DE60130937T2

DE60130937T2 - Akustikoberflächenwellenvorrichtung

Info

Publication number: DE60130937T2
Application number: DE60130937T
Authority: DE
Inventors: Yasumi Moriguchi-shi Kobayashi; Kazuya Hirakata-shi Niki
Original assignee: Sanyo Electronic Components Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: CN1326265A; JP2001267877A; EP1137175A2; US20010024149A1; EP1137175B1; DE60130937D1; US6577209B2; EP1137175A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Akustikoberflächenwellen (SAW)-Vorrichtungen und insbesondere ein SAW-Filter, das bei einem digitalen CATV (Community Antenna Television, Cable Television)-System angewandt wird.
Ein SAW-Filter vom Transversaltyp ist als eine der SAW-Vorrichtungen bekannt. Das Transversal-SAW-Filter hat die Eigenschaft, dass eine gewünschte Charakteristik mittels verschiedener Gewichtungsverfahren leicht erzielt werden kann.
6 zeigt ein herkömmliches SAW-Filter 1. Mit Bezug auf 6 hat das SAW-Filter 1 ein piezoelektrisches Substrat 2 einen Eingangs-IDT (Interdigitalwandler) 3, einen Ausgangs-IDT 4, eine Abschirmelektrode 5 und ein absorbierendes Material 6. Der Eingangs-IDT 3 und der Ausgangs-IDT 4 sind aus Interdigitalelektroden aufgebaut.
Die Interdigitalelektroden zeigen sowohl eine Grundeigenschaft zum Erzeugen von Akustikoberflächenwellen als auch Eigenschaften wie elektrische Kapazität. Die elektrische Kapazität wird natürlich erzeugt, weil Elektroden mit einem kurzen Abstand dazwischen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Es ist somit möglich, die Kapazität unabhängig von der Erzeugung der Akustikoberflächenwellen zu steuern. Mit einem Wert der natürlich erzeugten elektrischen Kapazität, repräsentiert durch C_T, wird die vorstehend erörterte imaginäre Komponente einer Eingangsimpedanz der Elektrode mit 1/(jω·C_T) ausgedrückt. Wenn in diesem Wert der imaginären Komponente zwischen Eingang und Ausgang eine große Differenz besteht, haben der Eingang und Ausgang demgemäß unausgeglichene Impedanzen und eine resultierende Filtercharakteristik zeigt eine Neigung.
Wenn das in der 6 gezeigte SAW-Filter 1 in eine Zwischenfrequenz (IF) für digitale Rufunksendung verwendet wird, ist eine extrem steile Charakteristik erforderlich. Dann ist die Einstellung einer subtilen Impedanzbalance zwischen Eingang und Ausgang mittels allein der Gewichtung der Interdigitalelektroden schwierig.
Daraus folgend tritt zwischen Eingang und Ausgang ein Impedanzungleichgewicht auf, das eine Neigung einer Inband-Charakteristik wie in der 7 gezeigt verursacht, und somit werden Einsetzverlust und Inbandwelligkeit verschlechtert. Der Grund ist die Verwendung einer komplexen Gewichtungsfunktion, die es unmöglich macht, Frequenzcharakteristika entsprechender parasitärer Impedanzen der Eingangselektrode (IDT) und der Ausgangselektrode (IDT) zu löschen.
In den Patent Abstracts of Japan, Bd. 006, Nr. 037 (E-097), 6. März 1982 und in der JP 56156015A ist eine Akustikoberflächenwellenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart.
Die Patent Abstracts of Japan, Bd. 017, Nr. 706 (E-1583), 22. Dezember 1993 und die JP 05243888 A offenbaren eine SAW-Vorrichtung mit einstellbaren Induktoren parallel zu Eingangs- und Ausgangs-IDTs, wobei die Induktoren durch getrennte Elektrodenmuster, welche durch Drahtverbindungen verbunden sind, realisiert sind.
In der US-A-4 021 705 ist eine Planar-Resonanzmarkenschaltung für elektronische Sicherheitssysteme beschrieben. In dieser Schaltung ist wenigstens eine Schmelzverbindung in überbrückender Beziehung zu einem Planar-Induktor ausgebildet und kann selektiv geschmolzen werden, um eine Resonanzschaltung zu aktivieren oder um die Resonanzcharakteristika der Schaltung zu ändern.
Die vorliegende Erfindung dient dazu, das vorstehend beschriebene Problem zu lösen. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Neigung der Inband-Charakteristik zu beseitigen und demgemäß den Einsetzverlust und die Inband-Welligkeit zu verbessern, indem ein Impedanzungleichgewicht zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden korrigiert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Akustikoberflächenwellenvorrichtung wie im Anspruch 1 definiert gelöst; die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf Weiterentwicklungen der Erfindung.
