NL9220007A - Met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter - Google Patents

Description

Met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter.

De uitvinding ligt op het terrein van de elektronica en heeft in het bijzonder betrekking op een met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter (een zogenaamd SAW-filter).

Stand der techniek.

Uit de stand der techniek is een SAW-banddoorlaatfilter bekend dat voorzien is van een piëzo-elektrisch substraat en elektro-akoestische ingangs- en uitgangstransducers, die in serie op het oppervlak ervan zijn geplaatst waarbij één van de. genoemde transducers geapodiseerd is, en een afscherming, die in feite bestaat uit een strip van een metallische film gepositioneerd tussen de eerder genoemde transducers (US-A 4438417).

In het uit de stand der techniek bekende filter zijn de apodisatie-grenzen van de geapodiseerde transducer symmetrisch gemaakt rond de longitudinale hartlijn, welke parallel loopt aan de SAW-propagatierichting. Gemeenschappelijke bussen worden gevormd door strippen van metallische film en elk ervan is verbonden met een groep van penvormige elektroden. Ook deze bussen lopen parallel aan de longitudinale hartlijn van de transducer.

Deze uitvoeringsvorm van een geapodiseerde transducer wordt gekenmerkt door grote gebieden met niet-werkzame secties van elektrode-opper-vlakken (vanaf de apodisatie-grenzen tot aan de gemeenschappelijke bussen), hetgeen leidt tot een hoog niveau van SAW-reflectie, hetgeen op zijn beurt resulteert in een vervorming van de transducer impulsresponsie en eventueel in een vervorming van de amplitude-frequentie-responsie van het filter in het frequentie-interval binnen de doorlaatband (de band-doorlaatkromme).

Uit de stand der techniek is eveneens bekend een met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter voorzien van een piëzo-elektrisch substraat op het oppervlak waarvan in serie zijn aangebracht: een geapodiseerde elektro-akoestische irigangstransducer waarvan de gemeenschappelijke bussen zijn verbonden met de ingangsaansluitingen van het filter; een afscherming; een niet-geapodiseerde elektro-akoestische uit-gangstransducer, waarvan de gemeenschappelijke bussen zijn verbonden met de uitgangsaansluitingen van het filter (V.I. Rechitsky "Acousto-electro-nic Radio Components", Radio i Sviaz, Moscow, 1987, blz. 36, 37, figuur 1.22).

De apodisatie-grenzen van de geapodiseerde transducer in het uit de stand der techniek bekende filter zijn, evenals het geval is bij het bovengenoemde filter, symmetrisch gepositioneerd rond de longitudinale hartlijn van deze transducer die parallel loopt aan de SAW-propagatie-richting. De gemeenschappelijke bussen hebben een driehoekvorm en lopen schuin, waarbij de ruimte tussen de apodisatie-begrenzing en de gemeenschappelijke bussen is gevuld met een geleidende laag. De topologie van de geleidende laag aan die zijde van de geapodiseerde transducer die gericht is naar de niet-geapodiseerde transducer is gekozen uitgaande van de voorwaarde dat een minimale vervorming langs het SAW-front moet worden verzekerd.

Bij het berekenen van de topologie moet rekening worden gehouden met verschillende snelheidswaarden van de SAW-propagatie in drie specifieke zones, dat wil zeggen: de zone waarin de pennen, verbonden met tegenover liggende bussen, elkaar overlappen, de zone met een geleidende (metallisatie) laag en de zone waarin het oppervlak van het piëzo-elek-trische substraat vrij is. Teneinde gelijkheid van de relatieve SAW-fase-inval te verzekeren gedurende de SAW-propagatie vanaf de zone, waarin de pennen elkaar overlappen (apodisatie-grens) naar de transducer-begren-zing, moet aan de volgende voorwaarde worden voldaan: de fase-inval van de golf die propageert door de actieve zone van de overlapping moet gelijk zijn aan de som van de golffase-invallen in de zone met geleidende bekleding en in de zone met het vrije oppervlakte op het piëzo-elektri-sche substraat.

