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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen, im besonderen auf eine
Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen, die als
Bandpaßfilter usw. von Mobilfunkausstattung und ähnlichem verwendet
wird.
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Jüngst sind Vorrichtungen für akustische
Oberflächenwellen (die hiernach als SAW-Vorrichtungen abgekürzt sein können)
für HF-Schaltkreisintegrationen von Kommunikationsausstattung
wie Mobiltelefon-Sendeempfangsvorrichtungen, Kabel-
TV-Zwischenstellen und -Konvertern und ähnlichem entwickelt
und bereitgestellt worden.
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Die SAW-Vorrichtung umfaßt ein piezoelektrisches Substrat
und interdigitale Wandler (die hiernach als IDTs abgekürzt
sein können), die darauf angeordnet sind, um eine Spannung in
eine akustische Oberflächenwelle oder eine akustische
Oberflächenwelle in eine Spannung umzuwandeln. Man beachte, daß die
SAW-Vorrichtung, die IDTs enthält, eine Hochfrequenzspannung
in eine akustische Oberflächenwelle mit einer wellenlänge von
etwa einem 10&supmin;&sup5; -fachen umwandelt. Die Welle wird auf der
Oberfläche des piezoelektrischen Substrats zur Ausbreitung
gebracht und durch die IDTs wiederum in eine Spannung
umgewandelt.
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Die SAW-Vorrichtung liefert durch die oben beschriebene
doppelte Umwandlung und abhängig von den Formen der IDTs eine
Filterfunktion zum Auswählen von Frequenzen. Man beachte, daß
die SAW-Vorrichtung durch Verwenden einer Mehrzahl von IDTs
oder Reflektoren zum Reflektieren von akustischen
Oberflächenwellen neben den IDTs bewirken kann, daß die akustischen
Oberflächenwellen in Resonanz schwingen. Die SAW-Vorrichtung kann
nämlich eine Resonatorfunktion bereitstellen. Da die SAW-
Vorrichtung eine Ausbreitungsgeschwindigkeit um etwa das 10&supmin;&sup5;-
fache der Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle
verzögern kann, kann sie als Verzögerungsvorrichtung dienen.
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Diese Funktionen der SAW-Vorrichtungen sind anwendbar zum
Realisieren von Filtern, Resonatoren, Verzögerungsleitungen
usw., die kompakt, kostengünstig und von Einstellung frei
sind. Sie werden zum Beispiel für Zwischenfrequenz- (ZF-)
Filter, Resonatoren von Oszillatoren, spannungsgesteuerten
Oszillatoren (VCOs) usw. genutzt. Derzeit werden die SAW-
Vorrichtungen bei höheren Frequenzen betrieben und, da sie
kompakt und kostengünstig sind, werden sie auch als
Bandpaßfilter für Mobilfunkausstattung wie Automobil- und tragbare
Telefonausstattung benutzt.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen zu schaffen, um
Welligkeiten zu unterdrücken und vorbestimmte
Durchlaßbandcharakteristika für ein breites Band zu realisieren. Außerdem ist es
ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
für akustische Oberflächenwellen zur Verringerung ihres
Einfügungsverlustes zu schaffen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen
eine Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen, umfassend:
einen Eingangsanschluß; einen Ausgangsanschluß; ein erstes
Mehrelektrodenelement für akustische Oberflächenwellen, das
eine Mehrzahl erster interdigitaler Wandler und zweiter
interdigitaler Wandler, die einander abwechseln, enthält, welche
ersten interdigitalen Wandler mit dem Eingangsanschluß
verbunden sind; und ein zweites Mehrelektrodenelement für akustische
Oberflächenwellen, das eine Mehrzahl dritter interdigitaler
Wandler und vierter interdigitaler Wandler, die einander
abwechseln, enthält, welches erste und welches zweite
Mehrelektrodenelement für akustische Oberflächenwellen
spiegelsymmetrisch angeordnet und auf einem piezoelektrischen Substrat
vorgesehen sind, welche dritten interdigitalen Wandler mit dem
Ausgangsanschluß verbunden sind und welche vierten
interdigitalen Wandler mit den zweiten interdigitalen Wandlern
verbunden
sind; worin die Zahl der ersten oder dritten
interdigitalen Wandler gleich der oder um eins kleiner als die Zahl der
zweiten oder vierten interdigitalen Wandler ist.
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Die Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen kann
außerdem mindestens einen Reflektor zum Reflektieren von
akustischen Oberflächenwellen, der auswärts des äußersten der ersten
und dritten interdigitalen Wandler vorgesehen ist, umfassen,
und ein Mittenabstand d zwischen den ersten und den zweiten
interdigitalen Wandlern oder den dritten und vierten
interdigitalen Wandlern ist bestimmt, d (n+β) λ zu sein, worin λ
Intervalle von Zähnen jedes interdigitalen Wandlers ist, n
eine freigestellte ganze Zahl ist und β im Bereich von 0,17
bis 0,25 liegt; und ein Mittenabstand d' zwischen dem
Reflektor und dem äußersten der ersten und dritten interdigitalen
Wandler ist bestimmt, d' = n λ oder d' = (n+1/2) λ zu sein.
Der Reflektor kann aus interdigitalen Wandlern oder
Streifenelektroden aufgebaut sein.
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Die Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen kann
außerdem mindestens einen fünften interdigitalen Wandler, der
auswärts von den äußersten zweiten interdigitalen Wandlern
vorgesehen ist, und mindestens einen sechsten interdigitalen
Wandler, der auswärts von den äußersten vierten interdigitalen
Wandlern vorgesehen ist, umfassen, und ein Mittenabstand
zwischen dem fünften oder sechsten interdigitalen Wandler und dem
zweiten oder vierten interdigitalen Wandler ist bestimmt, d' =
n λ oder d' = (n+1/2) λ zu sein. Der fünfte interdigitale
Wandler und der sechste interdigitale Wandler können
miteinander verbunden sein, um verbundene Elektroden zu bilden.
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Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden werden
anhand der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wie
sie unten mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert
werden, bei denen:
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Figur 1 eine Ansicht ist, die ein Beispiel einer
Elektrodenkonfiguration einer SAW-Vorrichtung gemäß der früheren
Technik zeigt;
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Figur 2 eine Ansicht ist, die ein anderes Beispiel einer
Elektrodenkonfiguration einer SAW-Vorrichtung gemäß der
früheren Technik zeigt;
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Figur 3 eine Ansicht ist, die Bandcharakteristika der in
Fig. 1 und 2 dargestellten SAW-Vorrichtungen zeigt;
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Figur 4 eine Ansicht ist, die einen Zusammenhang zwischen
der Gesamtzahl an Elektroden und deren Einfügungsverlust
zeigt;
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Figur 5 eine Ansicht ist, die eine
Elektrodenkonfiguration einer ersten Ausführungsform einer SAW-Vorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Figur 6 eine Ansicht ist, die eine
Elektrodenkonfiguration der Modifikation der in Fig. 5 dargestellten SAW-
Vorrichtung zeigt;
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Figur 7 eine Ansicht ist, die Bandcharakteristika der in
Fig. 6 dargestellten SAW-Vorrichtung zeigt;
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Figur 8 eine Ansicht ist, die einen Zusammenhang zwischen
der Gesamtzahl an Elektroden und einem
Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnis zeigt;
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Figur 9 eine Ansicht ist, die einen Zusammenhang zwischen
der Gesamtzahl an Elektroden und deren Einfügungsverlust
zeigt;
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Figur 10 eine Ansicht ist, die schematisch ein Beispiel
der SAW-Vorrichtung gemäß der verwandten Technik zeigt;
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Figur 11 eine Ansicht ist, die eine Einheit in der SAW-
Vorrichtung von Fig. 10 zeigt;
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Figur 12 eine Ansicht ist, die
Durchlaßbandcharakteristika des Filters, d. h. der SAW-Vorrichtung von Fig. 10, zeigt;
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Figur 13 eine Ansicht ist, die eine Wellenform einer
Impulsantwort einer SAW-Vorrichtung zeigt;
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Figur 14 eine Ansicht ist, die eine Impulsantwort in
einer SAW-Vorrichtung erläutert;
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Figuren 15A bis 15C Ansichten sind, die einen
Zusammenhang zwischen der Phase einer primären Antwortwelle und denen
verzögerter Wellen in einer SAW-Vorrichtung zeigen;
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Figur 16 eine Ansicht ist, die
Durchlaßbandcharakteristika nach einer Fouriertransformation der Impulsantwort von Fig.
