DE3751858T2

DE3751858T2 - Akustische Oberflächenwellenresonatoren kombinierendes Filter

Info

Publication number: DE3751858T2
Application number: DE3751858T
Authority: DE
Inventors: Mitsutaka Hikita; Kazuhito Kurosawa; Yoichi Saigo
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Video Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Image Information Systems Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2007-11-25
Also published as: EP0269064A2; DE3751858D1; EP0269064B1; JPS63132515A; EP0269064A3; US4803449A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Filter, welches akustische Oberflächenwellen-Resonatoren kombiniert, und insbesondere auf die Struktur eines Bandpaß oder Bandsperren-Filters, das die Kombination einer Vielzahl von akustischen Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren mit kammartigen Elektroden oder sogenannten ineinangreifenden Fingerelektroden umfäßt, die auf einem piezoelektrischen Substrat aufgebracht sind.
Akustische Oberflächenwellenfilter mit verschiedenartigen Strukturen sind bekannt. (A.J. Slobodnik, Jr., T.L. Szabo, und K.R. Laker, "Miniature Surface-acoustic-wave filter", Proc. IEEE, Bd. 67, Seite 129, 1979.) Allerdings wandeln diese Filter alle elektrischen Eingangssignale als solche in akustische Signale um (elastische Oberflächenwellen) und wandeln anschließend alle diese Signalkomponenten als solche in elektrische Signale um. Deshalb werden Signale des Durchgangsbands mit ziemlich hoher Leistung physikalisch umgewandelt in die akustischen Wellen. Wenn das Filter für Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird, breitet sich eine akustische Oberflächenwelle mit hoher Amplitude auf der Substratoberfläche aus. Wenn die Signalleistung, die auf der piezoelektrischen Substratoberfläche übertragen werden soll, außerordentlich hoch ist, wird die mechanische Festigkeit der ineinandergeschachtelten Fingerelektroden zu einem Problem. Mit anderen Worten beeinflußt die elektromechanische Migration von Metallelektroden (ineinanderverschachtelten Fingerelektroden) infolge der hohen Leistung die Übertragungscharakteristik des Filters in ernstzunehmender Weise.
Um dieses Problem zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereits ein Filter vorgeschlagen, das akustische Oberflächenwellen-Resonatoren dadurch kombiniert, daß eine Mehrzahl von akustischen Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren in Serie zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters liegen und eine Kapazität zwischen der Klemme jedes Resonators und einer gemeinsamen Masse geschaltet ist japanische Offenlegung Nr. 220511/1986 oder EP-A-0 196 063). Die frühere Erfindung (die im folgenden als "früherer Vorschlag" bezeichnet werden wird, um sie von der Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung zu unterscheiden) hat den folgenden Aufbau.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Filters, das akustische Oberflächenwellen- Resonatoren gemäß dem früheren Vorschlag kombiniert.
In der Zeichnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Signaleingangsklemme und 2 eine Ausgangsklemme eines Filters. Gemeinsame Elektroden 91 96 sind auf einem piezoelektrischen Substrat 8 eingelassen und Fingerelektroden sind alternierend hinzugefügt und mit den gemeinsamen Elektroden verbunden. Die gemeinsame Elektrode 91 bildet eine Eingangsklemme und eine Anpassungsschaltung, die aus Induktivitäten 3 und 4 mit einer Eingangslast besteht, ist zwischen dieser gemeinsamen Elektrode 91 und der Signaleingangsklemme 1 gebildet. Die gemeinsame Elektrode 96 bildet eine Ausgangsklemme und Induktivitäten 5 und 6, die eine Anpassungschaltung mit einer Ausgangslast bilden, sind zwischen der gemeinsamen Elektrode 96 und der Ausgangsklemme 2 des Filters angebracht. Es zeigt sich, daß das akustische Oberflächenwellenfilter durch eine Ersatzschaltung gemäß Fig. 2 angegeben werden kann.
Die parallelen Induktivitäten 3, 6 und die seriellen Induktivitäten 4, 5, die mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen 1, 2 verbunden sind, repräsentieren externe Anpassungsschaltungen analog denen der Fig. 1.
