführungsbeispiel

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unterscheidet sich von dem in Figur 6 dargestellten nur dadurch, daß die Anzahl der internen Elektroden pro Elektrodengruppe größer ist. Dagegen ist die Anzahl der Elektroden zwischen den Elektrodengruppen kleiner. Ansonsten sind beide Ausführungsformen gleich. Da die Elektrodengruppen 44 und 45 jeweils sieben interne Elektroden 44a bis 44g und 45a bis 45g besitzen, ergibt sich die Anzahl der Elektrodenpaare "n" gemäß folgender Gleichung

10

2n + 1 = 7 (3)

zu η = 3. Die Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 7 ist in Figur 9 dargestellt. Ein Vergleich zwischen den Frequenzcharakteristika gemäß den Figuren 8 und 9 zeigt, daß die Breite des Frequenzdurchlaßbereichs durch Änderung der Anzahl der Elektrodenpaare leicht verändert werden kann.

wie sich aus der Beschreibung zum zweiten und dritten - Ausf.ührungsbeispiel (Figuren 6, 7) ergibt, sind die Elektroden 36a bis 36c und 46 nicht mit den jeweiligen externen Elektroden verbunden. Sie müssen auch nicht zwischen den externen Elektroden angeordnet sein, wie das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 5 zeigt, bei dem zwischen den Elektrodengruppen 14 und 15 keine derartigen Elektroden liegen.

Um Reflektionen von induzierten Volumenschwingungen an den Endflächen, zum Beispiel 12 und 13 in Figur zu unterdrücken, sind diese Endflächen an von den Elektrodengruppen entfernten Positionen angeordnet und darüberhinaus wellenartig moduliert, wobei die Modulationswellenlänge gleich oder größer als die Wellenlänge der Volumenschwingung bzw. der Abstand der internen Elektroden innerhalb der Elektroden-

TER MEER · MÖLLER ■ STEINMEISTER Murata ~ FP 234:4"

gruppen ist. Darüberhinaus können die Endflächen gegenüber den Elektroden auch geneigt sein, so daß unerwünschte Störkomponenten reduziert werden.

In der Figur 10 ist eine perspektivische Ansicht eines keramischen Filters 41 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses keramische Filter 41 besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie das in Figur 6 gezeigte Filter, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, Die piezoelektrische Keramik dieses Filters 41 ist jedoch nur in Teilbereichen, und nicht insgesamt einem Polarisationsprozeß unterworfen worden. Dies wird dadurch erreicht, daß Polarisationselektroden nur in entsprechenden Teilbereichen der Endflächen 42, 43 der piezoelektrischen Keramik 41 sowie in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik übereinanderliegend angeordnet werden, was beispielsweise durch den schraffierten Teil 44 auf der Endfläche 42 dargestellt ist. Durch einen geeigneten Polarisationsprozeß wird die Keramik dann im Überlappungsbereich der Polarisationselektroden polarisiert. Im Beispiel nach der Figur 10 entspricht die Breite der durch den schraffierten Teil 44 dargestellten Polarisationselektroden der Ausdehnung des Überlappungsbereichs der internen Elektroden 3 4a bis 34f bzw. 35a bis 35f, die die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen 34 und 35 bilden, so daß also die Keramik in diesem Überlappungsbereich der internen Elektroden polarisiert ist. Da die Keramik nur in diesem Überlappungsbereich der internen Elektroden zu Vibrationen angeregt wird, lassen sich diese besonders vollständig einfangen bzw. erfassen, was praktisch zur weitgehenden Vermeidung von Störkomponenten im Ausgangssignal führt.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER _Murata ---FP-^234'4--"~ ^-^: ''- '"

In der Figur 11 ist die Dämpfungs-Frequenzcharakteristik des keramischen Filters 41 nach Figur 10 dargestellt. Wird Figur 11 mit Figur 8 verglichen, welche die Dämpfungs-Frequenzcharakteristik des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 6 zeigt, so ist zu erkennen, daß im Frequenzdurchlaßbereich des keramischen Filters keine unerwünschten Schwingungen bzw. Vibrationen mehr auftreten und somit ein weiterer Fortschritt erzielt ist.

10

Wie bereits erwähnt, braucht die Keramik nach Figur nur in denjenigem Teil polarisiert zu werden, in dem sich die internen Elektroden 34a bis 34f und 35a bis 35f überlappen. Eine weitere Ausdehnung oder Verringerung des zu polarisierenden Bereichs ist nicht angezeigt.

In der Figur 12 ist eine perspektivische Ansicht eines keramischen Filters nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. In diesem Fall sind die rechte und linke seitliche Fläche der piezoelektrischen Keramik 51 mit Polarisationselektroden 5 4 und 55 versehen, mit deren Hilfe die Keramik 51, die interne Elektroden 5 2a bis 5 2e bzw. 53a bis 53e besitzt, polarisiert wird. Bei diesem Polarisationsprozeß werden die keramischen Schichten zwischen den internen Elektroden 52a bis 52e bzw. 53a bis 5 3e in jeweils entgegengesetzter Richtung polarisiert, wie durch die Pfeile angedeutet ist. Hierzu sind die internen Elektroden mit den Polarisationselektroden 5 4 und 55 verbunden.

Wie in Figur 13 dargestellt, werden anschließend die obere und untere Fläche der piezoelektrischen Keramik 51 mit Elektroden 5 6 und 57 versehen. Diese Elektroden 56 und 57 liegen oberhalb bzw. unterhalb

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sowie parallel zu den internen Elektroden 52a bis 52e bzw. 53a bis 53e und überlappen diese. Die Elektrode 56 sowie die internen Elektroden 52a bis 52e bilden somit eine erste Elektrodengruppe, während die internen Elektroden 53a bis 53e gemeinsam mit der Elektrode 57 eine zweite Elektrodengruppe darstellen. Danach werden die Polarisationselektroden 54 und 55 mit Hilfe eines Schneid- oder Schleifprozesses entfernt und externe Elektroden 5 8 und 59 als Abgriff für die Elektroden 52e und 53a an einer Seite der piezoelektrischen Keramik 51 angebracht. Auf diese Weise wird das in Figur 13 dargestellte Filter mit in Reihe geschalteten Elektroden erhalten.

Bei diesem Filter wird die obere Elektrodengruppe als Eingangselektrodengruppe benutzt, indem eine Spannung an die Elektrode 56 und die interne Elektrode 52e angelegt wird. Auf diese Weise werden durch die obere Elektrodengruppe Vibrationen bzw. Volumenschwingungen in vertikaler Richtung erzeugt, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 51 ausbreiten und die untere Elektrodengruppe erreichen, so daß ein Ausgangssignal zwischen der Elektrode 57 und der internen Elektrode 5 3a erhalten wird. Die Dickenrichtung der piezoelektrischen Keramik 51 stimmt hierbei mit der Polarisationsrichtung des keramischen Materials zwischen den einzelnen internen Elektroden überein bzw. verläuft senkrecht zu den Ebenen, in denen die Elektroden 56, 57 bzw. die internen Elektroden angeordnet sind.

Da im Gegensatz zum keramischen Filter nach Figur 2 kein Richtungswechsel der Vibrationen bzw. Schwingungen zur Anregung der unteren Elektroden erforderlich ist, besitzt das in Figur 13 dargestellte Filter einen sehr hohen Wirkungsgrad. Auch treten keine unerwünschten und durch den Quereffekt hervorgerufenen Vibrationen auf, so daß der Störpegel des Ausgangs-

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signals sehr klein ist. Darüberhinaus sind nur die Elektroden 56, 52e, 53a und 57, die an gegenüberliegenden äußeren Seiten der jeweiligen Elektrodengruppen liegen, nach außen geführt, so daß die Elektroden jeweils einer Elektrodengruppe nicht parallel entsprechend den Fig. 1,5, sondern in Reihe geschaltet sind. Hierdurch können selbst bei einer hohen Anzahl von Elektroden zur Erzeugung bzw. Ausnutzung von Schwingungsmoden in einem hohen Frequenzbereich zu scharfe Abnahmen der Impedanz vermieden werden, so daß keine Probleme bei der Impedanzanpassung auftreten.

Die Figuren 14 und 15 zeigen die Impedanz-Frequenzcharakteristik bzw. die Dämpfungs-Frequenzcharakteristik des keramischen Filters nach Figur Zum Vergleich sind in diesen Figuren die entsprechenden Verhältnisse bei einem keramischen Filter, bei dem die internen Elektroden parallel geschaltet sind, durch gestrichelte Linien eingezeichnet. Es sei zusäztlich noch darauf hingewiesen, daß sich die Anzahl der Elektrodenpaare bei dem keramischen Filter nach Figur 13 gemäß der Gleichung

2n + 1 = 10 (3)

25

zu η = 4,5 ergibt.