15A bis 15C zeigt;
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Figur 17 eine Ansicht ist, die
Durchlaßbandcharakteristika der Impulsantwort von Fig. 15A bis 15 C zeigt, wobei die
Phase der ersten verzögerten Welle dieselbe ist wie die der
primären Antwortwelle;
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Figur 18 eine Ansicht ist, die schematisch eine zweite
Ausführungsform einer SAW-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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Figur 19 eine Ansicht ist, die schematisch eine
Modifikation der in Fig. 18 dargestellten zweiten Ausführungsform der
SAW-Vorrichtung zeigt;
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Figuren 20A und 20B Ansichten sind, die
Filter-Durchlaßbandcharakteristika von SAW-Vorrichtungen der
vorliegenden Erfindung und der verwandten Technik zeigen; und
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Figur 22 eine Ansicht ist, die ein Beispiel von
Mobilfunkausstattung zeigt, die SAW-Vorrichtungen verwendet.
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Zum besseren Verständnis der bevorzugten
Ausführungsformen werden zuerst die Probleme der früheren Technik erläutert,
und zwar mit Bezug auf Fig. 1 bis 4.
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Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Elektrodenkonfiguration
einer SAW-Vorrichtung (Vorrichtung für akustische
Oberflächenwellen) gemäß der früheren Technik, und Fig. 2 zeigt ein
anderes Beispiel dessen. Man beachte, daß die SAW-Vorrichtung von
Fig. 1 ein Beispiel einer Mehrelektrodenkonfiguration ist (mit
Bezug auf "SAW Filters Employing Interdigitated Interdigital
Transducers, IIDT", M. Lewis, 1982, Ultrasonics Symposium
Proceedings, S. 12), und die SAW-Vorrichtung von Fig. 2 ist
ein Beispiel einer hintereinandergeschalteten
Mehrelektrodenkonfiguration (mit Bezug auf Institute of Electronics,
Information and Communication Engineers of Japan, Technical Study
Report, US81-22, S. 25, oder "High Performance SAW Filters
with Several New Technologies for Cellular Radio", M. Hikita
et al., 1984, Ultrasonics Symposium Proceedings, S. 82).
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Jede Figur zeigt die Elektrodenkonfiguration, läßt jedoch
die piezoelektrischen Substrate usw. fort. Außerdem sind in
Fig. 1 und 2 IDTs (interdigitale Wandler oder kammförmige
Elektroden) von einem sogenannten normierten Typ, und die
Zahlen ineinandergreifender interdigitaler Wandlerzahnpaare sind
nicht präzise.
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In Fig. 1 bezeichnen Bezugszeichen 1A bis 5A IDTs, deren
jeder eine kleinere Zahl von ineinandergreifenden
Elektrodenzahnpaaren hat, und 1B bis 4B bezeichnen IDTs, deren jeder
eine größere Zahl von ineinandergreifenden
Elektrodenzahnpaaren hat. Wie in Fig. 1 dargestellt, sind fünf Elektroden 1A
bis 5A und vier Elektroden 1B bis 4B abwechselnd angeordnet,
um insgesamt neun Elektroden mit fünf Eingängen und vier
Ausgängen bereitzustellen. An jeder Seite einer Reihe der
Elektroden ist ein Reflektor 1C, 2C wie ein kurzer
Streifenreflektor angeordnet. Man beachte, daß die Elektroden 1A bis 5A mit
einem Eingangsanschluß EIN und die Elektroden 1B bis 4B mit
einem Ausgangsanschluß AUS verbunden sind, wodurch sie eine
Mehrelektroden-SAW-Vorrichtung 1 bilden, z. B. ein
Mehrelektroden-Filter für akustische Oberflächenwellen.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Mehrelektroden-SAW-
Vorrichtung (SAW-Element) 1, die fünf Eingänge und vier
Ausgänge aufweist, und eine Mehrelektroden-SAW-Vorrichtung (SAW-
Element) 1', die mit der Vorrichtung 1 identisch ist,
spiegelsymmetrisch angeordnet. Man beachte, daß gegenüberliegende
IDTs 1B bis 4B der SAW-Vorrichtung 1 und gegenüberliegende
IDTs 1B' bis 4B' der SAW-Vorrichtung 1' miteinander verbunden
sind. Außerdem dienen die IDTs 1A bis 5A von beispielsweise
der Mehrelektroden-SAW-Vorrichtung 1 als Eingangsende (EIN),
und die IDTs 1A' bis 5A' der anderen SAW-Vorrichtung 1' dienen
als Ausgangsende (AUS). Die SAW-Vorrichtungen (SAW-Elemente) 1
und 1' sind nämlich hintereinandergeschaltet, um eine
Mehrelektroden-SAW-Vorrichtung zu bilden.
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In Fig. 2 bezeichnen Pfeile Richtungen von akustischen
Oberflächenwellen, die aus elektrischen Signalen durch die
IDTs umgewandelt sind, oder elektrischen Signalen, die aus
akustischen Oberflächenwellen umgewandelt sind.
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Figur 3 zeigt Bandcharakteristika der in Fig. 1 und 2
dargestellten SAW-Vorrichtungen. In Fig. 3 gibt eine Ordinate
Einfügungsverlust (dB) wieder, und eine Abszisse gibt eine
Frequenz (MHz) wieder. Man beachte, daß die dargestellten
Meßkurven auf einer mehrstufigen Elektrodenanordnung eines
normierten 7-Eingangs-6-Ausgangs-Typs, ausgebildet auf einem 36º
Y-X-LiTaO&sub3;-Substrat, basieren. Außerdem wird eine A-Elektrode
(Eingangs-/Ausgangs-Elektrode: 1A, 2A, ...) von 22-Paar-
Elektroden (getrennte-Finger oder gespreizte-Finger: im
Englischen als "split-fingers" bekannt), eine B-Elektrode
(verbundene Elektroden: 1B, 2B, ...) wird von 30-Paar-
Elektroden (getrennte Finger) gebildet, und ein Reflektor (1C,
2C, ...) ist als 30-Paar-Kurzstreifenreflektor bestimmt.
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In Fig. 3 repräsentiert Bezugsziffer (1) die
Charakteristika der Mehrelektrodenkonfiguration von Fig. 1, und (2)
repräsentiert diejenigen der hintereinandergeschalteten
Mehrelektrodenkonfiguration von Fig. 2.
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Die Mehrelektrodenkonfiguration zeigt teilweise
ungenügende Dämpfung in einem Blockiergebiet. Demgegenüber zeigt die
hintereinandergeschaltete Mehrelektrodenkonfiguration
hervorragende Dämpfung im Blockiergebiet, wodurch das Filter für
akustische Oberflächenwellen mit hervorragenden
Blockiercharakteristika ausgestattet wird.
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In den herkömmlichen mehrstufigen SAW-Vorrichtungen kann
die hintereinandergeschaltete Mehrelektrodenkonfiguration die
Dämpfungscharakteristika im Blockiergebiet erheblich
verbessern, jedoch Einfügungsverlust auf 6 dB oder mehr in einem
Durchlaßband erhöhen, so daß ein erlaubter Bereich von
beispielsweise Automobil- oder tragbaren Telefonapparaten, die
einen geringen Verlust benötigen (zum Beispiel 4 bis 5 dB),
überschritten wird.
