DE3812603C2 - Akustischer Oberflächenfilter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischen Oberflächenfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.

Aus der DE-OS 29 26 104 ist ein solcher Oberflächenwellenfilter bekannt. Die Phasenverschiebung wird dort durch Beschaltung mit externen Blindwiderständen hervorgerufen. Diese Blindwiderstände bestehen aus Spulen bzw. einer Kombination von Spule und Kondensator. Es wird dabei immer eine Spule eingesetzt.

Da bei dem bekannten akustischen Oberflächenwellenfilter induktive Elemente als Phasenschieber benötigt werden, ergeben sich Nachteile bei der Herstellung in Miniaturgröße in Massenproduktion. Daneben besteht das Problem, daß Rauschen (wohl durch die elektromagnetische Induktion) erzeugt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein unidirektionales akustisches Oberflächenwellenfilter so auszulegen, daß die Verwendung von Spulen in dem Phasenschieber vermieden wird, ohne daß eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Oberflächenwellenfilters eintritt.

In Verbindung mit der von der Erfindung betrachteten Aufgabe sollte es erwähnt werden, daß eine große Schwierigkeit bei der Realisierung des Phasenschiebers auftritt, der fähig zum Erzeugen einer erwünschten elektrischen Phasendifferenz einfach durch den Einsatz eines kapazitiven Elements ist, aufgrund des inneren Widerstands und der Ungleichmäßigkeit in der Kapazität.

In der Realität, wenn der Phasenschieber mit einem kapazitiven Element gebildet wird, weicht die elektrische Phasendifferenz, die durch den Phasenschieber erzeugt wird, von dem erwünschten Wert ab. Dieses Problem wird im nachfolgenden genauer betrachtet unter der Annahme, daß die gewünschte Phasendifferenz π/2 rad. ist. Es ist die folgende Beziehung zwischen der geometrischen Phasendifferenz und der elektrischen Phasendifferenz gegeben:

Φ_M - Φ_E = (2n - 1) π (rad.)

wobei n eine natürliche Zahl angibt, Φ_M die geometrische Phasendifferenz und Φ_E die elektrische Phasendifferenz darstellt. Folgerichtig, wenn die elektrische Phasendifferenz von π/2 rad. abweicht, weicht die geometrische Phasendifferenz von 3π/2 rad. ab, was demnach bedeutet, daß die Bedingungen zum Unterdrücken der unerwünschten Wellen nicht mehr eingehalten sind. Und zwar deshalb, weil jeder der Elektrodenfinger und der Abstand dazwischen so ausgelegt worden sind, daß die Bedingungen zum Unterdrücken der unerwünschten Wellen, die durch die Diskontinuitäten in der akustischen Impedanzcharakteristik erzeugt werden, eingehalten werden bzw. gültig sind. In bezug auf das Problem der unerwünschten Wellenerzeugung aufgrund von Diskontinuitäten in der akustischen Impedanzcharakteristik kann auf eine Literatur verwiesen werden mit dem Titel "Experimental Distinction Between Crossed-Field and In-Line Three-Port Circuit-Models for Interdigital Transducers" enthalten in IEEE Trans., 1974, MTT-22, S. 960-964.

Mit Hinsicht darauf, mit den oben erwähnten Problemen in den akustischen Oberflächenfilter zurechtzukommen, in dem der Phasenschieber zum Erzeugen der elektrischen Phasendifferenz nur durch das kapazitive Element gebildet ist, löst die Erfindung die anmeldungsgemäße Aufgabe durch die im Anspruch gekennzeichneten Merkmale.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung können sich die unerwünschten Wellen, die aufgrund der Diskontinuität in der akustischen Impedanzcharakteristik erzeugt werden, innerhalb einer Gruppe der sendenden Elektrode, der Meanderelektrode und der reflektierenden Elektrode gegenseitig aufheben, um somit auch dann unterdrückt zu sein, wenn die elektrische Phasendifferenz zwischen den angelegten Spannungen und der geometrischen Phasendifferenz zwischen den angeordneten Elektroden von einem ungeradzahligen Vielfachen von 90° abweichen sollten. Damit kann ein akustischer Oberflächenfilter mit niedrigem Verlust und niedriger Oberwelligkeit erzeugt werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines akustischen Oberflächenfilters entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des Filters nach Fig. 1, in der zwei Gruppen von sendenden Elektroden vorgesehen sind;

Fig. 3 eine weitere, vergrößerte Teilansicht des Filters von Fig. 2;

Fig. 4A bis 4D schematische Diagramme zum Darstellen von Phasenzuständen von unerwünschten Wellen, die in dem Filter nach Fig. 3 erzeugt werden;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines akustischen Oberflächenfilters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine vergrößerte Teilansicht des Filters nach Fig. 5, in dem zwei Gruppen von sendenden Elektroden vorgesehen sind;

Fig. 7 eine weitere, vergrößerte Teilansicht des Filters nach Fig. 6;

Fig. 8A bis 8D schematische Diagramme zum Darstellen von Phasenzuständen von unerwünschten Wellen, die in dem Filter nach Fig. 7 erzeugt werden;

Fig. 9 eine schematische Draufsicht, die einen akustischen Oberflächenfilter gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 10 eine vergrößerte Teilansicht des Filters nach Fig. 9, in dem zwei Gruppen von sendenden Elektroden vorgesehen sind;

Fig. 11 eine weitere, vergrößerte Teilansicht des Filters nach Fig. 10; und

Fig. 12A bis 12D schematische Diagramme zum Darstellen der Phasenzustände von unerwünschten Wellen, die in dem Filter nach Fig. 11 erzeugt werden.

