DE3838923C2

DE3838923C2 - Akustisches Oberflächenwellenfilter

Info

Publication number: DE3838923C2
Application number: DE3838923A
Authority: DE
Inventors: Hiromi Yatsuda
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Nihon Musen KK
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Nihon Musen KK
Priority date: 1987-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2008-11-18
Also published as: DE3838923A1; GB8826701D0; GB2252214B; GB2212685A; GB2252214A; GB9201601D0; CA1303206C; GB2212685B

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächenwellenfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.

Oberflächenwellen-Bauelemente nutzen die Eigenschaft einer Oberflächenwelle aus, daß der größte Anteil der Wellenenergie sich entlang der Oberfläche eines Festkörpers fortpflanzt. Derar tige Oberflächenwellen-Bauelemente gibt es in Form von Oszillatoren, Filtern, Verzögerungsschaltungen und dergleichen, und diese Bauelemente werden in ver schiedensten nachrichtentechnischen Anlagen oder elektronischen Schaltungen eingesetzt. Die Bauelemente enthalten beispielsweise einen piezoelektrischen Kristallkörper mit einer geschliffenen Fläche sowie Eingangs- und Ausgangs elektroden in Form eine Paares dünner Metallschich ten auf der Oberfläche des piezoelektrischen Kristall körpers, wobei zwischen den Elektroden eine Ober flächenwelle gesendet und empfangen wird. Wenn in die Eingangselektrode auf dem piezoelektrischen Kristallkörper ein HF-Signal eingespeist wird, schwingt der piezoelektrische Körper aufgrund es piezoelektrischen Effekts, und diese Schwingung wird von der Eingangselektrode abgegeben und pflanzt sich als akustische Welle entlang der Ober fläche des piezoelektrischen Körpers in Richtung auf die Ausgangselektrode fort. Die Ausgangselek trode empfängt die Welle und gibt ein HF-Ausgangssignal ab, welches durch den umgekehr ten piezoelektrischen Effekt des piezoelektri schen Körpers erzeugt wird.

In jüngster Zeit wurden Oberflächenwellen-Bauele mente in verstärktem Maß als Filter eingesetzt, da der Phasengang oder der Amplitudengang dieser Bau elemente nach Bedarf eingestellt werden kann.

Fig. 1 der Zeichnung veranschaulicht den grundsätz lichen Aufbau eines herkömmlichen Oberflächenwellen- Filters. Das Oberflächenwellen-Filter besitzt ein piezoelektrisches Substrat 12 und ein Paar Eingangs- und Ausgangselektroden 16 und 18, die auf dem piezoelektrischen Substrat 12 mit Abstand voneinan der angeordnet sind. Die Elektroden 16 und 18 be sitzen gemeinsame Elektrodenbereiche 16a, 16b bzw. 18a, 18b. Die Eingangselektrode 16 enthält mehrere parallel angeordnete und miteinander verkämmte Elek trodenfinger 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, die sich zwi schen den gemeinsamen Elektrodenbereichen 16a und 16b erstrecken. Die Ausgangselektrode 18 enthält mehrere parallel angeordnete, miteinander verkämmte Elektrodenfinger 24a, 24b, 24c, 24d und 24e, die sich zwischen den gemeinsamen Elektrodenbereichen 18a und 18b erstrecken.

An die gemeinsame Elektrode 16 wird zwischen die gemeinsamen Elektrodenbereiche 16a und 16b ein Hochfrequenzsignal (HF-Signal) S1 gelegt, und an der Ausgangselektrode 18 wird zwischen den gemein samen Elektrodenbereichen 18a und 18b ein HF-Signal S2 mit einem gewünschten Frequenzgang erzeugt.

Während der grundsätzliche Aufbau des Oberflächen wellen-Filters in Fig. 1 gezeigt ist, lassen sich die kammartig ineinandergreifenden Elektrodenfinger in ihrer Form für den jeweiligen Anwendungszweck modifizieren, um den gewünschten Ausgangssignal- Frequenzgang zu erhalten. Beispielsweise können die ineinandergreifenden Elektrodenfinger so ge formt sein, daß das Durchlaßband des Filters aufge weitet wird und Welligkeiten aus dem Frequenzgang des Durchlaßbandes beseitigt werden.

