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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächenwellenfilter
und insbesondere ein unidirektionales akustisches Oberflächenwellenfilter mit
innerer Reflexion, das schwebende bzw. erdfreie Elektroden aufweist.
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Als
Einrichtung zum Umwandlung eines transversalen akustischen Oberflächenwellenfilters in
eine verlustarme Ausführung
ist bisher ein unidirektionales akustisches Oberflächenwellenfilter
vorgeschlagen worden. Die japanische Patentveröffentlichung (b2) Nr. 20929
von 1991 zeigt, daß eine
einseitige Richtwirkung erhalten werden kann, indem eine offene
oder kurzgeschlossene schwebende Elektrode zwischen positive und
negative Fingerelektroden eines Interdigital-Wandlers (IDT) eingefügt wird
und die Position dieser schwebenden Elektrode von einer Mittenposition
zwischen den positiven und negativen Fingerelektroden versetzt wird.
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Wenn
zum Beispiel, wie in 1 dargestellt, eine kurzgeschlossene
schwebende Elektrode 12 zwischen positiven und negativen
Fingerelektroden 10 und 11 des Interdigital-Wandlers
in einer solchen Weise angeordnet ist, daß sie von einer Mittenposition
dazwischen versetzt ist, wird eine akustische Oberflächenwelle
in eine in 1 durch einen Pfeil angezeigte
Richtung stark erregt, mit dem Ergebnis, daß eine einseitige Richtwirkung
auftritt.
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In
diesem herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilter mit innerer
Reflexion, das offene oder kurzgeschlossene schwebende Elektroden
aufweist, ist bei Verwendung von Elektroden, die durch eine Apodisation
(Überlap pungsgewichtung)
gewichtet werden, oder von durch Zurückziehung gewichteten Elektroden,
um die außerhalb
des Durchlaßbereichs
liegenden Seitenkeulenpegel zu unterdrücken, eine Struktur von Fingerelektroden,
die die kurzgeschlossenen schwebenden Elektroden enthält, so gestaltet,
wie in den 2 und 3 dargestellt.
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In
einem unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilter mit einer
IDT-Fingerelektrodenbreite von λ/12
(λ: Wellenlänge) und
kurzgeschlossenen schwebenden Elektroden 12, wie jenen,
die in 3 dargestellt werden, tritt bei der Verwendung der
durch Zurückziehung
gewichteten Elektroden die folgende Erscheinung an Abschnitten auf,
wo sich die positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 nicht
gegenseitig kreuzen, d. h. in dem Fall, wo benachbarte Fingerelektroden
aus der gleichen positiven Fingerelektrode 10 oder negativen
Fingerelektrode 11 bestehen. Das heißt, obwohl diese Fingerelektroden 10, 11 oder
schwebenden Elektroden 12 keine Bedeutung für die Anregung
akustischer Oberflächenwellen
haben, stören
sie deren Phase durch deren akustische Reflexion, mit dem Ergebnis,
daß die Charakteristik
innerhalb des Durchlaßbereichs
Welligkeiten aufweist, wie in 4 dargestellt.
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4 veranschaulicht
eine Amplitudencharakteristik 41 und eine Gruppenzeitverzögerungscharakteristik 42,
die durch ein Filter erhalten werden, das durch Anordnung der Elektrodenstruktur
der 3 bezüglich
jedes der Eingangs- und Ausgangswandler auf einem Quarzsubstrat
hergestellt wird. In diesem graphischen Diagramm beträgt die Mittenfrequenz
201 MHz (Megahertz), die Dicke der Aluminiumelektrode beträgt 200 nm
(Nanometer) und die Impedanz beträgt auf der Eingangsseite 90
Ohm und auf der Ausgangsseite 150 Ohm. Die Achse der Abszisse repräsentiert
die Frequenz und ist in 100 kHz (Kilohertz) pro Unterteilung unterteilt.
Die Achse der Ordinaten repräsentiert
den Einfügungsverlust
der Amplitudencharakteristik und die Zeitverzögerung der Gruppenlaufzeitcharakteristik
und ist in 1 dB (Dezibel) bzw. 1 μs
(Mikrosekunde) pro Unterteilung unterteilt.
