-
Das
Gebiet der Erfindung ist dasjenige der Schallwellenvorrichtungen,
und insbesondere dasjenige der Filter oder Resonatoren, die an der
Oberfläche
eines Substrats aus piezoelektrischem Material hergestellt werden.
-
Die
Wahl eines Materials und seines Schnitts, um eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung
herzustellen, erfolgt im allgemeinen gemäß zwei Kriterien: Der piezoelektrische
Kopplungskoeffizient, der das maximal herstellbare relative Band
kennzeichnet, und das Verhalten des Materials in Abhängigkeit
von der Temperatur. Wenn sich nämlich
die Temperatur ändert,
dehnt sich das Material aus, und seine elastischen Koeffizienten
verändern
sich, was zu Veränderungen
der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen und somit der Frequenz
der Vorrichtungen führt.
-
Quarz
ist ein Material, das seit sehr langer Zeit für Oberflächenwellenfilter verwendet
wird. Der im allgemeinen verwendete Schnitt ist der sogenannte ST-Schnitt (MB. Schultz,
B.J. Matzinger, M.G. Holland, "Temperature
dependence of surface acoustic wave velocity on a quartz", Journal of Applied
Physics, Vol. 41, Nr. 7, Seiten 2755–2765, (1970)). Die Schnittwinkel φ, θ und ψ werden
gemäß der Norm
IEEE definiert (Standard on piezoelectricity Std 176–1949. Proc.
IRE, Vol. 37, Seiten 1378–1395
(1949)).
-
Um
Mehrdeutigkeiten bei der Definition der Schnittwinkel zu vermeiden,
wird nachfolgend die Definition dieser Winkel in Erinnerung gerufen.
Die Achsen X, Y und Z sind die kristallographischen Achsen des Kristalls.
Der gewählte
Kristall ist ein "linker
Quarz" genannter
Kristall, und er ist gekennzeichnet durch das Vorzeichen der piezoelektrischen
Konstanten θ11 und θ14. Der "linke
Quarz" ist so, dass θ11 positiv und θ14 negativ
ist. Figur 1 zeigt eine Schnittplatte (YX), d.h., dass die Senkrechte
zur Schnittebene die Achse Y und die Ausbreitungsachse die Achse
X ist. In dieser Figur werden die Richtungen w (gemäß der Breite
der Platte), 1 (gemäß ihrer
Länge,
also der Ausbreitungsrichtung) und t (senkrecht zur Platte) definiert.
Ein Schnitt und ein Ausbreitungswinkel werden ausgehend vom Schnitt
(YX) und mittels dreier aufeinanderfolgender Drehungen definiert, wobei
die Drehung um w einen Winkel φ,
die Drehung um 1 einen Winkel θ und
die Drehung um t einen Winkel ψ beträgt. Die
Ausbreitung erfolgt gemäß der Richtung
1 der gedrehten Platte. Die Schnittebene wird also vollständig durch
die beiden ersten Winkel φ und θ definiert
(2a), während
der dritte Winkel ψ eine
besondere Richtung in dieser Ebene und somit für die Oberflächenwellen
die verwendete Ausbreitungsrichtung definiert (2b).
-
Nachfolgend
werden die verschiedene Schnitte definierenden Winkel aufgeführt, die üblicherweise
für die
Volumenwellenfilter verwendet werden:
Schnitt BT: φ = 0, θ = –49°
Schnitt
AT: φ =
0, θ =
+35°
Schnitt
SC: φ = –22,4°, θ = +33,8°
-
Der
ST-Schnitt, der üblicherweise
für Oberflächenwellenvorrichtungen
verwendet wird, wird von den Winkeln φ = 0°, θ = 42,75° und ψ = 0° definiert. Dieser Schnitt ist
in 3 dargestellt. Das ursprüngliche Koordinatenkreuz ist
(XYZ), es wird nach der ersten Drehung zu (X'Y'Z'), nach der zweiten
Drehung zu (X''Y''Z'') und nach der dritten Drehung zu (X'''Y'''Z''').
-
Eine ähnliche
Vorrichtung ist zum Beispiel aus der Druckschrift
US 4 323 809 bekannt.
