DE602004011144T2

DE602004011144T2 - Oberflächenwellenfilter und Oberflächenwellenresonator

Info

Publication number: DE602004011144T2
Application number: DE602004011144T
Authority: DE
Inventors: Katsuro Yoneya
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: JP2005012544A; EP1489741B1; JP4085895B2; US7038560B2; EP1489741A1; CN100481723C; CN1574621A; DE602004011144D1; US20050030129A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft akustische Oberflächenwellen-(surface acoustic wave; akustische Oberflächenwelle; SAW)Filter und SAW-Resonatoren, speziell solche mit verbesserten Elektrodenstrukturen.
Ein SAW-Filter wird als Filter für Hochfrequenzbänder in einem weiten Anwendungsbereich eingesetzt. Wie aus 7 zu ersehen ist, enthält das SAW-Filter z. B. ein piezoelektrisches Substrat 1, eine Eingangselektrode 2 und eine Ausgangselektrode 3, die auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind und von denen eine jede eine ineinandergreifende Elektrode ist, sowie zwei Reflektoren 4, die auf dem piezoelektrischen Substrat 1 angeordnet sind und sowohl die Eingangselektrode 2 als auch die Ausgangselektrode 3 sandwichartig umgeben.
Das piezoelektrische Substrat 1 des beschriebenen SAW-Filters besteht beispielsweise aus Quarz und erfordert allgemein eine möglichst niedrige Lastimpedanz, um der Impedanz von 50 Ω zu entsprechen. Ein bekanntes Verfahren zum Senken der Impedanz ist die Vergrößerung der Überlappungslänge (Länge der ineinandergreifenden Abschnitte der Elektrodenfinger) a1 der Eingangselektrode 2 und der Ausgangselektrode 3.
Die vergrößerte Überlappungslänge der Eingangs-/Ausgangselektroden 2 und 3 führt jedoch zum Auftreten von Resonanz bei der Transversalmode, bei der Energie in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs verteilt wird. Die Resonanz in Transversalmode verursacht unerwünschte bzw. unechte Antworten, was in einer Verschlechterung der Durchlassbandcharakteristik des SAW-Filters resultiert.
Bei der in 7 dargestellten Struktur ist die Schwingungsenergie bei Transversalmoden zweiter oder höherer Ordnung sowie bei der Transversalmode erster Ordnung auf die Richtung der Überlappungslänge a1 der Eingangs-/Ausgangselektroden 2 und 3 begrenzt (siehe Wellenformen in 7). Obwohl die Resonanz bei der Transversalmode erster Ordnung zu Ansprechen auf Primärfrequenzen wird, wird die Resonanz bei den Transversalmoden zweiter oder höherer Ordnung zu unechten Antworten. Insbesondere heben sich elektrische Ladungen in den Eingangs-/Ausgangselektroden 2 und 3 bei der Transversalmode zweiter Ordnung gegenseitig auf, während sich elektrische Ladungen bei der Transversalmode dritter Ordnung nicht gegenseitig aufheben und als unechte Antworten in der Filtercharakteristik erscheinen. Das bedeutet, dass elektrische Ladungen bei einer Transversalmode ungeradzahliger Ordnung als unechte Antworten erscheinen, während sich elektrische Ladungen bei einer Transversalmode geradzahliger Ordnung gegenseitig aufheben.
8 zeigt ein Beispiel der Beziehung zwischen der Überlappungslänge der Eingangs-/Ausgangselektroden 2 und 3 und des Versatzes (Abweichung von der Mittenfrequenz des Filters) der unechten Antworten bei der Transversalmode. Nach 8 nähern sich die unechten Antworten umso mehr der Mittenfrequenz des Filters, je mehr die Überlappungslänge zunimmt.
Ein bekanntes Verfahren, mit dem dies verhindert wird, ist die Anwendung der Apodisation zum Variieren der Überlappungslänge der Eingangs-/Ausgangselektroden 2 und 3. Dies resultiert jedoch in einer verkürzten Überlappungslänge, was wiederum die Lastimpedanz erhöht.
