SE426199B - Akustisk ytvagsresonator - Google Patents

Description

7801170-7 2 1 ___. ganen för att därigenom definiera en första resonanskavitet med förmåga att under- hålla ett resonansmönster av akustiska stående ytvågor, samt ett andra par av reflek- torer för att definiera en andra resonanskavitet, varvid varje reflektor som utnytt- jas till att definiera mer än en resonanskavitet uppvisar sådan reflexionsförmåga att akustisk ytvågsenergi kopplas mellan nämnda resonanskaviteter, ett par av utgångskläm- mor samt utgångsomvandlarorgan anslutna till utgångsklämmorna och anbringade på nämnda yta innanför den andra resonanskaviteten för att omvandla akustisk ytvågsenergi till en elektrisk utsignal. l dessa två kända typer av akustiska ytvågsresonatorer utgöres ingångsomvand- larorganen och utgångsomvandlarorganen vardera av två uppsättningar av elektroder som bildar en interdigitalomvandlare, varvid varje interdigitalomvandlare är så belägen att dess ytområde med maximal känslighet sammanfaller med det stående vågmönstrets maxima. l båda fallen uppvisar den elektriska energi som utmatas av utgångsomvandlaren, som är känslig för resonansmönstret vid resonansmodfrekvensen, ett mycket smalt frek- vensband. Utgångsomvandlaren är emellertid även känslig för vandringsvågor från in- gångsomvandlaren inom ett andra bredare passband som i sig innefattar det mycket smala resonansmodfrekvenspassbandet. Storleken av den elektriska energi som utmatas Å från utgångsomvandlaren till svar på vandringsvågor inom detta andra breda passband leder till en ej önskvärd liten nivåskillnad mellan spärrbandsnivån och nivån för nämnda mycket smala frekvenspassband vid resonansmodfrekvensen. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en akustisk ytvågsresonator med lägre nlvå inom spärrbandet. 7 Enligt uppfinningen är en akustisk ytvågsresonator av tidigare nämnda första eller andra typ kännetecknad av att nämnda omvandlarorgan vardera innefattar en första och en andra interdigitalomvandlare som är inbördes förskjutna såväl vinkel- rät mot som parallellt med utbredningsriktningen och som vardera innefattar två elek- troduppsättningar, varvid elektroderna i varje uppsättning är elektriskt sammankopp- É lade; att var och en av nämnda ingångsklämmor och var och en av nämnda utgångskläm- mor är anslutna till varsitt par av elektroduppsättningar, varvid en uppsättning ingår i den första och den andra uppsättningen ingår i den andra interdigitalomvandlaren i l de ifrågavarande omvandlarorganen; att de två elektroduppsättningar som är gemensamt anslutna till en klämma är så utvalda att de är kopplade till samma fas av det akus- tiska ytvågsresonansmönstret som samverkar med ifrågavarande omvandlarorgan, medan så- väl de två ingångsklämmorna som de två utgângsklämmorna är anslutna till inbördes mot- satta faser av nämnda resonansmönster via elektroduppsättningarna; och att de första interdigitalomvandlarna i de två omvandlarorganen är åtskilda en första sträcka i ut- bredningsriktningen och de andra interdigitalomvandlarna i de två omvandlarorganen är åtskilda en andra sträcka, medan de tvâ till var och en av klämmorna anslutna elek- troduppsättningarna är valda i beroende av nämnda första och andra sträckor på sådant sätt att för varje utgångsklämma de därtill anslutna två elektroduppsättningarna är 4 Ä 3 7801170-7 känsliga för akustiska vandringsytvågor, som utsändes av ingångsomvandlarorganen, med motsatta potentialer.

Uppfinningen grundar sig på insikten att man genom uppdelning av såväl ingångs- som utgångsomvandlarna i inbördes förskjutna par av interdigitalomvandlare och genom lokalisering av de båda omvandlarparen på sådant sätt att de i en grad under maximal verkningsgrad är kopplade till resonansmönstret eller i förekommande fall resonans- mönstren, det är möjligt att välja ett läge för paret av ingångsomvandlare i förhål- lande till resonansmönstret och anslutningen av elektroduppsättningarna i detta om- vandlarpar till ingångsklämmorna på annat sätt än läget för paret av utgångsomvand- lare i förhållande till samma resonansmönster eller i förekommande fall dess speciella resonansmönster, samt kopplingen av elektroduppsättningarna i sistnämnda omvandlarpar till utgångsklämmorna på sådant sätt att svaren från paret av utgångsomvandlare på resonansmönstret adderas vid utgångsklämmorna medan svaren från utgängsomvandlarparet på vandringsvågor som mottages direkt från ingångsomvandlarna subtraheras vid utgångs- klämmorna.

En akustisk ytvågsanordning av den första kända typen, dvs typen med ingångs- och utgångsomvandlarorgan i samma resonanskavitet, kan uppfattas som ett filter. Då detta filter uppvisar kännetecknen enligt uppfinningen erhålles en förbättrad spärr- bandsnivå. Två anordningar av detta slag kan sammankopplas genom anslutning av ut- gångsklämmorna hos den första anordningen till ingångsklämmorna hos den andra anord- ningen för att bilda hela eller en del av ett kopplat resonatorfilter. I detta fall kommer vandringsvågorna från ingångsomvandlarorganen i den första anordningen ej att nå fram till utgångsomvandlarorganen i den andra anordningen och kaskadkopplingen av de två anordningarna kommer i sig själv att sänka spärrbandsnivån. Sänkningen av spärrbandsnivån inom var och en av resonatorerna är emellertid fortfarande till för- del för att ytterligare sänka den totala spärrbandsnivân.

