DE1591073A1

DE1591073A1 - Piezoelektrischer Hochfrequenz-Resonator als Vierpol

Info

Publication number: DE1591073A1
Application number: DE1967C0043868
Authority: DE
Inventors: Don A Berlincourt; Todd R Sliker
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1966-11-17
Filing date: 1967-11-17
Publication date: 1970-05-06
Also published as: DE1591073B2; GB1207974A; US3590287A

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. W. WEINKAUFF FRANKFURT A. M. ■

Fuchshohl 71

CLEVITE CORPORATION, CLEVELAND, OHIO, U.S.A.

Piezoelektrischer Hochfrequenz-Resonator als Vierpol

Gegenstand der Erfindung ist ein piezoelektrischer Resonator aus mehreren Lagen von piezoelektrischem Material.

Bekannt sind Resonatoren aus einer Schicht von piezoelektrischem Material wie Quarz oder Keramik, beiderseits mit · Elektroden belegt. Beim Aufbringen eines Weohselspannungssignals wird das Material zwisohen den Elektroden in erzwungene Schwingungen versetzt, beispielsweise Dicken-Schubschwingungen, Dickenschwingungen usw., abhängig von der Orientierung der piezoelektrischen Polarisationsachse "zur Schicht.

Die Eigenfrequenz des Resonators ist bestimmt durch die Gesamtdicke der piezoelektrischen Schicht und der Elektroden und wächst mit abnehmender Dicke. Bei hohen !Frequenzen sind sehr dünne Schichten notwendig, wenn der Resonator mit seiner Grundfrequenz betrieben werden soll·

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Da es schwierig ist, extrem dünne piezoelektrische Schichten herzustellen, werden bekannte Hochfrequenz-Resonatoren auf einer ungeraden Harmonischen der Grundfrequenz betrieben. Gerade Harmonische können nicht benutzt werden, weil dann zwischen den Ankopplungsflächen eine vollständige Interferenz ( der stehenden Welle) aufträte und damit der elektromechanische Kopplungsfaktor Null würde« Beim Betrieb mit ungeraden Harmonischen ergibt sich eine Teilauslöschung und damit ein Ankopplungsfaktor, der jedoch kleiner ist als beim Betrieb auf der Grundresonanzfrequenz. Trotzdem genügt der verringerte Ankopplungsfaktor vielfach für den Oberwellenbetrieb des Resonators als Filter. Beispielsweise hat eine AT-geschnittene Quarzfolie im Grundwellenbetrieb einen Ankopplungsfaktor von ungefähr 0,C¹S. Zur dritten, fünften, siebenten und neunten Harmonischen ^eh'C-ren Ankopplungsfaktoren von bzv.'. 0,03, 0,018, 0,013 und 0,010. AT-geschnitten heiit, da3 die Scnnittebene in der kristallografischen X-Achse verläuft. ItIit solchen für die meisten Steuer- und Filtercuarze verwendeten Zuschnitten wird erreicht, da3 die Teinperaturkoeffizienten der Frequenz erster und zweiter Ordnung Null werden.

Zur Vergrößerung des Ankopplungsfaktors beim Betrieb mit hohen Frequenzen kann nach einem älteren, nicht veröffentlichten Vorschlag der Anmelderin (C 42 015 IX d/21a 4, worauf hilfsweise Bezug genommen wird) die piezoelektrische Schicht mit einer Grundplatte etwa aus Quarz vereinigt wer- > den, wobei die Schichtdicke viel kleiner ist als die Dicke der mitschwingenden Grundplatte.

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Es ist Aufgabe der Erfindung! einen mehrschichtigen piezoelektrischen Resonator,der für den Betrieb mit hohen Frequenzen geeignet ist, als Mehrpol auszubilden, insbesondere als Vierpol, und zwar vor allem als Filter und/oder Transformator.

Insbesondere gehört zu dieser Erfindungsaufgabe die Verwirklichung eines hohen Durchgangsfaktors im piezoelektrischen Vierpol beim Betrieb mit sehr hohen Frequenzen, bei großer Filtersteilheit, sowie die Ausführung des Resonators mit mehreren, insbesondere drei und vier Elektroden für den Transformatorbetrieb.

Dazu wird erfindungsgemäß vor allem vorgeschlagen: Mehrere Schichten von piezoelektrischem iuaterial sind miteinander und mit einer Grundplatte verbunden. Eine hinreichende Anzahl der Oberflächen dieser Schichten ist mit Elektroden belegt, so dai an ein Elektrodenpaar ein Eingangssignal auf ein (treibendes) piezoelektrisches Element gegeben werden kann. Für eine Transfornation werden drei oder vier Elektroden benötigt, also eine oder mehrere zusätzliche piezoelektrische und mit Elektroden belegte Schichten. Der Resonator wird auf ein^r Harmonischen seiner Grundresonanzfrequenz betrieben, vorzugsweise im engen Bereich derjenigen Frequenz, oei welcher eine halbe Wellenlänge der stehenden mechanischen Schwingung gleich der Dicke jeder piezoelektrischen Schicht des Resonators ist.

Weitere Erfindungseinzelheiten sind Gegenstand der Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs-

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beispielen, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Resonator mit drei Elektrodenanschlüssen, dazwischen zwei dünne Schichten aus piezoelektrischem Material, mit gleichsinnig und senkrecht zu den Oberflächen orientierten Polarisationsachsen, welche im Falle von Wurtzit-Kristall mi-t dessen c-Achsen zusammenfallen, bei Anwendung von Sphalerit-Kristall mit dessen 111-Achsen;

Pig, 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, wobei jedoch die Polarisationsrichtungen der beiden piezoelektrischen Schichten gegensinnig orientiert sind;

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Figuren 1 und 2, wobei jedoch die Polarisationsrichtungen der beiden piezoelektrischen Schichten gegensinnig schräg verlaufen;

Fig. 4 ein zweikreisiges Filter mit elektromechanischer Koppelung, getrennten Erregerelektroden und gemeinsamen piezoelektrischen Schichten nebst Grundplatte;

Fig. 5 einen vielschichtigen Spartransformator;

Fig. 6 eine Anordnung entsprechend Fig. 5, jedoch mit abwechselnd schräger Orientierung der piezoelektrischen Polarisationsachse aufeinander folgender Schichten, so daß pvischen-Elektroden eingespart

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und Schubschwingungen angeregt werden;

Figo 7 die momentane mechanische Spannungsverteilung in einem Querschnittsbereich eines Resonators nach einem der Figuren 1 bis 6, im Betrieb auf einer Harmonischen, wobei die halbe Wellenlänge verschieden ist von einer Schichtdicke des piezoelektrischen Materials}

eine Darstellung ähnlich Fig. 7, wobei die piezoelektrischen Schichten beiderseits der Grundplatte angeordnet sind;

Figo 9 einen entsprechend Figo 8 ausgeführten Vierpol}

Fig. 10 einen Vierpol als Kaskaden-Spannungstransformator;

Fig. 11 einen Vierpol ähnlich Fig. 10, wobei jedoch die piezoelektrischen Schichten so gruppiert und zusammengeschaltet sind, daß benachbarte Schichten gleichsinnig polarisiert sind;

Fig. 12 ein Spannungsdiagramm ähnlich Fig. 7, jedoch beim Betrieb auf der vierten Harmonischen zur· Grundresonanzfrequenz}

Fig. 15 ein Piagramm entsprechend Pig. 12, jedoch beim Betrieb auf der achten Harmonischen der Grundresonanzfrequenz des ganzen Resonators, so daß jede piezoelektrische Schicht die Dicke einer halben Wellenlänge hat}

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Jig. 14 einen Resonator mit eingangsseitig und ausgangssei tig unterschiedlichen Schichtdickenj

■tin*

Fig. 15 -Ä±-eAPolarisationsfolge in den eingangsseitigen piezoelektrischen Schichten aus Fig. 14.

