DE4229974C2 - Akustisches Oberflächenwellenbauelement - Google Patents
Akustisches OberflächenwellenbauelementInfo
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- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Elektrotechnik/Elektro
nik. Objekte, bei denen die Anwendung möglich und zweckmäßig ist,
sind akustische Oberflächenwellenbauelemente, wie Bandpaßfilter
und Oszillatoren, insbesondere schmalbandige Filter.
Es sind akustische Oberflächenwellenbauelemente bekannt, bei
denen auf einem piezoelektrischen Substrat zwei interdigitale
Wandler und beiderseits dieser Wandler angeordnete Streifenre
flektoren eine Resonatorgruppe bilden, die symmetrisch zu einer
zu beiden Wandlern gehörenden gemeinsamen Sammelelektrode ist,
welche sich bis an die äußeren Begrenzungen beider Streifenre
flektoren erstreckt. Die die Streifenreflektoren bildenden Metall
streifen enden beiderseitig in äußeren Sammelelektroden, wobei
die Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Oberflächenwellen
im Streifengebiet der Reflektoren und im Zinkengebiet der Wandler
(vSt) kleiner ist als in homogen metallbeschichteten Gebieten
(vmet). Dabei ist die Summe aus der Zinkenüberlappungslänge und
dem Zwischenraum zwischen den Zinkenenden und der jeweiligen
Sammelelektrode der Wandler gleich der Länge der Metallstreifen
der Streifenreflektoren ("Narrow Bandpass Filters Using Double-
Mode SAW Resonators on Quartz", 1984 IEEE Frequency Control
Proc., S. 286).
Diese Resonatoren sind Wellenleiter für akustische Oberflächen
wellen. Hierbei sind zwei in Zinkenrichtung nebeneinander liegende
interdigitale Wandler und Streifenreflektoren, die beiderseits
der Wandler angeordnet sind, vorhanden. Die Resonatorgruppe ist
aus zwei Resonatoren zusammengesetzt. Jeder Resonator besteht
aus einem Wandler und beiderseits angeordneten
Streifenreflektoren. Im Zinkenüberlappungsgebiet der Wandler
und im Streifengebiet der Reflektoren ist die
Ausbreitungsgeschwindigkeit für akustische Oberflächenwellen
kleiner als im Gebiet der Sammelelektroden. Die Verringerung
der Geschwindigkeit in den Streifenstrukturen im Vergleich zu
homogen metallbeschichteten Flächen ist eine Folge der
Speicherung mechanischer Energie in den Metallstreifen und
Zinken. Die beschriebenen Geschwindigkeitsverhältnisse lassen
Totalreflexion von Wellen zu, die eine Führung von Wellen in
x-Richtung, d. h. quer zu den Zinken, bewirken
(Wellenleitereffekt). Dabei entstehen i. a. mehrere
Wellenformen, Wellenleitermoden genannt, die sich in der
Ausbreitungsgeschwindigkeit und in ihrem Profil in
Zinkenrichtung unterscheiden. Die Wellenleitermoden haben in
den Gebieten der Sammelelektroden nach außen abklingende
Amplituden. Bringt man deshalb zwei solche Resonatoren
hinreichend nahe zueinander, so überlappen die
Wellenleitermoden beider Resonatoren, und es entsteht eine
Kopplung zwischen ihnen. Infolge der Kopplung beider
Wellenleiter entstehen aus einer Mode, die bezüglich der
horizontalen Mittellinie der Struktur symmetrisch ist, eine
neue symmetrische und eine antisymmetrische Mode, die
unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten haben.
Der Aufbau der Wandler gestattet die starke Anregung von
diesen zwei Wellenleitermoden. Infolgedessen kann mit dem Bauelement ein
zweikreisiges Filter nachgebildet werden. Mit Hilfe von Anpaß
schaltungen am Ein- und Ausgang des Bauelements wird die Wellig
keit im Durchlaßbereich geglättet.
Diese Lösung hat den Nachteil, daß die maximal einstellbare
Bandbreite bei vorgegebener Einfügedämpfung und/oder Welligkeit
im Durchlaßbereich in bestimmten Fällen zu klein ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, akustische Oberflächen
wellenbauelemente der bekannten Art so zu verändern, daß die
maximal einstellbare Bandbreite bei vorgegebener Einfügedämpfung
und/oder Welligkeit im Durchlaßbereich größer ist als das bekann
termaßen möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit der in Anspruch 1 dargestellten erfin
dungsgemäßen Lehre zum technischen Handeln gelöst.
Gemäß der Erfindung werden nicht nur die zwei langsamsten,
sondern auch die Wellenleitermoden höherer Ordnung (mit mehr
als einer Nullstelle im Profil) zur Formung des
Durchlaßbereichs benutzt. Das ist nur dann sinnvoll, wenn die
Stärke, mit der die einzelnen Wellenleitermoden angeregt und
empfangen werden, eingestellt werden kann. Dies geschieht
erfindungsgemäß dadurch, daß die Zinkenzahlen der Teilwandler
an die Summe aller Profile derjenigen Wellenleitermoden
angepaßt werden, die zur Formung des Durchlaßbereichs
ausgewählt worden sind.
Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die
Mitten aller Partialwandler auf einer Linie, parallel zu den
Zinken, angeordnet.
In denjenigen Partialwandlern, die kürzer sind als der längste
von ihnen, können die im Vergleich zum längsten Partialwandler
fehlenden Zinken durch Blindzinken ersetzt sein.
Es ist besonders zweckmäßig, die Abstände benachbarter Metall
streifen der Streifenreflektoren nach Vorschrift II, die Abstände
benachbarter Zinken in allen Partialwandlern nach Vorschrift III
und die Abstände benachbarter Blindzinken gleich dem Abstand
benachbarter Metallstreifen der Streifenreflektoren zu bemessen.
Mehrere Resonatorgruppen können eine Kaskade bilden.
Es können alle Partialwandler gleich breit sein, wobei ihre
Zinkenüberlappungslänge und die Abstände ihrer Zinkenenden von
den jeweiligen Sammelelektroden gleich sind.
Zur Realisierung der Parallelschaltung der Partialwandler ist es
zweckmäßig, die Anzahl der Partialwandler als ungerade Zahl zu
wählen und jede ungeradzahlige Sammelelektrode der Partialwand
ler, gezählt von einer äußeren Sammelelektrode des jeweiligen
Wandlers an, mit der gemeinsamen Sammelelektrode der Wandler und
jede geradzahlige Sammelelektrode mit einer äußeren Sammelelek
trode des jeweiligen Wandlers elektrisch leitend zu verbinden.
Die entsprechenden elektrisch leitenden Verbindungen können als
Metallstreifen auf dem Substrat ausgebildet sein.
Es kann auch nur ein einziger Partialwandler vorhanden und die
Länge δba = 0 sein. In diesem Fall ist es besonders vorteil
haft, die Länge δbg nach der Vorschrift δbg = B (1-2/N) zu
bemessen (B = Zwischenraum zwischen der gemeinsamen und der
äußeren Sammelelektrode des jeweiligen Wandlers), wenn die Anzahl
N der reellen Lösungen von Gleichung G aus Vorschrift I größer
als 1 ist. Wenn N = 1 beträgt, ist die Länge δbg = 0 zu wählen.
Der Abstand zwischen den inneren Kanten der inneren Metallstrei
fen der Streifenreflektoren und der Abstand der inneren Kante des
inneren Metallstreifens eines Streifenreflektors zur benachbarten
äußeren Kante eines äußeren Zinkens der Wandler kann ein ungerad
zahliges Vielfaches von /4 sein, wobei eine mittlere Wellen
länge aus Vorschrift II ist.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels
und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 befindet sich eine Resona
torgruppe 2, bestehend aus akustischen Oberflächenwellenresona
torstrukturen 3 und 4. Die Resonatorgruppe 2 ist symmetrisch zur
Linie 8 aufgebaut. Deshalb ist es ausreichend, nachstehend nur
die Resonatorstruktur 3 näher zu erläutern. Sie besteht aus einem
Wandler 5 mit einer äußeren Sammelelektrode 51 und einer gemein
samen Sammelelektrode 57, die gleichzeitig eine Sammelelektrode
des Wandlers 10 der akustischen Oberflächenwellenresonatorstruk
tur 4 ist, und Streifenreflektoren 6 bzw. 7 mit Sammelelektroden
61 bzw. 71 und Metallstreifen 62 bzw. 72, die über Sammelelektro
den 61 bzw. 71 und die gemeinsame Sammelelektrode 57 elektrisch
kurzgeschlossen sind. Der Wandler 5 ist aus Partialwandlern 52,
53 bzw. 54 mit Wandlerzinken 521, 531 bzw. 541 zusammengesetzt.
Die jeweils benachbarten Partialwandler 52 und 53 bzw. 53 und 54
haben gemeinsame Sammelelektroden 55 bzw. 56, die über Metall
streifen 551 bzw. 561 elektrisch leitend mit der gemeinsamen
Sammelelektrode 57 bzw. mit der äußeren Sammelelektrode 51 ver
bunden sind. Zur Kompensation von Laufzeitdifferenzen der akusti
schen Oberflächenwellen sind die Metallstreifen 551 bzw. 561
durch Hilfsstreifen 552 bzw. 562 verlängert. Die Mitten aller
Partialwandler liegen auf der Linie 9. Der längste von ihnen ist
der Partialwandler 52. In den Partialwandlern 53 bzw. 54 sind
einige Zinken durch Blindzinken 532 bzw. 542 ersetzt. Der Abstand
der Enden der an die gemeinsame Sammelelektrode 56 angeschlosse
nen Zinken des Partialwandlers 54 zur gemeinsamen Sammelelektrode
57 ist größer als der Abstand der Zinkenenden zu den jeweiligen
Sammelelektroden in den übrigen Partialwandlern. Diese Abstands
differenz ist durch Scheinfinger 543 ausgefüllt. Der Wandler 5
bzw. 10 stellt den Eingang 11 bzw. den Ausgang 12 des Bauelements
dar. Die gemeinsame Sammelelektrode 57 ist über eine elektrisch
leitende Verbindung 13 an Masse angeschlossen.
Nm = (m/Max) NMax, gerundet auf ganzzahlige Nm
mit
und
fn(y) = αnsin[kyn(y-B)] - kyncos[kyn(y-B)]
fn(y) = αnsin[kyn(y-B)] - kyncos[kyn(y-B)]
mit
Die kxn (n = 1, . . ., N) sind reelle Lösungen für kx der Gleichung G:
mit
und mit
wobei die jeweils oberen oder unteren Zeilen von S (kx) und
C (kx) gleichzeitig in die Gleichung G eingesetzt sind.
In Vorschrift I bedeuten:
m = Nummer des Partialwandlers, gezählt von der gemeinsamen Sammelelektrode an nach außen
Nm = Vorzeichenbehaftete Zinkenanzahl des Partialwandlers mit der Nummer m
δbm, δbµ = Breite des Partialwandlers mit der Nummer m bzw. µ
N = Anzahl der reellen Lösungen der Gleichung G für kx
NMax = Zinkenanzahl des längsten Partialwandlers
B = Zwischenraum zwischen der äußeren und der gemeinsamen Sammelelektrode des jeweiligen Wandlers
δba bzw. δbg = Differenz des Abstandes zwischen den Zinkenenden und einer äußeren bzw. der gemeinsamen Sammelelektrode für diejenigen Partial wandler, deren eine Sammelelektrode eine äußere bzw. die gemeinsame Sammelelektro de der Wandler ist.
bs = Breite der gemeinsamen Sammelelektrode
ω = Mittenkreisfrequenz des Bauelements
vmet = Phasengeschwindigkeit für akustische Oberflächen wellen bei Vorhandensein einer homogenen Metall schicht auf dem Substrat, die aus dem Elektroden metall besteht und die Schichtdicke der Elektro den aufweist.
vSt = Phasengeschwindigkeit für akustische Oberflächenwellen im Streifen- und im Zinkengebiet
y = Koordinate in Zinkenrichtung
m = Nummer des Partialwandlers, gezählt von der gemeinsamen Sammelelektrode an nach außen
Nm = Vorzeichenbehaftete Zinkenanzahl des Partialwandlers mit der Nummer m
δbm, δbµ = Breite des Partialwandlers mit der Nummer m bzw. µ
N = Anzahl der reellen Lösungen der Gleichung G für kx
NMax = Zinkenanzahl des längsten Partialwandlers
B = Zwischenraum zwischen der äußeren und der gemeinsamen Sammelelektrode des jeweiligen Wandlers
δba bzw. δbg = Differenz des Abstandes zwischen den Zinkenenden und einer äußeren bzw. der gemeinsamen Sammelelektrode für diejenigen Partial wandler, deren eine Sammelelektrode eine äußere bzw. die gemeinsame Sammelelektro de der Wandler ist.
bs = Breite der gemeinsamen Sammelelektrode
ω = Mittenkreisfrequenz des Bauelements
vmet = Phasengeschwindigkeit für akustische Oberflächen wellen bei Vorhandensein einer homogenen Metall schicht auf dem Substrat, die aus dem Elektroden metall besteht und die Schichtdicke der Elektro den aufweist.
vSt = Phasengeschwindigkeit für akustische Oberflächenwellen im Streifen- und im Zinkengebiet
y = Koordinate in Zinkenrichtung
In Vorschrift II bedeuten:
lR = Abstand benachbarter Metallstreifen der Streifenreflek toren
N = Anzahl der reellen Lösungen für kx von Gleichung G aus Vorschrift I
kxn = Reelle Lösungen für kx von Gleichung G aus Vorschrift I (n = 1, . . . , N).
lR = Abstand benachbarter Metallstreifen der Streifenreflek toren
N = Anzahl der reellen Lösungen für kx von Gleichung G aus Vorschrift I
kxn = Reelle Lösungen für kx von Gleichung G aus Vorschrift I (n = 1, . . . , N).
In Vorschrift III bedeuten:
lm = Abstand benachbarter Wandlerzinken im Partialwandler mit der Nummer m
= siehe Vorschrift II
f = Mittenfrequenz des Bauelements
fm Max = Frequenz, bei der das Maximum des Strahlungsleitwertes des Partialwandlers mit der Nummer m liegt.
lm = Abstand benachbarter Wandlerzinken im Partialwandler mit der Nummer m
= siehe Vorschrift II
f = Mittenfrequenz des Bauelements
fm Max = Frequenz, bei der das Maximum des Strahlungsleitwertes des Partialwandlers mit der Nummer m liegt.
Claims (16)
1. Akustisches Oberflächenwellenbauelement, bei dem auf einem
piezoelektrischen Substrat zwei interdigitale Wandler und
beiderseits dieser Wandler angeordnete Streifenreflektoren
eine Resonatorgruppe bilden, die symmetrisch zu einer zu bei
den Wandlern gehörenden gemeinsamen Sammelelektrode ist, wel
che sich bis an die äußeren Begrenzungen beider Streifenre
flektoren erstreckt, und bei dem die die Streifenreflektoren
bildenden Metallstreifen beidseitig in äußeren Sammelelektro
den enden, wobei die Ausbreitungsgeschwindigkeit für akusti
sche Oberflächenwellen im Streifengebiet der Reflektoren und
im Zinkengebiet der Wandler (vSt) kleiner ist als in homogen
metallbeschichteten Gebieten (vmet), dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) die Wandler aus in Richtung der Zinken nebeneinander angeordneten elektrisch pa rallel geschalteten Partialwandlern (52; 53; 54) zusammen gesetzt sind, wobei die Zinkenanzahl der Partialwandler nach Vorschrift I ermittelt wird, wobei in den möglichen Fällen Nm < 0 und Nm < 0 sich die Partialwandler (52; 53; 54) durch entgegengesetzte Zinkenpola rität unterscheiden und die Geschwindigkeiten vSt und vmet so gewählt sind, daß Gleichung G aus Vorschrift I eine vor gegebene Anzahl N von reellen Lösungen hat,
- b) in denjenigen Partialwandlern (53; 54), die weniger als NMax Zinken haben, die im Vergleich zum Partialwandler (52) mit NMax Zinken fehlenden Zinken wenigstens teilweise durch Blindzinken (532; 542) ersetzt sind und
- c) in denjenigen Partialwandlern (52; 54), deren eine Sammel elektrode eine äußere bzw. die gemeinsame Sammelelektrode (51; 57) der Wandler ist, der Abstand zwischen den Zinken enden und einer äußeren bzw. der gemeinsamen Sammelelektro de (51; 57) um eine Länge δba bzw. δbg größer ist als der Abstand der Zinkenenden zu der jeweiligen Sammelelek trode (55; 56) der übrigen Partialwandler (53).
2. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Mitten aller Partialwandler
(52; 53; 54) auf einer Linie (9) angeordnet sind, die paral
lel zu den Zinken gerichtet ist.
3. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß in denjenigen Partialwandlern (53;
54), die weniger als NMax Zinken haben, alle im Vergleich zum
Partialwandler (52) mit NMax Zinken fehlenden Zinken durch
Blindzinken (532; 542) ersetzt sind.
4. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Abstände benachbarter Metall
streifen (62; 72) der Streifenreflektoren (6; 7) nach Vor
schrift II bemessen sind.
5. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter Zinken
(521; 531; 541) in allen Partialwandlern (52; 53; 54) nach
Vorschrift III bemessen ist.
6. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter Blindzinken
(532; 542) gleich dem Abstand benachbarter Metallstreifen (62;
72) der Streifenreflektoren (6; 7) ist.
7. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß mehrere Resonatorgruppen eine Kas
kade bilden.
8. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß alle Partialwandler (52; 53; 54)
gleich breit sind, die gleiche Zinkenüberlappungslänge und
gleiche Abstände der Zinkenenden von den jeweiligen Sammel
elektroden (51; 55; 56; 57) aufweisen.
9. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Partialwandler (52;
53; 54) eine ungerade Zahl ist und benachbarte Partialwandler
(52/53; 53/54) jeweils eine gemeinsame Sammelelektrode (55;
56) haben.
10. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 9, da
durch gekennzeichnet, daß jede ungeradzahlige Sammelelektrode
(55) der Partialwandler (52; 53), gezählt von einer äußeren
Sammelelektrode (51) des jeweiligen Wandlers an, mit der ge
meinsamen Sammelelektrode (57) der Wandler und jede geradzah
lige Sammelelektrode (56) mit einer äußeren Sammelelektrode
(51) des jeweiligen Wandlers (5) elektrisch leitend verbunden
ist.
11. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Verbindun
gen als Metallstreifen (551; 561) auf dem Substrat ausgebil
det sind.
12. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Partialwandler
gleich 1 und die Länge δba= 0 ist.
13. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der reellen Lösungen von
Gleichung G aus Vorschrift I größer als 1 und die Länge
δbg nach der Vorschrift δbg = B (1-2/N) bemessen ist (B =
Zwischenraum zwischen der gemeinsamen Sammelelektrode (57)
und der äußeren Sammelelektrode (51) des jeweiligen Wandlers
(5)).
14. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Gleichung G aus Vorschrift I
nur eine reelle Lösung hat und die Länge δbg = 0 ist.
15. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den in
neren Kanten der inneren Metallstreifen der Streifenreflekto
ren (6; 7) ein ungeradzahliges Vielfaches von /4 beträgt
( aus Vorschrift II).
16. Akustisches Oberflächenwellenbauelement nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der inneren Kante
des inneren Metallstreifens eines Streifenreflektors (6; 7)
zur benachbarten äußeren Kante eines äußeren Zinkens der
Wandler (5) ein ungeradzahliges Vielfaches von /4 ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924229974 DE4229974C2 (de) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Akustisches Oberflächenwellenbauelement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924229974 DE4229974C2 (de) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Akustisches Oberflächenwellenbauelement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4229974A1 DE4229974A1 (de) | 1994-03-10 |
DE4229974C2 true DE4229974C2 (de) | 1997-04-10 |
Family
ID=6467480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924229974 Expired - Fee Related DE4229974C2 (de) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | Akustisches Oberflächenwellenbauelement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0646692B2 (ja) * | 1986-01-10 | 1994-06-15 | 株式会社日立製作所 | 弾性表面波共振子 |
KR900008524B1 (ko) * | 1987-08-19 | 1990-11-24 | 삼성전자 주식회사 | 위성수신기의 지대지간섭 제거를 위한 탄성표면파 필터 |
JPH02241216A (ja) * | 1989-03-15 | 1990-09-25 | Hitachi Ltd | 弾性表面波装置 |
DE3937870A1 (de) * | 1989-11-14 | 1991-05-16 | Siemens Ag | Mit gehaeuse versehenes akustoelektronisches bauelement |
JPH03247109A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-05 | Seiko Epson Corp | 二重モード弾性表面波フィルターの電極構造 |
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1992
- 1992-09-08 DE DE19924229974 patent/DE4229974C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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DE4229974A1 (de) | 1994-03-10 |
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