Im nachfolgenden wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den illustrierten Ausführungsformen im Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen akustischen Oberflächenwellenfilter entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung. Im Fall dieses Filters beträgt die geometrische Phasendifferenz

Φ_M = 310° (5 π/4 < Φ_M < 7 π/4).

Eine Eingangselektrodenanordnung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist, ist aus einer sendenden Elektrode 2a, einer reflektierenden Elektrode 2b und einer Meanderelektrode 2c zusammengesetzt. Eine Ausgangselektrodenanordnung 3 ist aus einer sendenden Elektrode 3a, einer reflektierenden Elektrode 3b und einer Meanderelektrode 3c zusammengesetzt. Diese Eingangs- und Ausgangselektroden 2 und 3 sind auf einem piezoelektrischen Substrat 1 angeordnet, das aus einem 128°-Drehung-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithiumniobatmonokristall (128°-rotation Y-cut X-propagation lithium niobate mono-crystal) gebildet ist. Die Öffnungslänge W der Eingangs- und Ausgangselektroden 2 und 3 ist als diejenige Länge definiert, entlang der die Elektrodenfinger gegenüberliegen, und ist konstant. Im Fall der Ausführungsform nach Fig. 1 sind die Eingangselektroden 2 und die Ausgangselektroden 3 jeweils in einer Gruppe vorgesehen. Für eine Gruppe der Eingangselektroden 2 sind zwei Paare von akustischen Oberflächenwellen-Erregungsquellen in den sendenden Elektroden 2a und ein Paar der elektrischen Oberflächenerregungsquellen für die reflektierenden Elektroden 2b vorgesehen. Ähnlich sind in einer Gruppe der Ausgangselektroden 3 zwei Paare von akustischen Oberflächenwellenerregungsquellen vorgesehen für die sendenden Elektroden 3a und ein Paar von Erregungsquellen für die reflektierenden Elektroden 3b. Die Mittenfrequenz beträgt 56,5 MHz. Die Fingerbreite der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode beträgt 8,6 µm, wobei beide Elektroden als geteilte Elektroden ausgebildet sind. Die sendenden Elektroden 2a und 3a sind verbunden, um Impedanz 61 bzw. 62 zu laden, von denen jede 1,8 kΩ beträgt. In dem akustischen Oberflächenfilter nach der momentanen Ausführungsform der Erfindung weicht die Anzahl der gepaarten Finger der sendenden Elektrode von der der reflektierenden Elektrode ab. Die sendende Elektrode und die reflektierende Elektrode sind in Serie verbunden. Mit dieser Anordnung wird der Phasenschieber mit einem Spulenelement vermieden und kapazitive Phasenschieber 41 und 42 werden eingesetzt. Diese Phasenschieber 41 und 42 werden auf das Substrat 1 gleichzeitig mit den Elektroden aufgebracht. Damit wird die Implementation der kapazitiven Phasenschieber erleichtert. Der kapazitive Phasenschieber 41 ist mit der reflektierenden Elektrode 2b und der Meanderelektrode 2c verbunden, wohingegen der kapazitive Phasenschieber 42 mit der reflektierenden Elektrode 3b und der Meanderelektrode 3c verbunden ist. Die reflektierenden Elektroden 2b und 3b sind beide geerdet. Die sendende Elektrode 2a ist mit einer Signalquelle 5 über die Lastimpedanz 61 verbunden. Mit dem Eingeben von Signalen von der Signalquelle wird eine akustische Oberflächenwelle mit der Eingangselektrodenanordnung 2 erregt. Die erregte elastische Oberflächenwelle wird von der Ausgangselektrodenanordnung 3 umgewandelt in ein elektrisches Signal, das an die Lastimpedanz 62 ausgegeben wird. In dem akustischen Oberflächenfilter nach Fig. 1 sind die Eingangs- und Ausgangselektroden in jeweils einer einzigen Gruppe vorgesehen. Es sollte jedoch auch gesehen werden, daß die Eingangs- und Ausgangselektroden jeweils in einer Vielzahl von Gruppen vorgesehen sein können. Fig. 2 zeigt einen praktischen, akustischen Oberflächenfilter gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in der die einzelnen Elektroden 2a, 2b und 2c jeweils in zwei Gruppen vorgesehen sind. In der Struktur nach Fig. 2 sind die Länge und die Breite der Elektrodenfinger und der Zwischenfingerabstand gleich denen in der Filterstruktur nach Fig. 1. Mit anderen Worten unterscheidet sich die Einrichtung nach Fig. 2 von der nach Fig. 1 nur in der Anzahl der Gruppen der einzelnen Elektroden. Genauer zeigt Fig. 2 in einer vergrößerten Ansicht eine Eingangselektrodenanordnung, in der die einzelnen Elektroden 2a, 2b und 2c jeweils in zwei Gruppen vorgesehen sind, auf die Abbildung der Ausgangselektrodenanordnung wurde verzichtet. Zur Verdeutlichung ist die Meanderelektrode mit Schraffierung angegeben. Die Anzahl der Elektrodengruppen in der Eingangs- und Ausgangselektrodenanordnung 2 und 3 kann frei von der Abhängigkeit der Kennlinien der Schaltung, die mit dem akustischen Oberflächenfilter verbunden ist, bestimmt werden. Weiterhin kann die Anzahl der Elektrodengruppen in der Eingangselektrodenanordnung sich von der Ausgangselektrodenanordnung unterscheiden. Zum Beispiel können acht Gruppen von Elektroden für jede der Eingangselektrodenanordnungen 2 und der Ausgangselektrodenanordnung 3 eingerichtet sein und es ist genauso möglich, acht Gruppen von Elektroden für die Eingangselektrodenanordnung 2 und sieben Gruppen von Elektroden, die in der Ausgangselektrodenanordnung 3 verwendet sind, vorzusehen. Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht eine Eingangselektrodenanordnung in einem akustischen Oberflächenfilter nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in der eine Vielzahl von Elektrodengruppen angeordnet sind. Das Muster, in dem die einzelnen Elektroden angeordnet sind, ist gleich dem der Eingangselektrodenanordnung nach Fig. 2. Weiterhin sind die Meanderelektroden auch in Fig. 3 mit Schraffierung angegeben. Unter der Annahme, daß eine Elektrodengruppe dem mit L₁ nach Fig. 3 angegebenen Bereich entspricht, entspricht die geometrische Phasendifferenz Φ_M einer Länge L_{M 1}, die in der gleichen Figur gezeigt ist. Wenn die Mittenfrequenz f₀ = 56,6 MHz beträgt und die Ausbreitungsgeschwindigkeit v der akustischen Oberflächenwelle 3880 m/s ist, bestimmt sich die Wellenlänge λ₀ wie folgt:

Aus dem Wert von λ₀, kann α₁ und β₁ wie folgend bestimmt werden:

Auf der Basis der Werte von α₁ und β₁ ergibt sich die Breite L_{m 1} des Meanderelektrodenfingers zwischen der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode zu 16 µm, wohingegen der mittlere der dreifach Meanderelektrodenfinger, die zwischen der reflektierenden Elektrode der gleichen Gruppe und der sendenden Elektrode der nachfolgenden Gruppe angeordnet sind, eine Breite L_{f 1} von 1 µm hat.

Die Fig. 4A bis 4D sind Ansichten zum Darstellen, auf welche Art und Weise die unerwünschten Wellen unterdrückt werden. Die Phasenbeziehungen zwischen den unerwünschten Wellen, die an den Punkten a, b, . . . p gezeigt in Fig. 3 reflektiert werden, werden durch Richtungen von Vektoren in den Fig. 4A bis 4D dargestellt. Genauer ist die unerwünschte an dem Punkt a, gezeigt in Fig. 3, reflektierte Welle durch den Vektor a in Fig. 4A dargestellt. Die unerwünschte am Punkt b in Fig. 3 reflektierte Welle wird durch den Vektor b in Fig. 4A dargestellt. Die unerwünschte reflektierte Welle an dem Punkt b (Vektor b) weicht in der Phase um 90° von der unerwünschten Welle ab, die an den Punkt a reflektiert (Vektor a) worden ist. Ähnlich sind die Phasen der unerwünschten Wellen, die an den Punkten c bis p reflektiert werden, jeweils mit Bezug auf die Phase dargestellt, die durch den Vektor a angegeben wird. Wie aus der Fig. 4 gesehen werden kann, ist die unerwünschte Welle (Vektor a), die an dem Punkt a reflektiert wird, in der Phase um 180° gegenüber der unerwünschten Welle (Vektor c) versetzt, die am Punkt c reflektiert wird. Dementsprechend löschen sich diese Wellen gegenseitig aus. Ähnlich löschen sich die an dem Punkt b (Vektor b) reflektierte Welle und die unerwünschte an dem Punkt d (Vektor d) reflektierte Welle gegenseitig aus. Das Auslöschen bzw. Aufheben der Vektoren a, b, c und d auf 0 ist dem Einsatz von Elektroden des geteilten Typs zuzuschreiben. Weiterhin heben sich die unerwünschte Welle, die an dem Punkt f in Fig. 3 (dargestellt durch den Vektor f in Fig. 4B) reflektiert wird, und die unerwünschte Welle, die am Punkt h in Fig. 3 reflektiert wird (dargestellt durch den Vektor h in Fig. 4B) gegenseitig auf. Ähnlich heben sich der Vektor j oder der Vektor k gegenseitig mit den Vektoren i und l auf, wie in Fig. 4C gezeigt ist. Zudem heben sich die Vektoren p und n gegenseitig auf, wie aus Fig. 4D zu ersehen ist. Daneben heben sich der Vektor e (Fig. 4B) und der Vektor o (Fig. 4D) gegenseitig auf, wie jeweils der Vektor g (Fig. 4B) und der Vektor m (Fig. 4D) sich gegenseitig aufheben. Auf diese Art und Weise heben sich unerwünschte Wellen gegenseitig auf und damit sind sie innerhalb einer Elektrodengruppe unterdrückt. Nebenbei werden die unerwünschten Wellen, die an anderen einzelnen Elektrodenfingern erzeugt werden, nach dem gleichen Prinzip, wie oben in Verbindung mit Fig. 4A beschrieben innerhalb jeder Gruppe unterdrückt, aufgrund der geteilten Anordnung der Elektroden. Wie aus der vorhergehenden Erklärung zu ersehen war, sind in den akustischen Oberflächenfiltern nach den Fig. 1, 2 und 3 die unerwünschten Wellen unterdrückt, wodurch sich eine akustischen Oberflächenwelle mit verbesserten Eigenschaften ergibt.