Ein sechstes Ausführungsbeispiel eines keramischen Filters nach der Erfindung ist in Figur 16 dargestellt. Zusätzlich zu dem Ausführungsbeispiel nach Figur 13 sind bei diesem Filter eine oder mehrere interne Elektroden 6 0 zwischen den Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen angeordnet. Das keramische Filter nach Figur 16 kann entsprechend dem Filter nach Figur 13 hergestellt werden, indem eine piezoelektrische Keramik mit einer Anzahl von internen Elektroden versehen wird, die parallel zueinander

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Γ7Π 3432Τ33

liegen und sich gegenseitig überlappen. Jeweils mehrere interne Elektroden werden zu Elektrodengruppen zusammengefaßt. Pro Elektrodengruppe sind zwei mit äußeren Anschlüssen verbundene Elektroden vorgesehen, die eine Anzahl von keramischen Schichten einschließen, welche durch interne Elektroden unterteilt sind. Werden weiterhin die internen Elektroden 60 in Figur 16 geerdet, so können Streukapazitäten unterdrückt werden.

10

Die Figuren 17 bis 26 dienen zur Erläuterung eines siebten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. Das entsprechende keramische Filter dient ebenso wie die keramischen Filter des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels zur Erhöhung der Impedanz.

In der Figur 17 ist in schematischer Darstellung eine Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppe eines keramischen Filters nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die internen Elektroden 114a bis 119a und 114b bis 119b überlappen sich in bestimmter Weise in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik und sind in drei oder mehreren Schichten, zum Beispiel sechs Schichten angeordnet. Zwischen diesen Elektrodenschxchten befinden sich Keramikschichten 120 bis 124 aus piezoelektrischem Material. Diese Keramikschichten 120 bis 124 werden durch Körper gebildet, die mit den zwischen ihnen jeweils liegenden Elektroden 115a bis 118a und 115b bis 118b gesintert sind·. Die Bildung der keramischen Schichten und der internen Elektroden erfolgt in gleicher Weise und mit dem gleichen Material wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 4 und 5 beschrieben worden ist.

Bestehen die an den äußeren Seiten liegenden Elektroden 114a, 114b, 119a und 119b aus Palladium

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- 27 -

oder einer Silber-Palladium-Legierung, so oxidieren diese leicht, wenn sie einer hohen Temperatur ausgesetzt werden, wobei ihr Widerstand ansteigt. Aus diesem Grunde ist es vorzuziehen, die Elektroden 114a, 114b, 119a und 119b durch geeignete keramische Schichten vor dem Brennen abzudecken oder erst nach dem Brennen die Elektroden 114a, 114b, 119a und 119b aufzubringen, beispielsweise durch geeignetes Aufheizen oder Backen einer Silberpaste.

10

Wie bereits beschrieben, sind die jeweiligen Elektroden für die entsprechenden Schichten mit externen Anschlußklemmen 125 und 126 verbunden. Genauer gesagt ist die externe Anschlußklemme 125 mit den Elektroden 114a, 116a und 118a verbunden, während die externe Anschlußklemme 126 mit den Elektroden 115a, 117a und 119a verbunden ist.

Bei diesem siebten Ausführungsbeispiel des keramischen Filters nach der Erfindung sind diejenigen Elektroden, die in Schichten liegen, in denen sich die mit den äußeren Anschlußklemmen bzw. Anschlußelektroden verbundenen internen Elektroden erstrecken, Teilelektroden. Mit den externen Elektroden sind im vorliegenden Fall die internen Elektroden 114a bis 119a verbunden, so daß auch alle weiteren in den jeweiligen Elektrodenschichten liegenden Elektroden Teilelektroden sind. Beispielsweise sind die internen Elektroden 114a und 114b Teilelektroden.

30

Von den zuvor erwähnten Teilelektroden sind erste und zweite benachbarte bzw. aneinander angrenzende Teilelektroden wenigstens teilweise einer dritten Elektrode gegenüberliegend angeordnet, die von den ersten und zweiten Elektroden durch eine piezoelektrische Keramikschicht getrennt ist. Erste und

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zweite aneinander angrenzende Elektroden sind zum Beispiel die Teilelektroden 114a und 114b, während eine zu ihnen benachbarte dritte Elektrode die Elektrode 115b ist, die von ihnen durch die piezoelektrische Keramikschicht 120 getrennt ist. Diese Elektrodenkonstellation aus erster, zweiter und dritter Elektrode tritt mehrfach auf. Bilden beispielsweise die Elektroden 115a und 115b die erste bzw. zweite Elektrode, so ist die dritte Elektrode die zuvor erwähnte Elektrode 114b, während gleichzeitig auch die Elektrode 116b eine dritte Elektrode darstellt, da sie auch wenigstens teilweise die Elektroden 115a und 115b bedeckt und von ihnen durch die piezoelektrische Keramikschicht 121 getrennt ist.

15

Aufgrund der zuvor erwähnten Anordnung wird durch eine aufeinanderfolgende Verbindung von erster Elektrode, piezoelektrischer Keramikschicht, dritter Elektrode, piezoelektrischer Keramikschicht und zweiter Elektrode eine Reihenschaltung von Kapazitätsbildungsteilen bzw. eine Reihenkapazität erhalten. Eine keramische Schicht als solche besitzt sowohl dielektrische als auch piezoelektrische Eigenschaften, so daß durch sie, wenn sie zwischen Elektroden angeordnet ist, eine Kapazität gebildet wird. Eine Reihenkapazität der zuvor erwähnten Art umfaßt beispielsweise die Elektrode 114a als erste Elektrode, die piezoelektrische Keramikschicht 120, die Elektrode 115b als dritte Elektrode, die piezoelektrische Keramikschicht 120 und die Elektrode 114b als zweite Elektrode. Zusätzlich umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel die Reihenkapazität die Elektrode 114b, die auch als dritte Elektrode dient, die piezoelektrische Keramikschicht 120 und die Elektrode 115a.

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Die piezoelektrischen Schichten sind in Richtung der Dicke des Keramikfilters polarisiert. Dabei sind diejenigen Teile der piezoelektrischen Keramik, die zwischen den ersten und dritten Elektroden liegen, entgegegesetzt zu denjenigen Teilen polarisiert, die zwischen den zweiten und dritten Elektroden angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, sind die Schichten 120 bis 124 in Richtung der Dicke der dielektrischen Keramik polarisiert. Bei der Keramikschicht 120 ist beispielsweise derjenige Teil, der zwischen der ersten Elektrode 114a und der dritten Elektrode 115b liegt, in Richtung des angegebenen Pfeils und entgegengesetzt zu demjenigen Teil der Schicht 120 polarisiert, der zwischen der zweiten Elektrode 114b und der dritten Elektrode 115b liegt. Die genannten Teile der piezoelektrischen Keramikschicht 120 sind somit abwechselnd entgegengesetzt polarisiert.

Wird ein elektrisches Feld an die externen Anschlußklemmen 125 und 126 gelegt, wie beispielsweise in Verbindung mit Figur 7 beschrieben, und erhält die externe Anschlußklemme 125 positives Potential bzw. die externe Anschlußklemme 126 negatives Potential, so werden alle Teile der piezoelektrischen Keramikschichten 120, 122 und 124 zusammengezogen, während alle Teile der piezoelektrischen Keramikschichten und 12 3 expandieren. Das bedeutet, daß gegenseitig entgegengesetzte Verschiebungen der piezoelektrischen Keramikschichten an gegenüberliegenden Seiten irgendeiner Elektrodenschicht auftreten. Sind daher beispielsweise drei in Reihe geschaltete Kapazitäten wie oben erläutert, zwischen den externen Anschlußklemmen 125 und 126 vorhanden, so wird dadurch die Kapazität herabgesetzt und die Impedanz erhöht.

35

In der Figur 18 ist die Impedanz-Frequenzcharakteristik der Anordnung nach Figur 17 durch die Kurve S ange-

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geben. Diese Kurve S liegt bei höheren Impedanzwerten als die Kurve T, die zu einer Anordnung gehört, bei der die internen Elektroden nicht in Teilelektroden unterteilt sind.
5

Die Figuren 19 und 20 zeigen Modifikationen des siebten Ausführungsbeispiels, die sich von diesem dadurch unterscheiden, daß sie eine veränderte Anzahl von in Reihe geschalteten Kapazitäten besitzen. Darüberhinaus weisen sie nur zwei Elektrodenschichten auf, zwischen denen eine piezoelektrische Keramikschicht angeordnet ist.

Nach Figur 19 liegen in einer Elektrodenschicht zwei Elektroden 127a und 127b, während in einer anderen Elektrodenschicht nur die Elektrode 128 liegt. Zwischen beiden Elektrodenschichten ist eine piezoelektrische Keramikschicht 129 angeordnet. Mit den Elektroden 127a und 127b sind jeweils externe Anschlußklemmen 130 und 131 verbunden. Die Pfeile in der piezoelektrischen .Keramikschicht 129 geben die Polarisationsrichtung der entsprechenden Schichtbereiche an. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die mit den externen Anschlußklemmen 130 und 131 zu verbindenden Elektroden die Elektroden 127a und 127b, welche Teilelektroden darstellen. Deswegen bildet die Elektrode 127a eine erste Elektrode, die Elektrode 127b eine zweite Elektrode und die Elektrode 128 eine dritte Elektrode. Die dritte Elektrode 128 ist nicht mit einer externen Anschlußklemme verbunden und bildet daher keine Teilelektrode.

