DE1416034C - Piezoelektrisches Schaltelement - Google Patents

Description

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Es ist ferner bekannt, eine Anzahl von Elektroden- üblichen bekannten Schaltelementen erforderlich ist. paaren auf einem einzigen piezoelektrischen Element Wenn hier auf die im wesentlichen voneinander ununterzubringen. In der USA.-Patentschrift 2 799 789 abhängigen Resonatoren verwiesen wird, so bedeutet sind verschiedene Anordnungen mit zwei Resonatoren dies, daß die Resonatoren frei von meßbarer Wechselauf einem einzigen piezoelektrischen Element darge- 5 wirkung sind und daß ein Filter-Netzwerk mit einer stellt. Die Schwierigkeit dieser Konstruktion liegt Anzahl von punktförmigen Resonatoren gebildet werdarin, die unerwünschten Schwingungsmoden zu ver- den kann, das sich in seiner Wirkungsweise nicht von meiden. Ein Einspannen oder Abschrägen der Rän- einem Netzwerk aus getrennt aufgebauten Resonatoder hat verhältnismäßig wenig Einfluß. Es ist auch ren unterscheidet.

bekannt, die von Elektroden freien Flächen zu san- io Wenn man zunächst die elektrischen Komponenten

dein, um die Resonanzeigenschaften zu verändern. des Wirkungsbereichs betrachtet, so ergibt sich, daß

Es ist auch schon versucht worden, die Impedanz die elektrische Feldkomponente am Rande der Elekvon piezoelektrischen Elementen zu beeinflussen und troden rasch abfällt und daß schon im Abstand von mehrere Elektroden in Verbindung mit einem piezo- einer Plattendicke vom Elektrodenrand die Randelektrischen Element zu verwenden. Die französische 15 felder vernachlässigbar sind, selbst wenn das kera-Patentschrift 965 424 enthält .den Vorschlag, eine mische Material eine hohe DK hat. Dies gilt für den Dämpfung durch Einbetten des Randes des Schwing- Fall einer einzigen Gegenelektrode, welche die gequarzes und durch die dabei auftretenden Reibungs- samte Fläche der Platte bedeckt, und ebenso auch Verluste zu erreichen oder einen Überzug aus einem für den Fall, daß getrennte, einzelne Gegenelektroden viskosen Lack auf dem Quarz aufzubringen. 20 verwendet werden.

In dem Aufsatz »Neuartige Steuer- und Filter- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Quarze« in der Zeitschrift »Zeitschrift für technische durch die Elektroden individuelle Resonatoren auf Physik«, 1939, Nr. 3, ist angegeben, einen Überzug einem piezoelektrischen Schaltelement gebildet werauf dem Schwingquarz anzubringen, um eine Dämp- ^vden, die einen vorgeschriebenen Wirkungsbereich hafungswirkung zwischen den Elektroden hervorzurufen. 35 ben, innerhalb dessen die Frequenz durch andere Re-Es ist auch schon angegeben worden, daß durch eine sonatoren beeinflußt würde. Außerhalb dieses BeVeränderung der Zahl der Elektroden die Impedanz reichs können unabhängig schwingende Resonatoren des piezoelektrischen Elementes geändert werden angeordnet werden.

kann. Hierzuwirdauf dieUSA.-PatentschriftTJ 194539 Gemäß der Erfindung wird die oben erwähnte Aufverwiesen. 30 gäbe dadurch gelöst, daß die Elektroden auf der

Weitere Möglichkeiten sind in den USA.-Patent- .Hauptfläche einen Abstand voneinander und von dem schritten 1 863 372, 2 540187, 1450 246 und der Plattenrand haben, der mindestens das Dreifache der deutschen Patentschrift 856 314 angegeben. Bei allen Plattendicke beträgt und Resonatoren bilden, die undiesen bekannten Anordnungen werden die Elektro- abhängig voneinander schwingungsfähig sind,
den derart angebracht, daß ein Elektrodenpaar als 35 Die Erfindung bringt den Vorteil, daß das Filter Eingang benutzt wird, um den Resonator zu erregen, oder Filterkomponenten bei kleinsten Abmessungen während das andere Elektrodenpaar dazu dient, ein aus einem einzigen Bauteil bestehen, der im Betrieb durch die schwingende Platte erzeugtes Signal abzu- den bekannten komplizierten Filterschaltungen gleichnehmen. Dabei schwingt jeweils die Platte als Ganzes. wertig ist. Der Subminiaturbauteil der Erfindung er-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei 40 leichtert die Verpackung und die Montage, hat eine

einem piezoelektrischen Schaltelement kleiner Ab- hohe Lebensdauer und kann billiger hergestellt wer-

messung die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen, den als vergleichbare übliche Filteranordnungen,

auf der Platte angebrachten, individuellen Resona- Eine besonders einfache Ausführung ergibt sich,

toren zu vermeiden, so daß diese auf verschiedene wenn als Gegenelektrode eine einzige, allen Resdna-