Im Fall der Elektrodenanordnung nach den Fig. 1 und 2 ist eine Gruppe von sendenden, reflektierenden und Meanderelektroden verbunden mit einer anderen Gruppe von diesen Elektroden gruppenweise verbunden. Jedoch kann die Elektrodenanordnung so implementiert werden, daß sie mit einer Zwischenelektrode in einer Gruppe beginnt und mit einer Zwischenelektrode in der anderen Gruppe abschließt. Zum Beispiel kann eine solche Elektrodenanordnung verwendet werden, in der die Anordnung mit einem Elektrodenteil beginnt, angegeben bei dem Punkt a, dem eine kaskadierte Verbindung von mehreren kaskadierten Elektrodengruppen (oder einer einzigen Elektrodengruppe) nachfolgt und die mit einem Elektrodenteil entsprechend dem Punkt a in der letzten Elektrodengruppe endet. Mit diesen Anordnungen der Elektrodenanordnung heben sich die ungewünschten Wellen gegenseitig auf entsprechend einem Prinzip, das ähnlich zu dem oben in Verbindung mit Fig. 3 und 4 beschriebenen ist, wobei der vorteilhafte oben beschriebene Effekt erhalten werden kann.

Fig. 5 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen akustischen Oberflächenwellenfilter nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Falle dieses Filters ist die geometrische Phasendifferenz Φ_M zu 330° ausgewählt (7 π/4 < Φ_M < 9 π/4). Einen Eingangselektrodenanordnung 7 ist aus einer sendenden Elektrode 7a, einer reflektierenden Elektrode 7b und einer Meanderelektrode 7c zusammengesetzt. Eine Ausgangselektrodenanordnung 8 ist aus einer sendenden Elektrode 8a, einer reflektierenden Elektrode 8b und einer Meanderelektrode 8c zusammengesetzt. Diese Eingangs- und Ausgangselektroden 7 und 8 sind auf einem piezoelektrischen Substrat 1 aufgebracht, das aus einem 128°-Drehung-Y-Schnitt-X-Fortpflanzungs-Lithiumniobatmonokristall besteht, wie in dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 1. Die Öffnungslänge W genauso wie die Implementation der einzelnen Elektroden in Form von geteilten Elektroden in dem Filter nach Fig. 5 sind identisch mit dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 1. Der Unterschied des Filters nach Fig. 5 gegenüber dem Filter nach Fig. 1 liegt in der Positionsbeziehung zwischen der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode aufgrund der unterschiedlichen geometrischen Phasendifferenzen, und wird begleitet von einem entsprechenden, teilweisen Unterschied in der Struktur der Meanderelektrode. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Mittenfrequenz ebenfalls 56,5 MHz. Die Lastimpedanzen 63 und 64 betragen jeweils 1,8 kΩ.