Fig. 2 zeigt ein weiteres herkömmliches Oberflächen wellen-Filter. Das Filter enthält ein piezoelektri sches Substrat 23 und ein Paar Eingangs- und Aus gangselektroden 36 und 38, die mit Abstand vonein ander auf dem piezoelektrischen Substrat 23 ange ordnet sind. Die Eingangs- und Ausgangselektroden 36 und 38 besitzen gemeinsame Elektrodenbereiche 36a und 36b bzw. 38a und 38b. Die Eingangselektrode 36 enthält divergierende Elektrodenfinger 40a, 40b und 40c, die zwischen den gemeinsamen Elektroden bereichen 36a und 36b liegen, und Elektrodenfinger 40d und 40e, die in den Lücken zwischen den Elektro denfingern 40a, 40b und 40c kammartig angeordnet sind. In ähnlicher Weise enthält auch die Elektro de 38 divergierende Elektrodenfinger 44a, 44b und 44c sowie kammartig dazwischengreifende Elektroden finger 44d und 44e zwischen den gemeinsamen Elek trodenbereichen 38a und 38b. "Divergierend" bedeutet, daß die Abstände der Mittelachsen je zweier benachbarter Elektrodenfinger senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung zunehmen.

Die Schrittweite oder der Abstand in Richtung X, in welcher sich die Oberflächenwelle zwischen zwei benachbarten Elektrodenfingern an jeder der gemeinsamen Elektrodenbereiche 36b und 38b ausbreitet, variiert progressiv zwischen einem Minimal wert P_L und einem Maximalwert P_H quer zu Ausbreitungs pfaden a-n, die in einer Richtung y senkrecht zur Ausbreitungsrichtung X des piezo elektrischen Substrats 32 nebeneinander liegen.

Die gemeinsamen Elektrodenbereiche 36a und 36b empfangen ein HF-Signal S4, und von den gemeinsa men Elektrodenbereichen 38a und 38b wird ein HF- Signal S5 mit einem gewünschten Frequenzgang ab genommen.

Man kann die in Fig. 2 dargestellte Anordnung so betrachten, als ob die kammartigen Elektroden mit der in Fig. 2 dargestellten Form eine Anzahl von parallel geschalteten Oberflächenwellen-Filtern mit unterschiedlichen Elektrodenabständen in je weiligen kleinen Segmenten Δy in Y-Richtung dar stellten.

Wie bekannt, bestimmen sich die Frequenzen, die durch das Oberflächenwellen-Filter hindurch ge langen können, durch den Zwischenelektrodenab stand. Wenn man annimmt, daß die Ausbreitungs geschwindigkeit einer Oberflächenwelle durch das Filter gemäß Fig. 2 den Wert v hat, so ergeben sich folgende Durchlaßfrequenzen:

f_L = P_L/v (1)

bis

f_H = P_H/v (2)

In diesem Frequenzbereich ändert sich der Abstand P(y) in Y-Richtung senkrecht zur Ausbreitungs richtung X der Oberflächenwelle glatt. Der Fre quenzbereich ist breit und besitzt keine Wellig keiten. Bei der Anordnung nach Fig. 1 ändert sich der Zwischenelektrodenabstand sowohl in der Ein gangselektrode 36 als auch in der Ausgangselektro de 38. Man kann den Zwischenelektrodenabstand der kammartigen Elektrodenfinger auch lediglich in der Eingangselektrode 36 oder in der Ausgangselek trode 38 variieren. Fig. 3 veranschaulicht die Phasen und die Amplituden (Einfügungsdämpfung) bei den Frequenzen des Oberflächenwellen-Filters nach Fig. 2. Fig. 4 zeigt die Phasen und die Ein fügungsdämpfungen bei einzelnen Frequenzen des Oberflächenwellen-Filters nach Fig. 2.

Das in Fig. 2 dargestellte Oberflächenwellen-Filter ist in der Lage, einen linearen Phasengang in einem relativ breiten Bereich zu schaffen, vermag jedoch nicht einen nichtlinearen Phasengang zu liefern.