Eine Akustikoberflächenwellenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein piezoelektrisches Substrat, eine Eingangselektrode (IDT) und eine Ausgangselektrode (IDT), die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, und Induktormittel, die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, um eine Impedanzverstimmung zwischen der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode zu korrigieren.
Die so vorgesehenen Induktormittel ermöglichen, dass an der Eingangselektrode oder der Ausgangselektrode eine Induktanz mit einem gewünschten Wert addiert wird, um dadurch einen Eingangsimpedanzwert zu ändern. Wenn im Einzelnen ein Element der Selbstinduktanz L parallel zu einer der Elektroden hinzugefügt wird, ist die imaginäre Komponente einer Eingangsimpedanz definiert durch 1/j{(jω·C_T-j/(ωL)}, und somit ändert sich der Eingangsimpedanzwert. Auf diese Weise können Induktanzmittel mit einem exakten Selbstinduktanzwert vorgesehen werden, um den Eingangsimpedanzwert auf einen gewünschten Wert einzustellen und demgemäß eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden zu korrigieren.
Als Induktormittel wird ein Metallmuster verwendet. Dieses Metallmuster ist vorzugsweise ein langes Metallmuster vom Mäandertyp oder Spiraltyp. Das lange Metallmuster hat eine große Selbstinduktanz, so dass die Impedanzverstimmung zwischen der Eingangselektrode und der Ausgangselektrode über einen größeren Bereich korrigiert werden kann. Vorzugsweise sind die Induktormittel parallel zur Ausgangselektrode geschaltet. Demgemäß kann der Eingangsimpedanzwert wie vorstehend erörtert gesteuert werden, und die Korrektur der Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden ist möglich.
Die Eingangs- und Ausgangselektroden sind Interdigitalelektroden, und ein Selbstinduktanzwert der Induktormittel wird bestimmt, um die Eingangsimpedanzwerte der entsprechenden Eingangs- und Ausgangselektroden abzugleichen.
Die Impedanzverstimmung zwischen den Eingangs- und Ausgangselektroden kann somit korrigiert werden.
Die Induktormittel haben vorzugsweise einen Selbstinduktanzwert von 10 nH bis 100 nH. Ferner wird die Akustikoberflächenwellenvorrichtung gemäß der Erfindung vorzugsweise bei einem Zwischenfrequenzband eines digitalen Fernsehsystems angewandt.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Elektrode eine elektrische Kapazität von 1 pF in einem Zwischenfrequenzband (Band von mehreren 10 MHz) für Bilder hat. In diesem Fall hat eine Eingangsimpedanz ihre Größe in der Größenordnung von mehreren Ohm. Zum Korrigieren der Eingangsimpedanz in der Größenordnung von mehreren Ohm sollte eine Impedanz parallel zugefügt werden, die in der gleichen Größenordnung oder um eine Größenordnung größer ist. Der Grund ist, dass eine zugefügte Impedanz, die eine zu große Größe hat, im Wesentlichen keinen Einfluss hat, während eine zugefügte Impedanz, die eine zu kleine Größe hat, eine Inversion des Vorzeichens der Impedanz verursacht und demgemäß das kapazitive Merkmal in ein induktives Merkmal umwandelt. Bei Betrachtung des Zwischenfrequenzbandes kann eine Impedanz im Bereich von mehreren Ohm bis zu mehreren zehn Ohm mit 10 nH bis 100 nH erzielt werden. Demgemäß kann eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden, die an das Zwischenfrequenzband angelegt sind, korrigiert werden, indem der Selbstinduktanzwert der Induktormittel mit 10 nH bis 100 nH definiert wird.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen hervor.
1 zeigt in schematischer Darstellung die Struktur eines SAW-Filters, das bei einem digitalen CATV-System gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt ist.
2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Ausgangs-IDT und eines Musterinduktors wie in 1 gezeigt.
3 zeigt eine Modifikation des Musterinduktors gemäß 2.
4 zeigt einen beispielhaften Induktanzeinstellmechanismus.
5 zeigt eine Charakteristik des SAW-Filters, welches bei einem digitalen CATV-System gemäß der Erfindung angewandt ist.
6 zeigt schematisch die Struktur eines herkömmlichen SAW-Filters, das an dem digitalen CATV-System angewandt ist.
