DE2840928A1 - Mit akustischen oberflaechenwellen arbeitende vorrichtung zur verarbeitung von hochfrequenzwellen - Google Patents

Description

-S-

Dipl.-lng.

E. Prinz

Patentanwälte	2840928	Dipi-Ing. G. Leiser
Dipl.-Chem. Dr. G. Hauser
Ernsbergetstrasse 19
8 München 60

THOMSON - CSF 19. September 1978

173» Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 3165

Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Vorrichtung zur Verarbeitung von Hochfrequenzwellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Vorrichtung zur Verarbeitung von elektrischen Hochfrequenzsignalen mittels der elastischen Wellen, in die sie umgesetzt werden, wobei sich diese Wellen an der Oberfläche von Materialien ausbreiten, die sich entsprechend dem Typ der elastischen Wellen und den benutzten Wandlern ändert.

Es ist üblich, Vorrichtungen zur Verarbeitung von Hochfrequenzsignalen, wie Filter oder Leitungen mit frequenzabhängiger Laufzeit, beispielsweise dadurch zu verwirklichen, daß die Technologie der elastischen Oberflächenwellen angewendet wird; dabei handelt es sich beispielsweise um akustische Wellen, die sich an der Oberfläche der piezoelektrischen oder nicht piezoelektrischen Materialien ausbreiten oder um love-Wellen, die sich in einer auf einem Substrat

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Cni'3J.\!AL INSPECTED

angebrachten dünnen Schicht ausbreiten.

Eine bekannte Möglichkeit zur Realisierung eines Pilters mit der Übertragungsfunktion T (P), wobei P die Prequenz des zu filternden Signals ist, besteht darin, die zur gewünschten Pilterung führende Behandlung bei der Umsetzung des zu verarbeitenden elektrischen Signals in eine sich an der Oberfläche der Vorrichtung ausbreitende elastischen Welle und/ oder bei der umgekehrten Umsetzung der sich ausbreitenden elastischen Welle in ein elektrisches Ausgangssignal durchzuführen. Diese Verarbeitung bei der Umsetzung erfolgt mittels eines Eingangswandlers und/oder eines Ausgangswandlers, der zur Erzielung dieser Wirkung berechnet und dimensioniert ist.

Ein solches Pilter enthält beispielsweise kammartige Wandler, die auf einer piezoelektrischen Oberfläche angebracht sind; die erzielte Verarbeitung eines Signals, das von solchen Wandlern umgesetzt wird, hängt von der Anzahl, den Abmessungen und dem Abstand der Zähne der Kämme ab. Die Verarbeitung kann vom Eingangswandler oder vom Ausgangswandler allein erzielt werden, wobei der andere Wandler ein Breitband-Wandler ist, dessen einzige Aufgabe die Signalumsetzung ist; die Übertragungsfunktion T (P) des Pilters ist an die des Wandlers angleichbar, der die Verarbeitung bewirkt. Die Verarbeitung kann auch durch die Kombination der Filterwirkungen der zwei Wandler erzielt werden. In diesem Pail ist die Übertragungsfunktion des Pilters gleich dem Produkt der Übertragungsfunktionen der zwei Wandler.

Zur Erzielung einer bestimmten Übertragungsfunktion T (P) mit einem Wandler, muß dieser Wandler eine Impulsantwort I (t) haben, dessen Pourier-Transformierte gleich der gewünschten Übertragungsfunktion T (P) ist.

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Zu diesem Zweck wird die zu T (P) inverse Fourier-Transformierte, also die Punktion I (t) berechnet. Es werden die Lage und der Wert der Maxima dieser Punktion I (t) gesucht, und durch eine Zeit-Raum-Transformation (x = vt, wobei ν die Geschwindigkeit der akustischen Wellen ist) wird ein Interdigitalwandler hergestellt, der die bei den Maxima der Punktion I (x) liegenden diskreten Quellen mit den entsprechenden Amplituden verwirklicht. Bei diesem Vorgang wird von dem Verfahren der diskreten Quellen, oder dem Delta-Verfahren Gebrauch gemacht, bei dem Jedes Zahnpaar eines kammartigen Wandlers an einen unendlich schmalen, an der Mittellinie zwischen den zwei Zähnen befindlichen Ultraschallgenerator angepaßt wird; die Amplitude jeder diskreten Quelle ist der Länge der Überdeckung der zwei entsprechenden Zähne proportional, wobei sie entsprechend der Richtung des elektrischen Feldes zwischen den zwei Zähnen positiv oder negativ ist.

