DE2754494C2

DE2754494C2 - Akustisches Oberflächenwellenfilter

Info

Publication number: DE2754494C2
Application number: DE2754494A
Authority: DE
Inventors: Katashi Hazama; Yoshihiko Kamakura Noro; Jun Yokohama Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1984-01-05
Also published as: FR2373917B1; FR2373917A1; JPS5931890B2; GB1593300A; JPS5371548A; DE2754494A1; US4223285A

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisches Oberflächenwellenfilter mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs im einzelnen angegebenen Merkmalen.

Ein Filter dieser Art ist aus der DE-OS 25 42 854 bekannt Dieses bekannte akustische Oberflächenwellenfilter weist auf einem piezoelektrischen Substrat Eingangs- und Ausgangswandler auf, die jeweils aus Fingern aus elel/risch leitendem Material gebildet sind, die elektrisch derart mit .zwei A"«chlußflächen verbunden sind, daß sich eine gegenseitige Verschachtelung für die der einen Anschlußfläche zuge-c-dneten Finger und die der anderen Anschlußfläche zugeordneten Finger ergibt. Bei einem der beiden Wandler variieren sowohl die Überlappungslänge der verschiedenen Finger als auch der Abstand zwischen diesen Fingern entlang der Ausbreitungsbahn der Oberflächenwelle in asymmetrischer Weise. Dabei liegt das Maximum für die Überlappungslänge der Finger entweder in der Wandlermitte oder aber näher an dem anderen Wandler als diese Wandlermitte. Zwischen den beiden Wandlern ist eine in Form eines Vielfachstreifenkopplers ausgeführte Ausbreitungsbahn für akustische Oberflächenwellen vorgesehen, die ein mechanisches Koppelglied zwischen den beiden Wandlern darstellt, die jeder für sich mit einer äußeren elektrischen Schaltung verbunden sind.

Bei einem Einsatz eines solchen Oberflächenwellenfilters in einem Fernsehempfänger und insbesondere in einem Farbfernsehempfänger sind nun die durch die damit verbundenen Schaltungsteile bedingten Einflüsse und insbesondere auch die Forderung nach dem geeigneten Frequenzgang in Verbindung mit der Gruppenlaufzeit nur schwer in Einklang zu bringen mit dem für einen solchen Anwendungsfall bestehenden Wunsch nach kleinen Gesamtabmessungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Filter der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es sich bei ausreichender Unterdrückung von Störwellen durch ein auch für Farbfernsehzwecke optimales Laufzeitverhalten und durch sehr kleine Abmessungen auszeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemäße Filterausbildung ermöglicht neben einer optimalen Anpassung an die Bedurfnisse des Farbfernsehens und einer wesentlichen Verkleinerung auch eine erhebliche Verbilligung in der Filterherstellung, was insbesondere mit Rücksicht auf die Massenfertigung derartiger Filter von großem Vorteil ist

In den Figuren ist das erfindungsgemäße Oberflächenwellenfilter anhand bevorzugter Ausrührungsbeispiele dargestellt; es zeigt
F i g. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Oberflächenwellenfilters in einer schematisch gehaltenen Draufsicht,

Fig.2 einen der beiden Wandler des Filters von F i g. 1 in einer vergrößerten Draufsicht
Fig.3 eine teilweise Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig.4 und 5 graphische Darstellungen für den Zusammenhang zwischen der Überlappungslänge bzw. dem Fingerabstand einerseits und der Fingerzahl andererseits bei dem Wandler von F i g. 3,

Fig.6 eine entsprechende teilweise Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig.7 und 8 graphische Darstellungen für den Zusammenhang zwischen der Überlappungslänge bzw. dem Fingerabstand einerseits und der Fingerzahl andererseits bei dem Wandler von F i g. δ und

Fig.9 und 10 graphische Darstellungen für die Abhängigkeit des Gruppenlaufzeitverhaltens und der Amplitudencharakteristik von der Frequenz bei dem ersten bzw. bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.

Das in F i g. 1 gezeigte Filter besitzt eine Trägerplatte 1 aus piezoelektrischem Material, auf der ein Eingangswandler 2 und ein Ausgangswandler 3 für die Umwandlung elektrischer Signale in akustische Oberflächenwellen bzw. für die Umwandlung von akustischen Oberflächenwellen in elektrische Signale angeordnet sind. Miteinander in Verbindung stehen die beiden Wandler 2 und 3 über eine Ausbreitungsbahn 4 für elastische Oberflächenwelle.- auf -Jer Trägerplatte 1. Der Eingangswandler 2 ist mit einer Signalquelle und

■»o der Ausgangswandler 3 mit einem Lastwiderstand 12 elektrisch verbunden.