-
Dieser
Schnitt mit einfacher Drehung hat den Vorteil, für die Rayleigh-Wellen eine
parabelförmige
Frequenzänderung
mit der Temperatur aufzuweisen, mit einem Umkehrpunkt bei etwa 25°C, d.h. oft
in der Mitte des Betriebstemperaturbereichs der Filter. Der Kopplungskoeffizient
für diesen
Schnitt ist relativ gering (etwa 0,12%).
-
Wenn
man ein Material wie zum Beispiel Aluminium aufbringt, um insbesondere
den akustische Oberflächenwellen
erzeugenden Wandler an der Oberfläche des Substrats herzustellen, ändert sich
die Umkehrtemperatur. Um diese Wirkung zu kompensieren und eine
Umkehrtemperatur nahe 25°C
beizubehalten, ändert man
dann leicht den Schnitt, was dazu führt, Schnitte ausgehend von θ = 30° bis θ = 42° zu verwenden.
Diese Schnitte haben alle sehr ähnliche
Eigenschaften, abgesehen von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der
Wellen und dem Umkehrpunkt ihres Frequenz-Temperatur-Gesetzes.
-
Seit
einigen Jahren werden immer häufiger
Filter mit geringen Dämpfungsverlusten
hergestellt. Um die Dämpfungsverluste
zu verringern, verwendet man oft die Reflexion der Oberflächenwelle
auf Elektroden. Meistens ist das für die Elektroden verwendete
Material Aluminium. Die Filter, die diese Reflexionen verwenden, sind
zum Beispiel Filter mit Resonatoren oder Einrichtungs-Wandlern vom Typ
DART oder SPUDT. Der Reflexionskoeffizient auf eine Elektrode ist
eine sehr wichtige Eigenschaft für
die Gestaltung. Je größer der
Koeffizient, desto einfacher ist es nämlich, geringe Verluste in
einer kleinen Chipgröße zu erhalten.
Andererseits werden auch Resonatoren mit akustischen Oberflächenwellen
hergestellt, die andere Arten von Reflektoren, wie zum Beispiel
eingravierte Gitter, oder öfter
Gitter aus metallisierten Strichen, verwenden, um Hohlräume zu bilden.
Auch für
diese Art Vorrichtung ist der Reflexionskoeffizient eine wichtige
Eigenschaft, da ein starker Reflexionskoeffizient einen Hohlraum
mit weniger Verlusten bei gleicher Größe ermöglicht, und somit den Qualitätskoeffizienten
des Resonators verbessert.
-
Es
ist aber anzumerken, dass bei der Gestaltung einer Vorrichtung der
Reflexionskoeffizient von der maximal herstellbaren Dicke der Elektroden
begrenzt wird. Außerdem
ist die Empfindlichkeit gegenüber
den technologischen Unsicherheiten (Dicke der Metallbeschichtung,
Breite des Strichs) umso größer, je
stärker
die Dicke der Metallisierung ist, was die in der Praxis nutzbare
Dicke einschränkt.
-
In
diesem Zusammenhang hat die Erfindung eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung
zum Gegenstand, die ein Quarzsubstrat und Reflexionszentren verwendet,
bei denen der verwendete Reflexionskoeffizient verbessert ist und
die anderen Eigenschaften des Materials beibehalten werden, und
dies durch eine optimierte Wahl des als piezoelektrisches Substrat
verwendeten Quarzschnitts.