Die Synthese-Verfahren sind dem Fachmann bekannt; sie sind beispielsweise in dem von Editions Masson et Cie. herausgegebenen Buch mit dem Titel "Ondes elastiques dans les solides Application au traitement du signal" von E. Dieulesaint und D. Royer beschrieben.

Es sei bemerkt, daß diese Filter einen großen Nachteil zeigen, wenn es darum geht, Signale mit sehr hohen Frequenzen, beispielsweise über 700 MHz, zu verarbeiten. Je höher die zu verarbeitenden Frequenzen sind, desto näher müssen die Zähne der Wandler beieinanderliegen, wobei der mittlere Abstand d zwischen zwei benachbarten Zähnen, also die Abtastschrittweite, für eine mittlere Betriebsfrequenz Po des Filters folgenden Wert hat:

a _ Xo _ 1

Technologische Schwierigkeiten begrenzen daher die Verwirklichung solcher Filter für sehr hohe Frequenzen.

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Auch ein anderes Verfahren zum Herstellen solcher Filter ist bekannt. Bei diesem Verfahren werden Eingangs- und Ausgangswandler mit großer Bandbreite benutzt, die keine Verarbeitung des von ihnen umgesetzten Signals durchführen, während die die Filterung ergebende Verarbeitung an der sich ausbreitenden akustischen Welle vorgenommen wird. Ein derartiges bekanntes Verfahren erleichtert natürlich die Herstellung der Wandler, die für die hohen Frequenzen keine sehr nahe beieinanderliegenden Zähne mehr haben müssen. Dies hat jedoch einen ebensolchen Nachteil bei den Einrichtungen, mit deren Hilfe die Oberflächenwellen längs ihres Übertragungswegs verarbeitet werden. Die dispersive Verarbeitung wird in bekannter Weise mit Hilfe von Gittern erzielt, die im Weg dieser Wellen angebracht sind, beispielsweise in Form gravierter Gräben, metallischer Gitter oder implantierter Gitter. Die Schrittweite dieser Gitter, d.h. der Abstand zwischen zwei benachbarten diskreten Diskontinuitäten ist dabei umso kleiner, je höher die Frequenz der zu verarbeitenden Wellen ist. Wie bei den mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens mit diskreten Quellen ist es auch bei den Gitterfiltern nicht gut möglich, Frequenzen über 700 MHz zu verarbeiten; die Gitterperiodizität (ebenso wie die der Wandlerzähne) bleibt dabei unterhalb der Auflösungsgrenzen, die mit Hilfe herkömmlicher Maskierungsverfahren erhalten werden.

Mit Hilfe der Erfindung soll ermöglicht werden, Oberflächenfilter zu schaffen, die über 700 MHz arbeiten können; die Frequenzauflösungsgrenze der mit Hilfe der Erfindung zu schaffenden Filter ist mit einem Koeffizienten multipliziert, der entsprechend der Art des verwendeten Materials in der Größenordnung von 50, 100 oder auch darüber liegen kann.

Zur Erreichung dieses Verhaltens wird die unter Erzielung einer Filterwirkung erfolgende Verarbeitung direkt an den sich ausbreitenden Oberflächenwellen durchgeführt, was die Verwendung breitbandiger Eingangs- und Ausgangswandler er-

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möglicht, bei denen keine technologischen Schwierigkeiten auftreten; andererseits wird diese eine Filterwirkung ergebende Verarbeitung mit Hilfe von Einrichtungen erzielt, die keine räumlich-periodische Struktur aufweisen, wie es bei G-ittern der Pail ist.

Von der Filtergeometrie werden daher keinerlei Einschränkungen auf die hohen Frequenzen ausgeübt; wie noch zu erkennen sein wird, sind natürlich Einschränkungen vorhanden, die auf andere Faktoren zurückzuführen sind. Wie bereits erwähnt wurde, sind sie jedoch wesentlich geringer als die auf die Geometrie bekannter periodischer Strukturen zurückzuführenden Einschränkungen.

Nach der Erfindung ist eine mit akustischen Oberflächenwellen zur Verarbeitung von Hochfrequenzwellen mit einem Material zur Übertragung dieser Oberflächenwellen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, einer Eingangseinrichtung, die einem Ende, nämlich dem Eingangsende, der der Übertragung dienenden Oberfläche des Materials eine Front der zu verarbeitenden akustischen ¥ellen zuführt, gekennzeichnet durch mit dieser Oberfläche vereinigte Einrichtungen zur Erzielung von Übertragungsdiskontinuitäten in Zonen, in denen die Übertragungsgeschwindigkeit von der Übertragungsgeschwindigkeit des Materials verschieden ist, wobei dieee Zonen mehrere parallele Bahnen für die Ausbreitung elastischer Wellen, die von der Wellenfront ausgehen, begrenzen und wobei die Länge und die Breite der Zonen in Abhängigkeit von der angestrebten Verarbeitung gewählt sind.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung, die das Verständnis der Erfindung sowohl hinsichtlich ihrer Struktur als auch hinsichtlich ihrer Arbeitsweise ermöglicht,