Resonanzfrequenzen eingestellt werden können. 45 toren gemeinsame Elektrode vorgesehen ist. Bei der

Es wurde gefunden, daß für die Entstehung von Anbringung mehrerer Resonatoren kann eine Gruppe einander unabhängiger Schwingungen der einzelnen von Resonatoren in der Resonanzfrequenz schwingen, individuellen Resonatoren ein Parameter wichtig ist, während andere Resonatoren in der Antiresonanzder als Wirkungsbereich definiert werden kann. Der frequenz arbeiten. In weiterer Ausbildung der Erfin-Wirkurigsbereich ergibt sich als ein in Plattendicken 30 dung ist es vorteilhaft, wenn die Differenz zwischen angegebener Bereich, innerhalb dessen eine Störung der Zahl der Resonatoren mit Resonanzfrequenz und das Verhalten des individuellen Resonators maßgeb- der Zahl der Resonatoren mit Antiresonänzfrequenz lieh beeinflussen würde. Der Wirkungsbereich enthält nicht größer als 1 ist. Mit Hilfe solcher Anordnungen sowohl eine elektrische Wirkungskomponente, die lassen sich z. B. T- oder π-Glieder herstellen,
sich aus den elektrischen Randfeldern ergibt, und eine 55 Es kann vorteilhaft sein, ein piezokeramisches Mamechanische Wirkungskomponente, die auf der Fort- terial für die Platte zu verwenden, daß mindestens in pflanzung der kohärenten mechanischen Schwingun- den Bereichen zwischen den einander gegenüberliegen in der Platte beruht, genden Elektroden der einzelnen Resonatoren ent-

Der Wirkungsbereich ist abhängig von den physi- weder in Richtung seiner Dicke oder parallel zu den

kaiischen Eigenschaften des Plattenmaterials und von 60 Oberflächen polarisiert ist.

der Elektrodenform. Es wurde gefunden, daß es Die Dicke der Platte, zumindest in den Bereichen

durch entsprechende Wahl der Elektrodenabstände in zwischen den Elektroden, ist vorzugsweise so gewählt,

Beziehung zur Plattendicke möglich ist, unabhängig daß dadurch die verschiedenen Resonanzfrequenzen

schwingende Resonatoren auf einer einzigen Platte der Resonatoren bestimmt sind. Will man jedoch mit

verhältnismäßig geringer Größe unterzubringen, d.h. 65 einer Platte gleichförmiger Dicke arbeiten, so kön-

von einer Größe, die sich für den Aufbau von Sub- nen die Elektroden der Resonatoren verschiedene

miniatur-Schaltelementen eignet und nur einen win- Dicke besitzen, die so gewählt sind, daß sich verschie-

zigen Bruchteil des Raumes beansprucht, der bei dene Resonanzfrequenzen ergeben. Für die Bemes-

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sung hatte sich als vorteilhaft erwiesen, daß der sich die gewünschte Schwingungsform ergibt. So kann

Durchmesser der Elektroden auf der einen Seite der z. B. ein O°-Z-Schnitt von Kaliumtartrat verwandt

Platte nicht größer als das 8fache der Dicke der werden für eine Dickenscherschwingung oder ein

Platte ist. O°-Y-Schnitt von Lithiumsulfat für eine Dickendeh-

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den S nungsschwingung.

im folgenden in Zusammenhang mit den Zeichnungen . Vorzugsweise wird die Platte aus einem polarisierbeschriebenen Ausführungsbeispielen hervor. ' baren ferroelektrischen keramischen Material, wie

Fig. 1 zeigt schaubildlich eine vergrößerte An- z. B. Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat oder verschie-

sicht einer Ausführungsform einer piezoelektrischen denen chemischen Modifikationen davon hergestellt.

