DE4223001C1 - Surface-wave component with mode conversion structure - uses conversion structure formed by displaced part structures on substrate body - Google Patents

Surface-wave component with mode conversion structure - uses conversion structure formed by displaced part structures on substrate body

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Abstract

The surface-wave component has at least one converter structure on a piezoelectric substrate body (1) and at least one mode conversion structure (10) converting the surface wave into a volume wave. This structure (10) is in a surface area of the substrate body (1) in which the occurrence of surface waves is not required. The mode conversion structure is formed by part structures (10-1,10-2) displaced against one another in the surface wave main propagation direction. The mode conversion structure (10) is formed by electrode strips (11) on the surface of the substrate body (1) whereby the periodicity of the structure is defined as the sum of the strip-width and the strip-distance. USE/ADVANTAGE - A mode conversion structure which does not reflect back a part of the acoustic energy of a surface wave.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Oberflächenwellenbauelement mit Modenkonversionsstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a surface acoustic wave device with fashion conversion structure according to the generic term of claim 1.

Oberflächenwellenbauelemte der gattungsgemäßen Art sind aus der DE-OS 37 31 309 bekannt. Bei derartigen Oberflächenwellenbauelementen mit Modenkonversionsstruktur ist diese Modenkonversionsstruktur streifenförmig ausgeführt und bildet für eine akustische Oberflächenwelle wirksame Störungen in bzw. auf der Oberfläche eines Substratkörpers. Die Streifen können beispielsweise Metallisierungsstreifen sein, wie sie auch für die Finger eines Interdigitalwandlers verwendet werden. Die Streifen können allerdings auch aus einem anderen Material, beispielsweise Siliziumdioxid oder Aluminiumdioxid bestehen oder es können anstelle von erhabenen Strukturen Streifen in der Oberfläche des Substratkörpers in Form von eingeätzten Rillen oder Gräben vorgesehen sein. Eine solche Modenkonversionsstruktur wird aus einer Vielzahl von benachbart im Abstand voneinander und nebeneinander verlaufender Streifen gebildet.Surface wave components of the generic type are known from DE-OS 37 31 309. With such surface wave components with mode conversion structure this mode conversion structure executed in strips and forms effective for a surface acoustic wave Disturbances in or on the surface of a substrate body. The strips can, for example, be metallization strips be like the fingers of an interdigital transducer be used. The stripes can but also from a different material, for example Silicon dioxide or aluminum dioxide exist or it can instead of raised structures strips in the Surface of the substrate body in the form of etched Grooves or trenches can be provided. Such a mode conversion structure is made up of a variety of neighboring in Distance from each other and running side by side Stripes formed.

Bei einer Modenkonversionsstruktur nach der vorgenannten DE-OS 37 31 309 besteht ein Nachteil der parallel zueinander und senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle ausgerichteten Elektrodenstreifen darin, daß die Modenkonversionsstruktur selbst einen Teil der akustischen Energie der Oberflächenwelle beispielsweise auf einen Interdigitalwandler eines Filters zurückreflektiert.With a mode conversion structure according to the aforementioned DE-OS 37 31 309 there is a disadvantage of parallel to each other and perpendicular to the main direction of propagation of the Surface wave aligned electrode strips in it that the mode conversion structure itself is part of the acoustic energy of the surface wave, for example reflected back onto an interdigital transducer of a filter.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenwellenbauelement der in Rede stehenden Art mit Modenkonversionsstruktur anzugeben, bei der Reflektionen der vorgenannten Art unterdrückt werden.The present invention is based on the object a surface wave component of the type in question to indicate with mode conversion structure in the case of reflections of the aforementioned type are suppressed.

Diese Aufgabe wird bei einem Oberflächenwellenbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is done with a surface acoustic wave device of the type mentioned according to the invention by the Features of the characterizing part of patent claim 1 solved.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Developments of the invention are the subject of dependent claims.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is described below with reference to the figures the drawing shown embodiments closer explained. It shows

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Oberflächenwellenbauelementes mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Modenkonversionsstruktur; Fig. 1 is a schematic representation of a surface acoustic wave device having an inventive mode conversion structure;

Fig. 2 bis 5 jeweils eine Ausführungsform einer Modenkonversionsstruktur; und Figs. 2 to 5 are each an embodiment of a mode conversion structure; and

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Oberflächenwellenbauelementes in Form eines Filters mit Modenkonversionsstrukturen der erfindungsgemäßen Art. Fig. 6 is a schematic representation of a surface acoustic wave device in the form of a filter with mode conversion structures of the type according to the invention.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem Substratkörper 1 mit Seitenflächen 2 und 3 sowie einer Stirnfläche 4 ein üblicher Interdigitalwandler 5 eines nicht weiter dargestellten Filters mit Sammelschienen 6 und 7 sowie Elektrodenfingern 8 und 9 und eine Modenkonversionsstruktur 10 zur Vermeidung des Auftretens ansonsten an der Stirnfläche 4 des Substratkörpers 1 reflektierter Oberflächenwellen vorgesehen. Insoweit ist ein solches Oberflächenwellenbauelement der bereits genannten DE-OS 37 31 309 entnehmbar. According to Fig. 1, on a substrate body 1 with lateral surfaces 2 and 3 and a front face 4, a conventional interdigital transducer 5 of a filter not shown with bus bars 6 and 7 as well as electrode fingers 8 and 9 and a mode conversion structure 10 for preventing the occurrence otherwise on the end face 4 of the substrate body 1 of reflected surface waves is provided. In this respect, such a surface wave component of DE-OS 37 31 309 already mentioned can be removed.

Erfindungsgemäß wird nun die Modenkonversionsstruktur 10 durch Teilstrukturen 10-1 und 10-2 mit Elektrodenstreifen 11 bzw. 12 gebildet, welche in Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung gegeneinander verschoben sind.According to the invention, the mode conversion structure 10 is now formed by substructures 10-1 and 10-2 with electrode strips 11 and 12 , respectively, which are displaced relative to one another in the main direction of surface wave propagation.

In den Modenkonversionsstrukturen ist die Dämpfung durch deren Periodizität gegeben. Diese Periodizität ist als Summe von Fingerbreite und Fingerabstand definiert. Für jeweils eine Frequenz kann durch geeignete Wahl der Periodizität die Dämpfung maximal gemacht werden.In the mode conversion structures, the attenuation is through given their periodicity. This periodicity is as Sum of finger width and finger distance defined. For A frequency can be selected by a suitable choice of periodicity the damping can be made maximum.

Handelt es sich um ein schmalbandiges Oberflächenwellenbauelement, so werden brauchbare Verhältnisse dann erzielt, wenn die Periodizität in der Modenkonversionsstruktur gemäß einer besonderen Ausgestaltung der erfindung konstant ist. Für eine dieser konstanten Periodizität zugeordnete Frequenz ist dann die Dämpfung maximal. Für die übrigen Frequenzen im Frequenzband sind dann zwar die Dämpfungen kleiner. Wegen der Schmalbandigkeit sind die Abweichungen von der maximalen Dämpfung jedoch nicht gravierend.If it is a narrow-band surface wave component, then usable conditions are achieved if the periodicity in the mode conversion structure according to a special embodiment of the invention is constant. For one of these constant periodicity assigned frequency, the attenuation is then maximum. For the other frequencies in the frequency band are then those Damping smaller. Because of the narrow band they are However, deviations from the maximum damping are not serious.

Handelt es sich dagegen um ein breitbandiges Oberflächenwellenbauelement, so wird die Periodizität gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dispersiv gewählt, d. h., sie ändert sich innerhalb der Modenkonversionsstrukturen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Fingerbreite und/oder der Abstand variabel gestaltet wird.If, on the other hand, it is a broadband surface wave component, so the periodicity is according to a further embodiment of the invention chosen dispersively, d. that is, it changes within the mode conversion structures. This can be done in that the finger width and / or the distance is made variable.

In der obengenannten DE-OS 37 31 309 ist für die dort mit P bezeichnete Periodizität folgender Zusammenhang angegebenIn the above-mentioned DE-OS 37 31 309 is there for with P designated periodicity following relationship specified

worin
f die untere Frequenzgrenze des Frequenzbandes des Oberflächenwellenbauelementes,
VSAW die Geschwindigkeit der Oberflächenwellen im Substratkörper und
Vmax der Wellenmodus mit der höchsten Schallgeschwindigkeit im Substratkörper
bedeuten.wherein
f the lower frequency limit of the frequency band of the surface acoustic wave component,
V SAW the speed of the surface waves in the substrate body and
V max is the wave mode with the highest speed of sound in the substrate body
mean.

Für die beiden vorgenannten Ausführungsformen mit konstanter bzw. dispersiver Periodizität bedeutet dies, daß die Periodizität bei der erstgenannten Ausführungsform dem vorstehenden Zusammenhang und bei der zweitgenannten Ausführungsform die größte Periodizität diesem Zusammenhang genügt und die Dispersion für die Teilstrukturen gleich ist.For the two aforementioned embodiments with constant or dispersive periodicity, this means that the periodicity in the former embodiment above connection and in the second embodiment, the greatest periodicity of this connection is sufficient and the dispersion for the substructures is the same is.

Ausführungsformen der Modenkonversionsstruktur 10 gemäß den Fig. 2 und 3 können so ausgebildet sein, daß entweder die Elektrodenstreifen 11 bzw. 12 miteinander verbunden ind (Fig. 2) oder die Teilstrukturen 10-1 und 10-2 insgesamt miteinander verbunden sind (Fig. 3).Embodiments of the mode conversion structure 10 according to FIGS. 2 and 3 can be designed such that either the electrode strips 11 or 12 are connected to one another ( FIG. 2) or the substructures 10-1 and 10-2 are connected to one another as a whole ( FIG. 3 ).

Gemäß Fig. 1 ist die durch den Interdigitalwandler 5 gegebene Apertur des Oberflächenwellenbauelementes durch gestrichelte Linien 20 angedeutet. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Modenkonversionsstruktur, wie etwa die Struktur 10 nach Fig. 1 in Richtung senkrecht zur Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung eine Abmessung im wesentlichen gleich dieser Apertur besitzen.According to Fig. 1, represented by the interdigital transducer 5 aperture of the surface acoustic wave component is indicated by broken lines 20.. According to one embodiment of the invention, the mode conversion structure, such as structure 10 according to FIG. 1, can have a dimension substantially equal to this aperture in the direction perpendicular to the main surface wave propagation direction.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine gerade Anzahl gleich großer Teilstrukturen 10-1 und 10-2 über die Apertur verteilt sein und die Verschiebung der Teilstrukturen in Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge λ bei der Mittenfrequenz eines als Filter ausgebildeten Oberflächenwellenbauelementes sein. Eine solche Verschiebung ist in Fig. 1 angegeben, wobei der ungeradzahlige Faktor gleich 1 ist.According to a special embodiment of the invention, an even number of substructures 10-1 and 10-2 of equal size can be distributed over the aperture and the displacement of the substructures in the main direction of surface wave propagation can be an odd multiple of a quarter of the wavelength λ at the center frequency of a surface wave component designed as a filter be. Such a shift is indicated in Fig. 1, the odd factor being 1.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine beliebige anzahl N gleich großer Teilstrukturen über die Apertur verteilt sein, wobei die Verschiebung in Oberflächenwellen- Hauptausbreitungsrichtung gleich dem N-ten Teil einer halben Wellenlänge bei der Mittenfrequenz eines als Filter ausgebildeten Oberflächenwellenbauelementes ist.According to a development of the invention, any one number N of substructures of the same size across the aperture be distributed, the shift in surface wave The main direction of propagation is equal to the Nth part of a half wavelength at the center frequency one as a filter trained surface wave component.

Weil die akustische Energie wegen der Beugung nicht nur auf die eigentliche Wandlerapertur (z. B. 20 in Fig. 1) beschränkt ist, kann es zweckmäßig sein, die konversionsstruktur 10 über die Apertur hinaus fortzuführen. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt.Because the acoustic energy due to the diffraction is not limited to the actual transducer aperture (eg 20 in FIG. 1), it may be expedient to continue the conversion structure 10 beyond the aperture. Such an embodiment is shown in FIG. 4.

Gemäß weiterer Ausführungsformen der Erfindung ist es zweckmäßig, die Teilstrukturen der Modenkonversionsstruktur unterschiedlich zu dimensionieren, wodurch Störungen durch an der Unterseite des Substratkörpers 1 reflektierte konvertierte Signale aufgrund der Rekonvertierung an der anderen Teilstruktur reduziert werden. Insbesondere kann dabei auch ein Wechsel der Dimensionierung innerhalb einer Modenkonversionsstruktur zweckmäßig sein.According to further embodiments of the invention, it is expedient to dimension the partial structures of the mode conversion structure differently, as a result of which interference due to converted signals reflected on the underside of the substrate body 1 is reduced due to the conversion on the other partial structure. In particular, a change in dimensioning within a mode conversion structure can also be expedient.

Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt, bei der innerhalb einer Modenkonversionsstruktur 40 Teilstrukturen 40-1 bis 40-6 unterschiedlicher Dimensionierung und mit Wechsel der Dimensionierung vorgesehen sind. Such an embodiment is shown in FIG. 5, in which 40 substructures 40-1 to 40-6 of different dimensions and with changing dimensions are provided within a mode conversion structure.

Zweckmäßig sind bei einem Oberflächenwellenbauelement in Form eines Filters Modenkonversionsstrukturen auf beiden Seiten einer Filterstruktur vorgesehen. Eine derartige Ausführungsform ist schematisch in Fig. 6 dargestellt, bei der auf einem Substratkörper 1 mit den Seitenflächen 2 und 3 und der Stirnfläche 4 eine Filterstruktur 60 vorgesehen ist, auf deren beiden Seiten jeweils eine Modenkonversionsstruktur 10 angeordnet ist.In the case of a surface wave component in the form of a filter, mode conversion structures are expediently provided on both sides of a filter structure. Such an embodiment is shown schematically in FIG. 6, in which a filter structure 60 is provided on a substrate body 1 with the side surfaces 2 and 3 and the end surface 4 , on each side of which a mode conversion structure 10 is arranged.

Claims (13)

1. Oberflächenwellenbauelement mit mindestens einer Wandlerstruktur auf einem piezoelektrischen Substratkörper (1) und mit mindestens einer die Oberflächenwelle in eine Volumenwelle umwandelnde Modenkonversionsstruktur (10; 40) in einem Oberflächenbereich des Substratkörpers (1), in dem das Auftreten von Oberflächenwellen unerwünscht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenkonversionsstruktur (10; 40) durch in Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung gegeneinander verschobene Teilstrukturen (10-1, 10-2; 40-1 bis 40-6) gebildet ist.1. Surface wave component with at least one transducer structure on a piezoelectric substrate body ( 1 ) and with at least one mode conversion structure converting the surface wave into a bulk wave ( 10; 40 ) in a surface area of the substrate body ( 1 ) in which the occurrence of surface waves is undesirable, characterized that the mode conversion structure ( 10; 40 ) is formed by substructures ( 10-1, 10-2; 40-1 to 40-6 ) which are displaced relative to one another in the main direction of surface wave propagation . 2. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenkonversionsstruktur (10; 40) in Richtung senkrecht zur Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung eine Abmessung im wesentlichen gleich der Apertur (20) besitzt.2. Surface wave component according to claim 1, characterized in that the mode conversion structure ( 10; 40 ) in the direction perpendicular to the main wave propagation direction has a dimension substantially equal to the aperture ( 20 ). 3. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenkonversionsstruktur (10; 40) in Richtung senkrecht zur Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung symmetrisch über die Apertur (20) hinaus fortgeführt ist.3. Surface wave component according to claim 1, characterized in that the mode conversion structure ( 10; 40 ) is continued symmetrically in the direction perpendicular to the surface wave main direction of propagation beyond the aperture ( 20 ). 4. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modenkonversionsstruktur (10; 40) durch auf die Oberfläche des Substratkörpers (1) aufgebrachte Elektrodenstreifen (11, 12; 41 bis 45) gebildet ist, wobei die Periodizität der Struktur als Summe von Streifenbreite und Streifenabstand definiert ist.4. Surface wave component according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mode conversion structure ( 10; 40 ) is formed by electrode strips ( 11, 12; 41 to 45 ) applied to the surface of the substrate body ( 1 ), the periodicity of the structure is defined as the sum of strip width and strip spacing. 5. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Filter realisierenden Oberflächenwellenbauelement eine gerade Anzahl gleich großer Teilstrukturen (10-1, 10-2) über die Apertur (20) verteilt ist und daß die Verschiebung in Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge (λ) bei der Mittenfrequenz des Filters ist.5. Surface wave component according to one of claims 1 to 4, characterized in that in a surface wave component realizing a filter, an even number of equally large substructures ( 10-1, 10-2 ) is distributed over the aperture ( 20 ) and that the displacement in surface waves -The main direction of propagation is an odd multiple of a quarter of the wavelength (λ) at the center frequency of the filter. 6. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Filter realisierenden Oberflächenwellenbauelement eine vorgegebene Anzahl (N) gleich großer Teilstrukturen (10-1, 10-2) über die Wandlerapertur verteilt ist und daß die Verschiebung in Oberflächenwellen-Hauptausbreitungsrichtung gleich dem N-ten Teil einer halben Wellenlänge (λ) bei der Mittenfrequenz des Filters ist.6. Surface wave component according to one of claims 1 to 4, characterized in that in a surface wave component realizing a filter, a predetermined number (N) of the same size partial structures ( 10-1, 10-2 ) is distributed over the transducer aperture and that the displacement in surface waves -The main direction of propagation is equal to the Nth part of half a wavelength (λ) at the center frequency of the filter. 7. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen (10-1, 10-2; 40-1 bis 40-6) durch getrennte Elektrodenstreifen (11, 12; 41 bis 45) gebildet sind.7. Surface wave component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the partial structures ( 10-1, 10-2; 40-1 to 40-6 ) are formed by separate electrode strips ( 11, 12; 41 to 45 ). 8. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenstreifen (11, 12) der Teilstrukturen (10-1, 10-2) jeweils miteinander verbunden sind.8. Surface wave component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrode strips ( 11, 12 ) of the substructures ( 10-1, 10-2 ) are each connected to one another. 9. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen (10-1, 10-2) miteinander verbunden sind. 9. Surface wave component according to one of claims 1 to 6, characterized in that the substructures ( 10-1, 10-2 ) are interconnected. 10. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ein Filter realisierenden Oberflächenwellenbauelement auf dem Substratkörper (1) zu beiden Seiten der Filterstruktur (60) Modenkonversionsstrukturen (10) vorgesehen sind.10. Surface wave component according to one of claims 1 to 9, characterized in that in a surface wave component realizing a filter on the substrate body ( 1 ) on both sides of the filter structure ( 60 ) mode conversion structures ( 10 ) are provided. 11. Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilstrukturen (40-1 bis 40-6) unterschiedlich dimensioniert sind.11. Surface wave component according to claim 10, characterized in that the substructures ( 40-1 to 40-6 ) are dimensioned differently. 12. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodizität in den Modenkonversionsstrukturen (10) konstant ist.12. Surface wave component according to one of claims 1 to 11, characterized in that the periodicity in the mode conversion structures ( 10 ) is constant. 13. Oberflächenwellenbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodizität in den Modenkonversionsstrukturen (10) dispersiv und die Dispersion in den Teilstrukturen (10-1, 10-2; 40-1 bis 40-6) gleich ist.13. Surface wave component according to one of claims 1 to 11, characterized in that the periodicity in the mode conversion structures ( 10 ) is dispersive and the dispersion in the substructures ( 10-1, 10-2; 40-1 to 40-6 ) is the same.
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