Pig. 1 zeigt einen Resonator mit drei Elektroden, der im Ganzen mit 10 bezeichnet ist. Er besteht aus einer mitschwingenden Grundplatte 12,an welcher zwei Schichten und 16 aus piezoelektrischem Material niedergeschlagen oder aneinander geklebt sind. Eine Elektrode 18 sitzt zwischen Grundplatte 12 und Schicht 14. Eine weitere Elektrode 20 sitzt zwischen den Schichten 14 und 16, und die Elektrode 22 auf der äußeren Fläche der Schicht 16. Die Grundplatte 12 kann kreisrund oder rechteckig sein, ebenso die Schichten 14 und 16 nebst Elektroden 18, 20, Die kreisförmige Ausbildung ist vorteilhaft für die Herstellung.

Zur Herstellung äußerer elektrischer Verbindungen gehen die Elektroden 18 und 22 über in Anschlußleitungen 24 bzw. 26, je eine als Ausgang und Eingang. Beispielsweise könnte die Anschlußleitung 24 der Ausgang und die Leitung 26 der Eingang sein. Jedoch könnte es wegen der Symmetrie des PiIteraufbaue auch umgekehrt sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Mittelelektrode 20 über die Anschlußleitung 36 an Masse 28 gelegt.

Im Ausführungsbeispiel nach Pig. 1 bestehen die Schichten 14 und 16 aus piezoelektrischem Material von gleichsinniger Polarisationsrichtung, senkrecht zu den Oberflächen, ange-

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geben durch die Polarisationspfeile 30. Diese fallen bei Verwendung von hexagonalen Wurtzit-Kristallen in deren c-Achsen. Diese Achsen werden so bezeichnet in Materialien wie Kadmiumaulfid, Kadmiumselenid, Zinkoxyd, Berylliuiaoxyd, Wurtzitzinksulfid und festen Lösungen aus diesen. In kubischen Sphalerit-Kristallen wie Zinksulfid und Galliumarsenid fällt die Polarisationsrichtung mit deren 111-Achsen zusammen.

Jedoch ist die Erfindung nicht beschränkt auf die gleichsinnige Orientierung der Polarisationsrichtungen benachbarter Schichten. Wie in Fig. 2 dargestellt, können deren Polarisationspfeile 30, 31 auch gegensinnig verlaufen.

Zur deutlicheren Anschauung sind die Elektroden 18, 20, 22 übertrieben dick dargestellt gegenüber den Schichten 14 oder 14' und 16, und letztere wiederum übertrieben dick gezeichnet gegenüber der zugehörigen Grundplatte 12. Wenn die Schichten auf die Grundplatte gebracht werden, haben sie eine überall¹ gleichmäßige Dicke, so daß der Schichtbereich über einer darunter liegenden Elektrode etwas hochsteht. Zur Begrenzung akustischer Energieverluste und zur Vermeidung von Fehlanpassung in den Zonen der Schichten 14, 16 außerhalb der zugehörigen Elektroden 16, 20, 22 sind deren Anschlußleitungen 32, 34, 36 in unterschiedlichen radialen Richtungen aus dem Zentrum des Resonators geführt. Vorzugsweise sind die Anschlußleitungen 32, 34, 36 einstückig mit den zugehörigen Elektroden 18, 22, 20. Die Grundplatte 12 besteht vorzugsweise aus einem ilaterial von großem mechanischem Q-Wert, worunter das Verhältnis des bei mechanischer Verformung in Material gespeicherten Teiles der Verformungs-

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arbeit zu dem dabei in Reibungsverlust (Hysterese) umgesetzten Teil der Verformungsarbeit verstanden wlr Ferner soll das Grundplattenmaterial nach Betrag und Vorzeichen einen Temperaturgang der Frequenz aufweisen, welcher denjenigen der piezoelektrischen Schichten 14, 16 kompensiert. Geeignetes Material für die Grundplatte sind Quarz und metallische Legierungen wie Invar und Elinvar. In xsetracht kommen auch keramische Stoffe mit piezoelektrischer Eigenschaft, Lithiumgalat, Lithiumniobad und Lithiumtantalat, sowie Rochel^alz, Dikaliumkarbonat-Tartrt-fc, und lithiumsulfa¹//.

Die elektroden 1b, 20, 22 v/erden gewöhnlich in an sich bekannter V/eiee durch Aufdampfen erzeugt und bestehen aus .ier.-:3toffen wie Gold öler Chrom oüer Aluminium. Die iilektr-den kSlinen auch, direkt auf die piezoelektrischen ~cnic„te.n 14 bzw. 16 gebracht verden, während die letztere schicht τλΓ die- Grundplatte 12 mit Epoxyharz geklebt wird. i.enr. :iie ^isktreden direkt "iurch Aufdampfen auf die Oberfluoi.ci: o.or öc:.ic.tei. und Grundplatte niedergeschlagen ■"erden, ^üsi-er. dabei iie^erii^en Oberflächenteile, welche isoiiereiid bleiben sollen, durch Basken abgedeckt rerden, welche die £ctl. der ^le^trode und ihrer radial nach au2en &.r.^etss:.'jen Anschlu.?leitung aussparen.

'..enr. die Klenge 26 als Eingang verwendet wird, dient die piezoeieKtrische Schient 16 als treibendes und die Schicht al ο getriecenes i-ler.ent, zusami.en mit der niitschvringei'.den Grundplatte 12. Jede Schient 14, 16 kann vorfabriziert sein oder durcr. Spritzen oder Dampfen auf die vorangegangene Schient nergestellt sein. ?ur las Vorfabrizieren eignen sich

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Werkstoffe wie Keramik mit piezoelektrischen Eigenschaften, oder monokristallines Material wie Quarz, RocheiBalz, DKT (Dikaliumkarbonat-Tartrai£), oder lithiumsulfate. Das monokristalline Material ist für den Aufbau von Filtern zweckmäßig wegen seines hohen mechanischen Qm-Faktors, also geringen Verlustwertes. Obgleich eine Grundplatte für aufgedampfte piezoelektrische Schichten im allgemeinen benutzt wird, könnte ein hinreichend großer Stapel aus genügend dicken aufgedampften piezoelektrischen Schichten auch durch andere Mittel als eine Grundplatte getragen werden. Zum Aufdampfen der piezoelektrischen Schichten unter Verwendung einer tragenden Grundplatte für die Herstellung eines Dickenschwingers eignet sich Material wie Kadmiumsulfid, Kadmiumselenid, Zinkoxyd, Berylliumoxyd, Wurtzitzinksulfid, und feste Lösungen aus diesen.