Schaltkomponente für einen Wellenfilter gemäß der io Polarisierbare ferroelektrische keramische Stoffe

Erfindung; · der beschriebenen Art werden oft als piezoelektrische

Fig. 2 ist eine .Draufsicht auf die in Fig. 1 ge- keramische Stoffe bezeichnet, weil sie durch Anwen-

zeigte Komponente; ' dung eines starken elektrischen Gleichfeldes in einen

F i g. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Zustand gebracht werden können, d. h. elektro-F i g. 2, wobei auch die Anschlüsse eingezeichnet 15 statisch polarisiert werden können, in dem sie ähnwurden; ■ liehe elektromechanische Eigenschaften zeigen, wie ^v F i g. 4 zeigt ein Ersatzschaltbild der Filterkompo- Quarz, Rochelle-Salz und ähnliche kristalline Stoffe, nente in den Fig. 1 bis 3; Wenn die Resonatoren 26 und 28 in der Dicken-

Fig. 5 zeigt, ähnlich wie Fig. 1, eine abgewandelte dehnungsschwingung schwingen sollen, werden zu-

Ausführungsform mit darin enthaltenen Schaltver- 20 mindest die Teile der Platte 12, die zwischen den

bindungen; . Elektroden 18 und 22 bzw. 20 und 24 liegen, in ihrer

F i g. 6 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß Dickenrichtung polarisiert, d. h. senkrecht zu den

der Erfindung; Ebenen der Oberflächen 14 und 16. Dies kann durch

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 6 ge- Anlegen der erforderlichen Gleichspannung zwischen

zeigte Filterkomponente; 35 den Elektrodenpaaren 18 und 22 bzw. 20 und 24 er-

F i g. 8 ist ein Schnitt entlang der Linie 8-8 in reicht werden. Das Element 10 kann hergestellt wer-

Fig. 7; ' den, indem großflächige Elektroden auf beide Ober-

F i g. 9 ist ein Ersatzschaltbild der in den F i g. 6, flächen aufgebracht werden, wonach die ganze Platte

7 und 8 gezeigten Komponente; 12 polarisiert wird und wonach ein Teil der Elektrode

Fig. 10 ist eine entsprechende Ansicht wie Fig. 7 30 von einer oder beiden Oberflächen entfernt wird, um

einer weiteren Ausführungsform der Filterkompo- die gewünschten Arbeitselektroden zurückzulassen,

nente; Für den Betrieb der Resonatoren 26 und 28 mit

Fig. 11 ist ein Ersatzschaltbild für die Filterkom- einer Dickenscherschwingung wird die Platte 12 oder

ponente derFig. 10; zumindest die Teile davon, die zwischen den betref-

Fig. 12 zeigt die Frequenzcharakteristik einer 35 fenden gegenüberliegenden Elektroden liegen, in

typischen Filterkomponente der in den F i g. 6 bis 8 einer Richtung parallel zu den Oberflächen polarisiert,

gezeigten Art. Im allgemeinen dürfte es jedoch einfacher sein, die

Die einfachste Form einer piezoelektrischen Filter- Platte 12 in Richtung der Dicke zu polarisieren, wes-

komponente 10 ist in den F i g. 1, 2 und 3 dargestellt. halb die Dickendehnungsschwingung der Resonatoren

Das Element 10 enthält eine relativ dünne, flache 40 für die Zwecke der Erfindung bevorzugt wird.

Platte 12 aus piezoelektrischem Material. Gewisse Die Dicke der Platte 12 bestimmt sich hauptsäch-

Merkmale der Gestalt und der Abmessungen der lieh durch die Grundfrequenzen der Resonanz des be-

Platte 12 sind von grundsätzlicher Bedeutung und treffenden Resonators. Es ist notwendig, daß sich die

sollen nun im einzelnen beschrieben werden. Grundfrequenzen der betreffenden Resonatoren hin-

Auf den Oberflächen 14 und 16 besitzt die Platte 45 reichend voneinander unterscheiden, um zu ermög-12 zwei Elektroden 18, 20 und Gegenelektroden 22, liehen, daß der eine als ein in Serie geschaltetes 24. Die Elektroden auf den Oberflächen der Platte 12 Glied und der andere als ein parallelgeschaltetes sind einander gegenüberliegend angeordnet, so daß Glied des Netzwerkes der Siebkette arbeitet. Aus sie Elektrodenpaare bilden, wobei einander zugeord- praktischen Gründen lautet in den meisten Fällen die nete Elektroden mit dem dazwischenliegenden piezo- 5° gewünschte Frequenzbeziehung zwischen den Resoelektrischen Material zusammenwirken und piezo- natoren, daß die Resonanzfrequenz des einen prakelektrische Resonatoren bilden. Die Elektroden 18 tisch mit der Antiresonanzfrequenz des anderen zu- und 22 bilden einen Resonator 26 und die Elektro- sammenfällt. Da die Resonanzfrequenz sowohl der den 20 und 24 einen Resonator 28. Die Elektroden Dickenscherschwingung als auch der Dickendehnungsan einer der Oberflächen können durch eine einzelne 55 schwingung der Resonatoren eine Funktion der Dicke Elektrode ersetzt werden, die die ganze Oberfläche des piezoelektrischen Materials ist, kann man die geüberdeckt und die eine derartige Gestalt, Abmessung wünschte Frequenzbeziehung dadurch erhalten, daß und Lage besitzt, daß sie den Elektroden auf der die Dicke der Platte 12 zwischen den betreffenden anderen Oberfläche gegenüberliegt. Elektrodenpaaren verschieden ist. Wenn jedoch die