En akustisk ytvågsanordning av den andra kända typen, dvs typen med ingångs- och utgångsomvandlarorganen i olika resonanskaviteter med läckning av akustisk energi mellan de två kaviteterna, utgör ett kopplat resonatorfilter. I detta fall kommer van- dringsvågorna från ingångsomvandlarorganen i den första resonanskaviteten att nå fram till utgångsomvandlarorganen i den andra resonanskaviteten, vilket innebär att sänk- ningen av spärrbandsnivån i anordningen blir särskilt betydelsefull då denna uppvisar kännetecknen enligt uppfinningen. l ett akustiskt ytvågsresonatorfilter där två resonanskaviteter är kopplade genom en elektrisk anslutning mellan utgångsomvandlarorganen i den ena kaviteten och ingångsomvandlarorganen i den andra kaviteten är kopplingsgraden mellan kaviteterna naturligt låg och filtrets passband tenderar sålunda att bli smalt. I ett akustiskt ytvågsresonatorfilter där tvâ resonanskaviteter, varav den ena innefattar ett ingångs- omvandlarorgan och den andra innefattar ett utgângsomvandlarorgan, är kopplade genom, läckning av akustisk energi genom en eller flera uppdelade reflektorer, så kan kopp- lingsgraden mellan kaviteterna vara stor och kan sålunda filtret ha ett brett pass- 7801170-7 i band. Sådana filter med smala passband eller breda passband kan båda vara lämpliga för speciella ändamål. I båda fallen är filtrets passband generellt mycket smalare än passbanden för omvandlarorganen och i samtliga fall innebär uppfinningen en sänk- ning av spärrbandsnivån utanför filtrets passband.

För att åstadkomma ett så långt möjligt likformigt resonansmönster i resonans- kaviteten är elektrodmönstren för de fyra elektroduppsättningarna ingående i ingångs- omvandlarorganen och deras lägen relativt resonansmönstret företrädesvis valt på så- dant sätt att nämnda fyra elektroduppsättningar har samma kopplingsgrad till resonans- mönstret.

Av samma skäl är de första och andra interdigitalomvandlarna ingående i in- å gångsomvandlarorganen företrädesvis väsentligen lika och dessutom anordnade med samma K' kopplingsgrad till resonansmönstret.

För att säkerställa att den av utgångsomvandlarorganen utmatade energin på ut- gångsklämmorna vid resonansmodfrekvensen blir så stor som möjligt är elektrodmönstren för de fyra elektroduppsättningarna i utgångsomvandlarorgane1och deras lägen relativt resonansmönstret företrädesvis valt på sådant sätt att dessa fyra elektroduppsättningar har samma kopplingsgrad till resonansmönstret. Nämnda första och andra interdigital- omvandlare P utgångsomvandlarorganen har företrädesvis väsentligen överensstämmande amplitud-frekvenssvar, vilket är till fördel för att förbättra undertryckningen av amplituden av den elektriska signalen på utgångsklämmorna inom nämnda andra passband känsligt för vandringsvågorna.

Därutöver är avstånden mellan nämnda första och andra interdigitalomvandlare företrädesvis lika, varigenom säkerställas att den på utgångsklämmorna erhållna elek- triska signalen till följd av vandringsvågorna undertryckes över största möjliga band- bredd. i Flera önskvärda funktionsegenskaper hos resonatorn är uppnådda genom ett före- draget utföringsexempel på uppfinningen som är kännetecknat av att nämnda första och andra interdigitalomvandlare i varje omvandlarorgan är väsentligen lika, varvid efter varandra följande elektroder i en elektroduppsättning i den första interdigitalom- vandlaren bildar elektrodpar med efter varandra följande elektroder i en elektrod- uppsättning ingående i den andra interdigitalomvandlaren varvid elektroderna i varje par är förskjutna från den närmast liggande antinoden i resonansmönstret väsentligen lika stor sträcka i motsatta riktningar, medan elektroderna i varje par i ett av nämnda omvandlarorgan är kopplade till samma klämma och de antinoder i resonans- mönstret som ligger närmast de ifrågavarande elektroderna har samma fasläge, medan Q elektroderna i varje par i det andra omvandlarorganet är kopplade till olika klämmor i för detta omvandlarorgan och de antinoder för resonansfihsflet som ligger närmast de ifrågavarande elektroderna är av motsatt fasläge. 7801170-7 Ett ytterligare föredraget utföringsexempel som uppvisar nämnda önskvärda egenskaper är kännetecknat av att de fyra interdigitalomvandlarna ingående i de två omvandlarorganen är väsentligen lika och att de första och andra interdigitalomvand- larna i varje omvandlarorgan är inbördes förskjutna en fjärdedels våglängd av reso- nansmönstret i utbredningsriktningen, samt att elektroderna i varje elektroduppsätt- ning uppvisar ett verksamt inbördes avstånd som är lika med en våglängd av resonans- mönstret, medan nämnda första och andra interdigitalomvandlare är åtskilda lika stora sträckor, och varvid de två elektroderna i nämnda par ingående i de första och andra interdigitalomvandlarna är förskjutna från resonansmönstrets närmast liggande anti- nod en åttondels våglängd av resonansmönstret.