Mgο 1 zeigt einen Dickenschwinger. Vorzugsweise sind dessen Schichten 14 und 16 auf eine Grundplatte 12 aus Quarz niedergeschlagen. Zur Herstellung der Variante nach Pig« 2 können verschiedene Verfahren Anwendung finden, um alternierende Polarisationsrichtungen zu verwirklichen.

Jedoch ist die Erfindung nicht auf reine Dickenschwinger begrenzt. ¥ie aus Fig. 3 ersichtlich, können piezoelektrische Schichten 15, 17 mit alternierenden Schubkomponenten der piezoelektrischen Polarisationsrichtungen 351 33 verwendet werden, also mit den kristallographischen c- oder 111-Achsen parallel versetzt oder gegeneinander geneigt bezüglich aufeinanderfolgender Schichten.

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In den Veröffentlichungen "Ultra High Frequency CdS Transducers", IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics, Band SU-11, Nr. 2, Seiten 63-68 (1964) von N. F. Foster und 'fiddmium Sulphide Evaporated Layer Transducers", Proc. IEEE, Band 53, Nr. 10, Seiten HOO bis 1405 (1965) von IT.F. Foster ist ein Verfahren zum Aufdampfen von Kadmiumsulfid offenbart, worauf hilfsweise und vorläufig Bezug genommen wird. Die letztgenannte Veröffentlichung offenbart auch, wie die Polarisationsrichtung i. S. eines kombinierten Schub-Dickenschwingers erhalten v/erden kann. Diese bekannten Herstellungsverfahren sind geeignet für die Erzeugung der Schichten 15 und 17 aus Fig. 3.

Bevorzugt sollen im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die treibenden und getriebenen Schichten 17 bzw. 15 aus Kadmiumsulfid auf den Träger 12 aus AT-geschnitteneni Quarz gedampft werden. Damit ist gemeint, daß die Schnittebene des Quarzes in der kristallographischen X-Achse verläuft. Das Kadmiumsulfid wird vorzugsweise aufgedampft in einem Verfahren nach der erwähnten Foster-Veröffentlichung, mit alternierender Polarisation, so daß ein Resonator für kombinierte Schub-Dickenschwingungen entsteht. Um ein Maximum an Temperaturstabilität zu erhalten, wird die AT-geschnittene Grundplatte 12 etwas hinterschnitten ausgeführt, also mit geringfügiger Abweichung vom AT-Schnitt, so daß das Quarzmaterial einen schwach positiven Temperaturgang der Frequenz erhält, welcher den stärkeren negativen Temperaturgang der dünneren piezoelektrischen Schichten aus Kadmiumsulfid kompensiert·. AT-geschnittener Quarz ist bevorzugt wegen seiner Temperaturstabilität und seines geringen elektromechanischen Verlustfaktors.

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Bekanntlich ist die Schwingungsricntung einer Kristallschicht bestimmt durch deren Orientierung zur kristallographischen Achse, woraus die Schicht geschnitten ist. Es ist bekannt, daß beispielsweise ein "Null Grad Z-Schnitt" von DKT oder "AT"-geschnitteneiir Quara benutzt werden kann für die Erregung einer kombinierten Dicken-Schubschwingung. Wenn die Schichten 15 und 17 getrennt vorfabriziert werden, ist AT-geschnittener Quarz zweckmäßig, obgleicn auch bestimmte keramische Stoffe wie Bleitfctanat-Zirkonate zur Herstellung von Filtern mit größerer Bandbreite benutzt werden können. wegen seines hohen Q-Faktors und des niedrigen Temperäturgangea der Frequenz ist AT-geschnittener Quarz das bevorzugte Grundplattenmaterial, wovon die Beschreibung ausgeht. Die vorerwähnte Foster-Veröffentlichung lehrt, daß Kadmiumsulfid, schräg zur Grundplatte aufgedampft, eine Schubkompoi^ente bei der Schwingungsanregung ergibt. Es gehört zur Erfindung, daß die Schubkomponente optimal ist, wenn die kristallographische c-Achse des aufgedampften Kadmiumsulfidfilmes mit der Normalen auf seiner Oberfläche einen Winkel zwischen, 20 und 40 Grad, vorzugsweise 30 Grad einschließt.

Die Filter nach den Figuren 2 und 3 haben ein Übersetzungsverhältnis von 1 :'1. Sie sind besonders nützlich als Bandfilter. Jedoch ist die ^rfindun^ darauf nicht beschränkt. Diese Filter können auch verwendet werden als Spartransformatoren zur Spannun^süberSetzung, vrobei das Eingangspotential zwischen der gemeinsamen Klemme 28 und einer nor Klemmen 24, 26 anstehen würde, das Ausgangspotenti?! ζ : ohen den Kleinen 24, 26.

Solche Gruppen mit drei Elektroden kj.:::en auch a. rfach mit bandfilterartigei ■- ,.eictroakustischtr Kopplung v°t ..r^det- werden,

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zur Vergrößerung der Filtersteilheit. Fig. 4 zeigt ein zweikreisiges derartiges filter, welches auch mehrkreisig ausgestaltet werden könnte. Piezoelektrische Schichten 14, 16 aus geeignetem Material wie Kadmiumsulfid sind auf die Grundplatte 12^niedergeschlagen, mit wenigstens zwei Sätzen von Elektroden dazwischen. Im Ausführungsbeispiel sind im einen Kreis Elektroden 18, 20, 22 vorgesehen, mit Masseanschluß 36 an der Mittelelektrode 20 und mit Eingang der Anschlußleitung 34 -an der Elektrode 22. Zum anderen Bandfilterkreis gehören die Elektroden 38, 40, 42, entsprechend den Elektroden 18, 20, 22 angeordnet, jedoch zwischen anderen Oberflächenbereichen der gemeinsamen Grundplatte 12 und piezoelektrischen Schichten 14, 16. In diesem Fall ist jedoch die Elektrode 18 nicht an den Filterausgang gelegt, aber über die innere Verbindungsleitung 44 spannungsgleich und einstückig mit der Elektrode 38. Die Mittelelektrode 40 ist über die innere Verbindungsleitung 46 mit der Mittelektrode 20 des anderen Kreises zusammenhängend und gleichfalls an Hasse bei 36 gelegt. Die Elektrode 42 leitet über die Verbindung 50 zum Filterausgang 48.'