7 zeigt eine Charakteristik eines herkömmlichen SAW-Filters, angewandt bei einem digitalen CATV-System.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der 1–5 beschrieben. 1 ist eine Draufsicht auf ein SAW-Filter 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das SAW-Filter 1 gemäß der Erfindung hat ein wesentliches Merkmal, dass Induktormittel vorgesehen sind, um eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden der Interdigitalstruktur (Eingangs- und Ausgangs-IDTs 3 und 4) zu korrigieren.
Im Einzelnen ist, wie in der 1 gezeigt, ein Musterinduktor 7 als ein Beispiel der Induktormittel für den Ausgangs-IDT 4 vorgesehen. Die anderen Baukomponenten sind im Wesentlichen identisch mit denen des herkömmlichen Filters wie in 6 gezeigt, und die Beschreibung derselben wird hier nicht wiederholt.
Das Vorsehen des Musterinduktors 7 macht es demgemäß möglich, dem Ausgangs-IDT 4 eine Induktanz mit einem gewünschten Wert zuzufügen, um dadurch den Eingangsimpedanzwert zu ändern. Im Einzelnen ist mit einer Selbstinduktanz L des Musterinduktors 7 die imaginäre Komponente der Eingangsimpedanz definiert durch 1/j{jω·C_T-j/(ωL)}. Der Eingangsimpedanzwert ändert sich dann gegenüber dem Eingangsimpedanzwert, der ohne Vorsehung des Musterinduktors 7 definiert ist.
Auf diese Weise kann ein Musterinduktor 7 mit einem geeigneten Selbstinduktanzwert vorgesehen werden, um den Eingangsimpedanzwert exakt einzustellen. Als Ergebnis können die jeweiligen Impedanzwerte der Eingangs- und Ausgangs-IDTs 3 und 4 abgeglichen werden, und somit ist die Korrektur einer Impedanzverstimmung zweischen Eingangs- und Ausgangs-IDTs 3 und 4 möglich.
Ein Selbstinduktanzeinstellmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung wird anhand der 4 beschrieben. Wie in der 4 gezeigt, sind Mäandermuster 7a, 7b und 7c mit Überschlagsspannungscharakteristika, die durch das Material oder die Linienbreite variieren, parallel zu dem Ausgang-IDT 4 geschaltet, eine Gleichstromspannung ist an diese angelegt, um diese Muster sukzessive abzuschalten und somit die Induktanz einzustellen.
Beispielsweise werden Mäandermuster 7a mit einer Selbstinduktanz von 30 nH, Mäandermuster 7b mit einer Selbstinduktanz von 60 nH, die durch Anlegen einer Gleichstromspannung von 10 V abgeschaltet werden, und Mäandermuster 7c mit einer Selbstinduktanz von 20 nH, die durch Anlegen einer Gleichstromspannung von 1 V, abgeschaltet werden, verwendet.
Dann wird in einer Anfangsstufe eine Selbstinduktanz von 10 nH erzielt, durch Anlegen einer Gleichstromspannung 1 V zum Abschalten des Mäandermusters 7c eine Selbstinduktanz von 20 nH erzielt und durch Anlegen einer Gleichstromspannung von 10 V zum Abschalten der Mäandermuster 7b und 7c eine Selbstinduktanz von 30 nH erzielt.
Der so verwendete Selbstinduktanzeinstellmechanismus ermöglicht, dass eine Induktanz mit einem gewünschten Wert dem Ausgang-IDT 4 zugefügt wird.
5 zeigt eine Charakteristik des SAW-Filters 1 gemäß der Erfindung. Diese Charakteristik wird durch Einstellen des Selbstinduktanzmaßes des Musterinduktors 7 auf 20 nH erzielt.
Aus der 5 ist zu ersehen, dass die Inband-Charakteristik keine Neigung hat. Anders ausgedrückt, es ist zu ersehen, dass das Vorsehen des Musterinduktors 7 wie vorstehend erörtert, eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangs-IDT 3 und 4 korrigieren kann, so dass eine Verbesserung des Einsetzverlustes und der Inband-Welligkeit möglich ist.
Der Musterinduktor 7, der parallel zum Ausgangs-IDT 4 geschaltet ist, wie dies in der 1 gezeigt ist, ist in diesem Fall aus einem Dünnfilmmetallmuster strukturiert. Der Musterinduktor 7 hat den Mäandertyp, wenn er auf die in den 1 und 2 gezeigte Art und Weise angewandt ist. Alternativ kann ein Musterinduktor 8 vom Spiraltyp wie in der 3 gezeigt verwendet werden. Ein Musterinduktor wird insbesondere vorzugsweise aus einem langen Dünnfilmmetallmuster gebildet.