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Im
herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilter mit innerer
Reflexion gibt es das Problem, daß wenn die durch Zurückziehung
oder Apodisation gewichteten Elektroden verwendet werden, innerhalb
des Durchlaßbereichs Welligkeiten
auftreten und daher die Filtercharakteristik verschlechtert wird.
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Das
unidirektionale akustische Oberflächenwellenfilter wird theoretisch
in einer Arbeit diskutiert, die durch K. Yamanouchi und andere zu
ELECTRONICS LETTERS, B. 20, Nr. 24 (22. November 1984), Seiten 989
bis 990, unter dem Titel „NEW LOW-LOSS
SAW FILTER USING INTERNAL FLOATING ELECTRODE REFLECTION TYPES OF
SINGLE-PHASE UNIDIRECTIONAL TRANSDUCER" beigetragen wurde, und in einer Arbeit,
die durch T. Kodama und drei andere zu IEEE 1986 ULTRASONICS SYMPOSIUM,
Seiten 59 bis 64, unter dem Titel „DESIGN OF LOW-LOSS SAW FILTERS
EMPLOYING DISTRIBUTED ACOUSTIC REFLECTION TRANSDUCERS" beigetragen wurde.
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Das
akustische Oberflächenwellenfilter
im Dokument US-5438306
weist unidirektionale Interdigital-Wandler an den Eingangs- und
Ausgangsseiten auf, die jeweils eine positive Elektrode und eine
negative Elektrode aufweisen. Die positiven Elektroden und die negative
Elektroden jedes Wandlers der Eingangsseite und der Ausgangsseite
weisen Elektrodenfinger auf, die so angeordnet sind, daß sie eine Oberwelle
einer ausgewählten
Ordnung wandeln, die relativ zur akustischen Grundoberflächenwelle
höher ist.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtercharakteristik
innerhalb des Durchlaßbereichs
eines unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilters mit innerer
Reflexion zu verbessern, das gewichtete Elektroden verwendet.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung weist kurzgeschlossene (U-förmige)
schwebende Elektroden auf. Die kurzgeschlossenen schwebenden Elektroden sind
von der Mittenposition zwischen Fingerelektroden um einen Abstand
von λ/12
(λ: Wellenlänge) versetzt.
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1 ist
eine Draufsicht, die ein erstes Beispiel eines herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilters veranschaulicht;
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2 ist
eine Draufsicht, die ein zweites Beispiel eines herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilters veranschaulicht;
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3 ist
eine Draufsicht, die ein drittes Beispiel eines herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilters veranschaulicht;
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4 ist
eine graphische Darstellung, die eine Amplitudencharakteristik und
Gruppenzeitverzögerungscharakteristik
veranschaulicht, die durch das dritte Beispiel des herkömmlichen
unidirektionalen akustischen Oberflächenwellenfilters erhalten wird;
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5 ist
eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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6 ist
eine graphische Darstellung, die eine Amplitudencharakteristik und
Gruppenzeitverzögerungscharakteristik
veranschaulicht, die durch ein Beispiel der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
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7 ist
eine Draufsicht, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
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8 ist
eine graphische Darstellung, die eine Amplitudencharakteristik und
Gruppenzeitverzögerungscharakteristik
veranschaulicht, die durch ein Beispiel der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten wird; und
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9 ist
eine Draufsicht, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Es
werden nun drei Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung hintereinander unter Bezugnahme auf die 5 bis 9 erläutert.
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Zuerst
wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
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5 ist
eine Ansicht, die eine Struktur der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Ein unidirektionales akustisches Oberflächenwellenfilter
mit innerer Reflexion, das positive und negative Fingerelektroden 10 und 11 des
Interdigital-Wandlers aufweist und offene oder kurzgeschlossene
schwebende bzw. erdfreie Elektroden 12 dazwischen aufweist,
ist einer Wichtung seiner Elektroden durch die Zurückziehungstechnik
unterworfen und ist so strukturiert, daß an Abschnitten, wo sich die
positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 nicht gegenseitig
elektrisch kreuzen (es tritt keine Spannung auf), d. h. in dem Fall,
wo benachbarte Fingerelektroden die gleichen positiven oder negativen
Fingerelektroden 10 oder 11 sind, die dazwischen
angeordneten schwebenden Elektroden 13 von den Mittenpositionen
dazwischen verschoben sind.