Nach Figur 20 sind vier in Reihe geschaltete Kondensatoren gebildet. Bei dieser Ausführungsform liegen in einer Elektrodenschicht drei Elektroden 132a, 132b und 13 2c, während in einer anderen Elektrodenschicht

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zwei Elektroden 133a und 133b angeordnet sind. Zwischen den jeweiligen Elektrodenschichten befindet sich eine piezoelektrische Keramikschicht 134. Durch die Pfeile ist wiederum angedeutet, in welcher Richtung die einzelnen zwischen den Elektroden liegenden Keramikbereiche polarisiert sind. Die Elektrode 132a ist mit der externen Anschlußklemme 135 und die Elektrode 132c mit der externen Anschlußklemme 136 verbunden. Die Elektroden derjenigen

XO Schicht, in der sich die mit den externen Anschlußklemmen 135 und 136 zu verbindenden Elektroden erstrecken, sind Teilelektroden. Dies sind also im vorliegenden Fall die Elektroden 132a, 132b und 132c. Auch die Elektroden 133a und 133b, die nicht mit externen Anschlußklemmen verbunden sind, sind Teilelektroden. Dies steht jedoch nicht im Gegensatz zur Anspruchsfassung, da nicht ausgeführt ist, daß Elektroden, die nicht mit externen Anschlußklemmen verbunden sind, keine Teilelektroden sein können.

20

Wie die Figuren 19 und 20 schon andeuten, kann die Anzahl der in Reihe geschalteten Kapazitäten beim siebten Ausführungsbeispiel willkürlich und im Hinblick auf einen gewünschten Impedanzwert gewählt werden.

Im folgenden werden die Verfahren zur Polarisierung bzw. zur Ausbildung der externen Anschlußklemmen im Zusammenhang mit dem in Figur 17 dargestellten Filter näher erläutert.

Nach Figur 17 besitzen die piezoelektrischen Keramikschich'ten 120 bis 125 lokal unterschiedlich orientierte Polarisationsrichtungen. Aus diesem Grunde reicht es nicht aus, nach Sinterung einfach nur ein hohes elektrisches Gleichfeld an die Elektroden anzulegen, um den gewünschten Polarisations-

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zustand zu erzeugen. Vielmehr ist hierzu ein anderes Verfahren erforderlich.

Zunächst wird jede piezoelektrische Keramikschicht zur Erzeugung polarisierter Bereiche gemäß einem anhand der Figur 21 erläuterten Verfahren behandelt. Soll beispielsweise die piezoelektrische Keramikschicht 121 polarisiert werden, so wird die Elektrode 116a mit einem positiven Potential verbunden, während ein negatives Potential an die Elektrode 115a gelegt wird, wodurch ein elektrisches Feld der Reihe nach zwischen den Elektroden 116a, 115b, 116b und 115a erzeugt wird, so daß entsprechend entgegengesetzte Polarisationsrichtungen erhalten werden.

15

Eine andere mögliche Methode besteht, wie in Figur dargestellt, darin, Schlitze in zwei Elektroden zu deren Trennung einzubringen, die an gegenüberliegenden Seiten einer piezoelektrischen Keramikschicht angeordnet sind. In dem in Figur 22 dargestellten Bereich besitzen die Elektroden 114b und 115b jeweils Schlitze 137. An beiden Seiten und in der Nähe jedes Schlitzes 137 sind Ausführungsbereiche 138a und 138b vorgesehen, die sich bis zur Kante der jeweiligen piezoelektrischen Keramikschicht 120 bzw. 121 erstrecken. Derartige Anordnungen sind ebenfalls in den anderen Elektroden vorgesehen.

In der Figur 23 sind mehrere der in der Figur 22 dargestellten Elektroden übereinandergeschichtet abgebildet. Wie der Figur 23 deutlich zu entnehmen ist, gibt es drei getrennte Elektrodensätze, deren Elektroden jeweils in Richtung der Dicke der dielektrischen Keramik übereinanderliegend angeordnet sind. Wird daher an jeden Elektrodensatz, wie dargestellt, eine Spannung angelegt, so können die piezo-

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elektrischen keramischen Schichten 120 bis 124 in gewünschter Weise polarisiert werden, wie durch die die Polarisationsrichtung angebenden Pfeile gezeigt ist.
5

In der Figur 24 ist ein die Elektrodengruppen nach Fig. 23 enthaltender gesinterter Körper 139 nach erfolgter Polarisationsbehandlung in perspektivischer Ansicht dargestellt.
10

Die Oberflächen des gesinterten Körpers 139 sind, wie in Figur 25 abgebildet, mit zwei Verbindungelektroden 140a und 140b sowie mit den zuvor erwähnten externen Anschlußklemmen bzw. Anschlußelektroden 125 und 126 versehen. Wie den Figuren 24 und 25 zu entnehmen ist, sind die Ausgangsbereiche 138a mit der Verbindungselektrode 140a und die Ausgangsbereiche 138b mit der Verbindungselektrode 140b verbunden. Hierdurch wird der durch die Schlitze 137 herbeigeführte getrennte Zustand der Elektroden 114b bis 119b nach Beendigung des Polarisationsprozesses wieder aufgehoben. Durch die externen Elektroden 125 und 126 wird dann der bereits in Figur 17 dargestellte elektrische Schaltzustand erhalten.

25

In der Figur 26 ist ein keramisches Filter nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der gerade erläuterten Elektrodenanordnung abgebildet. Dabei sind zwei Elektrodengruppen vorgesehen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 17 bis 25 diskutiert worden sind. Die beiden Elektrodengruppen 147 und 148 sind innerhalb der Keramik angeordnet und besitzen einen vorbestimmten Abstand voneinander in Richtung der Dicke der Keramik.

35

Anhand der Figuren 27 bis 32 wird ein achtes Aus-

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führungsbeispiel eines keramischen Filters nach der Erfindung erläutert. Bei diesem keramischen Filter werden Dicken-Scherschwingungen ausgenutzt und keine longitudinalen Dickenschwingungen, wie bis jetzt beschrieben. Bisher war es relativ schwierig, keramische Filter vom Mehrschichttyp herzustellen, bei dem Dicken-Scherschwingungen ausgenutzt werden konnten. Im Nachfolgenden wird daher zunächst ein Herstellungsprozeß für derartige Filter beschrieben.

10

Zunächst wird eine kohlenstoffhaltige Paste auf Teile unbedruckter keramischer Plättchen, an denen Elektroden entstehen sollen, aufgedruckt. Danach werden die Plättchen in geeigneter Weise geschichtet. Die kohlenstoffhaltige Paste kann beispielsweise einen keramischen Puder enthalten, der vorzugsweise vom selben Typ wie das keramische Material der unbedruckten Plättchen ist. In diesem Fall bleibt der keramische Puder in gesintertem Zustand zurück, so daß Hohlräume durch den keramischen Puder unterstützt und deren Deformierung verhindert wird. Dieser Zustand ist in der Figur 27 dargestellt. Dä±>ei sind kohlenstoffhaltige Schichten 206 zu erkennen, die innerhalb der Keramik 201 parallel zueinander und in Richtung der Dicke der Keramik 201 übereinanderliegend angeordnet sind bzw. sich überlappen. Die Keramik 2 01 wird nach Erzeugung dieser Schichtstruktur gesintert. Während des Sinterns brennen die kohlenstoffhaltigen Schichten 206 aus, so daß Hohlräume an Positionen verbleiben, an denen die kohlenstoffhaltigen Schichten 206 vorher angeordnet waren. Dieser Zustand ist in Figur 28 gezeigt, in der die genannten Hohlräume mit dem Bezugszeichen 207 versehen worden sind. In diesem Stadium können zum Beispiel Silberelektroden an einander entgegengesetzten Seiten der Keramik 201 angebracht werden, um geeignete

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Polarisationselektroden 204 bzw. 205 zu bilden, so daß anschließend die Keramik 201 so polarisiert werden kann, daß die Polarisationsrichtung rechtwinklig zur Richtung der Dicke der Keramik 2 01 verläuft. Die Polarisationsrichtung verläuft damit parallel zu den jeweiligen schichtförmigen Hohlräumen 207. Da keine internen Elektroden innerhalb der Keramik 201 zu diesem Zeitpunkt vorhanden sind, wird die Keramik 201 gleichförmig polarisiert. Danach können die Polarisationselektroden 204 und 205 wieder entfernt werden. In der Figur 28 sind diese Polarisationselektroden 204 und 205 jeweils an der linken und rechten Seite der Keramik 2 01 angeordnet, so daß die Stirnseiten der Hohlräume 207 an der Vorder- und Rückseite der Keramik 201 freibleiben. Selbstverständlich können die Polarisationselektroden 204 und 205 aber auch an der Vorder- und Rückseite der Keramik 2 01 angebracht werden. In diesem Fall können die Polarisationselektroden 204 und 20 5 aus porösem Material bestehen und die Eingänge der Hohlräume 207 bedecken. Es ergibt sich dann der Vorteil, daß nach dem Einfüllen von geschmolzenem Metall in die Hohlräume 207, wie im Zusammenhang mit der Figur 29 genauer erläutert wird, dieses geschmolzene Metall aus den Hohlräumen 207 beim Herausziehen der Keramik 201 aus der Metallschmelze nicht mehr herauslaufen kann. Werden derartige Polarisationselektroden benutzt, so brauchen darüberhinaus zusätzliche externe Elektroden, wie im Zusammenhang mit der Figur 3 0 noch erläutert wird, ebenfalls nicht mehr hergestellt zu werden.