In deze uitvoeringsvorm van een geapodiseerde transducer zijn, als gevolg van de reductie van niet-werkzame elektrodesecties, het niveau van de SAW-reflectie tegen deze secties en, als gevolg daarvan, de vervorming van de transducer impulsrespons veroorzaakt door deze reflecties, verminderd.

Tegelijkertijd wordt de onderhavige uitvoeringsvorm gekenmerkt door een hoog niveau van SAW-reflectie bij de effectieve (overlappende) gedeelten, optredend als gevolg van de grote lengte van de signaalweg (gelijk aan de lengte van de transducer) in de zone met de overlappende pennen. Omdat de apodisatie-hartlijn is uitgelijnd met de symmetrie-as van de geapodiseerde transducer verandert het niveau van de vervorming van het nuttige signaal als gevolg van SAW-reflectie tegen functionerende elektroden (pennen), langs het golfpropagatiefront en vermindert in de richting vanaf de hoofd-as van de transducer naar de rand ervan, gevormd door de gemeenschappelijke bussen. Dit leidt tot een vermindering van de kwalitatieve eigenschappen van het SAW-filter.

Uit de stand der techniek is op dit moment ook een uitvoeringsvorm bekend van een elektro-akoestische transducer met in elkaar grijpende elektroden en met een schuine apodisatie-structuur, waarin de apodisatie-grenzen symmetrisch zijn uitgevoerd rond een lijn die diagonaal door de transducer loopt. In deze uitvoeringsvorm is de doorgaansweg voor het nuttige geldige signaal in de zone met de overlappende pennen aanzienlijk gereduceerd, hetgeen een vermindering in het niveau van de SAW-reflectie tegen functionerende elektroden verzekert (A.J. Vigil e.a. "A Study of the Effects of Apodized structure Geometries on saw Filter Parameters”, Proceedings of the 1987 Lithium IEEE ultrasonic Symposium, biz. 139, 140, figuur 2).

Het gebruik van een transducer met een schuine apodisatie-structuur in SAW-filters is echter lastig vanwege de volgende factoren: in de eerste plaats de beschikbaarheid van grote secties van niet-werkzame elektroden met als resultaat een hoog niveau van SAW-reflectie daartegen, vergezeld van een initiatie van zijdelingse componenten in de SAW-filter-freguentie-responsie en een afname van de kwalitatieve eigenschappen ervan en de tweede plaats wordt deze uitvoeringsvorm onderscheiden vanwege de polarisatie-afhankelijkheid, d.w.z. het niveau van het signaal op de eenmalig doorgangsweg is afhankelijk van de polariteit van de geapodiseerde transduceraansluiting. Deze laatste omstandigheid wordt veroorzaakt door een aanzienlijk verschil in de lengte van de pen-elektroden die gekoppeld zijn met bussen van verschillende polariteit.

Beschrijving van het wezen van de uitvinding.

De uitvinding heeft ten doel een met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter te verschaffen in een uitvoeringsvorm met een geapodiseerde transducer welke wordt gekenmerkt door een zo klein mogelijk oppervlak met niet-werkzame elektrodesecties en een laag niveau van SAW-reflectie tegen functionerende elektrodesecties, waarbij het tegelijkertijd mogelijk is om de polariteit van de filteraansluiting om te keren waarbij een nagenoeg identiek uniform niveau tijdens een enkeldoorgangs-signaalpassage wordt verkregen.

Aan deze doelstelling wordt voldaan door een met akoestische golven werkend banddoorlaatfilter, omvattende een piëzo-elektrisch substraat op het oppervlak waarvan in serie zijn aangebracht een geapodiseerde elektro-akoestische ingangstransducer met een schuin verlopende apodisatie-structuur, gemeenschappelijke bussen die verbonden zijn met de filter-ingangsaansluitingen, een afscherming, een niet-geapodiseerde elektro-akoestische uitgangstransducer, waarvan de gemeenschappelijke bussen zijn verbonden met de filteruitgangsaansluitingen, welk filter volgens de uitvinding het kenmerk heeft, dat de gemeenschappelijke bussen van de geapodiseerde ingangstransducer V-vormig zijn uitgevoerd en elk voorzien zijn van twee secties, waarbij één van deze secties parallel loopt aan de propagatierichting van de akoestische oppervlaktegolven en de tweede sectie afgebogen is onder een hoek γ ten opzichte van de eerste sectie zodanig dat de bussen zo veel mogelijk de begrenzing van de apodisatie van de transducer benaderen, en het filter verder voorzien is van een fasecomparator die in feite bestaat uit een verdere metallisatiesectie aangebracht tussen de geapodiseerde transducer en de afscherming, uitgevoerd in de vorm van een driehoek die zodanig is georiënteerd dat zijn basis in lijn ligt met de sectie van de bus, die parallel loopt aan de propagatie-richting van de akoestische oppervlaktegolven, waarbij verder de afgebogen sectie van dezelfde bus zich het dichtst bij deze driehoek bevindt, en de lengte van de basis "a" en de hoogte "b" van deze driehoek zijn gekozen in overeenstemming met de volgende vergelijkingen: a = L/4 - d b = (L/2 - d)tg γ, waarin L - lengte van de geapodiseerde transducer, d - projectie van de breedte van het afgebogen deel van de gemeenschappelijke bus in de propagatie-richting van de akoestische oppervlaktegolven.

Een met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter in overeenstemming met de onderhavige uitvinding heeft, als gevolg van de V-vormige gemeenschappelijke bussen een minimum oppervlak met niet-werkzame elektrode-secties. Als gevolg van dezelfde omstandigheden is het, bij gebruik van een geapodiseerde ingangstransducer met een schuine apodisa-tie-structuur in het banddoorlaatfilter mogelijk gebleken om de filterpo-lariteit om te keren zonder aanmerkelijke variaties in het signaalniveau in het geval van een doorgaande verbinding danwel een terugkoppelverbin-ding.

Korte beschrijving van de tekeningen.

Een specifieke uitvoeringsvorm zal in het volgende in detail worden beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekeningen die een specifieke uitvoeringsvorm ervan illustreren waarbij:

Figuur 1 een bovenaanzicht toont op een met akoestische oppervlaktegolven werkend banddoorlaatfilter volgens de uitvinding;

Figuur 2 een schematische weergave toont van een geapodiseerde transducer.

Voorkeursui tvoeringsvorm,

Een SAW-banddoorlaatfilter als getoond in figuur 1 bevat een piëzo-elektrisch substraat 1 (bijvoorbeeld bestaand uit lithiumniobaat) op het oppervlak waarvan in serie zijn aangebracht: een geapodiseerde elektro- akoestische ingangstransducer 2 die bepalend is voor de doorlaatband, en waarvan de gemeenschappelijke bussen 3, 4 verbonden zijn met de filter-ingangsaansluitingen 5, 5', een fasecomparator 6, een afscherming 7 die verbonden is met de leidingen 8, 8' en een niet-geapodiseerde elektro-akoestische uitgangstransducer 9, waarvan de gemeenschappelijke bussen 10, 11 zijn verbonden met de filteruitgangsaansluitingen 12, 12'. Om het niveau van de signalen die gereflecteerd worden tegen de eindvlakken van het substraat 1 te verminderen, is een absorberende coating 13 aangebracht op het oppervlak ervan aangrenzend aan de eindvlakken.

De geapodiseerde ingangstransducer 2 (figuur 2) bezit een schuin verlopende apodisatie-structuur en de begrenzingen 14 van het gebied 15 waar de penvormige elektroden 16 elkaar overlappen, verlopen symmetrisch rond de lijn 17 die een diagonaal is van de transducer 2.

De gemeenschappelijke bussen 3, 4 (figuur 1) van de transducer 2 zijn v-vormig en elk ervan bestaat respectievelijk uit twee secties ab-bc en A'B'-B'C'. De secties AB en B*C' lopen parallel aan de SAW-propagatie-richting en de secties A'B' en BC zijn afgebogen ten opzichte van respectievelijk AB en B'C' onder een hoek γ, die zodanig is gekozen dat voldaan wordt aan de voorwaarde dat de bussen 3, 4 de apodisatie-begrenzing 14 van de transducer 2 zo dicht mogelijk benaderen.

De beschermende afscherming 7 bestaat uit een strip van een metallische film die schuin staat met betrekking tot de SAW-propagatie-rich-ting. Ook de fasecomparator 6 is een metallische film die op het oppervlak van het substraat 1 is aangebracht en die de vorm heeft van een scherphoekige driehoek, waarvan de lengte van de basis "a" en de hoogte "b" zijn gekozen in overeenstemming met de volgende vergelijkingen.

a = L/4 - d b = (L/2 - d)tg γ, waarin L - lengte van de geapodiseerde transducer, d - projectie van de breedte van het afgebogen deel bc van de gemeenschappelijke bus 3 in de SAW-propagatierichting.

De driehoek (de fasecomparator 6} is zodanig georiënteerd dat één van zijn zijden is uitgelijnd met een zijkant van de afscherming 7, terwijl de basis in lijn ligt met de sectie AB van bus 3, en dus parallel loopt aan de SAW-propagatierichting, terwijl de afgebogen sectie BC van deze bus 3 zich het dichtst bevindt bij de basis.

Het SAW-banddoorlaatfilter volgens de uitvinding functioneert op de volgende wijze.

Een elektrisch signaal wordt toegevoerd aan de filteringangsaan-sluitingen 5, 5', waarmee de gemeenschappelijke bussen 3, 4 van de geapo- diseerde transducer 2 zijn verbonden. De transducer 2 exciteert akoestische oppervlaktegolven die gaan propageren langs het piëzo-elektrische substraat 1 in twee richtingen: in de richting van de uitgangstransducer 9 (een nuttig enkel doorgangssignaal) en in tegengestelde richting. Tijdens de passage yan de golf onder de pen-elektroden 16 van de ingangs-transducer 2 treedt er daarentegen een SAW-reflectie op en deze gereflecteerde golven, die de in de richting van de transducer 9 propagerende golven overlappen, veroorzaken een vervorming van de amplitude-freguen-tie-responsie van het filter, De mate van vervorming hangt af van de lengte van de signaalpassage onder niet-werkzame (niet-overlappende) delen van de pen-elektroden 16. Het gebruik van V-vormige gemeenschappelijke bussen 3, 4 maakt het mogelijk om het oppervlak van niet-werkzame elektrodedelen (getoond met de gestippelde arcering in figuur 2) aanzienlijk te reduceren.

Zolang echter de SAW-propagatiesnelheid in de zones met een geleidende bekleding (metallisatie) en in de zones met een vrije oppervlak van het substraat 1 varieert, zal de golf tijdens z’n propagatie vanaf.de doorsnede 1-1 (figuur 1) waar de metallisatie nagenoeg over het gehele golffront aanwezig is, tot aan doorsnede XX-XX, waar geen metallisatie aanwezig is, een vervorming van zijn golffront ondervinden. De fasecompa-rator 6 zorgt nu voor een compensatie van deze vervorming. De vorm en de afmetingen van de fasecomparator zijn gekozen uitgaande van de voorwaarde dat een compensatie moet worden verschaft voor de onvolkomen metallisatie in elk longitudinaal golffrontkanaal op het oppervlak tussen de doorsneden X-X en ΣΙ-ΙΙ. Als resultaat daarvan bereikt de golf de ingang van transducer 9 (doorsnede XII-IXX) met een geëffend golffront zonder vervormingen.

Dit zal nu in meer detail worden beschouwd. Afgeschuind door de gebogen secties van de bussen 3 en 4 bestaan de zones met niet-werkzame elektroden uit twee gelijke delen: vrije oppervlaktedelen en gemetalliseerde oppervlaktedelen. De ontbrekende metallisatie in het verlengde van de horizontale sectie AB van bus 3 zal dus gelijk zijn aan: 1/2 BD - BE = L/4 - d = a.

