DE3880726T2

DE3880726T2 - Ausgleichsverfahren fuer oberflaechenwellenanordnung, insbesondere fuer ein dispersives filter.

Info

Publication number: DE3880726T2
Application number: DE8888400582T
Authority: DE
Inventors: Jean Desbois
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2008-03-12
Also published as: DE3880726D1; EP0285481B1; JPS6419816A; FR2612711A1; EP0285481A1; IL85739A0; US4916416A; IL85739A; CA1287190C; ATE89108T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Korrektur der bei der Herstellung von Oberflächenwellen- Vorrichtungen auftretenden Fehler, insbesondere für Dispersivfilter, in denen die Reflexion der akustischen Wellen an Gittern variabler Gitterkonstanten ausgewertet wird, die bezüglich der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen geneigt angeordnet sind.
Diese Filter sind unter dem allgemeinen Namen RAC bekannt, der sich aus der englischsprachigen Abkürzung von "Reflective Array Compressors" ableitet. Das Produkt BT aus Bandbreite B und Signaldauer T ist bei diesen Filtern sehr groß, woraus sich ihre Bedeutung herleitet.
Ein RAC gemäß dem Stand der Technik ist in Fig. 1 dargestellt. Er enthält auf einem piezoelektischen Substrat 1 einen kammartig verschachtelten Sendetransduktor 10, der aufgrund des zu komprimierenden Signals eine akustische Welle in Richtung eines ersten reflektierenden Gitters 100 aussendet. Dieses Gitter enthält eine Reihe von strichartigen Diskontinuitäten, die im wesentlichen um 45º zur Fortpflanzungsachse Z der akustischen Welle geneigt sind. Diese Diskontinuitäten sowie der Transduktor 10 und der Transduktor 11, von denen später die Rede sein wird, werden durch Ätzungen oder Metallbeschichtungen auf der Oberfläche des Substrats gebildet.
Die akustische Welle wird von dem Gitter 100 im wesentlichen unter 90º in Richtung auf ein zweites Gitter 110 reflektiert, das dem ersten gleicht, aber symmetrisch zur Achse Z liegt. Die akustische Welle wird dann im wesentlichen unter 90º an diesem zweiten Gitter reflektiert und verläuft dann in Gegenrichtung zur Achse Z.
Die Welle wird dann von einem Ausgangstransduktor 11 aufgefangen, der dadurch angeregt wird und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.
Der Abstand der Diskontinuitäten in den beiden reflektierenden Gittern hängt vom Abstand zu den Eingangs- und Ausgangstransduktoren ab. Auf diese Weise ist das Reflexionsvermögen von der Frequenz abhängig, und gemäß dieser Frequenz durchläuft die akustische Welle eine Strecke, wie z.B. 12, deren Länge und damit Dauer von der Frequenz abhängt. Die globale Transferfunktion dieser Vorrichtung entspricht dem Produkt der Transferfunktionen der Eingangs- und Ausgangstransduktoren und der reflektierenden Gitter und führt zu einer Kompression des an den Eingangstransduktor angelegten Impulses.
Eine solche Vorrichtung liefert nicht unmittelbar ein Ausgangssignal im Nutzband, das nach Amplitude und Phase exakt den Wünschen entspricht, und zwar aufgrund von verschiedenen Störerscheinungen, insbesondere Konstruktionsfehlern oder Verformungen des piezoelektrischen Substrats bei der Montage im Gehäuse.
Es ist bekannt, daß man den Fehler, aber nur den Phasenfehler, korrigieren kann, indem zwischen die beiden reflektierenden Gitter 100 und 110 ein leitender Film variabler Breite und Dicke aufgebracht wird, um die Fortpflanzungsgeschwindigkeit für jede Strecke der Wellen und so für jede Frequenz zu verändern. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch keine Korrektur von Fehlern, die mit der Frequenz rasch variieren.
Im übrigen verbleiben die Fehler, die durch die Verformung des piezoelektrischen Substrats bei der Montage in einem Gehäuse entstehen.
Aus dem Aufsatz " Features of the construction of Narrowband Filters for Acoustic Surface Waves" von A.E. Znamenskiy et al, veröffentlicht in Telecommunications and Radio Engineering" vol. 34/35, Nr. 5, Mai 1980, Seiten 62 bis 67 ist ein Herstellungsverfahren für schmalbandige Oberflächenwellenfilter bekannt, bei dem auf einem gemeinsamen Substrat zwei getrennte Filter, vorzugsweise gleicher Art, hergestellt werden, deren Transferfunktion durch die Kombination, gegebenenfalls das Produkt, von zwei Einzeltransferfunktionen gebildet wird. Es ist nämlich einfacher, zwei kurze Filter zu synthetisieren (oder auch ein einziges, wenn die beiden Filter gleich sind) als ein langes Filter. Dieser Aufsatz enthält jedoch keine Lehre betreffend die Korrektur der Fehler, insbesondere der beim Einkapseln entstehenden Fehler, die ebenso diese beiden gleichzeitig auf einem gemeinsamen Substrat hergestellten Filter betreffen wie auch das einzige Filter, das sie ersetzen.