Om önskvärt kan varje elektrod vara uppdelad i två subelektroder som är in- bördes förskjutna i utbredningsriktningen.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till ritningar, där: jig_l visar en schematisk planvy av en akustisk ytvägsanordning enligt uppfinnigen med ingångs- och utgångsomvandlarorgan anordnade i en och samma resonanskavitet; fig_š visar en schematisk planvy av två anordningar enligt fig l, vilka är sammankopplade till att bilda ett kopplat resonansfilter enligt uppfinningen; fig_§ visar en schematisk planvy av en akustisk ytvågsanordning enligt uppfinningen med ingångs- och utgångsomvandlarorgan i olika resonanskaviteter uppvisande läckning av akustisk energi mellan de två kaviteterna,så att ett kopplat resonansfilter er- hålles.

Med hänvisning till fig l så visas där ett substrat med en piezoelektrisk yta l00 av ett material med förmåga att åstadkomma utbredning och underhålla akustiska ytvågor, t ex Y-snittat litiumniobat med Z-utbredning.

En ingångsenergikälla S är ansluten till ett par av ingångsklämmor IPl och IPZ. lngångsomvandlarorganen består av första och andra interdigitalomvandlare EF och GH och är belägna på ytan l00 samt anslutna till ingångsklämmorna lPl och lP2 för omvandling av tillförd elektrisk ingångsenergi till akustiska vandringsytvågor med utbredning på ytan l0D parallellt med en förutbestämd axel A. Den första inter- digitalomvandlaren EF bildas av en uppsättning av elektroder El och E2 anslutna till en gemensam busskena Bl samt en uppsättning av elektroder Fl och F2 anslutna till en busskena B2. Den andra interdigitalomvandlaren bildas av en uppsättning av elek- troder Gl och G2 anslutna till gemensam busskena B3 samt en uppsättning av elek- troder Hl och H2 anslutna till den gemensamma busskenan B2. Elektroderna i var och en av de fyra uppsättningarna,som bildar ingångsomvandlarorganen,t ex elektroderna El och E2, har ett verksamt inbördes avstånd i axelns A riktning lika med en våg- längd )\ för akustiska ytvågor med viss bestämd frekvens f. intilliggande elektroder inom vardera av nämnda första och andra interdigitalomvandlare, t ex elektroderna E2 och FZ, har ett verksamt inbördes avstånd i axelns A riktning lika med halv våglängd :Å/2 vid frekvensen f. De första och andra interdigitalomvandlarna EF och GH är inbördes förskjutna vinkelrätt mot axeln A samt förskjutna i axelns A 7so117o-7 6 riktning en fjärdedels våglängd Å/Å vid frekvensen f, vilket framgår av Å/Ä- förskjutningen av elektroderna F2 och H2. lngångsomvandlarorganen uppvisar ett amplitud-frekvenssvar som överensstämmer med svaret för de respektive likadana första och andra interdigitalomvandlarna EF och GH, vilket innefattar ett första S frekvenspassband centrerat kring frekvensen f. Bredden av detta första passband be- É ror väsentligen på antalet elektroder i de respektive interdigitalomvandlarna EF och GH och ett typexempel på passbandet är 4 MHz centrerat på frekvensen f lika med 200 MHz. ' Ett par av reflektorer Rl och R2 är belägna på ytan 100 på båda sidor om in- gångsomvandlarorganen för att var och en väsentligen reflektera vandringsvågorna.

Varje reflektor Rl och R2 består av en periodisk gitterstruktur innefattande ett an- tal diskreta diskontinuiteter 200 respektive 300, på den piezoelektriska ytan l00.

Varje diskontinuitet, som exempelvis kan bestå av en ledningsremsa på ytan eller ett spår i ytan, är anordnad att reflektera viss därpå infallande akustisk ytvågsenergi.

Reflektorerna Rl och R2 uppvisar vardera ett reflexfrekvenspassband, och i ett typ- exempel innehåller var och en av reflektorerna Rl och R2 250 diskontinuiteter 200 och 300 med ett verksamt inbördes avstånd lika med en halv våglängd )V2.víd nämnda frek- vens f lika med 200 MHz och åstadkommer därvid ett reflexpassband med bredden 800 kHz centrerat kring frekvensen f lika med 200 MHz. Reflektorparet Rl och R2 är inbördes förskjutna för att gemensamt bilda en resonanskavitet med förmåga att underhålla ett - resonansmönster av akustiska, stående ytvågor vid en resonansmodfrekvens som ligger innanför reflexpassbanden. För detta ändamål kan den verksamma längden D hos resonans- kaviteten väljas väsentligen lika med ett helt antal halva våglängder av akustiska yt- vågor vid nämnda resonansmodfrekvens. Till följd av stående-våg-resonansmönstren kom- mer den vid ytan uppmätta elektriska potentialen att uppvisa successiva minima och maxima som i det följande benämnas noder respektive antinoder. _ Resonansmodfrekvensen överensstämmer med mittfrekvensen f för ingångsomvand- larorganet och därför är elektroderna i ingångsomvandlarorganet regelbundet anbringade i förhållande till stående-våg-resonansmönstret. Konsekutiva elektroder i en elektrod- uppsättning ingående i den första interdigítalomvandlaren EF bildar elektrodpar med konsekutiva elektroder ingående i elektroduppsättningen i den andra interdigitalom- vandlaren GH, från vilken densamma är förskjuten parallellt med axeln A en fjärdedels våglängd Å/Å. Elektrodparen är sålunda El och Gl, E2 och G2, Fl och Hl samt F2 och H2. De två elektroderna i varje par är anslutna till samma ingångsklämma samt för- skjutna från samma antinod AN i resonansmönstret en åttondels våglängd )\/8 vid re- sonansmodfrekvensen f i motsatta riktningar parallellt med axeln A. Elektroduppsätt- ningen El och E2 samt elektroduppsättningen Gl och G2, som är sammankopplade genom ledningen Ll3 med ingångsklämman lPl, är kopplade till samma fasläge (positivt i fig l) i resonansmönstret.