Beide Wandler 2 und 3 sind in aus F i g. 2 ersichtlicher Weise als Doppelkämme ausgebildet, deren Finger 5 und 6 einander überlappen. Dabei sind die Finger 5 und

•»5 6 in Fig.2 jeweils als Doppelfinger mit einem Spalt zwischen zwei zusammengehörigen Einzelfingern ausgebildet. Außerdem zeigt die Darstellung in F i g. 2 noch den Abstand Pi zwischen zwei benachbarten Fingern 5 und 6 entlang der Ausbreitungsbahn sowie die

so Überlappungslänge Wi für die einander überlappenden Finger 5 und 6. Von diesen beiden Größen bestimmt der Fingerabstand Pi den Impulsabstand in einer den akustischen Oberflächenwellen entsprechenden Impulsfolge, während die Überlappungslänge Wi die Impulsamplitude festlegt. Die Charakteristik der Wandler 2 und 3 steht also ohne Rücksicht auf die absoluten Größen- und Formabmessunger. in Äquivalenz zu den Überlappungslängen Wi und den Fingerabständen Pi und wird durch deren Festlegung bestimmt. Des weiteren bestimmt die Überlappungslänge ihre Verteilung und die Fingerabstände entlang der Ausbreitungsbahn auch das Gruppenlaufzeitverhalten des gesamten Filters.
Ein erstes auf die Bedürfnisse bei einem Einsatz in

^h"> einem Farbfernsehempfänger abgestelltes Ausführungsbeispiel für ein Filter gemäß Fi g. 1 ist in Fi g. 3 gezeigt, wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur der allein hinsichtlich der Überlappungslänge Wi und

der Abstände Pi seiner Finger 5 und 6 asymmetrisch ausgeführte Eingangswandler 2 wiedergegeben ist, während der insoweit symmetrisch ausgeführte Ausgangswandler 3 weggeblieben und in der in F i g. 3 durch einen Pfeil angedeuteten Ausbreitungsrichtung A für die elastischen Oberflächenwellen auf der Fortpflanzungsbahn 4 links von deren Ende hinzuzudenken ist Weiter sind zur Vereinfachung der Darstellung in Fig.3 die Finger 5 und 6 Jes Wandlers 2 weiß wiedergegeben, die schwarzen Linien in Fig.3 bezeichnen insoweit die Grenzspalte gegenüberliegender Finger 5 und 6. Zusätzlich zeigt die Darstellung in Fig.3 noch Elektrodenanschlüsse 7a und Tb für die Einspeisung der elektrischen Signale in den Wandler 2, einen am freien Ende der Trägerplatte 1 angeordneten Weilenabsorber 9a für die Absorption unerwünschter Anteile der akustischen Oberflächenwellen und eine zwischen dem Wandler 2 und dem Beginn der Ausbreitungsbahn 4 angeordnete Erdungselektrode 10 zum Verhindern einer direkten Welle vom Eingangswandler 2 zum — in M F i g. 3 nicht gezeigten — Ausgangswandier 3.

Die Darstellungen in F i g. 4 und 5, in denen die Finger 5,6 des Eingangswandlers 2 von F i g. 3 in Entsprechung zu ihrer Aufeinanderfolge entgegen der Ausbreitungsrichtung A und damit vom Ausgangswandler 3 weg durchnumeriert sind, zeigen die Überlappungslänge Wi bzw. den Fingerabstand Pi über der Fingerzahl i, deren größter Wert bei dem dargestellten Beispiel 98 beträgt. Mit einem in dieser Weise gestalteten Eingangs wandler 2 kann gemäß der Darstellung in F i g. 1 ein Ausgangswandler 3 kombiniert werden, der insgesamt 30 Finger (15 Fingerpaare) aufweist, für die sowohl die Überlappungslänge Wi als auch der Fingerabstand Pi konstante Werte haben. Im Gegensatz hierzu ist aus den Darstellungen in Fig.5 und 6 ersichtlich, daß zum ersten sowohl der Fingerabstand Pi als auch die Überlappungslänge Wi für die Finger S, 6 des Eingangswandlers 2 entlang der Filterachse variieren, daß zum zweiten der Finger Nr. 56 mit dem maximalen Wert für die Überlappungslänge Wi einen größeren Abstand zum Ausgangswandler 3 aufweist als die Mitte des Eingangswandlers 2 und daß zum dritten die Variation sowohl für die Überlappungslänge Wi als auch für den Fingerabstand Pi entlang der Ausbreitungsbahn der Oberflächenwelle eine asymmetrische Verteilung in bezug auf die Lage der maximalen Überlappungslänge am Finger Nr. 56 zeigen, womit die für den gedachten Einsatzzweck zu stellenden Forderungen erfüllt sind.