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Fig. 2 ein Beispiel einer Anordnung von Diskontinuitätszonen,

Fig. 3 die mittels der Diskontinuitätszonen von Fig. 2 erhaltene Impulsantwort,

Fig. 4 ein weiteres Beispiel einer Anordnung von Diskontinuitätszonen,

Fig. 5 die mittels der Diskontinuitätszonen von Fig. 4 erhaltene Impulsantwort,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verwirklichung von Bandfiltern oder von dispersiven Leitungen,

Fig. 7 die Impulsantwort des Ausführungsbeispiels von Fig. 6,

Fig. 8 ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zur Verwirklichung von Filtern oder von dispersiven Leitungen verwendet werden kann,

Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung eines Filters für Love-Wellen, wobei die Kombination mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen eine Hervorhebung der Dispersion ermöglicht, und

Fig. 10 eine schematische perspektivische Darstellung einer abgeänderten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Diskontinuitätszonen durch Projektion eines Bildes gebildet werden.

In Fig. 1 ist sehr schematisch dargestellt, wie mit Hilfe der Erfindung akustische Oberflächenwellen verarbeitet werden können, ohne daß dazu periodische geometrische Strukturen benutzt werden.

Es sei bemerkt, daß alle Figuren der Zeichnung nur schematisch, und nicht maßstäblich ausgeführt sind.

Auf einem Materialkörper 1, auf deesen Oberfläche 2 sich elastische Oberflächenwellen ausbreiten können, sei angenommen, daß Eingangseinrichtungen, von denen noch verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben werden, an einem Zeit-

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punkt t = O eine Front nicht verarbeiteter, akustischer
Wellen aussenden, die in Abwesenheit der charakteristischen Merkmale der Erfindung mit einer konstanten Geschwindigkeit ν übertragen werden, die vom Material des Körpers 1
abhängt. Diese an der Abszisse χ ausgesendete Eingangswellenfront veranlaßt immer noch bei Fehlen der erfindungsgemäßen Einrichtungen eine parallele Wellenfront, die beispielsweise an der linie χ mit Hilfe nicht dargestellter
Einrichtungen abgegriffen wird; die Geschwindigkeit ν ist
für alle parallelen Übertragungswege und längs dieser Wege
gleich.

Gemäß der Erfindung ist die der Wellenausbreitung dienende
Oberfläche mit der Breite 1 und der Länge L in mehrere
parallele Ausbreitungsbahnen P.., Ppi P* niit der Länge L und den jeweiligen Breiten 1.., I₂, I^ unterteilt, wobei mit Hilfe von in den Zonen Z^, Z₂, Z, geschaffenen Einrichtungen
Übertragungsgeschwindigkeiten ν.., v₂, v^, die von der Übertragungsgeschwindigkeit ν verschieden sind, sowie Laufzeiten Tu, T₂» T₅ , die von den Laufzeiten in den Bahnen verschieden sind, erhalten werden. Die gleichzeitig am Eingang χ ausgesendeten Wellen kommen auf diese Weise entsprechend der Bahn, auf der sie übertragen worden sind, mehr oder weniger phasenverschoben am Ausgang x_ an, und das am Ausgang abgegriffene Signal ist so verarbeitet worden, als wäre es
ein Signal, das gleichmäßig übertragen worden ist, jedoch
von verschiedenen Quellen ausgesendet worden war (Verfahren mit diskreten Quellen).

Zur Veränderung der Übertragungsgeschwindigkeiten werden
mit den verschiedenen Ausführungen der Erfindung verschiedene für sich bekannte Verfahren erläutert; diese Verfahren können beispielsweise darin bestehen, auf den Zonen Z₁, Z₂, Z₃ Metallbeläge oder Ionenimplantationen vorzusehen.

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Das zur Bildung mit einer vorbestimmten übertragungsfunktion T (F) benutzte Verfahren kann einfach in das für Filter mit diskreten Quellen umgesetzt werden.

Wenn ein elektrischer Impuls I betrachtet wird, der am Zeitpunkt t = 0 an den Eingang x_o der Vorrichtung von Fig. 1 angelegt wird, dann veranlaßt dieser Impuls am Ausgang x_ drei phasenverschobene Impulse.