Kapazitäten, die durch gestrichelte Linien in der Zeichnung dargestellt sind, repräsentieren die Kapazitäten zu den Fingerelektroden für jeden Resonator und zu den Elektroden, welche die Resonatoren mit der gemeinsamen Masse verbinden oder die gemeinsamen Massekapazitäten der Eingangs- und Ausgangsklemmen-Elektroden gegen die gemeinsame Masse. Obwohl diese Kapazitäten durch gestrichelte Linien in Fig. 2 dargestellt sind, können sie beliebig eingestellt werden durch Vergrößern oder Verkleinern der Fläche jeder Elektrode, die die Resonatoren verbindet oder der Fläche der Eingangs- und Ausgangsklemmen-Elektroden, wie z.B. Verbindungsanschlüsse.
Sie können auch beliebig eingestellt werden durch Justieren der Dicke des piezoelektrischen Substrats 8. Ferner können diese Kapazitäten durch Schaltkreiskapazitäten gebildet werden, die sich außerhalb des Substrats befinden, wenn immer dies notwendig ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Schaltkreisanordnung ist die Impedanz des Resonators im wesentlichen die Kapazität (30 33) allein zwischen den Elektroden bei einer Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz, wie aus dem in Fig. 2 gezeigten Ersatzschaltbild zu ersehen ist, und wie es gemäß Fig. 3a ausgedrückt werden kann. In der Nähe der Resonanzstelle kann der Resonator in der Form dargestellt werden, die durch die Serienverbindung (301 304) von Induktivitäten und Kapazitäten gemäß der in Fig. 3b gezeigten Resonanz angenähert ist. In der Nähe der Anti-Resonanzstelle kann der Resonator andererseits in der Form dargestellt werden, die durch die Parallelverbindung (321 324) von Kapazitäten zwischen den Elektroden des Resonators und den Induktivitäten gemäß der in Fig. 3c gezeigten Resonanz, angenähert ist. Bei einer Frequenz, die hinreichend höher liegt als die Anti-Resonanzstelle, stellt sich der Resonator wieder mit den Kapazitäten allein zwischen den Elektroden dar, wie es in Fig. 3a zum Ausdruck kommt. Weiterhin stellen die Bezugszeichen 34 39, 311 316 und 331 336 die äquivalenten Kapazitäten zwischen den Elektroden der Resonatoren und der gemeinsamen Masse dar.
In einem solchen Schaltkreisaufbau ist es allgemein zu bevorzugen, daß das Durchlaßband des Filters nahe an die Resonanzfrequenz der Resonatoren gesetzt wird. In diesem Band können die Fig. 3a und 3b vereinfacht werden und näherungsweise wie in Fig. 3d ausgedrückt werden. Mit anderen Worten kann die Anpassung an Eingangs- und Ausgangslasten immer durch externe Schaltkreise erreicht werden, weil die akustischen Oberflächenwellen-Resonatoren nur als Kapazitäten bezüglich der gemeinsamen Masse wirken.
Andererseits wird der Einfluß der Serienkapazitäten bei Frequenzen, die niedriger als das Durchlaßband sind, relativ größer und das Filter tritt in ein Sperrband ein. Bei Frequenzen höher als das Durchlaßband oder, anders ausgedrückt in der Nähe der Anti-Resonanzfrequenz, nimmt der Resonator die in Fig. 3c gezeigte Form an und die Impedanz des akustischen Oberflächenwellen-Resonators wird recht groß gemäß der Anti-Resonanz, so daß das Filter in ein Sperrband eintritt. Bei einer Frequenz, die wesentlich höher als das Durchlaßband ist, kann die Schaltung wiederum vereinfacht werden und wie in Fig. 3d ausgedrückt werden, weil der Einfluß der Kapazität gegenüber der gemeinsamen Masse relativ groß wird; das Filter tritt wiederum in ein Sperrband ein.