Nach Beendigung des Polarisationsprozesses werden die Hohlräume 207 der Keramik 201 also zunächst zur Bildung von Metallelektroden mit geschmolzenem Metall gefüllt, was innerhalb der in Figur 29 dar-

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gestellten Einrichtung 208 erfolgt. Dieser Füllvorgang wird im Folgenden näher beschrieben.

Zunächst wird ein Elektrodenmetall 210 in geschmolzenem Zustand in einem Tank 2 09 gespeichert. Das Elektrodenmetall 210 kann beispielsweise ein Metalllot sein, das 40% Zinn und 60% Blei enthält. Anschließend wird der Druck in dem Tank 209 mit Hilfe einer Vakuumpumpe 211 reduziert, wobei unter diesen Bedingungen die die Hohlräume 207 aufweisende Keramik 201 in das geschmolzene Elektrodenmetall 210 eingetaucht wird. Danach werden die Vakuumpumpe 211 gestoppt und ein Druckerzeuger 212 zur Erhöhung des Drucks im Inneren des Tanks 209 aktiviert. Dabei werden die Hohlräume 207 der Keramik 201 mit dem Elektrodenmetall zur Bildung der internen Elektroden gefüllt. Um Depolarisationen der Keramik 2 01 zu verhindern, läuft der Füllvorgang bei einer Schmelztemperatur ab, die unterhalb des Curie-Punktes liegt. Beispielsweise beträgt die Einfülltemperatur bei Verwendung von 40/60 Lot 170°C, und bei Verwendung von Zinn 200⁰C. Schließlich wird die Keramik 201 aus der Metallschmelze 210 herausgezogen, so daß das Elektrodenmetall 210 innerhalb der Hohlräume 207 abkühlen und einen festen Zustand annehmen kann, wodurch ein piezoelektrisches Element zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erhalten wird.

In der Figur 30 ist eine perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Elementes 213 dargestellt, das entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist. Die Keramik 201 besitzt eine Vielzahl von parallel übereinanderliegend angeordneten Elektroden 210, welche sich in Richtung der Dicke der Keramik 201 überlappen. Diese ist darüberhinaus

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senkrecht zur Erstreckungsrichtung ihrer Dicke polarisiert, wie durch den Pfeil P angegeben ist. Die Polarisationsrichtung verläuft somit parallel zu den Ebenen, in denen die Elektroden 210 liegen. Die Erstreckungsrichtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 201 verläuft senkrecht zu diesen Ebenen.

An der Vorder- und Rückseite der piezoelektrischen Keramik nach Figur 30 sind externe Elektroden 217 und 218 angebracht, wodurch das keramische Filter nach Figur 31 erhalten wird. Zur Bildung der externen Elektroden 217 und 218 wird eine thermisch härtbare elektrisch leitfähige Paste verwendet, die bei einer Temperatur, bei der noch keine Depolarisation der Keramik hervorgerufen wird, aushärtet. Das Aushärten erfolgt beispielsweise bei Temperaturen bis zu 200⁰C.

In der Figur 32 ist die Dämpfungs-Frequenzcharakterisitk des keramischen Filters nach Figur dargestellt. Diese Charakteristik besitzt einen noch kleineren Störungspegel als die Charakteristika der zuvor erläuterten keramischen Filter, bei denen longitudinale Dickenschwingungen ausgenutzt werden.

Obwohl nicht dargestellt, soll im Folgenden eine vorteilhafte Einrichtung beschrieben werden, die im Zusammenhang mit allen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet werden kann. Wie bereits erwähnt, werden Volumenwellen innerhalb der piezoelektrischen Keramik in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik transmittiert. Andererseits ist es bei derartigen piezoelektrischen Einrichtungen wie zum Beispiel piezoelektrischen Resonatoren und piezoelektrischen Filtern erforderlich, die Mittenfrequenz oder Resonanzfrequenz entsprechend der gewünschten Anwendung einzustellen. Da sich die Volumenwellen in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik ausbreiten und die internen

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Elektroden so angeordnet sind, daß sie sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik überlappen, kann nach der vorliegenden Erfindung eine gewünschte Mittenfrequenz für ein Filter dadurch eingestellt werden, daß die Dicke derjenigen keramischen Schicht verändert wird, die zwischen einer äußersten internen Elektrode in der Nähe einer Endfläche und der benachbarten Endfläche der piezoelektrischen Keramik selbst liegt. Beispielsweise wird nach dem Ausführungsbeispiel in Figur 5 eine gewünschte Mittenfrequenz dadurch erhalten, daß die Dicke derjenigen keramischen Schicht verändert wird, die zwischen der internen Elektrode 14a und der Endfläche der piezoelektrischen Keramik in der Nähe dieser Elektrode 14a in Richtung der Dicke der Keramik 11 liegt. Ebenso kann hierzu die Dicke der keramischen Schicht zwischen der internen Elektrode 15e und der darunterliegenden Endfläche der piezoelektrischen Keramik 11, die der internen Elektrode unmittelbar benachbart ist, eingestellt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wird vorzugsweise eine Spannung an die externen Elektroden 21 und 22 gelegt, um ein Ausgangssignal an den externen Elektroden 23 und 24 zu erhalten. Die angelegte Spannung dient zur Aktivierung des keramischen Filters, wobei unter diesen Bedingungen die Endflächen der piezoelektrischen Keramik 11 in Richtung ihrer Dicke bearbeitet oder mit einem Dämpfungselement bedeckt werden, um die Masse zu erhöhen, wodurch die Mittenfrequenz leicht und zuverlässig unter Betriebsbedingungen eingestellt werden kann, also in Echtzeit. Ein keramisches Filter, bei dem die Dicke einer keramischen Schicht zwischen einer äußersten internen Elektrode und der benachbarten Endfläche der piezoelektrischen Keramik in Richtung der Dicke der piezo-

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elektrischen Keramik verändert werden kann, fällt somit ebenfalls in den Bereich der Erfindung.

Die Figur 33 dient zur Erläuterung des Einflusses reflektierter Wellen, die als Dreifach-Übergangsechos (T.T.E.) bezeichnet werden. Wie bereits erläutert, können mehrere unbedruckte keramische Plättchen und Elektrodenverteilungen zur Bildung einer laminierten Struktur übereinandergeschichtet und gesintert werden, so daß auf diese Weise ein keramisches Filter mit sehr kleinen Abmessung erhalten wird, in dem sich Volumenwellen in Richtung der Dicke des Filters, also senkrecht zu den genannten Schichten, ausbreiten können. Die Impedanz einer derartigen Anordnung kann in einfacher Weise durch Änderung der internen Elektrodenanordnung sowie durch eine geeignete Polarisation des keramischen Materials verändert werden.

Aufgrund des großen Dichteunterschiedes zwischen dem keramischen Material 302 und Luft breitet sich jedoch nicht nur eine einzige Volumenwelle C, wie in Figur 33 dargestellt, innerhalb des keramischen Materials 302 aus. Vielmehr wird die Volumenwelle C an den Endflächen 302a und 302b des keramischen Materials 302 in Richtung seiner Dicke reflektiert, so daß auf diese Weise eine reflektierte Welle D entsteht, die als Dreifach-Übergangsecho (Triple-Transit-Echo) bezeichnet wird. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß beispielsweise beim keramischei Filter nach der Figur 5 die keramischen Schichten außerhalb der internen Elektroden 14a bis 14e nicht aktiv bzw. bestimmt schwingen. Aus diesem Grunde unterscheidet sich, auch wenn die Wellen an den Endflächen (302a und 302b in Figur 33) reflektiert werden, der Schwingungsmode der reflektierten Wellen

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von dem der Volumenwelle C. Dies hat unter Umständen zur Folge, daß sich die reflektierten Volumenwellen in anderer Weise als die Volumenwelle C mit der gewünschten Frequenz ausbreiten, so daß die Frequenzcharakteristik des Filters so stark beeinflußt werden kann, daß es sich zur Durchführung der vorgesehenen Aufgabe nur noch bedingt eignet.

In der Figur 34 ist eine perspektivische Ansicht eines neunten Ausführungsbeispiels eines keramischen Filters nach der Erfindung gezeigt, das in dieser Hinsicht weiter verbessert ist. Das Filter 311 besitzt eine Keramik 312, die in Richtung der Dicke des Filters polarisiert ist. Innerhalb der Keramik 312 sind interne Elektrodengruppen 313 und 314 vorgesehen, die jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden 313a bis 313f und 314a bis 314f besitzen. Diese internen Elektroden liegen in parallel übereinander angeordneten Schichten, wobei die Stapelrichtung die Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 312 angibt. Die internen Elektroden 3L3a bis 313f und 314a bis 314f sind abwechselnd an gegenüberliegenden Seiten der Keramik 312 nach außen geführt und mit externen Elektroden 315a, 315b bzw. 316a, 316b verbunden.

Dieses Ausführungsbeisiel zeichnet sich dadurch aus, daß die äußersten Elektroden 313a und 314f der jeweiligen Elektrodengruppen 313 und 314 auf der jeweils oberen bzw. unteren Endfläche 312a bzw. 312b der piezoelektrischen Keramik 312 angeordnet sind.

