SE439865B - Resonatoranordning for akustiska vagor - Google Patents

Description

7810348-s Û 2 da reflekterande gitterkonstruktionerna, så att en av dessa våg- typer effektivt bildas, dvs med punkterna mittemellan angränsande fingrar i omvandlaren, som sammanfaller med noder i resonansmönst- ret för denna vågtyp. I spalt 6, raderna 32-36 anges sedan, att av föregående diskussion tydligt framgår, att omvandlarna på ingångs- sidan, som befinner sig i huvudsak mittemellan de reflekterande gitterkonstruktionerna, har förmåga att effektivt alstra enbart varannan vâgtyp i hâlrummet. Men om ingângsomvandlare befinner sig nära en av de reflekterande gitterkonstruktionerna, är det möjligt att effektivt bilda samtliga vågtyper för hålrummet.

Uppfinningen berör undertryckning av omväxlande vågtyper, som upprätthålles av ett resonanshålrum för akustiska stående vå- gor. Ett skäl till att önska undertrycka omväxlande vågtyper är att i de fall, då ett filter skall ha mycket högt godhetstal eller Q-värde, härför kräves ett stort hâlrum, vilket medför, att in- tilliggande vågtyper av mindre frekvensavstànd än som erfordras för ett speciellt tillämpningsfall. Genom undertryckning av om- växlande vâgtyper fördubblas då frekvensavstândet mellan möjliga vâgtyper.

Att enligt ovannämnda amerikanska patentskrift en inter- digital omvandlare kan bringas att koppla till enbart omväxlande vågtyper i hâligheten genom placering av omvandlarna vid mitten av hålrummet i stället för i närheten av reflektorerna, medför tvâ ogynnsamma begränsningar först därigenom, att för ett bestämt mellanrum mellan reflektorerna denna princip endast kan tillämpas på en omvandlare med små dimensioner, som kan vara mindre än som erfordras för tillräckligt kraftig koppling till hålrummet, och för det andra därigenom, att för resonatoranordningar, för vilka kräves, att tvâ interdigitala omvandlare är placerade i hålrummet, denna princip endast kan tillämpas för den ena av omvandlarna.

Uppfinningen är bl a baserad på uppgiften att utveckla en resonatoranordning för akustiska vågor, vid vilken en inter- digital omvandlare har nollrestkoppling till omväxlande vågtyper i hâlrummet utan ovannämnda ofördelaktiga begränsningar. Grund- idén enligt uppfinningen är att en rad elektroder, som är inter- digitalt kopplade i omvandlaren, anordnas symmetriskt med hänsyn till en central punkt i hålrummet, så att ett antal eluktrodpar bildas, varvid elektroderna 1 varje par i motsatta riktningar har samma avstånd från denna centrala punkt. Om de båda elektroderna _. », m» hkuflfl “Mum i, . 7810348-8 1 varje par är förbundna med samma klämma, har omvandlaren noll- restkoppling till en sats omväxlande vâgtyper, medan omvandlaren har nollrestkoppling till den andra satsen omväxlande vågtyper, om elektroderna i varje par är förbundna med motsatta klämmor.Omvand- laren kan sålunda betraktas bestå av två lika halvor, varav en hal- va i varje halva av hâlrummet. När en enda omvandlare befinner sig i hålrummet, kan varje halva av omvandlaren uppta utymmet från en liten del av dess halva av håligheten, som kan befinna sig nära mittpunkten eller nära reflektorerna, upptill hela sin halva av håligheten. Om två omvandlare måste befinna sig i hålrummet, kan båda omvandlarna ha lika effektiv undertryckning av den erforder- liga satsen omväxlande vågtyper, varvid de båda halvorna av den ena omvandlaren befinner sig intill varandra inom ett område mel- lan de båda halvorna av den andra omvandlaren.

En resonatoranordning av inledningsvis angiven art känne- tecknas enligt uppfinningen av bl.a. att varje reflektor är bildad av ett periodiskt gitter vid substratets yta, varvid dessa gitter och deras inbördes avstånd är anordnade på sådant sätt, att det kombinerade frekvenspassbandet med hänsyn till reflexion hos detta par reflektorer innehåller enbart tre intilliggande resonansvåg- typsfrekvsenser. Då vâgtypsfrekvensen i mitten är udda resp. jämn kännetecknas resonataranordningen dessutom av att den uppvisar övriga särdrag i den kännetecknande delen av patentkravet 1 resp.2.

Här kan framhållas, att i tyska offentliggjorda patent- ansökningen 2 641 090 i fig 3 visas ett resonanshålrum för akustis- ka ytvågor, i vilket en interdigital omvandlare befinner sig, be- stående av två likartade elektrodrader, varvid elektroderna i var- je rad har ett avstånd mellan sina mittpunkter av en halv våglängd vid en förutbestämd frekvens, medan avståndet mellan de båda ra- derna uppgår till 3/4 av en våglängd vid denna frekvens. Punkten mittemellan de båda raderna befinner sig vid hålrummets mittpunkt.