Der oben beschriebene Aulbau ist geeignet für ein Bandpaßfilter oder ein Bandsperrenfilter, für das eine außerordentlich steile Frequenzanstiegscharakteristik auf der Hochfrequenzseite des Bandpasses benötigt wird, weil das Durchlaßband nahe an die Resonanztrequenz gesetzt ist und das Sperrband nahe an die Anti-Resonanzfrequenz gesetzt ist.
So hat der akustische Oberflächenwellen-Resonator gemäß dem früheren Vorschlag der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Widerstandskraft gegenüber elektrischer Leistung und ist höchst wirksam zur Erzielung einer Filtercharakteristik mit einem scharfen Sperrband auf der Hochfrequenzseite des Durchlaßbandes des Filters.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Möglichkeit geprüft, ein Filter mit Frequenziagen zu erzielen, die dem Filter nach dem früheren Vorschlag vollständig entgegengesetzt sind, d.h. ein Filter mit einem Sperrband an der niederfrequenten Seite und dem Durchlaßband an der hochfrequenten Seite, das ebenfalls eine scharfe Übergangscharakteristik aufweist.
Als Ergebnis intensiver Bemühungen und der Herstellung von Prototypen haben die Erfinder herausgefünden, daß ein Filter mit zu dem ersten Filter entgegengesetzter Frequenzlage erzielt werden kann, indem ein externer Einstellkreis, der zwischen dem Filter und der externen laast eingesetzt ist, fein eingestellt wird.
Obwohl das Filter der ersten Anforderung genügen kann, hat sich gezeigt, daß der Verlust im Durchlaßband des Filters deutlich zunimmt, wenn die zweite Anforderung, d.h. die scharfe Frequenzanstiegscharakteristik, erzielt werden soll; das Filter ist deshalb nicht von praktischem Nutzen.
Der Grund liegt darin, daß das Sperrband des Filters durch Anti-Resonanz jedes akustischen Ein-Tor-Oberflächenwellenfilters gebildet wird, das den akustischen Oberflächenwellen-Resonator nach dem früheren Vorschlag darstellt. Mit anderen Worten, da die Resonanzstelle an der niederfrequenten Seite der Anti-Resonanzstelle des Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonators liegt, kann der Verlust des Filters im Durchlaßband dadurch minimiert werden, daß das Durchlaßband des Filters an die niederfrequente Seite des Sperrbands gesetzt wird, d.h. in die Nahe der Resonanzfrequenz. Wenn jedoch das Durchlaßband auf der hochfrequenten Seite des Sperrbands realisiert wird, gemäß diesem Aufbau als solchem, kann kaum ein Beitrag der Resonanz zu dem Durchlaßband erwartet werden und die Zunahme der Verluste im Durchlaßband infolge der externen Anpassungskreise (d.h. durch den Einfluß der Induktivitaten in diesem Fall), kann nicht vernachlässigt werden. Dadurch ergibt sich ein ernstes Problem insbesondere in solchen Filtern, in denen außerordentlich strenge Verlustanforderungen gestellt werden, wie z.B. in den Filtern, die für Mobilfunkverbindungen genutzt werden.
Die Literaturstelle IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Bd. SU-24, Nr. 2, März 1977, Seiten 94 bis 101, offenbart in Fig. 6 ein Leiternetzwerkfilter, das aus Nebenschluß- und Serien-Abstimmkreisen mit identischen oder variierenden Resonanzfrequenzen und einem entsprechend kaskadierten Gitterfilter besteht. Die kaskadierten Gitter dieses herkömmlichen Entwurfs haben die Bedeutung, daß jede Sektion 1, 2, 3, ... N-1, N in der unmittelbaren Nahe der nachfolgenden Sektion liegt. Die akustische Oberflächenwelle breitet sich durch die gesamte Kaskade von Sektionen aus. Die interdigitalen Sender sind nicht strukturiert und nicht getrennt durch Elektroden oder durch absorbierende Zonen, was zu elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen interdigitalen Sendern führen würde.