Die US 5,670,920 offenbart ein SAW-Filter, das ein piezoelektrisches Substrat, Eingangselektroden, Ausgangselektroden neben den Eingangselektroden und zwei Reflektoren, die auf dem piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, aufweist. Die beiden Reflektoren umgeben die Eingangs- und Ausgangselektroden sandwichartig. Die Eingangselektroden, die Ausgangselektroden und die Reflektoren weisen ineinandergreifende Elektroden auf, von denen eine jede eine Mehrzahl Elektrodenfinger hat. Jeder Elektrodenfinger der Eingangselektroden und jeder Elektrodenfinger des Reflektors neben den Eingangselektroden ist teilweise unter einem Winkel gebogen und hat mindestens zwei lineare Abschnitte, die jeweils Spuren definieren und durch einen geneigten Abschnitt in einer ersten Richtung voneinander getrennt sind, wobei der geneigte Abschnitt die beiden linearen Abschnitte verbindet und sie im Abstand L1 voneinander in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beabstandet, wobei die zweite Richtung die Ausbreitungsrichtung der SAWs ist. Jeder Elektrodenfinger der Ausgangselektroden und jeder Elektrodenfinger des Reflektors neben den Ausgangselektroden besteht aus einem linearen Abschnitt parallel zu den linearen Abschnitten der anderen Elektrodenfinger. Für den Abstand L1 der Eingangs-/Ausgangselektroden gilt 1λ/10 ≤ L1 ≤ 9λ/10 und für den Abstand L1 der Reflektoren λ/10 ≤ L1 ≤ 4λ/10, wobei λ die Wellenlänge der SAWs repräsentiert. In jeder Spur ist der Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangselektroden und den Reflektoren verschieden.
Der Betrieb bei höheren Harmonischen unter Verwendung eines Eingangs-IDT (Interdigital Transducer) mit gestuftem Finger ist aus dem Artikel "Experimental investigation an the Operation of SAW devices at harmonic frequencies with stepped-finger interdigital tranducer" von T. Sato et al, ULTRASONICS SYMPOSIUM, 1996, Seiten 267 bis 270, ISBN: 0-7803-3615-1, bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines SAW-Filters und eines SAW-Resonators mit niedriger Impedanz, die die Effekte der unechten Antworten aufgrund der Resonanz bei höheren Transversalmoden beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch ein SAW-Filter gemäß Anspruch 1 und einen SAW-Resonator gemäß Anspruch 3 gelöst.
Beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat jeder Elektrodenfinger der Eingangs-/Ausgangselektroden mindestens zwei lineare Abschnitte. Obwohl die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts klein ist, kann die Impedanz wegen der großen Gesamtüberlappungslänge verringert werden.
Da außerdem jeder lineare Abschnitt der Eingangs-/Ausgangselektroden eine kleine Überlappungslänge hat, treten unechte Antworten bei Transversalmoden vom Filterdurchlassband entfernt auf, so dass Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden können.
Beim zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat jeder Elektrodenfinger der ineinandergreifenden Elektrode mindestens zwei lineare Abschnitte. Obwohl die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts klein ist, kann die Impedanz bei Resonanz wegen der großen Gesamtüberlappungslänge verringert werden.
Da außerdem jeder lineare Abschnitt der ineinandergreifenden Elektrode eine kleine Überlappungslänge hat, treten unechte Antworten bei Transversalmoden vom Filterdurchlassband entfernt auf, so dass Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden können.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Draufsicht des SAW-Filters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht des SAW-Filters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt die Filterkennlinien der Prototypen des SAW-Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Draufsicht des SAW-Resonators gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Draufsicht des SAW-Resonators gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt die Frequenzkennlinie des Prototyps des SAW-Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Draufsicht eines bekannten SAW-Filters.
8 zeigt ein Beispiel einer Beziehung zwischen Überlappungslängen und unerwünschten Verschiebungen.
SAW-Filter – Erste Ausführungsform
1 zeigt ein SAW-Filter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie aus 1 zu ersehen ist, enthält das SAW-Filter ein piezoelektrisches Substrat 11, eine Eingangselektrode 12 und eine Ausgangselektrode 13, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet und jeweils ineinandergreifende Elektroden sind, sowie zwei Reflektoren 14, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sind und sowohl die Eingangselektrode 12 als auch die Ausgangselektrode 13 sandwichartig umgeben.
Das piezoelektrische Substrat 11 besteht z. B. aus Quarz und ist eine rechteckige Platte. Die Eingangselektrode 12, die Ausgangselektrode 13 und die Reflektoren 14 sind auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 11 z. B. durch Abscheiden eines Dünnfilms mittels Aufdampfen oder Sputtern eines leitfähigen Metalls ausgebildet, der dann z. B. durch Fotolithographie strukturiert wird.
Die Eingangselektrode 12 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede ineinander eingreifende Elektrodenfinger 121 und 122 hat. Diese Elektrodenfinger 121 und 122 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Jeder Elektrodenfinger 121 ist teilweise unter einem Winkel gebogen und enthält zwei lineare Abschnitte 121a und 121b, die in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs getrennt sind, und einen geneigten Abschnitt 121c, der die linearen Abschnitte 121a und 121b verbindet. Die linearen Abschnitte 121a und 121b haben voneinander einen Abstand L1 = λ/2 (λ repräsentiert die Wellenlänge der SAWs) in der Ausbreitungsrichtung der SAWs. Die Länge des geneigten Abschnitts 121c ist vorzugsweise möglichst minimal. In ähnlicher Weise enthält jeder Elektrodenfinger 122 zwei lineare Abschnitte 122a und 122b sowie einen geneigten Abschnitt 122c, der die linearen Abschnitte 122a und 122b verbindet.