Die Amplitude jedes dieser drei Impulse ist der Breite jeder Bahn proportional, und ihre relativen Phasenverschiebungen sind den relativen längen der Diskontinuitätszonen, die die Impulse durchlaufen haben, proportional.

Mit einer solchen Vorrichtung ist es daher möglich, vorbestimmte Impulsantworten I (t) zu verwirklichen.

Das Beispiel von Fig. 1 zeigt den kompliziertesten Fall, bei dem die verschiedenen Bahnen von Diskontinuitätszonen gebildet sind, in denen die Übertragungsgeschwindigkeiten ^V1' ^V2* ^V3 ^{niclrt nur von der} Übertragungsgeschwindigkeit ν des Substrats, sondern auch untereinander verschieden sind.

Im allgemeinen wird es ausreichen, nur zwei Übertragungsgeschwindigkeiten auszunutzen, nämlich die Übertragungsgeschwindigkeit ν des Substrats und die Übertragungsgeschindigkeit v¹ der Diskontinuitätszonen.

In Fig. 2 ist schematisch ein Ausftihrungsbeispiel der Anordnung der Diskontinuitätszonen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei unterschiedlichen Übertragungsgeschwindigkeiten dargestellt, nämlich der Übertragungsgeschwindigkeit ν des Substrats 2 und der Übertragungsgeschwindigkeit v¹ der Diskontinuitätszonen Z.. und Z_2> wobei beispielsweise gilt: ν > v^f.

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Es ist zu erkennen, daß die dispersive Verarbeitung in dem Abschnitt der Zone Z₂ zwischen den Abszissenwerten X₁ und X₂ erfolgen wird. Der beim Abszissenwert x_Q ankommende Schallimpuls I wird insgesamt verzögert, jedoch nicht verformt; erst von der Abszisse X₁ an nimmt der sich in der von der Zone Z₁ begrenzten Bahn ausbreitende Impuls wieder die Übertragungsgeschwindigkeit ν an, während der Teil des Impulses, der sich in der von der Zone Zp begrenzten Bahn ausbreitet, bis zur Abszisse Xp die Übertragungsgeschwindigkeit v¹ beibehält.

Die Phasenverschiebung At zwischen der Ankunft dieser zwei Impulsabschnitte i.. und ig an der Abszisse x^ besteht aus einer Verzögerung des Impulsabschnitts ip entsprechend der Zone Z₂; diese Verzögerung hat den Wert:

At = (X₂ - X₁) (-1,.--I- ).

Die Amplituden dieser zwei Impulsabschnitte I₁ und i₂ sind jeweils den Breiten I₁ und I₂ der Zonen Z₁ und Z₂ proportional.

Die Impulsantwort I (t) hat also den im Diagramm von Fig. 3 angegebenen Verlauf.

Bei einer komplizierteren Ausgestaltung der Kontinuitätszonen, wie sie in Fig. 4- dargestellt ist, wird eine vollkommen berechenbare kompliziertere Impulsantwort erhalten, in der alle Impulse das gleiche Vorzeichen haben, wie Fig. 5 zeigt.

Die bisher nicht beschriebenen Eingangs- und Ausgangseinrichtungen können insbesondere abhängig vom Substrat aus verschiedenen bekannten Wandlern bestehen. Beispielsweise können pie aus breitbandigen, kammartigen Wandlern bestehen, deren Zähne die gleichen Abmessungen und die gleichen Zwischenräume haben, da sie keine Verarbeitung vornehmen müssen. Da das

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zu verarbeitende oder abzugreifende Signal kein elektrisches Signal, sondern direkt eine akustische Oberflächenwelle ist, wird ein Wandler nicht benötigt. Dies ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Vorrichtungen, bei denen die Verarbeitung direkt an der akustischen Welle vorgenommen wird.

Die bisher beschriebenen Vorrichtungen haben Impulsantworten, deren Impulse alle positiv sind. Aus der oben angegebenen Literaturstelle ist es aber auch bereits bekannt, daß zur Verwirklichung von Bandfiltern oder von dispersiven Leitungen eine Impulsantwort I (t) durch Synthese gebildet werden muß, die abwechselnd positive und negative Quellen enthält, also eine Impulsantwort, die, wie bereits erwähnt wurde, die inverse Fourier-Transformierte der für das Euter angestrebten Übertragungsfunktion T (F) ist.