Das Dokument FR-A-2 283 587 offenbart ein Filter, das akustische Oberflächenwellen-Resonatoren kombiniert, wobei das Filter aus einem piezoelektrischen Substrat und solchen Resonatoren besteht, die auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind. Alle seriell verbundenen und alle parallel verbundenen Schaltkreiselemente bestehen aus akustischen Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren. Schaltkreiselemente, die nur aus einem kapazitiven Element bestehen, werden nicht vorgeschlagen. Dies gilt auch dann, wenn die Struktur von Fig. 5 erweitert würde zu einem Filter höherer Ordnung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich also damit, ein Filter zu erzielen, das akustische Oberflächenwellen-Resonatoren kombiniert und das die Probleme eliminiert, die mit der Filterkonstruktion des früheren Vorschlags verbunden sind und das einen großen Entwurfsspielraum zuläßt, unabhängig von der Lage des Sperrbands, während es die hohe Widerstandskraft gegenüber elektrischer Leistung behält.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung ein Filter, wie es in den Ansprüchen 1 oder 4 beansprucht wird. Ein Serienkreis wird durch eine Vielzahl von ersten akustischen Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren und eine Vielzahl von Kapazitäten gebildet, die auf dem Substrat mit Lücken enstprechend den Lücken der Elektroden (bzw. die elektrischen Teile, die in den Lücken liegen) gebildet werden. Alternativ kann die Serienschaltung durch eine Vielzahl von kapazitiven Elementen gebildet werden (siehe Anspruch 1 als Alternative zu Anspruch 4). Weiterhin verwendet die vorliegende Erfindung einen Aufbau, in dem zweite akustische Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren ähnlich den oben beschriebenen zwischen Verbindungspunkten der seriell verbundenen Kapazitäten, zwischen Verbindungspunkten der ersten serienverbundenen akustischen Ein- Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren und der gemeinsamen Masse und zwischen Verbindungspunkten für die Anschlüsse der Kapazitäten und der ersten Ein-Tor-Oberflächenwellen-Resonatoren und der gemeinsamen Masse und ferner, wenn notwendig, zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Filters selbst und der gemeinsamen Masse, angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Filteraufbau bereit, der stets eine Impedanzanpassung zwischen dem Filter und den Lasten herbeiführen kann, indem Anpassungsschaltungen mit externen Lasten an die Eingangsund Ausgangsklemmen des Filters angelegt werden, in derselben Weise wie bei dem früheren Vorschlag.
Fig. 1 ist eine Strukturansicht des Schaltkreises eines herkömmlichen akustischen Oberflächenwellenfilters, das früher von den Erfindern der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wurde;
Fig. 2 ist ein zu Fig. 1 äquivalentes Schaltkreisdiagramm;
Fig. 3a bis 3d sind zu Fig. 1 äquivalente Schaltkreisdiagramme, die bestimmten Betriebsfrequenzen entsprechen;
Fig. 4 ist ein Grundriß, der den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5a bis 5d sind vergrößerte Ansichten, die den Aufbau jedes Abschnitts von Fig. 4 zeigen;
Fig. 6a ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm eines akustischen Ein-Tor- Oberflächenwellen-Resonators;
Fig. 6b ist ein Frequenzgang zu Fig. 6a;
Fig. 7 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm des in Fig. 4 gezeigten Filters;
Fig. 8 ist ein Frequenzgang zu Fig. 7;
Fig. 9 ist ein Grundriß, der den Aufbau eines Filters gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 ist ein äquivalentes Schaltkreisdiagramm zu Fig. 9; und
Fig. 11 ist ein Frequenzgang zu Fig. 10.
In der vorliegenden Erfindung wird das Durchlaßband des Filters durch das Band bestimmt, das durch die Resonanzfrequenz des Ein-Tor-Akustikwellen- Resonators erzielt wird, der seriell verbunden ist, oder durch die Resonanzfrequenz, die durch die seriell verbundenen Kapazitäten und die an die Eingangs- und Ausgangsklemmen angeschlossene Anpassungsschaltung erhalten wird (die im allgemeinen aus einem induktiven Kreis besteht).