In dem akustischen Oberflächenfilter nach Fig. 5 sind die Eingangs- und Ausgangselektroden 7 und 8 jeweils in einer Gruppe vorgesehen. Es sollte jedoch beachtet werden, daß die Eingangs- und Ausgangselektroden jeweils mit einer Vielzahl von kaskadierten Gruppen versehen sein können. Fig. 6 zeigt einen praktischen akustischen Oberflächenfilter entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in der die einzelnen Elektroden jeweils in zwei Gruppen vorgesehen sind. In der Struktur nach Fig. 6 sind die Länge und die Breite des Elektrodenfingers und der Zwischenfingerabstand gleich denen in der Filterstruktur nach Fig. 5. Mit anderen Worten gesagt, unterscheidet sich die Einrichtung nach Fig. 6 von der nach Fig. 5 nur in der Anzahl der Gruppen der einzelnen Elektroden. Fig. 6 zeigt genauer in einer vergrößerten Ansicht eine Eingangselektrodenanordnung 7, in der die einzelnen Elektroden jeweils in zwei Gruppen vorgesehen sind, auf die Abbildung der Ausgangselektrodenanordnung wurde verzichtet. Zur Verdeutlichung ist die Meanderelektrode schraffiert angegeben. Die Anzahl der Elektrodengruppen in den Eingangs- und Ausgangselektrodenanordnungen 7 und 8 kann frei in Abhängigkeit von den Charakteristiken der Schaltung bestimmt werden, die mit diesem akustischen Oberflächenfilter verbunden ist, wie es in dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 2 gezeigt ist. Weiterhin kann die Anzahl der Elektrodengruppen in der Elektrodenanordnung 7 von der Ausgangselektrodenanordnung 8 differieren. Zum Beispiel können acht Gruppen von Elektroden für jede der Eingangselektrodenanordnung 7 und der Ausgangselektrodenanordnung 8 eingerichtet sein und es ist genauso möglich, acht Gruppen von Elektroden für die Eingangselektrodenanordnung 7 und sieben Gruppen von Elektroden vorzusehen, die in der Ausgangselektrodenanordnung 8 eingesetzt sind. Fig. 7 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht eine Eingangselektrodenanordnung in einem akustischen Oberflächenfilter gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, in der eine Vielzahl von Elektrodengruppen angeordnet sind. Das Muster, in dem die einzelnen Elektroden angeordnet sind, ist das gleiche wie das der Eingangselektrodenanordnung nach den Fig. 5 und 6. Weiterhin sind die Meanderelektroden auch in Fig. 7 schraffiert angegeben. Angenommen, daß eine Elektrodengruppe dem mit L₂ in Fig. 7 angegebenen Bereich entspricht, dann entspricht die geometrische Phasendifferenz Φ_M einem Abstand L_{M 2}, der in der gleichen Figur gezeigt ist. Die Wellenlänge λ₀ beträgt 68,7 µm, wie in dem Fall des Filters nach Fig. 1. Aus dem Wert von λ₀ kann α₂ und β₂ wie nachfolgend bestimmt werden:

Auf der Basis der Werte von α₂ und β₂ beträgt der Abstand L_{m 2} zwischen zwei Meanderelektrodenfingern 2,9 µm, die zwischen der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode angeordnet sind, wohingegen der Abstand L_{f 2} zwischen den beiden Meanderelektrodenfingern, die zwischen der reflektierenden Elektrode und der gleichen Gruppe und der sendenden Elektrode der nachfolgenden Gruppe angeordnet sind, 14 µm beträgt.

Die Fig. 8A bis 8D sind Ansichten zum Darstellen, auf welche Art und Weise die unerwünschten Wellen in den Filtern nach den Fig. 5 bis 7 unterdrückt werden. Die Phasenbeziehungen zwischen den unerwünschten Wellen, die an den Punkten a, b, . . . p reflektiert werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist, werden durch Richtungen von Vektoren in den Fig. 8A bis 8D dargestellt. Die unerwünschte Welle, die an dem Punkt a nach Fig. 7 reflektiert wird, ist durch den Vektor a in Fig. 8A angegeben. Die unerwünschte Welle, die an dem Punkt b in Fig. 7 reflektiert wird, wird durch den Vektor b in Fig. 8A angegeben. Die Phasen der unerwünschten Wellen, die an den Punkten a bis p reflektiert werden, werden jeweils in bezug auf die Phase, die durch den Vektor a angegeben ist, dargestellt. Wie aus der Fig. 8 zu ersehen ist, ist die unerwünschte Welle (Vektor a), die an dem Punkt a reflektiert wird, um 180° gegenüber der unerwünschten Welle (Vektor c), die an dem Punkt c reflektiert wird, in der Phase versetzt. Dementsprechend heben sich diese beiden Wellen gegenseitig zu null auf. Ähnlich heben sich die unerwünschte Welle, die an dem Punkt b (Vektor b) reflektiert wird, und die unerwünschte Welle, die an dem Punkt c (Vektor c) reflektiert wird, gegenseitig zu null auf. Das gegenseitige Aufheben der Vektoren a, b, c und d ist dem Einsatz von geteilten Elektroden zuzuschreiben, wie in dem Fall des Filters nach Fig. 4. Weiterhin heben sich die unerwünschte Welle, die an dem Punkt e in Fig. 8 reflektiert (dargestellt durch Vektor e in Fig. 8D) wird, und die unerwünschte Welle, die am Punkt o (dargestellt durch Vektor o in Fig. 8D) reflektiert wird, gegenseitig auf. Ähnlich heben sich die Vektoren f und p gegenseitig auf und die Vektoren g und m heben sich ebenfalls gegenseitig auf. Zudem heben sich die Vektoren h und n gegenseitig auf. Daneben heben sich die Vektoren i und der Vektor h gegenseitig auf und der Vektor j und der Vektor l heben sich gegenseitig auf. Auf diese Art und Weise heben sich die unerwünschten Wellen gegenseitig auf und somit sind sie innerhalb einer Elektrodengruppe unterdrückt. Nebenbei, sind die unerwünschten Wellen, die bei anderen einzelnen Elektrodenfingern erzeugt werden, unterdrückt gemäß dem gleichen Prinzip, wie oben in Verbindung mit Fig. 8A innerhalb der jeweiligen Gruppe beschrieben ist, aufgrund der geteilten Anordnung der Elektroden. Wie aus der vorhergehenden Erklärung zu ersehen ist, sind die unerwünschten Wellen entsprechend den Strukturen der akustischen Oberflächenfilter nach Fig. 5, 6 und 7 unterdrückt, wobei die akustische Oberflächenwelle von verbesserter Charakteristik erhalten werden kann.