Die Überlappungslänge a1 der Elektrodenfinger 121 und 122 ist die Summe der Überlappungslängen b1 und b2, die den einander gegenüberliegenden linearen Abschnitten 121a und 122b bzw. den gegenüberliegenden linearen Abschnitten 121b und 122a entsprechen.
Die Ausgangselektrode 13 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede ineinandergreifende Elektrodenfinger 131 und 132 hat. Diese Elektrodenfinger 131 und 132 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Jeder Elektrodenfinger 131 enthält zwei lineare Abschnitte 131a und 131b, die in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs getrennt sind, und einen geneigten Abschnitt 131c, der die linearen Abschnitte 131a und 131b verbindet. Die linearen Abschnitte 131a und 131b haben voneinander einen Abstand λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs. In ähnlicher Weise enthält der Elektrodenfinger 132 zwei lineare Abschnitte 132a und 132b sowie einen geneigten Abschnitt 132c, der die linearen Abschnitte 132a und 132b verbindet.
Die Überlappungslänge a1 der Elektrodenfinger 131 und 132 ist die Summe der Überlappungslängen b1 und b2, die den einander gegenüberliegenden linearen Abschnitten 131a und 132b bzw. den gegenüberliegenden linearen Abschnitten 131b und 132a entsprechen.
Jeder Reflektor 14 ist mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger 141 versehen, die in vorgegebenen Intervallen in der Ausbreitungsrichtung der SAWs angeordnet sind. Die Elektrodenfinger 141 sind an beiden Enden kurzgeschlossen.
Jeder Elektrodenfinger 141 ist teilweise unter einem Winkel gebogen und enthält zwei lineare Abschnitte 141a und 141b, die in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs getrennt sind, und einen geneigten Abschnitt 141c, der die linearen Abschnitte 141a und 141b verbindet. Die linearen Abschnitte 141a und 141b haben voneinander einen Abstand L2 = λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs.
Nunmehr wird die Funktionsweise des SAW-Filters gemäß der ersten Ausführungsform anhand von 1 beschrieben.
Die an die Eingangselektrode 12 angelegten elektrischen Signale werden durch den piezoelektrischen Effekt in SAWs gewandelt. Die SAWs breiten sich zur Ausgangselektrode 13 in der Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Elektrodenfinger 121 und 122 aus. Die Schwingungsenergie der SAWs ist ohne Streuverlust auf die Zone zwischen den Reflektoren 14 und 14 begrenzt.
Wenn die SAWs in die Ausgangselektrode 13 eintreten, wird an den Elektrodenfingern 131 und 132 eine Spannung proportional zur Amplitude der SAWs erzeugt. Signale entsprechend einer vorgegebenen Filtercharakteristik werden extrahiert und nach außen ausgegeben.
Jeder Elektrodenfinger der Eingangselektrode 12 enthält zwei lineare Abschnitte 121a und 121b, die voneinander einen Abstand von λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs haben. In ähnlicher Weise enthält jeder Elektrodenfinger der Ausgangselektrode 13 zwei lineare Abschnitte 131a und 131b, die voneinander einen Abstand von λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs haben.
In der Eingangselektrode 12 fluchten also der lineare Abschnitt 121a eines Elektrodenfingers 121 und der lineare Abschnitt 122a eines Elektrodenfingers 122 auf derselben Geraden in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs. Positive und negative Spannungen werden an den Elektrodenfinger 121 bzw. den Elektrodenfinger 122 angelegt. Für die Ausgangselektrode 13 gilt dieselbe Beziehung.
Bei der oben beschriebenen Funktionsweise verhält sich die Resonanz bei der Transversalmode, bei der die Energie in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs verteilt wird, wie in 1 dargestellt ist. Die Verteilungen der Schwingungsenergie bei Transversalmoden erster bis dritter Ordnung sind in 1 dargestellt. Obwohl die Resonanz bei der Transversalmode erster Ordnung in jedem linearen Abschnitt zu Ansprechen auf Primärfrequenzen wird, wird die Resonanz bei den Transversalmoden zweiter oder höherer Ordnung zu unechten Antworten. Insbesondere heben sich elektrische Ladungen der Eingangs-/Ausgangselektroden 12 und 13 bei der Transversalmode in jedem linearen Abschnitt zweiter Ordnung gegenseitig auf, während sich elektrische Ladungen bei der Transversalmode dritter Ordnung in jedem linearen Abschnitt nicht gegenseitig aufheben und als unechte Antworten in der Filtercharakteristik erscheinen. Das bedeutet, dass elektrische Ladungen bei einer Transversalmode ungeradzahliger Ordnung als unechte Antworten erscheinen, während sich elektrische Ladungen bei einer Transversalmode geradzahliger Ordnung gegenseitig aufheben. Beim SAW-Filter der vorliegenden Erfindung sind jedoch die Überlappungslängen b1 und b2 der entsprechenden linearen Abschnitte verkürzt; während eine große Gesamtüberlappungslänge beibehalten ist. Deshalb können Antworten im Transversalmodus hoher Ordnung außerhalb des Filterduchlassbandes auftreten, so dass Effekte unerwünschter Antworten ausgeschaltet werden können, wie nachstehend anhand von Prototypen gezeigt wird.