Ein durch ein LC-Filter gelaufenes Signal weist wegen der Eigenschaften des Filters Überschwinger und Unterschwinger auf, so daß das von dem Filter kommende Signal gekennzeichnet ist durch ver zerrte Vorderflanken und Hinterflanken. Es ergibt sich also eine Kennlinienverschlechterung, zum Beispiel ergibt sich ein gekrümmter Gruppenlauf zeit verlauf. Um dieses Problem zu vermeiden, wird häufig ein von einem LC-Filter erzeugtes Sig nal durch ein Oberflächenwellen-Filter geschickt, so daß das Signal den gewünschten Amplituden- und Phasengang in dem Oberflächenwellen-Filter erhält. Bei Verwendung eines solchen Oberflächen wellen-Filters sind genauere Kennlinien erwünscht, und von dem Oberflächenwellen-Filter selbst er zeugte Welligkeiten können dann zu Problemen führen. Es besteht also der Bedarf an einem Ober flächenwellen-Filter, welches einen nichtlinearen Phasengang mit geringer Welligkeit und breitem Frequenzbereich zu liefern vermag.

Ein akustisches Oberflächenwellen-Filter der eingangs genannten Art ist aus der US- 4,600,905 bekannt. Bei diesem bekannten Oberflächenfilter sind sämtliche Elektrodenfinger mit konstanter Breite in Richtung senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung ausgebildet. Die Elektrodenfinger sind in Nuten des Substrats eingelassen. Während die Breite der Elektrodenfinger bekannt ist, ist die die Elektrodenfinger aufnehmenden Nuten und entsprechend auch die Elektrodenfinger selbst mit unterschiedlicher Tiefe bzw. Höhe versehen. Hindurch soll im Verein mit dem Merkmal, daß die Abstände der Mittelachsen von je zwei benachbarten Elektrodenfingern der einen Elektrode in Richtung senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung zunehmen, ein abgeflachter Amplitudengang des Filters erreicht werden.

Aus der DE-OS-24 09 046 ist ein akustisches Oberflächenfilter bekannt, bei dem die Elektrodenfinger an beiden Elektroden jedes Paares sämtlich senkrecht zur Wellenaus breitungsrichtung verlaufen, die Zuleitungen zu den Elektrodenfingern jedoch schräg zur Wellenausbreitungsrichtung verlaufen. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode befindet sich ein belagartiger, leitender Körper, dessen Konturen sich senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung ändern. Hierdurch sollen unerwünschte Phasenverläufe kompensiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein akustisches Oberflächenfilter anzugeben, bei dem gezielt ein nicht-linearer Phasengang eingestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 2 angegebenen Merkmale.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale läßt sich der gewünschte nicht-lineare Phasengang in einem breiten Frequenzbereich erreichen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er findung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein herkömmliches Oberflächenwellen-Filter mit Eingangs- und Ausgangselektroden auf einer Ober flächenschicht eines piezoelektrischen Körpers,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein weiteres her kömmliches Oberflächenwellen-Filter mit Eingangs- und Ausgangselektroden auf einer Oberflächenschicht eines piezoelektrischen Körpers,

Fig. 3 und 4 Graphen, die den Frequenzgang des Fil ters nach Fig. 2 veranschaulichen,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Oberflächenwel len-Filter gemäß der Erfindung, wobei Eingangs- und Ausgangselektroden auf einer Oberflächenschicht eines piezo elektrischen Körpers angeordnet sind,

Fig. 6 einen Graphen, der die Phasen und Einfügungs dämpfungen bei einzelnen Frequenzen des Filters nach Fig. 2 veranschaulicht,

Fig. 7 einen Graphen, der Phasen bei einzelnen Frequenzen eines Oberflächenwellen-Fil ters veranschaulicht,

Fig. 8 einen Graphen, der gemessene Phasen, Einfügungsdämpfungen und Gruppendämpfun gen bei einzelnen Frequenzen des Filters nach Fig. 5 veranschaulicht,

Fig. 9 einen Graphen, der Änderungen der Ab stände zwischen Eingangs- und Ausgangs elektroden für einzelne Frequenzen des Filters nach Fig. 5 veranschaulicht,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine weitere Ausfüh rungsform eines Oberflächenwellen-Filters nach der Erfindung, wobei Eingangs- und Ausgangselektroden auf einer Oberflächen schicht des piezoelektrischen Körpers an geordnet sind, und

