TRANSVERSAL GEKOPPELTES RESONATORFILTERTRANSVERSALLY COUPLED RESONATOR FILTER
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet Elektrotechnik/ Elektronik. Objekte, bei denen die Anwendung möglich und zweckmäßig ist, sind Bauelemente auf der Basis akustischer Oberflächenwellen, wie Bandpassfilter mit einer relativen Bandbreite in der Größenordnung von 0,1 Prozent und Resonatoren für Oszillatoren.The invention relates to the field of electrical engineering / electronics. Objects for which the application is possible and expedient are components based on surface acoustic waves, such as bandpass filters with a relative bandwidth of the order of 0.1 percent and resonators for oscillators.
Stand der TechniState of the art
Es sind transversal gekoppelte Resonatorfilter bekannt, bei denen auf einem piezoelektrischen Substrat mehrere Eintor- Resonator-Strukturen nebeneinander angeordnet sind, die aus zwei Streifenreflektoren, die einen ebenen Hohlraum einschließen und deren Reflektorstreifen durch Kurzschlussstreifen kurzgeschlossen sind, und aus einem interdigitalen Wandler, der im ebenen Hohlraum angeordnet ist, bestehen, wobei in jeder Eintor-Resonator-Struktur die Streifengebiete der Streifenreflektoren bzw. die Zinkengebiete der interdigitalen Wandler zusammen mit den Kurzschlussstreifen bzw. mit den Sammelelektroden Wellenleiter für akustische Oberflächenwellen bilden und die Eintor-Resonator-Strukturen wegen des Wellenleitereffekts miteinander gekoppelt sind.Transversely coupled resonator filters are known in which a plurality of one-port resonator structures are arranged side by side on a piezoelectric substrate, which are composed of two strip reflectors which enclose a flat cavity and whose reflector strips are short-circuited by short-circuit strips, and of an interdigital transducer which is on the flat Cavity is arranged, where in each one-port resonator structure the stripe areas of the stripe reflectors or the tine areas of the interdigital transducers together with the short-circuit stripes or with the collecting electrodes form waveguides for surface acoustic waves and the one-port resonator structures together because of the waveguide effect are coupled.
Bei einer speziellen Ausführungsform (DE 197 44 948) sind zwei Eintor-Resonator-Strukturen - dort Wellenleiterspuren
genannt - über zwei weitere Wellenleiterspuren, die keine Wandler enthalten, gekoppelt. Die sonst homogen metallisierten äußeren Sammelelektroden sind in Streifen unterschiedlicher Breite, die sich in Richtung der Wandlerzinken erstrecken, und dazwischen liegende Lücken unterteilt. Diese Unterteilung dient dazu, in den äußeren Sammelelektroden Phasengeschwindigkeiten einzustellen, die zwischen der in den Gitterbereichen (Wellenleiterspuren) und der im freien Gebiet liegen. Eine Wellenanregung in diesen Gebieten erfolgt nicht. Alle Wandlerzinken und Reflektorstreifen sind gleich breit. Das trifft auch auf die Lücken zwischen den Wandlerzinken und Reflektorstreifen zu.In a special embodiment (DE 197 44 948) there are two one-port resonator structures - there waveguide tracks called - coupled via two further waveguide tracks that do not contain any transducers. The otherwise homogeneously metallized outer collecting electrodes are divided into strips of different widths, which extend in the direction of the transducer tines, and gaps between them. This subdivision serves to set phase velocities in the outer collecting electrodes which lie between that in the grating regions (waveguide tracks) and that in the free area. There is no wave excitation in these areas. All converter tines and reflector strips are of the same width. This also applies to the gaps between the converter tines and reflector strips.
Die am weitesten verbreitete spezielle Ausführungsform besteht aus zwei Eintor-Resonator-Strukturen (M. Tanaka, T. Morita, K. Ono und Y. Nakazawa, „Narrow bandpass filter using double-mode SAW resonators on quartz", 38th Annual Frequency Control Symposium 1984, S 286-293 [1]). Die beiden Wandler, die als Filterein- bzw. ausgang betrieben werden, haben eine gemeinsame Sammelelektrode, die mit Massepotential verbunden ist. Meistens sind zwei identische Filter dieser Art zu einer Kaskade verschaltet.The most common specific embodiment consists of two one-port resonator structures (M. Tanaka, T. Morita, K. Ono and Y. Nakazawa, "narrow bandpass filter using double-mode SAW resonators on quartz", 38 th Annual Frequency Control Symposium 1984, S 286-293 [1]) The two converters, which are operated as filter inputs and outputs, have a common collecting electrode, which is connected to ground potential, usually two identical filters of this type are connected in a cascade.