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Figur 4 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gesamtzahl
an Elektroden und deren Einfügungsverlust. In Fig. 4
repräsentiert eine Ordinate den Einfügungsverlust, und eine Abszisse
repräsentiert die Gesamtzahl an Elektroden. Gezeigte Werte
sind berechnet worden weder unter Berücksichtigung von
Ausbreitungsverlust für akustische Oberflächenwellen auf einem
piezoelektrischen Substrat, noch von einem IDT-
Widerstandsverlust.
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Beim Anwachsen der Gesamtzahl (S) an Elektroden S = NA +
NB nimmt der Einfügungsverlust ab. Man beachte, daß das
Bezugszeichen NA die Zahl von IDTs A (A-Elektroden) auf der
Eingangsseite bezeichnet, und NB bezeichnet die Zahl von IDTs B
(B-Elektroden) auf der Ausgangsseite der
Mehrelektrodenkonfiguration. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird, näherungsweise bei
S = 13 mit 7 Eingängen und 6 Ausgängen, eine Abnahme im
Einfügungsverlust flach. Wenn nämlich die Gesamtzahl S an
Elektroden größer als 13 ist, nimmt der Einfügungsverlust nicht
signifikant ab. Demgegenüber nimmt beim Anwachsen der Gesamtzahl
S an Elektroden die Größe des Substrates weiter zu.
Dementsprechend verringert ein Erhöhen der Gesamtzahl S an
Elektroden allein nicht effektiv den Einfügungsverlust für
praktischen Einsatz. Dieses Problem muß gelöst werden.
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Unten werden die bevorzugten Ausführungsformen einer SAW-
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, und
zwar unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figur 5 zeigt eine Elektrodenkonfiguration einer ersten
Ausführungsform einer SAW-Vorrichtung (Vorrichtung für
akustische Oberflächenwellen) gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 zeigt eine Elektrodenkonfiguration der Modifikation der
in Fig. 5 gezeigten SAW-Vorrichtung. Man beachte, daß in Fig.
5 die Zahl von IDTs (interdigitalen Wandlern) A am Eingang
(NA) gleich der Zahl von IDTs B am Ausgang (NB) ist, d. h. NA
= NB; und in Fig. 6 ist die Zahl von IDTs A am Eingang (NA)
gleich der Zahl von IDTs B am Ausgang (NB) minus eins, d. h.
NA = NB - 1. Außerdem repräsentieren Bezugszeichen NA' und NB'
die Zahlen von IDTs A und B eines anderen (1') der
Mehrelektrodenelemente für akustische Oberflächenwellen, die
spiegelsymmetrisch angeordnet sind. Zusätzlich, NA = NA' und NB =
NB'.
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In Fig. 5 und 6 sind nur die Konfiguration der Elektroden
beschrieben, und das piezoelektrische Substrat und ähnliches
sind nicht dargestellt. In Fig. 5 und 6 bezeichnen
Bezugsziffern 1 und 1' ein Paar Mehrelektrodenelemente für akustische
Oberflächenwellen (SAW-Elemente), die spiegelsymmetrisch
angeordnet sind. Die Eingangs-/Ausgangs-IDTs A sind mit
Eingangsanschluß EIN und Ausgangsanschluß AUS verbunden, und
gegenüberliegende, verbundene IDTs B der zwei Elemente sind
miteinander verbunden. Man beachte, daß Bezugszeichen 1C, 2C, 1C'
und 2C' Reflektoren bezeichnen.
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Wie in Fig. 5 dargestellt, umfaßt im Falle von NA = NA' =
NB = NB' = 4 (eine 4-Eingangs-4-Ausgangs-Konfiguration) das
SAW-Element 1 vier Eingangs-/Ausgangselektroden (IDTs) 1A, 2A,
3A, 4A und vier verbundene Elektroden (IDTs) 1B, 2B, 3B, 4B,
und das SAW-Element 1' umfaßt vier
Eingangs/Ausgangselektroden 1A', 2A', 3A', 4A' und vier verbundene
Elektroden 1B', 2B', 3B', 4B'.
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Demgegenüber, wie in Fig. 6 dargestellt, umfaßt im Falle
von NA = NA' = NB-1 = NB'-1 = 4 (eine 4-Eingangs-5-Ausgangs-
Konfiguration) das SAW-Element 1 vier
Eingangs/Ausgangselektroden (Eingangs-IDTs) 1A, 2A, 3A, 4A und fünf
verbundene Elektroden (verbundene IDTs) 1B, 2B, 3B, 4B, 5B,
und das SAW-Element 1' umfaßt vier
Eingangs/Ausgangselektroden (Ausgangs-IDTs) 1A', 2A', 3A', 4A' und
fünf verbundene Elektroden (verbundene IDTs) 1B', 2B', 3B',
4B', 5B'. Man beachte, daß der IDT
(Eingangs/Ausgangselektrode oder verbundene Elektrode) aus einer
Mehrzahl von Paarelektroden (getrennte-Finger) aufgebaut ist, was
im Detail mit Bezug auf Fig. 11 beschrieben wird.
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Fig. 7 zeigt Bandcharakteristika der SAW-Vorrichtung, die
in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 7 repräsentiert eine Ordinate
Einfügungsverlust (dB), und eine Abszisse repräsentiert eine
Frequenz (MHz).
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Ein piezoelektrisches Substrat, das für die Meßkurve
verwendet wird, ist ein 36º-Y-X-LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat, und
die Größe der Vorrichtung ist 1,2 mm x 2,2 mm mit einer Dicke
von 0,5 mm.
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Ein Al-Cu- (0,2%) Film zum Bilden von IDTs wird mit einer
Dicke von 100 nm in einem Vakuum abgeschieden. Entsprechend
einer bekannten Photolithographietechnik wird ein Filter für
akustische Oberflächenwellen für ein 800 MHz-Band gebildet mit
einer Elektrodenteilung von 2,45 µm, einer Elektrodenbreite
von 1,23 µm und einem Elektrodenzwischenraum von 1,23 µm.
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Die Elektroden sind bei NA = NA' = NB - 1 = NB' - 1 = 6
in einer 6-Eingangs-7-Ausgangs-Konfiguration angeordnet. Die
Gesamtzahl an Elektroden ist S = 13. Die IDTs A und B sind
alle ein normierter Typ. Man beachte, daß die Zahl an
Elektrodenzahnpaaren des IDTs A (1A, 2A, ...) 22 und die des IDTs B
(1B, 2B, ...) 30 ist. Außerdem ist der Reflektor C (1C, 2C,
...) ein offener 30-Paar-Streifenreflektor.
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Die oben beschriebene Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist in ein Metallgehäuse wie TO-48 (nicht dargestellt)
gepackt, und ihre Frequenzcharakteristika werden mit einem
Netzwerkanalysator gemessen. Man beachte, daß das TO-48 ein
Beispiel von Metallbehältern ist, die verwendet werden, um
verschiedene elektronische Elemente zu umschließen
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Wie oben beschrieben, weist die SAW-Vorrichtung der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Paar
spiegelsymmetrisch angeordnete Mehrelektrodenelemente für
akustische Oberflächenwellen auf, die auf einem piezoelektrischen
Substrat angeordnet sind. Jedes der Elemente umfaßt eine
Mehrzahl von IDTs A und B, die sich miteinander abwechseln.
Gegenüberliegende IDTs B des Paares sind miteinander verbunden. Die
IDTs A eines der Elemente bilden ein Eingangsende
(Eingangsanschluß EIN), und die IDTs A des anderen Elementes
bilden ein Ausgangsende (Ausgangsanschluß AUS). Die Zahl (NA)
der IDTs A ist gleich der oder um eins kleiner als die Zahl
(NB) der IDTs B.