Elektroduppsättningen Fl och F2 samt elektroduppsättningen Hl och H2, som är sammankopplade genom ledningen L2 med ingångsklämman lP2, är även dessa inbördes kopp- 7801170-7 lade till samma fasläge (negativt i fig l) i resonansmönstret. Sålunda är de två in- gångsklämmorna lPl och lP2 kopplade via elektroduppsättningar ingående i ingångsom- vandlarorganet till motsatta faslägen i resonansmönstret för att uppnå förstärkt exitering av resonansmönstret.

En belastning L ärlopphd till utgångsklämparet 0Pl och OP2. Utgångsomvandlar- organet, som består av första och andra likadana interdigitalomvandlare TU och VW, är anbringat på ytan l0U inuti den kavitet som bildas av reflektorerna Rl och R2, vilka omvandlare är kopplade till utgångsklämorna 0Pl och OP2 och är känsliga för akustiska vandringsytvågor från ingångsomvandlarorganet samt känsliga för resonansmönstret av akustiska stående ytvågor för omvandling av akustisk energi till en elektrisk utsignal som tillföres utgångsklämmorna 0Pl och OP2. Den första interdigitalomvandlaren TU bil- das av en elektroduppsättning Tl och T2, vilka elektroder är elektriskt sammankopp- lade med en busskena Bk, samt en elektroduppsättning Ul och U2, vilka elektroder är sammankopplade med en busskena B5. Den andra interdigitalomvandlaren bildas av en elektroduppsättning Vl och V2 som är elektriskt sammankopplade med en busskena B6 och en elektroduppsättning Wl och W2. vilka är elektriskt sammankopplade med bus- skenan B5.

Utgångsomvandlarorganet liknar ingångsomvandlarorganet enligt följande. Inter- digitalomvandlarna TU och VW innefattar vardera lika många elektroder av samma form och storlek som interdigitalomvandlarna EF och GH. Elektroderna i var och en av de fyra uppsättningar som bildar utgångsomvandlarorganet, t ex elektroderna Tl och T2, har ett verksamt inbördes avstånd lika med en våglängd )\vid den förutbestämda frek- vensen f. intilliggande elektroder inom såväl den första Som den andra interdigital- omvandlaren, t ex elektroderna T2 och U2, har ett verksamt inbördes avstånd lika med en halv våglängd lö/2 vid frekvensen f. Den första och andra interdigitalomvandlaren TU och VW är förskjutna i axelns A riktning en fjärdedels våglängd )\/4 vid frek- vensen f, vilket framgår av )\/4-förskjutningen mellan elektroderna U2 och V2. För- skjutningen av den andra interdigitalomvandlaren VN från den första interdigitalom- vandlaren TU i utgångsomvandlarorganet parallellt med axeln A har dessutom samma rikt- ning som förskjutningen av den andra interdigitalomvandlaren GH från den första inter- digitalomvandlaren EF i íngångsomvandlarorganet parallellt med axeln A. Utgångsomvand- larorganet uppvisar ett amplitud-frekvenssvar, som överensstämmer med svaret för den första och den andra interdigitalomvandlaren TU respektive VW, vilket svar innefattar ett andra frekvensband som överensstämmer med det första frekvensbandet för ingångs- omvandlarorganet och som likaså är centrerat kring frekvensen f.

Kavitetens resonansmodfrekvens är sålunda densamma som mittfrekvensen f för utgångsomvandlarorganet och därför är även elektroderna i utgångsomvandlarorganet regelbundet förskjutna relativt stående-våg-resonans mönstret. Varje elektrod i en elektroduppsättning i den första interdigitalomvandlaren TU bildar ett elektrodpar med en elektrod i den elektroduppsättning i den andra interdigitalomvandlaren VW från 7801170-7 s vilken densamma är förskjuten parallellt med axeln A en fjärdedels våglängd )\/4.