Im Fall der Elektrodenanordnung nach den Fig. 5 und 6 ist eine Gruppe von sendenden, reflektierenden und Meanderelektroden gruppenweise mit einer anderen Gruppe dieser Elektroden verbunden. Jedoch kann die Elektrodenanordnung so implementiert werden, daß sie mit einer Zwischenelektrode in einer Gruppe startet und mit einer Zwischenelektrode in einer anderen Gruppe endet. Zum Beispiel kann solch eine Elektrode eingesetzt werden, in der die Anordnung mit einem Elektrodenteil anfängt, der mit dem Punkt a in Fig. 7 angegeben ist, und auf dem eine kaskadierte Verbindung von mehreren kaskadierten Elektrodengruppen (oder einer einzigen Elektrodengruppe) folgt, und die mit einem Elektrodenteil entsprechend dem Punkt a in der letzten Elektrodengruppe endet. Mit diesen Anordnungen der Elektrodenanordnung heben sich die unerwünschten Wellen gegenseitig auf entsprechend einem ähnlichen Prinzip, das in Verbindung mit den Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, wobei der vorteilhafte Effekt, wie oben erwähnt, erhalten werden kann, wie in dem Fall der Filterstrukturen nach Fig. 1 bis 3.

Fig. 9 zeigt einen akustischen Oberflächenfilter entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Fall dieses Filters beträgt die geometrische Phasendifferenz

Φ_M = 410° (9π/4 < Φ_M <11 π/4).

Eine Eingangselektrodenanordnung 10 ist aus einer sendenden Elektrode 10a, einer reflektierenden Elektrode 10b und einer Meanderelektrode 10c zusammengesetzt. Eine Ausgangselektrodenanordnung ist aus einer sendenden Elektrode 11a, einer reflektierenden Elektrode 11b und einer Meanderelektrode 11c zusammengesetzt. Diese Eingangs- und Ausgangselektroden 10 und 11 sind auf einem piezoelektrischen Substrat 1 aufgebracht, das aus einem 128°-Drehung-Y-Schnitt-X-Ausbreitung-Lithiumniobatmonokristall gebildet sein kann, wie in dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 1. Die Öffnungslänge W und die Implementation der einzelnen Elektroden in Form von geteilten Elektroden in dem Filter nach Fig. 9 sind identisch mit dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 1. Der Unterschied der Filter zwischen der Fig. 9 und der Fig. 1 besteht in der Positionsbeziehung zwischen der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode aufgrund der unterschiedlichen, geometrischen Phasendifferenzen und ist begleitet mit einem korrespondierenden, teilweisen Unterschied in der Struktur der Meanderelektrode. Im Fall dieser Ausführungsform beträgt die Mittenfrequenz ebenfalls 56,5 MHz. Die Lastimpedanzen 65 und 66 betragen jeweils 1,8 kΩ.

In dem akustischen Oberflächenfilter nach Fig. 9 sind die Eingangs- und Ausgangselektroden 10 und 11 jeweils in einer Gruppe vorgesehen, wie in dem Fall der Ausführungsform nach Fig. 1. Es sollte jedoch beachtet werden, daß die Eingangs- und Ausgangselektroden jeweils in einer Vielzahl von kaskadierten Gruppen vorgesehen sein können. Die Fig. 10 zeigt einen praktischen, akustische Oberflächenfilter entsprechend einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung, in der die einzelnen Elektroden in jeweils zwei Gruppen vorgesehen sind. In der Struktur nach Fig. 10 ist die Länge und die Breite des Elektrodenfingers und der Zwischenfingerabstand jeweils gleich denen in der Filterstruktur nach Fig. 9. In anderen Worten, das Bauelement in Fig. 10 unterscheidet sich von dem nach Fig. 9 nur in der Anzahl der Gruppe der einzelnen Elektroden. Genauer zeigt Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht einer Elektronenanordnung 10, in der die einzelnen Elektroden jeweils in zwei Gruppen vorgesehen sind und auf die Abbildung der Ausgangselektrodenanordnung 11 wurde verzichtet. Zur Verdeutlichung ist die Meanderelektrode schraffiert angegeben. Die Anzahl der Elektrodengruppen in der Eingangs- und Ausgangselektrodenanordnung 10 und 11 kann frei in der Abhängigkeit von Charakteristiken der Schaltung, die mit diesem akustischen Oberflächenfilter verbunden ist, bestimmt werden, wie in dem Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2. Weiterhin kann die Anzahl der Elektrodengruppen in der Eingangselektrodenanordnung 10 von der der Ausgangselektrodenanordnung 11 abweichen. Zum Beispiel können acht Gruppen von Elektroden jeweils für die Eingangselektrodenanordnung 10 und die Ausgangselektrodenanordnung 11 eingerichtet werden und es ist ebenso möglich, acht Gruppen von Elekroden für die Eingangselektrodenanordnung 10 und sieben Gruppen von Elektroden, die in der Ausgangselektrodenanordnung 11 eingesetzt werden, vorzusehen. Fig. 11 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht eine Eingangselektrodenanordnung in einem akustischen Oberflächenfilter entsprechend einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der eine Vielzahl von Elektrodengruppen angeordnet sind. Das Muster, in dem die einzelnen Elektroden angeordnet sind, ist das gleiche, wie das der Eingangselektrodenanordnung nach den Fig. 9 und 10. Weiterhin sind die Meanderelektroden schraffiert auch in Fig. 11 angegeben. Jetzt angenommen, daß eine Elektrodengruppe einem Bereich entspricht, der mit L₃ in Fig. 11 angegeben ist, dann entspricht die geometrische Phasendifferenz Φ_M einem Abstand L_{M 3}, der in der gleichen Figur gezeigt ist. Die Wellenlänge λ₀ beträgt 68,7 µm, wie in dem Fall des Filters nach Fig. 1. Aus dem Wert λ₀ können wie nachfolgend α₃ und β₃ bestimmt werden:

Auf der Basis der Werte α₃ und β₃ beträgt die Breite L_{m 3} der Mittenfingerelektrode der dreifachen Meanderelektrodenfinger, die zwischen der sendenden Elektrode und der reflektierenden Elektrode angeordnet sind, 1 µm, wohingegen die Breite L_{f 3} des Meanderelektrodenfingers 16 µm beträgt, der zwischen der reflektierenden Elektrode der gleichen Gruppe und der sendenden Elektrode der nachfolgenden Gruppe angeordnet ist.

Die Fig. 12A bis 12D sind Ansichten zum Darstellen, in welcher Art und Weise, die unerwünschten Wellen in den Filtern nach den Fig. 9 bis 11 unterdrückt sind. Die Phasenbeziehungen zwischen den unerwünschten Wellen, die an den Punkten a, b, . . ., p, gezeigt in Fig. 11, reflektiert werden, werden durch die Richtungen von Vektoren in den Fig. 12A bis 12D dargestellt. Genauer ist die unerwünschte Welle, die an dem Punkt a nach Fig. 11 reflektiert wird, durch den Vektor a in Fig. 12A dargestellt. Die unerwünschte Welle, die an dem Punkt b in Fig. 11 reflektiert wird, ist durch den Vektor b in Fig. 12A gegeben. Die Phasen der unerwünschten Wellen, die an den Punkten a bis p reflektiert werden, sind jeweils mit Bezug auf die Phase dargestellt, die durch den Vektor a angegeben ist. Wie aus der Fig. 12 zu entnehmen ist, ist die unerwünschte Welle (Vektor a), die an dem Punkt a reflektiert wird, um 180° in der Phase gegenüber der unerwünschten Welle (Vektor c), die an dem Punkt c reflektiert wird, versetzt. Dementsprechend heben sich diese Wellen gegenseitig zu null auf. Ähnlich hebt sich die Welle, die an dem Punkt b (Vektor b) reflektiert ist, und die unerwünschte Welle, die an dem Punkt d (Vektor d) reflektiert ist, gegenseitig zu null auf. Das gegenseitige Aufheben der Vektoren a, b, c und d ist dem Einsatz der geteilten Elektroden zuzuschreiben, wie in dem Fall des Filters nach Fig. 4. Weiterhin hebt sich die Welle, die an dem Punkt e in Fig. 11 (dargestellt durch Vektor e in Fig. 12B) reflektiert wird, und die unerwünschte Welle, die an dem Punkt o (dargestellt durch den Vektor g in Fig. 12B) reflektiert ist, gegenseitig auf. Ähnlich heben sich die Vektoren f und p jeweils auf und die Vektoren h und n heben sich jeweils auf. Zudem heben sich die Vektoren i und k jeweils auf. Daneben hebt sich der Vektor j und der Vektor l jeweils auf und der Vektor m und der Vektor o heben sich jeweils auf. Auf diese Art und Weise heben sich die unerwünschten Wellen gegenseitig auf und somit sind sie innerhalb einer Elektrodengruppe unterdrückt. Nebenbei, sind die unerwünschten Wellen, die an anderen einzelnen Elektrodenfingern gezeigt in Fig. 11 generiert werden, entsprechend dem gleichen Prinzip unterdrückt, wie oben in Verbindung mit der Fig. 12A innerhalb der jeweiligen Gruppe beschrieben ist, aufgrund der geteilten Anordnung der Elektroden. Wie aus der vorhergehenden Erklärung zu entnehmen ist, sind die unerwünschten Wellen entsprechend den Strukturen der akustischen Oberflächenfilter nach den Fig. 9, 10 und 11 unterdrückt, wobei eine akustische Oberflächenwelle mit verbesserten Eigenschaften erzeugt werden kann.