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Wie in den Figuren dargestellt, erreicht das Filter für
akustische Oberflächenwellen (SAW-Filter) entsprechend der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen
Einfügungsverlust von 3 bis 5 dB, d. h. eine Verbesserung von etwa
1 dB, verglichen mit der früheren Technik. Dies trifft
ausreichend den zu gestattenden Bereich der Automobil- und tragbaren
Telefonapparate, die einen niedrigen Einfügungsverlust
erfordern.
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Als nächstes werden Charakteristika der SAW-Vorrichtungen
zwischen der vorliegenden Erfindung und der früheren Technik
mit Bezug auf Fig. 8 und 9 erklärt.
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Figur 8 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gesamtzahl
an Elektroden und einem Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnis,
und Fig. 9 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gesamtzahl an
Elektroden und deren Einfügungsverlust.
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Wenn die Zahl an IDTs A, die in einer
Ausbreitungsrichtung für akustische Oberflächenwellen orientiert sind, NA ist
und die der IDTs B NB ist, wird die Anordnung von Fig. 2 eine
5-Eingangs-4-Ausgangs-Konfiguration mit NA = 5 und NB = 4
sein.
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Die herkömmliche Elektrodenkonfiguration wird nämlich wie
folgt ausgedrückt:
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NA = NB + 1 ... ... (I).
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Elektromechanische Energieumwandlung, die in jedem IDT
durchgeführt wird, kann als ein 3-Anschluß-Umwandlungssystem
verstanden werden. Wenn ein Teil Energie einem der Anschlüsse
zugeführt wird, wandeln die anderen zwei Anschlüsse die
Energie um, und jeder liefert ½ der Energie (mit Bezug auf N.
Sakamoto et al., "Surface Acoustic Wave (SAW) Filter",
Electronics Material, S. 120, Mai, 1988).
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Wenn beispielsweise in der SAW-Vorrichtung, die in Fig. 2
dargestellt ist, ein Teil elektrischer Leistung dem oberen
Eingangsanschluß EIN zugeführt wird, empfangen die fünf
Eingangs-IDTs 1A bis 5A (Eingangs-/Ausgangselektroden A) jeweils
1/5 der elektrischen Leistung. Diese IDTs 1A bis 5A wandeln
die elektrische Leistung in akustische Oberflächenwellen um,
und jede Seite eines jeden der IDTs 1A bis 5A emittiert 1/10
der elektrischen Leistung. Zu dieser Zeit werden die
akustischen Oberflächenwellen mit 1/10-Leistung, die von der
Außenseite der äußersten IDTs 1A und 5A emittiert werden, nicht
direkt von den verbundenen IDTs 1B und 4B empfangen und werden
als Verlust nicht genutzt. 2/10 der Leistung, die von der
linken und der rechten Seite emittiert werden, werden namentlich
nicht genutzt.
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Man beachte, daß jede Seite eines jeden verbundenen IDTs
1B bis 4B (verbundene Elektroden B) die akustische
Oberflächenwellen mit 1/10 Leistung empfängt und sie in elektrische
Leistung umwandelt, und daher überträgt jeder IDT (1B bis 4B)
dann 2/10 der elektrischen Leistung insgesamt zu den
verbundenen IDTs 1B' bis 4B' in der zweiten Reihe (1').
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Danach liefert jede Seite eines jeden verbundenen IDTs
(1B' bis 4B') eine akustische Oberflächenwelle mit 1/10
Leistung. Man beachte, daß jeder der äußersten IDTs 1A' und 5A'
die akustische Oberflächenwelle nur von einer Seite empfängt,
1/20 der Leistung nicht genutzt wird und nur 1/20 der
akustischen Oberflächenwelle in elektrische Leistung umgewandelt und
zum Ausgangsende (Ausgangsanschluß) übertragen wird. Die
anderen inneren Ausgangs-IDTs 2A' bis 4A' empfangen die akustische
Oberflächenwellenleistung von ihren beiden Seiten, so daß
jeder 2/10 der elektrischen Leistung liefern kann.
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Diese Teile an Energie werden am Ausgangsanschluß AUS
gesammelt, der zuletzt 7/10 der elektrischen Leistung liefert.
Der Gesamtverlust wird daher 3/10 der elektrischen Leistung
sein. Dies wird mit der folgenden allgemeinen Gleichung (I)
ausgedrückt:
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P = (2NA - 3) / 2NA ... ... (II).
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Wenn die Gesamtzahl (S) an Elektroden S = NA + NB und NA
= NB + 1 bestimmt sind, wird die Gleichung (II) wie folgt:
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P = (S - 2) / (S + 1) ... ... (III).
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Demgegenüber ist gemäß der vorliegenden Erfindung die
Zahl (NA) der IDTs A gleich der oder kleiner als die Zahl (NB)
der IDTs B. Das heißt:
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NA = NB (mit Bezug auf Fig. 5) ... ... (IV).
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oder
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NA = NB - 1 (mit Bezug auf Fig. 6) ... ... (V).
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Elektrische Leistung, die von dem Ausgangsanschluß AUS in
Bezug auf ein Teil Leistung, der dem Eingangsanschluß EIN zu
geführt wird, geliefert wird, wird mit den folgenden
Gleichungen (VI) und (VII) ausgedrückt:
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P = (4S - 9) / 4S ... ... (VI)
-
P = (2S - 5) / (2S - 2) ... ... (VII).
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Figur 8 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gesamtzahl
an Elektroden und einem Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnis,
der auf diesen drei Gleichungen (III), (VI) und (VII) beruht.
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In Fig. 8 repräsentiert eine Ordinate ein
Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnis (P), und eine Abszisse repräsentiert
die Gesamtzahl an Elektroden (S). Man beachte, daß ähnlich zu
Fig. 4 Werte berechnet worden sind ohne Berücksichtigung eines
Ausbreitungsverlustes für akustische Oberflächenwellen auf
einem piezoelektrischen Substrat und ähnlichem. Außerdem
gehören in Fig. 8 Kurven (1) und (2) zur vorliegenden Erfindung,
und die Kurve (1) ist für NA = NB und die Kurve (2) für NA =
NB -1. Zusätzlich ist zu Vergleichszwecken eine gestrichelte
Kurve (3) der herkömmliche Fall von NA = NB +1.
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Wie in Fig. 8 dargestellt, zeigt jeder Fall der
vorliegenden Erfindung, verglichen mit der früheren Technik, eine
Verbesserung im Ausgangs-/Eingangsleistungsverhältnis.
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Figur 9 zeigt einen Zusammenhang zwischen der Gesamtzahl
an Elektroden und deren Einfügungsverlust. In Fig. 9
repräsentiert eine Ordinate Einfügungsverlust, und eine Abszisse
repräsentiert die Gesamtzahl an Elektroden.
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Wenn die Gesamtzahl S an Elektroden in einem Bereich von
bis 13 ist, verringert die vorliegende Erfindung den
Einfügungsverlust auf weniger als die frühere Technik, namentlich
auf 0,5 bis 1 dB. Wenn die Gesamtzahl an Elektroden über einen
Punkt ansteigt, verbessert sich der einen Einfügungsverlust
reduzierende Effekt nicht proportional zur Zunahme in der
Vorrichtungsgröße. Die Gesamtzahl S ist daher in der Praxis bis
zu etwa 13.
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Man beachte, daß die oben genannten Ausführungsformen nur
Beispiele sind. Ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu
verlassen, können sich die Zahlen an Elektroden,
Elektrodenzahnpaaren und Reflektoren, das Material der Elektroden und
die Frequenzbänder für optimale Auslegung ändern.
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Figur 10 zeigt ein Beispiel der SAW-Vorrichtung gemäß der
verwandten Technik entsprechend der in Fig. 6 dargestellten
SAW-Vorrichtung, das hohe Dämpfung in Blockiergebieten bei
geringem Verlust erreicht. Nichtsdestoweniger ist die SAW-
Vorrichtung nicht ausreichend wirksam im Verringern von
Welligkeiten in einem Band.