Jedoch wird das Sperrband durch zwei Werte bestimmt, d.h. durch die Anti-Resonanzfrequenz der seriell verbundenen Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren und die Resonanzfrequenz jedes Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonators, der zwischen jeden Verbindungspunkt und die gemeinsame Masse eingesetzt ist. Damit kann das Durchlaßband/Sperrband des Filters beliebig eingestellt werden, indem die Resonanzfrequenz der seriell verbundenen Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren und die Resonanzfrequenz des Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonators, der zwischen jedem Verbindungspunkt und der gemeinsamen Masse eingefügt ist, auf vorbestimmte Werte eingestellt wird, so daß die Gestaltungsfreiheit drastisch verbessert werden kann im Vergleich zu dem Oberflächenakustikwellen- Resonator des früheren Vorschlags.
Als nächstes wird das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 4 ist ein Grundriß des Filters, das Oberflächenakustikwellen-Resonatoren in Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kombiniert.
In der Zeichnung sind drei Kapazitäten 431, 432 und 433 in Serie verbunden; sie bestehen aus drei Elektrodenlücken, die jeweils zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen IN und OUT auf einem einzigen piezoelektrischen Substrat 10 existieren und sie sind durch die Elektroden P&sub2; und P&sub3;, Elektroden P&sub2; und P&sub6; und Elektroden P&sub6; und P&sub7; definiert; diese Elektroden P&sub2;, P&sub3;, P&sub6; und P&sub7; dienen als gemeinsame Elektrode und bilden zusammen mit Elektroden P&sub1;, P&sub4;, P&sub5; und P&sub8; jeweils Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen- Resonatoren 421, 422, 423 und 424. Diese Resonatoren 421-424 sind ihrerseits zwischen den Elektroden der Kapazitäten 431, 432, 433 und der gemeinsamen Masse 100 angeschlossen. Spulen 13, 14 und 15, 16, die externe Anpassungsschaltungen darstellen, sind zwischen der Eingangsklemme IN und der Masse und zwischen der Ausgangsklemme OUT und der Masse jeweils eingefügt. Die Bezugszeichen 41 bis 46, mit Schraffur auf dem Substrat 10, repräsentieren Absorbermaterial, das in der Praxis nicht vorhanden sein muß, aber insbesondere dann benutzt wird, wenn sich irgendein Problem mit einer Reflexion der Oberflächenwelle entwickelt.
Das oben beschriebene Filter umfäßt die Kombination der Serienschaltung von Kapazitäten gemäß Fig. 5a und der Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen- Resonatoren gemäß Fig. 5b. Diese Resonatoren können so aussehen, wie in Fig. 5c und 5d jeweils dargestellt.
Fig. 5b zeigt ein Beispiel eines reinen Multielektroden-Fingerpaar-Wandlers. Obwohl auf beiden Seiten keine Reflektoren vorgesehen sind, bildet sich ein Resonator, weil die Vibrationsenergie durch interne Reflexion an den Fingerelektroden des Wandlers selbst eingegrenzt wird. Fig. 5c zeigt ein Beispiel, bei dem eine Vielzahl von Wandlern gemäß Fig. 5b (drei Wandler 425, 426 und 427 in diesem Fall) elektrisch in Serie verbunden sind, während Fig. 5d ein Beispiel zeigt, bei dem ein einziger Wandler in eine Vielzahl von Einheiten unterteilt ist, die elektrisch in Serie verbunden sind.
Wenn eine Hochfrequenzspannung an die Eingangsklemrne IN der Fig. 5a angelegt wird, erscheint eine Spannung an der Ausgangsklemme OUT durch die drei Lückenkapazitäten. Da jedoch der Kapazitätswert der Lückenkapazität allgemein auf einen sehr kleinen Wert eingestellt ist, ist der Pegel der Ausgangsklemmenspannung extrem niedrig. Somit hat die in Fig. 5a gezeigte Einzelstruktur keinerlei Filterfunktion. Wenn eine einfache Anpassungsschaltung (z.B. Spulen 13, 14, 15, 16) von außen angefügt wird, wie in Fig. 4 dargestellt, können die Lückenkapazitätswerte durch die Induktivität der Spule bei einer beliebigen Resonanzfrequenz ausgelöscht werden. Somit kann ein Bandpaßfilter mit einer beliebigen Frequenz als Durchlaßband gebildet werden, indern der Kapazitätswert und der Aufbau des Anpassungsschaltung auf vorgegebene Werte gesetzt wird.