Elektrodparen är sålunda Tl och Wl, T2 och H2, Ul och Wi samt U2 och V2. De två elektroderna i varje par är anslutna till motsatta utgångsklämmor samt förskjutna från samma nod N i resonansmönstret med en åttondels våglängd Åh/8 vid resonansmod- frekvensen f i motsatta riktningar parallellt med axeln A. Sålunda är elektrodupp- sättningen Tl och T2 samt elektroduppsättningen VI och V2, vilka är sammankopplade genom ledningen LÄ6 med utgångsklämman OP2, kopplade till samma fasläge (negativt i fig l) i resonansmönstret. Elektroduppsättningen Ul och U2 samt elektroduppsättningen Wi och W2,.vilka är anslutna genom ledningen L5 till utgångsklämman OPI, är kopplade tili samma fasläge (positivt i fig l) i resonansmönstret. Sålunda är de två utgångs- klämmorna 0Pl och OP2 kopplade via elektroduppsättningarna i utgångsomvandlarorganet till motsatta faslägen av resonansmönstret för att åstadkomma förstärkning av ampli- tuden för den elektriska energi som tíllföres belastningen L via utgångsklämmorna 0Pl och OP2 vid resonansmodfrekvensen för resonansmönstret. _ Nämnda första och andra interdigitalomvandlare är förskjutna parallellt med axeln A )\/Å i samma riktning i såväl ingångsomvandlarorganet som utgångsomvandlar- organet. Eftersom samtliga fyra interdigitalomvandlare är likadana är sålunda väg- längden Pl för vandringsvågor mellan de första interdigitalomvandlarna EF och TU de- samma som väglängden P2 för vandringsvågor mellan de andra interdigitalomvandiarna GH och VW vid alla frekvenser. Vid en viss tidpunkt utsänder elektroderna El, E2, Gl och G2, vilka är anslutna till ingångsklämman |Pl, samtidigt vandringsvågor med ett fasläge, och samtidigt utsänder elektroderna Fl, F2; Hl och H2 samtidigt vand- ringsvågor med ett fasläge som är motsatt det förstnämnda. Elektroderna Tl, T2, Vi och W2 avkänner samtidigt vandringsvågor med nämnda första fasläge, och samtidigt av- känner elektroderna Ul, U2, VI och V2 vandringsvågor med det motsatta fasläget. Emel- lertid är elektroderna Tl, T2, Vl och V2 anslutna till samma utgångsklämma OP2, lik- som elektroderna Wl, NZ, Ul och U2 är anslutna till samma utgångsklämma 0Pl. Sålunda är för varje utgångsklämma 0Pl och OP2 de två därtill anslutna elektroduppsättningarna känsliga för vandringsvågor vid alla frekvenser inom passbandet för nämnda första och andra utgångsinterdigitalomvandlare TU och VW för att alstra spänningar med ett motsatt fasläge och därigenom blir den elektriska energi som till följd av vandrings- vågor tillföres belastningen L via utgångsklämmorna OPI och OP2 fullständigt under- tryckt.

Olika tänkbara modifikationer inom uppfinningens ram av den i fig l visade akustiska ytvågsresonatorn kommer att behandlas i det följande. . l anordningen i fig l är elektrodmönstren för de fyra elektroduppsättningarna i ingångsomvandlarorganet och deras läge relativt resonansmönstret sådant att var och en av dessa elektroduppsättningar i samma grad är kopplade till resonansmönstret i vid och en antínod AN i detta resonansmönster. För ingångsomvandlarorganet innebär detta F6S0nansmodfrekvensen f, dvs samtliga elektroder är belägna mittemellan en nod N att ett likformigt resonansmönster erhålles i resonanskaviteten, medan i utgångsom- 7801170-7 vandlarorganet amplituden av den på utgångsklämmorna 0Pl och OP2 erhållna elektriska signalen vid resonansmodfrekvensen är maximal. Emellertid är denna egenskap ej grund- läggande för uppfinningen. Exempelvis kan elektroderna i interdigitalomvandlarna EF och VW vara belägna närmare noderna, medan elektroderna i interdigitalomvandlarna GH och TU är belägna närmare antinoderna i resonansmönstret.

I anordníngen i fig liär nämnda första och andra interdigitalomvandlare i re- spektive ingångsomvandlarorgan dessutom väsentligen lika och anordnade att med lika grad koppla till nämnda resonansmönster. För ingångsomvandlarorganet förstärker detta likformigheten i resonansmönstret, medan det för utgångsomvandlarorganet innebär en förstärkt undertryckning av svaret på vandringsvågor. Detta tenderar även att säker- ställa exiteringen av ett likformigt resonansmönster i kavíteten. Emellertid är denna egenskap ej väsentlig för uppfinningen. Exempelvis kan interdigitalomvandlarna i vart och ett av omvandlarorganen innehålla olika många elektroder och/eller elektroder av olika storlek.

En annan egenskap hos anordníngen i fíg l är att nämnda första och andra väg- längder Pl och P2 är densamma. Härigenom säkerställes att den elektriska energi som erhålles på utgångsklämmorna till svar på vandringsvâgor undertryckes över maximal bandbredd. Detta uppnås genom den i fíg l visade kompakta anordníngen, i vilken de första och andra interdigitalomvandlarna i varje omvandlarorgan är inbördes för- skjutna en fjärdedels våglängd )\/H vid resonansmodfrekvensen f parallellt med axeln A och där de gemensamma busskenorna BZ och B5 ingår. Samma fördelaktiga undertryck- ning av svaret på vandringsvågor över den maximala bandbredden kan även uppnås i en mindre kompakt anordning om väglängden Pl och P2 förändrades med olika hela antal våg- längder vid frekvensen f. Emellertid kan våglängderna Pl och P2 också göras olika på annat sätt än helt antal våglängder vid frekvensen f, varvid man fortfarande erhåller undertryckning av svaret på vandringsvågor men då över en mindre bandbredd. I en mindre kompakt anordning kan också de gemensamma busskenorna BZ och B5 pppdelas i separata busskenor så att man erhåller större förskjutning av nämnda första och andra inter- digitalomvandlare vinkelrätt mot axeln A.