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Wie in Fig. 10 dargestellt, umfaßt die SAW-Vorrichtung
zwei SAW-Elemente 1 und 1', die spiegelsymmetrisch angeordnet
und auf einem piezoelektrischen Substrat (zum Beispiel 36º-Y-X
LiTaO&sub3;-Substrat) angeordnet sind. Das SAW-Element 1 umfaßt
sechs Eingangs-/Ausgangselektroden (Eingangs-IDTs) 1A bis 6A
und sieben verbundene Elektroden (verbundene IDTs) 1B bis 7B,
und das SAW-Element 1' umfaßt sechs
Eingangs-/Ausgangselektroden 1A' bis 6A' (Ausgangs-IDTs) und sieben verbundene
Elektroden 1B' bis 7B' (verbundene IDTs). Man beachte, daß der IDT
(Eingangs-/Ausgangselektrode oder verbundene Elektrode) aus
einer Mehrzahl von Paarelektroden aufgebaut ist.
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Figur 11 zeigt eine Einheit in der SAW-Vorrichtung von
Fig. 10. Wie in Fig. 11 dargestellt, weist jede Einheit 10 der
SAW-Vorrichtung getrennte-Finger- (kamm-) förmige Muster 10a,
10b auf, die aus einem bespritzten Aluminium-Kupfer- (Al-Cu-)
Film (mit einer Dicke von zum Beispiel 1000 Angström: Å) auf
einem piezoelektrischen kristallinen Lithiumtantalat- (LiTO&sub3;-)
Material gebildet sind. Man beachte, daß das LiTO&sub3;
spezifiziert ist als ein LiTaO&sub3;-Einkristallsubstrat mit einer 36-
Drehung-Y-Schnitt-X-Ausbreitung (36º-Y-X-LiTaO&sub3;-Substrat), ein
41º-Y-X-LiNbO&sub3;-Substrat, ein 64º-Y-X-LiNbO&sub3;-Substrat und
ähnliches.
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Wenn die Einheit 10 bestimmt ist, ein Eingangs-IDT A (1A
bis 6A) zu sein, ist die obere getrennte-Finger-Elektrode 10a
mit einem Eingangsanschluß und die untere getrennte-Finger-
Elektrode 10b mit der Erde verbunden, und wenn die Einheit 10
bestimmt ist, ein Eingangs-IDT A' (1A' bis 6A') zu sein, ist
die obere getrennte-Finger-Elektrode 10a mit der Erde
verbunden, und die untere getrennte-Finger-Elektrode 10b ist mit
einem Ausgangsanschluß verbunden. Man beachte, daß die Einheit
10 von Fig. 11 dafür beschrieben ist, daß die Einheit 10
bestimmt ist, der Eingangs-IDT 1A der SAW-Vorrichtung, die in
Fig. 10 gezeigt ist, zu sein. Wenn außerdem die Einheit 10
bestimmt ist, ein verbundener IDT B (1B bis 7B) des oberen
SAW-Elementes 1 zu sein, ist die obere getrennte-Finger-
Elektrode 10a mit der Erde verbunden, und die untere
getrennte-Finger-Elektrode 10b ist mit einer oberen Elektrode (10a)
des entsprechenden verbundenen IDTs B' (1B' bis 7B') des
unteren SAW-Elementes 1' verbunden, und wenn die Einheit 10
bestimmt ist, ein verbundener IDT B' (1B' bis 7B') des unteren
SAW-Elementes 1' zu sein, ist die obere getrennte-Finger-
Elektrode 10a mit einer unteren Elektrode (10b) des
entsprechenden verbundenen IDTs B (1B bis 7B) des oberen SAW-
Elementes 1 verbunden, und die untere
getrennte-Finger-Elektrode 10b ist mit der Erde verbunden.
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Wie in Fig. 11 dargestellt, sind eine Zahnbreite (EL),
ein Zwischenraum (Es) zwischen Zähnen (oder benachbarten
Fingern) und eine Zahnteilung (ED) des IDTs (Einheit 10)
üblicherweise ausgeführt gemäß EL = ES = λ/4 und ED = λ/2, worin λ
die Wellenlänge einer Oberflächenwelle ist. Um eine
Mittenfrequenz von z. B. 835 MHz zu erhalten, wird λ aus einer
Schallgeschwindigkeit von 4090 m/s für eine X-Ausbreitungs-
Oberflächenwelle auf dem Substrat zu 4,9 µm berechnet. Die
Teilung ED von Elektrodenzähnen kann 2,45 µm sein, und die
Elektrodenzahnbreite EL und der Elektrodenzahnzwischenraum ES
können jeweils 1,23 µm sein.
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Wie oben beschrieben, sind üblicherweise ein Paar
Eingangs-/Ausgangs-IDTs einander gegenüberliegend angeordnet.
Automobil- und tragbare Telefonapparate erfordern Filter für
akustische Oberflächenwellen, die einen geringen Verlust (zum
Beispiel Einfügungsverlust von 3 bis 5 dB oder kleiner), ein
breites Band (zum Beispiel eine Mittenfrequenz von 835 MHz
oder höher und eine Durchlaßbandbreite von 25 MHz oder größer)
und einen hervorragenden Unterdrückungsgrad (zum Beispiel eine
Dämpfung außerhalb des Bandes von 24 bis 25 dB) erreichen.
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Wie oben beschrieben, umfaßt, wie in Fig. 10 dargestellt,
die SAW-Vorrichtung sechs Eingangs-/Ausgangs-IDTs A (1A bis
6A, 1A' bis 6A') (jeder mit beispielsweise 22 Paaren von IDT-
Zähnen) und sieben verbundene Elektroden B (1B-1B' bis 7B-7B')
(jede mit beispielsweise 30 Paaren von IDT-Zähnen). Entlang
der äußeren Seiten der verbundenen Elektroden (1B-1B', 7B-7B')
sind vier Reflektoren C (1C, 1C', 2C, 2C') zum Reflektieren
von akustischen Oberflächenwellen angeordnet. Wie aus Fig. 10
hervorgeht, sind die IDTs 1A bis 6A, die verbundenen
Elektroden 1B bis 7B und Reflektoren 10 und 20 spiegelsymmetrisch
gegenüber den IDTs 1A' bis 6A', den verbundenen Elektroden 1B'
bis 7B' und Reflektoren 1C' und 2C' entlang einer geraden
Linie L angeordnet.
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In Fig. 10 ist ein Mittenabstand zwischen dem
Eingangs/Ausgangs-IDT A und der verbundenen Elektrode B, z. B. ein
Mittenabstand d zwischen dem Eingangs-/Ausgangs-IDT 6A (6A')
und der verbundenen Elektrode 7B (7B'), d = (30+1/4) λ = 30,25
λ. Ein Mittenabstand zwischen der verbundenen Elektrode B und
dem Reflektor C, z. B. ein Mittenabstand zwischen der
verbundenen Elektrode 7B (7B') und dem Reflektor 20 (2C'), ist
gleich dem Mittenabstand d zwischen dem Eingangs-/Ausgangs-IDT
A und der verbundenen Elektrode B.
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Figur 12 zeigt Durchlaßbandcharakteristika des Filters,
d. h. der SAW-Vorrichtung von Fig. 10. Um Welligkeiten
deutlich zu zeigen, sind die Durchlaßbandcharakteristika des
Filters (SAW-Vorrichtung) ohne irgendeine impedanzanpassende
Einstellung gemessen worden.
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Wie in Fig. 12 dargestellt, weisen die
Durchlaßbandcharakteristika
der SAW-Vorrichtung (Filter) von Fig. 10
Welligkeiten von etwa 2,5 dB in einem Durchlaßband auf. Solche
großen Welligkeiten in den Durchlaßbandcharakteristika des
Filters bewirken ein Fluktuieren von Verstärkungen von Kanal zu
Kanal in einem Band, das beispielsweise für
Mobilfunkausstattung verwendet wird. Dies ist nicht wünschenswert.