De båda raderna bildar par av elektroder, varvid de båda elektro- derna i varje par befinner sig på lika avstånd i motsatta rikt- ningar från hålrummets mittpunkt och är förbundna med motsatta klämmor på omvandlaren. Den förutbestämda frekvensen har ett vär- de, vid vilket resonanshålrummet har förmåga att upprätthålla en 7810348-8 4 stående våg och av beskrivningen framgår, att hålrummet kan upp- rätthålla en stående våg vid andra frekvenser i närheten av den- na frekvens. Den i fig 3 visade omvandlaren utgör endast ett exempel på kopplingsorgan för koppling till akustisk ytvågs- energi i hålrummet, omfattande två rader av ledande band, medan ett annat exempel är en flerbandskopplare, där banden är elek- triskt isolerade från varandra och anordnade enligt en princip, som säkerställer undertryckning av reaktionen för interna reflek- tioner av akustiska ytvågor inuti kopplingsorganen. Den symmetris- ka placeringen av de båda raderna med hänsyn till mittpunkten i det i fig 3 visade hålrummet är ej väsentlig enligt denna princip, som möjliggör, att punkten mittemellan de båda raderna kan för- skjutas en halv våglängd eller en heltalsmultipel av en halv våg- längd från hâlrummets mitt.

Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen är varje elektrod delad i två elektroddelar, som är förskjutna från den verksamma mittpunkten på denna elektrod lika sträckor i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd. Att använda delade elektroder enligt denna utföringsform står i motsats till de i denna tyska patentskrift angivna principerna.

Hålrummets Q-värde är i det närmaste omvänt proportionellt mot l-IRI, där R är reflektorernas reflektionsförmåga för värdet av IR! i närheten av l, och är proportionellt mot hålrummets verk- samma längd L. I de fall, då hålrummet skall ha högt Q-värde, upp- nås detta främst genom att välja R så nära l som möjligt. När re- flektorerna är gitterkonstruktioner, är ett högt värde av R sam- ordnat med ett stort antal diskontinuiteter, dvs reflekterande- avbrottselement i varje gitter. Men när antalet element ökas, får gittren obekvämt stor storlek. För ytterligare förbättring av Q-värdet måste hålrummet därför ha stor effektiv längd L, som är beroende av avståndet, med vilket reflektorerna är åtskilda. De resonansvågtyper, som hålrummet har förmåga att kraftigt upprätt- hålla, är sådana vâgtyper, som uppkommer vid frekvenser inom det kombinerade reflekterade frekvenspassbandet vid reflektorerna.

Ett stort antal reflekterande element i varje gitterreflektor re- sulterar i ett smalt reflekterat frekvenspassband, medan ett stort avstånd mellan de båda gitterreflektorerna resulterar i ett smalt frekvensmellanrum mellan intilliggande vågtypsfrekvenser 5 7810348-8 När avståndet mellan reflektorerna är stort kan dessas reflekte- rade frekvenspassbandväljaslitet för att motverka motsvarande lilla frekvensmellanrum mellan intilliggande vâgtypsfrekvenser, så att detta endast innehåller ett litet antal vâgtypsfrekvenser.

Man har emellertid funnit, att, när det reflekterade frekvenspass- bandet reduceras på sådant sätt, att det innehåller enbart tre reso- nansvågtyper, ytterligare reducering av detta passband eller redu- cering av den effektiva längden L ej resulterar i uteslutande av de båda yttre vågtyperna, dvs dessa två yttre vågtyper kommer när- mare intill mittvågtypen och kvarstår vid kanterna på det reflek- terade passbandet. Om en anordning därpå skall arbeta med en enda vågtyp, kan formen för gitterreflektorerna relativt avståndet, med vilket det är åtskilda, väljas på sådant sätt, att det kombinerade reflekterade frekvenspassbandet vid paret reflektorer innehåller enbart tre intilliggande distinkta resonansvågtypsfrekvsenser, me- dan en omvandlare kan anordnas i hålrummet enligt uppfinningen på sådant sätt, att den har nollrestkoppling till stående vågenergi i hålrummet vid de båda yttre vågtypsfrekvenserna och icke-no1l- restkoppling till stående vågenergi vid vågtypsfrekvensen i mitten.

När två omvandlare befinner sig i hålrummet, som omfat- tar var sin interdigitalt kopplade rad av elektroder, som är sym- metriskt anordnad med hänsyn till hâlrummet mittpunkt, innebär detta en åtgärd, som ej återfinnes i ovannämnda tyska patent- skrift. Principen enligt denna patentskrift som möjliggör, att punkten mittemellan de båda raderna av kopplingsorgan, som anges i densamma, kan förskjuta en halv våglängd eller en heltalsmulti- pel av en halv våglängd från hålrummets mittpunkt synes ange, att denna förskjutning bör användas, om två kopplingsorgan som kan bestå av var sin omvandlare, skall inbyggas i samma hålrum.