Er is geen onvolkomen metallisatie in het longitudinale kanaal op het niveau van het einde van de afgebogen sectie BC van bus 3 (punt c). Derhalve kan de hoogte "b" van de fase-comparator worden gedefinieerd als: b = DC = (L/2 - d)tg γ.

Als gevolg van het gebruik van de geapodiseerde transducer 2 met een schuin verlopende apodisatiestructuur wordt een minimale SAW-reflec- tie van de werkzame elektrodesecties verzekerd, omdat de weg van een nuttige signaaldoorgang in elk longitudinaal kanaal onder het actieve gebied 15 (figuur 2) gedurende de SAW-propagatie langs de transducer 2 aanzienlijk is gereduceerd.

Als gevolg van het feit dat de pen-elektroden 16, die met telkens omgekeerde polariteiten zijn aangesloten op de bussen 3, 4, praktisch dezelfde lengte hebben als gevolg van de schuinstand in het gebied tussen de doorsneden I-I en II-II wordt het filter volgens de uitvinding tegelijkertijd gekenmerkt door een hoog niveau van symmetrie langs de rechtstreekse doorgang van een signaal gedurende een polariteitsomkering van de geapodiseerde transducer 2.

Industriële toepassing.

Een SAW-banddoorlaatfilter volgens de uitvinding kan worden gebruikt in akoestische en elektronische inrichtingen voor verwerken van signalen op akoestische oppervlaktegolven in het frequentie- en in het tijddomein, in het bijzonder voor stationaire en draagbare televisie-ontvangers en video-bandrecorders, in het bijzonder de uitvoeringsvorm met een symmetrische kiezer-uitgang en een symmetrische begrenzing aan de filter-uitgang.

Claims (2)

1. Met akoestische golven werkend banddoorlaatfilter, omvattende een piëzo-elektrisch substraat (1) op het oppervlak waarvan in serie zijn aangebracht een geapodiseerde elektro-akoestische ingangstransducer (2) met een schuin verlopende apodisatiestructuur, gemeenschappelijke bussen (3, 4) die verbonden zijn met de £ilteringangsaansluitingen (5, 5'), een afscherming (7), een niet-geapodiseerde elektro-akoestische uitgangs-transducer (9), waarvan de gemeenschappelijke bussen (10, 11) zijn verbonden met de filteruitgangsaansluitingen (12, 12'), met het kenmerk, dat de gemeenschappelijke bussen (3, 4) van de geapodiseerde ingangstransducer
2. (2) V-vormig zijn uitgevoerd en elk voorzien zijn van twee secties (AB-BC en A'b'-B'C'), waarbij één van deze secties parallel loopt aan de propagatierichting van de akoestische oppervlaktegolven en de tweede sectie afgebogen is onder een hoek γ ten opzichte van de eerste sectie zodanig dat de bussen (3, 4) zo veel mogelijk de begrenzing (14) van de apodisatie van de transducer (2) benaderen, en het filter verder voorzien is van een fasecomparator (6) die in feite bestaat uit een verdere metal-lisatiesectie aangebracht tussen de geapodiseerde transducer (2) en de afscherming (7), uitgevoerd in de vorm van een driehoek die zódanig is georiënteerd dat zijn basis in lijn ligt met de sectie (AB) van de bus (3), parallel aan de propagatie-richting van de akoestische oppervlaktegolven, waarbij verder de gebogen sectie (BC) van dezelfde bus zich het dichtst bij deze driehoek bevindt, en de lengte van de basis "a" en de hoogte "b" van deze driehoek zijn gekozen in overeenstemming met de volgende vergelijkingen: a = l/4 - d b = (L/2 - d)tg γ, waarin L - lengte van de geapodiseerde transducer, d - projectie van de breedte van het afgebogen deel van de gemeenschappelijke bus in de propagatie-richting van de akoestische oppervlaktegolven.