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Wird daher die interne Elektrodengruppe 313 als Eingangselektrodengruppe benutzt und eine Spannung an die externen Elektroden 315a und 315b angelegt, so breiten sich Volumenwellen in Richtung der Dicke der Keramik 312 aus und erreichen die interne Elektrodengruppe 314, so daß an den externen

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Elektroden 316a und 316b ein Ausgangssignal erhalten wird. Die Polarisationsrichtung P liegt dabei in Ausbreitungsrichtung bzw. in Stapelrichtung der Schichtelektroden. In diesem Fall werden auch die äußersten keramischen Schichten 317 und 318 aktiv zu Schwingungen angeregt, so daß sich in Richtung der Dicke der Keramik 312 ausbreitende Volumenwellen zwischen den Elektroden 313a und 314f eingefangen sind. Werden diese Volumenwellen an den Elektroden 313a und 314f aufgrund der Dichtedifferenz zwischen den Elektroden 313a bzw. 314f und der außerhalb der Keramik 312 befindlichen Luft reflektiert, so besitzen die reflektierten Wellen denselben Schwingungsmode wie diejenigen Volumenwellen, die von der internen Elektrodengruppe 313 zu der internen Elektrodengruppe 314 verlaufen. Aus diesem Grunde breiten sich nur Volumenwellen der gewünschten Frequenz innerhalb der Keramik 312 in Richtung der Dicke der Keramik 312 aus, so daß die Amplitudencharakteristik des Filters erheblich verbessert ist. Es treten praktisch keine Dreifach-Übergangsechos auf und die Betriebsdämpfung kann die gewünschten niedrigen Werte annehmen.

Selbstverständlich ist es möglich, nicht nur bei dem Ausführungsbeispiel nach der Figur 5 bzw. der Figur 34 Elektroden auf der unteren bzw. oberen Fläche der piezoelektrischen Keramik anzubringen. Dies kann auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung erfolgen.
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In den Figuren 35 und 36 sind eine Teilansicht und eine Bodenansicht eines zehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung dargestellt. Dieses zehnte Ausführungsbeispiel ist ebenfalls so ausgebildet, daß die Dicke einer keramischen Schicht, die zwischen einer

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äußersten Elektrode in Richtung der Dicke der Keramik und der oberen bzw. unteren Fläche der Keramik liegt, verändert werden kann, wie bereits zuvor erläutert worden ist. Auf diese Weise können Störeffekte durch unerwünschte Volumenwellen beseitigt werden. Wie der Fig. 35, die der Übersicht wegen keine internen Elektroden enthält, und der Fig. 36 zu entnehmen ist, besitzt eine in Richtung der Dicke der Keramik 402 liegende Endfläche 402b eine Vielzahl von Vertiefungen 421 (Bohrungen, Nuten, usw.), die zur Beseitigung unnötiger bzw. unerwünschter Volumenwellen dienen.

Der Boden 422 der jeweiligen Vertiefungen 421 verläuft parallel zu der Endfläche 402b, während die Tiefe d der Vertiefungen 421 so gewählt ist, daß die Beziehung

2d = (r/ + 1/2) . λ (4)

erfüllt ist, wobei λ die Wellenlänge der Volumenwellen und n^/= 0, 1, 2, ... ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß Volumenwellen E, die an.der Endfläche 402b reflektiert werden, einen Gangunterschied von einer halben Wellenlänge gegenüber Volumenwellen F besitzen, die am Boden 422 der Vertiefungen 421 reflektiert werden, so daß sich die reflektierten Wellen E und F gegenseitig auslöschen. Reflektierte Volumenwellen können somit effektiv beseitigt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 35 und 36 sind die Vertiefungen 421 (Bohrungen, Rillen, Furchen, usw.) wie dargestellt ausgebildet. Vorzugsweise jedoch kann die Gesamtfläche des Bodens 422 aller Vertiefungen 421 so groß gewählt werden, daß sie der verbleibenden Endfläche 402b entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß zu gleichen Teilen Volumenwellen an der Endfläche 402b und am Boden 422 der Vertiefungen 421 reflektiert werden, so daß uner-

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wünschte Volumenwellen noch effektiver beseitigt werden können. Nimmt der Überlappungsbereich der internen Elektroden jedoch nur einen Teilbereich der piezoelektrischen Keramik 402 ein, so gilt das oben Gesagte nur für diesen Teilbereich. Vertiefungen 421 sind dann nur im Überlappungsbereich der internen Elektroden vorgesehen. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Form der Vertiefungen 421 und ihre Verteilung innerhalb einer Endfläche nicht auf die in den Fig. 35 und 36 dargestellte Art beschränkt ist. Darüber hinaus kann auch die dem Boden gegenüberliegende Endfläche der Keramik 402 mit derartigen Vertiefungen versehen sein.

Die Fig. 37 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel des keramischen Filters nach der Erfindung. Um reflektierte Volumenwellen zu beseitigen, ist eine in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 402 liegende Endfläche 402b relativ zu den internen Elektroden 404i und 404j geneigt, so daß sie nicht mehr parallel zu diesen internen Elektroden liegt. Eine Volumenwelle G wird daher durch die Endfläche 402b in der gezeigten Weise reflektiert, so daß die reflektierte Welle nicht mehr die internen Elektroden 404i und 404j erreicht. Die Reflexionsrichtung, die durch den Pfeil markiert ist, weist vielmehr von diesen internen Elektroden weg. Unerwünschte Schwingungen im Ausgangssignal aufgrund reflektierte Volumenwellen lassen sich somit effektiv vermeiden.

Zwischen dem Neigungswinkel θ der Endfläche 402b im Ausführungsbeispiel nach Fig. 37 und dem Reflexionskoeffizienten besteht der in Fig. 38 dargestellte Zusammenhang. Daraus ist zu entnehmen, daß bei einem Neigungswinkel θ - 10° der Reflexionskoeffizient 80 % kleiner ist als bei einem Neigungswinkel θ = 0°. Aus diesem Grund ist vorteilhaft ein Neigungswinkel θ von 10° zu wählen. Der erwähnte Reflexionskoeffizient ist ferner auf die Dickenrich-

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tung bezogen.

Selbstverständlich braucht die Endfläche nach dem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht in der in Fig. dargestellten Weise gegenüber den internen Elektroden geneigt zu sein. Vielmehr kann die Endfläche 402b auch verschiedene andere Formen aufweisen, sofern nur die Volumenwellen in eine Richtung reflektiert werden, in der keine internen Elektroden vorhanden sind. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 39 dargestellt, bei dem die Endfläche 402b als gekrümmte Oberfläche ausgebildet ist. Sie kann die Form einer Kugeloberfläche oder Zylinderumfangsflache besitzen, die für die Volumenschwingungen als konvexe Fläche erscheint.

Ein zwölftes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in Fig. 40 in schematischer Weise dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden unerwünschte Volumenschwingungen dadurch beseitigt, daß eine in Richtung der Dicke der Keramik 402 liegende Endfläche 402b mit statistisch verteilten und unsystematisch ausgebildeten Vertiefungen 431 versehen ist. Die mittlere Tiefe χ der Vertiefungen 431 beträgt etwa χ = -y, wobei λ die Wellenlänge der Volumenwellen ist. Die Anordnung der Vertiefungen 431 stellt sicher, daß Volumenwellen, die sich auf die Endfläche 402b zu bewegen, gestreut werden. Eine Reflexion von Volumenwellen in Richtung der internen Elektroden wird daher effektiv unterdrückt.

Die Vertiefungen 431 können nach dem erwähnten Sinterprozeß oder vorher eingebracht werden, wenn die keramischen Plättchen zur Erzeugung interner Elektroden bedruckt und übereinandergeschichtet werden.

In der Fig. 41 ist in schematischer Darstellung ein dreizehntes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gezeigt.

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Bei diesem Ausführungsbeispiel werden unerwünschte Volumenwellen dadurch beseitigt, daß eine Schallabsorptionsschicht 441 an einer in Richtung der Dicke der Keramik 402 liegenden Endfläche 402b angebracht wird, die dieselbe akustische Impedanz wie die Keramik 402 besitzt. Besteht die Keramik 402 aus einem PZT-System (Blei-Zirkonat-Titanat-Keramikstoff) mit einem spezifischen Gewicht von etwa 8, so umfaßt die Schallabsorptionsschicht ein geeignetes Schallabsorptionsmaterial, mit dem PZT-Staub oder Blei bzw. ein anderer geeigneter Metallstaub mit relativ hohem spezifischem Gewicht gemischt ist, wie z. B. PbO oder Nb„O,-, wodurch die Schallabsorptionsschicht 441 im wesentlichen die gleiche akustische Impedanz wie die Keramik 402 erhält. Auf die Endfläche 402 zulaufende VoIumenwellen werden dann durch die Schallabsorptionsschicht 441 wirkungsvoll absorbiert, wodurch die Entstehung unerwünschter Volumenschwingungen effektiv unterdrückt wird.

Selbstverständlich braucht die Schallabsorptionsschicht 441 nicht auf der gesamten Endfläche 402b der piezoelektrischen Keramik aufgebracht zu werden, sondern nur dort, wo Volumenwellen auch tatsächlich auftreten.