Jedoch bleibt ein solches Filter prinzipiell ein bloßes LC-Filter und ist von dem folgenden Problem nicht frei. Wenn ein Filter mit relativ schmalem Band und geringen Verlusten mit einer Bandbreite von ungefähr 3 bis 4% erzielt werden soll, z.B. ein für Mobilfunk benötigtes Filter, kann ein hinreichend hoher Gütewert Q nicht mit einem bloßen LC-Kreis erzielt werden, so daß der Verlust im Durchlaßband zunimmt. Ferner kann die scharfe Frequenzcharakteristik, die beispielsweise für Mobilfunk benötigt wird, nicht erzielt werden.
Der elektrisch äquivalente Schaltkreis des Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen- Resonators, der in den Fig. 5b, 5c und 5d gezeigt ist, kann durch den Schaltkreis gemäß Fig. 6a angenähert werden. Mit anderen Worten kann er annähernd als Paralleischaltung der elektrostatischen Kapazität 61 (C&sub0;) zwischen den Fingerelektroden und einer Serienschaltung der äquivalenten Induktivität 62 (L&sub1;) und Kapazität (C&sub1;) ausgedrückt werden, die aus der Resonanz der elastischen Vibration herrührt.
Wie in Fig. 6b gezeigt, wird der Frequenzgang der Impedanz zwischen beiden Klemmen des Resonators Im (Z) 0 bei der Resonanzfrequenz und Im (Z) oo bei der Anti-Resonanzfrequenz. Hierbei bedeutet Im den Imaginärteil der Impedanz.
Das in Fig. 4 gezeigte Filter kann näherungsweise durch das Ersatzschaltbild der Fig. 7 ausgedruckt werden unter Zuhilfenahme des in Fig. 6a gezeigten äquivalenten Schaltkreises. Wie aus dem Ersatzschaltbild der Fig. 7 zu ersehen ist, wird das Durchlaßband des Filters durch die Anpassungsbedingung zwischen den drei seriell verbundenen Kapazitäten 70, 71, 72 und den Anpassungsschaltungen (z.B. Spulen 130, 140, 150, 160) bestimmt, die zu den Eingangs- und Ausgangsklemmen hinzugefügt sind. Da der LC-Kreis ohne die Oberflächenakustikwellen-Resonatoren nur niedrige Gütewerte Q liefert, wie oben beschrieben, kann jedoch der Verlust im Durchlaßband im allgemeinen nicht reduziert werden, ohne daß Anpassung über eine extrem große Bandbreite erzielt wird. Deshalb ist der Frequenzgang des Filters, das durch die Serienverbindung der Kapazitäten und der externen Anpassungsschaltungen gebildet wird, ohne Schärfe, sondern erstreckt sich über ein sehr breites Band. Jedoch wird dieses Problem gelöst durch die Ein-Tor- Oberflächenakustikwellen-Resonator-Schaltungen (Q&sub1; bestehend aus 511-521- 531, Q&sub2; bestehend aus 512-522-532, Q&sub3; bestehend aus 513-523-533 und Q&sub4; bestehend aus 514-524-534), die zwischen den Verbindungspunkten der seriell verbundenen Kapazitäten 70, 71, 72 und zwischen den Verbindungspunkten für die Anschlüsse der Kapazitäten und der Spulen 130, 150 und der gemeinsamen Masse liegen. Dies ist besonders vorteilhaft zur Erzielung eines Filters mit einem scharfen Sperrband an der niederfrequenten Seite des Durchlaßbands.
