DE2848267B2

DE2848267B2 - Akustische Oberflächenwelleneinrichtung

Info

Publication number: DE2848267B2
Application number: DE2848267A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Inoue; Kenji Suzuki; Hiromichi Yamada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1977-11-07
Filing date: 1978-11-07
Publication date: 1980-02-07
Also published as: DE2848267A1; GB2007931B; GB2007931A; DE2848267C3; US4223284A

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Oberflächenwelleneinrichtung wie Filter, Verzögerungselemente u. dgl. mit einem Interdigitalelektroden-Wandler, wie im Oberbegriff von Patentanspruch 1 angegeben.

Bekanntlich is', die Impedanz einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung bestimmt durch eine elektrostatische Kapazität, welche durch eine Interdigitalelektrode und ein Substrat aus einem piezoelektrischen Material gebildet wird. Diese Impedanz ist ferner eine Funktion des Kapazitätswertes zwischen sich überlappenden benachbarten Elektrodenfingerpaaren sowie der Anzahl solcher Paare. Folglich wäre es erwünscht, die Impedanz der akustischen Oberflächenwelleneinrichtung in Abhängigkeit von der Anzahl von benachbarten, sich interdigital überlappenden Elektrodenfingerpaaren bestimmen zu können. Andererseits muß bei der praktischen Anwendung solcher akustischer Oberflächenwellenelemente die Impedanz des Elements an die Impedanz anderer Schaltungen angepaßt werden. In jüngster Zeit hat man zur Erleichterung der Impedanzanpassung einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung an eine andere Schaltung durch Reduzierung der elektrostatischen Kapazität und damit einer Erhöhung der Impedanz die Interdigitalelektrode in der Ausbreitungsrichtung der

akustischen Oberflächenwelleneinrichtung diese in mehrere elektrisch in Serie geschaltete Elektrodenabschnitte unterteilt Derartige akustische Oberflächenwelleneinrichtungen werden oft als unterteilte Oberflächenwellenelemente bezeichnet Beispiele solcher Elemente sind in den US-Patentschriften Nr. 36 00 710 und 36 75 054 beschrieben.

In den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung sind bekannte unterteilte akustische Oberflächenwellenelemente dargestellt Die Einrichtung von F i g. 1 enthält einen Wandler 100 mit einer aus zwei geteilten Elektrodenabschnitten 10 und 20 bestehenden Interdigitalelektrode. Der erste geteilte Elelitrodenabschnitt 10 besteht aus ineinandergreifenden kammförmigen Elektrodenabschnitten 1 und 3, und der andere Elektrodenabschnitt 20 aus ineinandergreifenden kammförmigen Elektroden 2 und 2. Die kammförmige Elektrode 3 von Abschnitt 10 ist mit der kammförmigen Elektrode 3 von Abschnitt 20 über einen Verbindungsfinger 4 verbunden. Wenn die kammfönnigen Elektroden 1 und 2 ar. unterschiedliche Potentiale angeschlossen sind, dann liegt d'jt kaminförmige Elektrode 3 an einem Zwischenpotential, das für beide Elektrodenabschnitte 10 und 20 das gleiche ist. Die Breite sämtlicher Elektrodenfinger der kammförmigen Elektroden 1,2 und 3 beträgt ¹A λ, und der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern beträgt ebenfalls ¹At A, wobei λ die Wellenlänge dei sich auf dem piezoelektrischen Substrat ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle ist

Die in F i g. 2 und 3 dargestellten konventionellen Ausführungen unterscheiden sich gegenüber Fig.! jeweils im Verbindungsbereich zwischen den beiden geteilten Elektrodenabschnitten 10 und 20. F i g. 1 hat den Verbindungsfinger 4 im Teilungsbereich mit einer Breite von ³AA, durch den die Interdigitalelektroden der beiden geteilten Elektrodenabschnitte 10 und 20 elektrisch in Serie verbunden sind. Demgegenüber hat die Ausführung von F i g. 2 in diesem Bereich zwei benachbar'e Elektrodenfinger 5 und 6, die durch Verbindung mit der kammförmigen Elektrode 3 an dein gemeinsamen Potential liegen. Die Ausführung von F i g. 3 hat im Teilungsbereich einen Elektrodenfinger 7. der am gleichen Potential liegt wie die kammförmige Elektrode 1, und einen Elektrodenfinger 8, der das gleiche Potential führt wie die kairmförmige Elektrode 2. Die beiden Elektrodenfinger 7 und 8 liegen nebeneinander, sie überlappen sich somit gegenseitig.

Die in F i g. 4 und 5 dargestellten weiteren Beispiele für konventionelle Elektrodenmuster von Interdigitalelektroden sind jeweils der Ausführung von F i g. 2 und 3 ähnlich, nur mit dem Unterschied, daß die Elektrodenfinger in Fig.4 und 5 in Längsrichtung unterteilt sind und in Fig.2 und 3 als einheitliche Elektrodenfinger ausgebildet sind. Gespaltene, also unterteilte Elektroden bei Interdigitalelektroden von akustischen Oberflächen welleneinrichtungen sind in der US-PS 37 27 155 beschrieben.

Durch Unterteilung eines Interdigitalwandlers in eine Anzahl von geteilten Elektrodenabschnitten und durch Serienschaltung der geteilten Elektrodenabschnitte IaDi sich die elektrostatische Kapazität der akustischen Oberflächenwelleneinrichtung vermindern und dadurch die Impedanz der Einrichtung erhöhen.

Bei diesen konventionellen Maßnahmen zur Elektrodenteilung gemäß Fig. 1 bis 5 sind jedoch die nachstehend geschilderten Probleme aufgetreten.

Der in F i g. 1 die Elektrodenabschnitte 10 und 20 verbindende Verbindungsfinger 4 mit Überbreite

verursacht eine Phasendifferenz in dem an die geteilten Elektrodenabschnitte 10 und 20 anzulegenden Signal und somit eine Phasendifferenz bei der durch die genannten Abschnitte 10 und 20 angeregten akustischen Oberflächenwellenenergie. Es kommt hinzu, daß im Bereich dieses Verbindungsfingers 4 per se keine akustische Oberflächenwelle angeregt und dadurch eine Diskontinuität in der Intensität der akustischen Oberflächenwellenenergie zwischen den beiden geteilten Elektrodenabschnitten 10 und 20 verursacht wird.

Bei den konventionellen Ausführungen von Fig.2 und 4 liegen die Elektrodenfinger 5 und 6 im Teilungsabschnitt am gleichen Zwischenpotential, folglich ist die Spannung an diesen Fingern 5 und 6 gleich Null, und dies hat wieder zur Folge, daß im Teilungsbereich zwischen den geteilten Elektrodenabschnitten 10 und 20 keine akustische Oberflächenwelle angeregt wird. Dies fühlt wiederum zu einer Diskontinuität der Intensität der akustischen Oberflächenwellenenergie im Bereich zwischen den iiektrodenfingern 5 und 6.

Bei den konventionellen Ausführungen gemäß F i g. 3 und 5 besitzt die zwischen den benachbarten D.ektrodenfingern 7 und 8 erzeugte Spannung den doppelten Wen der zwischen jeweils zwei anderen benachbarten Elektrodenfingern erzeugten Spannung, so daß auch die Intensität der akustischen Oberflächenwellenenergie zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8 doppelt so groß wie die zwischen jeweils zwei anderen benachbarten Elektrodenfingern angeregte Energie ist. Folglich ergibt sich auch hier eine Diskontinuität in der Intensität der akustischen Oberflächenwellenenergie im Teiiungsabschnitt zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8.

In der US-PS 36 99 364 ist eine akustische Oberflächenwelleneinrichtung beschrieben, bei der eine gewünschte Frequenzcharakteristik durch Änderung der Überlappungslängen von sich gegenseitig überlappenden benachbarten Elektrodenfingern entsprechend einer Bemessungsfunktion erreicht wird, die bestimmt ist durch ein durch eine umgekehrte Fourier-Transformation der oben beschriebenen gewünschten Frequenzcharakteristik erlangtes Impulsverhalten. Ein solches bemessenes Elektrodenmuster der Elekti odenfinger wendet man vorteilhafterweise bei einer »rhöhten Abschwächung der Seitenzipfel der Frequenzcharakteristik, bei einer unsymmetrischen Frequenzcharakteristik mit vorgegebenen abgeschwächten Frequenzpositionen und dergleichen an. Auf jeden Fall führt das bemessene Elektrodenmuster der Elektrodenfinger zu einer erhöhten Diskontinuität der Oberflächenwellenenergie im Teilungsabschnitt, verglichen mit den normalen Elektrodensystem der Elektrodenfinger, ■veti.i die Elektrodenteilung bei solchen bemessenen Elektrodenmustern angewendet wird.

Die zuvor besprochene Diskontinuität in der Oberflächenwellenenergie schränkt die Konstruktionsfreiheit für einen Wandler einer akustischen Oberflächsnwelleneinrichtung ein Genauer gesagt, die oben beschriebene Diskontinuität in der Oberflächenwellenintensität verhindert, einem akustischen Oberflächenwellenelement gewisse Arten der Frequenzcharakteristik zu verleihen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Sund der Technik, insbesondere den in F i g. 3 und 5 dargestellten konventionellen Ausführungen gegenüber verbesserte akustische Oberflächenwelleneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine größere Konstruktionsfreiheit möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Die zwei oder mehr geteilten Elektrodenabschnitte sind elektrisch in Serie geschaltet, d. h. die eine kammförmige Elektrode eines ersten geteilten Elektrodenabschnitts liegt an einem ersten Potential, die andere kammförmige Elektrode des ersten geteilten Elektrodenabschnitts ist an eine geteilte kammförmige Elektrode eines zweiten geteilten Elektrodenabschnitts angeschlossen, und die andere kammförmige Elektrode des zweiten geteilten Elektrodenabschnitte liegt an einem zweiten Potential. Somit sind die andere kammförmige Elektrode des ersten geteilten Elektrodenabschnitts und die eine kammförmige Elektrode des zweiten geteilten Elektrodenabschnitts zusammengeschaltet und an ein gemeinsames Zwischenpotential angeschlossen. Die Interdigitalelektrode ist in der Weise geteilt, daß die Elektrodenfinger der einen kammförmigen Elektrode des ersten Abschnitts und die andere kammförmige Elektrode des zweiten Abschnitts einander direkt benachbart und mit dicht beieinanderliegenden linden gegenseitig überlappt sind. Erfindungsgemäß sind die zuvor beschriebenen benachbarten Elektrodenfinger der kammförmigen Elektroden, die auf unterschiedlichen Potentialen liegen, in ihrer Länge gegenüber der durch die Umhüllende bestimmten Ursprungslänge der benachbarten Elektrodenfinger verkürzt. Auf diese Weise wird eine Diskontinuität in der akustischen Oberflächenwellenenergie im Teilungsbereich zwischen den geteilten Elektrodenabschnitten verhindert bzw. abgeschwächt. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung.

Die Erfindung ist in gleicher Weise für akustische Oberflächenwelleneinrichtungen mit einheitlichen nichtunterteilten. aber auch mit geteilten Interdigitalelektrodenfingern geeignet. Ferner eignet sich die Erfindung für solche akustischen Oberflächenwelleneinrichtungen mit Interdigitalelektroden. bei denen die Überlappungslängen von benachbarten, sich überlappenden Elektrodenfingern nach einer Bemessungsfunktion abgeändert sind, welche durch eine gewünschte Frequenzcharakteristik bestimmt wird.

Nachstehend werden einige die Merkmale der Erfindung enthaltende Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 5 bereits erläuterte Interdigitalelektrodenanordnungen verschiedener zum Stand der Technik zählender konventioneller akustischer Oberflächenwelleneinrichtungen.

F i g. 6A ein Eleictrodenmuster einer erfindungsgemäßen Interdigitalelektrode,

Fig.6B eine Ausschnittsvergrößerung eines Teilungsabschnitts der Ausführung von F i g. 6A,

F i g. 7 ein Elektrodenmuster einer anderen erfindungsgemäßen Ausführung einer Interdigitalelektrode,

F i g. 8A ein Elektrodenmuster eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Interdigitalelektrode,

Fig.8B eine Ausschnittsvergrößerung eines Teilungsbereiches der Ausführung von F i g. 8A,

F i g. 9 ein Elektrodenmuster eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Interdigitalelektrode,

Fig. !0A ein Elektrodenmuster eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Interdigitalelektrode,

Fig. 1OB eine Ausschnittsvergrößerung aus dem Teilungsbereich der Ausführung von F i g. 1OA, und

F i g. 11 ein Elektrodenmuster eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Interdigitalelektrode.

Das in Fig.6A dargestellte Elektrodenmuster einer -, erfindungsgemäßen Interdigitalelektrode bildet eine Verbesserung gegenüber der in F i g. 3 dargestellten und eingangs besprochenen konventionellen akustischen Oberflächenwelleneinrichtung und enthält einen Wandler 100 mit einer Interdigitalelektrode, die ein normales

in Elektrodenmuster aufweist. Bei dem Wandler 100 ist die Interdigitalelektrode auf einem Substrat 40 aufgetragen, welches aus einem piezoelektrischen Material, beispielsweise einer piezoelektrischen Keramik wie PZT, einem Einkristall wie LiNbOj oder einem piezoelektrischen

ι ·, Film wie ZnO besteht. Die auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrates 40 aufgebrachte Interdigitalelektrode besteht aus zwei geteilten Elektrodenabschnitten 10 und 20, von denen ersterer kammförmige Elektroden 1 und 3 und letzterer kammförmige

_>o Elektroden 2 und 3 enthält. Da die in Fig.6A und den übrigen Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungen Weiterbildungen der in Fig. 1 bis 5 dargestellten konventionellen Einrichtungen sind, tragen gleiche Einzelheiten jeweils gleiche Bezugszahlen,

_>-, und auf eine detaillierte Beschreibung von nicht interessierenden Einzelheiten wird verzichtet.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6A sind die beiden benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 der kammförmigen Elektroden 1 und 2 an ihren Enden im

κι Teilungsabschnitt kürzer als die übrigen Elektrodenfinger gehalten, d. h. kurzer als die Überlappungslängen der übrigen benachbarten Elektrodenfinger. Aus dem in F i g. 6B vergrößert dargestellten Teilungsabschnitt der Ausführung von Fig.6A läßt sich entnehmen, daß die

r> einander benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 im Teilungsabschnitt nur drei Viertel f-jA der Überlappungslänge sämtlicher benachbarten Elektrodenfinger, deren Länge mit L angegeben ist, haben. Es sei aber

.in ausdrücklich bemerkt, daß die hier angegebene verkürzte Länge der benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 auch etwas länger oder kürzer sein kann; dies richtet sich nach der Gesamtkonfiguration des Elektrodenmusters Hier muß z. B. die Breite der gemeinsamen

4-, Fingerverbindungsabschnitte in Betracht gezogen werden, weil diese einen gewissen Einfluß auf die elektrische Charakteristik haben kann, weiche durch die Überlappungslängen der benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 bestimmt ist Falls die akus^<:sche

Oberflächenwelleneinrichtung ein bemessener Überlappungstyp ist, dann sollte man die Bemessungsfunktion in Betracht ziehen. Bei der Ausführung von F i g. 6 beträgt sowohl die Breite der Elektrodenfinger als auch der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenfingern ¹UX, wobei X die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle der Mittenfrequenz des Wandlers 100 ist, wenn dieser als Filter ausgebildet ist Es wird auch darauf hingewiesen, daß dieses Ausführungsbeispiel einheitliche bzw. nichtunterteilte Elektrodenfinger besitzt

Anschließend soll beschrieben werden, wie die im Teilungsabschnitt hervorgerufene Diskontinuität der akustischen Oberflächenwellenenergie dadurch unterdrückt oder abgeschwächt wird, daß man die Länge der benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 im Teilungsbereich auf ³U L begrenzt, wenn die ÜberlappungsJänge der übrigen benachbarten, sich gegenseitig überlappenden Elektrodenfinger L ist Wir gehen davon aus, daß

die Überlappungslänge der außerhalb des Teilungsabschnitts liegenden benachbarten Elektrodenfinger gleich L ist. Ferner sei der Abstand zwischen den Mitten benachbarter Elektrodenfinger gleich P. Wenn dann zwischen benachbarten Elektrodenfingern eine Spannung V anliegt, dann ergibt sich die zwischen den normalen benachbarten Elektrodenfingern außerhalb des Teilungsabschnitts angeregte akustische Oberflächenwellenenergie aus folgender Gleichung:

Darin ist der Wert m eine Konstante. Jetzt betrachten wir die im Bereich zwischen den von der kammförmigen Elektrode 3 ausgehenden Elektrodenfingern 31 und 32 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie eo. Angenommen, die zwischen den benachbarten Elektrodenfingern 7 und 8 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie ist ei und die zwischen den benachbarten Elektrodenfingern 7 und 8 anliegende Spannung ist 2 V, dann ist bei der Überlappungslänge ³A L die Energie e_t aus folgender Formel zu errechnen:

I - r '

Ferner sei angenommen, daß die zwischen den Elektrodenfingern 7 und 31 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie e? und die zwischen den Elektrodenfingern 8 und 32 angeregte Energie ei ist, dann lassen sich diese Werte durch folgende Gleichung ausdrucken:

^e2 - ^l'.l - a '" ~5~

Schließlich ergibt sich die im Teilungsabschnitt zwischen den Elektrodenfingern 31 und 32 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie ep aus folgender Gleichung:

e₂ + f., = 3m-— V =

Somit ist die akustische Gesamt-Oberflächenwellenenergie eo im Teilungsabschnitt, d. h. zwischen den Elektrodenfingern 31 und 32 dreimal so groß wie zwischen irgend weichen benachbarten Elektrodenfingern. Daraus ergibt sich, daß die über den ganzen Interdigital-Wandler 1OQ entwickelte Intensität der akustischen Oberflächenwellenenergie im wesentlichen kontinuierlich verläuft, die im Teilungsabschnitt von konventionellen akustischen Oberflächenwelleneinrichtungen vom geteilten ilektrodentyp beobachtete Diskontinuität ist damit vermieden mit dem Ergebnis, daß die Freiheit der Konstruktion wesentlich erweitert werden kann.

Das in F i g. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwelleneinrichtung enthält eine Interdigitalelektrode mit bemessenen Überlappungslängen der benachbarten Elektrodenfinger, welche in Verbindung mit einem gewünschten Impulsverhalten bestimmt wird, wie in der eingangs erwähnten US-PS 36 99 364 erläutert ist Bei der Ausführung von Fig.7 sind die freien Enden der Elektrodenfinger durch eine unterbrochen gezeichnete Hüllkurve verbunden, welche auf einer gewünschten Frequenzcharakteristik der Oberflächenwelleneinrichtung basiert. Die negativen Auswirkungen des Teilungsabschnitts bei einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung vom unterteilten Elektrodentyp sind besonders > ausgeprägt bei einem Typ mit bemessenen Überlappungslängen. Deshalb werden die benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 vorzugsweise kürzer als ursprünglich gehalten, d. h. die Überlappungslängen der dem Teilungsabschnitt am nächsten liegenden benachbarten

in Elektrodenfinger werden vorzugsweise nur mit etwa ³A ihrer ursprünglichen Länge ausgebildet. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die oben aufgeführten Gleichungen (1 —4) weitgehend anwendbar sind und im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie beim vorher- -, gehenden Ausführungsbeispiel erzielt werden können.

Wenn auch bei den Ausführungsbeispielen von F i g. 6A und 7 die benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 im Teilungsabschnitt um den gleichen Betrag gekürzt sind, so sei erwähnt, daß alternativ dazu der eine Finger

>» auch länger und der andere kürzer als die angegebene gekürzte Länge sein kann, während die akustische Gesamt-Oberflächenenergie im Teilungsabschnitt die gleiche wie in anderen Abschnitten sein wird.

Das in Fig. 8A dargestellte erfindungsgemäße

>■"> Ausführungsbeispiel ist eine Verbesserung gegenüber der in Fig.5 dargestellten und bereits erläuterten konventionellen Ausführung. Die Elektrodenfinger der kammförmigen Elektroden 1, 2 und 3 sind als sogenannte Spaltelektroden ausgebildet, wie in der

in bereits erwähnten US-PS 37 27 155 erläutert ist, während die Hüllkurve der Interdigitalelektroden einem Normal- oder nicht bemessenen Typ entspricht. Aus der Ausschnittsvergrößerung von F i g. 8B zum Ausführungsbeispiel von F i g. 8A läßt sich entnehmen, daß die

j) Breite jedes gespaltenen Elektrodenfingers und auch der Abstand zwischen benachbarten Elektrodenelementen mit '/βλ gewählt worden ist. Im Teilungsabschnitt liegen die Elektrodenfinger 7 bzw. 8 der kammförmigen Elektrode 1 bzw. 2 nebeneinander. Der Elektrodenfinger 7 besteht aus zwei Elektrodenelementen 71, 72 und der Elektrodenfinger 8 aus zwei Elektrodenelementen 81, 82. Bei der dargestellten Ausführung sind nur die beiden benachbarten Elektrodenelemente 72 und 82 verkürzt, die restlichen beiden haben Normallänge.

Genau betrachtet haben die beiden benachbarten Elektrodenelemente 72,82 nur V« der Überlappungslänge der restlichen Elektrodenfinger, die Länge der

Elektrodenelemente 72, 82 beträgt ^ L, wenn die Überlappungslängen der übrigen Elektrodenfinger im außerhalb des Teüungsabschnitts liegenden Bereich gleich L sind. Das angegebene Verkürzungsmaß der Elektrodenelemente 72, 82 kann auch etwas größer oder kleiner sein; dies hängt jeweils von der Konfiguration des Elektrodenabschnitts zur gemeinsamen Verbindung der Finger und, falls zutreffend, von einer Bemessungsfunktion der Elektrodenfinger ab, wie bereits beschrieben.
Nachstehend wird beschrieben, wie die Diskontinuität der akustischen Oberflächenwellenenergie bei der Ausführung von Fig.8A und 8B unterbunden oder abgeschwächt wird. In allen übrigen Bereichen mit Ausnahme zwischen den beiden benachbarten Elektrodenflngem 7 und 8 ist ebenfalls eine gespaltene

es Zwischenpotential-Kammelektrode 3 vorhanden, und die zwischen benachbarten Elektrodenfingern angeregte akustische Oberflächenwellenenergie e läßt sich aus der eingangs beschriebenen Formel (1) errechnen.

Betrachten wir jetzt die zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie eo. Angenommen, die zwischen dem Elektrodenelement 72 von Elektrodenfinger 7 und zwischen Elektrodenelement 82 von Elektrodenfinger 8 angeregte akustische Oberflächen wellenenergie ist en, dann errechnet sich deren Wert, wenn zwischen den Elektrodenelementen 72 und 82 eine Spannung von 2 V anliegt, aus folgender Gleichung:

1 /.

2 '" P

1 . 151

Ähnlich läßt sich die zwischen den Elektrodenelementen 71 und 81 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie fti aus folgender Gleichung errechnen:

2 '" P

Somit läßt sich die im Teilungsabschnitt angeregte Energie eoi aus folgender Gleichung ableiten:

⁽'ni =

£■■♦;

Daraus geht hervor, daß die zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie eoi den gleichen Wert wie die in den übrigen Bereichen angeregte Energie e hat. Folglich hat der Wandler 100 von Fig. 8 eine kontinuierliche akustische Oberflächenwellenenergie-Intensität, und die Teilung der Interdigitalelektrode hat keine nachteilige Energiediskontinuität zur Folge.

Das Elektrodenmuster des in Fig.9 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist dem von F i g. 7 ähnlich, jedoch handelt es sich in F i g. 9 um einen Spaltelektrodentyp. Ähnlich wie bei der bereits beschriebenen Ausführung von F i g. 8A und 8B sind die Elektrodenelemente 72 und 82 der benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 im Teilungsabschnitt kürzer gewählt als die Breite der Umhüllungskurve im Teilungsabschnitt, sie haben etwa nur ein Viertel der Umhüllungskurvenbreite in diesem Abschnitt Daraus ergibt sich übereinstimmend mit dem zuvor beschriebenen Beispiel eine kontinuierliche Intensitätsverteilung der akustischen Oberflächenwellenenergie. Es sei bemerkt, daß dieser Effekt besonders deutlich bei einer akustischen Oberflächenwelleneinrichtung hervortritt, welche eine Interdigitalelektrode mit bemessenen Überlappungslängen hat

Bei den Ausführungsbeispielen von F i g. 8 und 9 sind die benachbarten Elektrodenelemente 72, 82 der benachbarten Elektrodenfinger 7 und 8 im Teilungsabschnitt etwa um das gleiche Maß verkürzt ausgebildet Wie schon in bezug auf die nichtunterteilte Elektrodenfinger-Ausführung beschrieben, könnte der eine Abschnitt langer und der andere kürzer als oben beschrieben ausgebildet sein, wenn nur damit der gleiche Zweck erreicht wird, nämlich die im Teilungsabschnitt vorhandene gesamte akustische Oberfiächenwellenenergie auf den gleichen Wert zu bringen wie die akustische Oberflächenwellenenergie in den übrigen Bereichen.

Nachstehena werden Modifizierungen in Verbindung mit den Fig. 1OA, 1OB und II beschrieben. Das in Fig. 1OA dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel eines Elektrodenmusters einer Interdigitalelektrode enthält gespaltene Elektro'lrnfinger, und im Teilungsabschnitt sind die Elektn finger 7 und 8 benachbart. Wie man sieht, fehlt bei der Ausführung von Fig. 10 das eine (dem Eiektrodenelement 72 von F i g. 8 entsprechende) Elektrodenelement des Elektrodenfingers 7 vollständig. Als weiterer Unterschied fällt auf, daß in Fig. 10das Elektrodenelement 82des Elektrodenfingers 8 genauso lang wie die Überlappungslängen der anderen benachbarten Elektrodenfinger ist. Wie die Ausschnittsvergrößerung 1OB erkennen läßt, beträgt die Breite aller Elektrodenelemente durchweg '/β λ und ötr Abstand zwischen benachbarten Elektrodenelementen ebenfalls '/βλ. Nur der Abstand zwischen den hpnarhhartpn F.lpktrndpnplpmpntpn 71 iinrl R? Im Teilungsabschnitt beträgt ^}h λ.

Jetzt wird beschrieben, warum eine Intensitätsdiskontinuität der akustischen Oberflächenwellenenergie bei der Ausführung von Fig. 10 unterbunden ist. Die zwischen benachbarten Elektrodenfingern des restlichen, nicht zum Teilungsabschnitt gehörigen Bereiches angeregte akustische Oberflächenwellenenergie läßt sich aus der oben angeführten Gleichung (I) errechnen. Wenn man berücksichtigt, daß der Elektrodenabstand zwischen den Elektrodenelementen 72 und 82 zweimal größer als der normale Abstand und die Spannung zwischen den Elektrodenfingerelementen 71 und 82 gleich 2 V ist, dann kann man die im Teilungsabschnitt zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8 angeregte akustische Oberflächenwellenenergie eo2 aus folgender Gleichung errechnen:

2P

V = e .

Somit ist die zwischen den Elektrodenfingern 7 und 8 erregte akustische Oberflächenwellenener»ie em von gleicher Größe wie die Energie e zwischen benachbarten Elektrodenfingern der übrigen Bereiche, und folglich hat der gesamte Interdigital-Wandler eine durchgehend gleichförmige akustische Oberflächenwellenenergie-Intensität, eine Intensitäts-Diskontinuität aufgrund der Teilung der Interdigitalelektrode ist wirksam unterbunden.

Das in F i g. 11 dargestellte erfindungsgemäße Elektrodenmuster einer Interdigitalelektrode unterscheidet sich von der Ausführung von F i g. 1OA dadurch, daß es in bezug auf eine gewünschte Frequenzcharakteristik bemessen ist Auch bei der Ausführung von F i g. 1 ί ist das dem Elektrodenfinger 8 benachbarte Elektrodenelement des Elektrodenfingers 7 vollständig entfernt, und das vorhandene Elektrodenelement von Elektrodenfmger 8 in der Nähe von Elektrodenfinger 7 hat volle Länge. Ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel von Fig. 1OA und 1OB ist dadurch eine Intensitäts-Kontinuität der akustischen OberflächenweUenenergie trotz der Teilung der Interdigitalelektrode sichergestellt

Wenn sich auch die vorhergehende Beschreibung nur auf einen auf einem Substrat aus einem piezoelektrischen Material aufgetragenen Interdigitalwandler bezieht, so könnte man auf dem gleichen piezoelektrischen Material auf der Gegenseite einen zweiten Interdigitalwandler herstellen, um beispielsweise ein Filter, eine Verzögerungsleitung oder eine andere erfindungsgemä-

fl

ße akustische Oberflächenwelleneinrichtung zu schaffen.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Interdigitalelektrode nur in zwei Elektrodenabschnitte· unterteilt. Die Erfindung läßt sich jedoch darüber hinaus auch auf solche Ausführungen anwenden, bei denen die Interdigitalelektrode in drei oder noch mehr unterteilte Elektrodenabschnitte aufgeteilt und die geteilten Elektrodenabschnitte in Serie angeordnet sind. Wenn ferner die vorhergehend beschriebenen Ausführungen Elektrodenfinger mit gleichen Abständen aufweisen, so läßt sich die Erfindung ebenfalls auf eine akustische Oberflächenwelleneinrichtung anwenden, deren Interdigitalelektrode unterschiedlich beabstandete Elektrodenfinger hat, wie beispielsweise in der US-PS 36 99 364 beschrieben ist.

^ln jedem Fall kann man mit Hilfe der Erfindung eine

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energie im Teilungsbereich einer akustischen Oberflächenweller.jinrichtung mit geteilter Elektrode verhindern oder weitgehend unterdrücken, und man erzielt darüber hinaus eine verbesserte Freiheit in der Konstruktion von akustischen Oberflächenwelleneinrichtungen, während sich eine gewünschte Frequenzcharakteristik mit Leichtigkeit erzielen läßt.

Zusammenfassung

Eine akustische Oberflächenvelleneinrichtung bildet einen Wandler und enthäit eine auf der Oberfläche eines

Substrates aus einem piezoelektrischen Material geformte Interdigitalelektrode zur Umwandlung eines elektrischen Signals in eine Oberflächenwelle und wieder zurück. Die Interdigitalelektrode besteht aus mindestens zwei geteilten kammfömiigen Elektroden, die in der Ausbreitrichtung der akustischen Oberflächenwelle geteilt und mit einer zugeordneten kammförmigen Elektrode interdigital gekoppelt sind. Die beiden kammförmigen Elektroden sind so angeordnet, daß die beiden geteilten Elektroden in der Fortpflanzungsrichlung der akustischen Oberflächenwelle hintereinander liegen, während die Finger der beiden geteilten Elektroden in die gleiche Richtung zeigen, und die Finger der zugeordneten kammförmigen Elektrode greifen interd'gital zwischen die Finger der beiuen geteilten kammförmigen Elektroden. In einem Teilungsaoschnitt zwischen den benachbarten Enden der beiden

cntgcgcugcSctZicH gciciiicf! liäifiifnurinigcti u.lciCti"uuci"i liegen ihre einander zugekehrten äußeren Elektrodenfinger dicht beieinander. Beide kammförmige Elektroden liegen an unterschiedlichen Potentialen. Die Länge der beiden einander benachbarten äußeren Elektrodeifinger der geteilten kammförmigen Elektroden sind gegenüber den Überlappungslängen der übrigen benachbarten Elektrodenfinger verkürzt ausgebildet, und dadurch wird eine Diskontinuität der Oberflächenwellenenergie im Teilungsbereich unterbunden oder abgeschwächt.

Hicr/u 5 Blatt Zck!uumuen

Claims

Patentansprüche:

1. Akustische Oberflächenwelleneinrichtung mit

— einem akustischen Oberflächenwellenenergie leitenden Substrat aus einem piezoelektrischen Material,

— mindestens einem mit einer Oberfläche des Substrats gekoppelten elektromechanischen Wandler, zu dem eine Interdigitalelektrode mit ι ο paarig-gemeinsamen Verbindungselektroden und paarige Gruppen von gemeinsamen an die jeweils zugeordneten Verbindungselektroden angeschlossenen Elektrodenfingern gehören, um ein elektrisches Signal in eine akustische Oberflächenwelle und wieder zurück zu verwandeln, wobei die-freien Enden der Elektrodenfinger eine Hüllkurve bestimmen, und

— einer Unterteilung der Interdigitalelektrode in der Au jbreitungsrichtung der akustischen Ober- 2« flächenwellenenergie in mindestens zwei Interdigitalelektroden-Abschnitte, welche elektrisch dadurch in Serie geschaltet sind, daß eine erste Verbindungselektrode mit der zugeordneten Gruppe von Elektrodenfingern des ersten >5 Interdigitalelektrodenab.vjhnitts und eine zweite Verbindungselektrode mit der zugeordneten Gruppe von Elektrodenfingern des zweiten Interdigitalelektrodenabschnitts verbunden sind und End-Elektrodenfinger der beiden Gruppen jn von Elc.trodenfingern der Interdigitalelektrodenabschnitte benachbar' stehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

— mindestens einer der Oenac' harten End-Elektrodenfinger (7, 8; 72, 82) kurzer als die durch die ;5 gewünschte Hüllkurve bestimmte ursprüngliche Länge ausgebildet ist.

2. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten End-Elektrodenfinger (7, 8; 72, 82) der beiden Interdigitalelektrodenabschnitte (10, 20) kürzer als die durch die gewünschte Hüllkurve bestimmte ursprüngliche Länge ausgebildet sind.

3. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenfinger 4> als einheitliche nichtunterteilte Elemente ausgebildet sind.

4. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die End-Elektrodenfinger (z. B. 7, 8) im wesentlichen um die gleiche Länge ,0 verkürzt sind.

5. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die End-Elektrodenfinger (7,8) auf etwa drei Viertel der durch die Umhüllende bestimmten Elektrodenfinger-Ur- v> sprungslänge verkürzt sind (F i g. 6B).

6. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der End-Elektrodenfinger des ersten Interdigitalelektrodenabschnitts länger als der End-Elektrodenfinger des zweiten wi Interdigitalelektrotienabschnitls gewählt ist.

7. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenfinger der einzelnen Interdigitalelektroden unterteilt sind und zwei parallel verlaufende Elektrodenelemente h^r) mit einem dazwischenliegenden Spalt aufweisen und daß der End Elektrodenfinger (z.B. 72, 82) des ersten und zweiten Interdigitalelektrodenabschnitts gegenüber der durch die Umhüllende der Elektro denfinger bestimmten ursprünglichen Elektrodenfingerlange verkürzt ausgebildet ist (F i g. 8B).

8. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide End-Elekti odenelemente (72, 82) im wesentlichen um den gleichen Betrag verkürzt sind.

9. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes End-Elektrodenelement (72, 82) des ersten und des zweiten Interdigitalelektrodenabschnitts auf ein Viertel der durch die Umhüllende bestimmten ursprünglichen Elektrodenfingerlänge verkürzt ist

10. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das End-Elektrodenelement des ersten Interdigitalelektrodenabschnitts länger als das Elektrodenelement des zweiten Interdigitalelektrodenabschnitts ausgebildet ist

11. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das End-Elektrodenelement (z. B. 82) des ersten Interdigitalelektrodenabschnitts im wesentlichen gleich der ursprünglichen Länge ausgebildet ist, während das entsprechende Elektrodenelement des zweiten Interdigitalelektrodenabschnitts im wesentlichen eine Länge Null aufweist.

12. Oberflächenwelleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllende durch eine vorbestimmte Bewertungsfunktion bestimmt ist und daß die Längen der Elektrodenfinger in Abhängigkeit von der Bewert'ingsfunktion veränderbar sind.

13. Oberflächenwelleneinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausbreitrichtung der akustischen Oberflächenwellenenergie unterschiedliche Mittenabstände zwischen benachbarten Elektrodenfingern vorhanden sind.