-
Genauer
hat die Erfindung eine akustische Oberflächenwellenvorrichtung zum Gegenstand,
die aufweist:
- – ein Substrat aus Quarz mit
einer Ausbreitungsfläche
für die
akustischen Oberflächenwellen;
- – Mittel,
um Wandlungszentren und Reflexionszentren von akustischen Wellen
auf dem Substrat zu bilden;
-
wobei
das Substrat eine Schnittebene (X'',
Z'') aufweist, die bezüglich der
Schnittebene (X, Z) und in einem Koordinatensystem (X'', Y'', Z'') definiert ist, wenn X, Y, Z die kristallographischen
Achsen des Quarzes sind, wobei die Ausbreitungsrichtung der Wellen
gemäß einer
Achse X'' definiert ist, wobei
eine erste Schnittebene (X',
Z') durch Drehung
der Ebene (X, Z) um einen Winkel φ um die Achse Z definiert ist,
um ein erstes Koordinatensystem (X', Y',
Z') mit einer Achse
Z' zu definieren,
die mit der Achse Z zusammenfällt,
wobei eine zweite Schnittebene (X'',
Z'') durch Drehung der
Ebene (X', Z') um einen Winkel θ um die
Achse X' definiert
ist, um ein zweites Koordinatensystem (X'',
Y'', Z'') zu definieren, wobei die Achse X'' mit der Achse X' zusammenfällt, wobei die Ausbreitungsrichtung
gemäß der Achse
X''' durch Drehung der Achse X'' in der Ebene (X'',
Z'') um einen Winkel ψ um die
Achse Y'' definiert ist, dadurch
gekennzeichnet, dass gilt. –60° ≤ φ ≤ 0°
- θ
- liegt in einem Bereich
von ±40° um –40°·cos (3φ)
- ψ
- liegt in einem Bereich
von ±22,5° um 35° + 10°·sin (3φ).
-
Gemäß einer
ersten Variante können
alle Wandlungszentren und alle Reflexionszentren zu einem gleichen
Satz von ineinander verschachtelten Elektroden gehören.
-
Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung können
bestimmte Reflexionszentren zu einem getrennten Elektrodengitter
gehören.
-
Gemäß einer
dritten Variante der Erfindung kann die Vorrichtung außerdem Reflexionszentren
aufweisen, die aus einem in das Quarzsubstrat eingravierten Gitter
hervorgegangen sind.
-
Vorteilhafterweise
sind die in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendeten Metallisierungen aus Aluminium.
-
Gemäß einer
Variante der Erfindung kann die akustische Oberflächenwellenvorrichtung
ein Einrichtungs-Filter vom Typ SPUDT oder RSPUDT sein.
-
Der
ST-Schnitt des Quarzes, der derzeit verwendet wird, bietet zufriedenstellende
Leistungen bezüglich
des Kopplungskoeffizienten, der Frequenzvariationskurve mit der
Temperatur, aber die Einführung
und dann die Verallgemeinerung von Reflexionselementen in die neuen
Filtertypen erzeugen eine zusätzliche
Belastung, die den ST-Schnitt relativ weniger interessant machen,
wenn man an dem Reflexionskoeffizienten eines Reflektors insbesondere
aus Aluminium festhält.
-
Die
in der nachfolgenden Beschreibung entwickelten physikalischen Parameter
zeigen, dass es auf Quarz ein Gebiet von Schnitten gibt, die gleichwertige
Eigenschaften der Abweichung, Temperatur und Kopplungskoeffizient
aufweisen, aber stärkere
Reflexionskoeffizienten der Reflexionselemente haben. Die Verwendung
eines dieser Schnitte ermöglicht
es also, eine Reflektoren verwendende Oberflächenwellenvorrichtung herzustellen,
die gegenüber
der gleichwertigen Vorrichtung auf einem ST-Schnitt Vorteile aufweist.
-
Außerdem kann
es besonders vorteilhaft sein, eine Untereinheit von Quarzschnitten
zu definieren, bei denen der Temperaturkoeffizient der Frequenz
erster Ordnung gering ist, typischerweise zwischen –10 ppm/°K und +10
ppm/°K liegt,
und der Flusswinkel ebenfalls gering ist und zwischen –5° und +5° liegt. Die
erste Bedingung führt
zum Erhalt einer Umkehrtemperatur des Frequenz-Temperatur-Gesetzes nahe 25°C, was praktisch
gesucht wird.
-
Die
zweite Bedingung ermöglicht
eine Optimierung des Betriebs der akustischen Oberflächenwellenvorrichtungen
bei einer kleinstmöglichen
Größe (keine
Verschiebung der Wandler, um den Energieflusswinkel auszugleichen).