Im folgenden wird das Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten erläutert, wobei das Ergebnis einer Berechnung mit bestimmten numerischen Werten verwendet wird. Fig. 8 zeigt ein Entwurfsbeispiel eines Mobilfunk- Empfangsfilters mit der folgenden Spezifikation. Es wird ein Fall angenommen, bei dem ein steiler Frequenzgang mit einem Bandpaß von 870 bis 890 MHz und einem Sperrband von 825 bis 845 MHz erforderlich ist. Wenn nur die seriell verbundenen Kapazitäten 70, 71, 72 und die externen Anpassungsschaltungen 130, 140, 150, 160, die in Fig. 7 dargestellt sind, verwendet werden, wird im Sperrband von 825 bis 845 MHz lediglich eine Dämpfung von 5 bis 10 dB erzielt für eine derartige Anforderung. Wenn daher die Resonanzfrequenzen der Resonatoren Q&sub1; bis Q&sub4;, die gemäß Fig. 7 mit der Masse verbunden sind, in den Bereich des Sperrbands 825 bis 845 MHz des Filters gesetzt werden, wird die Impedanz zwischen den beiden Anschlüssen der Resonatoren im wesentlichen Null, d.h. Im (Z) innerhalb der Resonanzfrequenzen 825 bis 845 MHz Somit wird eine große Dämpfung erzielt. Der in Fig. 8 gezeigte Frequenzgang zeigt ein Beispiel für Filterentwürfe, in denen eine große Bandbreite erreicht wird durch leicht gestaffelte Resonanzfrequenzen der Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren, die in dem in Fig. 4 gezeigten Filter verwendet werden, die in dem Ersatzschaltbild von Fig. 7 zum Ausdruck gebracht sind.
Wenn die Resonanzfrequenzen einer Vielzahl von Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren voneinander abweichen, wie oben beschrieben, kann die Bandbreite des Filters auf ein beliebiges Band gesetzt werden.
In dem Durchlaßband des oben beschriebenen Filters wird die Impedanz jedes Resonators wesentlich erhöht, d.h. Im (Z) ∞, weil die Frequenz nahe an der Anti-Resonanzfrequenz jedes Resonators liegt. Deshalb werden kaum Einflüsse ausgeübt auf das Durchlaßband durch das Hinzufügen der Resonatoren.
s Das Entwurfsbeispiel der Fig. 8 benutzt die folgenden Parameter. Das piezoelektrische Substrat ist 36º YX-LiTaO&sub3;, die Lückenkapazität beträgt 2 pF, die Aperturlänge des Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonators beträgt 4 Wellenlängen, die Anzahl der Fingerpaare beträgt 400 Paare und es wird der in Fig. 5b dargestellte Resonator-Typ benutzt.
Gemäß Fig. 8 beträgt der Verlust im Durchlaßband 2 dB und eine Dämpfung von mindestens 40 dB kann im Sperrband erreicht werden. Wie oben beschrieben, sieht die vorliegende Erfindung das Filter als Kombination von Oberflächenakustikwellen-Resonatoren vor, wobei die Lückenkapazitäten, die auf dem einen Substrat 10 gebildet sind, in Serie verbunden sind, die Ein- Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren zwischen die seriellen Verbindungspunkte und die gemeinsame Masse und zwischen die Eingangs- und Ausgangsklemmen und die gemeinsame Masse eingefügt sind und die Anpassungsschaltungen mit der externen Last an den Eingangs- und Ausgangsklemmen liegen.
In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform sind die Lückenkapazitäten, die auf dem einen Substrat 10 gebildet sind, in Serie verbunden, aber die Lückenkapazitäten und die Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren können außer den Lückenkapazitäten in Serie verbunden werden. In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform sind zwei Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren und eine Lückenkapazität in Serie verbunden, und die Ein- Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonatoren sind eingefügt zwischen den seriellen Verbindungspunkten und der gemeinsamen Masse und zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen und der gemeinsamen Masse, auf die gleiche Art wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4. Wie aus dem in Fig. 10 gezeigten, näherungsweise äquivalenten Schaltkreis zu entnehmen ist, kann ein derartiger Schaltkreisaufbau das Sperrband des Filters auch in der Nähe der Anti-Pesonanzfrequenzen der in Serie verbundenen Ein-Tor-Oberflächenakustikwellen-Resonantoren bilden (d.h. an der höherfrequenten Seite des Durchlaßbands).
Somit kann ein Filter mit steilem Anstiegs- und Abfallfrequenzgang für Sperrbänder sowohl an der niederfrequenten als auch an der höherfrequenten Seite des Durchlaßbands erzielt werden, wie aus Fig. 11 zu ersehen ist, die den Frequenzgang zeigt.