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Die
schwebende Elektrode 12 ist von der Mittenposition zwischen
den positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 versetzt.
Als Ergebnis sind die Phasen der Wellen, die in die Richtung nach rechts
reflektiert werden, und jene, die in die Richtung nach links reflektiert
werden, zueinander verschoben. Die Wellen, die in die Richtung nach
links reflektiert werden, werden in dieselbe Phase wie die Wellen
gebracht, die durch die positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 angeregt
werden, während
andererseits die Wellen, die in die Richtung nach rechts reflektiert
werden, in die dazu entgegengesetzte Phase gebracht werden. Durch
diese Anordnung bewirkt die schwebende Elektrode 12, daß die akustische
Oberflächenwellenenergie eine
einseitige Richtwirkung aufweist. Andererseits arbeitet die schwebende
Elektrode 13, die an dem Abschnitt angeordnet ist, wo keine
elektrische Kreuzung zwischen der positiven Fingerelektrode 10 und
der negativen Fingerelektrode 11 vorhanden ist, so daß die Wellen,
die in die Richtungen nach links und rechts reflektiert werden,
in ihrer Phase gleich sind, und bewirkt daher kein Auftreten der
einseitigen Richtwirkung. Das heißt, die schwebende Elektrode 13 erzeugt
in sowohl die Richtung nach links als auch nach rechts gleich reflektierte
Wellen. Jedoch wird durch Anordnung der schwebenden Elektrode 13 an einer
geeigneten Position die innere Reflexion ausgelöscht.
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Als
nächstes
wird ein Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 6 erläutert.
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In 5 wird
unter der Voraussetzung, daß die
Breite der Fingerelektrode des Interdigital-Wandlers λ/12 beträgt (λ: Wellenlänge), durch
Versetzung der kurzgeschlossenen schwebenden Elektrode 12 von
der Mittenposition zwischen den positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 um
einen Abstand von λ/12
die akustische Oberflächenwelle
in eine durch einen Pfeil in 5 angezeigte
Richtung stark angeregt, mit dem Ergebnis, daß eine einseitige Richtwirkung
auftritt. Andererseits ist die schwebende Elektrode 13 an
dem Abschnitt, wo keine elektrische Kreuzung zwischen den positiven
und negativen Fingerelektroden 10 und 11 hergestellt
ist, in einer solchen Weise angeordnet, daß die schwebende Elektrode 13 in
der Mitte zwischen den positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 angeordnet ist,
nämlich
daß der
Zwischenmittenabstand zwischen ihr selbst und der positiven oder
negativen Fingerelektrode 10 oder 11 3/12λ beträgt. Durch
diese Anordnung ergibt sich, daß die
positive Fingerelektrode 10, die negative Fingerelektrode 11 und
die schwebende Elektrode 13 in Intervallen von λ/4 angeordnet
sind. Wodurch sich die reflektierten Wellen der jeweiligen Finger elektroden
gegenseitig auslöschen
und so die innere Reflexion ausgelöscht wird.
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6 veranschaulicht
eine Amplitudencharakteristik 21 und eine Gruppenzeitverzögerungscharakteristik 22,
die durch ein Filter erhalten werden, das durch Anordnung der Elektrodenstruktur
der 5 bezüglich
jedes der Eingangs- und Ausgangswandler auf einem Quarzsubstrat
hergestellt wird. In diesem graphischen Diagramm beträgt die Mittenfrequenz
201 MHz (Megahertz), die Dicke der Aluminiumelektrode beträgt 200 nm
(Nanometer), und die Impedanz beträgt auf der Eingangsseite 90
Ohm und auf der Ausgangsseite 150 Ohm. Die Achse der Abszisse repräsentiert
die Frequenz und ist in 100 kHz (Kilohertz) pro Unterteilung unterteilt.
Die Achse der Ordinate repräsentiert
den Einfügungsverlust
der Amplitudencharakteristik und die Zeitverzögerung der Gruppenlaufzeitcharakteristik
und ist in 1 dB (Dezibel) bzw. 1 μs
(Mikrosekunde) pro Unterteilung unterteilt.