Die nach der Erfindung ausgebildeten Verarbeitungsvorrichtungen können ohne weiteres zur Erzielung solcher Impulsantworten angewendet werden, die abwechselnd positive und negative Impulse enthalten. Dazu genügt es, die Eingangseinrichtung oder die Ausgangseinrichtung so zu verdoppeln, daß zu zwei Gruppen von Bahnen zwei Impulse mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgesendet werden oder die von einer der zwei Gruppen empfangenen Impulse invertiert werden.

In Pig. 6 ist in einer sehr schematischen Darstellung eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung gezeigt, mit deren Hilfe solche Impulsantworten erhalten werden können; Fig. 7 zeigt ihre Impulsantwort.

Bei dieser Vorrichtung sind breitbandige, kammartig ausgebildete Eingangs- und Ausgangswandler dargestellt, die auf dem beispielsweise aus piezoelektrischem'Material bestehenden Substrat 2 angebracht sind. Der Ausgang enthält nur

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einen einzigen ¥andler Ts, der die Summe der von ihm aas den zwei Bahngruppen empfangenen phasenversehobenen Impulse bildet, während der Eingang zwei symmetrische Wandler !Ee₁ und Te₂ enthält, die so verbunden sind, daß sie zwei symmetrische Impulse i und i^f aussenden. Der Impuls i führt nach der Übertragung in den zwei von den Zonen Z.., Z₂, Z^ begrenzten Bahnen zu positiven Impulsen I^ , i₂, i^, wie bereits anhand der zuvor beschriebenen Beispiele angegeben wurde. Der Impuls i^f ergibt nach seiner Übertragung in den zwei von den Zonen Z^ und Z⁽ ₂ begrenzten Bahnen negative Impulse i'.. und i^r ₂.

Zur Erzielung abwechselnder Torzeichen der Impulse können auch andere Torrichtungen verwirklicht werden. Wie bereits erwähnt wurde, ist es möglich, einen Eingangswandler und zwei symmetrische Ausgangswandler zu verwenden.

In Pig. 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in der die Eigenschaften des Eingangswandlers Te ausgenutzt werden, gleiche Wellenfronten in den zwei Übertragungsrichtungen auszusenden. Zwei gleiche Ausgangswandler Te^ und Ts₂ die im gleichen Abstand vom Eingangswandler Te liegen, grei fen jeweils die in den zwei Richtungen übertragenen und von den zwei Gruppen von Biskontinuitätszonen ß1 und Gr2 verarbei teten Impulse ab. Wie in der Figur dargestellt ist, werden sie gegenphasig benutzt;, damit die zwei Impulsgruppe!! entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die von ihnen gelieferten elektrischen Signale werden dann mit Eilte nicht dargestellter Einrichtungen addiert, damit die gesuchte Impulsantwort erhalten wird.

Es sei bemerkt, daß in den Darstellungen der Figuren 2 bis die die verschiedenen Bannen bildenden Diskontinuitätszonen stets so angegeben worden sind, daß sie gleichzeitig von den verschiedenen Punkten der Wellenfront getroffen werden? dies

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ist natürlich nicht die einzig mögliche Anordnung. Die Zonen können an einer beliebigen Abszisse der Bahnen in der Übertragungsrichtung angebracht werden, wie symbolisch in Fig, 1 dargestellt ist; dies gilt nicht nur für ihren Ort* sondern auch für ihre Länge« Außerdem können sie jeweils längs der Übertragungsrichtung aus mehreren Abschnitten bestehen.

Es ist auch möglich» zwischen den verschiedenen Zonen senkrecht zur Übertragungsrichtung einen kleinen Abstand vorzusehen. Mittels einer solchen Anordnung können Beugungsvollständig vermieden oder zumindest verringert

Bie nach 3er Erfindung ausgebildeten Vorrichtungen ermöglichen es» Hochfrequenz-Bandfilter, insbesondere bei Frequenzen über 5QQ MHz arbeitende Bandfilter, mittels einfacher Maskierungsverfahren zu erhalten, da die Biskantinuitätszonen beispielsweise durch Implantation oder durch Aufbringen eines Metallsbelags gebildet werden können.

Bei herkömmliQhen Filtern mit Interdigitalwandlern oder mit Gitterwandlern wird die Grenze der Frequenzauflösung von der Grenze der räumlichen Auflösung δχ der Wandlerzähne oder der Gitterschrittweite bestimmt, wobei gilt:

_Av A 1

Bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen hängt diese Grenze nicht mehr von einer räumlichen Auflösung Δχ ab, da keine periodische Anordnung vorliegt, sondern von der relativen Geschwindigkeitsänderung Δν/ν, die mittels der Diskontinuitätszonen Z₁, Z₂* ... erhalten werden kann.