Um möglichst gut alle diese Fehler zu korrigieren, schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Korrektur eines dispersiven Oberflächenwellenfilters vor, in dem die Reflexion der akustischen Wellen an Gittern mit variabler Gitterkonstante verwendet wird, die bezüglich der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen geneigt sind, wobei dieses Filter in ein Gehäuse eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Messung der Transferfunktion des dispersiven Oberflächenwellenfilters nach dessen definitiver Montage in seinem Gehäuse,
- Synthese eines Oberflächenwellen-Korrekturfilters, dessen Transferfunktion die Korrektur insbesondere der konstruktiv bedingten und durch die Verformungen des piezoelektrischen Substrats beim Einsetzen in das Gehäuse bedingten Fehler erlaubt,
- Herstellung dieses Korrekturfilters,
- und Serienschaltung des dispersiven Filters und des Korrekturfilters.
Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen hervor.
Fig. 1 zeigt einen RAC gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 zeigt einen RAC, der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren korrigiert ist,
Die Fig. 3 und 4 zeigen Spektralanalysatoren, die solche RAC verwenden.
In Fig. 2 ist ein RAC dargestellt, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigiert ist. Der zu korrigierende RAC 20 enthält wie der gemäß Fig. 1 auf einem Substrat 1 5einen Eingangstransduktor 10, zwei reflektierende Gitter 100 und 110 und einen Ausgangstransduktor 11. Weiter enthält er in bekannter Weise eine Metallbeschichtung 205 variabler Breite zwischen den reflektierenden Gittern 100 und 110, um zumindest teilweise die Phasenfehler des RAC zu korrigieren. Dieser RAC wird endgültig in einem Gehäuse 204 montiert, das dann geschlossen wird, wobei eine gewisse Anzahl von Störungen auf Grund von mechanischen Kräften eingeführt werden, die von dem Gehäuse auf das Substrat 1 einwirken. Diese Kräfte beruhen im wesentlichen darauf, daß der RAC eine verhältnismäßig lange Vorrichtung ist, deren Befestigung im Gehäuse solche Kräfte hervorruft.
Wenn der RAC so fertig montiert ist, dann mißt man seine Transferfunktion HM(f) sowohl nach Amplitude wie nach Phase, und zwar in dem Temperaturbereich, in dem der RAC später betrieben werden soll.
Da man die Transferfunktion Hc(f) kennt, die ohne Fehler erreicht werden soll, berechnet man durch einfache Division die Transferfunktion H(f) des Filters, die die Fehler des RAC zu korrigieren erlaubt. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise bei der Nenntemperatur Θ&sub0;, bei der der RAC später arbeiten soll.
Man erhält somit: H(f) = HC(f)/HM(f) So erzeugt man ein Oberflächenwellen-Korrekturfilter 21 gemäß bekannter Technik. In dem dargestellten Beispiel enthält dieses Filter 21 auf einem Substrat 201 einen Eingangstransduktor 210, der aus zwei miteinander verschachtelten Kämmen gebildet wird, deren Zinken eine variable Überdeckungslänge besitzen. Außerdem ist ein ungewichteter Ausgangstransduktor 211 vorgesehen.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Filters auf Grund seiner Transferfunktion ist aus dem französischen Patent 2 040 881 bekannt, das die Anmelderin am 16. April 1969 hinterlegt hat. Die Genauigkeit der Durchführung dieses Verfahrens ist augenblicklich so groß, daß die Leistung des erhaltenen Filters Restfehler ergibt, die deutlich geringer als die in dem RAC zu korrigierenden Fehler sind. Gemäß einer Variante besitzen die beiden Transduktoren des Korrekturfilters Zinken variabler Länge, und zwischen diesen Transduktoren ist ein Koppler von akustischen Oberflächenwellen vorgesehen.
In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist der Ausgangstransduktor des RAC an den gewichteten Eingangstransduktor des Filters angeschlossen, und der nicht gewichtete Transduktor dieses Filters bildet den Ausgangstransduktor der ganzen Einheit.
Ein derartiger Anschluß ist keineswegs obligatorisch, da das Produkt der Transferfunktionen des RAC und des Korrekturfilters permutativ ist. Man kann daher beispielsweise das Korrekturfilter vor dem RAC anordnen. Man kann auch als Ausgangstransduktor des Korrekturfilters den gewichteten Transduktor verwenden.
Das Korrekturfilter enthält ein Gehäuse 206, in dem das Substrat 201 mit den Transduktoren angeordnet ist. Dann wird das Gehäuse verschlossen.