Die Dickenverhältnisse sind vorzugsweise so gewählt, daß ein zusammenhängender Übertrager entsteht aus einer Grundplatte, einer Lehrzahl piezoelektrischer Schichten darauf, die mit Elektroden belegt sind, v/obei die v/irksame Gesamtdicke aus Schichten, Elektroden und Grundplatten in der elektrcdenbelegter. Zone einer Resonanzfrequenz f entspricht, in der übrigen Zone einer Resonanzfrequenz f_v, größer als f , und die Dicker. Verhältnisse zwischen beiden Zonen ε ο gev/ähit sind, da2 das Verhältnis der zugehörigen Resonanzfrequenzen f,_/f, zwischen 0,8 und 0,999S^- liegt. Dieses Frequenz verhältnis f /f, v.-ird erhalten durch entsprechende

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Dickeneinstellung der Elektroden oder durch selektiven Niederschlag eines Dielektrikums wie Silikonmonoxydoder Silikondiojcyd. Dieses dielektrische Abstiminverfahren kann zusätzlich verwendet werden, um die Resonanzfrequenz f

auf den vorbestimmten Wert zu "bringen, so daß die Gesamtdicke des Resonators gleich einer ganzen Anzahl von halben Wellenlängen bei der gewünschten Frequenz ist»

Die erfindungsgemäSen Vierpole können auch mit gleichspannungsmäßig vollständig getrennten Ein- und Ausgängen aus je zwei Anschlüssen hergestellt sein. In Weiterbildung der Er- ■ findung vilrd durch Vervielfachung der piezoelektrischen 3chichteii eine frenuensselektive bpannungsübersetzung größer al^ in den. vorangehenden Ausführungsbeispieler- verwirklicht. Da^ ist in Pig. 5 gezeigt, wo eine Grundplatte 12 die aufeinanderfolgenden Schichten 54, 56, 53, 60, 62, 64, CC und 63 trägt.

.Jabai sind ochichten van unterschiedlichem piezoelektrischem Vera-alten vorgesehen, in Fig. 5 als Α-Schichten und B-Schichteii unterschieden. Die A-öchichten sind piezoelektrisch; die ^-Schichten sind piezoelektrisch inaktiv oder anders wirkend -als die Α-Schichten. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die A-Schicht 68 das treibende Element, mit Elektrodenanschlüssen 70, 72 zu den Eingangsklemmen 74,76 für die i/echaelspannungsquelle 78. Jedoch ist die Erfindung nicüt beschränkt auf ein einschichtiges treibendes Element·

Die Schichten 54, 56» 62 und 66 sind ebenfalls vom A-Typ· Sie sind zur Spannungstransformation in Serie geschaltet und über die Verbindungsleitungen 80, 82 an die Ausgangs-

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klemmen 84 bzw. 86 gelegt. Die Ausgangsklemme 84 liegt an derselben Elektrode wie die Eingangsklemme 76. Y/enn jedoch eine vollständige gleichspannungsmäßige Isolation zwischen Eingang und Ausgang gewünscht wird, ist die Schicht 66 zu eleminieren und der Ausgang bei 88 an der oberen fläche der Schicht 62 zu benutzen, anstatt des Ausganges 84·

Dieser frequenzselektive Übertrager könnte auch zur Verminderung der Spannung benutzt werden, wobei die vorerwähnten Eingangs- und Ausgangskleomen zu vertauschen wären.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besteht der Unterschied zwischen den Α-Schichten und B-Schichten darin, daß letztere piezoelektrisch inaktiv sind oder deren piezoelektrische Eigenschaften niaat ausgenutzt sind. Dazu sind die B-Schichten beiderseits mit metallischen kurzgeschlossenen Filmen überzogen, wodurch sich eine direkte Serienschaltung der A-Schichten ergibt. So ist die Elektrode SO in Form eines lietallfilmes zwischen A-Schicht 66 und B-Schicht 64 über einen Kurzschlußstreifen 92 mit dem LIetallfilm bzw. der Elektrode 94 zwischen B-Schicht 64 und A-Schicht 62 verbunden. Eine ähnliche Verbindung 96 ist zwischen den Elektroden 98 und geschaffen, und ein Kurzschlußstreifen 102 verbindet die Elektroden 104, 106. Dadurch wird den B-Schichten ein umgekehrter Verlauf der mechanischen Spannungen aufgezwungen gegenüber den Α-Schichten, so daß letztere gleichphasig und gleichsinnig schwingen und sich deren elektrische t Ausgangsspannungen addieren. Wenn die B-Schichten metallisch sind, ersetzen sie die Kurzschlußstreifen 92, 96, 102. Zur Vermeidung von Energieverlusten und. Verbesserung des elektromechanischen Wirkungsgrades Qm in den B-Schichten bestehen diese vorzugsweise aus nicht piezoelektrisch, wirksamem Material, wenn die Kurzschlußstreifen 92, 96, 102 vorgesehen sind,

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Um diese Kurzschlußstreifen 92,96, 102 zu vermeiden,.können auch, die Schichten vom Typ A und B aus piezoelektrischem Material bestehen, jedoch mit solcher Polarisationsfolge, daß die elektrischen Teilspannungen einander benachbarte»- Schichten sich nicht auslöschen. Dies wird gem. Pig. 6 dadurch erreicht ι daß alle Schichten von der Dicke einer halben «ellenlange der Betriebsfrequenz zur Eingangs-Spannungsquelle -78 sind, wobei die Augenbliekswerte der elastischen Spannung aufeinanderfolgender A- und B-Schichten einander entgegengesetzt sind, inaen: alle Α-Schichten mit ihrer kristallographischen c-Achse wie die Schicht 16 aus .Fig. 2 orientiert sind, alle B-Sohichten entgegengesetzt dazu, wie in IJ¹Ig. 2 gezeigt für die Schicht 14'. Dann können die Zwischenelektroden 90, 94, 98, 100, 104 und 106 weggelassen werden, nicht aber die Eingangs- und Ausgangaelektroden, soweit deren Anschlüsse in der Schaltung benutzt werden sollen.

Einen ähnlichen Transformator, ohne Zwischenelektrode!-! und ohne piezoelektrisch inaktive Schiohten zeigt Fig. 6. Dies ist dort»ermöglicht, da3 die Polarisationsrichtungen 33, bezüglich aufeinanderfolgender A- und B-Schichten 106,110, 112, 114, 116 alternierend gegenainnig geneigt sind. Dadurch werden kombinierte DicKen-Schubschwingungen in Form einer stehenden Welle unter Addition aller elektrischen Teilspannungen erhalten, wenn die i/ellenlän^e das Doppelte der Dicke einer Schicht beträgt.

In Fig. 6 sind vier piezoelektrische Schichten 108, 110, 112, 114 in direkten gegenseitigem Kontakt. Eine Elektrode 116 sitzt am unteren und eine El°ir ede 118 am oberen Ende

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dieses Stapels, angeschlossen den Ausgangsklemmen 86 bzw. 84-1 während darüber eine Schicht 120 mit eingangsseitigen Elektroden oben 122 und unten 118 sitzt. An den Eingangsklemmen 74, 76 liegt die Wechselspannungsklemme 78. Die Schichten 108, 112, 120 sind vom Α-Typ, die Schichten 110 und 114 vom B-Typ.