Ett elektriskt filter kan framställas, som innehåller två resonatoranordningar, för akustiska vågor enligt uppfinningen, varvid omvandlaren i den ena av dessa anordningar bildar omvandlinge- organ på ingångssidan och omvandlaren i den andra anordningen bildar omvandlingsorgan på utgångssidan, medan organ ingår för koppling av akustisk energi från den ena anordningen till den andra. Elektriska filter med kopplade resonatorer har bl a den kända egenskapen, att för resonatorer med ett bestämt Q-värde kraftig koppling mellan reso- natorerna är samordnad med låg inlänkningsdämpning hos filtret och ett passband med stor bandbredd vid varje kopplad vâgtyps- frekvens, medan svag koppling mellanresonatorernaär samordnad 7810348-8 e med hög inlänkningsdämpning hos filtret och ett passband med liten bandbredd vid varje kopplad vågtypsfrekvens. För ett filter med er- forderlig liten bandbredd, som är samordnad med tillämplig svag kopp- ling mellan resonatorerna, kommer inlänkningsdämpningen att vara läg- re, om resonatorerna har högre Q-värde. För dylika filter med kopp- lade resonatorer med låg dämpning och mycket smal bandbredd erford- ras därför resonatorer med mycket högt Q-värde. Om sådana resonato- rer med mycket högt Q-värde är av typen resonanshâlrum för akustiska vågor med reflektorer med periodiska gitter och det kopplade resona- torfiltret skall ha mycket låg stoppbandnivâ utanför ett smalt pass- band med en enda resonansvâgtyp,blir då i detta fall de tvâ intill- liqgande yttre vågtyperna ovanför och nedanför frekvensen för den öns- kade enda vâgtypen, som kommer att upprätthållas kraftigt av hål- rummen, eftersom de ej kan bringas utanför reflektorernas reflekte- rade frekvenspassband enligt ovan, ett problem. Frekvensen för den enda erforderliga vågtypen kommer att ligga vid mitten av det reflek- terade frekvenspassbandet, så att amplituden hos dessa tvâ yttre våg- typer kommer att vara lägre än denna vågtyp i mitten till följd av passbandets lutande sidor. Den generella nivån för filtrets stopp- bandgensvar utanför dessa tre kopplade resonansvâgtyper kan sänkas genom kaskadkoppling av hålrummen till mycket låg nivå, som ligger nedanför amplituden för de båda yttre vågtyperna. I detta fall kom- mer arrangemanget av omvandlarna enligt uppfinningen på sådant sätt, att de ej kopplat till dessa båda yttre vâgtyper, att möjliggöra, att ofördärvat stoppbandgensvar hos filtret.kanuppnås vid den kas- kadkopplade mycket låga nivån utanför det erforderliga passbandet inom frekvensområden, där ett gensvar till följd av de båda yttre vågtyperna i annat fall skulle föreligga ovanför denna mycket låga nivå.

Vid resonatoranordningar eller elektriska filter enligt uppfinningen kan de akustriska vågorna, som kan fortplantas av sub- straten, vara akustiska ytvågor, som fortplantas i ytan på substra- ten, på vilka omvandlaren eller reflektorerna är belägna, eller kan vara akustiska massvågor, som fortplantar sig parallellt och nära intill denna yta på substratet. En möjlig användning av denna typ av akustiska massvågor omnämnes i samband med återkopplade oscilla- lorvr med Fördröjningsledningar i brittiska patonlnkríflvn 1 ÅG1 3?ß, medan ett antal vridna Y-skurna stycken av kvarts med twxtplnntniuq i rät vinkel mot X-axeln, som är lämpade för detta ändamål, beskri- ves i Elektronics Letters, 3 mars 1977, vol 13, nr 5, pp 128-130. 7810348-8 Uppfinningen beskrivas närmare nedan med ledning av dt- följande ritning, där fig l visar en schematisk planvy av en re- sonatoranordning för akustiska vågor enligt uppfinninaen, varvid omvandlaren i hålrummet har nollkoppling till jämna vågtyper, fig 2 en schematisk planvy av en likartad anordning, men vid vilken omvandlaren har nollkoppling till udda vågtyper, Pig 5 en schematisk planvy av en resonatoranordning enligt uppfin- ningen med ett resonanshålrum och två omvandlare i hålrummet för nollkoppling till jämna vågtyper, fig U en schematisk plan- vy av en anordning, likartad den i fig 3 visade men vid vilken de båda omvandlarna har nollkoppling till udda vågtyper, fig 5 en schematisk planvy av ett elektriskt filter enligt uppfinningen, vid vilket två resonanshålrum år omvandlarkopplade, fig 6 en sche- matisk planvy av ett elektriskt filter enligt uppfinningen, vid vilket tvâ resonanshålrum är kopplade medelst en flerbandskopnla- re och fig 7 en typisk frekvenskurva för ett elektriskt filter, vid vilket två hålrum har ett kombinerat'reflekterat frekvens- passband, som innehåller enbart tre resonansvågtyper, medan de i hålrummen anordnade omvandlarna har maximal koppling-till stående vågenergi vid mittvågtypsfrekvensen och nollkopplinfi till stående vågenergi vid de båda yttre vâgtypsfrekvenserna.

I fig 1 visas ett substrat l med förmåga att fortplanta akustiska vågor. Detta substrat kan vara varje välkänt piezo- elektriskt substrat med förmåga att fortplanta akustiska ytvågor i den visade ytan, t ex litiumneobat eller kvarts, eller kan vara ett piezoelektriskt substrat med förmåga att fortplanta akustiska massvågor parallellt med och tätt intill den visade ytan, t ex ett vridet Y-skuret stycke av kvarts med fortplantning i rät vin- kel mot X-axeln, såsom beskrivas i sistnämnda litteraturställe.

I fortsättningen antages substratet 1 tillhöra en av dessa båda typer medan hänvisning till akustiska vågor avser tillämpningav akustiska ytvågor eller speciella typer av just beskrivna mass- vågor.