Die vorliegende Erfindung kann ein Oberflächerakustikwellen-Resonatorfilter erzielen, das einen geringen Verlust aufweist, aber fähig ist, mit einer hohen Leistung umzugehen und das einen steilen Frequenzgang für das Sperrband an der tieferfrequenten Seite des Durchlaßbands in derselben Art wie das Filter gemäß dem früheren Vorschlag aufweist Oapanische Offenlegungsschrift Nr. 22051/1986).

Claims

1. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421, 423 in Fig. 4) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, wobei das Filter aus einem piezoelektrischen Substrat (10) besteht und wobei die Resonatoren (421, 423 in Fig. 4) auf dem piezoelektrischen Substrat (10) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Filter einen in Reihe geschalteten Stromkreis umfaßt, der durch das serielle Verbinden von mehreren Schaltkreiselementen (431 bis 433 in Fig. 4) gebildet wird, von denen jedes aus einem kapazitiven Element (70, 71, 72 in Fig. 7) besteht, mit einem entsprechenden Paar (P3-P2, P2-P6, P6- P7) von Elektroden (P2, P3, P6, P7 in Fig. 4) und

daß die Ein-Tor-Resonatoren (421, 423 in Fig. 4) für akustische Oberflächenwellen zwischen jedem Verbindungspunkt (Elektroden P2, P6 in Fig. 4) der Schaltkreiselemente (431 bis 433 in Fig. 4) und einem gemeinsamen Bezugspunkt (100) angeordnet sind.

2. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421, 423) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zusätzliche Resonatoren (422, 424 in Fig. 4), die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen (11, 12 in Fig. 4) des Filters und dem gemeinsamen Bezugspunkt (100) angeordnet sind.

3. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421 bis 424) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Ein-Tor-Resonatoren (421 bis 424; Q&sub1; bis Q&sub4;) für akustische Oberflächenwellen eine Resonanzfrequenz hat, die sich von derjenigen der anderen unterscheidet.

4. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421, 422, 424, 425 in Fig. 9) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, wobei das Filter aus einem piezoelektrischen Substrat (10) besteht und wobei die Resonatoren (421, 422, 424, 425 in Fig. 9) auf dem piezoelektrischen Substrat (10) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Filter einen in Reihe geschalteten Stromkreis umfaßt, der durch das serielle Verbinden von mehreren Schaltkreiselementen (422, 432, 425 in Fig. 9) gebildet wird, von denen zumindest eines aus einem kapazitiven Element (432 in Fig. 9, 101 in Fig. 10) besteht, mit einem entsprechenden Paar (P2' - P6') von Elektroden (P2', P6' in Fig. 9), wobei der Rest aus ersten Ein-Tor-Resonatoren (422, 425 in Fig. 9) für akustische Oberflächenwellen besteht, und

daß zweite Ein-Tor-Resonatoren (421, 424 in Fig. 9) für akustische Oberflächenwellen zwischen jedem Verbindungspunkt (Elektroden P2', P6' in Fig. 9) der Schaltkreiselemente (422, 432, 425 in Fig. 9) und einem gemeinsamen Bezugspunkt (100) angeordnet sind.

5. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421, 422, 424, 425 in Fig. 9) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zusätzliche zweite Resonatoren (423, 426 in Fig. 9), die zwischen den Eingangs- und den Ausgangsklemmen (111, 121 in Fig. 9) des Filters und dem gemeinsamen Bezugspunkt (100) angeordnet sind.

6. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421 bis 426) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der ersten Ein-Tor-Resonatoren (422, 425) für akustische Oberflächenwellen eine Resonanzfrequenz hat, die sich von derjenigen der anderen unterscheidet.

7. Filter, das Ein-Tor-Resonatoren (421 bis 426) für akustische Oberflächenwellen kombiniert, nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der zweiten Ein-Tor- Resonatoren (421, 423, 424, 426) für akustische Oberflächenwellen eine Resonanzfrequenz hat, die sich von derjenigen der anderen unterscheidet.