Wie oben beschrieben hat beim SAW-Filter der ersten Ausführungsform jeder Elektrodenfinger der Eingangs-/Ausgangselektroden 12 und 13 eine Mehrzahl linearer Abschnitte. Obwohl die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts klein ist, kann die Impedanz dank der großen Gesamtüberlappungslänge verringert werden.
Da außerdem jeder lineare Abschnitt der Eingangs-/Ausgangselektroden 12 und 13 eine kleine Überlappungslänge hat, treten unechte Antworten entfernt vom Filterdurchlassband auf, und deshalb können die Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden.
SAW-Filter – Zweite Ausführungsform
2 zeigt ein SAW-Filter gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Gesamtüberlappungslänge durch Erhöhen der Anzahl der linearen Abschnitte von zwei auf fünf in jeder der Eingangs-/Ausgangselektroden und der Reflektoren vergrößert ist.
Wie aus 2 zu ersehen ist, enthält das SAW-Filter der zweiten Ausführungsform ein piezoelektrisches Substrat 11, eine Eingangselektrode 22 und eine Ausgangselektrode 23, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet und jeweils ineinandergreifende Elektroden sind, sowie zwei Reflektoren 24, die auf dem piezoelektrischen Substrat 11 angeordnet sind und sowohl die Eingangselektrode 22 als auch die Ausgangselektrode 23 sandwichartig umgeben.
Die Eingangselektrode 22 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede ineinander eingreifende Elektrodenfinger 221 und 222 hat. Diese Elektrodenfinger 221 und 222 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Obwohl sie ähnlich ausgeführt sind wie die Elektrodenfinger 121 und 122 der Eingangselektrode 12 von 1, unterscheiden sich die Elektrodenfinger 221 und 222 darin, dass jede fünf lineare Abschnitte hat wie in 2 dargestellt. Die Überlappungslänge a1 der Elektrodenfinger 221 und 222 ist deshalb die Summe der Überlappungslängen b1 bis b5.
So beträgt beispielsweise die Gesamtüberlappungslänge a1 ca. 100λ, während jede der Überlappungslängen b1 bis b5 ca. 15λ bis 20λ beträgt.
Die Ausgangselektrode 23 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede ineinandergreifende Elektrodenfinger 231 und 232 hat. Diese Elektrodenfinger 231 und 232 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Obwohl sie ähnlich ausgeführt sind wie die Elektrodenfinger 131 und 132 der Ausgangselektrode 13 von 1, unterscheiden sich die Elektrodenfinger 231 und 232 darin, dass jede fünf lineare Abschnitte hat wie in 2 dargestellt. Die Überlappungslänge a der Elektrodenfinger 231 und 232 ist deshalb die Summe der Überlappungslängen b1 bis b5.
Jeder Reflektor 24 ist mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger 241 versehen, die in vorgegebenen Intervallen in der Ausbreitungsrichtung der SAWs angeordnet sind. Die Elektrodenfinger 241 sind an beiden Enden kurzgeschlossen. Obwohl sie ähnlich wie die Elektrodenfinger 141 der Reflektoren von 1 ausgeführt sind, unterscheiden sich die Elektrodenfinger 241 darin, dass sie fünf lineare Abschnitte haben wie in 2 dargestellt.
Beim SAW-Filter der zweiten Ausführungsform kann die Lastimpedanz weiter reduziert werden, da die Summe der Überlappungslängen b1 bis b5 größer ist als die der ersten Ausführungsform. Da außerdem jeder der linearen Abschnitte der Eingangs-/Ausgangselektroden 22 und 23 eine kleinere Überlappungslänge haben kann, treten unechte Antworten noch weiter vom Filterdurchlassband entfernt auf, so dass deshalb die Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden können.
Beispiel
Zur Bestimmung der Effekte des SAW-Filters der vorliegenden Erfindung wurden Prototypen mit Abständen L von 0 bis 4λ/8 in Schritten von λ/8 auf Basis der Struktur von 2 hergestellt. Dabei repräsentiert der Abstand L den Abstand zwischen den linearen Abschnitten in Ausbreitungsrichtung der SAWs in jedem Elektrodenfinger.
Die folgenden anderen Bedingungen sind diesen Prototypen gemeinsam. Die Anzahl der linearen Abschnitte (Spuren) betrug z. B. 15 in jedem Elektrodenfinger der Eingangselektrode 12 und der Ausgangselektrode 13. Die Gesamtüberlappungslänge a der Eingangs-/Ausgangselektroden 12 und 13 betrug 120λ, während die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts 8λ betrug. Die Mittenfrequenz betrug etwa 400 MHz.
3 zeigt die Filterkennlinien der beschriebenen Prototypen. Diese Kennlinien wurden mit den SAW-Filtern gemessen, die keine externen Anpassschaltungen hatten. Falls Anpassschaltungen vorgesehen sind, wird das Filterdurchlassband durch Zonen x zwischen ΔF (1) und ΔF (2) repräsentiert.
In 3 sind die Abstände L der SAW-Filterprototypen wie folgt: (A) L = 0; (B) L = λ/8; (C) L = 2λ/8; (D) L = 3λ/8 und (E) L = 4λ/8.
Nunmehr werden die Filterkennlinien erörtert.
3(A) zeigt die Filterkennlinie eines Prototyps mit Abstand L = 0, d. h. mit einer Filterkennlinie, die der eines bekannten Filters entspricht. Welligkeiten (durch punktierte Kreise gekennzeichnet), die durch unechte Antworten bei der Transversalmode verursacht werden, erscheinen im Durchlassband x zwischen ΔF (1) und ΔF (2).
3(B) zeigt die Filterkennlinie eines Prototyps mit Abstand L = λ/8. Wenn auch reduziert im Vergleich zum Fall L = 0, liegen immer noch Welligkeiten (durch punktierte Kreise gekennzeichnet) vor, die durch unechte Antworten bei der Transversalmode verursacht werden, im Durchlassband x zwischen ΔF (1) und ΔF (2).
3(C) zeigt die Filterkennlinie eines Prototyps mit Abstand L = 2λ/8. Hier sind Welligkeiten, die durch unechte Antworten bei der Transversalmode verursacht werden, im Durchlassband x zwischen ΔF (1) und ΔF (2) praktisch nicht vorhanden. Allerdings treten stattdessen ausgeprägte Abfälle (durch punktierte Quadrate gekennzeichnet) auf, die vermutlich auf Phasenverschiebungen zurückzuführen sind.
3(D) zeigt die Filterkennlinie eines Prototyps mit Abstand L = 3λ/8. Welligkeiten, die durch unechte Antworten bei der Transversalmode verursacht werden, sind hier im Durchlassband x zwischen ΔF (1) und ΔF (2) nicht vorhanden. Obwohl ein deutlicher Abfall erscheint (durch ein punktiertes Quadrat gekennzeichnet), der vermutlich eine Phasenverschiebung ist, stellt die Phasenverschiebung außerhalb des Durchlassbandes x zwischen ΔF (1) und ΔF (2) kein Problem dar.
3(E) zeigt die Filterkennlinie eines Prototyps mit Abstand L = 4λ/8 (d. h. L = λ/2). In diesem Fall sind sowohl Welligkeit, die durch unechte Antworten bei der Transversalmode verursacht wird, als auch ein deutlicher Abfall, der vermutlich eine Phasenverschiebung ist, im Durchlassband x zwischen ΔF (1) und ΔF (2) nicht vorhanden.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass zwar das SAW-Filter der vorliegenden Erfindung, das L = λ/2 genügt, am vorteilhaftesten ist, das Filter, das 3λ/8 ≤ L ≤ 5λ/8 genügt, keine praktischen Probleme mit sich bringt, wobei L den Abstand der Spuren repräsentiert, die in den Elektrodenfingern der Eingangs-/Ausgangselektroden etc. in der Ausbreitungsrichtung der SAWs enthalten sind.
Beim Filter mit dem Abstand L = 5λ/8 sind die Effekte ähnlich wie beim Filter mit dem Abstand L = 3λ/8, da die Positionsbeziehung ihrer jeweiligen linearen Abschnitte gleich ist.
SAW-Resonator – Erste Ausführungsform
Anhand von 4 wird nunmehr ein SAW-Resonator einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist eine Draufsicht, die die Struktur der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine ineinandergreifende Elektrode 32 eine Mehrzahl Elektrodenfinger 321 enthält, von denen ein jeder zwei lineare Abschnitte 321a und 321b hat, sowie eine Mehrzahl Elektrodenfinger 322 enthält, von denen ein jeder zwei lineare Abschnitte 322a und 322b hat.
Wie 4 zeigt, enthält der SAW-Resonator der ersten Ausführungsform ein piezoelektrisches Substrat 31, die auf dem piezoelektrischen Substrat 31 angeordnete ineinandergreifende Elektrode 32 und zwei Reflektoren 33, die auf dem piezoelektrischen Substrat 31 angeordnet sind und die ineinandergreifende Elektrode 32 sandwichartig umgeben.
Das piezoelektrische Substrat 31 besteht z. B. aus Quarz und ist eine rechteckige Platte. Die ineinandergreifende Elektrode 32 und die Reflektoren 33 sind auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 31 z. B. durch Abscheiden eines Dünnfilms mittels Aufdampfen oder Sputtern eines leitfähigen Metalls ausgebildet, der dann z. B. durch Fotolithographie strukturiert wird.
Die ineinandergreifende Elektrode 32 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede Elektrodenfinger 321 und 322 hat. Diese Elektrodenfinger 321 und 322 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Jeder Elektrodenfinger 321 ist unter einem Winkel teilweise gebogen und enthält zwei lineare Abschnitte 321a und 321b, die in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs getrennt sind, und einen geneigten Abschnitt 321c, der die linearen Abschnitte 321a und 321b verbindet. Die linearen Abschnitte 321a und 321b haben voneinander einen Abstand L1 = λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs. In ähnlicher Weise enthält jeder Elektrodenfinger 322 zwei lineare Abschnitte 322a und 322b sowie einen geneigten Abschnitt 322c, der die linearen Abschnitte 322a und 322b verbindet.
Die Überlappungslänge a der Elektrodenfinger 321 und 322 ist die Summe der Überlappungslängen c1 und c2, die den einander gegenüberliegenden linearen Abschnitten 321a und 322b bzw. den gegenüberliegenden linearen Abschnitten 321b und 322a entsprechen.
Jeder Reflektor 33 ist mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger 331 versehen, die in vorgegebenen Intervallen in der Ausbreitungsrichtung der SAWs angeordnet sind. Die Elektrodenfinger 331 sind an beiden Enden kurzgeschlossen.
Jeder Elektrodenfinger 331 ist unter einem Winkel teilweise gebogen und enthält zwei lineare Abschnitte 331a und 331b, die in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs getrennt sind, und einen geneigten Abschnitt 331c, der die linearen Abschnitte 331a und 331b verbindet. Die linearen Abschnitte 331a und 331b haben voneinander einen Abstand L2 = λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs.
Nunmehr wird die Funktionsweise des SAW-Resonators gemäß der ersten Ausführungsform anhand von 4 beschrieben.
Die an die ineinandergreifende Elektrode 32 angelegten elektrischen Signale werden durch den piezoelektrischen Effekt in SAWs gewandelt. Die SAWs breiten sich zu beiden Seiten der ineinandergreifenden Elektrode 32 in der Richtung senkrecht zu den Elektrodenfingern 321 und 322 aus. Die SAWs werden von den Reflektoren 33 und 33 reflektiert und zur ineinandergreifenden Elektrode 32 zurückgeschickt.
Jeder Elektrodenfinger 321 der ineinandergreifenden Elektrode 32 enthält zwei lineare Abschnitte 321a und 321b, die voneinander einen Abstand von λ/2 in der Ausbreitungsrichtung der SAWs haben.
In der ineinandergreifenden Elektrode 32 fluchten also der lineare Abschnitt 321a eines Elektrodenfingers 321 und der lineare Abschnitt 322a eines Elektrodenfingers 322 auf derselben Geraden in der Richtung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der SAWs. Positive und negative Spannungen werden an den Elektrodenfinger 321 bzw. den Elekt≤rodenfinger 322 angelegt.
Bei der oben beschriebenen Funktionsweise verhält sich die Resonanz bei der Transversalmode wie in 1 dargestellt ist. Obwohl die Resonanz bei der Transversalmode erster Ordnung in jedem linearen Abschnitt zu Ansprechen auf Primärfrequenzen wird, wird die Resonanz bei den Transversalmoden zweiter oder höherer Ordnung zu unechten Antworten. Insbesondere heben sich elektrische Ladungen der ineinandergreifenden Elektrode 32 bei der Transversalmode zweiter Ordnung in jedem linearen Abschnitt gegenseitig auf, während sich elektrische Ladungen bei der Transversalmode dritter Ordnung in jedem linearen Abschnitt nicht gegenseitig aufheben und als unechte Antworten in der Filtercharakteristik erscheinen. Deshalb können unechte Antworten bei Transversalmoden außerhalb des Filterdurchlassbandes auftreten, so dass Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden können, wie nachstehend anhand von Prototypen gezeigt wird.
Wie oben beschrieben hat beim SAW-Resonator der ersten Ausführungsform jeder Elektrodenfinger der ineinandergreifenden Elektrode 32 eine Mehrzahl linearer Abschnitte. Obwohl die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts klein ist, kann die Impedanz bei Resonanz dank der großen Gesamtüberlappungslänge verringert werden.
Da außerdem jede lineare Abschnitt der ineinandergreifenden Elektrode 32 eine kleine Überlappungslänge hat, treten unechte Antworten entfernt vom Filterdurchlassband auf, und deshalb können die Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden.
SAW-Resonator – Zweite Ausführungsform
Anhand von 5 wird nunmehr ein SAW-Resonator einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 5 ist eine Draufsicht, die die Struktur der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die vorliegende Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Elektrodenfinger einer ineinandergreifenden Elektrode 42 fünf lineare Abschnitte enthält.
Wie 5 zeigt, enthält der SAW-Resonator der zweiten Ausführungsform ein piezoelektrisches Substrat 31, die auf dem piezoelektrischen Substrat 31 angeordnete ineinandergreifende Elektrode 42 und zwei Reflektoren 43, die auf dem piezoelektrischen Substrat 31 angeordnet sind und die ineinandergreifende Elektrode 42 sandwichartig umgeben.
Die ineinandergreifende Elektrode 42 besteht aus einem Paar kammförmiger Elektroden, von denen eine jede ineinandergreifende Elektrodenfinger 421 und 422 hat. Diese Elektrodenfinger 421 und 422 sind an einem Ende mit ihren jeweiligen gemeinsamen Kanten verbunden.
Obwohl die Elektrodenfinger 421 und 422 ähnlich angeordnet sind wie die Elektrodenfinger 321 und 322 der ineinandergreifenden Elektrode 32 von 4, unterscheiden sich die Elektrodenfinger 421 und 422 darin, dass ein jeder fünf lineare Abschnitte hat, wie in 5 dargestellt ist. Die Überlappungslänge a der Elektrodenfinger 421 und 422 ist deshalb die Summe der Überlappungslängen c1 bis c5.
So beträgt z. B. die Gesamtüberlappungslänge a ca. 100λ, wobei jede der einzelnen Überlappungslängen c1 bis c5 ca. 15λ bis 20λ beträgt.
Jeder Reflektor 43 ist mit einer Mehrzahl Elektrodenfinger 431 versehen, die in vorgegebenen Intervallen in der Ausbreitungsrichtung der SAWs angeordnet sind. Die Elektrodenfinger 431 sind an beiden Enden kurzgeschlossen. Obwohl sie ähnlich angeordnet sind wie die Elektrodenfinger 331 der Reflektoren 33 von 4, unterscheiden sich die Elektrodenfinger 431 darin, dass ein jeder fünf lineare Abschnitte hat, wie in 5 dargestellt ist.
Der beschriebene SAW-Resonator der zweiten Ausführungsform erzeugt im Wesentlichen die gleichen Effekte wie sie der SAW-Resonator der ersten Ausführungsform erzeugt.
Beispiel
Zur Bestimmung der Effekte des SAW-Resonators der vorliegenden Erfindung wurde ein Prototyp 1 auf Basis der Struktur von 4 hergestellt.
Dabei hat jeder Elektrodenfinger der ineinandergreifenden Elektrode zwei lineare Abschnitte (Spuren). Außerdem haben die Spuren den Abstand L = 2λ in der Ausbreitungsrichtung der SAWs. Die Gesamtüberlappungslänge a der ineinandergreifenden Elektrode 32 beträgt 40λ, wobei die Überlappungslänge jedes linearen Abschnitts 20λ beträgt. Die Betriebsfrequenz beträgt etwa 600 [MHz].
Zum Vergleich des Resonanzverhaltens wurde der folgende Prototyp 2 zusätzlich zum Prototypen 1 hergestellt.
Obwohl der Prototyp grundsätzlich die gleiche Struktur wie der Prototyp 1 hat, hat der Prototyp 2 einen anderen Abstand L = 0, der dem eines bekannten Resonators entspricht. 6 zeigt Diagramme der Resonanzkennlinien des Prototypen 1 des SAW-Resonators gemäß der vorliegenden Erfindung und des Prototypen 2. Die Resonanzkennlinien der Prototypen 1 und 2 sind in den 6(A) bzw. 6(B) dargestellt.
Nunmehr werden die Resonanzkennlinien der Prototypen 1 und 2 erörtert. Beim Prototyp 2 auf der Basis der Struktur eines bekannten Resonators erscheinen unechte Antworten, wie in 6(B) dargestellt ist. Beim Prototyp 1 dagegen treten unechte Antworten entfernt von der Resonanzfrequenz auf, und deshalb können die Effekte der unechten Antworten ausgeschaltet werden.
Da sich der SAW-Resonator der vorliegenden Erfindung ähnlich verhält wie der beschriebene SAW-Filter, können die SAW-Resonatoren mit den Abständen L = 3λ/8 und L = 5λ/8 ebenfalls die Effekte der unechten Antworten ähnlich wie im Fall des Prototypen 1 ausschalten.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass zwar der SAW-Resonator der vorliegenden Erfindung, der L = λ/2 genügt, am vorteilhaftesten ist, der Resonator, der 3λ/8 ≤ L ≤ 5λ/8 genügt, keine praktischen Probleme mit sich bringt, wobei L den Abstand der Spuren repräsentiert, die in den Elektrodenfingern der ineinandergreifenden Elektrode etc. in der Ausbreitungsrichtung der SAWs enthalten sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können wie oben beschrieben eine niedrige Impedanz erzielt sowie die Effekte der unechten Antworten bei Transversalmoden ausgeschaltet werden.

Claims

SAW-Filter, aufweisend: ein piezoelektrisches Substrat (11); Eingangs-/Ausgangselektroden (12, 13; 22, 23), die auf dem piezoelektrischen Substrat (11) angeordnet sind und ineinandergreifende Elektroden aufweisen, von denen eine jede eine Mehrzahl Elektrodenfinger (121, 122; 131, 132; 221, 222; 231, 232) hat; und zwei Reflektoren (14; 24), die auf dem piezoelektrischen Substrat (11) angeordnet sind und zwischen denen die Eingangs-/Ausgangselektroden sandwichartig angeordnet sind, wobei jeder Reflektor eine Mehrzahl Elektrodenfinger (141; 241) hat; wobei jeder Elektrodenfinger der Eingangs-/Ausgangselektroden mindestens zwei lineare Abschnitte (121a, 121b, 122a, 122b, 131a, 131b, 132a, 132b) hat, die jeweilige Spuren definieren und durch einen geneigten Abschnitt (121c, 122c, 131c, 132c) in einer ersten Richtung getrennt sind, wobei der geneigte Abschnitt die beiden linearen Abschnitte verbindet und sie im Abstand L1 voneinander in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beabstandet, wobei die zweite Richtung die Ausbreitungsrichtung der SAWs ist, jeder Elektrodenfinger der Reflektoren mindestens zwei lineare Abschnitte (141a, 141b) hat, die durch einen geneigten Abschnitt (141c) in der ersten Richtung getrennt sind, wobei der geneigte Abschnitt die beiden linearen Abschnitte verbindet und sie im Abstand L2 voneinander in der zweiten Richtung beabstandet, und wobei für den Abstand L1 gilt 3λ/8 ≤ L1 ≤ 5λ/8 und für den Abstand L2 gilt 3λ/8 ≤ L2 ≤ 5λ/8 und λ die Wellenlänge der SAWs repräsentiert.
SAW-Filter nach Anspruch 1, bei dem der jeweilige Abstand zwischen den Eingangs-/Ausgangselektroden (12, 13; 22, 23) und jedem Reflektor (14; 24) in jeder Spur gleich ist.
SAW-Resonator, aufweisend: ein piezoelektrisches Substrat (31); eine ineinandergreifende Elektrode (32; 42), die auf dem piezoelektrischen Substrat (31) angeordnet ist und eine Mehrzahl Elektrodenfinger (321, 322; 421, 422) hat; und zwei Reflektoren (33; 43), die auf dem piezoelektrischen Substrat (31) angeordnet sind und zwischen denen die ineinandergreifende Elektrode sandwichartig angeordnet ist, wobei jeder Reflektor eine Mehrzahl Elektrodenfinger (331; 431) hat; wobei jeder Elektrodenfinger der ineinandergreifenden Elektrode mindestens zwei lineare Abschnitte (321a, 321b, 322a, 322b) hat, die jeweilige Spuren definieren und durch einen geneigten Abschnitt (321c, 322c) in einer ersten Richtung getrennt sind, wobei der geneigte Abschnitt die beiden linearen Abschnitte verbindet und sie im Abstand L1 voneinander in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung beabstandet, wobei die zweite Richtung die Ausbreitungsrichtung der SAWs ist, jeder Elektrodenfinger der Reflektoren mindestens zwei lineare Abschnitte (331a, 331b) hat, die durch einen geneigten Abschnitt (331) in der ersten Richtung getrennt sind, wobei der geneigte Abschnitt die beiden linearen Abschnitte verbindet und sie im Abstand L2 voneinander in der zweiten Richtung beabstandet, und wobei für den Abstand L1 gilt 3λ/8 ≤ L1 ≤ 5λ/8 und für den Abstand L2 gilt 3λ/8 ≤ L2 ≤ 5λ/8 und λ die Wellenlänge der SAWs repräsentiert.
SAW-Resonator nach Anspruch 3, bei dem der jeweilige Abstand zwischen der ineinandergreifenden Elektrode (32; 42) und jedem Reflektor (33; 43) in jeder Spur gleich ist.