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine weitere Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen Ober flächenwellen-Filters, wobei Eingangs- und Ausgangselektroden sowie eine Phasen steuer- und Abschirmelektrode auf einer Oberflächenschicht eines piezoelektri schen Körpers angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Oberflächenwellen-Filters 50. Das Filter 50 besitzt ein piezoelektrisches Substrat 52 sowie Eingangs- und Ausgangselektroden 54 bzw. 56, die auf dem Substrat 52 zum Empfangen und zum Senden eines HF-Signals angeordnet sind. Die Eingangselektrode 54 besitzt zwei gemeinsame Elektrodenbereiche 60 bzw. 62, die parallel und einander gegenüberliegend an geordnet sind und ein HF-Signal S8 empfangen. Die Ausgangselektrode 56 besitzt zwei gemeinsame Elektro denbereiche 64 und 66 zum Abgeben eines HF-Signals S9. Von den gemeinsamen Elektrodenbereichen 60 und 62 bzw. 64 und 66 aus erstrecken sich kammförmige Elektrodenfinger unter schrägen Winkeln bezüglich senkrecht auf den gemeinsamen Elektrodenbereichen stehenden imaginären Linien. Genauer gesagt: der gemeinsame Elektrodenbereich 60 besitzt drei diver gierende Elektrodenfinger 70, 72 und 74, die sich in y-Richtung erstrecken, und der gemeinsame Elek trodenbereich besitzt zwei Elektrodenfinger 76 und 78, die kammähnlich in die divergierenden Elektrodenfinger 70, 72 und 74 eingreifen. In ähnlicher Weise besitzt der gemeinsame Elektroden bereich 64 drei divergierende Elektrodenfinger 82, 84 und 88, die sich in y-Richtung erstrecken, während von dem gemeinsamen Elektrodenbereich 66 aus sich zwei Elektrodenfinger 92 und 94 erstrecken, die kammähnlich in die divergierenden Elektroden finger eingreifen. Die gemeinsamen Elektrodenbe reiche und die Elektrodenfinger der Eingangs- und Ausgangselektroden 54 bzw. 56 sind als elektrisch geschlossene Bereiche oder elektrische Leiter in Form metallisierter Schichten auf dem piezoelek trischen Substrat 52 ausgebildet.

Der Abstand zwischen den Mittelachsen der zen tralen Elektrodenfinger der Eingangs- und Ausgangs elektroden 54 und 56, zum Beispiel der Abstand Lj zwischen den Mittelachsen der mittleren Elektro denfinger 72 und 84, ändert sich progressiv ent lang der y-Richtung, die etwa senkrecht auf der Fortpflanzungsrichtung x der Oberflächenwelle durch das Filter 50 steht.

Das Oberflächenwellen-Filter 50 nach der ersteh Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß das Filter 50 mehrere Ausbreitungs- oder Fort pflanzungskanäle a-n besitze, die in y-Richtung getrennt oder nebeneinanderliegend angeordnet sind. Eine von der Eingangselektrode 54 ansprechend auf das Eingangssignal S8 erzeugte Oberflächenwelle pflanzt sich entlang von Kanälen a-n quer über die metallisierten Schichten oder die Elektroden finger und die nicht-metallisierten Bereiche oder elektrisch offenen Bereiche in Richtung auf die Ausgangselektrode 56 fort. Die Berechnung der Geschwindigkeit, mit der sich die Oberflächenwelle fortpflanzt, während sie auf verschiedene elektri sche Grenzbedingungen trifft, indem sie durch die metallisierten Schichten und die nicht-metalli sierten Bereiche hindurchgeht, ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll hier nicht im ein zelnen erläutert werden.