Die beiden Resonatoren 26 und 28 haben Vorzugs- 60 Frequenzdifferenz und folglich die Differenz in der

weise dieselbe Dickenschwingung. Die Dickenschwin- Dicke klein ist, wird es vorgezogen, die Platte 12 mit

gungen können entweder Dickendchnüngs- oder gleichmäßiger Dicke (so daß beide Resonatoren die-

Dickenschcrschwingungcn sein. Die Platte 12 besteht selbe Grundfrequenz besitzen würden) herzustellen

aus einem monokristallincn piezoelektrischen Mate- und den Frequenzunterschied durch Erhöhen der

rial, wie Ouarz, Rochclle-Salz (Dikaliumtarlrat), Li- 65 Dicke der Elektroden von einem der Resonatoren zu

Ihitimsulfatoder ähnlichen Materialien, deren Oricn- erhalten. Natürlich kann eine Kombination der Plat-

licrung im Hinblick auf die kristallographisclicn Ach- ten- und P.lcktrodendickc verwandt werden, um die

sen in an sich bekannter Weise so gewählt ist, daß Frequenzen einzustellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 sind Elek- eine Dicke von etwa 0,2 mm. Gemäß den oben an-

tr.oden verschiedener Dicke zum Einstellen der Fre- gegebenen Parametern der Abmessung, die auf einem

quenz gezeigt. Der Dickenunterschied 1st jedoch über- D/T-Verhältnis von 8 und einem SIT-Verhältnis

trieben dargestellt, um das Vorhandensein des Unter- von 5 basieren, beträgt der Durchmesser der Elektro-

schieds in der Zeichnung hervorzuheben. Die Elek- 5 den 18 und 20 etwa 1,6 mm, und die Platte 12 besitzt

. troden 18 und 22 sind also dünner als die Elektroden eine Länge von etwa 5 mm und eine Breite von etwa

20 und 24, so daß der Resonator 26 eine Grund_: 4mm.

frequenz hat, die um einen angemessenen Betrag F i g. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Anhöher ist als die des Resonators 28. Wie bereits er- Schlüsse der Elektroden des Elements 10 für eine wähnt.wurde, kann man die Differenz der Frequen- io Arbeitsweise als »!,«-Glied-Filter. Der Leiter 30 verzen so wählen, daß sich eine Siebkette herstellen läßt. bindet die Elektrode 18 mit einer Eingangsklemme A, Der Einfachheit halber soll jedoch in den hier be- der Leiter 32 die Elektroden 22 und 24 mit einer schriebenen Ausführungsbeispielen angenommen wer- Ausgangsklemme B und der Leiter 34 die Elektrode den, daß sie entweder in Resonanz oder Antiresonanz 20 mit einem Erdanschluß G. Um den Vergleich mit mit einer Frequenz in der Mitte des gewünschten 15 der in Fig. 4 dargestellten Ersatzschaltung zu ver-Bandpasses sind. Danach besitzt der Resonator 26 einfachen, schließen die Verbindungen der in F i g. 3 eine Resonanzfrequenz, die in der Mitte des ge- dargestellten Anschlußklemmen geerdete Eingangswünschten Bandpasses liegt und mit der Antiresonanz- und Ausgangsklemmen A' und B' ein, um den Kreis frequenz des Resonators 28 zusammenfällt. Zur Ver- zu schließen.

einfachung der Bezeichnung sollen die Resonatoren, ao Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Ersatzschal-

die dem Resonator 26 entsprechen, im folgenden als tung sowohl im Serienzweig als auch im Parallelzweig

Serienresonatoren und diejenigen, die dem Resonator des »L«-Glieds eine Induktionsspule L_n, und einen

28 entsprechen, als Parallelresönatoren bezeichnet Kondensator C_m, die in Reihe geschaltet sind und

werden. . denen ein Kondensator C_e parallel geschaltet ist.