I anordníngen i fíg l är diskontinuiteterna 200 tinuiteterna 300 i reflektorn RZ åtskilda en halv våglängd vid samma frekvens f och i reflektorn Rl och diskon- reflektorerna Rl och R2 innehåller lika många diskontinuiteter. Dessa tvâ faktorer leder till reflektorer Rl och R2 med reflexionspassband av samma bredd centrerat kring frekvensen f. inte heller dessa faktorer är väsentliga så länge som det finns ett frekvensområde där dessa två passband överlappar. l anordníngen i fíg l är reson- nansmönstret grundat på en resonansmodfrekvens f, som är lika med frekvensen f för vilken reflektordiskontinuíteterna ZDD och 300 är åtskilda en halv våglängd. Ett re- sonansmönster kommer att uppstå för varje frekvens inom överlappningsområdet mellan passbanden för reflektorerna Rl och R2 för vilken gäller att den verksamma längden D av kaviteten uppgår till ett helt antal hela våglängder. Om detta överlappningsom- råde mellan passbanden och längden D båda är tillräckligt stora, så kan man erhålla 78Û117Û*7 io mer än en resonansmodfrekvens och resonatorn kommer att erhålla ett mycket smalt frekvenspassband förenat med en hög Q-faktor för resonato'n till följd av den höga verkningsgraden för reflektorerna omkring var och en av dessa resonansmodfrekvenser.

Q är ldefinierat som fo/jxf, där [Ä f anger 3db-bandbredden för resonatorn vid frek. vensen fo.

I anordningen i fig l består såväl ingångs- som utgångsomvandlarorganet av första och andra interdigitalomvandlare, vilka båda har intilliggande elektroder som är åtskilda en halv våglängd }\/2 vid samma frekvens f som den för vilken reflektor- diskontinuiteterna 200 och 300 är åtskilda en halv våglängd. Emellertid är detta ej grundläggande. Om exempelvis det finns mer än en resonansmodfrekvens i resonansmön- stret för kaviteten, så kommer noderna och antinoderna för resonansmönstret att upp- träda på olika avstånd för de olika resonansmodfrekvenserna och sålunda på väsentli- gen samma ställen intill reflektorerna Rl och R2 men på betydligt skilda ställen vid kavitetens centrum för de olika resonansmodfrekvenserna. Om man vill koppla in- och utgångsomvandlarorganen med god verkningsgrad till en resonansmodfrekvens som är skild från frekvensen f, så kan omvandlarorganen placeras i lämpliga lägen utmed resonans- kavitetens längd och de intilliggande elektroderna i interdigitalomvandlarna kan vara åtskilda en halv våglängd vid denna andra frekvens.

I anordningen i fig l är en elektrisk energikälla S kopplad till klämmorna lPl och lP2 och en belastning L kopplad till klämmorna 0Pl och OP2. Anordningen kom- mer att fungera på exakt samma sätt om källan S kopplas till klämmorna 0Pl och OP2 och belastningen till klämmorna lPl och IPZ. l anordningen i fig l är strukturen för var och en av reflektorerna Rl och R2 en periodisk gitterstruktur innefattande ett flertal diskreta diskontinuiteter i den piezoelektriska ytan, varvid varje diskontinuitet är anordnad att reflektera viss akustisk energi som infaller på densamma. Man inser att andra strukturer kan bilda reflektorer som reflekterar akustiska vandringsytvâgor med tillräcklig verkningsgrad för att en resonanskavitet skall erhållas. I anordningen i fig l kan varje elektrod uppdelas i två elektroddelar förskjutna lika stora sträckor i motsatta riktningar parallellt med axeln A.

Fig 2 visar en kopplad resonator bestående av två anordningar enligt fig l.

Reflektorparet Rll och Rl2 liksom reflektorparet R2l och R22 är utformade och anord- nade på samma sätt som reflektorparet Rl och R2 i fig l. Konfigurationen och arrange- manget av interdigitalomvandlarna EFl, GHl, TUl och Vwl, liksom konfigurationen och arrangemanget av interdigitalomvandlarna EF2, GH2, TU2 och VW2, ärdeßamma i respek- tive resonanskavitet som för interdigitalomvandlarna EF, GH, TU och VW i de respek- tive resonanskaviteterna i fig l. Inom den resonanskavitet, som bildas av reflekto- rerna Rll och Rl2, bildar interdigitalomvandlarna EFI och GHl ingångsomvandlarorgan som är anslutna till en elektrisk energikälla S via klämmorna lPll och IPl2, och interdigitalomvandlarna TUl och Vwl bildar utgångsomvandlarorgan som är anslutna till klämmorna 0lPl och 0IP2. Inom den kavitet som bildas av reflektorerna R2l och R22 7801170-7 ll bildar interdigitalomvandlarna TU2 och VW2 ingångsomvandlarorgan, vilka är an- slutna till klämmorna 0lPl och 0lP2, medan interdigitalomvandlarna EF2 och GH2 bildar utgångsomvandlarorgan, vilka är anslutna till en belastning L via klämmorna 0P2l och OP22.

En akustisk ytvågsanordning av det i fig l visade slaget, dvs en typ med ingångs- och utgångsomvandlarorgan i samma resonanskavitet, kan uppfattas som ett filter med förbättrad spärrbandsnivå. Två sådana anordningar sammankopplade enligt fig 2 genom anslutning av den första anordningens utgångsklämmor till den andra an- ordningens ingångsklämmor, utgör hela eller en del av ett kopplat resonatorfilter.

I detta fall kommer vandringsvågor från ingångsomvandlarorganet EFl, GHl i den första anordningen ej att nå fram till utgångsomvandlarorganen EF2, GH2 i den andra anord- ningen och kaskadkopplingen av de två anordningarna kommer i sig själv att sänka spärr- bandsnivån. Emellertid utgör sänkningen av spärrbandsnivån inom varje resonator en ytterligare fördel för vidare sänkning av den totala spärrbandsnivån.