Anhand des zehnten bis dreizehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung wurde erläutert, wie durch Reflexion erzeugte unerwünschte Volumenwellen wirkungsvoll unterdrückt werden können. Die genannten Maßnahmen brauchen jedoch nicht immer getrennt angewendet zu werden, sondern lassen sich vielmehr auch kombinieren. Als Beispiel wird im folgenden eine Kombination der Maßnahmen nach den Fig. 40 und 41 erläutert.

Danach besitzt ein keramisches Filter eine Keramik 402 vom Blei-Titanat-System, in der mehrere interne Elektroden von 1 mm Durchmesser angeordnet sind. Der Interelektrodenabstand beträgt 100 μπι und der Ausbreitungs- bzw.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Mu-rata : - Έ-Ρ '-Ζ34Ά

Fortpflanzungsabstand 200 μΐη. Die Zahl der Elektrodenpaare beläuft sich auf 4,5. Eine in Richtung der Dicke der Keramik 402 liegende Endfläche 402b besitzt statistisch verteilte und ungleichmäßig geformte Vertiefungen mit einer mittleren Tiefe x, die größer als λ/2 ist, während eine Schallabsorptionsschicht 441 zusätzlich mit der Keramik 402 verbunden ist- Es hat sich gezeigt, daß mit Hilfe dieser Maßnahmen eine noch weitere Verringerung unerwünschter Schwingungen in der Charakteristik des Filters erreicht wird. Diese Maßnahmen lassen sich grundsätzlich bei allen Ausführungsbeispielen der Erfindung ergreifen, insbesondere auch bei dem ersten bis neunten Ausführungsbeispiel .

Bei dem keramischen Filter nach der Erfindung breiten sich Volumenwellen bzw. Festkörperschwingungen von der Exngangselektrodengruppe in Richtung auf die Ausgangselektrodengruppe und in entgegengesetzter Richtung aus, wobei elektrische/mechanische Umwandlungsverluste von 3 dB für jede Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppe nicht zu vermeiden sind. Insgesamt ergeben sich Umwandlungsverluste der genannten Art von 6 dB aufgrund der Doppelrichtungseigenschaft. Bei einem vierzehnten Ausführungsbeispiel nach Fig. 42 und einem fünfzehnten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 43 und 44 werden diese Verluste erheblich verringert.

Die Fig. 42 zeigt in schematischer Darstellung eine perspektivische Ansicht eines vierzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. Dabei ist nur die Seite der Exngangselektrodengruppe dargestellt, also die Anregungsseite eines Volumenwellen- bzw. keramischen Filters, wobei der Anregungsbereich erste und zweite Anregungsteile 517a und 517b umfaßt. Die ersten und zweiten Anregungsteile 517a und 517b besitzen jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden 513a bis 513d bzw. 513e bis

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER Murata MP "2344

513i/ die jeweils um eine viertel Wellenlänge in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 512 untereinander beabstandet sind. Die internen Elektroden 513a bis 513i des ersten und zweiten Anregungsteils 517a und 517b sind jeweils nach außen zu externen Elektroden 515a, 515b und 515c geführt, die an gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Keramik 512 angeordnet sind. Der zweite Anregungsteil 517b ist darüber hinaus mit einer Spule 519 verbunden, die zwischen den externen Elektroden 515a und 515c liegt. Dieser zweite Anregungsteil 517b ist so ausgebildet, daß an ihm Volumenschwingungen reflektiert werden, die vom ersten Anregungsteil 517a ausgehen. Die Spule 519 dient zur Verstärkung der Reflexion der Volumenschwingungen, die vom ersten Anregungsteil 517a kommen.

Sie ist nicht unbedingt erforderlich, bildet jedoch vorliegend einen Teil derjenigen Einrichtung, die zur Richtungssteuerung der Volumenwellen bzw. Festkörperschwingungen dient.

Wird bei dem in Fig. 42 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spannung an die externen Elektroden 515a und 515b wie gezeigt angelegt, um den ersten Anregungsteil 517a zu aktivieren, so breiten sich Volumenwellen bzw. Festkörperschwingungen zu beiden Seiten des ersten Anregungsteils 517a aus, und zwar ausgehend von diesem in entgegengesetzter Richtung entlang der Dicke der piezoelektrischen Keramik 512. Da die ersten und zweiten Anregungsteile 517a und 517b um 1/4λ voneinander beabstandet sind, werden die durch den ersten Anregungsteil 517a erzeugten Volumenwellen zum zweiten Anregungsteil 517b mit einer Verzögerung von 1/4λ übertragen. Die so übertragenen Volumenwellen werden durch den zweiten Anregungsteil 517b reflektiert, dabei um 1/2λ verzögert und weiterhin nochmals bei der Rückkehr von dem zweiten Anregungsteil 517b zu dem ersten Anregungsteil 517a um 1/4λ verzögert. Die vom ersten Anregungsteil 517a zum zweiten Anregungsteil

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517b ausgesandte und von diesem wiederum zum ersten Anregungsteil 517a reflektierte Volumenwelle ist damit um λ verzögert, was so viel bedeutet, daß sie nunmehr in Phase mit der Volumenwelle ist, die in den oberen Teil der Fig. 42 abgestrahlt wird, also in Richtung der dem zweiten Anregungsteil 517b gegenüberliegenden Seite des Filters. Auf diese Weise wird ein Anregungsteil erhalten, der Wellen nur in einer Richtung abstrahlt.

Obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, kann eine Ausgangselektrodengruppe in gleicher Weise wie die oben beschriebene Eingangselektrodengruppe des Volumenwellenfilters ausgebildet sein.

Wie bereits erläutert, sind der erste und zweite Anregungsteil 517a und 517b in einem Abstand von 1/4λ voneinander angeordnet. Es ist ersichtlich, daß dieser Abstand auch um ein Vielfaches einer Wellenlänge vergrößert werden kann, also einen Wert von η · λ + 1/4λ annehmen kann, wobei n' eine ganze Zahl und λ die Wellenlänge der Volumenwelle ist.

Die Fig. 43 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Volumenschwingungen nicht wie im Fall des in Fig. 42 beschriebenen Ausführungsbeispiels reflektiert. Sie sind vielmehr um λ/4 verzögert, was zu einer Einrichtung führt, die Volumenwellen ebenfalls nur in einer Richtung abstrahlt. Dazu sind zwei Anregungsteile 521 und 522 in einem Abstand n'-λ.+ λ/4 voneinander angeordnet. Insoweit entspricht die Anordnung derjenigen in Fig. 42. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Fig. 43 ist ferner eine λ/4 Verzögerungsschaltung 523 zwischen den beiden Anregungsteilen 521 und 522 vorgesehen. Als λ/4 Verzögerungsschaltung 523 kann irgendeine geeignete bzw. gewünschte Schaltung benutzt

TER MEER ■ MÖLLER · STEINMEISTER "^yf^ata

werden, jedoch ist eine solche vorzuziehen, die Kondensatoren und Widerstände umfaßt. Sie läßt sich mit der piezoelektrischen Keramikgrundplatte in besonders einfacher Weise integral verbinden.
5

Da beim Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 43 die ersten und zweiten Anregungsteile 521 und 522 in einem Abstand η · λ + λ/4 voneinander angeordnet sind und darüber hinaus die λ/4-Verzögerungsschaltung 523 zwischen dem ersten und zweiten Anregungsteil 521 und 522 liegt, eilt die Phase der durch den ersten Anregungsteil 521 erzeugten Volumenwellen um λ/4 denjenigen Volumenwellen nach, die durch den zweiten Anregungsteil 522 erzeugt werden. Die durch den zweiten Anregungsteil 522 erzeugten VoIumenwellen werden andererseits zum ersten Anregungsteil 521 mit einer Verzögerung von λ/4 transmittiert. Hieraus folgt, daß sie nunmehr in Phase mit den Volumenwellen sind, die sich vom ersten Anregungsteil 521 in Richtung H in Fig. 43 ausbreiten. Die Ausbreitungsrichtung ist für beide Wellen dieselbe, nämlich H. Andererseits werden einige der durch den ersten Anregungsteil 521 erzeugten Volumenwellen in Richtung auf den zweiten Anregungsteil 522 abgestrahlt, die bei Erreichen des zweiten Anregungsteils 522 ausgelöscht werden, da sie nunmehr eine Phasenverzögerung um λ/2 gegenüber den vom zweiten Anregungsteil 522 erzeugten Volumenwellen besitzen. Nach außen werden daher nur Volumenwellen abgegeben, die sich in Richtung des Pfeils H in Fig. 43 ausbreiten.