Die wirksame Fläche bzw. der Wirkungsbereich 25 Diese Kombination von D_m, L_m und C_e stellt jeweils

der Elektroden des betreffenden Resonators ist von das Analogon der Masse, des Federungswiderstandes

Bedeutung und ist eine Funktion der Dicke der Platte und der elektrischen Kapazitanz des Resonators, dar.

12. Während diese Fläche innerhalb gewisser Gren- Wie durch die gestrichelt gezeichneten Kästchen 26

zen gewählt werden kann, um die gewünschte Impe- und 28 angedeutet ist, ist der Schaltungsteil, der die

danz zu erreichen, ist es notwendig, ihre maximale 30 Serien- und Parallelzweige des »L«-Glieds darstellt,

Größe zu begrenzen, um ein ungestörtes Ansprechen verkörpert durch und ersetzt von den entsprechend

zu erhalten. Obwohl es nicht ganz sicher ist, weshalb bezifferten Resonatoren des Elements 10. Diese Dar-

dies der Fall ist, trifft vermutlich die Erklärung zu, stellungsweise der Zuordnung einzelner Resonatoren

daß Reflektionen an den Rändern der Platten erfol- zu der Ersatzschaltung wird auch bei den übrigen

gen. Darüber hinaus ist zu bemerken, daß der mecha- 35 Zeichnungen verwandt.

nische Gütefaktor des Aufbaues der einzelnen Reso- F i g. 5 zeigt ein Filterelement 10', das ähnlich dem

natoren mit steigender Elektrodengröße fällt. Zufrie- ■ in F i g. 1 gezeigten ist, das jedoch Elektroden 20 und

denstellende Ergebnisse wurden mit Elektrodendurch- 24 besitzt, die nach Art eines »L«-Glieds mit Hilfe

messern' erreicht, die zwischen 0,794 und 4,762 mm eines Streifens 32' aus leitendem Material verbunden

liegen, bei Resonanzfrequenzen von 4 bis 10 Mega- 4° sind, das direkt auf die Oberfläche 16 der Platte 12

hertz. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 sollte das aufgebrächt ist, wie z. B. durch Verfahren,'die von

Verhältnis der Elektrodendurchmesser D zu der Plat- der Herstellung gedruckter Schaltungen bekannt sind,

tendicke T den Wert 8 nicht wesentlich überschreiten. Daraus geht hervor, daß ein vollständiges »L«-Glied

Vorzugsweise soll D/T zwischen 4 und 8 liegen. eines Filters in einem einzigen Element enthalten ist,

Ein kritischer Faktor bei piezoelektrischen Reso- 45 das bei einer Frequenz von 10 Megahertz ein Volumen

natoren nach der Erfindung ist der Abstand S der von 3,3 · lO~³cm³ hat.

Elektroden voneinander und zu dem begrenzenden Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen ein anderes Ausfüh-Rand der Platte. Der Abstand S ist eine Funktion der rungsbeispiel. Das piezoelektrische Resonatorelement Plattendicke T. Ein Verhältnis SIT von 3 ist notwen- 110 enthält eine verhältnismäßig dünne, flache Platte dig, jedoch wird ein Verhältnis von 5 oder mehr vor- 50 Ϊ12 eines kristallinen oder piezoelektrischen keramigezogen. In diesem Zusammenhang wird darauf hin- sehen Materials. Auf den Oberflächen 114 und 116 gewiesen, daß die Unterschiede in der Plattendicke, der Platte 112 sind ringförmige Elektroden 118 a, die vorgesehen werden können, um die erwähnten, 118 b und 120 angebracht und zugeordnete Gegengewünschten Frequenzbeziehungen zu erhalten, nicht elektroden 122 a, 122 δ und 124 auf den gegenübereine solche Größe besitzen dürfen, daß sie die Ver- 55 liegenden Seiten, um drei piezoelektrische Resonatohältnisse DIT und SIT merklich beeinflussen. Der be- ren 126a, 126 b und 128 zu bilden. Der Durchmesser sondere Abstand ist erforderlich, um Wechselwirkun- der Elektroden beträgt nicht mehr als das 8fache der geh zwischen den betreffenden Resonatoren zu ver- Dicke der Platte 112 und vorzugsweise nicht weniger meiden und um den Einfluß der Plattenränder auf die als das 6fache dieser Abmessung. Die Elektroden be-Resoriatoren auf ein Minimum herabzusetzen. 60 sitzen voneinander und von der Umrandung der Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Filterkompo- Platte einen Abstand von mindestens dem 3fachen nente 10 ist die einfachste Aüsführungsform gemäß und vorzugsweise dem 5fachen der Plattendicke,
der Erfindung. Die Gestalt und die seitlichen Abmes- Obwohl an sich jede Verteilung der Elektroden auf sungen der Platte 12 sind so gewählt, daß die Größe der Platte 112 verwandt werden kann, die den obendcs Hlements und die Menge des benötigten piezo- 65 erwähnten Anforderungen genügt, wurden im Interelektrischen Materials möglichst klein gehalten sind. esse einer minimalen Größe des Elements die Elek-Ik-i einem praktischen Ausführungsbeispiel besitzt troden so angeordnet, daß ihre Zentren mit den das HIc-M)CiIt 10, das für 10 Megahertz, entworfen'ist, F.ckeii eines gleichseitigen Dreiecks zusammenfallen,