Der Nachteil dieser Ausführung besteht darin, dass die Dämpfung infolge Kaskadierung und dadurch die Einfügedämpfung der Filter zu groß ist.The disadvantage of this design is that the attenuation due to cascading and thus the insertion loss of the filter is too great.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, transversal gekoppelte Resonatorfilter auf der Basis akustischer Oberflächenwellen der bekannten Art so zu verändern, dass die Einfügedämpfung der Filter insbesondere durch Verringerung der Dämpfung infolge Kaskadierung reduziert wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit dem in den Patentansprüchen beschriebenen transversal gekoppelten Resonatorfilter gelöst.The invention is based on the object of changing transversely coupled resonator filters on the basis of surface acoustic waves of the known type in such a way that the insertion loss of the filters is reduced in particular by reducing the attenuation due to cascading. This object is achieved according to the invention with the transversely coupled resonator filter described in the claims.
Das erfindungsgemäße Resonatorfilter ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Eintor-Resonator- Struktur durch das Verhältnis der Zinkenbreite zum Abstand der Zinkenmitten und durch das Verhältnis der Breite der Reflektorstreifen zum Abstand der Mitten der Reflektorstreifen von den übrigen Eintor-Resonator-Strukturen unterscheidet .The resonator filter according to the invention is characterized in that at least one one-port resonator structure differs from the other one-port resonator structures by the ratio of the tine width to the distance between the tine centers and by the ratio of the width of the reflector strips to the distance between the centers of the reflector strips.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von akustischen Oberflächenwellen hängt unter anderem vom Verhältnis der Zinkenbreite zum Abstand der Zinkenmitten und der Breite der Reflektorstreifen zum Abstand der Mitten der Reflektorstreifen, auch Metallisierungsverhältnis genannt, ab. Die Anwesenheit von Eintor-Resonator-Strukturen mit unterschiedlichem Metallisierungsverhältnis bedeutet deshalb, dass sich die Ausbreitungsgeschwindigkeiten in den Zinken- und Streifengittern verschiedener Eintor-Resonator-Strukturen voneinander unterscheiden. Demzufolge können Resonatorfilter entworfen werden, die in denjenigen Eintor-Resonator- Strukturen, deren Wandler Koppelwandler sind, eine andere Ausbreitungsgeschwindigkeit aufweisen als in anderen Eintor- Resonator-Strukturen. Als Koppelwandler werden dabei diejenigen Wandler verschiedener Filter bezeichnet, die unmittelbar miteinander verbunden sind. Dies ist beispielsweise bei einer Filterkaskade, bei der der Ausgangswandler des ersten Filters mit dem Eingangswandler des zweiten Filters verbunden ist, der Fall. Bei der Kaskadierung von zwei identischen Filtern kann man in Umgebung der nieder- bzw. höherfrequenten Resonanz in den Koppelwandlern eine erhöhte Energiedichte erzeugen. Infolgedessen erhöht sich der reelle Leitwert der Koppelwandler, während deren Kapazität unverändert bleibt.
Deshalb wird der effektive Koppelfaktor erhöht. Das ist die Voraussetzung für die Verringerung der Einfügedämpfung, die durch die Kaskadierung bedingt ist. Der höhere effektive Koppelfaktor verursacht eine Vergrößerung der Resonanzaufspaltung der nieder- bzw. höherfrequenten Resonanz, die eine Folge der Kaskadierung ist.The propagation speed of surface acoustic waves depends, among other things, on the ratio of the tine width to the distance between the tine centers and the width of the reflector strips to the distance between the centers of the reflector strips, also called the metallization ratio. The presence of one-port resonator structures with different metallization ratios therefore means that the propagation speeds in the tine and strip gratings of different one-port resonator structures differ from one another. Accordingly, resonator filters can be designed which have a different propagation speed in those one-port resonator structures whose converters are coupling converters than in other one-port resonator structures. Coupling converters are those converters of different filters that are directly connected to one another. This is the case, for example, in a filter cascade in which the output converter of the first filter is connected to the input converter of the second filter. When two identical filters are cascaded, an increased energy density can be generated in the coupling transducers in the vicinity of the low-frequency or higher-frequency resonance. As a result, the real conductance of the coupling converters increases, while their capacitance remains unchanged. Therefore the effective coupling factor is increased. This is the prerequisite for the reduction in insertion loss, which is due to the cascading. The higher effective coupling factor causes an increase in the resonance splitting of the low or higher frequency resonance, which is a consequence of the cascading.