Der Einfluß der durch das Gehäuse 206 auf das Korrekturfilter einwirkenden Kräfte ist wesentlich geringer als der Einfluß des Gehäuses 204 auf den RAC, und zwar hauptsächlich wegen der deutlich größeren Abmessungen des Gehäuses des RAC im Vergleich zu dem Gehäuse des Korrekturfilters. Die Erfahrung zeigt, daß die Störungen aufgrund dieses Einflusses in Höhe des Filters gegenüber der durch dieses Filter erzielten Korrektur vernachlässigbar sind und daß die Verwendung dieses Filters dem verfolgten Zweck genau entspricht.
Bei der Synthese des Korrekturfilters wählt man eine Betriebstemperatur des Filters e1 und eine Geschwindigkeit der akustischen Wellen auf der Oberfläche des Substrats entsprechend dieser Temperatur. Man stellt nach der Herstellung des Filters fest, daß verschiedene unvermeidbare Veränderungen, z.B. die Dicke der Metallbeschichtungen und die Abweichung im Verhältnis zwischen Breite und Abstand der Zinken, eine frequenzmäßig homothetische Verschiebung der Transferfunktion des Filters ergeben, die im wesentlichen als Abweichung der Geschwindigkeit der akustischen Wellen in Erscheinung tritt. Diese Abweichung liegt meistens in der Größenordnung von 10&supmin;&sup4;. Wenn die festgestellte Verschlechterung der Leistungen toleriert werden kann, dann wählt man den Betrieb de Korrekturfilters bei derselben Temperatur wie das RAC, und man montiert hierzu die beiden Gehäuse in engem Wärmekontakt, sodaß nur ein einziger Thermostat für die ganze Anordnung erforderlich ist.
Wenn jedoch die Verschlechterung der Leistungen aufgrund dieser Abweichungen nicht toleriert werden kann, dann wählt man den Betrieb des Korrekturfilters bei einer anderen Temperatur als der für die Synthese gewählten Temperatur, um die Geschwindigkeitsabweichung zu kompensieren. Hierzu verwendet man zwei Thermostaten, von denen der eine den RAC bei der Temperatur Θ&sub0; und der andere das Korrekturfilter bei der Temperatur Θ'&sub1; korrigiert, die notwendig ist, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen. Zwei Thermometersonden 202 und 203 ermöglichen die Messung der Temperaturen der Gehäuse 204 des RAC bzw. 206 des Korrekturfilters. Um zu vermeiden, daß sich die Fehler der beiden Thermostaten kumulieren, verwendet man vorzugsweise einen gemeinsamen Thermostaten für die beiden Gehäuse und Mittel zur Justierung der Temperatur des Gehäuses 206 bezüglich des Gehäuses 204. In der Figur sind diese Justiermittel durch eine Vorrichtung 231 zur Messung und Steuerung angedeutet, die die Temperaturdifferenz Θ'&sub1; - Θ&sub0; mißt und die Justierung der Temperatur Θ'&sub1; über einen elektrischen Widerstand 230 steuert.
Im allgemeinen ist ein RAC rein dispersiv. In gewissen Fällen braucht man jedoch ein Gewichtungsgesetz für das Ausgangssignal eines solchen RAC. Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung verwendet man das Korrekturfilter nicht nur zur Korrektur der Fehler des RAC, sondern auch um ein solches Gewichtungsgesetz anzuwenden. Wenn also Hp(f) das Gewichtungsgesetz ist, dann sythetisiert man das Filter so, daß man eine globale Transferfunktion HT(f) = Hp(f) x H(f) erreicht.
Muß man mehrere Gewichtungsgesetze verwenden, dann verwendet man mehrere Korrekturfilter, die je nach den Bedürfnissen an den Ausgang des RAC geschaltet werden.
Die so korrigierten RAC sind besonders nützlich bei der Herstellung von Spektralanalysen eines Signals mit Hilfe von drei dispersiven Leitungen gemäß wohlbekannten Konfigurationen, die den unter dem englichen Namen "Chirp Transform" bekannten Algorithmus analog anwenden. Man verwendet entweder eine Konfiguration in Form eines π, wie in Fig. 3 gezeigt, oder eine Konfiguration in Form eines T, wie in Fig. 4 gezeigt.
Die Konfiguration in π - Form enthält drei RAC 31 bis 33, die gemäß der Erfindung korrigiert sind. Der RAC 31 speist einen Mischer 34, der außerdem das zu analysierende Signal s(t) empfängt. Dieser Mischer ist an den RAC 33 angeschlossen, dessen Ausgang seinerseits an einen weiteren Mischer 35 angeschlossen ist, der auch mit dem Ausgang des RAC 32 verbunden ist. Das Ausgangssignal dieses Mischers 35 liefert das gesuchte Spektrum. Die RAC 31 und 32 empfangen einen kurzen Analyseimpuls.
In der T - Konfiguration gemäß Fig. 4 wird das Signal s(t) an einen RAC 41 angelegt. Der Mischer 44 empfängt das Ausgangssignal dieses RAC 41 und das Ausgangssignal eines RAC 43. Ein dritter RAC 42 empfängt das Ausgangssignal des Mischers 44 und liefert das gewünschte Spektrum. Der RAC 43 empfängt denselben Analyseimpuls wie die RAC 31 und 32.
Jeder der drei RAC in den beiden Konfigurationen enthält ein erfindungsgemäßes Korrekturfilter.
Wenngleich die Erfindung an Hand der Korrektur eines RAC beschrieben wurde, erstreckt sie sich allgemein auf die Korrektur aller Oberflächenwellenvorrichtungen.