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dessen Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Platte können die Elektroden des Elements 110 in der fol-112 zusammenfällt, die kreisförmig ausgebildet ist. genden Weise verbunden werden:
Wie am besten in F i g. 8 zu erkennen ist, besitzen die Die Elektrode 118 des Serienresonators 126 wird Elektroden 118 a, 1186, 122 a, 122 & eine gleich- mit der Elektrode 120 a mit Hilfe eines Streifens aus mäßige Dicke, so daß entsprechende Resonatoren 5 leitendem Material 132' auf der oberen Oberfläche 126a und 1260 dieselbe Resonanzfrequenz besitzen. der Platte 112 verbunden, die in Fig. 10 gezeigt ist. Die Elektroden 120 und 124 des dritten Resonators Die andere Elektrode 122 des Serienresonators 126 128 sind um einen Betrag dicker, der notwendig ist, wird mit der Elektrode 124 b des Parallelresonators um diesem Resonator in der Antiresonanzfrequenz 128 b durch einen Streifen 132' aus leitendem Mateschwingen zu lassen, die praktisch mit der Resonanz- io rial auf der Unterseite der Platte 112 verbunden. Die frequenz des Resonators 126 a und 126 δ zusammen- . übrigen beiden Elektroden 124 a und 1206 der Parfällt. Diese spezielle Frequenzbeziehung wurde für allelresonatoren 128 a und 128 b werden in irgendein Element gewählt, das als Γ-Glied arbeitet. einer Weise verbunden, wie schematisch durch den

Die Elektroden an einer Oberfläche der Platte 112, Leiter 134 angedeutet ist. In der Praxis kann dies z. B. der Elektroden 122 a, 1226 und 124 auf der 15 durch äußere Verdrahtung, durch leitende Streifen, Oberfläche 116 sind mit Hilfe von Streifen aus elek- die sich über die Ränder der Platte 112 erstrecken, trisch leitendem Material 132' verbunden, die auf erreicht werden, oder in dem die leitfähigen Streifen diese Oberfläche aufgebracht werden. Wahlweise an dem Rand der Platte verzweigt werden, so daß können die Elektroden 122 a, 122 b und 124 durch sich die Verzweigungen zu den Elektroden in der geeine einzige große rechteckige Elektrode hinreichen- 20 wünschten Weise erstrecken. Durch Vergleich der der Größe ersetzt werden,.die den Elektroden 118a, Fig. 10 mit der Ersatzschaltung, die in Fig. 11 ge-118 & und 120 auf der Oberfläche 114 gegenüberliegt. zeigt ist, ergibt sich, daß der Reihenresonator 126 den Ferner kann die Oberfläche 116 vollkommen mit Reihenzweig eines π-Gliedes zwischen der Eingangseiner einzigen Elektrode bedeckt sein. Die Elektrode klemme A und der Ausgangsklemme B bildet und 118 a ist mit der Eingangsklemme A über den Leiter 25 daß die Parallelresonatoren 128 a und 1286 die Par-130 verbunden. Die Elektrode 118 & ist mit der Aus- allelzweige bilden.

gangsklemme B über den Leiter 132 und die Elek- Durch Anwendung dieser Prinzipien kann eine trode 120 mit Erde über den Leiter 134 verbunden. große Vielfalt komplizierter Filternetzwerke mit jeder Die einzelnen, nicht gezeigten Streifen des leitenden gewünschten Zahl von Untereinheiten auf ein einMaterials auf der Oberfläche 114 können verwandt 30 ziges, verhältnismäßig einfaches Resonatorelement werden, um Anschlußverbindungen an den Rändern reduziert werden. ·
der Platte 112 vorzusehen, wenn dies erwünscht ist. Dabei kann eine praktisch unbegrenzte Anzahl von