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Wie zum Beispiel in der japanischen, nicht geprüften
Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 3-270309 beschrieben ist,
werden Welligkeiten, die in einem Band auftreten, durch
verzögerte Wellen (Echowellen) verursacht. Allgemein empfängt ein
Mehrelektrodenfilter (SAW-Vorrichtung), das ein Gegenstand der
vorliegenden Erfindung ist, sukzessive verzögerte Wellen nach
einer primären Antwortwelle.
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Figur 13 zeigt eine Wellenform einer Impulsanwort einer
SAW-Vorrichtung, und Fig. 14 zeigt eine Impulsantwort in einer
SAW-Vorrichtung.
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In Fig. 13 liefert ein Ausgangsanschluß AUS der SAW-
Vorrichtung von Fig. 14 eine primäre Antwort(welle) W&sub0; und
Echowellen wie eine erste verzögerte Weile W&sub1; nach einer Zeit
τ&sub1;, eine zweite verzögerte Welle W&sub2; nach einer Zeit τ&sub2;, eine
dritte verzögerte Welle nach einer Zeit τ&sub3; usw.. Diese
Echowellen sind elektrische Antworten, die am Ausgangsanschluß
AUS der in Fig. 14 dargestellten SAW-Vorrichtung auftreten,
wenn eine Impulsspannung an einem Eingangsanschluß EIN der
SAW-Vorrichtung angelegt wird.
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Die Echowellen W&sub1;, W&sub2;, W&sub3;, ... werden hervorgerufen durch
die mehrfache Reflexion und Transmission von akustischen
Oberflächenwellen zwischen IDTs. Wie in Fig. 14 beispielhaft
gezeigt, breitet sich eine akustische Oberflächenwelle,
hervorgerufen von einem Eingangs-IDT (Eingangselektrode ) 2A, nach
links und rechts aus. Die rechte durchläuft einen Weg P&sub1; und
erreicht einen verbundenen IDT (verbundene Elektrode) 3B, der
die Welle in ein elektrisches Signal umwandelt. Das
elektrische
Signal läuft entlang eines Verbindungsweges P&sub2; und
erreicht einen verbundenen IDT 3B', der das Signal wiederum in
eine akustische Oberflächenwelle umwandelt. Man beachte, daß
die akustische Oberflächenwelle von jeder Seite des Eingangs-
IDTs 2A emittiert wird. Die Welle, die entlang eines Weges P&sub3;
durch den verbundenen IDT transmittiert, erreicht zuletzt
einen Ausgangs-IDT 2A', so daß der Ausgangsanschluß AUS der SAW-
Vorrichtung ein elektrisches Signal liefert. Dies ist die
kürzeste Antwort auf den Impuls und entspricht der primären
Antwortwelle W&sub0;. Man beachte, daß es viele andere Wege gibt als
die oben für die primäre Antwort(welle) erwähnten. Die primäre
Antwort weist die größte Amplitude auf, um die primäre
Antwortwelle W&sub0; von Fig. 13 zu liefern.
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Es gibt ebenfalls viele Wege für die erste verzögerte
Welle W&sub1;. Unter diesen zeigt Fig. 14 (1) einen Weg P&sub4; T P&sub2; T
P&sub3; (Mehrfachreflexion zwischen dem Eingangs-IDT 2A und dem
verbundenen IDT 3B), (2) einen Weg P&sub5; T P&sub2; T P&sub3; (eine Welle
wird durch den verbundenen IDT 3B ausgesandt, von einem
Eingangs-IDT 3A reflektiert, zum verbundenen IDT 3B
zurückgeworfen und vom IDT 3B' aus zum Ausgangs-IDT 2A' gesandt) und (3)
einen Weg P&sub7; T P&sub8; T P&sub9; (eine Welle wird durch den verbundenen
IDT 3B und den Eingangs-IDT 3A ausgesandt, wird empfangen von
einem verbundenen IDT 4B und von einem verbundenen IDT 4B' zu
einem Ausgangs-IDT 3A' gesandt). Diese alle beinhalten
dieselbe Zeitverzögerung (zum Beispiel τ&sub1;). Wellen, die durch ein
erstes Filter entlang des kürzesten Weges (Zeit) laufen und
durch ein zweites Filter hindurchstrahlen oder von diesem
wiederholt reflektiert werden, werden verzögerte Wellen mit
derselben Verzögerung. Diese Wellen überlappen eine über einer
andern, so daß die erste verzögerte Welle W&sub1; gebildet wird.
Die Amplitude der ersten verzögerten Welle W&sub1; ist wegen
Reflexion und Transmission kleiner als die der primären Antwort.
Die Verzögerungszeit τ&sub1; wird erhalten durch die folgende
Gleichung:
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τ&sub1; = 2 d/V
-
= 2 (n+β) λ/V = 2 (n+β) τ&sub0; ... ... (a),
-
worin d der Mittenabstand zwischen den IDTs, V eine
mittlere Schallgeschwindigkeit für d, n eine ganze Zahl, β eine
reelle Zahl kleiner als 1 und τ&sub0; eine Ausbreitungszeit für
Intervalle der IDTs, entsprechend einem Reziproken einer
Resonanzfrequenz f&sub0;, ist.
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Ähnlich gibt es verschiedene Wege für die zweite
verzögerte Welle W&sub2;. Die Amplitude dieser Welle ist noch kleiner,
und ihre Verzögerungszeit τ&sub2; ist das Doppelte der
Verzögerungszeit τ&sub1;. Die dritte und folgende verzögerte Wellen (W&sub3;,
...) treten sukzessive in Intervallen von τ&sub1; auf. Man beachte,
daß üblicherweise diese verzögerten Wellen unerwünscht sind,
da sie Welligkeiten in einem Durchlaßband verursachen, und
viele Anstrengungen sind gemacht worden, um diese
unerwünschten Wellen zu unterdrücken. Weiterhin erläutert jedoch die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 3-
270309, daß diese unerwünschten Wellen verwendet werden
können, um ein Band zu auszudehnen.
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Figuren 15A bis 15C zeigen einen Zusammenhang zwischen
der Phase einer primären Antwortwelle und denen von
verzögerten Wellen in einer SAW-Vorrichtung, und Fig. 16 zeigt
Durchlaßbandcharakteristika nach einer Fouriertransformation der
Impulsantwort von Fig. 15A bis 15C.
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Gemäß der Wellenform von Fig. 15A (entsprechend der
Impulsantwortwellenform von Fig. 13) liegen die Phasen der
ersten, dritten, ... verzögerten Wellen W&sub1;, W&sub3;, ..., d. h. der
verzögerten Wellen ungerader Ordnung, entgegengesetzt
derjenigen der primären Antwortwelle W&sub0; (Fig. 15B), und die Phasen
der verzögerten Wellen gerader Ordnung W&sub2;, W&sub4;, ... sind
dieselben wie die der primären Antwortwelle W&sub0; (Fig. 15C). Daher
realisiert das Filter (SAW-Vorrichtung) flache
Durchlaßbandcharakteristika, wie in Fig. 16 dargestellt.
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Figur 17 zeigt Durchlaßbandcharakteristika der
Impulsantwort der Fig. 15A bis 15C, wobei die Phase der ersten
verzögerten Welle dieselbe ist wie die der primären Antwortwelle.
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Wenn die Phasen der verzögerten Wellen ungerader Ordnung
W&sub1;, W&sub3;, ... dieselben sind wie die der primären Antwortwelle
W&sub0;, zeigen die Durchlaßbandcharakteristika eine bergähnliche
Form, wie in Fig. 17 dargestellt. Insbesondere sind die
Durchlaßbandcharakteristika nicht flach. Um gute
Durchlaßbandcharakteristika zu erhalten, ist es erforderlich, die Phasen der
verzögerten Wellen ungerader Ordnung W&sub1;, W&sub3;, ... in bezug auf
die der primären Antwortwelle W&sub0; umzukehren. Um dies zu
realisieren, muß ein Abstand d zwischen IDTs bestimmt werden, (n+β)
λ (worin β definiert ist von 0,17 bis 0,25) zu sein.
Dementsprechend tritt in der Gleichung (a) ein Term 2β für τ&sub1; auf,
so daß, wenn β gleich ¼ (=0,25), ein Term von ½ (=0,5 τ&sub0;)
addiert wird, und die Phasen der verzögerten Wellen ungerader
Ordnung W&sub1;, W&sub3;, ... werden entgegengesetzt zu der der primären
Antwortwelle W&sub0;. Tatsächlich ist experimentell bestätigt
worden, daß dieser Effekt auftritt, wenn β im Bereich von 0,17
bis 0,25 liegt.
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Wie in Fig. 16 dargestellt, wird das Durchlaßband flach
sein, wenn die verzögerten Wellen geeignete Amplituden (zum
Beispiel ist die elektrische Leistung der ersten verzögerten
Welle bestimmt, etwa 1/10 derjenigen der primären Antwort zu
sein) und eine geeignete Zeitverzögerung (zum Beispiel ist ein
Reziprokwert von τ&sub1; bestimmt, näherungsweise gleich einer
erforderlichen Bandbreite zu sein) aufweisen. Wenn die
Amplituden der verzögerten Wellen unnötig groß sind, werden
unerwünsche Welligkeiten im flachen Durchlaßband auftreten. Es ist
deshalb notwendig, ein Mittel vorzusehen, um die Amplitude der
ersten verzögerten Welle W&sub1; geeignet zu steuern. Unter den
verzögerten Wellen (Echowellen) hat die erste verzögerte Welle
W&sub1; die größte Amplitude, so daß sie das Durchlaßband
unbeabsichtigt beeinflußt. Wenn die erste verzögerte Welle W&sub1;
steuerbar ist, können die Welligkeiten im Band auf ein Ausmaß
verringert werden, das bei tatsächlichem Gebrauch kein Problem
verursacht.
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Folglich wird eine verzögerte Welle derselben Phase
geringfügig einer verzögerten Welle entgegengesetzter Phase
hinzugefügt, um die Größe (Amplitude) der ersten verzögerten
Welle W&sub1; einzustellen. Zu dieser Zeit darf ein Einstellen der
Amplitude der ersten verzögerten Welle W&sub1; die Amplitude der
primären Antwortwelle W&sub0; nicht beeinflussen. Wenn die
Amplitude der primären Antwortwelle W&sub0; abgeschwächt wird, wird ein
Einfügungsverlust in einem Durchlaßband zunehmen.
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In der SAW-Vorrichtung von Fig. 14 wird der Mittenabstand
d zwischen der Eingangs-/Ausgangselektrode
(Eingangs/Ausgangs-IDT) A oder A' und der verbundenen Elektrode
(verbundene IDT) B oder B' teilweise wie folgt geändert:
-
d' = n λ, oder d' = (n+1/2) λ ... ... (b).
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Man beachte, daß diese Methode eine Verschiebung von 0,5λ
hinzufügt, um von der primären Antwort (primären Antwortwelle
W&sub0;) zu trennen, wodurch die primäre Antwort selbst
abgeschwächt wird. Diese Methode ist daher nicht geeignet, und es
ist erforderlich, daß die SAW-Vorrichtung die primäre Antwort
nicht direkt beeinflußt.
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Eine SAW-Vorrichtung entsprechend einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig.
18 bis 21B erläutert.
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Figur 18 zeigt eine zweite Ausführungsform einer SAW-
Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung. In Fig.
18 umfaßt die SAW-Vorrichtung dieser Ausführungsform sechs
Eingangs-/Ausgangs-IDTs A (1A bis 6A, 1A' bis 6A'), jeder mit
beispielsweise 22 Paaren an getrennte-Finger-Elektroden,
Kammelektroden oder interdigitalen Wandlern, und sieben
verbundene IDTs B (1B-1B' bis 7B-7B'), jeder mit beispielsweise
30 Paaren an getrennte-Finger-Elektroden, Kammelektroden oder
interdigitalen Wandlern.
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Außerdem sind bei der SAW-Vorrichtung, die in Fig. 18
dargestellt ist, entlang der äußeren Seiten der verbundenen
IDTs 1B-1B' und 7B-7B' vier Reflektoren C (1C, 1C', 2C und
2C') zum Reflektieren akustischer Oberflächenwellen
angeordnet. Wie in Fig. 18 dargestellt, sind die Eingangs-IDTs 1A bis
6A, die verbundenen IDTs 1B bis 7B und die Reflektoren 10 und
2C gegenüber den Ausgangs-IDTs 1A' bis 6A', den verbundenen
IDTs 1B' bis 7B' und den Reflektoren 10' und 20' entlang einer
geraden Linie L spiegelsymmetrisch angeordnet. Diese Anordnung
der SAW-Vorrichtung ist grundsätzlich dieselbe wie die der
SAW-Vorrichtung der ersten Ausführungsform (oder der
verwandten Technik), dargestellt in Fig. 6 und 10. Es ist nicht
unbedingt erforderlich, die vier Reflektoren entlang den äußeren
Seiten der verbundenen Elektroden 1B-1B' und 7B-7B'
anzuordnen. Beispielsweise können nur die Reflektoren 1C und 2C
entlang den äußeren Seiten der verbundenen Elektroden 1B und 7B
angeordnet sein. Diese Anordnung erzielt ebenso die Wirkung
der Ausführungsform.
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Ähnlich der in Fig. 11 gezeigten Einheit hat jede der
Elektrodeneinheiten (IDTs), die die SAW-Vorrichtung (Filter)
bilden, ein Kammuster (getrennte-Finger-Muster), gebildet aus
einem bespritzten Aluminium-Kupfer- (Al-Cu-) Film (mit einer
Dicke von beispielsweise 1000Å) auf einem piezoelektrischen,
einkristallinen Lithiumtantalat- (LiTaO&sub3;-) Material. Die
Reflektoren C (1C, 1C', 2C, 2C') sind alle ein IDT oder eine
Streifenelektrode. Die Streifenelektrode umfaßt eine Mehrzahl
von geraden Elektrodenmustern und unterscheidet sich vom IDT
darin, daß ihre Basisenden gewöhnlich nicht miteinander
verbunden sind. Die Zahl an Zahnpaaren dieses IDTs ist nicht
notwendigerweise
dieselbe wie die von irgendeinem der
Eingangs/Ausgangs- IDTs A (1A bis 6A, 1A' bis 6A').
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Wie in Fig. 18 dargestellt, ist ein Mittenabstand
zwischen dem Eingangs-/Ausgangs-IDT A und dem verbundenen IDT B,
z. B. ein Mittenabstand d zwischen dem Eingangs-/Ausgangs-IDT
6A (6A') und dem verbundenen IDT 7B (7B'), bestimmt, d =
(30+1/4) λ = 30,25λ zu sein. Entsprechend der SAW-Vorrichtung
dieser Ausführungsform ist ein Mittenabstand zwischen dem
verbundenen IDT B und dem Reflektor C, z. B. ein Mittenabstand d'
zwischen dem verbundenen IDT 7B (7B') und dem Reflektor 2C
(2C'), bestimmt, d' = 30λ zu sein. In dieser Weise ist jeder
Abstand d' zwischen den äußersten Reflektoren C (1C, 1C', 2C,
2C') und den angrenzenden IDTs B (1B, 1B', 7B, 7B') d' = n λ
oder (n+1/2) λ, so daß eine verzögerte Welle (erste verzögerte
Welle) mit derselben Phase reflektiert wird, ohne eine primäre
Antwortwelle zu beeinflussen. Dieser Abstand muß nicht bei
allen Reflektoren genommen werden, kann jedoch abhängig von
der Zahl an Elektroden und von Spezifikationen geeignet
eingestellt werden.
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In der SAW-Vorrichtung von Fig. 18 können die äußersten
verbundenen Elektroden 1B-1B' und 7B-7B' entfernt sein, und
statt dessen kann mindestens einer der Reflektoren 1C, 1C', 2C
und 2C' an einer Position von d' = n λ oder d' = n/2 λ
angeordnet sein, um dieselbe Wirkung zu erzielen.
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Figur 19 zeigt schematisch eine Modifikation der zweiten
Ausführungsform der in Fig. 18 gezeigten SAW-Vorrichtung. Wie
in Fig. 19 dargestellt, arbeitet die SAW-Vorrichtung dieser
Modifikation anstelle der Reflektoren C (1C, 1C', 2C und 2C')
der SAW-Vorrichtung von Fig. 18 mit verbundenen Elektroden D
(1D-1D' und 2D-2D'). Die verbundenen IDT-Elektroden D (1D-1D'
und 2D-2D') weisen IDTs auf, deren jeder 16 Paare an
getrennte-Finger-Elektroden, Kammelektroden oder interdigitalen
Wandlern hat. Man beachte, daß jeder Mittenabstand d' zwischen den
verbundenen IDTs (verbundenen Elektroden) 1D-1D' (2D-2D') und
den äußersten verbundenen IDTs 1B-1B' (7B-7B') bestimmt ist,
d' = 30λ zu sein. Daher wird, wie in Fig. 19 dargestellt, eine
primäre Antwort durch einen Weg P&sub1;&sub1; T P&sub1;&sub3; T P&sub1;&sub5; transmittiert,
und eine erste verzögerte Welle wird transmittiert durch einen
Weg P&sub1;&sub1; T P&sub1;&sub2; T P&sub1;&sub4; T P&sub1;&sub6; T P&sub1;&sub5;. Fqlgiich hat die verzögerte
Welle (die erste verzögerte Welle) durch Bestimmung von d' =
n λ oder (n+1/2) λ dieselbe Phase, ohne die primäre
Antwortwelle zu beeinflussen. In diesem Fall sind die verbundenen
IDTs D (1D-1D', 2D-2D') nicht notwendigerweise an jedem Ende
angeordnet, können jedoch geeignet vorgesehen werden.
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Figuren 20A und 20B zeigen
Filter-Durchlaßbandcharakteristika von SAW-Vorrichtungen der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und der verwandten Technik. Man
beachte, daß Fig. 20 die Durchlaßbandcharakteristika der SAW-
Vorrichtung verwandter Technik und Fig. 20B diejenigen der
vorliegenden Ausführungsformen zeigt. Im Hinblick auf
Welligkeitsvergleich sind Charakteristika beider Figuren ohne
irgendeine impedanzanpassende Einstellung gemessen worden. Die
Durchlaßbandcharakteristika von Fig. 20B sind anwendbar auf
beide Ausführungsformen von Fig. 18 und 19.
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Beim Vergleichen der Filter-Durchlaßbandcharakteristika
zwischen Fig. 20A und 20B wird deutlich, daß eine Welligkeit
von 2,5 dB der verwandten Technik auf etwa 1 dB durch die
vorliegenden Ausführungsformen verringert wird.
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Figuren 21A und 21B zeigen Impulsantworten, die auf den
Filtercharakteristika der SAW-Vorrichtungen der vorliegenden
Erfindung und der verwandten Technik basieren. Man beachte,
daß Fig. 21A die Impulscharakteristika der SAW-Vorrichtung
verwandter Technik und Fig. 21B diejenigen der vorliegenden
Ausführungsformen zeigt. Außerdem zeigen Fig. 21A und 21B
Ergebnisse von inverser Fouriertransformation, durchgeführt für
die Durchlaßbandcharakteristika, und eine Antwort (eine
Impulsantwort)
ist auf einer Zeitachse dargestellt. Zusätzlich
ist die Antwortamplitude von jeder dieser Antworten
entsprechend einem üblichen logarithmischen Wert der Leistung
(Quadrat einer Amplitude) der Welle erhalten.
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Durch Vergleichen der Filter-Charakteristika zwischen
Fig. 21A und 21B wird deutlich, daß eine relative elektrische
Leistung von -8 dB zwischen der ersten verzögerten Welle (W&sub1;)
und der primären Antwort (primäre Antwortwelle W&sub0;) der
früheren Technik auf -9,5 dB entsprechend den Ausführungsformen der
Erfindung heruntergedrückt wird.
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In dieser Weise können die Ausführungsformen die
elektrische Leistung der ersten verzögerten Welle relativ zur
primären Antwort einstellen, so daß die erste verzögerte Welle eine
entgegengesetzte Phase geeigneter Größe haben kann. Als
Ergebnis können die Ausführungsformen Welligkeiten in einem
Durchlaßband unterdrücken und flache Durchlaßbandcharakteristika
liefern.
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Figur 22 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für
Mobilfunkausstattung, die SAW-Vorrichtungen einsetzt, zeigt. Fig.
22 zeigt namentlich grob einen HF- (Hochfrequenz-) Teil und
einen ZF- (Zwischenfrequenz-) Teil eines Beispiels einer
Mobiltelefonsendeempfangsvorrichtung, die SAW- Filter einsetzt.
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Wie in Fig. 22 dargestellt, umfaßt die
Mobiltelefonsendeempfangsvorrichtung einen HF-Teil 8, einen ZF-Teil 9 und
eine Antenne 10. Der HF-Teil 8 enthält eine Mehrzahl an SAW-
Filtern 101 bis 106, Verstärkern 81, 82 und 84, einen Mischer
86 und einen Oszillator (Lokaloszillator) 85. Der ZF-Teil 9
enthält eine Sendeeinheit 91, eine Empfangseinheit 92, einen
Mischer 93 und einen Oszillator (Lokaloszillator) 94. Man
beachte, daß die SAW-Vorrichtungen der Ausführungsformen gemäß
der vorliegenden Erfindung bei den SAW-Filtern 101 bis 106 des
HF-Teils 8 in der Mobiltelefon-Sendeempfangsvorrichtung
angewandt werden können. Man beachte, daß, wie oben beschrieben,
ein geringer Einfügungsverlust, ein breites Band und ein
hervorragender Unterdrückungsgrad für die SAW-Filter 101 bis 106
erforderlich sind. Außerdem werden die SAW-Vorrichtungen gemäß
der vorliegenden Erfindung nicht nur für
HF-Schaltkreisintegrationen von Kommunikationsausstattung wie
Mobiltelefon-Sendeempfangsvorrichtungen eingesetzt, sondern auch für
Kabel-TV-Zwischenstellen und -konverter und ähnliches.
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Wie oben erläutert, kann die vorliegende Erfindung den
Einfügungsverlust einer hintereinandergeschalteten,
mehrstufigen Vorrichtung für akustische Oberflächenwellen wie einen
Filter für akustische Oberflächenwellen verringern, ohne daß
die Größe der Vorrichtung zunimmt, und zwar im Gegensatz zur
früheren Technik, die nachteilig den Einfügungsverlust in
Proportion zu eiher Verbesserung in den Charakteristika in einem
Blockiergebiet der Vorrichtung beeinträchtigt. Die Erfindung
trägt daher erheblich zu einer Funktionsverbesserung der SAW-
Vorrichtung bei. Außerdem ist entsprechend einer SAW-
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Mittenabstand d'
zwischen einer äußersten verbundenen Elektrode und einem
Reflektor, der entlang der äußeren Seite der verbundenen
Elektrode vorgesehen ist, d' = 30λ, um Welligkeiten zu
unterdrükken und vorbestimmte Durchlaßbandcharakteristika für ein
breites Band zu realisieren.
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Viele verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung können gebaut werden, ohne den Bereich der
vorliegenden Erfindung zu verlassen,und selbstverständlich ist die
vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen,
die in dieser Beschreibung beschrieben sind, begrenzt,
ausgenommen, wie in den angefügten Ansprüchen bestimmt.