Die Darstellungen in Fig.9 zeigen die Zusammen- so hänge zwischen der Gruppenlaufzeit (Kurve A 1) bzw. der Amplitude (Kurve B1) einerseits und der Frequenz andererseits für ein Filter mit einem Eingangswandler 2 gemäß F i g. 3 bis 5 und einem Ausgangswandler 3 mit 30 Fingern und konstanter Überlappungslänge sowie konstantem Fingerabstand. Wie der Kurvenverlauf in F i g. 9 erkennen läßt, ergibt sich für die Gruppenlaufzeit über der Frequenz ein bevorzugter flacher Verlauf von etwa 750 ± 50 ns für ein Frequenzband von der Videoträgerfrequenz f_p bis zu 0,5 MHz oberhalb der Farbartsignaiträgerfrequenz /_P Die Gruppenlaufzeit eilt vor, wenn die Frequenz unter den Wert f_c + 0,5 MHz absinkt, und zwar auf etwa 650 ns bei f_c und auf etwa 300 ns bei f_e — 0,5 MHz. Die Differenz der Gruppenlaufzeit im flachen Kurv^nbereich einerseits und bei fc — 0,5 MHz andererseits beträgt etwa 450 ns.

In Fig.6 ist ein zweies Ausführungsbeispiel eines Filters mit einer Trägerplatte 1 dargestellt, auf die ein Eingangswandler 2 aufgebracht ist, der wieder über eine Ausbreitupgsbahn 4 mit einem in Fig.6 selbst nicht gezeigten Ausgangswandler 3 gekoppelt ist Dieser Eingangswandler 2 besitzt einander überlappende Finger 5 und 6 und ist über Elektrodenanschlüsse 7a und Tb elektrisch an eine äußere Schaltung angeschlossen, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist Am freien Ende der Trägerplatte 1 ist ein Wellenabsorber 9a zur Absorption der unerwünschten Anteile der elastischen Oberflächenwellen angeordnet, und zwischen den Eingangswandler 2 und das ihm zugewandte Ende der Ausbreitungsbahn 4 ist eine Erdungselektrode 10 eingefügt, die U-förmig ausgebildet und an ihren Enden mit Anschlüssen 13a und 136 versehen den Eingangswandler 2 teilweise umgreift und das Auftreten einer direkten Welle zwischen dem Eingangswandler 2 und einem in der Darstellung in Fig.6 selbst nicht gezeigten Ausgangswandler 3 verhindert

Die spezielle Gestaltung der Finger 5 und 6 des Eingangswandlers 2 von F i g. 6 ist :.s.s den Darstellungen in Fi g. 7 und 8 ersichtlich, in denen in Analogie zu den Darstellungen in F i g. 4 und 5 die Überlappungslänge Wiund der Fingerabstand P/über der Fingerzabi /für den Eingangswandler 2 von F i g. 6 veranschaulicht sind. Der höchste Wert für die Fingerzahl / beträgt wie für das Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 bis 5 98 (49 Fingerpaare), jedoch liegt die Stelle maximaler Überlappungslänge Wi in F i g. 7 bei dem Finger Nr. 58. Dadurch hat die Stelle maximaler Überiappungslänge Wi wiederum einen größeren Abstand vom Ausgangswandler 3, der ebenfalls mit 30 Fingern (15 Fingerpaaren) und mit konstanten Werten für die Überiappungslänge und den Fingerabstand in Richtung der Fiherachse ausgeführt ist, als die Mitte des Eingangswandlers 2. Des weiteren variieren auch bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 bis 8 die Überiappungslänge Wi und der Fingerabstand Pi asymmetrisch in bezug auf die Lage des Fingers Nr. 58 mit dem maximalen Wert für die Uberlappungslänge Wi. Die für den vorgesehenen Einsatz an das Filter zu stellenden Anforderungen sind also auch bei dem Ausnihrungsbeispiel nach Fig.6 bis 8 erfüllt Unterschiede bestehen insoweit gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 bis 5 abgesehen von der Form der Erdungselektrode 10 in der speziellen Lage der Stelle maximaler Überiappungslänge und in der Verteilung der Überiappungslänge Wi und des Fingerabstandes Pi entlang der Fiherachse für den Eingangswandler 2.

Die bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 bis 8 dank der oben erwähnten Unterschiede in der Ausbildung des Fingangswandlers 2 auftretenden veränderten Beziehungen zwischen der Gruppenlaufzeit und der Amplitude jeweils gegenüber der Frequenz sind if. F i g. 10 auch die Kurven A 2 bzw. B 2 dargestellt Wie die Darstellung in Fig. 10 zeigt, weist die Gruppenlaufzeit füi das Frequenzband zwijchen der Videoträgerfrequenz f_p und einer um 0,5 MHz oberhalb der FarbartsignaKrägerfrequenz /_c liegenden Frequenz einen bevorzugten flachen Verlauf von etwa 680 ± 50 ns auf. Unterhalb der Frequenz f_e + 0,5 MHz eilt die Gruppenlaufzeit vor und liegt für die Frequenz f_c bei etwa 650 ns und für die Frequenz f_c — 0,5 NriHz bei etwa 510 ns. Die Differenz zwischen den Gruppenlaufzeiten im flachen Kurvenbereich einerseits und für fc — 0,5 Mhz andererseits beträgt etwa 170 ns.

Ein Vergleich der Kurvenverläufe in F i g. 9 einerseits und in Fig. 10 andererseits läßt erkennen, daß die Voreilung der Gruppenlaufzeit bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 bis 5 einen steileren Verlauf

aufweist als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 bis 8 und daß der Asyinmetriegrad für die Amplitudencharakteristik in F i g. 9 größer ist als in Fig. 10, wo die Amplitudencharakteristik für ein ziemlich breites Frequenzband einen quasisymmetrischen Verlauf annimmt.

Durch Veränderung der Überlappungslänge Wi einerseits und der Fingerabstände Pi andererseits läßt sich der Voreilungsgrad für die Gruppenlaufzeit also in einfacher Weise verändern, wobei jedoch stets die Stelle maximaler Überlappungslänge in dem insoweit variablen Wandler einen größeren Abstand von dem jeweils anderen Wandler aufweisen muß als die Mitte des erstgenannten Wandlers, um der praktischen Forderung nach kleinen Abmessungen der Trägerplatte und damit des gesamten Filters Rechnung zu tragen.

Hinsichtlich der Materialauswahl für die Herstellung von Filtern gemäu den dargestellten Ausführungsbeispielen kommt für die Trägerplatte 1 neben Lithiumniobat (LiNbO)) Lithiumtantalat (LiTaO₃). Telluroxid

(TeO₂), Quarz (SiO₂) oder Wismutgermanat (BiGO; BiI₂GeO₂O) als piezoelektrische Einkristaüunterlage in Betracht. Als piezoelektrische Keramiken können Bleizirkontitanatkeramiken (PZT), Bariumtitanatkeramiken (BaTiO₃), oder Bleititanatkeramiken (PbTiO₃) verwendet werden, während Zinkoxid (ZnO), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Kadmiumoxid (CdO) oder dergl. als piezoelektrische Dünnfilme eingesetzt werden können. Die Finger der Wandler werden zweckmäßig durch Aufdampfen von Aluminium erhalten, das sich auch für die Herstellung der sonstigen Leitungsanschlüsse eignet.

Mit Hilfe der Erfindung lassen sich Oberflächenwellenfilter bauen, die bei einem Einsatz als Zwischenfrequenzfilter in Farbfernsehempfängern leicht eine Charakteristik erhalten können, die das Gruppenlaufzeitverhalten der äußeren Schaltung kompensieren kann. Darüber hinaus zeichnen sich die erhaltenen Filter durch sehr geringe Abmessungen aus, und sie bedürfen auch keiner Justierung.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Akustisches Oberflächenwellenfilter, bei dem auf einem piezoelektrischen Trägermaterial ein Eingangswandler und ein Ausgangswandler angeordnet ist, der jeweils in Form eines Doppelkammes mit einander überlappenden Fingern ausgebildet ist und wobei die Überlappungslängen und die Abstände der Finger des einen Wandlers längs der Ausbreitungsbahn der Oberflächenwelle in asymmetrischer Weise variieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (2) mit der asymmetrischen Verteilung von Überlappungslänge (Wi) und Abstand (Pi) der Finger (5, 6) eine Stelle (z. B. Finger Nr. 56) maximaler Überlappungslänge aufweist, deren Abstand von dem anderen Wandler (3) größer ist als der seiner geometrischen Wandlermitte (z. B. Finger Nr. 49).