Der Abstand Lj repräsentiert den Abstand zwischen den Mittelachsen der mittleren Elektrodenfinger der Eingangselektrode 54 und der Ausgangselektrode 56 in dem j-ten Fortpflanzungskanal. Die Abstände zwischen den Mittelachsen der Elektrodenfinger weichen progressiv an den Fortpflanzungskanälen a-n in Richtung y ab. Die Mittenfrequenz fj und die Wellenlänge λj einer sich durch den j-ten Fortpflanzungskanal fortpflanzenden Oberflächen welle, der Abstand Lj zwischen den Mittelachsen der Elektrodenfinger der Eingangselektrode 54 und der Ausgangselektrode 56 im j-ten Kanal, und die Verzögerungszeit Tj und die Gruppenlaufzeit τj der durch den j-ten Kanal laufenden Oberflä chenwelle stehen wie folgt zueinander in Bezie hung:

λj = v/fj (3)

Tj = Loj/vo + Lmj/vm = Loj . (1/vo + 1/vm) = Lj/v (4)

tj = - dθj(fj)/dω (5)

wobei
v = 2 . (vo . vm)/(vo + vm), und
Lj/2 = Loj = Lmj.

Die Gruppenlaufzeit τj gemäß Gleichung (5) ist eine Gruppenlaufzeit für den Fall, daß die Aus breitungskanäle für die Oberflächenwelle unab hängig voneinander sind. Tatsächlich jedoch ist die Gruppenlaufzeit durch θ(f), das sich durch Kombinieren der Ausbreitungskanäle bestimmt, wie folgt gegeben:

τ = - dθ(f)/dω

Unter der Annahme, daß die Abstände der Wellen ausbreitung durch sämtliche Ausbreitungskanäle gleich sind, gilt:

L1 = L2 = ... = Lj = ... = L (6)

Tj = Lj/v = T (7)

Die Frequenzdifferenz Δfj und die Phasendiffe renz Δθj zwischen den Frequenzen fj und fj + 1 sind wie folgt gegeben:

Δfj = fj + 1 - fj (8)

Δθj = 2π . L/λj - 2π . L/λj + 1
= 2π . L . (1/v) . (v/λj - v/λj + 1)
= 2π . (L/v) . (fj - fj + 1) (9)

Die Gruppenlaufzeit τj für jeden Ausbreitungskanal drückt sich wie folgt aus:

τj = - Δθj/(Δfj . 2π)
= L/v
= T
τj = τ(fj) = τ(f) = T (10)

Selbst wenn die Ausbreitungskanäle kombiniert werden, ist die Gruppenlaufzeit konstant und ist gleich der Laufzeit T für jede Frequenz. In dem in Fig. 5 ge zeigten Oberflächenwellen-Filter unterscheiden sich die Abstände der Ausbreitung durch die einzelnen Aus breitungskanäle geringfügig voneinander, das gleiche gilt für die Phase der in den einzelnen Ausbreitungs kanäle sich fortpflanzenden Oberflächenwellen. Damit entstehen Phasenunterschiede durch die verschiedenen Ausbreitungsabstände in den Ausbreitungskanälen a-n. Unter der Annahme, daß die Energie einer Oberflächen welle der Frequenz fj sich im wesentlichen in dem j-ten Ausbreitungskanal konzentriert und sich die Energie einer Oberflächenwelle der Frequenz fj + 1 im wesentlichen in dem (j + 1)-ten Ausbreitungskanal konzentriert, drückt sich die Phasendifferenz Δθj zwischen den Frequenzen fj und fj + 1 wie folgt aus:

Δθj = 2π . Lj/λj - 2π . Lj + 1/λj + 1 (11)

wenn

Lj - Lj + 1 = ΔLj, (12)

dann

Δθj = 2π . Lj/λj - 2π . Lj + 1/λj + 1
= 2π . (Lj/λj - Lj + 1/λj + 1)
= 2π . (Lj/λj - Lj/λj + 1 + ΔLj/λj + 1)
= 2π . (Lj/v) . (fj - fj + 1) + 2π . (ΔLj/λj + 1) (13)

In diesem Fall unterscheidet sich die Gruppenlauf zeit τ(fj) von der Gruppenlaufzeit τj in dem unabhängigen j-ten Ausbreitungskanal. Wenn θ(fj) als die Phase der Kombination aus dem j-ten und dem (j + 1)-ten Ausbreitungskanal angesehen werden kann, erhält man

τ(fj) = - Δθj/(Δfj . 2π) = Lj/v - 2π . (ΔLj/λj + 1)/(2π . Δfj) = tj - ΔΔθj/Δωj (14)

wobei

ΔΔθj = 2π . (ΔLj/λj + 1)
Δωj = 2π . Δfj (15)