Eine konkrete Ausbildung eines keramischen Filters nach Fig. 43 wird im folgenden anhand der Fig. 44 näher erläutert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind erste und zweite Anregungsteile 537a bzw. 537b in einem Abstand λ + λ/4 voneinander in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Ke-

TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER MurSta. - FP: 23* 4

ramik 532 angeordnet. Die Anregungsteile 537a und 537b besitzen jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden 533a bis 533h bzw. 533i bis 533q. Die internen Elektroden 533a bis 533q sind jeweils mit externen Elektroden 535a, 535b und 535c verbunden, welche an gegenüberliegenden Seiten der piezoelektrischen Keramik 532 angeordnet sind. Dabei sind die externen Elektroden 535b und 535c jeweils einem Anregüngsteil zugeordnet, während die externe Elektrode 535a mit beiden Anregungsteilen verbunden ist. Zwischen den externen Elektroden 535b und 535c liegt eine Verzögerungsschaltung J, so daß durch den ersten Anregungsteil 537a Volumenwellen erzeugt werden, deren Phase um λ/4 denjenigen Volumenwellen nacheilt, die durch den zweiten Anregungsteil 537b erzeugt werden. Die Verzogerungsschaltung J umfaßt darüber hinaus ein Anpassungsnetzwerk 541 sowie eine Spannungsquelle 542. Da der erste und zweite Anregungsteil 537a bzw. 537b um λ + 1/4λ voneinander beabstandet sind und da der erste Anregungsteil 537a Volumenwellen mit einer nacheilenden Phase um λ/4 erzeugt, wie oben beschrieben, werden letztlich nur Volumenwe-llen nach oben in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik 532 abgegeben, also in Richtung zu derjenigen Seite des Filters, die dem ersten und zweiten Anregungsteil 537a bzw. 537b gegenüberliegt.

Wie bereits erwähnt, besitzen der erste und zweite Anregungsteil nach Fig. 42 einen Abstand von λ/4 voneinander. Aber auch in Fällen, in denen Drei-Phasen-Einwegumformer eine Phasenverzögerung von 120°-120°-120° besitzen, ist es möglich, Volumenwellen nur in einer Richtung auszusenden.

Es sei darauf hingewiesen, daß das im vierzehnten und fünfzehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschriebene Prinzip, z. B. die Elektrodengruppen in mehrere Anregungsteile zu unterteilen, selbstverständlich auch auf

TER MEER · MÖLLER · STEINMEISTER Mur.Sta . - FP 2.344

alle anderen Ausführungsbeispiele der Erfindung angewendet werden kann. Dabei kann bei Bedarf auch die Verzögerungsschaltung eingesetzt werden.

Die Fig. 45 bis 52 dienen zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen die internen Elektroden gewichtet sind, um eine gewünschte Bandpaßcharakteristik zu erhalten. Beispielsweise können die Elektroden im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gewichtet sein, in der ein Filter vom Mehrschichttyp dargestellt ist. Aber auch die Elektroden aller anderen Ausführungsbeispiele lassen sich zu diesem Zweck wichten. Da sich an der Filteranordnung ansonsten nichts ändert, wird im folgenden nur beschrieben, in welcher Weise gewichtete interne Elektroden erhalten werden.

In Fig. 45 ist ein Schnitt durch ein Filter nach der Erfindung dargestellt, an dem die Wichtung der internen bzw. Interdigitalelektroden erläutert werden soll. Wie der Fig. 45 zu entnehmen ist, sind innerhalb der Keramik 611 interne bzw. Interdigitalelektroden 612a bis 612j in Richtung der Dicke der Keramik 611 parallel übereinanderliegend angeordnet, so daß sie sich in dieser Richtung überlappen. Dabei ist die Überlappungslänge der Interdigitalelektroden 612a bis 612j quer zur Stapelrichtung so gewählt, daß sich die oberen bzw. unteren Interdigitalelektroden weniger stark und die in der Mitte der Keramik liegenden Interdigitalelektroden stärker überlappen. Die Einhüllenden U und V bezeichnen dabei jeweils den entsprechenden Überlappungsgrad, wobei diese Einhüllenden die Enden der jeweiligen Interdigitalelektroden miteinander verbinden. Diese Konstruktion ist daher gewichtet.

In Fig. 46 ist dargestellt, wie die in Fig. 45 gezeigte gewichtete Konstruktion erhalten wird. Dazu wird eine Vielzahl von keramischen Plättchen 616a bis 616k, auf de-

TER MEER -MÜLLER · STEINMEISTER

Muräta- - 7P- 23 44

nen Elektrodenverteilungen zur Bildung interdigitaler Elektroden 612a bis 612j aufgebracht sind, übereinandergeschichtet und zur Herstellung einer laminierten Struktur gesintert.
5

Obwohl in Fig. 45 nicht explizit dargestellt ist es selbstverständlich möglich, auch hier externe Elektroden an der rechten und linken Endfläche der Keramik 611 anzubringen, die Keramik 611 in Richtung ihrer Dicke oder in einer dazu senkrechten Richtung zu verlängern, andere Interdigital-Elektrodengruppen zu bilden und die zuletzt . genannten Interdigital-Elektrodengruppen mit einem Paar externer Elektroden zu verbinden, um irgendeines der bisher beschriebenen Filter zu erhalten. Wird ein Filter nach der in Fig. 45 beschriebenen Weise gewichtet, so besitzt es lediglich ein geringes Nebenkeulen-Ansprechvermögen und fast keine Welligkeit, so daß es eine erheblich verbesserte selektive Charakteristik aufweist.

Die Fig. 47 zeigt ein anderes Beispiel einer Anordnung mit gewichteten Elektroden, das dem Beispiel nach Fig. 45 entspricht. Im vorliegenden Fall sind ebenfalls Interdigitalelektroden 622a bis 622s innerhalb einer Keramik 621 in Richtung ihrer Dicke übereinanderliegend angeordnet, so daß sie sich in dieser Richtung überlappen. Die Wichtung wird dadurch erhalten, daß die Interdigitalelektroden 622a bis 622s in Richtung der Dicke der Keramik 621 ungleichmäßig verteilt sind. Auch hierdurch wird, wie schon bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 45, aufgrund der Wichtung der Interdigitalelektroden ein Keramikfilter mit guter selektiver Charakteristik gebildet.

Gemäß Fig. 48 wird die gewichtete Anordnung nach Fig. 47 dadurch erzeugt, daß mehrere unbedruckte bzw. freie Keramikplättchen sowie mit Elektroden versehene Keramikplättchen übereinandergeschichtet und zur Bildung einer lami-

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Mur-afca - FP 2^:3^:44^:

nierten Struktur gesintert werden. Dabei liegt am oberen Ende ein freies bzw. unbedrucktes Keramikplättchen 626a, unter dem zwei mit Interdigitalelektroden 622a und 622b versehene Keramikplättchen 626b und 626c liegen. Die folgenden drei darunter angeordneten Keramikplättchen 6 26d, 626e und 626f besitzen keine Interdigitalelektroden. Unter diesen sind wiederum zwei Keramikplättchen 6 26g und 626h angeordnet, die wiederum Interdigitalelektroden 622c und 622d besitzen, usw., bis am Ende dieser Reihenfolge ein Keramikplättchen 626t erreicht wird. Unter diesen befinden sich die Keramikplättchen 626a bis 626m mit den genannten Elektroden, jedoch in umgekehrter Reihenfolge, wie anhand der Fig. 47 zu erkennen ist.

In diesem Fall ist also die in Fig. 47 dargestellte Keramik 621 in Richtung ihrer Dicke verlängert, wobei gleichzeitig andere Elektrodengruppen und externe Elektroden geformt sind, so daß ein abgewandeltes Keramikfilter vom Mehrschichttyp vorliegt.

Die Fig. 49 und 50 zeigen eine-Frontansicht und eine Seitenansicht (rechte Seite) zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Filters mit gewichteten Elektroden. Dabei sind in Richtung der Dicke der Keramik 631 Interdigitalelektroden 632a bis 632s übereinander angeordnet, so daß sie sich in dieser Richtung überlappen. Die Interdigitalelektroden 632a bis 632s sind abwechselnd in entgegengesetzter Richtung nach außen geführt, wie der Fig. 51 zu entnehmen ist. Die erwähnte Struktur wird dadurch erhalten, daß Keramikplättchen 6 36a und 6 36b, die Elektroden 632a bzw. 632b der gezeigten Form tragen, übereinandergeschichtet werden.

Im vorliegenden Fall wird die Wichtung nicht durch unterschiedliche Formgebung bzw. Anordnung der Interdigitalelektroden erhalten, sondern durch Einstellung einer Span-

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Mur.at;a r F?

nung, die zwischen den individuellen Interdigitalelektroden 632a bis 632s angelegt wird. Wie der Fig. 50 zu entnehmen ist, sind die nach rechts herausgeführten Interdigitalelektroden 632a, 632c, ..., 632s jeweils mit Widerständen 637a, 637c, ,.., 637s verbunden. Diese Widerstände 637a bis 637s liefen mit ihrem anderen Anschluß an der externen Elektrode 63j4b. Besitzen die genannten Widerstände 637a bis 637s unterschiedliche Widerstandswerte, so

kann hierdurch jeweil

s eine unterschiedliche Spannung an

die einzelnen Interdigitalelektroden 632a bis 632s angelegt bzw. zwischen ihfnen eine unterschiedliche Potentialdifferenz erzeugt werden. Hierdurch ist es ebenfalls mög

lich, ein gewichtetes ve Charakteristik bzv\

Filter zu erzeugen, dessen selekti-. Frequenzcharakteristik gegenüber

den zum Stand der Technik gehörenden Filtern erheblich verbessert ist. j

Die Interdigitalelektroden 632b, 632d, ..., 632r, die in Fig. 49 nach links herausgeführt sind, sind mit der externen Elektrode 634a verbunden. Darüber hinaus sind die •Elektroden 632i und 632k als gemeinsame Elektrode geschaltet und mit der externen Elektrode 634b über den Widerstand bzw. Widerstandsdraht 637j verbunden.