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Wenn dieser Grenzwert Av/v mit dem oben angegebenen Grenz wert Δχ in Beziehung gesetzt wird, ergibt sich: Ax = i .

Die Frequenzauflösungsgrenze wird also in bezug auf die Auflösungsgrenze herkömmlicher Filter mit dem Faktor v/av multipliziert.

Für den Fall eines Substrats aus Lithiumniobat mit Metallbelag ergibt sich: av/v = 0,02, so daß die Frequenzauflösungsgrenze mit 50 multipliziert wird. Für den Fall von Quarz ergibt sich Δ v/v = 0,0t, so daß sie mit 100 multipliziert wird»

Diese Vorrichtungen können auf beliebigen Materialien ver« wirklicht werden, vorausgesetzt, daß sie akustische Oberflächenwellen übertragen können und daß örtliche Geschwindigkeit svariationen eingeführt werden können. Beispielsweise kann ein Filter auf Glas mit angeschweißten Wandlern und durch Ionenimplantation gebildeten Diskontinuitätszonen hergestellt werden.

Die Parameter dieser Zonen (die Art und die Dicke des aufgebrachten Metalls, die Dichte der implantierten Ionen ...) bestimmen den Wert der relativen Geschwindigkeitsänderung und folglich die Mittenfrequenz des Filters.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können zur Vervollständigung ihrer- Filterwirkung mit herkömmlichen Filtern kombiniert werden. Wenn beispielsweise die Breitband-Wandler Te und Ts von Fig. 2 durch Wandler mit Übertragungsfunktionen T₁ (F) und- T₂ (F) ersetzt werden, ergibt sich eine Gesamtüb ertragungsfunktiont

Σ (F> = T₁ . T₂ « T ,

wobei T die resultierende übertragungsfunktion der Zonen Z₁ und Z₂ ist.

Es ist auch möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer dispersiven Leitung, d.h. einer Leitung mit frequenzabhängiger Laufzeit, für Love-Wellen zu kombinieren, wie in Fig. 9 schematisch dargestellt ist. Eine Leitung für Love-Wellen, wie sie beispielsweise in der oben erwähnten Literaturstelle beschrieben ist, enthält eine dünne Schicht 10 auf einem Substrat 11 (beispielsweise Siliciumdioxid auf Silicium), einen Eingangswandler und einen Ausgangswandler. Die vom Eingangswandler erzeugten akustischen Wellen werden an der Grenzfläche reflektiert und durchlaufen die dünne Schicht mit einer von ihrer Frequenz abhängigen Geschwindigkeit. Dieser Dispersionseffekt kann dadurch verstärkt oder abgeschwächt werden, daß eine solche Leitung mit einer Vorrichtung nach der Erfindung kombiniert wird, wie in Fig. 9 dargestellt ist. Zwei Eingangswandler Te₁ und Τβρ» deren Übertragungsfunktionen die gleichen wie die der Wandler Te₁ und Te~ von Fig. 6 sind, senden Love-Wellen in Richtung zu einem Ausgangswandler Ts, der dem in Fig. dargestellten Ausgangswandler entspricht; Übertragungs-Diskontinuitätszonen, die den Diskontinuitätszonen von Fig. 6 entsprechen, modifizieren die Geschwindigkeit der Wellen, die sich in den entsprechenden Bahnen ausbreiten.

In allen bisher beschriebenen Ausführungsformen wird die Übertragungsfunktion eines Filters ein für allemal durch die geometrische Ausgestaltung bestimmt, die den Diskontinuitätszonen für die Übertragungsgeschwindigkeit bei der Herstellung gegeben worden ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, die die gleichen Betriebseigenschaften wie die zuvor beschriebenen Ausführungsformen hat, ermöglicht die Herstellung eines Filters, dessen Übertragungsfunktion bei seiner Fertigung

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nicht vorherbestimmt wird, sondern im Zeitpunkt seiner Anwendung gewählt und modifiziert werden kann.

Bei dieser AusfUhrungsform wird die Oberfläche 2, in der sich die Oberflächenwellen ausbreiten, nicht nur mit diskreten Fetallzonen entsprechend den Diskontinuitätszonen, sondern auch mit einer durchgehenden photoleitenden Schicht überzogen. Unterschiedliche Beleuchtungen der verschiedenen Zonen dieser Schicht erzeugen die Diskontinuitätszonen.

In Fig. 10 ist sehr schematisch ein Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung dargestellt. Das Übertragungsmaterial besteht hier aus einem nichtpiezoelektrischen Substrat 20, das von einer piezoelektrischen Zinkoxidschicht 21 bedeckt ist. Die akustischen Wellen 22 breiten sich an der Oberfläche 2 der Schicht 21 aus. Diese Art von Ausbreitungsmaterial (ein von einer piezoelektrischen Schicht bedecktes Substrat) kann auch in den zuvor beschrie: benen Ausführungsformen der Erfindung benutzt werden.