Die Erfindung kann wie folgt zweckmäßig ausgestaltet sein.The invention can be expediently configured as follows.
Es ist zweckmäßig, wenn die Wandler bzw. Streifenreflektoren benachbarter Eintor-Resonator-Strukturen gemeinsame Sammelelektroden bzw. Kurzschlussstreifen bilden.It is expedient if the transducers or strip reflectors of adjacent one-port resonator structures form common collecting electrodes or short-circuit strips.
Diejenigen Eintor-Resonator-Strukturen, die sich durch das Verhältnis der Zinkenbreite zum Abstand der Zinkenmitten und der Breite der Reflektorstreifen zum Abstand der Mitten der Reflektorstreifen von den übrigen Eintor-Resonator-Strukturen unterscheiden, können sich auch durch den Abstand der Zinkenmitten und den Abstand der Mitten der Reflektorstreifen voneinander unterscheiden. Der Abstand der Zinkenmitten und der Abstand der Mitten der Reflektorstreifen kann aber in allen Eintor-Resonator-Strukturen auch gleich sein.Those one-port resonator structures that differ from the other one-port resonator structures by the ratio of the tine width to the distance between the tine centers and the width of the reflector strips to the distance between the centers of the reflector strips can also differ by the distance between the tine centers and the distance differentiate the middle of the reflector strips. However, the distance between the tine centers and the distance between the centers of the reflector strips can also be the same in all one-port resonator structures.
Die Anzahl der Eintor-Resonator-Strukturen kann gleich zwei sein. Dabei kann die Apertur der Wandler und Reflektoren in beiden Eintor-Resonator-Strukturen gleich oder unterschiedlich sein.The number of one-port resonator structures can be two. The aperture of the transducers and reflectors can be the same or different in both one-port resonator structures.
Die Anzahl der Eintor-Resonator-Strukturen größer als zwei zu wählen, ist besonders zweckmäßig. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass die Eintor-Resonator-Strukturen zwei Gruppen bilden, wobei alle Wandler innerhalb einer Gruppe miteinander parallel geschaltet sind und eine Gruppe den Eingangs- und die jeweils andere Gruppe den Ausgangswandler darstellt.
Mitunter ist es vorteilhaft, wenn zwischen benachbarten Eintor-Resonator-Strukturen Lücken vorhanden sind, die mit auf gleichem Potential liegenden Reflektorstreifen ausgefüllt sind.It is particularly expedient to choose the number of one-port resonator structures to be greater than two. This results in the possibility that the one-port resonator structures form two groups, with all converters within a group being connected in parallel with one another and one group representing the input converter and the other group representing the output converter. It is sometimes advantageous if there are gaps between adjacent one-port resonator structures which are filled with reflector strips at the same potential.
Die Wandler in mindestens einer Eintor-Resonator-Struktur können sich von den übrigen Wandlern durch die Zinkenpolarität unterscheiden.The transducers in at least one one-port resonator structure can differ from the other transducers by the tine polarity.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn zwei identische Filter eine Filterkaskade bilden, bei der bei beiden Filtern die gleiche Gruppe als Koppelwandler benutzt ist, wobei als Koppelwandler jeweils diejenige Gruppe bezeichnet ist, die mit einer Gruppe des jeweils anderen Filters verbunden ist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Gruppe, die jeweils den Koppelwandler bildet, aus Eintor-Resonator-Strukturen mit gleicher Zinken- und Reflektorstreifenbreite sowie gleichen Lücken zwischen ihnen besteht. Das Verhältnis der Zinkenbreite zum Abstand der Zinkenmitten und der Breite der Reflektorstreifen zum Abstand der Mitten der Reflektorstreifen in der Gruppe, die den Koppelwandler bildet, kann größer oder kleiner als in allen übrigen Eintor-Resonator-Strukturen sein.It is particularly expedient if two identical filters form a filter cascade, in which the same group is used as a coupling converter in both filters, the coupling converter being the group that is connected to a group of the other filter. It is advantageous if the group that forms the coupling converter in each case consists of one-port resonator structures with the same tine and reflector strip width and the same gaps between them. The ratio of the tine width to the distance between the tine centers and the width of the reflector strips to the distance between the centers of the reflector strips in the group that forms the coupling converter can be larger or smaller than in all other one-port resonator structures.
Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Die Zeichnung zeigt in Prinzipdarstellung das Design eines in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel näher beschriebenen erfindungsgemäßen transversal gekoppelten Resonatorfilters.The drawing shows in principle the design of a transversely coupled resonator filter according to the invention described in more detail in the following embodiment.
Bester Weg zur Ausführung der ErfindungBest way to carry out the invention
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Auf einem piezoelektrischen Substrat 1 sind zwei Eintor- Resonator-Strukturen 2 und 3 nebeneinander angeordnet. Sie enthalten in gleicher Reihenfolge die Reflektoren 22 und 23 bzw. 32 und 33. Zwischen den Reflektoren 22 und 23 bzw. 32 und 33 sind die interdigitalen Wandler 21 bzw. 31 angeordnet. Der Wandler 21 besteht aus den Sammelelektroden 212 und 213 und den Zinken 211. Der Wandler 31 bildet mit dem Wandler 21 die gemeinsame Sammelelektrode 213 und besteht außerdem aus der Sammelelektrode 312 und den Zinken 311. Die Reflektoren 22 und 23 sind aus den Reflektorstreifen 221 bzw. 231 und den Kurzschlussstreifen 222 und 223 bzw. 232 und 233 zusammengesetzt. Die Reflektoren 32 und 33 bilden mit den Reflektoren 22 bzw. 23 gemeinsame Kurzschlussstreifen 223 bzw. 233 und sind außerdem aus den Reflektorstreifen 321 bzw. 331 und den Kurzschlussstreifen 322 bzw. 332 zusammengesetzt.The invention is explained below with reference to an embodiment and the accompanying drawing. Two one-port resonator structures 2 and 3 are arranged next to one another on a piezoelectric substrate 1. They contain the reflectors 22 and 23 or 32 and 33 in the same order. The interdigital transducers 21 and 31 are arranged between the reflectors 22 and 23 or 32 and 33. The converter 21 consists of the collecting electrodes 212 and 213 and the tines 211. The converter 31 forms the common collecting electrode 213 with the converter 21 and also consists of the collecting electrode 312 and the tines 311. The reflectors 22 and 23 are made of the reflector strips 221 and 221, respectively 231 and the short-circuit strips 222 and 223 or 232 and 233. The reflectors 32 and 33 form with the reflectors 22 and 23 common short-circuit strips 223 and 233 and are also composed of the reflector strips 321 and 331 and the short-circuit strips 322 and 332, respectively.
Die Mittellinien der Zinken 211 des Wandlers 21 und der Zinken 311 des Wandlers 31 stellen die Fortsetzungen voneinander dar und bilden die gemeinsame Mittellinie 215. In analoger Weise gilt das auch für die gemeinsame Mittellinie 214. Der Abstand 216 der gemeinsamen Mittellinien 214 und 215 ist demzufolge in beiden Wandlern 21 und 31 gleich. Jedoch unterscheiden sich die Zinken 211 und 311 der Wandler 21 bzw. 31 durch ihre Breite.The center lines of the prongs 211 of the transducer 21 and the prongs 311 of the transducer 31 represent the continuations from one another and form the common center line 215. In an analogous manner, this also applies to the common center line 214. The distance 216 of the common center lines 214 and 215 is accordingly the same in both converters 21 and 31. However, the tines 211 and 311 of the transducers 21 and 31 differ in their width.
Die Mittellinien der Reflektorstreifen 221 des Streifenreflektors 22 und der Reflektorstreifen 321 des Streifenreflektors 32 stellen die Fortsetzungen voneinander dar und bilden die gemeinsame Mittellinie 224. In analoger Weise gilt das auch für die gemeinsame Mittellinie 225. Der Abstand 226 der gemeinsamen Mittellinien 224 und 225 ist demzufolge in beiden Streifenreflektoren 22 und 32 gleich. Jedoch unterscheiden sich die Reflektorstreifen 221 und 321 der Streifenreflektoren 22 bzw. 32 durch ihre Breite. In analoger Weise gilt diese Beschreibung auch für die Streifenreflektoren 23 und 33 wie folgt.