Die Ersatzschaltung des Filterelementes 110 mit Variationen und Kombinationen ausgeführt werden, den verbundenen Elektroden, die in F i g. 8 gezeigt die entsprechend den vorliegenden Anforderungen ist, ist in der Fig. 9 dargestellt. Diese Ersatzschal- 35 den gewünschten Netzwerken angepaßt sind. Eine tung zeigt, daß das Element 110 als ein Γ-Glied ar- Anzahl von verschiedenen Resonatorelementen nach beitet, das aus Resonatoren 126 α und 126 b besteht, irgendeinem der Ausführungsbeispiele können z. B. die dieselbe Resonanzfrequenz (in der Mitte des in geschichteter Anordnung mit geeigneten Halterun-Bandpasses) besitzen und in Reihe geschaltet 'sind, gen und Vorkehrungen für Anschlußkontakte aufeinum den Reihenzweig des Glieds zu bilden, und das 40 andergestapelt werden.

einen Resonator 128 in Antiresonanz (bei derselben Fig. 12 zeigt die Bandpaßcharakteristik eines

Frequenz) besitzt, der den Parallelzweig des T-Glieds typischen T-Gliedes eines Filterelementes, wie es z.B.

bildet. in F i g. 8 dargestellt ist. Dieses Filterelement besteht

Durch Änderung der Frequenzbeziehungen des be- aus einem kreisförmigen Plättchen aus piezoelektritreffenden Resonatorelements 110 und durch eine ge- 45 schem keramischem Material, das einen Durchmesser eignete Verbindung der Elektroden kann ein π-Glied von 9 mm und eine praktisch gleichförmige Dicke von 110' (Fig. 10) hergestellt werden. Bei dem Element 0,2mm besitzt. Die Serienresonatoren sind auf eine 110' werden die betreffenden Dicken so gewählt, daß zentrale Frequenz von 10,6 Megahertz abgestimmt, nur eine Resonator 126 eine Resonanzfrequenz in Die Elektroden haben einen Durchmesser von 1,2 mm der Mitte des Bandpasses besitzt, während die Anti- 50 und haben voneinander und von dem Rand des Plättresonanzfrequenz der übrigen beiden Resonatoren chens einen Abstand von 1,6 mm. Die gesamte Ein-128 a und 1286 praktisch mit dieser Resonanz- heit hat ohne die Leitungen ein Volumen von etwa frequenz zusammenfällt. Um ein π-Glied zu bilden, 2,6· 10~²cm³.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 ßer als das 8fache der Dicke (T) der Platte (12) Patentansprüche: lst· __.,,■' . . , 10. Schaltelement nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

1. Piezoelektrisches Schaltelement kleiner Ab- 5 zeichnet, daß die Platte (112) drei Elektrodenmessung mit einer relativ dünnen piezoelektri- paare (z.B. 118a, 122a) auf jeder der beiden sehen Platte mit glatter Oberfläche, die minde- Seiten besitzt, die einander gegenüberliegend anstens zwei voneinander getrennte Elektroden auf geordnet sind und drei unabhängig voneinander der einen Hauptseite und eine gegenüberliegende schwingungsfähige Resonatoren (126 a, 1266, Gegenelektrodenanordnung auf der anderen Seite 10 128) bilden.

aufweist, wobei die Elektroden und die Gegenelektroden mindestens zwei einzelne Resonatoren
bilden, die je in der Dickenschwingung schwingen, dadurch gekennzeichnet, daß die

Elektroden (18, 20) auf der Hauptfläche einen 15
Abstand voneinander und von dem' Plattenrand
haben, der mindestens das Dreifache der Plattendicke beträgt und Resonatoren bilden, die unabhängig voneinander schwingungsfähig sind. Die Erfindung betrifft piezoelektrische Schaltele-

2. Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch ge- ao mente für elektrische Wellenfilter.

kennzeichnet, daß die Gegenelektrodenanordnung Seit dem Erscheinen des Transistors und seiner