Ett par inbördes åtskilda reflektorer R1 och H2 bildar ett resonanshålrum medförmåga att upprätthålla en akustisk ståen- de våg i substratet 1 vid ett antal distinkta resonansvåmtypsfrek- venser. Varje reflektor Rl och R2 är en periodisk gitterkonstruk- tion med ett antal diskreta diskontinuiteter eller avbrottselement 2 och 3 vid ytan l. Varje avbrottselement, som t ex kan vara ett ledande band på ytan eller ett spår i ytan, är avsett att reflek- 7s1os4s-s 8 tera en del av akustisk vågenergí, som träffar detsamma. Reflek- torerna El och R2 har var sitt reflekterat frekvenspassband och i ett typiskt fall består varje reflektor Rl och R2 av 200 av- brottselement 2 och 3 med ett effektivt inbördes avstånd av en halv våglängd A/2 hos de akustiska vågorna vid en frekvens av 100 MHz, vilket ger upphov till ett reflekterat passband av 2 MHz med sin mittpunkt på nämnda frekvens av 100 MHz. Resonanshålrum- mets effektiva längd L är i huvudsak ett heltal halva våglängder vid var och en av resonansvågtypsfrekvenserna. I nyssnämnda ty- piska fall uppgår längden L till 500 A vid 100 MHz inklusive ett mellanrum av H00 Å mellan de närmaste elementen 2 och 3 i reflektorerna Rl och H2. Denna längd L bestämmer ett mellanrum av 100 kHz mellan intilliggande resonansvågtypsfrekvenser, så att hâlrummet har förmåga att upprätthålla 20 resonansvågtyper inom passbandet av 2 MHz.

Stående vågresonansmönstret för varje vågtyp kommer att uppvisa noder och bukar med hänsyn till akustisk spänning och töjning och även noder och bukar med hänsyn till elektrisk poten- tial mätt vid ytan. I föreliggande fall avser noder och bukar minima och maxima hos elektrisk potential mätt vid ytan. Mittpunk- ten för hålrummet, som befinner sig på den i fig 1 visade linjen I-I, sammanfaller med en nod och en buk vid den stående vågen vid en jämn vågtypsfrekvens resp en udda vågtypsfrekvens, som bildar varje intilliggande par av vågtypsfrekvenser, som upprätthålles av hålrummet. Resonansmönstren för tre intilliggande vågtyper M1, M2 och M3 vid successivt avtagande frekvens, dvs stigande våg- längd, visas i fig 1. Vågtyperna M1 och M3 befinner sig vid jämna vågtypsfrekvenser med en nod N vid mittlinjen I-I och vågtypen M2 vid en udda vågtypsfrekvens med en nod AN vid mittlínjen I-I. De positi va och negativa tecknen i fig 1 anger den relativa fasen hos resonansmönstren för de tre vågtyperna relativt mittlinjen I-I vid en bestämd tidpunkt.

En omvandlare TDI innehåller en rad elektroder Y1, X1, X2 och Y2, som befinner sig på ytan l mellan paret reflektorer Rl och R2 för koppling till akustisk stående vågenergi i hålrummet och som via förbindningsskenor BX och BY är interdigitalt koppla- de till ett par klämmor Tl och T2. Baden elektroder är symmetriskt anordnat med hänsyn till mittlinjen I-I och bildar två par elek- troder, varvid de båda elektrodernas genom streckade linjer an- :Utse-slav wav. 9 7810348-8 givna verksamma mittpunkter i varje par befinner sig på samma av- stånd i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd från mittlinjen I-I. Paret X1 och X2 befinner sig på ett avstånd x från linjen I-I och paret Yl och Y2 befinner sig på ett avstånd y från linjen I-I. Paret X1, X2 är elektriskt gemensamt förbund- na via skenan BX med klämman T1 och paret Yl, Y2 är gemensamt elektriskt förbundna via skenan BY med klämman T2. Med hänsyn till de båda jämna vâgtyperna Ml och M3 befinner sig elektroder- na X1 och X2 vid motsatta faser med lika storlek i stående våp- mönstret och elektroderna Yl och Y2 befinner sig även vid motsatta faser med samma storlek i stående vågmönstret.

En omvandlare TDl, bestående av par av elektroder, var- vid varje par är anordnat på samma sätt som paren Xl, X2 och Yl, Y2, har sålunda nollrestkoppling till stående våmenergí vid varje jämn vågtypsrekvens för stående vågor, som håligheten har förmåga att upprätthålla, oberoende av de aktuella värdena av avstânden x och y. Om omvandlaren är en ingångsomvandlare och en omväxlande potentialskillnad tillföres klämmorna Tl och T2 vid frekvenserna för dessa jämna vågtyper, kommer sålunda dessa stående vågor av jämn vågtyp ej att alstras, medan, om de stående vågorna av jämn vågtyp förekommer i håligheten och omvandlaren är en utgångsomvand~ lare, kommer en elektrisk nollutsignal att uppträda vid klämmorna Tl och T2 vid frekvenserna för dessa jämna vågtyper. Med hänsyn till den udda vågtypen M2 befinner sig elektroderna X1 och X2 vid samma fas med lika storlek i stående vågmönstret och elektroderna Yl och Y2 befinner sig även vid samma fas med lika storlek i ståen- de vågmönstret. Såsom visas i fig 1, är avståndet x ett heltal av halva våglängder vid frekvensen för vågtypen M2 och y en halv våg- längd större än x vid denna frekvens, omvandlaren har därför maxi- mal koppling till stående vågenergi vid frekvensen för vågtynen M2.

Om därför omvandlaren är en ingångsomvandlare och en omväxlande po- tentialskillnad tillföres klämmorna Tl och T2 vid frekvensen för vågtypen M2, kommer denna stående våg av udda vågtyp att alstras med maximal effektivitet, och kommer, om den stående vågen av den udda vågtypen M2 förekommer i hålrummet och omvandlaren är en ut- gångsomvandlare, en elektrisk signal att uppträda vid klämmorna T1 och T2 vid frekvensen för denna vågtyp M2 med den maximala ampli- tuden. För uppnående av en nyttig omvandlare Tl måste de aktuella värdena av avstånden x och y säkerställa, att omvandlaren har icke- -nollrestkoppling till stående vågenergi vid åtminstone en udda :ffrïa --__ .f._-.:.:.:. 7810348-8 10 vågtypsfrekvens, som hålrummet har förmåga att upprätthålla.

