DE2016109C3 - Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip - Google Patents

Description

Wandler 1 besitzt erfindungsgemäß wesentlich mehr, eSenfalls gleich weit voneinander entfernte Zinken, so z. B. hundert oder mehr. Die Zinken einer der Elektroden \A dieses Wandlers besitzen jeweils die gleiche Länge. Die Zinken der anderen Elektrode Iß besitzen demgegenüber unterschiedliche Längen; bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel besitzt die Hüllkurve der Zinken der Elektrode 1 ßdie Form sin x/x.

Wird eine in genannter Form aufgebaute Vorrichtung verwendet, so ergibt sich hiermit nicht nur eine einfache Verzögerungsleitung zur Verzögerung eines elektrischen Impulses proportional zur Entfernung, die zwischen den Wandlern liegt, sondern — sofern Analogsignale an einen der Wandler angelegt werden — ein Bandpaßfilter, das Signale durchläßt, deren Frequenz Fzwischen den beiden Grenzen Fl und F2 zu beiden Seiten der Mittenfrequenz Fo des Wandlers 1 liegt, der zahlreiche Zinken aufweist und mit einer Elektrode Iß ausgerüstet ist, deren Zinken un;erschiedliche Längen besitzen.

Der Verlauf der Filterkurve der erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung ergibi sich im wesentlichen durch die Form dieser Elektrode Iß, die mit Zinken unterschiedlicher Länge ausgerüstet ist. Man war hierbei bestrebt, der Hüllkurve der einzelnen Zinken die Form der Funktion sin x/x zu geben, wodurch ein Bandpaßfilter mit großer Bandbreite und st .ilen Flanken entsteht.

Es kann als bekannt vorausgesetzt werden, daß die Beziehung, die zwischen einer Übertragungsfunktion im jo Frequenzbereich und der Impulsantwort im Zeitbereich besteht, durch die Fourier-Transformation gegeben ist; die Funktion sin x/x ist die Fourier-Transformierte einer Rechteckfunkt ion.

Fig. 1 zeigt lediglich ein Ausführungsbeispiel einer i'> erfindungsgemäß aufgebauten Vorrichtung. Die Erfindung erstreckt sich darüberhinaus auf andere Bauformen, insbesondere auf solche, bei denen die beiden Elektroden eines der Wandler Zinken jeweils unterschiedlicher Längen aufweisen bzw. innerhalb derer die ■*<> beiden Wandler den gleichen Aufbau besitzen und mit vielen Zinken ausgerüstet sind, wobei zumindest eine Elektrode von beiden mit Zinken unterschiedlicher Länge ausgerüstet ist.

Die Hüllkurve der Zinken unterschiedlicher Länge kann darüberhinaus auch von der Form der Funktion sin x/x abweichen. Im allgemeinen besitzt die Hüllkurve der Zinken unterschiedlicher Länge eine Form, die mit der Fourier-Transformierten der gewünschten Übertragungsfunktion vergleichbar ist, sofern die Vorrichtung w als Filter eingesetzt wird. Handelt es sich um eine Anordnung, innerhalb der mehrere Elektroden mit Zinken unterschiedlicher Länge ausgerüstet sind, so ergibt die Kombination der Hüllkurven die Form einer Fourier-Transformierten. Als Beispiel sei hier die Bauform erwähnt, bei der Eingangs- und Ausgangswandler den gleichen Aufbau besitzen und der eine wie der andere eine Elektrode mit ungleich langen Zinken trägt: die sich hieraus ergebende Übertragungsfunktion ist das Quadrat der Übertragungsfunktion eines wi einzelnen Wandlers. In zahlreichen Veröffentlichungen über die Filter- und Signalthcorie werden Fourier-Transformierte der verschiedensten Funktionen neben der Rechteckfunktionen behandelt wie z. B. Dreiecks-, Trapez-, Halbsinus- sowie Funktionen nach der Gaußschen Kurve. Als Transformierte für die Form der Zinken-Hüllkurve ist hierbei für die erfindungsgemäße Vorrichtung diejenige auszuwählen, die der jeweils gewünschten Übertragungscharakteristik bzw. -funktion am besten entspricht.