Die der Ausbreitung der Wellen 22 dienende Oberfläche 2 ist mit einer Schicht 23 aus einem Photoleitermaterial, beispielsweise einem Halbleiter wie Kadmiumsulfid, bedeckt. Durch Beleuchten dieser Schicht 23 mittels eines Lichtstrahlenbündels 2h durch eine Maske 25, deren Öffnungen die Oberflächen der erfindungsgemäßen Diskontinuitätszonen festlegen, werden nur diese Zonen beleuchtet, die leitenden Abschnitten des Halbleiters 21 entsprechen. Die sich auf der Oberfläche 2 der Schicht 21 ausbreitenden akustischen Wellen haben eine Ausbreitungsgeschwindigkeit, die von diesen leitenden Abschnitten der Schicht 23 modifiziert ist.

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Zur Änderung der Form der Diskontinuitätszonen und folglich zum Ändern der Übertragungsfunktion der Signalverarbeitungsvorrichtung muß nur die Maske gewechselt werden.

Es ist auch möglich, die Übertragungsfunktion dadurch zu ändern, daß nicht nur die Maskenform, sondern auch die Intensität des Lichtstrahlenbündels 24 verändert wird. In diesem Fall wird die relative Geschwindigkeitsänderung Δν/ν und nicht die Übertragungsfunktion des Filters modifiziert.

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Claims (13)

1. Dipl.-Ing.

   E. Prinz

   Patentanwälte 2840928 Dipl.-Ing
   G. Leiser Dipl.-Cliem
   Dr. G. Hauser Γ r η ς b β ι g e r s t r a s s P 19 8 München 60

   THOMSON - CSF 19. September 1978

   173, Bd. Haussmann
   75008 Paris / Frankreich

   Unser Zeichen; T 3165

   Patentansprüche

   1J Mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Vorrichtung zur Verarbeitung von Hochfrequenzwellen mit einem Material zur Übertragung dieser Oberflächenwellen mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, einer Eingangseinrichtung, die einem Ende, nämlich dem Eingangsende, der der Übertragung dienenden Oberfläche des Materials eine Front der zu verarbeitenden akustischen Wellen zuführt, gekennzeichnet durch mit dieser Oberfläche (2) vereinigte Einrichtungen zur Erzielung von Übertragungsdiskontinuitäten in Zonen (Z₁, Zp,...), in denen die Übertragungsgeschwindigkeit (v¹) von der Übertragungsgeschwindigkeit (v) des Materials verschieden ist, wobei diese Zonen mehrere parallele Bahnen (P₁, P₂,...) für die Ausbreitung elastischer Wellen, die von der Wellenfront ausgehen, begrenzen und wobei die Länge (L₁, L₂....) und die Breite (I₁, I₂, ...) der Zonen (Z₁, Z₂, ... ) in Abhängigkeit von der angestrebten Verarbeitung gewählt sind.

   Schw./Bl.

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   OHiQlNAL
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzielung der Diskontinuitätszonen (Z₁, Z₂,...) an der Oberfläche (2) des Übertragungsmaterials (1) aus einer Behandlung von Zonen bestehen, die auf der Oberfläche des Materials bei der Herstellung der Vorrichtung gebildet werden.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung darin besteht, daß auf den Zonen (Z₁, Z₂,..) ein Metallbelag aufgebracht wird, wobei die Parameter dieses Belags, insbesondere die Art und die Dicke des Metallbelags, die relativen Geschwindigkeitsänderungen (δv/v) der akustischen Wellen bestimmen.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung darin besteht, daß in die Zonen (Z₁, Z₂,..) Ionen implantiert werden, wobei die Parameter bei diesem ImplantationsVorgang, insbesondere die Art und die Dichte der implantierten Ionen, die relativen Geschwindigkeitsänderungen (Δν/ν) die akustischen Wellen bestimmen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzielung der Diskontinuitätszonen (Z₁, Z₂,...) an der Oberfläche (2) des Übertragungsmaterials eine Schicht (23) aus einem auf dieser Oberfläche (2) angebrachten Ihotoleiter-Halbleitermaterial besteht, wobei die Diskontinuitätszonen (Z₁, Z₂,...) bei einer Bestrahlung des Halbleitermaterials mittels eines Lichtstrahlenbündels (24) durch eine Maske (25), deren Öffnungen (26) den Zonen entsprechen, erscheinen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verarbeitenden Hochfrequenz-Wellen aus einem elektrischen Signal bestehen und daß die Eingangseinrichtungen wenigstens einen Eingangswandler (T.) enthalten.