T ex om avstånden x och y vore sådana, att samtliga elektroder befinner sig på noder vid en speciell udda vågtyp, eller vore sä- dan, att samtliga elektroder befinner sig på bukar vid samma fas för en speciell udda vågtyp, och i ettdera av dessa fall, om den- na udda vågtyp vore den enda vågtyp, som hålrummet har förmåga att upprätthålla, skulle omvandlaren ej vara användbar.

Vid anordningen enligt fig 2 är substratet l detsamma som det i fig 1 visade och är reflektorerna Rl och H2 med avbrotts- element 2 och 3 av samma art som de i fig 1 visade. Resonansmönst- ren för tre intilliggande vågtyper MH, M5 och M6 visas, varvid våg- typerna MH och M6 befinner sig vid udda vågtypsfrekvenser med en buk AN vid mittlinjen I-I, medan vågtypen M5 befinner sig vid en jämn vågtypsfrekvens med en nod N vid mittlinjen I-I.

En omvandlare TD2 omfattar en rad elektroder X3, Y3, XR och Yü, som befinner sig på ytan 1 mellan paret reflektorer Rl och R2 för koppling till akustisk stående vågenergi i håligheten och är interdigitalt via förbindningsskenorna BX och BY förbundna med ett par klämmor T3 och TU. Var och en av elektroderna är delad i två elektroddelar, som är förskjutna från den genom streckade lin- jer verksamma mittpunkten på denna elektrod lika sträckor i mot- satta riktningar parallellt med hålrummets längd. Elektrodraden är symmetriskt anordnad med hänsyn till míttlinjen I-I ochbildar två par elektroder, vara effektiva mittpunkter i varje par befin- ner sig på lika avstånd i motsatta riktningar parallellt med hål- rummets längd från mittlinjen I-I. Paret Y3, XR befinner sig på ett avstånd x från linjen I-I och paret X3, YN på ett avstånd y från denna linje. Paret Y3, Xü är elektriskt förbundet med olika klämmor av klämmorna TU och TB via skenorna BY och BX, medan pa- ret X3, YU är elektriskt förbundet med olika klämmer av klämmorna T3 och TU via skenorna BX och BY. För båda de udda vågtyperna MH och M6 befinner sig elektroderna Y3 och Xfl vid samma faser med samma storlek av stående vågmönstret och elektroderna X3, YU be- finner sig även vid samma faser med samma storlek i stående våg- mönstret. En omvandlare TD2, bestående av elektrodpar, varav var- je par är anordnat på samma sätt som paren Y3, XD och X5, YH, har därför nollrestkopplíng till stâendevågenergi vid varje udda vån- typsfrekvens för stående vågor, som hâligheten har förmåga att upprätthålla, oberoende av de aktuella värdena av avstânden x och y. För den jämna vågtypen M5 befinner sig elektrodcrna Y5 7810348-8 ll och XU vid motsatta faser med lika storlek i stående vågmönstret och elektroderna X3 och YU befinner sig även vid motsatta faser med samma storlek i stående vågmönster. Såsom framgår av fin 2, är avståndet x ett heltal halva våglängder i frekvensen för våg- typen M5 och y en halv våglängd större än x vid denna frekvens, så att omvandlaren har maximal koppling till stående vågenerßi vid frekvensen för vågtypen M5. För att uppnå, att omvandlaren TD2 är användbar, måste de aktuella värdena av avstånden x och y vara valda för att säkerställa, att omvandlaren har icke-no1lrest- koppling till stående vågenergi vid åtminstone en jämn vågtyps- frekvens, som hålrummet har förmåga att upprätthålla.

I fig 3 visas samma substrat l som i fig 1 och 2 och samma reflektorer Bl och R2 med avbrottselement 2 och 3 som i fíg 1 och 2. Två omvandlare ITDl och 0TDll, 0TDl2 ingår, som var för sig är avsedda för undertryckning av jämna vågtyper på samma sätt som den i fig l visade omvandlaren TDl. En ingångsomvandlare ITDl omfattar två intilliggande halvor, varav varje halva omfattar fyra elektroder på ömse sidor om en elektrod vid mittlinjen I-I för det av reflektorerna Rl och R2 bildade hålrummet. Elektrodraden i om- vandlaren ITDl är via förbindningsskenor IBX och IBY interdigitalt förbundna med ett par ingångsklämmor ITl och IT2. Elektrodraden i omvandlaren ITDl är symmetriskt anordnad med hänsyn till mitt- linjen I-I och dessutom med hänsyn till en elektrod IY3, som be- finner sig på mittlinjen I-I, bildar fyra elektrodpar, varvid de effektiva mittpunkterna på de båda elektroderna i varje par be- finner sig på lika avstånd i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd från mittlinjen I-I. Det yttre paret elektroder är t ex betecknade med IYl och IY2 och befinner sig på ett av- stånd y från linjen I-I, medan intilliggande par elektroder är betecknade med IXl och IX2 och befinner sig på ett avstånd x från linjen I-I. En utgångsomvandlare består av två halvor OTDll och OTDl2, varav varje omfattar fyra elektroder på vardera sidan av mittlinjen I-I och är åtskilda medelst ingångsomvandlaren ITD1.