Med hänvisning till fig 3 så visas där en akustisk ytvågsanordning innefat- tande tre reflektorer Rl, R2l och R3 anordnade i linjer på en piezoelektrisk yta l00 parallellt med den axel A för att var och en väsentligen reflektera vandringsvågor.

Ett första närliggande par Rl och R2l av dessa reflektorer är åtskilda en verksam sträcka Dl för att definiera en första resonanskavitet med förmåga att underhålla ett resonansmönster av akustiska, stående ytvågor vid en resonansmodfrekvens inom reflek- tionspassbanden för reflektorerna Rl och R2l. Ett andra intilliggande par R2l och R3 av dessa reflektorer är åtskilda en verksam sträcka D2 för att definiera en andra resonanskavitet med förmåga att underhålla ett resonansmönster av akustiska, stående ytvågor vid en resonansmodfrekvens inom reflektionspassbanden för reflektorerna R2l och R3. Konfigurationen och arrangemanget av reflektorparet Rl och R2l, liksom kon- figurationen och arrangemanget av reflektorparet R2l och R3, överensstämmer med kon- figurationen och arrangemanget av reflektorparet Rl och R2 i anordningen i fig l med den nödvändiga skillnaden att reflektorn R2l, som har en intilliggande reflektor på varje sida, är utformad med en reflexionsförmåga som exempelvis är lägre genom att ' den har ett mindre antal diskontinuiteter för att tillåta passage av vandrings- vågenergi genom densamma och koppla akustisk energi mellan den första och den andra resonanskaviteten i och för exitering av resonansmönstret i den andra kaviteten. Kon- figurationen och arrangemanget av ïnterdigitalomvandlarna EF och GH i den första kavi- teten, som bildas av reflektorerna Rl och R2l, överensstämmer med konfigurationen och arrangemanget av interdigitalomvandlarna EF och GH i den enda kaviteten i anordningen i fig l, och dessa omvandlare är anslutna via klämmorna lPl och lP2 till en elektrisk energikälla S. Konfigurationen och arrangemanget av interdigitalomvandlarna TU och VN i den andra kaviteten, som bildas av reflektorerna R2l och R3, överensstämmer med konfigurationen och arrangemanget av interdigitalomvandlarna TU och VW i den enda kaviteten i anordningen i fig l, och dessa omvandlare är anslutna via klämmorna 0Pl och OPZ till en belastning L. i7so117o-7 ,, En tänkbar modifikation av anordningen i fig 3 inom uppfinningens ram är att införa mer än tre reflektorer i linje och sålunda bilda en eller flera resonanskavi- teter mellan den första resonanskaviteten, som innehåller ingångsomvandlarorganet, och den andra resonanskaviteten, som innehåller utgångsomvandlarorganet. Sådana mellan- liggande resonanskaviteter kan utnyttjas till att anpassa anordningemitotala svars- karaktäristik. Dessa resonanskaviteter kan då innehålla omvandlarorgan för koppling av resonansmönstret till dessa mellanliggande kaviteter.

En akustisk ytvågsanordning av den i fig 3 visade typen, dvs en anordning med ingångs- och utgångsomvandlarorgan i olika resonanskvaiteter med läckning av akustisk energi mellan dessa två kaviteter, utgör ett kopplat resonatorfilter. I detta fall kommer vandringsvågorna från det första ingångsomvandlarorganet EF, GH i den första resonanskaviteten att nå fram till utgångsomvandlarorganet TU, VW i den andra reso- nanskaviteten, och härigenom blir sänkningen av spärrbandsnivån hos anordningen spe- ciellt stor genom åtgärder enligt uppfinningen. _ I ett akustiskt ytvågsresonatorfilter enligt fig 2, där tvâ resonanskaviteter är kopplade genom en elektrisk anslutning mellan utgångsomvandlarorganet i den ena kaviteten och ingångsomvandlarorganet | den andra ka viteten, är kopplingsgraden mel- lan kaviteterna naturligt låg och filtrets passband tenderar sålunda att bli smalt. K l ett akustiskt ytvågsresonatorfilter enligt ffg 3, där två resonanskaviteter, varav den ena innehåller ett ingångsomvandlarorgan och den andra ett utgångsomvandlarorgan, är kopplade genom läckning av akustisk energi via en eller flera gemensamma reflek- torer, så kan kopplingsgraden mellan kavieterna vara stor och sålunda filtrets pass- band vara brett. Sådana filter med dess smala passband eller breda passband kan var för sig vara ändamålsenliga för olika speciella tillämpningar. I båda fallen gäller generellt att filtrets passband är mycket smalare än passbanden för omvandlêf0f' ganen, vilket i samtliga fall innebär att åtgärderna enligt uppfinningen medför en sänkning av spärrbandsnivån utanför filtrets passband.

Claims (8)