Claims

1. Verfahren zur Korrektur eines dispersiven Oberflächenwellenfilters, in dem die Reflexion der akustischen Wellen an Gittern mit variabler Gitterkonstante verwendet wird, die bezüglich der Fortpflanzungsrichtung der akustischen Wellen geneigt sind, wobei dieses Filter in ein Gehäuse eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Messung der Transferfunktion des dispersiven Oberflächenwellenfilters (20) nach dessen definitiver Montage in seinem Gehäuse (204),

- Synthese eines Oberflächenwellen-Korrekturfilters (21), dessen Transferfunktion die Korrektur insbesondere der konstruktiv bedingten und durch die Verformungen des piezoelektrischen Substrats beim Einsetzen in das Gehäuse bedingten Fehler erlaubt,

- Herstellung dieses Korrekturfilters,

- und Serienschaltung des dispersiven Filters und des Korrekturfilters.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der Transferfunktion des dispersiven Filters (20) mit der Transferfunktion des Korrekturfilters (21) der gewünschten Transferfunktion gleich ist.

3. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dispersive Filter (20) und das Korrekturfilter (21) auf gleicher Temperatur gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse des dispersiven Filters (20) und des Korrekturfilters (21) in thermischen Kontakt gehalten werden und daß ein gemeinsamer Thermostat für beide verwendet wird.

5. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gehäuse des dispersiven Filters (20) auf einer ersten Temperatur hält und daß man das Gehäuse des Korrekturfilters (21) auf einer zweiten, davon unterschiedlichen Temperatur hält, wobei die Differenz dieser Temperaturen die Justierung der Korrektur des Korrekturfilters ermöglicht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Differentialthermostat (231) zur Justierung der zweiten Temperatur bezüglich der ersten verwendet.

7. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Synthese des Korrekturfilters (21) außerdem ein Gewichtungsgesetz auf die Transferfunktion dieses Korrekturfilters angewandt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere Korrekturfilter (21) mit je einem eigenen Gewichtungsgesetz synthetisiert.

9. Spektralanalysator, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens ein dispersives Filter (31 bis 33 ) verwendet, das nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 korrigiert ist.