Die Fig. 52 stellt schematisch eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Filters mit gewichteten Elektroden dar. In diesem Beispiel besitzt das keramische Plättchen 646a keine Elektrode, während die keramischen Plättchen 646b, 646c, 646d und 646e Interdigitalelektroden 642a, 642b, 642c und 642d tragen, die als Teilelektroden ausgebildet sind. Die jeweiligen Keramikplättchen sind übereihandergeschichtet und zur Bildung einer laminierten Struktur gesintert. Durch entsprechende Änderung bzw. Einstellung einer Spannung zwischen den individuellen Elektroden wird eine gewichtete Anordnung erzeugt.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Murata "- FP

In Fig. 52 sind nur einige Keramikplättchen mit darauf angeordneten Elektrodenverteilungen dargestellt, um die Struktur dieser Elektrodenverteilungen zu zeigen. Tatsächlich ist die Anzahl der Keramikplättchen erheblich größer, wobei unterschiedlich aufgeteilte Elektrodenverteilungen bzw. andere Elektrodengruppen zur Erzeugung eines keramischen Filters gebildet sein können.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß natürlich alle bisher diskutierten keramischen Filter entsprechend den in den Fig. 45 bis 52 beschriebenen Methoden gewichtet werden können.

Darüber hinaus ist es möglich, alle beschriebenen keramisehen Filter, z. B. die des vierten bis sechszehnten Ausführungsbeispiels, als Resonatoren zu verwenden, indem jeweils nur eine der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppen benutzt wird. Diese Resonatoren weisen gegenüber den zum Stand der Technik gehörenden Resonatoren eine verbesserte Charakteristik auf. Soll ein keramisches Filter als Resonator eingesetzt werden, so braucht nur der oberhalb oder unterhalb der gestrichelten Linie W in den Fig. 10, 13, 16, 26, 31 und 34 liegende Filterteil verwendet zu werden, so daß dadurch praktisch ein Resonator mit einer neuen Konstruktion erhalten wird.

-Sb-

- Leerseite -

Claims (13)

TER meer · möller ■ Steinmeister - : [_ Mürat.a/-- FJB1-2344 Patentansprüche

1. Keramisches Filter, dadurch gekenn-

zeichnet, daß

- eine aus mehreren Keramikschichten zusammengesetzte piezoelektrische Keramik (11, ...) mit innerhalb der Keramik angeordneten Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen (14, . ,-.; 15, ...) vorhanden ist, die in Richtung der Dicke der Keramik einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen und sich überlappen,

- die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen jeweils eine Vielzahl von internen Elektroden (14a, . .., 14e; ... bzw. 15a, ..., 15e; ...) umfassen, die sich in

T5 Richtung der Dicke der Keramik überlappen und jeweils durch Keramikschichten voneinander getrennt sind, und daß

- die durch Anlegen einer Spannung an die Eingangselektrodengruppe zwischen den internen Elektroden erzeugten mechanischen Schwingungen sich in Richtung der Dicke der Keramik ausbreiten, die Ausgangselektrodengruppe erreichen und an letzterer als Ausgangssignal abgreifbar sind.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

- die mehrschichtige piezoelektrische Keramik (11, -..) in Richtung ihrer Dicke in einer Richtung polarisiert ist (P),

- die die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen bildenden internen Elektroden pro Elektrodengruppe abwechselnd zu zwei seitlichen Flächen (16, ...; 17, ...) der piezoelektrischen Keramik herausgeführt sind, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik erstrecken, und daß

- an den beiden seitlichen Flächen paarweise externe Elektroden (21, 22; ... bzw. 23, 24; ...) angebracht

TER meer · Müller · Steinmeister . ; rMuratä -: FP

sind, durch die die den jeweiligen Elektrodengruppen zugeordneten internen Elektroden parallel geschaltet werden (Fig. 5 bis 10).

3. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß

- die zwischen den internen Elektroden der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppe liegenden benachbarten Keramikschichten in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik abwechselnd in einander entgegengesetzter Richtung polarisiert sind, daß

- die die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen bildenden internen Elektroden pro Gruppe abwechselnd zu zwei seitlichen Flächen der piezoelektrischen Keramik herausgeführt sind, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik erstrecken, und daß

- ferner Paare von externen Elektroden (56, 58 bzw. 57, 59) vorhanden sind, durch die die internen Elektroden jeweils einer Gruppe elektrisch in Reihe geschaltet werden (Fig. 12 bis 16).

4. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

- daß die internen Elektroden der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppe jeweils in eine Vielzahl von Teilelektroden (z. B. 114a, 114b, ...) unterteilt sind, von denen jeweils eine erste (114a) und eine zweite benachbarte Teilelektrode (114b) einer internen Elektrode wenigstens zum Teil gegenüber einer benachbarten dritten Teilelektrode (115b) einer anderen internen Elektrode angeordnet sind, wobei durch die aufeinanderfolgende Verbindung von erster Teilelektrode (114a), piezoelektrischer Keramikschicht (120), dritter Teilelektrode (115b), piezoelektrischer Keramikschicht (120) und zweiter Teilelektrode (114b) eine Reihenkapazität gebildet ist,

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER - '- :Mur.at<* -I FP-234I4

- daß die piezoelektrischen Keramikschichten (120 bis 124) in Richtung der Dicke der Keramik so polarisiert sind, daß derjenige Teil von ihnen, der zwischen einer ersten und dritten Teilelektrode liegt, entgegengesetzt zu demjenigen Teil polarisiert ist, der zwischen einer zweiten und einer dritten Teilelektrode liegt,

- und daß für jede Elektrodengruppe ein Paar externer und elektrisch mit ihnen verbundener Elektroden (125, 126) vorhanden ist, die an zwei Flächen der piezoelektrischen Keramik entsprechend angeordnet sind, welche sich in Richtung der Dicke der Keramik erstrecken (Fig. 17 bis 26).

5. Filter nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet,

- daß die mehrschichtige piezoelektrische Keramik senkrecht zur Richtung der Dicke polarisiert ist,

- daß die die Eingangs- und Ausgangselektrodengruppen bildenden internen Elektroden für jede Elektrodengruppe abwechselnd zu zwei seitlichen Flächen der piezoelektrischen Keramik herausgeführt sind, die sich in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik erstrekken,

- und daß an den beiden seitlichen Flächen paarweise externe Elektroden (217, 218) angebracht sind, die mit den internen Elektroden der jeweiligen Elektrodengruppen elektrisch verbunden sind (Fig. 30, 31).

6. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß die Dicke derjenigen Keramikschicht der mehrschichtigen piezoelektrischen Keramik, die zwischen einer äußeren internen Elektrode (14a, 15e; ...) und der jeweiligen benachbarten oberen bzw. unteren Endfläche der piezoelektrischen Keramik liegt, entsprechend einer vorbestimmten Mittenfrequenz des Filters eingestellt ist.

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER . ": ;Murat.5i -:

7. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußeren internen Elektroden der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppe auf der in Richtung der Dicke der piezoelektrischen Keramik ι liegenden oberen bzw. unteren Endfläche der Keramik angeordnet sind.

8. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der in Dickenrichtung liegenden Endflächen der piezoelektrischen Keramik so ausgebildet ist, daß durch sie Störsignale verursachende Volumenwellen bzw. Festkörperschwingungen, die keine Nutzwellen bzw. -schwingungen sind, beseitigt werde|n (Fig. 35 bis 41).

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9. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppen erste und zweite Anregungsteile (z. B. 517a, 517b in Fig. 42) besitzt, die in Dickenrichtung der piezoelektrischen Keramik um η λ+ λ/4 voneinander beabstandet sind, wobei η eine ganze Zahl und λ die Wellenlänge der Volumenwellen ist, und daß eine Einrichtung zur Richtungssteuerung der Volumenwellen vorhanden ist, durch die die vom ersten Anregungsteil erzeugten Volumenwellen in eine Richtung lenkbar sind, die vom zweiten Anregunsteil wegweist (Fig. 4 2 bis 44) .

10. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a durch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Eingangs- bzw. Ausgangselektrodengruppen gewichtet ist (Fig. 45 bis 48).

11. Filter nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a durch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der piezoelektrischen Keramik polarisiert ist und

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER -_- ^Murate.r FPr.234:4

wenigstens der Überlappungsbereich der internen Elektroden in diesem polarisierten Bereich liegt.

12- Filter nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet, daß die Wichtung der Eingangsbzw. Ausgangselektrodengruppen durch einen unterschiedlichen Überlappungsgrad der jeweiligen internen Elektroden erhalten wird.

13. Filter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Wichtung der Eingangsbzw. Ausgangselektrodengruppen dadurch erhalten wird, daß bei gleichem Überlappungsgrad der internen Elektroden an diese über unterschiedliche Widerstände eine unterschiedlieh große Einstellspannung angelegt ist.