Der Durchlaßbereich ist bekanntlich um so größer, je kleiner die Anzahl der Zinken gewählt wird (die Anzahl der Zinken ist praktisch proportional dem Quotienten der Mittenfrequenz Found der Bandbreite). Demgegenüber muß jedoch eine ausreichende Zahl von Zinken vorhanden sein, um mit einer gewissen Genauigkeit die Fourier-Transformierte der Übertragungsfunktion darstellen zu können, wobei diese Transformierte im allgemeinen mehrere Zipfel bzw. Welligkeiten aufweist. Die Mittenfrequenz Fo der Vorrichtung wird durch den Abstand der einzelnen Zinken zueinander bestimmt. Enthäli die Fourier-Transformierte Vorzeichen-Änderungen (wie im Beispiel der Funktion sin x/x, siehe Figur), so kann eine Phasenumkehr dadurch bewirkt werden, daß man zwei benachbarte Zinken, die um eine Entfernung voneinander getrennt sind, die einer Schallwellen-Halbwellenlänge entspricht, mit ein und derselben Elektrode verbindet. Die Vorrichtung kann auf Frequenzen von mehreren hundert MHz arbeiten. Handelt es sich bei dem verwendeten Plättchen 3 z. B. um Quarz, so beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächen-Schallwellen etwa 3200 m/s; die Wellenlänge beträgt demnach bei 100 MHz 32 Mikron. Innerhalb der kammartig ausgebildeten Wandler sind zwei benachbarte Zinken um eine Halbwellenlänge voneinander entfernt. Im allgemeinen teilt sich die Entfernung ebenfalls zwischen die Breite eines Zinken, d. h. den metallisierten Teil und den Raum zwischen beiden Zinken. Bis zu einer Grenze von etwa 150 MHz können die Wandler nach den herkömmlichen Verfahren der Photolithographie erstellt werden. Oberhalb von etwa 150MHz erweist es sich als vorteilhaft, auf modernere Verfahren zurückzugreifen, wie beispielsweise auf ein Verfahren, innerhalb dem das metallisierte und mit einer lichtempfindlichen Harzschicht überzogene Quarzplättchen einem feinen Elektronenstrahl ausgesetzt wird, und zwar im Gegensatz zu einer aktinischen Behandlung mittels einer Maske wie beim photolithographischen Verfahren.

Innerhalb von erfindungsgemäßen Aufbauvarianten kann bei der Vorrichtung auf bestimmte Zinken der Wandler verzichtet werden, und zwar entweder, um die Übertragungseigenschaften der Vorrichtung grundlegend zu ändern, oder um Spezialeffekte zu erzielen. Handelt es sich bei dem piezoelektrischen Plättchen um einen Kristall, so kann es sich als vorteilhaft erweisen, diesen Kristall nach bestimmten Schnittebenen zu bearbeiten. So kann beispielsweise, sofern es sich bei dem Plättchen um Quarz handelt, der Temperaturkoeffizient herabgesetzt werden, indem man die -Y-Achse für den Schnitt wählt, wobei die Ausbreiiungsrichtung der Oberflächenwellen mit der K-Achse einen Winkel von etwa dreißig Grad bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip, bei welchem die auf einem Plättchen aus piezoelektrischem Material aufgebrachten Eingangs- und Ausgangswandler jeweils durch Elektrodenpaare aus kammartig miteinander verzahnten Elektroden verwirklicht sind, und bei welchem ferner durch Einflußnahme auf die Wandlergeometrie die vorge- to schriebene Filter-Übertragungscharakteristik herbeigeführt ist, gekennzeichnet durch zumindest einen Wandler, bei welchem wenigstens die einen kammförmigen Elektroden (Iß,) des Elektrodenpaares (1.4, XB) Kammzinken unterschiedlicher Länge mit der Maßgabe aufweisen, daß die Hüllkurve der Kammzinken ungleicher Lange annähernd die Kurve der Fourier-Transformierten der im Frequenzbereich geltenden Filter-Übertragungsfunktion wiedergibt und daß die Längserstrekkung des mit Kammzinken ungleicher Länge versehenen Wandlers bzw. der mit Kammzinken ungleicher Länge versehenen Wandler in der Fortpflanzungsrichtung der Oberflächenwellen ausreichend groß für die Anbringung einer solchen Anzahl von Kammzinken ungleicher Länge bemessen ist, daß ihre Hüilkurve(n) Nebenkeulen in genügender Anzahl umfaßt.

2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hüllkurve der Zinken bzw. die so Kombination der Hüllkurven der Zinken annähernd die Form der Funktion sin κ/χ aufweist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Plättchen (3) aus Quarz besteht. r>

4. Filter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarzplättchen (3) entlang der X-Achse geschnitten wird, wobei die Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen mit der V-Achse einen Winkel von etwa dreißig Grad bildet.

5. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Plättchen (3) aus Kadmiumsulfid, piezoelektrischer Keramik oder aus Lithiummetaniobat besteht.

6. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprü- 4^rj ehe, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (1,2) mittels Photogravur einer im Vakuum auf das piezoelektrische Plättchen (3) aufgedampften Metallschicht hergestellt werden.

7. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, w dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (1, 2) mittels eines Verfahrens hergestellt werden, innerhalb dem eine Vorrichtung zur Aussendung eines dünnen Elektronenstrahls dahingehend verwendet wird, mit Hilfe des Lichtbündels die Umrisse der kammartig ausgebildeten Elektroden auf eine lichtempfindliche Harzschicht zu zeichnen, mit der das metallisierte, piezoelektrische Plättchen (3) umgeben ist.

8. Filter nach einem der vorhergehenden Ansprü- t>o ehe, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Zinken mit ein und derselben Elektrode an Punkten befestigt sind, die einer Vorzeichenänderung der Fourier-Transformierten entsprechen.

Die Erfindung betrifft ein Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip, bei welchem die auf einem Plättchen aus piezoelektrischem Material aufgebrachten Eingangs- und Ausgangswandler jeweils durch Elektrodenpaare aas kammartig miteinander verzahnten Elektroden verwirklicht sind, und bei welchem ferner durch Einflußnahme auf die Wandlergeometrie die vorgeschriebene Filter-Übertragungscharakteristik herbeigeführt ist.

Solche Filter nach dem Oberflächenwellenprinzip, bei welchen die Wandlergeometrie Modifikationen erfährt, damit sich die gewünschte Filter-Übertragungscharakteristik ergibt, sind aus der USA-Patentschrift 33 76 572 bekannt. Sie beruhen darauf, daß jedes Zinkenpaar eines kammförmig ausgebildeten Wandlers eine Resonanz für eine Oberflächen-Schallwelle bildet, deren halbe Wellenlänge der Entfernung zwischen den beiden benachbarten Zinken entspricht. Die von den einzelnen Zinkenpaaren ausgehenden Schallwellen besitzen jeweils voneinander abweichende Laufzeiten; demzufolge entsteht bei diesen Wellen eine Interferenzwirkung, woraus ableitbar ist, daß die Trennschärfe eines Wandlers mit der Anzahl der Zinken wächst. Demzufolge werden die elektrischen Signale, die einen kammförmig ausgebildeten Wandler erregen, bei ihrem Austritt sehr gedämpft, sofern ihre Frequenz von der Eigenfrequenz des Wandlers abweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, dessen Übertragungscharakteristik möglichst gut dem zu übertragenden Signal angepaßt ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch zumindest einen Wandler, bei welchem wenigstens die einen kammförmigen Elektroden des Elektrodenpaares Kammzinken unterschiedlicher Länge mit der Maßgabe aufweisen, daß die Hülikurve der Kammzinken ungleicher Länge annähernd die Kurve der Fourier-Transformierten der im Frequenzbereich geltenden Filter-Übertragungsfunktion wiedergibt und daß die Längserstrekkung des mit Kammzinken ungleicher Länge versehenen Wandlers bzw. der mit Kammzinken ungleicher Länge versehenen Wandler in der Fortpflanzungsrichtung der Oberflächenwellen ausreichend groß für die Anbringung einer solchen Anzahl von Kammzinken ungleicher Länge bemessen ist, daß ihre Hüllkurve(n) Nebenkeulen in genügender Anzahl umfaßt.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist ein Filter nach der Erfindung anhand einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch vereinfacht wiedergegeben.

Das Filter besteht aus einem Plättchen 3 aus einem piezoelektrischen Werkstoff (z. B. Quarz, Kadmiumsulfid, Lithiummetaniobat, piezoelektrische Keramik usw.), auf dessen einer Seite sich die beiden, voneinander getrennt angeordneten Wandler 1 und 2 befinden, die jeweils aus zwei Metallclektioden XA, XB und IA, 2ß bestehen.

Diese Elektroden werden durch dünne Metallschichten gebildet und sind kammartig ausgeformt, wobei die Zinken zweier Elektroden des jeweils gleichen Wandlers zueinander versetzt angeordnet sind. Der eine Wandler 2 besitzt die normale Form der in mit Oberllächen-Schallwellen arbeitenden Verzögerung leitungen verwendeten. Innerhalb dieses Wandlers 2 sind die Zinken bei gleicher Länge gleich weit voneinander entfernt, wobei eine geringe Anzahl, beispielsweise etwa zehn, hierbei ausreicht. Der andere