-
Für die akustischen
Oberflächenwellenvorrichtungen
gilt nämlich: Δf/fo
= CTF1(T–To) + CTF2(T–To)2 wenn
- CTF1
- Koeffizient der ersten
Ordnung
- CTF2
- Koeffizient der zweiten
Ordnung,
-
wobei
To die Rechentemperatur der Koeffizienten der ersten und zweiten
Ordnung (im allgemeinen 25°C)
ist, Δt
der Frequenzänderung
entspricht, die für
eine laufende Temperatur von 298°K
induziert wird; die Umkehrtemperatur wird erhalten durch Lösen der
Gleichung d(Δf/fo)/dT
= 0, was einer Umkehrtemperatur
entspricht,
mit CTF
2 zum Beispiel nahe –50 ppb/°K
2,
und
CTF
1 zum Beispiel nahe –1 ppm/°K,
erhält man eine Umkehrtemperatur
T = To – 10°K -
Die
Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Vorteile gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die nicht einschränkend zu
verstehen ist und sich auf die beiliegenden Figuren bezieht. Es zeigen:
-
1 eine
Quarzplatte mit einem YX-Schnitt;
-
2a und 2b die
Definition eines Schnitts und eines Ausbreitungswinkels bezüglich des YX-Schnitts;
-
3 einen
ST-Schnitt eines Quarzes, der bei den Vorrichtungen des Stands der
Technik verwendet wird;
-
4 eine
Perspektivansicht einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung, die
ineinander verschachtelte Wandler sowie Elektrodengitter auf einem
Quarzsubstrat mit einem erfindungsgemäßen Schnitt darstellt;
-
5 die
Geometrie von in einer akustischen Oberflächenwellenvorrichtung verwendeten
Elektroden;
-
6a bis 6g Isowert-Kurven
des Reflexionskoeffizienten in Abhängigkeit vom Schnittwinkel θ und von
der Ausbreitung ψ je
für Winkel φ = 0, –10, –20, –30, –40, –50, –60;
-
7a bis 7g die
Isowert-Kurven der Umkehrtemperaturen gleich 25°C in Abhängigkeit von den Winkeln θ und ψ je für Winkel φ = 0, –10, –20, –30, –40, –50, –60;
-
8 die
räumliche
Verteilung der Reflektoren und der Wandler, die in einem an der
Oberfläche
eines Quarzsubstrats hergestellten Filter verwendet und durch die
Winkel φ = –20°, θ = –35,5° und ψ = +20° definiert wird;
-
9 schematisch
die elektrischen Elemente, die das Abstimmen des auf dem durch die
Winkel φ = –20°, θ = -35,5° und ψ = +20° definierten
Schnitt hergestellten Filters ermöglichen;
-
10 die
Frequenzantwort des Filters, das auf dem durch die Winkel φ = –20°, θ = –35,5° und ψ = +20° definierten
Schnitt hergestellt wurde;
-
11 die
Entwicklung der Frequenz in Abhängigkeit
von der Temperatur für
das auf dem durch die Winkel φ = –20°, θ = –35,5° und ψ = +20° definierten
Schnitt hergestellte Filter.
-
4 stellt
sehr schematisch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen akustischen
Oberflächenwellenvorrichtung
dar, die Wandlungszentren und Reflexionszentren aufweist, die mit
Hilfe von metallischen Elektroden hergestellt werden. Genauer gesagt,
weist diese Vorrichtung zwei Wandler mit ineinander verschachtelten Elektroden
2, 3, 4, 5 und zwei Reflektoren 6 und 7 auf, die aus Strichgittern
bestehen. Die Ausbreitungsrichtung ist die Richtung X''' des
Substrats nach Drehung, und es ist folglich die Achse X'' der durch die Winkel φ und θ definierten
Schnittebene, die um einen Winkel ψ gedreht ist.
-
Für jede Schnittebene,
die ein gegebenes Quarzsubstrat definiert, gibt es eine bevorzugte
Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen, bei der die Leistungen
der Vorrichtung optimiert sind.
-
Diese
Ausbreitungsrichtung wird durch den Winkel ψ definiert: Erfindungsgemäß ist ψ = 35° + 10°·sin(3φ).
-
Nachfolgend
werden für
verschiedene Konfigurationen von Schnittebenen und Ausbreitungsrichtungen
der akustischen Wellen die Werte angegeben:
- • des Kopplungskoeffizienten
KS2, der für das maximale relative Band
repräsentativ
ist, das man mit einer Vorrichtung erhalten kann, und der als der
halbe relative Abstand der Geschwindigkeiten der Oberflächenwellen
auf dem freien Substrat und dem metallisierten Substrat berechnet
wird;
- • des
Reflexionskoeffizienten R des Reflektors, berechnet in h/λ, wenn h
die Metalldicke und λ die
Wellenlänge
ist;
- • des
Energieflusswinkels η (in
Grad), welches der Winkel ist, der den Wellenvektor und den Poynting-Vektor der Oberflächenwelle
trennt;
- • des
Koeffizienten erster Ordnung der Frequenzänderung, die für das Filter
in Abhängigkeit
von der Temperatur charakteristisch ist, in der Nähe der Umgebungstemperatur
(25°C);
- • der
Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwellen V∞;
- • des
Koeffizienten zweiter Ordnung der Frequenzänderung, die für das Filter
in Abhängigkeit
von der Temperatur charakteristisch ist, in der Nähe der Umgebungstemperatur
(25°C);
- • der
Umkehrtemperatur der Frequenz-Temperatur-Kurve, die der Scheitel
der Frequenz-Temperatur-Kurve für
eine Dicke gleich Null ist. Um die Frequenzänderungen einer Oberflächenwellenvorrichtung
zu minimieren, muss man einen solchen Schnitt wählen, dass diese Umkehrtemperatur
nahe der Mitte des Betriebstemperaturbereichs liegt.
-
Es
ist anzumerken, dass bei Elektroden geringer Dicke angenommen werden
kann, dass der mechanische Teil von R proportional zur Dicke der
auf die Wellenlänge
standardisierten Elektrode h ist. Ein vereinfachtes Modell, basierend
auf den Berechnungen von Datta und Hunsinger (S. Datta, B. Hunsinger, "First order reflexion
coefficient of surface acoustic waves from thin strip overlays", Journal of Applied
Physics, Vol. 50, Nr. 9, Seiten 5661–5665 (1979)), ermöglicht es,
den Reflexionskoeffizienten mit guter Präzision zu schätzen. Für die ST-Schnitte
des Quarzes und für
die Elektroden einer Breite λ/4
liegt R in der Größenordnung
von 0,5 h/λ. Für Elektroden
mit größeren Dicken
tritt eine "Energiespeicherung" genannte Wirkung
auf, und die Berechnung von Datta und Hunsinger ist nicht mehr so
zuverlässig
(P. Ventura, J. Desbois, L. Boyer, "A mixed FEM/analytical model of electrode
mechanical perturbation for SAW and PSAW propagation", Proc. of the 1993
IEEE Ultrasonics Symposium, IEEE cat. Nr. 93 CH 3301-9, Seiten 205–208). Die
Berechnungen zeigen aber, dass man annehmen kann, dass diese Berechnung
es erlaubt, die Schnitte bezüglich
ihres mechanischen Reflexionskoeffizienten korrekt einzuordnen.
Da andererseits die mechanischen Eigenschaften von Quarz und Aluminium
benachbart sind, kann man annehmen, dass die für den starken Reflexionskoeffizienten gewählten Schnitte
auf einem Aluminiumstreifen auch einen starken Reflexionskoeffizienten
auf eine in den Quarz eingravierte Rille haben.
-
Die
Ergebnisse der Berechnungen (siehe Tabelle II) zeigen, dass für die in
der Erfindung definierten Schnittzonen der Kopplungskoeffizient
immer mindestens von der gleichen Größenordnung ist wie der Kopplungskoeffizient
auf dem ST-Schnitt des Quarzes. Andererseits gibt es für alle Schnitte
der Zone einen oder mehrere Ausbreitungswinkel ψ, bei denen die Umkehrtemperatur
etwa 25°C
beträgt.
-
Die
Tabelle I rekapituliert und bezeichnet verschiedene Schnittebenen,
die durch die Winkel φ und θ festgelegt
und einer Ausbreitungsrichtung zugeordnet sind, die mit dem Winkel ψ bezeichnet
ist. Der Winkel ψ und
der Schnitt θ werden
aufgrund der Koinzidenz starker Reflexionskoeffizienten, eines Energieflusswinkels nahe
0° und ihrer
Umkehrtemperatur nahe 25°C
gewählt.
-
Die
Tabelle II rekapituliert die oben erwähnten physikalischen Parameter
entsprechend den Schnitten der Tabelle I.
TABELLE
I
TABELLE
II
-
Aus
der Tabelle II geht hervor, dass die bevorzugten Ausbreitungsrichtungen
der akustischen Wellen zugeordneten, in der vorliegenden Erfindung
empfohlenen Schnittebenen es ermöglichen,
den Reflexionskoeffizienten R zu erhöhen und gleichzeitig die anderen
kennzeichnenden Parameter beizubehalten.
-
Es
wird noch daran erinnert, dass es derartige Symmetrien für die Rayleigh-Wellen
auf Quarz gibt, dass:
- • (+φ, θ, +ψ) gleich (–φ, θ, –ψ) unabhängig vom Vorzeichen von θ
- • (φ, θ, ψ) gleich
(φ+120°, θ, ψ)
- • (φ, θ, ψ) gleich
(φ, θ+180°, ψ)
- • (φ, θ, ψ) gleich
(φ, θ, ψ+180°) außer für den Reflexionskoeffizienten,
dessen Phase umgekehrt wird.
-
Durch
Kombinieren dieser verschiedenen Symmetrien wird angenommen, dass
die Eigenschaften der Rayleigh-Wellen einzigartig für den Quarz
in den folgenden Winkelbereichen beschrieben sind: –60° < φ < +60°, –90° < θ < +90°, 0° < ψ < +90°
-
Die 6a bis 6g stellen
die Isowert-Kurven des Reflexionskoeffizienten auf einem Aluminiumhindernis
geringer relativer Dicke h/λ dar,
d.h. unter der Annahme, dass das Verhältnis der Höhe h zur akustischen Wellenlänge λ sehr viel
niedriger als ein Prozent für
ein Metallisierungsverhältnis
je Periode a/p von 50% ist, wie in 5 dargestellt,
berechnet mit Hilfe des vereinfachten Modells, das auf den Berechnungen
von Datta und Hunsinger basiert, in Abhängigkeit vom Schnittwinkel θ und der
Ausbreitungsrichtung ψ für die verschiedenen
Werte des Schnittwinkels φ,
die von den Ansprüchen
betroffen sind (d.h. von 0° bis –60° für jeden
Schritt von 10°}.
Diese Kurven ermöglichen
es, die Zonen mit starkem Reflexionskoeffizient R gemäß der Erfindung grafisch
zu präzisieren.
Um die betreffenden Winkelbereiche aber ein wenig zu verringern,
sind in den 7a bis 7g die
Isowerte der Umkehrtemperatur gleich 25°C für relative Metallisierungsdicken
h/λ Null
und gleich 5% mit a/p = 50% für
die gleichen Winkelwerte eingetragen. Diese letztere Information
betreffend den Einfluss der Metallisierungsdicke kann aber nur informell
verwendet werden, da sie aus einer theoretischen Berechnung stammt,
die nur für
den ST-Schnitt gültig
ist (E. Henry, S. Ballandras, E. Bigler, G. Marianneau, G. Martin,
S. Camou, "Influence
of metallization on temperature sensibility of saw devices" Proc. of the IEEE
Ultrasonics Symp., Seiten 221–226,
1997), und der Schnitt (f) folglich mit der üblichen Vorsicht zu betrachten
ist.
-
Beispiel
eines Filters, das auf einer erfindungsgemäß geschnittenen Quarzplatte
hergestellt wurde Eine Darstellung der praktischen Anwendung eines
der neuen Quarzschnitte wird nachfolgend vorgestellt. Sie besteht
in der Herstellung eines Resonanzfilters vom Typ DART gemäß der Norm
GSM, das um die Frequenz 71 MHz zentriert ist. Das Filter weist
also zwei Wandler, die beide durch Quellenunterdrückung gewichtet
sind, sowie zwei Reflexionsgitter auf, die sich im Hohlraum innerhalb
der Wandler befinden, die selbst um einen Abstand einer Viertelwellenlänge getrennt
sind. Diese Elektrodenstruktur wird auf dem Schnitt (f), an dessen
Definition erinnert wird (Schnitt (YXwit) –20, –35,5, +20), durch Aufbringen
von chemisch eingraviertem Aluminium hergestellt. Die Abmessungen
des daraus entstehenden Kristallchips ermöglichen seine Einkapselung
in ein Gehäuse
mit der Abmessung 10 × 6
mm2. Der Vorteil der Verwendung des neuen
Schnitts liegt dann in einer wesentlichen Verringerung der notwendigen
Metalldicke, um den reflektierenden Teil des Resonanz-DART herzustellen.
Tatsächlich
geht diese von 1400 nm (14000 A) (ST-Schnitt) auf 800 nm (8000 A)
für den
neuen Schnitt zurück,
was die Herstellung der Vorrichtung weniger anfällig für Fabrikationsfehler rein technologischen
Ursprungs macht. 8 zeigt die räumliche
Verteilung der Reflektoren R (in Wellenlängen ausgedrückt) und
die Verteilung der standardisierten Wandler T, wobei der Koeffizient
eines Elementarreflektors 2,92 % beträgt, was einem Maximum von 5,84
% pro Wellenlänge
entspricht. Das Filter, das vorgesehen ist, um bei Eingangsimpedanzen
Zin = 3000 Ω und Ausgangsimpedanzen Zout = 500 Ω zu arbeiten (siehe 9), wird
mit Hilfe einer parallelen Selbstinduktion von 1,1 μH am Eingang
und einem Paar aus paralleler Induktanz und serieller Kapazität mit einem
jeweiligen Wert von 600 nH bzw. 2 pF am Ausgang abgestimmt. Die
in 10 dargestellte Kurve ermöglicht es, die Qualität der elektrischen
Reaktion des Filters auf dem Schnitt (f) mit einer weiten Unterdrückung von
mehr als 40 dB und Verlusten im Band in der Größenordnung von –7.5 dB
zu beurteilen. Es ist aber anzumerken, dass man sich bei der Gestaltung
und dann der Herstellung des Filters über die Phase des Reflexionskoeffizienten
(der den meisten neuen Schnitten inhärent ist) hinwegsetzen musste, indem
die Reflektoren bezüglich
der Wandler in den elementaren DART-Zellen verschoben wurden, wobei
die Phase theoretisch bei 162,4 Grad angenommen wird, was bedeutet,
dass die auf einen Reflektor reflektierte Welle um ±162,4° –90° verschoben
ist statt der -90°,
die man auf einem ST-Quarz hätte.
Die beiden Ausbreitungsrichtungen sind dann nicht mehr gleichwertig,
und es ist notwendig, die Wandlungs- und Reflexionszentren in den
DART-Zellen zu verschieben, um dies zu berücksichtigen. Schließlich zeigt 11,
dass bei den Rayleigh-Wellen unter Berücksichtigung der relativen
verwendeten Metallisierungsdicke (h/λ in der Größenordnung von 1,67 %) die
Temperaturwirkungen in der Nähe
der Umgebungstemperatur kompensiert werden, wodurch man ein parabelförmiges Frequenz-Temperatur-Gesetz
des Filters erhalten kann, dessen Umkehrpunkt sich zwischen 10 und
20°C befindet.
Man stellt fest, dass der Koeffizient der Temperaturempfindlichkeit zweiter
Ordnung wesentlich höher
ist als derjenige des ST-Schnitts (–50 ppb/°K2 für den Schnitt
(f) gegenüber –40 ppb/°K2 für
den ST-Schnitt),
aber trotzdem in der gleichen Größenordnung
bleibt.
TABELLE II