Elektrodraden i omvandlaren OTDll, 0TDl2 är via förbindningsske- nor OBXI, OBX2, OBYl och OBYZ interdigitalt förbunden med ett par utgângsklämmor OTl och OT2. Elektrodraden i omvandlaren OTD11 UTDI2 är symmetriskt anordnade med hänsyn till míttlinjcn I-I och bildar fyra par elektroder, varvid de effektiva mittpunkterna på de båda elektroderna i varje par befinner sig på samma avstånd i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd från mittlinjen 7810548-8 12 I-I. Det yttre paret elektroder är tex betecknade med OYl och OY? och befinner sig på ett avstånd q från linjen I-I, medan intilliggande par elektroder är betecknade med OXl och OX? och befinner sig på ett avstånd p från linjen I-I. Med hänsyn till både ingångsomvandlaren ITDl och utgångsomvandlaren 0TDll, OTDJQ är de båda elektroderna i varje par såsom beskrivits ovan elek- triskt gemensamt förbundna med samma klämma eller den andra i respektive par ingångs- eller utgångsklämmor, så att både in- gångsomvandlaren och utgångsomvandlaren har nollrestkoppling till stående vägenergi vid varje jämn vâgtypsfrekvens, vid vil- ken hålrummet har förmåga att upprätthålla en akustisk stående våg, medan avståndet för elektroderna i varje olika rad från mitt- linjen I-I i hålrummet, dvs de aktuella värdena av avstånden x, y, p och q är vidare valt för att säkerställa, att båda omvand- larna ITDl och OTDll, 0TDl2 har icke-nollrestkoppling till ståen- de vågenergi vid åtminstone en udda vågtypsfrekvens, vid vilken hålrummet har förmåga att upprätthålla en akustisk stående våg.

Elektroden IY3 i ingångsomvandlaren ITD1, som avslutar en rad av ínterdigitala elektroder med regelbundna avstånd för denna om- vandlare och utgör tillägg till de beskrivna elektrodparen till följd av placering på mittlinjen I-I, befinner sig på en nod för samtliga jämna vågtyper.

I fig U visas samma substrat 1 som i fig 1 och 2 och samma reflektorer Rl och R2 med avbrottselement 2 och 3 som å dessa figurer. Två omvandlare OTD2 och ITD2l, ITD2 ingår, som var för sig är avsedda att undertrycka udda vågtyper på samma sätt som den i fig 2 visade omvandlaren TD2. En ingångsomvandla- re OTD2 består av tvâ intilliggande halvor, varav varje halva om- fattar fyra elektroder på vardera sidan av mittlinjen I-I i det av reflektorerna Rl och.R2 bildade hålrummet. Elektrodraden i om- vandlaren OTD2 är via förbindningsskenor OBX och OBY interdigi- talt förbundna med ett par utgångsklämmor OT3 och OTN. Elektrod- raden i omvandlaren OTD2 är symmetriskt anordnad med hänsyn till míttlinjen I-I och bildar fyra par elektroder, varvid de verk- samma mittpunkterna för de båda elektroderna i varje par befin- ner sig på lika avstånd i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd från mittlinjen I-I. Det yttre paret elektro- der är t ex betecknade med 0X3 och OYU och befinner sin på ett avstånd y från linjen I-I, medan intilliggande par elektrodvr är betecknade med OY3 och OXH och befinner sig på ett avstånd x .__w“____________________________m__ 7810348-8 13 från linjen I-1. En ingångsomvandlare omfattar två halvor ITD2l och ITD22, varav varje halva omfattar fyra elektroder på var sin sida om mittlinjen I-I och är skilda sinsemellan av utgånnsom- vandlaren OTD2. Elektrodraden i omvandlaren ITD2l, ITD22 är via förbindningsskenor IBXl, IBX2, IBYl och IBY2 interdigítalt för- bundna med ett par ingångsklämmor IT3 och ITM. Elektrodraden i omvandlaren ITD2l, ITD22 är symmetriskt anordnad med hänsyn till mittlinjen I-I och bildar fyra par elektroder, varvid de verksam- ma mittpunkterna på de båda elektroderna i varje par befinner sig på lika avstånd i motsatta riktningar parallellt med hålrummets längd från mittlinjen I-I. Det yttre paret elektroder är beteckna- de med IX3 och IYÄ och befinner sig på ett avstånd q från linjen I-I, medan intilliggande par elektroder är betecknade med IY3 och IX4 och befinner sig på ett avstånd p från linjen I-I. Med hänsyn\ till de båda omvandlarna OTD2 och ITD2l, ITD22 är de båda elek- troderna i varje par elektriskt förbundna med olika klämmor av de olika paren utgângs- eller ingångsklämmor, så att de båda om- vandlarna har nollrestkoppling till stående vågenergi vid varje udda vågtypsfrekvens, vid vilken hålrummet har förmåga att upp- rätthålla en akustisk stående våg, medan avståndet för elektro- derna i varje olika rad från mittlinjen I~I i hålrummet, dvs de aktuella värdena av avstånden x, y, p och q, vidare är avsett att säkerställa, att de båda omvandlarna har icke-nollrestkoppling till stående vågenergi vid åtminstone en jämn vågtypsfrekvens, vid vil- ken hålrummet har förmåga att upprätthålla en akustisk stående vån.