Die Mittellinien der Reflektorstreifen 231 des Streifenreflektors 23 und der Reflektorstreifen 331 des Streifenreflektors 33 stellen die Fortsetzungen voneinander dar und bilden die gemeinsame Mittellinie 235. In analoger Weise gilt das auch für die gemeinsame Mittellinie 234. Der Abstand 236 der gemeinsamen Mittellinien 234 und 235 ist demzufolge in beiden Streifenreflektoren 23 und 33 gleich. Jedoch unterscheiden sich die Reflektorstreifen 231 und 331 der Streifenreflektoren 23 bzw. 33 durch ihre Breite.The center lines of the reflector strips 221 of the strip reflector 22 and the reflector strips 321 of the strip reflector 32 represent the continuations from one another and form the common center line 224. In an analogous manner, this also applies to the common center line 225. The distance 226 of the common center lines 224 and 225 is accordingly the same in both strip reflectors 22 and 32. However, the reflector strips 221 and 321 of the strip reflectors 22 and 32 differ in their width. In an analogous manner, this description also applies to the strip reflectors 23 and 33 as follows. The center lines of the reflector strips 231 of the strip reflector 23 and the reflector strips 331 of the strip reflector 33 represent the continuations from one another and form the common center line 235. In an analogous manner, this also applies to the common center line 234. The distance 236 of the common center lines 234 and 235 is accordingly the same in both strip reflectors 23 and 33. However, the reflector strips 231 and 331 of the strip reflectors 23 and 33 differ in their width.
Die Kurzschlussstreifen 222 und 232, 223 und 233 sowie 322 und 332 der Streifenreflektoren stellen in gleicher Reihenfolge die Verlängerung der Sammelelektroden 212, 213 und 312 dar. Die Kurzschlussstreifen 223 und 233 bilden zusammen mit der Sammelelektrode 213 den Koppelstreifen 4. Jede Eintor-Resonator-Struktur ist ein Wellenleiter für akustische Oberflächenwellen, der die Wellen im Zinken- und Reflektorstreifengebiet führt. -Der Koppelstreifen 4 beeinflusst die Kopplung zwischen den beiden Wellenleitern.The short-circuit strips 222 and 232, 223 and 233 as well as 322 and 332 of the strip reflectors represent the extension of the collecting electrodes 212, 213 and 312 in the same order. The short-circuit strips 223 and 233 together with the collecting electrode 213 form the coupling strip 4. Each one-port resonator Structure is a waveguide for surface acoustic waves, which guides the waves in the tine and reflector strip area. The coupling strip 4 influences the coupling between the two waveguides.
Der Wandler 21 ist an den Filtereingang 5 angeschlossen. Der Wandler 31 ist an den Filtereingang 6 angeschlossen. Die Reflektoren 22, 23, 32 und 33 sowie die gemeinsame Sammelelektrode 213 sind mit dem Massepotential 7 verbunden.The converter 21 is connected to the filter input 5. The converter 31 is connected to the filter input 6. The reflectors 22, 23, 32 and 33 and the common collecting electrode 213 are connected to the ground potential 7.
Infolge der breiteren Zinken und Reflektorstreifen in der Eintor-Resonator-Struktur 3 ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Zinken- und Streifengitter dort kleiner als in der Eintor-Resonator-Struktur 2, so dass die Profile der Wellenleitermoden in einer Weise unsymmetrisch werden, dass die Dichte der Wellenenergie und als Folge davon auch der effektive Koppelfaktor in Umgebung der niederfrequenten Resonanz in der Eintor-Resonator-Struktur 3 besonders groß ist. Aus zwei Resonatorfiltern, von denen eines in der Zeichnung dargestellt ist, kann eine Filterkaskade gebildet
werden, indem der Anschluss 6 des ersten Filters, der dessen Ausgang ist, mit dem Anschluss 6 des zweiten Filters, der dessen Eingang ist, verbunden ist. Bei beiden Resonatorfiltern ist der Wandler 31 der Koppelwandler. Aufgrund des erhöhten effektiven Koppelfaktors in den Koppelwandlern wird die Dämpfung der niederfrequenten Resonanz infolge Kaskadierung herabgesetzt.
As a result of the wider tines and reflector strips in the one-port resonator structure 3, the propagation speed in the tine and strip grating is lower there than in the one-port resonator structure 2, so that the profiles of the waveguide modes become asymmetrical in such a way that the density of the Wave energy and, as a result, the effective coupling factor in the vicinity of the low-frequency resonance in the one-port resonator structure 3 is particularly large. A filter cascade can be formed from two resonator filters, one of which is shown in the drawing by connecting terminal 6 of the first filter, which is its output, to terminal 6 of the second filter, which is its input. In both resonator filters, the converter 31 is the coupling converter. Due to the increased effective coupling factor in the coupling converters, the damping of the low-frequency resonance due to cascading is reduced.