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Es
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 7 erläutert.
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7 ist
eine Ansicht, die eine Struktur der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Wie im Fall der ersten Ausführungsform
sind die schwebenden Elektroden 13 an solchen Positionen
angeordnet, daß die
innere Reflexion ausgelöscht
wird, und ferner sind sie mit Sammelschienen verbunden und bilden
Einzelelektroden.
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Als
nächstes
wird Beispiel der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7 und 8 erläutert.
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In 7 wird
unter der Voraussetzung, daß die
Breite der Fingerelektrode des Interdigital-Wandlers λ/12 beträgt, die
innere Reflexion ausgelöscht, indem
die positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 und
die schwebende Elektrode 13 in einer solchen Weise angeordnet
werden, daß die
Zwischenmittenabstände
zwischen den Elektroden 10 oder 11 und der Elektrode 13 jeweils
3/12λ betragen, wie
im Fall des Beispiels der ersten Ausführungsform. Die schwebenden
Elektroden 13 sind mit den Sammelschienen verbunden und
bilden Einzelelektroden.
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8 veranschaulicht
eine Amplitudencharakteristik 31 und eine Gruppenzeitverzögerungscharakteristik 32,
die durch ein Filter erhalten werden, das durch Anordnung der Elektrodenstruktur
der 7 bezüglich
jedes der Eingangs- und Ausgangswandler auf einem Quarzsubstrat
hergestellt wird. In diesem graphischen Diagramm beträgt die Mittenfrequenz
201 MHz (Megahertz), die Dicke der Aluminiumelektrode beträgt 200 nm
(Nanometer), und die Impedanz beträgt 90 Ohm auf der Eingangsseite
und 150 Ohm auf der Ausgangsseite, wie im Fall des Beispiels der
ersten Ausführungsform.
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Es
wird eine dritte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
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9 ist
eine Ansicht, die eine Struktur der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht. Ein unidirektionales akustisches Oberflächenwellenfilter
mit innerer Reflexion, das positive und negative Fingerelektroden 10 und 11 des Interdigital-Wandlers
aufweist und offene oder kurzgeschlossene schwebende Elektroden
dazwischen aufweist, wird durch die Apodisationstechnik einer Wichtung
seiner Elektroden unterworfen und ist so strukturiert, daß unter
den Blindelektroden, die an den Abschnitten angeordnet sind, wo
sich die positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 nicht gegenseitig
kreuzen, die Blindelektroden 15, die an den Abschnitten
der schwebenden Elektroden 12 angeordnet sind, so angeordnet
sind, daß sie
relativ dazu versetzt sind.
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Herkömmlicherweise
sind die Blindelektroden 15, wie in 2 dargestellt,
an einem Abschnitt vorhanden, wo die Blindelektroden 15 mit
der schwebenden Elektrode 12 in deren X-Richtung (der Ausbreitungsrichtung
der akustischen Oberflächenwellen)
zusammenfallen. Daher tritt an diesem Abschnitt die innere Re flexion
auf. Gemäß dieser
dritten Ausführungsform
sind die Blindelektroden 15 an den Positionen angeordnet,
die die Auslöschung
dieser inneren Reflexion ermöglicht.
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Nachfolgend
wird ein Beispiel der dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
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In 9 wird
unter der Voraussetzung, daß die
Breite der Fingerelektrode des Interdigital-Wandlers λ/12 beträgt, die
innere Reflexion ausgelöscht, indem
die positiven und negativen Fingerelektroden 10 und 11 und
die Blindelektroden 15 in einer solchen Weise angeordnet
sind, daß die
Zwischenmittenabstände
zwischen den Elektroden 10 oder 11 und der Blindelektroden 15 jeweils
3/12 λ betragen.
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Erfindungsgemäß wird durch
die Verschiebung der Position der schwebenden Elektroden, die an
dem Abschnitt angeordnet sind, wo keine elektrische Kreuzung zwischen
den positiven und negativen Fingerelektroden des Interdigital-Wandlers
hergestellt ist, die innere Reflexion ausgelöscht, die keine Bedeutung für die Richtwirkung
hat, mit dem Ergebnis, daß die
Charakteristik innerhalb des Durchlaßbereichs verbessert werden
kann.