Fig. 6 zeigt weiterhin die Anwendung einer Schubschwingungserregung, mit den c-Achsen 33 der Α-Schichten nach oben links und den c-Achsen 35 der B-Schichten nach oben rechts orientiert. Die Figuren 5 und 6 zeigen Übertrager mit einem Transformationsverhältnis von 4:1. Jedoch ist die alternierend gegensinnig geneigte Orientierung der Polarisationsrichtung nach Fig. 6 ursächlich für eine einfachere und kompaktere Raumform durch Einsparung besonderer B-Schichten nach Fig. 5, welche zur piezoelektrischen Wirksamkeit nichts beitragen·

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf drei- oder vierpolige frequenzselektive Transformatoren von bestimmter Größe oder bestimmter Nennleistung. Beispielsweise können die Schichten aus piezoelektrischem Iilaterial aufgedampfte Filme von Kadmiumsulfid in einer Dicke von der Größenordnung zwischen einem und zehn mikron sein. Die Grundplatte 12 kann aus Quarz bestehen mit einer Dicke in der Größenordnung von 100 mikron. Die Elektroden können ein Tausendstel bis drei Tausendstel Angstrom dick sein.

V/ie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind die Schichten 14 und 16 im Durchmesser kleiner als die Grundplatte 12, was aber nicht zwingend ist. Die Elektroden 18, 20, 22 sind im Durchmesser wiederum kleiner als die zugehörigen Schichten 14,16. Dies' ist vorteilhaft, obgleich die maximalen radialen

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Elektrodenabmessungen den Schichten entsprechen können, wenn am Umfang Ausnehmungen bei den Verbindungsleitungen ausgespart sind₀

In den Ausführun^sbeispielen naoh Figuren 1 und 2 kann der Durchmesser der Grundplatte ein Zentimeter sein, bei einer Dioke von 1Oo Mikron» Die Elektroden können einen Durchmesser zwischen 2 und 10 mm haben, und die Schichten aus Kadmiumsulfid können 5 - 10 mm im Durohmesser aufweisen ο So ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Elektrodendurohraesser etwa 40 tf> vom Durchmesser der Kadmiumsulfidschioht, und deren Durchmesser liegt zwischen 50 und 100 $ vom Durchmesser der Grundplatte. Die Elektrodendicke liegt zwischen 1 und 30 fo der Dicke einer piezoelektrischen Schicht¹ welche wiederum zwischen 1 und 10 °fi> der Grundplattendicke aufweist.

Die dargestellten.Ausführungsformen können mit Frequenzen im UHF-Bereich betrieben werden, also beispielsweise in Ferrsehgeräten ο Sie haben einen viel höheren elektromechanischen Wirkungsgrad Q, als Bandfilter aus Spulen mit Luft-Dielektrikum_t und sind bedeutend kleiner als diese. Sie ergeben eine größere FrequenzStabilität, im Filter- wie auch im Transformatorbetrieb» Sie lassen sich mit vollständiger gleichspannun?smäßiger Isolation zwischen Eingang und Ausgang erzeugen. Sie sind eehr klein und kompatibel mit der Dünnschicht-Technologie in integrierten Schaltungen. Als Filter haben sie weniger Verluste und eine bessere Temperaturstabilität und sind weniger empfindlich regen Stoß- und Sohwingungsbeanspruchung als die früher im Hochfrequenzbereich verwendeten Induktanz-

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Kapazitätsfiltero

Die erfindungsgemäßen Dünnsohicht-Transformatoren und -Filter haben gegenüber der bekannten Technik eine Anzahl von Vorteilen, nämlich im Transformatorbetrieb gegenüber den üblichen Ausführungen mit Luftkernen:

1, Kleinere Abmessungen 2» Größere Frequenzstabilität

3. - bertragbarkeit höherer Frequenzen

Im Filterbetrieb hat der Erfindun^sgegenatand gegenüber den bekannten IC-Fetzwerken fcljer.de Vorteile;

1. Kleinere Abmessungen 2„ Größere 3ele|cti$itr.t 3 β Geringere Verluste 4» Größere 'Jemperaturstabilitat 5· Kleinere "Empfindlichkeit gegen Beanspruchung auf Stoß und Vibration.

Im Filterbetrieb hat der Anmeldungsgegenstand im Vergleich zu den bekannten hohlraum-3ehaltelementen folgende Vorteile:

1. Kleinere Abmessungen

2. Größere Selektivität

Im Filterbetrieb hat der Anmeldungsgegenstand im Vergleich zu Filtern aus akustisch von einander isolierten Resona- ' toren auf einer gemeinsamen Grundplatte aus Quarz nach dem eingangs arwähnten älteren "Recht der Anmelderin folgende Vorteile:

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1· Übertragbarkeit höherer Freouenzen 2. :-:inaparung äußerer Transformatoren und Kapazitäten

Im Filterbetrieb hat der Anraeldun^sge_t'enstand, verglichen mit einem Netswerk aus bekannten uarzresonatorenyfolgende Vorteile:

Ί. Kleinere Jfaneseun.-ren
2. Übertrarbarkelt höherer Frequenzen 3· Keine Induktoren zur Vergrößerung der Bandbreite erforderlich

Ganz allgemein γ"ϊβ± sich der Anmeldungsgenenstand der DünnsQhioht-Technik mit Aufdapmfen cei der Herstellung integrierter Schaltungen an. Er ist ir. -roßem Umfang verwendbar in UHP-Fernsehachaltunecen und bewältigt diesen von 470 - 890 MHz liegenden ^re menzbereich.

Bei der Herstellung der Ausführungsform mit alternierender Orientierung der piezoelektrischen Achsen zwischen aufeinanderfoleenden 'chichten können die dazu bekannten Aufdampfverfahren verwendet werden, beispielsweise kann zur herstellung 'des '.ustMihrungsfceis^ieles nacr. ^i^-ur 6 Kadmiumsulfiddampf mit molekularer Strömun -sricrtung schrär -:ur Cirundplattenebene reführt werden, um die iorubkomponente der Polarisation ^u erhalten, wobei die Zt mn platte nach jedem Arbeits-rang, bevor die nächste Schicht aufredanpft wird, jeweils vor bzv:, zurück gekippt, wird oder aiich um jeweils 180° um eine zu ihrer Oberfläche senkrechte \ohse .-reireht wird. Stattdessen könnte -vach de Dampf zueile zwi-

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sehen den einzelnen Arbeitsgängen entsprechend versetzt werden.

In den bisher beschriebenen Ausführungsformen, wobei die piezoelektrischen Schichten auf einer Seite der Grundplatte liegen, muß die Dicke der Einzelschicht sehr genau auf eine halbe Wellenlänge bei Betriebsfrequenz eingestellt werden, um Teilinterferenz und entsprechenden Energieverlust möglichst klein zu halten. Jedoch ist darauf die Erfindung nicht beschränkt, sondern die Interferenzberrenzung kann in Weiterbildung .der Erfindung auch mit geringerem 'iOleranzaufwand verwirklicht werden.

Ein Vergleich zwischen den Figuren 7 und 8 zeigt nämlich, daß die Schichten auf beide Seiten ier Grundplatte verteilt werden sollten, wenn diek Schichtdicke nicht genau einer halben Wellenlänge der Betriebsresonanzfreouenz entspricht. Diese Figuren sind Teil schnitte, worin die Aurenblickswerte einer mechanischer. Spannungsverteilung über die Dicke des ranzen Resonators beim Betrieb auf der siebenten Harmonischen eingetragen sind, längs eines gedachten Durchmessers 126, wobei die Dicke einer !Cadmiumsulfidschicht kleiner ist als eine halbe Wellenlänge bei Betriebsfref.uenz,

"is ist zu sehen, an.1 über die Schicht 14 in Figur 7 vollständige Auslcschur.* erfolrt. Mit mehr als zwei piezoelektrischen oohichter. ergibt sich ein starker äuslö'sohun^seffekt hei Abweichung, der Schichtdicke vom Betrag einer halben Viellenlän-e, sogar schon bei kleiner Diekenabweichung. Diese Fer.lanpassung wird vermindert durch .Anordnung der Schichten ¹^, ¹O beiderseits der Grundplatte 12, wie

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Figur 8 erkennen läßt. Dieses Ausführungsbeispiel ist spiegelsymmetrisch, und es erfolgt keine nennenswerte Interferenz, obgleich dieselbe "Dickenabweichung der Schichten wie in Figur 4 zugrundegelegt ist.

Eine der Figur 8 entsprechende Ausführungsform ist vollständig wiedergegeben in Figur 9» wobei jedoch die piezoelektrischen Schichten 134, 136 mit ihren fr-Achsen 30, 31 gegensinni^ orientiert sind.« Letztere trägt i±* beiderseits
Elektroden 138, 40, welche mit den Anschlußklemmen 142, bzw» 144 verbunden sind. Unten auf der Schicht 136 sitzt die an
Masse liegende Elektrode 148« Oben auf der Schicht 134 sitzt die zur Ausgangsklemme 152 verbundene Elektrode 150. Das er- ■·?. öt einen Vierpol mit zwei Paar von einander getrennten Klemmen. Eine dreipolige Ausführung ergäbe sich, wenn die Klemmen 142, 144 über die gestrichelte Leitung 146 verbunden
v/erder, und die Elektrode 148 geerdet bleibt. "Oamit wird eine Spartransformatorschaltung im Übersetzungsverhältnis 1:2 erpeicht, wobei Klemme 144 der Eingang und Klemme 152 der Aus-■anii wpre.

V/enn ein größeres Übersetzungsverhältnis der Spannung verl?.n t wird, könnten entsprechend viele zusätzliche Schichten au^ Oiezoelektrischem Material auf beiden Flächen der Grundol^tte 12 angeordnet werden, ähnlich wie in ^igur 5. Vorzuziehen ist dabei ,jedoch eine Kaskadenschaltung aus Spannun^sverdopplern entsprechend Figur 10, wenn es auf möglichst
• roßen Wirkun' sgrad Q ankommt. Figur 10 zei^t drei Verdoppler 154, 156, 15o, jeweils entsprechend Figur 2 oder 3»
in Kaskade reschaltet. Eine entsprechende Impedanzanpassung
ist erforderlich.

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Die Eingangsklemmen 26, 28 sind auf beide Seiten der -ohieht 31 geschaltet, und der Ausgang 24 dieser Einheit führt die doppelte Eingan-spannung der Einheit 154 und liegt am Eingang 26' der mittleren Kaskadeneinheit 156. Vn deren Ausgang 24' steht die vierfache Eingangsspannung an. Diese ist zum Eingang 26'' der rechten Einheit 158 re- leptt so daü die Ausgan.-jsspannun^ der Kaskade bei 24' ' gleich der achtfachen Eingangsspannung ist. Die Kaskadeneinheiten 154, 156, 158 könnten auch auf getrennten Grundplatten 12 sitzen.

Figur 11 zei.it einen zur Grundplatte symmetrischen schicht-Transformator, so geschaltet, daß die Notwendigkeit einer Polarisationsänderung beim Aufbringen der jeweils nächsten Schicht vermieden ist.

Die Grundplatte 12 trägt oben übereinander die Schichten 162, 164, 166 und 168, sämtlich gleichsinnig piezoelektrisch orientiert, in Richtung von Grundplatte weg, unter dieser sitzen die Schichten 170, 172, 174 und 176, ebenfalls untereinander gleichsinnig polarisiert, nämlich von der Grundplatte weg. Alle Schichten sind beiderseits mit elektroden belegt, lev Eingang 152 liegt über Verbindungen 186, 188 an den Elektroden auf den Schichten 162 und 166. Die andere Eingangsklemme 202 liegt an den Elektroden auf den Schichten 186 und 164 und unter der Schicht 162 über die Verbindungsleitungen 190, 192, 194. Dadurch ist die elektrische Feldverteilung in den Schichten 162 und 166 r;egenphasig zu derjenigen in den Schichten 164, 163. Infolgedessen addieren sich beim -aetriebr

(W

^vder ganzen Anordnung die akustischen ->chwingun_F:samplituden in den Schichten 162, 164, 166 und 168.

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Die Aupgangsklemme ?OO ist den jeweils unteren Elektroden der Schichten 170, 174 über die Leitungen 196 bzw» 198 an -eschlossen. oie andere Ausgang-sklemme 147 liegt ah den Elektroden auf der Schicht 170 unr" unter den Schichten 172, 176 über Verbindun^leitungen 180, 18?, 1BA. pei*. Betriebs- ak\£ dag ftrundragonangficaaueng des ranzen Vierpols addieren sich auch hier die ^eilspannungen der Schichten 170, 172, 174, 176 zur ■Tößtmö-rlichen Auefan sspannunf an der Klemme 200, gegenüber der anderen Auswar, rsklemme 147.

Anhand der bisherigen Ausf"'ihrun.:sbeispiele ist der betrieb des erfindungsremäßen Vierpols mit einem Vielfachen seiner Grundresonanafreauenz erläutert, wobei bein Betrieb bit der betreffenden Harmonischen die Dicke einer Sc -icht gleich -;dt^:r nahezu gleich einer halben '.«ellenlange ist. Jedoch . ist die■ ürfindunj darauf nicht beschränkt. Der lDrfinaun_o-s-/β£. anstand kann bei gleicher Dickenbemessung auch mit einer niedrigeren Harmonischen betrieben werden. Das sei jceseict durch einen Vergleich zwischen den Figuren 12 und 13»

Die^e geben Teilnuerschnitte mit je einer momentanen Spannungsverteilung, wobei der besseren Übersicht halber die Elektroden und deren Verbindungen weggelassen wind. Die beiden Teil -.uprschni tte sind identisch, ,iedoch nach ?i/?ur auf der vierten iarmonischen f_d und jen'i ? ?i_;?ur 13 auf der achten Harmonischen f_Q gleich 2 f, betrieben. Dann entspricht in Figur 1? die Schichtdicke A A, in Fi rar 13 }/2; trotzdem ist der elektromechanische Anko^plun 'sfaktor beide gleich. Die höhere Betriebsfrequenz ist vorteilhaft, weil ohne Verminderung des Ankopplun --s^akto^s mit den gleichen Dickenabmessungen zu verwirklichen.

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Wenn die Schichtdicke größer wird als λ/2,· tritt Interferenz auf und der Ankopplungsfaktor k nimmt entsprechend ab, T?ür Schichtdicken unter \ /2 hän'-t der Kopplungsfaktor k ab vom Verhältnis der aktiven zu den inakten Dicken bei sinusförmiger Spannungsverteilung. So arbeitet das Ausführun-j-sbeispiel nach Figuren 12 und 13 mit einer Dicke der treibenden Schicht von /\/2 bei der achten Harmonischen auch i'ut auf der siebenten, sechsten, fünften und vierten Harmonischen. Dabei entfällt auf jede Schicht eine Wellenlänge von bzw. 7/16, 3/8, 5/16 und 1/4. Der Ankopplungsfaktor ist beim Betri'eb mit der achten und vierten Harmonischen gleich, bei den dazwischenliegenden Harmonigehen etwas -rößer, iJne ;ute Anschauung über den Kopplungsfaktor in \bhpngigkeit von der gewählten Harmonischen ist das Verhältnis aus der durchschnittlichen zur maximalen elastischen Aurerblicksspannung in der getriebenen Schicht, bezogen auf ein gleichbleibendes Dick^nverhältnis der getriebenen zur unp:etriebenen Schicht, ^ür die Ausführungsform nach Fi.ruren 12 und 13 ergeben sich folgende Abhängigkeiten:

Ordnungszahl der	Durchschnittliche 3'oannung/
Harmonischen	Gipfelspannung
10	0,43
9	0,54
8	0,636
7	0,70
6	0,725
5	0,71
4	0,636
■7.	0,525
2	0,44
1	0,20

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In Figuren 12 und 3 liegt da"bei der Eingang an der äußeren Sucht 204 und der Ausgang an der Schicht 206, welche der Grundplatte 12 benachbart ist. "Die Kurve 208 in Fiö-ur 12 stellt eine augenblickliche Spannungsverteilung dar beim Betrieb mit der vierten Harmonischen von der Grundresonanzfrequenz des ganzen Vierpols, und die Kurve 210 in Figur 13 gibt die entsprechende Spannungsverteilung beim Betrjeb mit der achten Harmonischenο

Eine sowohl für Filterbe.trieb wie auch für frleichzeitige Spannun^transformation vorteilhafte Ausführungsform zeirrt Figur He Eine ausgan-s seit ige Schicht 212 sitzt oben und vier eingangssei tige ,Schichten 214, 216, 218, 220 sitzen unten auf der Grundplatte 12. Die Gesamtdicke der Eingangsschichten entspricht derjenigen der Ausgan^sschicht«, Die Dicke der 4usgan^sschicht möge λ/2 betragen beim betrieb mit der achten Harmonischen, während dann die Gesamtdicke der Eingangsschichten 214, 216, 218, 220 ebenfalls λ/2 ergibto

Dabei sind die vier eingangsseitigen Schichten elektrisch parallel geschaltet, mit alternierenden Polarisationsrichtungen 222. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Polarisationsrichtun;?en hinsichtlich einer ^uerkomponente alternieren, wie in Figur 15 dar ;estellt, für kombinierte Schub-Dickenschwin-

Auch in der j^usführung nach Fi^ur 15 ergibt sich eine Spannungsübersetzun'· von 1:4. Biner der Vorteile dieser iusführungsform ist, daß der vierschichtige Teil die elektromechanische Güte ν. der Grundplatte 12, sowie den gesamten Ankopplungsfaktor, wenn als Aus.-ang reschaltet, viel weniger vermindert, als wenn ;jede Schicht die gleiche Dicke hätte wie die Schicht auf der entgegengesetzten Grundplattenseite.

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von

Wenn diese obere Schicht 212 eine Dicke! λ/2 h?=>t, ist jede untere Schicht X/8 dick, 'Venn die obere jchicht 212 eine Dicke von \/A hat, ist .jede untere Schicht 214, ?16, 218, 220 λ/16 dick.

Es sei hier nochmels verwiesen auf die vorangegangene 3rläuterung der Tabelle, betreffend die Änderung des Verhältnisses aus durchschnittlicher zu Spitzenspannung in Abhängigkeit von der Ordnungszahl der zugehörigen Harmonischen: V/enn d^Qs Ausführun^sbeisräoi nach Fio-ur H auf der neunten oder zehnten harmonischen betrieben v/ird, führt die innerste Schicht 2U aus der unteren G-runpe nur gerinne Spannungsbeanspruchung und braucht daher nicht angeschlossen zu sein. Die besten Ergebnisse erhält F?n beim Betrieb mit der vierten, fünften, sechsten, siebenten oder achten Harmonischen. Bei höheren Ordnur -stehlen sollte die Schichtdicke kleiner sein, bezogen f.uf die G-esamtdicke des Vier-ooles.

Unter besten Bedingungen kann die äußerste Schicht 220 der mehrschichtigen '-runoe aus Metall von hohem Gütefaktor Q bestehen, um der Ankopnlungsfaktor etwas zu vergrößern, weil.an dieser stelle die niedrigste Spannun.^sbearspruchung auftritt. t)a die durchschnittliche 'Beanspruchung in jeder Schicht von deren Position attängt,

würde es idealen Betriebsbedingungen entsprechen, wenn die Schichten nicht gleich dick ;enacht werden, sondern die Schichtdicken nach innen abnehmen, so daß die in den Schichten entstehenden elektrischen Teilspannungen ungefähr gleich sind und die .'chichten ohne nennenswerte Verluste elektrisch parallel geschaltet werden können.

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Claims

15SU1Q173

A H S P R Ü C HE

1·) Piezoelektrischer Hochfrequenz-Hesonator, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Stapel von wenigstens zwei Schichten (14,16) von "Piezoelektrischem eine bevorzugte Polarisationsrichtung aufweisen^ e'n mterial bpsteht, jeweils mit einer Schichtdicke unter 10 Mikron, kraftschlüssi^ miteinander verbunden, wobei wenigstens eine· dieser Schichten ein treibendes Element (14.) und wenigstens eine der anderen öchichten ein getriebenes KIe me nt (1.6Ϊ enthält und diese Schichten mit Elektroden belegt sinn, welche ein^an sseitig an der treibenden und ausg^n.i-rssej tig an der getriebenen Schicht nach Art eines Vierpols herausgeführt sind.

2.) Resonator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Orientierung der Pcflarisationsrichtung des treibenden Elements mit einer Komponente parallel ?.u seiner Oberfläche,

3.1 Resonator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Orientierung der Polarisationsachse des treibenden Elements senkrecht zu seiner Oberfläche«

4.,) Resonator nach einem oder mehreren der vorhergevnien AntTpr'iche, .-,-fikennzeichnet durch äie Anbringung seiner Schichten auf wenigstens ein^r Seite einer mitschwingenden Grundplatte ('<?'! von hohem mechanischen Gütefaktor , und einem der. Sc;:ichten entg-efen-.-esetiten Temreratur.-;an_:- der

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5.)■ Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten piezoelektrisch senkrecht zu ihrer Oberfläche orientiert sind,

6.) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander folgenden Schichten gegensinnige Polarisationsrichtungen haben»

7.'· Resornator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsachsen aufeinanderfolgender Schichten gleichsinnig ausgerichtet sind und die aufeinander folgenden Elektroden abwechselnd auf die eine und andere Klemme 'des Bingangs geschaltet sind,

3.) Resonator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungspfeile der piezoelektrischen Orientierung aufeinander folgender Schichten geneigt sind_e

9.) Resonator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungspfeile alternierend jegensinnig zur Normalen der Schichtoberflächen geneigt sind,

10.) Resonator nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Paar von Anschlüssen, wobei die Richtungspfeile der piezoelektrischen Orientierung aufeinanderfolgender Schichten parallel verlaufen und die Elektroden aufeinanderfolgender Schichten abwechselnd an die beiderseitigen Eingangsklemmen oder abwechselnd an die beiderseitigen Ausgangsklemmen pelegt sind.