(22, 24) aus einer einzigen, allen Resonatoren ge- sich ständig ausbreitenden Verwendung als Ersatz

meinsamen Elektrode besteht. für Elektronenröhren wurden schon vielfach Be-

3. Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, da- mühungen darauf gerichtet, auch andere elektrische durch gekennzeichnet, daß eine Resonatorgruppe _Λ5 Schaltelemente zu verkleinern, um die kleinen Ab-(126 a, 126 b) eine Resonanzfrequenz hat, die messungen kompakter Verstärkerstufen voll auszupraktisch mit der Antiresonanzfrequenz weiterer nutzen. Eines der wichtigen Schaltelemente, deren Resonatoren (128) zusammenfällt. Verkleinerung bisher nicht gelungen ist, obwohl sich

4. Schaltelement nach Anspruch 3, dadurch ge- die Fachwelt in dieser Richtung intensiv bemühte, kennzeichnet, daß die Differenz zwischen der An- 30 ist das elektrische Wellenfilter, insbesondere ZF-zahl der Resonatoren in der ersten Gruppe und Bandfilter mit hoher Trennschärfe. Bisher enthielten der Anzahl der weiteren Resonatoren nicht grö- Wellenfilter Netzwerke aus Spulen und Kondensatoßer als 1 ist. ren und/oder Kombinationen einfacher piezoelektri-

5. Schaltelement nach einem der vorhergehen- scher Resonatoren. Wegen der großen Zahl inden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das 35 dividueller Komponenten, die in einem derartigen piezokeramische Material der Platte mindestens Filternetzwerk vorhanden sind, und wegen der entin den Bereichen zwischen den einander gegen- sprechenden Kompliziertheit des Aufbaus und der überliegenden Elektroden (z. B. 18, 22) der ein- Gehäusestruktur erschien ein kompakter Aufbau derzelnen Resonatoren (26, 28) in Richtung seiner artiger Filter bisher unmöglich.

Dicke polarisiert ist, so daß die Schwingungsform 40 Zur Erzielung kleiner Abmessungen bei einem

eine Dickenschwingung ist. piezoelektrischen Schaltelement geht man am besten

6. Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 von einer Anordnung aus, bei der eine relativ dünne bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das piezo- piezoelektrische Platte mit glatter Oberfläche mindekeramische Material der Platte zumindest in dem stens zwei voneinander getrennte Elektroden auf der Bereich zwischen den gegenüberliegenden Elek- 45 einen Hauptseite und eine gegenüberliegende Gegentroden (z. B. 18, 22) der einzelnen Resonatoren elektrodenanordnung auf der anderen Seite aufweist, (26, 28) parallel zu den Oberflächen polarisiert wobei die Elektroden und die Gegenelektroden minist, so daß die Schwingungsform eine Dicken- destens zwei einzelne Resonatoren bilden, die je in scherschwingung ist. der Dickenschwingung schwingen.

7. Schaltelement nach einem oder mehreren der 50 Bei solchen Anordnungen mit mehreren schwinvorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- genden Resonanzkomponenten treten jedoch leicht net, daß die Dicke (T) der Platte (12) zumindest Störungen oder gegenseitige Beeinflussungen auf, die in den Bereichen zwischen den Elektroden so ge- vermieden werden müssen.

wählt ist, daß dadurch die verschiedenen Reso- Aus der USA.-Patentschrift 2 967 958 ist es benanzfrequenzen der Resonatoren (26, 28) be- 55 kannt, bei Wellenfiltem unerwünschte oder Störstimmt sind. schwingungen des Kristalls in der Nähe der Grund-

8. Schaltelement nach Ansprüchen 1 bis 7, da- frequenz zu vermeiden. Dabei wird der Schwingdurch gekennzeichnet, daß die Dicke (T) der kristall abgeschrägt oder so geformt, daß bestimmte Platte (12) zumindest in den Bereichen zwischen Schwingungsmoden bevorzugt werden. Diese Maßden Elektroden praktisch gleichförmig ist und 60 nähme hat jedoch dann verhältnismäßig wenig Erfolg, die Elektroden (18, 20, 22, 24) der Resonatoren wenn eine Dickenschwingung wie in der vorliegenden (26, 28) verschiedene Dicke besitzen, die so ge- Erfindung angestrebt wird. Bei der bekannten Anwählt sind, daß sich verschiedene Resonanz- Ordnung soll zur Erzielung einer Dickenschwingung frequenzen ergeben. eine bestimmte Bezienung zwischen dem Durchmesser

9. Schaltelement nach einem oder mehreren 65 der plattierten Elektroden und der Frequenz eingeder vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- halten werden, wenn der Kristall einen Durchmesser zeichnet, daß der Durchmesser (D) der Elektroden hat, der etwa doppelt so groß ist wie der der Elek-(18, 20) auf der einen Seite der Platte nicht grö- troden.