Die Verzögerungszeit, die sich bestimmt durch den geometrischen Abstand zwischen den Ausbreitungska nälen, errechnet sich wie folgt:

tj = Lj/v (16)

tj + 1 = Lj + 1/v (17)

wenn

Lj + 1 - Lj = ΔLj << Lj + 1, Lj (18)

dann

tj ≈ tj + 1 (19)

während ΔLj im Vergleich zu Lj, Lj + 1 vernachlässig bar ist, kann es im Vergleich zu λj nicht vernach lässigt werden. Daher gilt:

τ(fj) = tj - ΔΔθj/Δωj
= tj - Δτej (20)

wobei Δτej = ΔΔθj/Δωj (21)

Δτej = ΔΔθj/Δωj = (ΔLj/λj + 1) . (1/Δfj)
= (ΔLj/v) . (fj + 1/Δfj)
= α . (ΔLj/v) (22)

mit α = fj + 1/Δfj.

Je kleiner die Differenz zwischen fj + 1 und fj, d. h. Δfj, desto größer ist α. Wenn die Änderung der Phase kleiner als ± π/2 im Vergleich zu ΔLj/v ist, ist es möglich, den Gruppenlaufzeitverlauf außerhalb der Verzögerungszeit zu variieren, die be stimmt ist durch den geometrischen Abstand, und zwar fast ohne Änderung des Amplitudengangs in der Summe der Vektoren der Oberflächenwellen in den Ausbreitungs kanälen a-n.

In den Ausbreitungskanälen a-n mit den Mittenfreguen zen fj - 1, fj, fj + 1, fj + 2 sind gemäß Gleichung (19) die Gradienten des Phasengangs im wesentlichen einander gleich. Da aber die Absolutwerte der Beträge der Pha sen sich geringfügig unterscheiden, wie aus den folgen den Gleichungen ersichtlich ist, werden die kombinier ten Phasen nicht durch eine gerade Linie dargestellt.

θj(fj) = 2π . Lj/λj + ϕ (23)

θj + 1(fj) = 2π . Lj + 1/λj + ϕ (24)

θj(fj + 1) = 2π . Lj/λj + 1 + ϕ (25)

θj + 1(fj + 1) = 2π . Lj + 1/λj + 1 + ϕ (26)

Hinsichtlich des Phasengangs ändert sich der aktuelle Phasengang im Vergleich zum Phasengang θj(f), der sich durch den Abstand der mittleren Elektrodenfinger der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode im j-ten Ausbreitungskanal bestimmt. Die Gruppenlaufzeit, die dargestellt wird durch das Differential ihrer Kreisfrequenz, unterscheidet sich von der Verzögerungs zeit tj, die sich durch den geometrischen Abstand be stimmt. Wenn aber die Phasenänderung kleiner als ± π/2 ist, bleibt der Amplitudengang der summierten Ausgänge, gebildet durch die Summe der Vektoren der Antworten in den Ausbreitungskanälen, im wesentlichen konstant.

Die Entwurfsmethode zum Erhalten der gewünschten Gruppen laufzeitverläufe ist einfach. Da das Differential Pha sengang/Kreisfrequenz den Verlauf der Gruppenlaufzeit ergibt, bestimmt sich der Phasengang als Funktion einer Frequenz durch Integrieren des gewünschten Gruppenlauf zeitverlaufs. Dann wird die Frequenzachse der Ausbrei tungskanäle a-n, d. h. die Achse in Richtung y, mit der jenigen Frequenz ausgerichtet, und zum Erhalt des ge wünschten Phasengangs wird ΔLj an den Ausbreitungs kanälen a-n festgelegt.

Tatsächlich kombinierte Phasendrehungen variieren in der in Fig. 7 durch θ(f) dargestellten Weise. Die durch die Ableitung der kombinierten Phasendrehungen nach der Kreisfrequenz dargestellte Gruppenlaufzeit unterscheidet sich von der Verzögerungszeit tj, die sich durch den geometrischen Abstand bestimmt. Ist die Änderung der Phase kleiner als ± π/2, so bleibt der Amplitudengang im wesentlichen der gleiche, auch wenn die Vektoren der Antworten in den jeweiligen Ausbreitungskanälen summiert werden. Fig. 8 zeigt einen Frequenzgang mit gekrümmtem Gruppenlaufzeit verlauf. Um den Verlauf der Gruppenlaufzeit zu krüm men, werden die Änderungen von ΔLj dargestellt durch eine kubische Funktion mit einem Minimum und einem Maximum an beiden Seiten der Mittenfrequenz, wie es in Fig. 9 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Ober flächenwellen-Filters. Das Filter nach Fig. 10 unter scheidet sich von dem Filter nach Fig. 5 darin, daß die divergierenden Elektrodenfinger 75 und 83 als metallisierte Schichten variierende Breiten oder Längen in den Ausbreitungskanälen a-n aufweisen, wo bei die Änderungen in y-Richtung senkrecht zur Aus breitungsrichtung x vorhanden sind. Die Arbeitswei se des Filters nach der dritten Ausführungsform er gibt sich aus der obigen Beschreibung der zweiten Ausführungsform.

Bei einer dritten Ausführungsform, die in Fig. 11 als Oberflächenwellen-Filter dargestellt ist, sind divergierende Elektrodenfinger 75 und 83 als me tallisierte Schichten ausgebildet, deren Breiten oder Längen in den Ausbreitungskanälen a-n in y- Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung x der Oberflächenwelle variieren, wie es bei der Aus führungsform nach Fig. 10 der Fall ist. Darüber hinaus ist eine kürbisflaschenförmige Abschirm elektrode 100 vorgesehen, die auch als Phasen steuerelektrode dient. Die Elektrode 100 befin det sich auf einem piezoelektrischen Körper 52 zwischen einer Eingangselektrode 54 und einer Aus gangselektrode 56.

Die Abschirmelektro de 100 enthält rechtwinkelige Abschnitte 100a und 100b, die als Abschirmungen zur Verringerung der elektrischen Kopplung zwischen Eingangs- und Aus gangselektroden dienen. Die Abschirmelektrode 100 enthält außerdem einen metallisierten Ab schnitt 100c, der sich zwischen den rechtwinkeli gen Abschnitten 100a und 100b quer zu den Aus breitungskanälen a-n erstreckt. Der metallisier te Abschnitt 100c hat in und entlang den Aus breitungskanälen a-n unterschiedliche Längen innerhalb des Abstands zwischen den Mittelelek trodenfingern in der Eingangselektrode 54 und der Ausgangselektrode 56. Der metallisierte Abschnitt 100c dient als Phasensteuerglied und Abschirmung.

Die Phasen der sich durch die Ausbreitungskanäle a-n fortpflanzenden Oberflächenwellen werden ge steuert durch unterschiedliche elektrische Grenz bedingungen zwischen dem metallisierten Abschnitt 100c und dem piezoelektrischen Substrat 52, d. h. durch die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwin digkeiten der Oberflächenwellen in den Ausbrei tungskanälen a-n über den metallisierten Ab schnitt und die nicht-metallisierten Bereiche der Ausbreitungskanäle a-n.

Die Arbeitsweise des Oberflächenwellen-Filters nach der dritten Ausführungsform ergibt sich aus der Beschreibung der Arbeitsweise der dritten Ausführungsform.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, befin den sich bei einem erfindungsgemäßen Oberflächen wellen-Bauelement auf der Oberflächenschicht des piezoelektrischen Körpers eine Eingangs- und eine Ausgangselektrode zum Empfangen bzw. Abgeben einer Oberflächenwelle, und entweder die Länge des elek trischen Leiters zwischen Eingangs- und Ausgangs elektroden in Ausbreitungsrichtung der Oberflächen welle wird senkrecht zur Ausbreitungsrichtung variiert, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle aufgrund unterschiedlicher elek trischer Grenzbedingungen zu variieren, oder es befindet sich das Medium zum Variieren der Aus breitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle ent lang der Oberflächenschicht des piezoelektrischen Körpers auf diesem Körper zwischen Eingangs- und Ausgangselektrode. An die Eingangselektrode wird ein Signal gelegt, und die Ausgangselektrode lie fert ein Signal mit einem gewünschten Frequenz gang innerhalb eines großen Frequenzbereichs. Der gewünschte Frequenzgang läßt sich exakt innerhalb eines breiten Frequenzbereichs einstellen, wobei hinsichtlich des Entwurfs großer Bewegungsspiel raum gegeben ist.

Das erfindungsgemäße Oberflächenwellen-Filter lie fert gewünschte Gruppenlaufzeitverläufe innerhalb eines großen Frequenzbereichs, und es liefert außerdem einen nichtlinearen Phasengang innerhalb eines breiten Frequenzbereichs, wobei die Frei heit bei der Phasensteuerung zum Erhalt eines ge nauen nichtlinearen Phasengangs ziemlich groß ist.

Claims

1. Akustisches Oberflächenwellenfilter, umfassend folgende Merkmale:

a) einen piezoelektrischen Körper (52),
b) eine erste und eine zweite Interdigital-Elektrode (54, 56), die mit Abstand voneinander auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (52) angeordnet sind, um Oberflächenwellen zu senden bzw. zu empfangen, wobei jede Interdigital-Elektrode (54, 56) ein Paar gegenüberliegende Elektroden (60, 62; 64, 66) mit Elektrodenfingern (70-74, 76, 78; 82-88; 92, 94) aufweist, die derart ineinander greifen, daß jeder Elektrodenfinger (70, 72, 75, 83, 84, 88) der einen Elektrode (60, 64) neben einem Elektrodenfinger (76, 78, 92, 94) der anderen, gegenüberliegenden Elektrode (62, 66) liegt,
c) jede Interdigital-Elektrode (54, 56) weist eine Elektrode auf mit einem mittleren Elektrodenfinger (72, 84), der jeweils senkrecht zur Wellen ausbreitungsrichtung verläuft; und
d) die Abstände der Mittelachsen von je zwei benachbarten Elektroden fingern einer Elektrode (60, 64) jedes Paares von Elektroden (60, 62; 64, 66) nehmen in Richtung senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung zu;

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines nichtlinearen Phasengangs folgendes Merkmal vorgesehen ist: mindestens einer derjenigen Elektrodenfinger (75, 83) der ersten und/oder der zweiten Interdigital-Elektrode (54, 56) die sich zwischen den mittleren Elektrodenfingern (72, 84) befinden, weist eine in Wellen ausbreitungsrichtung gemessene Breite auf, die sich senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung nicht-linear und stufenlos ändert.

2. Akustisches Oberflächenwellenfilter, umfassend folgende Merkmale:

a) einen piezoelektrischen Körper (52),
b) eine erste und eine zweite Interdigital-Elektrode (54, 56), die mit Abstand voneinander auf der Oberfläche des piezoelektrischen Körpers (52) angeordnet sind, um Oberflächenwellen zu senden bzw. zu empfangen, wobei jede Interdigital-Elektrode (54, 56) ein Paar gegen überliegende Elektroden (60, 62; 64, 66) mit Elektrodenfingern (70- 74, 76, 78; 82-88; 92, 94) aufweist, die derart ineinandergreifen, daß jeder Elektrodenfinger (70, 72, 75, 83, 84, 88) der einen Elektrode (60, 64) neben einem Elektrodenfinger (76, 78, 92, 94) der anderen, gegenüberliegenden Elektrode (62, 66) liegt, und
c) die Abstände von Mittelachsen je zwei benachbarter Elektrodenfinger der einen Elektrode (60, 64) jedes Paares von Elektroden nehmen in Richtung senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung regelmäßig zu,

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer derjenigen Elektrodenfinger (74, 82) der ersten und/oder der zweiten Interdigital-Elektrode (54, 56), die sich zwischen den mittleren Elektrodenfingern (72, 84) befinden, eine in Wellenausbreitungsrichtung gemessene Breite aufweist, die sich senk recht zur Wellenausbreitungsrichtung ändert, und daß die Abstände von Mittelachsen der mittleren Elektrodenfinger der einen Elektrode (60, 64) jedes Paares von Elektroden (60, 62; 64, 66) in Richtung senkrecht zur Wellenausbreitungsrichtung linear zunehmen.