11.) Resonator nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch je einen Stapel piezoelektrischen Materials aus dickeren (212) und dünneren (214, 216, 218, 220) Schichten.

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1?») Resonator naoh Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der dünneren Schichten gleich derjenigen der dicken Schicht ist.

13e) Resonator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seinen bandfilterartigen Aufbau aus wenigstens zwei elektrodenbelegten Bereichen (Figur 4), "deren Schichten akustisch ,^eko-npelt sind.

Ho) Resonator nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine den Mitteletektroden gemeinsame Masseverbindung (36).

15.) Resonator nach Anspruoh 13» gekennzeichnet durch die Orientierung der piezoelektrischen Richtungspfeile im Sinne eines Dickenschwingers.

16e) Resonator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß seine Schichten (Ht 16) aus aufgedampften Material von der Gruope Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinkoxyd, Beryliuraoxyd, Wurzitzinksulfid und/oder festen lösungen derselben bestehen^

17o) Resonator nach Anspruch 13, gekennzeichnet duroh eine mitschwingende Grundplatte (12) für die Schichten, bestehend aus Material der Gruppe C'uarz, piezoelektrische Keramik, Liäniumiialat, Bitüuraniobat, Büniumtantalat, Rochellesalz, Dikaliumtartrat und lit&imsulfat.

19.) Resonator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke jeder Schicht (H, 16) im wesentlichen gleich einer halben Wellenlänge bei Betriebsfrequenz ist.

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20·) Resonator nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch zusätzliche Schichten ohne Tilektrodenbelegung.

-■1. )Resonator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (18, 20, 22) einen Durchmesser ±n der Grb'ssenordnung von 4-0 '/> des Durchmessers der piezoelektrischen Schicht (14., 16) und eine "Dicke in der Größenordnung von 1 # bis 30 # der piezoelektrischen Schicht (H, 16) hat.

22.) Resonator nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch seine Befestigung auf einer Grundplatte (12), etwa vom doppelten Durchmesser der piezoelektrischen Schichten (H, 16) und einer Dicke in der Größenordnung von 10 - 100 mal der Dicke der piezoelektrischen Schichten (H, 16),

23·) Resonator nach Anspruch 13» mit elektrodenbelegten piezoelektrischen Schichten und einer Grundplatte, dadurch gekennzeichnet, daß seine Gesamtdicke bleich einer ganzen Anzahl von halben ^ellenlangen bei Betriebsfreouenz ist.

24·.) Resonator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke» der treibenden Schicht z-.dschen 0,3 und 0,6 Wellenlängen liegt.

25.) Resonator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der treibenden Schicht wesentlich kleiner ist eine halbe Wellenlänge bei Betriebsfrequenz,

26.) Resonator nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die treibende piezoelektrische Schicht eine Dioke entsprechend einer halben V/ellenlänge bei Betriebsfreouenz mit einer Harmonischen f der Grundresonanzfrequenz beträgt

und die anregende Frequenz zwischen f und einhalb f^ liegt.

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27·) Resonator nach AnsDruch 23, gekennzeichnet durch mehrere treibende Schichten, deren piezoelektrische c-Achsen, aufeinanderfolgend, zu gegensinniflrer "Erregung benachbarter ochichten orientiert sind, über die zugehörigen Elektrodenbelegungen parallel geschaltet(pig· 5)»

28.) Resonator nach Anar.ruch 4, gekennzeichnet durch seine Zusammensetzung aus A-Scbichten mit piezoelektrischen Eigenschaften, durch Elektrodenbelegung in Serie geschaltet, wobei die äuseersten drei Elektroden als äußere Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen pesohaltet sind (Fi jur 5)·

29·) Resonator nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch bezüglich der piezoelektrischen Wirksamkeit unterschiedene Schichten (Typ A un1 Typ B).

30·) Resonator nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten vom Typ B durchaeidseitige kurzgeschlossene Elektroden piezoelektrisch unwirksam sind.

31.) Resonator nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten vom Typ 3 aus piezoelektrisch inaktivem Material bestehen.

32.) Resonator mich Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten vom Typ A und 3 unterschiedliche Orientierung der piezoelektrischen Richtungspfeile haben (?i^ur 6).

33.) Resonator nach Anspruch 2S, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten A und B gegensinni^e senkrechte piezoelektrische Richtungspfeile haben·

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34«) Resonator nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet_f die Schichten A und B gep-ensinnig geneigte Richtungspfeile der piezoelektrischen Orientierung haben (Figur 6)_e

35β) Resonator nach Anspruch 4, dadurch -ekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Schichten auf beide Seiten einer Grundplatte (12) verteilt sind.

36.) Resonator nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Schichten, über deren ISlektrodenbelegung als Spartransformator geschaltet (Figuren 1-3)

37.) Resonator nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnsOrüehe, gekennzeichnet durch eine Kaakadenschaltung aus wenigstens zwei Spartrarsformatoren nach Anspruch 36,

38.) Resonator nach Anspruch 4 und 37, gekennzeichnet durch eine geneinsame Grundplatte 12, wobei die Einzelresonatoren keine elektromechanisehe Ko oplung haben und aus elektrodenbelegten nebeneinander angeordneten piezoelektrischen Schichten bestehen, jeweils von der Gesamtdicke einer ganzen Anzahl halber Wellenlärr-en "hei Betriebsfreouenz.

39.) Resonator nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch die Dicke der einzelnen piezoelektrischen Schicht zwischen 0,3 und 0,c WeMenlän*/er. bei Betriebsfrequenz.

40.) Resonator nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (12) aus uarz und die piezoelektrischen Schichten (30, ^1) aus aufgedampftem !Cadmiumsulfid bestehen.

41.) Resonator nach inspruch 4, gekennzeichnet durch seine Zusammensetzung aus über einer. Teil ihrer Flächen elektrodßnbelerter. ciezo elektrischer. Schicht er. auf eirer Grundplatte

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(12), wobei das Dickenverhältnis der elektrodenbelegten und nicht elektrodenbele..-;ten Zonen des ganzen Resonators so gewählt ist, daß diesen Zonen ein Verhältnis der zugeordneten Resonanzfrequenzen f_a/f-u i^ra Bereich zwischen 0,8 und Ο,99999 entspricht.

42.) Resonator nach Anspruch 41, gekennzeichnet durch die Einstellung des Resonanzfrequenzverhältnisses f zu f.,

a D

durch partielle Dickenvergrößerung der piezoelektrischen Schichten.

43.) Resonator nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß seine piezoelektrischen Schichten aus aufgedampftem Material bestehen von der Gruppe Cadmiumsulfid, Cadmiumsi.ltnid, Zinkoxyd, Berrylliumoxyd, Wurtzitzinksulfid und deren festen Lösungen.

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