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7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verarbeitenden akustischen Wellen bei ihrer Ausbreitung längs der Bahnen (P₁, P₂,...) abgegriffen und mit Hilfe wenigstens eines Ausgangswandlers (T ) in ein elektrisches Signal umgesetzt werden.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7 in der Ausführung als Filter mit der Übertragungsfunktion T (F), deren inverse Fourier-Transformierte l(t), die die Impulsanwort des Filters ist, η Impulse (I₁, i£,...i ) mit gleichem Vorzeichen und mit gegenseitiger Phasenverschiebung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß η parallele Bahnen (P₁, P₂,...) vorgesehen sind, jeweils eine Diskontinuitätszone (Z₁, Z₂,...Z_n) enthalten, in denen die Ausbreitungsgeschwindigkeit (v¹) von der Ausbreitungsgeschwindigkeit (v) der übrigen, der Übertragung dienenden Oberfläche (2) verschieden ist, daß die Breite (I₁, I₂,... I_n) dieser Diskontinuitätszonen den jeweiligen Amplituden der η Impulse (i-i» i₂,...i ) proportional ist, während ihre relativen längen (L₁, L₂,...L_Q) den relativen Phasenverschiebungen der Impulse proportional sind, und daß der Eingangswandler (T ) und der Ausgangswandler (T ) zwei Breitband-Wandler sind.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 in einer Ausführung zur Bildung eines Filters mit der Übertragungsfunktion T (F), deren inverse Fourier-Transformierte I (t), die die Impulsantwort des Filters ist, η Impulse (i.., i₂,...i ) mit gegebenem Vorzeichen und m Impulse (i'.j, i'-p,...!^) mit entgegengesetztem Vorzeichen enthält, die gegeneinander phasenverschoben sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Gruppe aus η parallelen Bahnen und eine zweite Gruppe aus m parallelen Bahnen vorgesehen sind, daß jede der n+tn Bahnen eine Diskontinuitätszone (Z₁, Z₂; Z¹.., Z^f ₂,...) enthält, in der die Ausbreitungsgeschwindigkeit

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   (ν¹) von der Ausbreitungsgeschwindigkeit (v) der übrigen, der Ausbreitung dienende-n Oberfläche (2) verschieden ist, daß die Breite dieser Zonen der jeweiligen Amplitude der η + m Impulse proportional ist, während ihre relativen Längen den relativen Phasenverschiebungen der Impulse proportional sind, daß der Eingangswandler und der Ausgangswandler Breitband-Wandler sind und daß der Eingangswandler (oder der Ausgangswandler) jeweils aus zwei gleichen Wandlern (Te.., Te₂) bestehen, die gegenphasig geschaltet sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Gruppen der η und m parallelen Bahnen senkrecht zur Übertragungsrichtung versetzt sind und daß die zwei gegenphasig geschalteten Wandler (Te.., Te₂) längs einer senkrecht zur Übertragungsrichtung verlaufenden Linie so angeordnet sind, daß jeder einer der zwei versetzten Gruppen entspricht.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswandler (¹Jl₀) eine Front akustischer Wellen in den zwei Richtungen der Ausbreitungen abstrahlt, daß die zwei Gruppen (G₁, Gp) der η und m parallelen Bahnen beiderseits dieses Wandlers angebracht sind und daß die zwei Ausgangewandler (Ts.., Ts₂) symmetrisch bezüglich des Eingangswandlers in der Weise angebracht sind, daß sie die jeweils von den zwei Gruppen verarbeiteten Wellen empfangen.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangswandler und/oder der Ausgangswandler eine vorbestimmte Übertragungsfunktion (I₁ (P), T₂ (i¹)) hat und an der Filterfunktion teilnimmt, wobei die Gesamtübertragungsfunktion (Σ (F)) gleich dem Produkt der Übertragungsfunktion des/der an der Eilterung beteiligten Wandler und der Übertragungsfunktion (T (F))

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    der von den Diskontinuitätszonen (Z.,, Z₂,... JZ^, Z'₂,·.«) gebildeten Yerarbeitungseinrichtungen ist.
13. 13. ,Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmaterial für die Oberflächenwellen (10) so gebildet iat, daß es dispersiv ist und daß die Diskontinuitätszonen (Z₁, Z₂,...; Z^, Z'₂,...) die Frequenzdispersion der verarbeiteten Wellen modifizieren.

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