Im Fall der Elektrodenanordnung nach den Fig. 9 und 11 ist eine Gruppe der sendenden, reflektierenden und Meanderelektroden mit einer anderen Gruppe von diesen Elektroden gruppenweise verbunden. Jedoch kann die Elektrodenanordnung so implementiert sein, daß sie mit einer Zwischenelektrode in einer Gruppe anfängt und mit einer Zwischenelektrode in einer anderen Gruppe aufhört. Z. B. kann eine solche Elektrodenanordnung verwendet werden, in der die Anordnung mit einem Elektrodenteil anfängt, der bei dem Punkt a in Fig. 11 angegeben ist und dem eine kaskadierte Verbindung von mehreren kaskadierten Elektrodengruppen (oder einer Elektrodengruppe) folgt und die an einem Elektrodenteil entsprechend dem Punkt a in der letzten Elektrodengruppe endet. Mit diesen Anordnungen der Elektrodenanordnung heben sich die unerwünschten Wellen gegenseitig auf, entsprechend einem ähnlichen Prinzip, das in Verbindung mit den Fig. 11 und 12 beschrieben worden ist, wobei der vorteilhafte oben erwähnte Effekt erhalten werden kann, wie in dem Fall der Filterstrukturen nach den Fig. 1 bis 3.

Claims (1)

1. Akustischer Oberflächenfilter, welcher aufweist:

   • - ein piezoelektrisches Substrat (1);
   • - einen interdigitalen Sendewandler (2; 7; 10) und einen interdigitalen Empfangswandler (3; 8; 11), die als unidirectional group transducer aus Elektrodengruppen aufgebaut sind, die auf dem piezoelektrischen Substrat (1) angeordnet sind und von denen wenigstens einer eine erste Elektrode (2a; 3a; 7a; 8a, 10a; 11a), eine zweite Elektrode (2b; 3b, 7b; 8b, 10b; 11b), die geerdet ist, und eine dritte Elektrode (2c; 3c, 7c; 8c, 10c; 11c), aufweist, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode meanderförmig verlaufend angeordnet ist, wobei die Finger der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Breite und einen Abstand voneinander von jeweils λ₀/8 haben, und λ₀ die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle bei einer Bandmittenfrequenz darstellt und wobei der Abstand zwischen den Fingern der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode zu der gegenüberliegenden dritten Elektrode λ₀/8 ist und wobei die erste Elektrode und die Elektrode Splitfinger- Elektroden sind, wobei ein elektrisches Signal von einer Signalquelle der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode des interdigitalen Sendewandlers zugeführt bzw. ein elektrisches Signal von der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode des interdigitalen Empfangswandlers einer Last-Impendanz zugeführt wird; und
   • - einen Phasenschieber (41, 42; 43, 44; 45, 46), der eine elektrische Phasenverschiebung zwischen dem elektrischen Signal an der ersten Elektrode und dem elektrischen Signal an der zweiten Elektrode erzeugt;
     dadurch gekennzeichnet,
     daß der Phasenschieber lediglich in einer Kapazität besteht und zwischen der zweiten und dritten Elektrode angeordnet ist;
     daß die Struktur der dritten Elektrode in Abhängigkeit von der geometrischen Phasendifferenz Φ_M, wobei Φ_M=2π · L_M/λ₀ ist und L_M dem Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode entspricht, folgendermaßen bestimmt ist:
     • hat die dritte Elektrode, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode innerhalb der gleichen Elektrodengruppe angeordnet ist, einen Elektrodenfinger mit einer Breite voon α1, wohingegen die dritte Elektrode, die zwischhen der zweiten Elektrode einer Elektrodengruppe und der ersten Elektrode einer nachfolgenden Elektrodengruppe liegt, drei Elektrodenfinger hat, von denen die zwei äußeren Elektrodenfinger jeweils eine Breite von λ₀/8 und der mittlere Elektrodenfinger jeweils eine Breite von β₁ hat, wobei α₁ und β₁ jeweils gegeben sind durch und
     • hat die dritte Elektrode, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode innerhalb der gleichen Elektrodengruppe angeordnet ist, zwei Elektrodenfinger mit einer Breite von λ₀/8 und einem Abstand von α₂, wohingegen die dritte Elektrode, die zwischen der zweiten Elektrode einer Elektrodengruppe und der ersten Elektrode einer nachfolgenden Elektrodengruppe angeordnet ist, zwei Elektrodenfinger mit einer Breite λ₀/8 und einem Abstand von β₂ hat, und wobei α₁ und β₂ jeweils gegeben sind durch und oder
     • hat die dritte Elektrode, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektode innerhalb der gleichen Elektrodengruppe angeordnet ist, drei Elektrodenfinger, von denen die zwei äußeren Finger jeweils eine Breite λ₀/8 haben und der mittlere Elektrodenfinger eine Breite von α₃ hat, wohingegen die dritte Elektrode, die zwischen der zweiten Elektrode einer Elektrodengruppe und der ersten Elektrode einer nachfolgenden Elektrodengruppe angeordnet ist, einen Elektrodenfinger mit einer Breite β₃ hat, wobei α₃ und β₃ jeweils gegeben sind durch und