I fin 3 och U kan omvandlarelektroderna vara enkelelektro- der, såsom visas för omvandlaren TD1 i fig 1, eller delade elek- rroder, såsom visas för omvandlaren TD2 i Pig 2.

Enligt fig 5 är två anordningar sammankoppladc på samma aubstrat l, varav varje består av två omvandlare, som är anordna- de enligt fig U och har nollkoppling till udda vågtyper. Paret reflektorer Rll och R2l och även paret reflektorer Rl2 och R22 är anordnade på samma sätt som det i fig l och 2 visade paret reflek- torer Rl och R2. Omvandlarna ITD2 och OTD2l, OTD22 och även omvand- larna OTD2 och ITD2l, ITD22 är utformade och anordnade på samma sätt i sina olika hålrum på samma sätt som omvandlarna OTD? och ITD2l, ITD22 i deras olika hålrum i fig H. Ingångsomvandlaren ITD2 är förbunden med en elektrisk energikälla S via klämmer ITD3 och ITDU, medan utgångsomvandlaren OTD2l. OTD22 är förbunden- , .-..---_..___.___._....... _.- -...._-....__..- :nu lg. 7810348-8 11: med klämmer OITl och OIT2. Ingångsomvandlaren ITD2l, ITD22 är förbunden med klämmorna 0ITl och OIT2 och utgångsomvandlaren OTD2 med en ledning z via klämmor 0T3 och OTN. De båda resona- toranordningarna, som är sammankopplade på i fig 5 visat sätt genom elektrisk inkoppling av utgângsklämmorna på den första an- ordningen till utgångsklämmorna på denêndra anordningen, bil- dar ett elektriskt filter med kopplade resonatorer. Flera än två dylika anordningar kan inkopplas för att bilda ett elek- triskt filter, i vilket fall denförsta och den andra visade an- ordningen kommer att bilda en del av detta filter Enligt fig 6 är två anordningar på samma substrat l sam- mankopplade, varav varje omfattar en tvådelad omvandlare för noll- koppling till jämna vågtyper. Paret reflektorer Rll och H21 och även paret reflektorer Rl2 och R2 är anordnade på samma sätt som paret Rl och R2 i fig l och 2. Vidare är omvandlarna ITDll, ITDl2 och OTDll, 0TDl2 anordnade på samma sätt som i fig 5. Ingångs- omvandlaren ITDll, ITDl2 är förbunden med en elektrisk energi- källa S via klämmor ITl och IT2, medan utgângsomvandlaren OTDll, OTDl2 år förbunden med en belastning Z via klämmor 0Tl ochOT2.

Hålrummen i de båda resonatoranordningarna är via en flerbands- kopplare MSC kopplade till varandra, som består av en rad av diskreta parallella ledande band på substratet 1, som är elek- triskt isolerade från varandra och befinner sig i de båda hålrum- men och sträcker sig mellan dessa. Akustisk vågenergi, som fort- plantar sig från omvandlaren ITDll, ITDl2 till det av reflekto- rerna Rll och B21 bildade hålrummet, bildar akustisk stående våg- energi i detta hålrum, varvid en del av denna stående vågenergi överföras såsom elektrisk energi via banden i kopplaren MSC för att vidare transpoñras såsom akustisk vågenergi i det av reflek- torerna R12 och R22 bildade hålrummet och därmed bildar akustisk stående vågenergi i detta hålrum, som mottages av omvandlaren OTDll, OTDl2. De båda kopplade resonatoranordningarna bildar ett elek- trískt filter. Alternativt kan de vara inbyggda i ett elektriskt filter med flera än två kopplade resonatoranordningar.

Fig 7 visar en typisk frekvenskurva för ett elektriskt filter med kopplade resonatorer för ytfortplantning av akustiska vågor, som är dimensionerad på sådant sätt,\att det har smalt pass- band med låga förluster och att låg stoppbandnivå uppnås utanför detta passband genom sådan dimensionering av resonatorerna, att 7810348-8 15 reflektorernas kombinerade reflekterade frekvenspassband innehål- ler enbart tre resonansvågtyper och genom att anordna omvandlarna på sådant sätt, att de endast kopplar till den mittre av dessa tre vågtyper. Filtret, vars kurva visas i fig 7, är uppbyggt i stort i likhet med den i fig 5 visade anordningen, dvs två resonanshâl- rum finnes, varav varje är bildad av två periodiska gitterreflek- torer, medan två omvandlare finnes i varje hålighet för under- tryckning av omväxlande vågtyper, varav den ena omvandlaren i ett av hålrummen är en ingångsomvandlare och den ena omvandlaren i det andra hålrummet är en utgångsomvandlare, medan de övriga båda omvandlarna är anslutna för koppling av de båda hålrummen. Substra- tet är ett ST-skuret kvartsstycke med förmåga att fortplanta akus- tiska ytvågor. Reflektorerna, som bildar hålrummen, består var för sig av 750 metallband på ytan på substratet med ett effektivt mel- lanrum av en halv våglängd i ytvågorna vid en mittfrekvens av 160 MHz, vilket ger upphov till ett reflekterat passband av 600 kHz, som är centrerat på denna mittfrekvens av 160 MHz. Mellanrummet mellan de båda reflektorerna i varje hålrum är 150 våglängder och varje hålrum har en effektiv längd av ca 250 våglängder vid nämnda mittfrekvens, vilken resulterar i ett mellanrum mellan frekvenserna för angränsande resonansvågtyper i hålrummen av 300 kHz. Inom varje hålrum upptar mittomvandlaren en sträcka av 60 våglängder, medan de båda halvorna av den yttre omvandlaren var för sig upptar en sträcka av 30 våglängder i nämnda mittfrekvens längs hâlrummets längd. Den genom en heldragen linje i fig 7 anaivna frekvenskurvan för detta Filter är en bandpasskurva med en inlänkningsdämpning av 10 dB i ett 50-ohm-system vid toppen av kurvan vid frekvensen 160 MHz. Den- na inlänkningsdämpning kan reduceras till ca 6 dB genom lämplig im- pedansanpassning av ingångs- och utgångsomvandlare till den yttre kopplingen och den kan reduceras ytterligare till ca 5 dB genom inkoppling av en induktans över de kopplande omvandlarna. Band- bredden vid 5 dB nedanför toppvärdet uppgår till 20 kHz. Stopp- bandnivån vid kurvan inom området intill bandpassaensvaret uppgår till 60 dB nedanför toppvärdet. Den sträckade konturen visar gen- svaret på de båda vågtyperna vid 159,7 MHz och l60,3MIz, som skul- le förekomma vid nivåer av 30 dB och H5 db nedanför topovürpet, om omvandlarna ej vore inrättade att ha nollkoppling till dessa båda vågtyper. Den punktstreckade konturen visar det kombinerade reflekterade frekvenspassbandet för resonatorernas reflektorer.

Förbättringen i stoppbandnivån hos filterkurvan, som uppnås genom att använda omvandlarna för omväxlande vågtypsundertryckning, fram- går tydligt.

Claims (5)

1. 7810348- 8 Ha Patentkrav l. Resonatoranordning för akustiska vågor med ett substrat med förmåga att fortplanta akustiska vågor, ett par inbördes åtskilda reflektorer, som bildar ett resonanshålrum med för- måga att upprätthålla en akustisk stående våg i substratet vid ett antal distinkta resonansvågtypsfrekvenser, med ett par klänmor och en omvandlare, omfattande en rad clektroder, som är interdigitalt förbundna med klämmorna och beläqna på substra- Lets yta mellan reflektorerna för koppling till akustisk stående- vågenergi i hålrummet, k ä n n e t e c k n a d av att varje reflektor är bildad av ett periodiskt gitter vid substratcts yta, varvid dessa gitter och deras inbördes avstånd är anord- nade på sådant sätt, att det kombinerade frekvenspassbandet med hänsyn till reflexion hos detta par reflcktorcr innehåller enbart tre intilliggande resonansvågtypsfrekvenser, varav vâgtypsfrekvensen i mitten är udda, att en central punkt i hålrummet sammanfaller med en buk och en nod i den stående vågen vid den udda vågtypen och de jämna vågtyperna och att raden elektroder är symmetriskt anordnad i förhållande till den centrala punkten och är bildad av elektrodpar, vilkas verksamma mittpunktcr befinner sig på lika avstånd på mot- satta sidor från den centrala punkten, varvid elektroderna i varje par är förbundna med samma klämma, medan omvandlaren ¿ saknar koppling till ståendevâgenergi vid båda de jämna våg- typerna och har icke~nollkoppling vid den udda vâgtypen.

2. Resonatoranordning för akustiska vågor med ett substrat med förmåga att fortplanta akustiska vågor, ett par inbördes _åtskilda reflektorer, som bildar ett resonanshålrum med för- | måga att upprätthålla en akustisk stående våg i substratet vid ett antal distinkta resonansvågtypsfrekvenser, med ett par klämmor och en omvandlare, omfattande en rad elektroder, som är interdigitalt förbundna med kämmorna och belägna på substratets yta mellan reflektorerna för koppling till akustisk ståendevågenergi i hålrummet, k ä n n e t e c k n ad av att varje reflektor är bildad av ett periodiskt gitter vid substra- tets yta, varvid dessa gitter och deras inbördes avstånd är anordnade på sådant sätt, att det kombinerade frekvenspass- bandet med hänsyn till reflexion hos detta par reflektorer innehåller enbart tre intilliggande resonansvågtypsfrekvcnscr, varav vågtypsfrekvensen i mitten är jämn, att en central punkt 781Û3flr8- 8 I? 1 hälrummei sammanfaller med en buk och en nod i den stående vågen vid den jämna vâgtypen och de udda vâgtyperna och att raden elektroder är symmetriskt anordnad i förhållande till den centrala punkten och är bildad av elektrodpar, vilkas verksamma mittpunkter befinner sig på lika avstånd på mot- satta sidor från den centrala punkten, varvid elektroderna j varje par är förbundna med olika klänmor, medan omvandlaren saknar koppling till ståendevågenergi vid båda de udda våg- typvrna och har icke-nollkoppling vid den jämna vågtypen.

3. 5. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje elektrod är delad i två elektroddelar, som är förskjutna från den verksamma mittpunkten på denna elektrod lika sträckor i motsatta riktningar parallellt med hälrummets längd.

4. Elektriskt filter, omfattande två resonatoranordningar enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att omvandlaren i den ena av dessa anordningar bildar omvandlingsorgan på ingångs- sidan och omvandlaren i den andra anordningen bildar omvand- lingsorgan på utgângssidan och att organ ingår för koppling av akustisk energi från den ena anordningen till den andra. ß. Resonatoranordning enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e e k n a d av att substratet fortplantar akustiska yt- vågor.

0. Resonatoranordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att substratet fortplantar akustiska mass- vågor, som fortplantar sig parallellt med och tätt intill ytan.