Das lange Dünnfilmmetallmuster mit einer großen Selbstinduktanz kann wie vorstehend erörtert als Musterinduktor verwendet werden, um eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangs-IDTs 3 und 4 über einen ausgedehnten Bereich zu korrigieren. Anzumerken ist, dass eine in der 3 gezeigte Steckbrücke 9 erforderlich ist, wenn der Musterinduktor 8 vom Spiraltyp verwendet wird.
In dem in der 5 gezeigten Beispiel ist die Selbstinduktanzgröße der Musterinduktanz 7 gleich 20 nH. Die Selbstinduktanzgröße der Musterinduktanz 7 kann im Bereich von 10 nH bis 100 nH liegen.
Das Filter 1 gemäß der vorliegenden Erfindung wird typischerweise bei einem Zwischenfrequenzband (Band für mehrere zehn MHz) für ein digitales CATV-System angewandt. Es ist allgemein bekannt, dass eine Interdigitalelektrode (IDT) in diesem Frequenzband eine elektrische Kapazität von ungefähr 1 pF hat. In diesem Fall hat eine Eingangsimpedanz eine Größe in der Größenordnung von mehreren Ohm.
Um eine derartige Eingangsimpedanz in der Größenordnung von mehreren Ohm zu korrigieren, ist eine zusätzliche Impedanz parallel notwendig, die in der gleichen Größenordnung ist oder um eine Größenordnung größer liegt. Dies ist deshalb der Fall, weil eine Zusatzimpedanz, die eine zu große Größe hat, im Wesentlichen keinen Einfluss haben würde, während eine Zusatzimpedanz, die eine zu kleine Größe hat, eine Umkehr des Vorzeichens der Impedanz verursachen würde und demgemäß das kapazitive Merkmal in ein induktives Merkmal umändern würde.
Mit Bezug auf die Frequenzen von mehreren zehn MHz ermöglicht eine Induktanz von 10 nH bis 100 nH die Erzielung einer Impedanz im Bereich von mehreren Ohm bis zu mehreren zehn Ohm. Dann kann das Maß der Selbstinduktanz des Musterinduktors 7 auf 10 nH bis 100 nH gesetzt werden, um eine Impedanzverstimmung zwischen den Eingangs- und Ausgangs-IDTs 3 und 4 zu korrigieren, wenn das Filter 1 für das Zwischenfrequenzband verwendet wird.
Wie zuvor erörtert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Impedanzverstimmung zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden (IDTs) korrigiert werden. Daraus folgend ist die Elimination jeglicher Neigung einer Inband-Charakteristik möglich und somit die Verbesserung des Einsetzverlustes und der Inband-Welligkeit möglich.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Einzelnen beschrieben und dargestellt worden ist, ist klar zu ersehen, dass dies nur zur Erläuterung und als Beispiel dient und nicht zur Begrenzung verwendet werden kann, der Umfang der vorliegenden Erfindung ist allein durch den Wortlaut der anhängenden Patentansprüche begrenzt.

Claims

Akustikoberflächenwellenvorrichtung mit: einem piezoelektrischen Substrat (2), einem Eingangs-Interdigitalwandler (3) und einem Ausgangsinterdigitalwandler (4), die auf dem piezoelektrischen Substrat (2) ausgebildet sind, und Induktormitteln (7), die auf dem piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, zum Korrigieren einer Impedanzverstimmung zwischen dem Eingangsinterdigitalwandler (3) und dem Ausgangsinterdigitalwandler (4), wobei die Induktormittel (7) eine Anzahl von Dünnfilmmetallmustern (7a, 7b, 7c) aufweisen, die jeweils eine Linienbreite aufweisen und jeweils parallel zu dem Ausgangsinterdigitalwandler (4) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnfilmmetallmuster unterschiedliche Widerstandsspannungseigenschaften aufgrund von unterschiedlichen Materialien oder unterschiedlichen Linienbreiten aufweisen, um ein aufeinanderfolgendes Trennen der Dünnfilmmetallmuster durch Anlegen einer Gleichstromspannung und dadurch das Einstellen der Selbstinduktanz der Induktormittel zu ermöglichen.
Akustikoberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dünnfilmmetallmuster (7a, 7b, 7c) vom Mäandertyp oder vom Spiraltyp sind.
Akustikoberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Induktormittel (7) einen Selbstinduktanzwert von 10 nH bis 100 nH aufweisen.
Akustikoberflächenwellenvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Akustikoberflächenwellenvorrichtung für ein Zwischenfrequenzband eines digitalen Fernsehsystems verwendet wird.