7801170-7 13

1. Patentkrav i. Akustisk ytvågsresonator innefattande ett substrat med en píezoelek- trisk yta, ett par av ingångsklämmor, ingångsomvandlarorgan anordnade på nämnda yta och anslutna till nämnda ingångsklämmor för omvandling av en elek- trisk signal till akustiska vandringsytvågor med förutbestämd utbrednings- riktning, åtminstone två på nämnda yta anordnade reflektorer, vilka är an- bringade i linje mitt för varandra i utbredningsriktningen, varvid ett första intilliggande par av nämnda reflektorer är anordnat på båda sidor om ingångs- omvandlarorganet för att definiera en första resonanskavitet med förmåga att underhålla ett resonansmönster av akustiska, stående ytvågor, samt ett andra intilliggande par av reflektorer anordnade för att definiera en andra reso- nanskavitet, varvid nämnda första och andra kaviteter sammanfaller då reso- natorn innefattar färre än tre reflektorer, och varvid varje reflektor som utnyttjas till att definiera flera än en icke-sammanfallande resonanskavi- tet är utförd med sådan reflexionsförmåga att akustisk ytvâgsenergi kopplas mel- lan resonanskaviteterna, ett par av utgångsklämmor samt till nämnda utgångskläm- mor anslutna utgångsomvandlarorgan som är anbringade på nämnda yta innanför den andra resonanskaviteten för att omvandla akustisk ytvâgsenergi till en elektrisk utsignal, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda omvandlarorgan vart och ett in- nefattar en första och en andra interdigitalomvandlare, som är anordnade med inbördes förskjutning såväl vinkelrätt mot som parallellt med nämnda utbred- ningsriktning och som var och en innefattar två elektroduppsättningar, varvid elektroderna i varje uppsättning är elektriskt sammankopplade, att var och en av nämnda ingångsklämmor och utgångsklämmor är ansluten till var sitt par av elektroduppsättningar, varvid den ena uppsättningen ingår i den första och den andra uppsättningen ingår i den andra interdigitalomvandlaren i det ifrågava- rande omvandlingsorganet, att de två elektroduppsättningar som är gemensamt anslutna till en klämma är så valda att de är kopplade till samma fasläge av det akustiska ytvågsresonansmönstret som samverkar med det tillhörande omvand- larorganet, medan såväl de tvâ ingångsklämmorna som de två utgångsklämmorna är kopplade till inbördes motsatta faslägen av nämnda resonansmönster via elektrod- uppsättningarna, och att de första interdigitalomvandlarna i de två omvandlar- organen är åtskilda en första sträcka i utbredningsriktningen och de andra in- terdigitalomvandlarna i nämnda två omvandlarorgan är åtskilda en andra sträcka, varvid de två elektroduppsättningar som är anslutna till var och en av nämnda klämmor är valda i beroende av nämnda första och andra sträckor på sådant sätt att för varje utgångsklämma gäller att de två därtill anslutna elektroduppsätt- ningarna är känsliga för akustiska vandringsytvågor, som utsändes av nämnda in- gångsomvandlarorgan, med motsatta potentialer. 7so117o-7 _ 14 a

2. Akustisk ytvågsanordning enligt patentkravet_l, k ä n n e t e c k n a d av att elektrodmönstren i de fyra elektroduppsättningarna i ingångsomvandlar- organet och deras läge i förhållande till resonansmönstret är sådant att de fyra elektroduppsättningarna har samma kopplingsgrad till resonansmönstret.

3. Akustisk ytvågsresonator enligt något av patentkraven l - 2, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda första och andra interdigitalomvandlare i ingångs- omvandlarorganet är väsentligen lika samt anordnade med samma kopplingsgrad till resonansmönstret.

4. Akustisk ytvågsresonator enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e- t e c k n a d av att elektrodmönstren för de fyra elektroduppsättningarna i utgångsomvandlarorganet och att deras läge i förhållande till resonansmönstret är sådant att de fyra elektroduppsättningarna har samma kopplingsgrad till re- sonansmönstret.

5. Akustisk ytvågsresonator enligt något av patentkraven l - 4, k ä n n e- t e c k n a d av att nämnda första och andra interdigitalomvandlare i utgångs- omvandlarorganet har väsentligen samma amplitud-frekvensevar.

6. Akustisk ytvågsresonator enligt något av de föregående patentkraven, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första och andra sträcka mellan nämnda första och andra interdigitalomvandlare båda är lika.

7. Akustisk ytvågsresonator enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda första och andra interdigitalomvandlare | varje omvandlarorgan 1 är väsentligen lika, varvid konsekutiva elektroder | en elektroduppsättníng i den första interdigitalomvandlaren bildar elektrodpar med konsekutiva elektro- der i en elektroduppsättning i den andra interdigitalomvandlaren, varvid elek- troderna i varje par är förskjutna från den närmast liggande antinoden i reso- nansmönstret väsentligen lika stor sträcka i motsatta riktningar, medan elek- troderna i varje par i ett av nämnda omvandlarorgan är anslutna till samma kläm- ma och antinoderna för resonansmönstret som är belägna närmast de ifrågavarande elektroderna är av samma fasläge, och varvid elektroderna i varje par i det andra omvandlarorganet är anslutna till olika klämmor för detta omvandlarorgan och an- tinoderna för resonansmönstret som är belägna närmast de ifrågavarande elektro- derna är av motsatt fasläge,

8. Akustisk ytvågsresonator enligt patentkravet.7, k ä n n e t e c k n a d av att de fyra ínterdigitalomvandlarna i de två omvandlarorganen är väsentligen lika, och att nämnda första och andra interdigitalomvandlare i varje omvandlar- 7801 'l 70-7 1s organ är inbördes förskjutna en Fjärdedels våglängd av resonansmönstret i utbredningsríktningen, samt att elektroderna i varje elektroduppsättníng har ett verksamt inbördes avstånd som är lika med en våglängd av resonansmönstret, medan de första ínterdigitalomvandlarna och de andra ínterdigítalomvandlarna är åtskilda lika stora sträckor, och varvid de två elektroderna I nämnda elek- trodpar I de första och de andra interdígítalomvandlarna är förskjutna från den närmast liggande antínoden i resonansmönstret en åttondels våglängd av resonansmönstret. ANFURDÅ PUBLIKATIONER: