DE2945643C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem akustischen Oberflächenwellenbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches akustisches Oberflächenwellenbauteil ist z. B. aus der DE-OS 26 32 724 bekannt.

Die in dieser Druckschrift angegebene Elektrodenanordnung zur Erzeugung einer asymmetrischen Übertragungsfunktion weist Zinken unterschiedlicher Breite (breitengewichtete Zinken), die mit unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind, auf.

Herstellungstechnisch ist dieser Elektrodenaufbau nachteilig, da es bei dicht nebeneinander liegenden Elektrodenzinken leicht zu Kurzschlüssen kommen kann.

Bei einer weiteren in der DE-OS 26 32 724 beschriebenen Ausführungsform eines akustischen Oberflächenwellenbauteils mit asymmetrischer Übertragungscharakteristik werden zur Vermeidung dieser Nachteile zwei nebeneinander angeordnete Kämmepaare verwendet, deren Zinken jeweils gleiche Breite und gleiche Abstände zueinander haben.

Die Struktur der Elektroden dieses Bauteils ist relativ komplex, was wiederum im Hinblick auf die Herstellung nachteilig ist.

Aus der US-PS 38 18 379 ist ein akustisches Oberflächenwellenbauteil bekannt, bei dem im Ausbreitungsweg zwischen einer Sender- und einer Empfängerelektrode ein Element vorgesehen ist, das dazu dient, unerwünschte Dreifachübertragungssignale zu dämpfen und die Phasenbeziehung von an den Rändern des Bauteils reflektierter Oberflächenwellen zu zerstören.

Ferner ist aus der DE-OS 26 15 719 ein Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip bekannt. Mit dem dort beschriebenen Filter soll ein vorgegebener zu einer Mittenfrequenz f₀ symmetrischer Amplitudenfrequenzgang mit linearer Phasencharakteristik realisiert werden. Die Anordnung der Elektrodenzinken in nebeneinander liegenden Hälften der Elektrodenanordnung werden dabei nicht über zueinander orthogonale Funktionen bestimmt, so daß zwischen den in den beiden Elektrodenhälften erzeugten Oberflächenwellen keine Phasendifferenz von f/2 besteht. Eine asymmetrische Filtercharakteristik wird also mit dem aus dieser Druckschrift bekannten Filter nicht erzielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes asymmetrisches akustisches Oberflächenwellenbauteil so weiterzubilden, daß die Ausschußrate bei der Herstellung durch Vereinfachung im Aufbau des Bauteils herabgesetzt ist.

Diese Aufgabe wird bei einem akustischen Oberflächenwellenbauteil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen akustischen Oberflächenwellenbauteils beschrieben.

Die Erfindung gibt eine Einrichtung für akustische Oberflächenwellen an mit einer ersten Interdigitalelektrode zum Umsetzen eines elektrischen Signals in ein akustisches Oberflächenwellensignal, einem Medium für die Ausbreitung des akustischen Oberflächenwellensignals von der ersten Elektrode und einer zweiten Interdigitalelektrode zum Umsetzen des akustischen Oberflächenwellensignals in ein elektrisches Signal. Zumindest eine der beiden Elektroden ist so ausgebildet, daß die Überlappungslängen der Elektrodenfinger variabel sind. Zwei Interdigitalelektroden-Muster sind getrennt bestimmt in einer an sich bekannten Weise, die den beiden Funktionen entspricht, die um π/2 phasenverschoben sind, die von einer gewünschten asymmetrischen Amplitudencharakteristik mittels Fourier-Transformation abgeleitet sind. Die beiden Funktionen sind in einer einheitlichen Interdigitalelektrode zusammengesetzt durch darin Ausbilden zweier Sätze von Elektrodenfingern mit Überlappungslängen, die jeweils den beiden Funktionen entsprechen. Ein elektrisch leitfähiges Glied ist in dem Ausbreitungsweg der akustischen Oberflächenwelle so vorgesehen, daß eine durch einen Satz der Elektrodenfinger erzeugte akustische Oberflächenwelle um π/2 gegenüber einer durch den anderen Satz erzeugten akustischen Oberflächenwelle aufgrund des piezoelektrischen Effekts an dem elektrisch leitfähigem Glied, welches eine Änderung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der akustischen Oberflächenwelle hervorruft, phasenverschoben ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch in Aufsicht ein herkömmliches akustisches Oberflächenwellenbauteil,

Fig. 2 in Aufsicht ein akustisches Oberflächenwellenfilter als erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,

Fig. 3 in Aufsicht ein akustisches Oberflächenwellenfilter als zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.

Im allgemeinen weist eine Einrichtung für akustische Oberflächenwellen, wie das durch ein Oberflächenwellenfilter dargestellt ist, wie in Fig. 1 ein piezoelektrisches Substrat 1, eine Eingangselektrode 2 zum Umsetzen eines elektrischen Signals in ein akustisches Oberflächenwellensignal, einen Ausbreitungsweg 3 für das akustische Oberflächenwellensignal und eine Ausgangselektrode 4 zum Wiederumwandeln des akustischen Oberflächenwellensignals in ein elektrisches Signal auf, wobei Eingangs- und Ausgangselektroden und der Ausbreitungsweg auf einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 1 ausgebildet sind.

Vor einer Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung wird zunächst die theoretische Grundlage erläutert.

Eine Fourier-Transformierte h(t) einer gegebenen Filtercharakteristik f (ω) ergibt sich zu:

mit

f (ω)= s (ω) e ^{-j Φ(ω)}, s (ω)= gewünschte Amplitudencharakteristik des Filters, Φ (ω)= gewünschte Phasencharakteristik des Filters.

Die Gleichung (1′) kann reduziert werden zu:

h(t) = a(t) cos ω₀t + b(t) sin ω₀t (2′),

mit

s′(l′) = s (ω′+ω₀) (5),

Φ′(ω′) = Φ (ω′+ω₀) (6),

ω′ = ω-ω₀ (7),

ω₀ = 2 π f₀ (Mittenkreisfrequenz)

ω₂′ = ω₂-ω₀

ω₁′ = ω₁-ω₀

ω₁ und ω₂ sind die gewünschten Kreisfrequenzen des Filters. Weiter ist angenommen, daß s( ω) = s (-ω) und Φ (ω) = -Φ (-l).

Zur Abtastung der Gleichung (2′) ist es übliche Praxis, eine Überlappungslänge W _n eines Elektrodenfinger-Satzes zu bestimmen sowie eine Überlappungslänge W _n ′ eines anderen Elektrodenfinger- Satzes, und zwar jeweils auf der Grundlage der folgenden Gleichungen (8) und (9):

mit n = -N, -N+1, . . ., 0, 1, 2, . . ., M, wobei N und M natürliche Zahlen sind.

Dann werden zwei Interdigitalelektrodenfinger-Muster getrennt gemäß den Gleichungen (8) und (9) vorgesehen und danach auf einem Substrat angeordnet derart, daß ein durch eine Interdigitalelektrode erregtes akustisches Oberflächenwellensignal um π/2 gegenüber einem durch die andere erregten akustischen Oberflächensignal phasenverschoben ist. Diese herkömmliche Anordnung ist jedoch aus den erläuterten Gründen nachteilig.

Gemäß der Erfindung werden daher ein Satz der Elektrodenfinger mit der Überlappungslänge W _n gemäß der Gleichung (8) und der andere mit der Überlappungslänge W _n ′ gemäß der Gleichung (9) in einer einheitlichen Interdigitalelektrode ausgebildet zur Erzeugung der π/2-Phasendifferenz, wobei ein elektrisch leitfähiges Glied mit einer Breite, die in Ausbreitungsrichtung des akustischen Oberflächenwellensignals λ₀/4 entspricht (λ₀ = Wellenlänge des akustischen Oberflächenwellensignals), in dem Ausbreitungsweg für einen Satz der Elektrodenfinger vorgesehen ist, wodurch die Nachteile herkömmlicher Einrichtungen überwunden werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 2) sind zwei Sätze von Elektrodenfingern einer Interdigitalelektrode so zusammengesetzt oder gekoppelt, daß der Bereich der oberen Hälfte und der Bereich der unteren Hälfte, die beispielsweise an der Mittellinie A-A′ verbunden sind, die Überlappungslänge, die durch W _n definiert ist, bzw. diejenige, die durch W _n ′ definiert ist, aufweisen.

Dieser Grundgedanke wird weiter entwickelt dadurch, daß die Abtastung entsprechend der folgenden Gleichungen (10) und (11) durchgeführt wird, um eine Interdigitalelektrode mit im wesentlichen gleichem W _n und W _n ′ zu erhalten, was leicht als Muster ausführbar ist.

Das heißt, wenn die Fourier-Transformierte h(t) genau abgetastet wird zur Bestimmung der Polarität der Elektrodenfingeranordnung während der Bestimmung der Elektrodenüberlappungslänge und der Polarität, kann es sehr leicht auftreten, daß die Polarität der Interdigitalelektrodenfinger an einer Stelle invertiert wird, an der die Überlappungslänge ein Minimum ist. In einem solchen Fall kann die in Fig. 2 dargestellte Technik nicht immer zweckmäßig sein. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Abtastung gemäß den folgenden Gleichungen (10) und (11) durchgeführt derart, daß die Maximumlagen und die Minimumlagen, die durch W _n und W _n ′ in den beiden Elektrodenfingern-Sätzen bestimmt sind, auch in diesem Fall nahezu identisch sind. Daher werden Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Elektrodenfingerpolarität ausgeräumt, wodurch die Ausbildung des Elektrodenfingermusters erleichtert wird:

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit Interdigitalelektroden- Mustern, die durch Ersetzen von R in den Gleichungen (10) und (11) durch π/4 erreicht sind. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, besitzt die linksseitige Interdigitalelektrode ein komplementiertes Elektrodenfinger-Muster, wobei der Bereich der oberen Hälfte im wesentlichen gleich dem Bereich der unteren Hälfte ist.

Zum Zusammensetzen der Sätze der Elektrodenfinger-Muster wird eine Überlappungslängenverteilung, die die Werte der Längen entsprechend den Gleichungen (10) und (11) bezüglich der Lagen (entsprechend n) der Elektrodenfinger in den Interdigitalelektroden enthält, d. h., ein Histogramm der Frequenzverteilung zunächst erreicht und werden die längs der gemeinsamen Abszisse des Histogramms auftretenden Werte gekoppelt, um dadurch eine einheitliche Interdigitalelektrode zu bilden. Bei dem Zusammensetzen werden diese Werte mit Proportionalkonstanten multipliziert, die evtl. an eine Impedanz der gekoppelten Interdigitalelektrode und eine Impedanz der externen Schaltung zur Bestimmung eines endgültigen Musters der Elekrodenfinger angepaßt sind.

Das akustische Oberflächenwellenbauteil gemäß der vorstehend erläuterten Lehre kann beispielsweise als Zwischenfrequenz- Filter in einem Fernsehempfänger verwendet werden, wie das im folgenden erläutert wird.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung für eine akustische Oberflächenwelle gemäß der Erfindung in Form eines akustischen Oberflächenwellenfilters. Gemäß Fig. 2 besteht ein piezoelektrisches Substrat 1 aus Lithiumniobat mit einem Y-Schnitt bei einer Drehung von 127,8°. Eingangs- und Ausgangselektroden 2 und 4 weisen durch Dampfniederschlag von Aluminium erreichte etwa 0,8 µm dicke Filme auf. Beispielsweise enthält die Eingangselektrode 2 50paarige gewichtete Elektrodenfinger (deren Anzahl in der Zeichnung zur einfacheren Darstellung verringert ist), und die Ausgangselektrode 4 15paarige (deren Anzahl ebenfalls zur einfacheren Darstellung verringert ist) normale Elektrodenfinger, deren Abstand und deren Überlappungslänge konstant ist. Die Eingangselektrode 2 besitzt eine sich ergebende Hüllkurve der Überlappungslänge als Ergebnis des Zusammensetzens zweier Überlappungslängen-Hüllkurven 2′ und 2′′ für R = 0 in den Gleichungen (10) und (11) um die Mittellinie A-A′. Ein elektrisch leitendes Glied 5 aus Aluminium zum Erzeugen einer Phasendifferenz ist vorgesehen. Das Glied 5 besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel eine Breite von 75 µm in Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwelle derart, daß das durch einen Satz der Elektrodenfinger entsprechend der Hüllkurve 2′ erregte akustische Oberflächenwellensignal um π/2 phasenverschoben ist gegenüber einem akustischen Oberflächenwellensignal, das durch den anderen Satz erzeugt ist entsprechend der Hüllkurve 2′′.

In Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Eingangselektrode 2 für R = π/4 in den Gleichungen (10) und (11) angeordnet ist und wobei sich ein Phasendifferenz- Generatorelement 5 quer über das piezoelektrische Substrat 1 erstreckt, um auch als Erdelektrode zur Verhinderung eines elektrischen Rauschens zu wirken, das aufgrund einer direkten Kopplung eines elektrischen Signals zwischen Eingangs- und Ausgangselektroden 2, 4 auftreten kann. Mit Ausnahme dieser Merkmale entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2.

Selbstverständlich können die erläuterten Lehren gemäß der Erfindung auch auf die Ausgangselektrode 4 angewendet werden.

Wie erläutert stellt die Erfindung das Vorsehen einer Einrichtung für akustische Oberflächenwellen mit Elektrodenfingern festen Abstandes dazwischen sicher, wobei auf einfache Weise die asymmetrische Frequenzcharakteristik erreicht werden kann. Da nämlich die beiden Sätze der Elektrodenfinger festen Abstandes unterschiedliche Frequenzcharakteristiken besitzen und in einer einheitlichen Interdigitalelektrode angeordnet sind, ist es möglich, die Verringerung des Produktionswirkungsgrades aufgrund eines Kurzschlusses der Interelektrodenfinger zu vermeiden, der auf unregelmäßig engen Abständen zwischen Elektrodenfingern bei herkömmlichen Einrichtungen beruht, und auch die Anzahl der Anlöt- oder Anbringungsstellen zu verringern für den Anschluß an die externe Schaltung, woraus sich eine Miniaturisierung der Substrat-Größe ergibt.

Claims (3)

1. Akustisches Oberflächenwellenbauteil mit einem für die Ausbreitung von akustischen Oberflächenwellen geeigneten Substrat, auf dem mit gegenseitigem Abstand eine erste Interdigitalelektrode als Eingangswandler und eine zweite Interdigitalelektrode als Ausgangswandler angeordnet sind, von denen wenigstens eine Elektrode im Sinne der Gewinnung einer gewünschten Übertragungscharakteristik zwischen benachbarten Elektrodenfingern unterschiedlich eingestellte Überlappungslängen aufweist, die in einem auf der einen Seite einer zu Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen parallelen Grenzlinie liegenden ersten Bereich durch eine erste Hüllkurve und in einem auf der anderen Seite der Grenzlinie liegenden zweiten Bereich durch eine zweite Hüllkurve begrenzt sind, wobei die Hüllkurven durch Abtasten der die Fouriertransformierten (h(t)) der die Übertragungsfunktion (f( ω )) definierenden Kurve zu Zeitpunkten gewonnen sind, die sich durch eine effektive Phasendifferenz von π/2 voneinander unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Übertragungsweg für die akustischen Oberflächenwellen auf dem Substrat ein Phasenschieberelement angeordnet ist, das bei der Ausbreitung der akustischen Oberflächenwellen in dem dem einen Bereich entsprechenden Teilweg im Vergleich zu dem dem anderen Bereich entsprechenden Teilweg eine Phasendifferenz von π/2 einführt.

2. Akustisches Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Argumente der Übertragungsfunktionen zu gewählt sind, mit n=-N; -N+1, . . ., -1, 1, . . ., M, wobei N und M natürliche Zahlen sind und f Φ₀ die Mittenfrequenz.

3. Akustisches Oberflächenwellenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Argumente der Übertragungsfunktionen zu gewählt sind, mit n=N, -N+1, . . ., -1, 1, . . ., M; wobei N und M natürliche Zahlen sind und f₀ die Mittenfrequenz.