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Diese Erfindung bezieht sich auf mit Anzapfungen versehene
Laufzeitleitungen mit AOW- (akustische Oberflächenwellen-)
Bauteilen sowie eine Vorrichtung unter Verwendung derartiger
Laufzeitleitungen. Eine derartige Vorrichtung kann
beispielsweise einen mit adaptiver Zeitverzögerung arbeitenden Entzerrer
eines Empfängers eines digitalen
Mikrowellen-Funk-Signalkommunikationssystems umfassen.
Stand der Technik
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Es ist gut bekannt, AOW-Bauteile für Filterzwecke einzusetzen.
Beispielsweise beschreibt das US-Patent 3 968 461, das am 6.
Juli 1976 auf den Namen Mitchell et al. mit dem Titel 'Acoustic
Surface-Wave Devices' erteilt wurde, ein
Fernsehzwischenfrequenzfilter in Form eines AOW-Bauteils. Diese Druckschrift
beschreibt das Hermite'sche Ansprechverhalten (symmetrisches
Amplituden- und antisymmetrisches Phasen-Ansprechverhalten)
derartiger Filter und beschreibt ein Filter mit apodisiertem
Interdigitalwandler, dessen Finger gegabelt sind, wobei die
beiden Hälften eines Fingers unterschiedliche Längen aufweisen,
um ein Filter mit einem gewünschten nicht-Hermite'schen
Ansprechverhalten zu schaffen.
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Es ist weiterhin bekannt, daß AOW-Bauelemente für Filterzwecke
in Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystemen verwendet werden. Bei
zunehmenden Kapazitäten derartiger Systeme werden sehr strenge
Forderungen an die Konstruktion und Herstellung derartiger AOW-
Bauelemente gestellt, so daß sie einen hohen Entwicklungsstand
aufweisen. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 4 814 658,
das am 21. März 1989 auf den Namen Suthers et al. mit dem Titel
'SAW Device with Continuous Finger Pattern' erteilt wurde, eine
fortschrittliche Form eines AOW-Bauteils, das besonders
zweckmäßig für Filterzwecke in Mikrowellen-Funksystemen ist, wobei
frühere Entwicklungen erläutert werden, die bei einem derartigen
AOW-Bauteil verwendet werden.
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Zusätzlich zu Filtern schließen Mikrowellen-Funksysteme andere
Schaltungen, wie z.B. Entzerrer ein, für die die Verwendung von
geeigneten AOW-Bauelementen nützlich sein kann. Insbesondere
schließt ein Mikrowellen-Funkempfänger in jedem Fall einen ATDE
(adaptiver Zeitbereichsentzerrer) ein, der ein Transversalfilter
mit einer mit Anzapfungen versehenen Laufzeitleitung enthalten
kann. In dem US-Patent 5 051 709, das am 24. September 1991 auf
den Namen Birkett et al. mit dem Titel 'SAW Device Tapped Delay
Line And Equalizer' erteilt wurde, ist eine mit Anzapfungen
versehene Laufzeitleitung mit einem AOW-Bauelement beschrieben,
das insbesondere zur Verwendung bei der IF (Zwischenfrequenz)
eines eine hohe Kapazität aufweisenden
Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystems geeignet ist.
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Ein Problem entsteht bei derartigen mit Anzapfungen versehenen
AOW-Laufzeitleitungen dadurch, daß die übertragene Symbolrate
oder Zeichengeschwindigkeit des Systems und die IF oder
Zwischenfrequenz unabhängig voneinander bestimmt werden.
Insbesondere ist die IF kein ganzzahliges Vielfaches der halben
Symbolrate. Die Symbolrate bestimmt die Teilung oder den
Mittelpunktsabstand der IDT's (interdigitalen Wandler), die die
Anzapfungen der mit Anzapfungen versehenen Laufzeitleitung
bilden, während die Teilung oder der Mittelpunktsabstand der
interdigitalen Finger selbst durch die IF bestimmt ist.
Entsprechend ist die Teilung des IDT kein ganzzahliges Vielfaches
der Teilung der Finger, so daß notwendigerweise eine
Diskontinuität in der Teilung der Finger zwischen benachbarten IDT's
entsteht. Derartige Diskontinuitäten führen zu Reflexionen
einer sich ausbreitenden akustischen Oberflächenwelle zwischen
den IDT's, was zu einer entsprechenden Verschlechterung des
Betriebsverhaltens führt, und dieses Problem wird noch durch
die große Anzahl (beispielsweise 17) der IDT-Anzapfungen
verschärft, die erforderlich sein können, um den erforderlichen
Grad des Betriebsverhaltens in einem eine hohe Kapazität
aufweisenden Kommunikationssystem zu erzielen.
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In der mit Anzapfungen versehenen AOW-Laufzeitleitung nach
Birkett et al. sind verschiedene Anordnungen von geerdeten
Füll- oder Blindfingern zwischen benachbarten IDT-Anzapfungen
vorgesehen, doch ergibt sich aufgrund der vorstehenden
Betrachtungen in jedem Fall eine Diskontinuität der Periodizität.
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Es wurden vielfältige andere Anordnungen von mit Anzapfungen
versehenen AOW-Laufzeitleitungen im Stand der Technik
beschrieben. Auch bei diesen bekannten Anordnungen ergibt sich jedoch
immer eine Diskontinuität der Finger-Periodizität von jeder
IDT-Anzapfung zur nächsten, wobei üblicherweise überhaupt keine
Finger in den Bereichen zwischen den IDTs vorgesehen sind.
Wie dies weiter oben beschrieben wurde, führen diese
Diskontinuitäten zu einer Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens, die
groß genug ist, um zu verhindern, daß mit Anzapfungen versehene
AOW-Laufzeitleitungen in praktisch ausgeführten
Kommunikationssystemen verwendet werden, und zwar trotz der beträchtlichen
Vorteile, die sie ansonsten ergeben würden.
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Ein Ziel dieser Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte
mit Anzapfungen versehene AOW-Bauteil-Laufzeitleitung zu
schaffen, bei der das vorstehend beschriebene Problem im
wesentlichen beseitigt ist.
Beschreibung der Erfindung
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Gemäß dieser Erfindung wird eine mit Anzapfungen versehene AOW-
(akustische Oberflächenwellen- (SAW-)) Bauteil-Laufzeitleitung
geschaffen, die einen ersten apodisierten IDT (interdigitalen
Wandler) mit einem Durchlaßbereich, der auf einer ersten
Frequenz zentriert ist, und eine Vielzahl von zweiten, im
wesentlichen zueinander identischen IDT's umfaßt, die mit einer
vorgegebenen Teilung P angeordnet sind, um aufeinanderfolgend
eine sich von dem ersten IDT ausbreitende akustische
Oberflächenwelle mit jeweiligen Laufzeitverzögerungen zu empfangen,
wobei jeder der ersten und zweiten IDT's interdigitale Finger
mit einer konstanten Teilung in der Ausbreitungsrichtung der
akustischen Oberflächenwelle von λ/2 umfaßt und P ein
ganzzahliges
Vielfaches von λ/2 ist, worin λ die Wellenlänge
einer akustischen Oberflächenwelle bei einer zweiten, von der
ersten Frequenz abweichenden Frequenz innerhalb des
Durchlaßbereiches ist, und worin die interdigitalen Finger des ersten IDT
gegabelt und entsprechen einem Hermite'schen Ansprechverhalten
(symmetrisches Amplituden- und antisymmetrisches
Phasenansprechverhalten) gewichtet sind, das um den doppelten Wert der zweiten
Frequenz spiegelbildlich abgebildet ist.
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Däs AOW-Bauteil schließt vorzugsweise geerdete Blindfinger in
allen Bereichen zwischen benachbarten IDT's ein, wobei alle
Finger der IDT's und die Blindfinger gegabelt sind und die
konstante Teilung aufweisen, so daß sich eine konstante
Fingerperiodizität über das gesamte AOW-Bauteil ergibt. Die zweite
Frequenz ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches der
halben Bandbreite des Durchlaßbereiches des ersten IDT.
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Die Erfindung erstreckt sich auch auf einen ATDE (adaptiver
Laufzeitentzerrer) zum Betrieb bei einer IF (Zwischenfrequenz)
eines Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystems unter Verwendung
einer QAM (Quadratur-Phasenamplitudenmodulation), das Zeichen
oder Symbole mit einer vorgegebenen Symbolrate überträgt und
eine mit Anzapfungen versehene AOW-Laufzeitleitung der
vorstehend genannten Art umfaßt, wobei die erste Frequenz gleich
der IF ist und die zweite Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches
der halben Symbolrate ist.
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Somit erleichtert die Erfindung die Schaffung einer mit
Anzapfungen versehenen AOW-Bauteil-Laufzeitleitung, die besonders
zur Verwendung in einem ATDE eines eine hohe Kapazität
aufweisenden Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystems geeignet ist,
bei dem der Durchlaßbereich auf einer ersten Frequenz (der IF)
zentriert ist, während die Finger-Periodizität von einer
zweiten, von der ersten Frequenz unabhängigen Frequenz innerhalb
des Durchlaßbereiches abhängt, wobei diese zweite Frequenz zu
einem ganzzahligen Vielfachen der halben Symbolrate gemacht
ist, so daß die Fingerperiodizität über das gesamte AOW-Bauteil
konstant sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnugen
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Die Erfingung wird weiter aus der folgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, in
denen gleichen Bezugsziffern in den verschiedenen Figuren
verwendet werden, um gleiche Bauteile zu bezeichnen, und in denen:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das einen IF-ATDE
(adaptiver Zwischenfrequenz-Laufzeitentzerrer) unter Verwendung
einer mit Anzapfungen versehen AOW- (akustische
Oberflächenwellen-) Bauteil-Laufzeitleitung für einen
Mikrowellen-Funkempfänger zeigt,
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Fig. 2 das AOW-Bauteil nach Fig. 1 ausführlicher zeigt,
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Fig. 3 ausführlicher eine bisherige Anordnung
benachbarter Ausgangs-IDT's (interdigitaler Wandler) des AOW-Bauteils
nach Fig. 2 zeigt,
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Fig. 4 das Frequenzbereichs-Ansprechverhalten der
nichtapodisierten und apodisierten IDT's des AOW-Bauteils nach
den Fig. 2 und 3 zeigt,
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Fig. 5 ausführlicher eine Anordnung benachbarter
Ausgangs-IDT's des AOW-Bauteils nach Fig. 2 gemäß dieser Erfindung
zeigt, und
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Fig. 6 und 7 das Frequenzbereichs-Ansprechverhalten
der IDT's des AOW-Bauteils nach Fig. 2 und 5 gemäß dieser
Erfindung zeigen.
Ausführungsformen der Erfindung
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In Fig. 1 ist ein ATDE für einen QAM-
(Quadratur-Phasenamplitudenmodulations-) Mikrowellen-Funkempfänger zur Entzerrung
der in Phasenquadratur stehenden I- und
Q-Trägersignalkomponenten bei einer IF (Zwischenfrequenz) des Empfängers gezeigt.
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Eine derartige Anordnung ist in dem bereits erwähnten US-Patent
5 051 709 beschrieben und beansprucht.
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Der ATDE nach Fig. 1 umfaßt ein Transversalfilter, das ein
AOW-Bauteil 10 einschließt, das eine angezapfte Laufzeitleitung
bildet. Das AOW-Bauteil 10 schließt einen apodisierten IDT (der
nachfolgend als AIDT abgekürzt wird) 12 und eine Anzahl von
2n+1, worin n eine ganze Zahl ist, von nicht apodisierten IDT's
(die nachfolgend als UIDT's abgekürzt werden) 14 ein, die als
Eingangs- bzw. Ausgangs-IDT's dienen.
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Ein IF-Eingangssignal wird dem Eingangs-AIDT über einen
Pufferverstärker 16 mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz und wahlweise
auch über Serienabstimmbauteile zugeführt, die nicht gezeigt
sind. Die 2n+1-Ausgänge von den UIDT's 14, die jeweils durch
einen jeweiligen Pufferverstärker 18 mit einer niedrigen
Eingangsimpedanz gepuffert werden, werden in Multiplizierern 20
mit jeweiligen I-Komponenten-Entzerrungskoeffizienten I-n
bis I+n und Q-Komponenten-Entzerrungskoeffizienten Q-n bis
Q+n multipliziert, um Ströme durch Widerstände 22 zu
erzeugen. Diese Ströme werden in Summierverstärkern 24 und 26 für
die I- bzw. Q-Komponenten summiert, und die Ausgänge der
Summierverstärker werden in einer Quadratur-Hybridschaltung
28 kombiniert, um ein entzerrtes IF-Ausgangssignal zu erzeugen.
Die Entzerrungskoeffizienten werden in bekannter Weise durch
nicht gezeigte Steuerschaltungen erzeugt und automatisch auf
den neuesten Stand gebracht.
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Ein derartiger ATDE kann beispielsweise in einem digitalen
512-QAM-Mikrowellen-Funk-Kommunikationssystem verwendet werden,
bei dem jedes übertragene Symbol oder Zeichen 9 Bits (2&sup9;=512)
darstellt, die Zeichen- oder Symbolübertragungsrate 35,84 MHz
beträgt (um in einem 40 MHz-Kanal aufgenommen zu werden), und
bei dem die Zwischenfrequenz 140 MHz beträgt. Das AOW-Bauteil
10 kann 17 UIDT's 14 aufweisen, die alle im wesentlichen
identisch zueinander angeordnet sind und einen Abstand
voneinander mit einer Teilung (in Ausbreitungsrichtung der AOW
von dem Eingangs-IDT 12) aufweisen, der der Symbolrate
entspricht.
Es ist zu erkennen, daß in einem derartigen System
die Zwischenfrequenz und die Symbolrate unabhängig voneinander
bestimmt sind und daß zwischen diesen keine ganzzahlige
vielfache Beziehung besteht.
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Fig. 2 zeigt mit weiteren Einzelheiten die Form der IDT's 12
und 14 des AOW-Bauteils 10. Der Eingangs-AIDT 12 weist eine
angesteuerte leitende Schiene 30, der das Eingangssignal von
dem Pufferverstärker 18 zugeführt wird, eine geerdete leitende
Schiene 32, ein Apodisierungsmuster mit einer durch eine
strichpunktierte Linie 34 dargestellten Achse, die die Form
eines V aufweist und sich von den Enden der angesteuerten
Schiene 30 erstreckt, und geerdete vordere und hintere
verjüngte Reflexionsunterdrückungs-Blindfingerbereiche 36 bzw.
38 auf, die alle die Form aufweisen, wie sie aus dem bereits
erwähnten US-Patent 4 814 658 von Suthers et al. bekannt ist.
Wie dies bereits erwähnt wurde, sind die 2n+1 UIDT's 14 alle im
wesentlichen identisch zueinander; sie weisen eine gemeinsame
geerdete leitende Schiene 40, die von der geerdeten Schiene 32
getrennt ist, um eine Trennung zwischen den Eingangs- und
Ausgangsschaltungen des AOW-Bauteils zu erzielen, und jeweilige
Ausgangsanschlüsse auf, die mit 1 bis 2n+1 beziffert sind. Der
Abstand der IDT's 14 ist derart, daß eine AOW, die sich vom dem
IDT 12 ausbreitet, aufeinanderfolgende Ausgangs-IDT's 14 nach
aufeinanderfolgenden Verzögerungen oder Laufzeiten T erreicht,
wobei die Verzögerungsperiode T zur Symbolrate reziprok ist.
Geerdete Blindfinger sind in den Bereichen 42 zwischen
benachbarten IDT's 14 vorgesehen, und geerdete, sich verjüngende
Reflexionsunterdrückungsbereiche 44 sind benachbart zu den am
Ende angeordneten aus IDT's 14 vorgesehen, die mit 1 und 2n+1
bezeichnet sind, wobei der erstere Bereich die Verjüngung der
Finger 36 in einer Weise ergänzt, wie sie in dem vorstehenden
Patent von Suthers et al. beschrieben ist. Als ein Ergebnis des
Vorhandenseins der geerdeten Finger in den Bereichen 36, 42 und
44 ergibt sich eine kontinuierliche Folge von Fingern über das
gesamte AOW-Bauteil 10 von dem IDT 12 über alle IDT's 14.
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Fig. 3 zeigt mit weiteren Einzelheiten die Anordnung von zwei
benachbarten Ausgangs-IDT's 14, wobei die Ausgangsschienen mit
46 bezeichnet sind. In Fig. 3 ist jeder UIDT 14 so gezeigt,
als ob er sich über eine Strecke von 3,5 Wellenlängen λ bei
der IF erstreckt, für die das AOW-Bauteil 10 ausgelegt ist,
wobei die Finger jedes UIDT 14 eine Teilung oder einen
Mittenabstand von λ/2 aufweisen. Wie dies gut bekannt ist, sind zur
Verringerung von Reflexionen die Finger gegabelt, um Paare von
interdigitalen Fingern 48 zu bilden, die sich abwechselnd von
den geerdeten und den Ausgangsschienen aus erstrecken. Innerhalb
jedes UIDT 14 weist jeder Finger 48 und jeder Spalt zwischen
zwei benachbarten Fingern 48 eine Breite von λ/8 auf, wodurch
die IDT's ein Metallisierungsverhältnis von 0,5 aufweisen.
Entsprechend umfaßt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, jeder UIDT
14 drei Paare von Fingern 48, die sich von der jeweiligen
Ausgangsschiene 46 erstrecken, und vier Paare von Fingern, die
sich von der geerdeten Schiene 40 aus erstrecken. Die Anordnung
der Finger des AIDT 12 und der geerdeten Blindfinger in den
Bereichen 36, 38 und 44 ist ähnlich, wobei diese Finger
ebenfalls mit einer Fingerteilung oder einem Finger-Mittenabstand
von λ/2 gegabelt sind (für jedes gegabelte Fingerpaar) und
ebenfalls ein Metallisierungsverhältnis von 0,5 aufweisen.
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Fig. 3 zeigt weiterhin zwei geerdete Blindfinger 50 in einem
Bereich 42 zwischen den beiden Ausgangs-IDT's 14. Weil die
Symbolrate und die IF unabhängig voneinander sind und nicht
zueinander in einer Beziehung stehen, wie dies weiter oben
erläutert wurde, ist die Teilung oder der Mittelpunktsabstand
P der UIDT's 14 kein ganzzahliges Vielfaches von λ/2, so daß
die geerdeten Blindfinger 50 in jedem Bereich 42 zwischen den
IDT's 14 eine andere Breite aufweisen, als die Finger 48
innerhalb der IDT's 14. Die Breiten der Finger 50 und die Spalte
zwischen diesen sind so ausgewählt, daß sich ebenfalls ein
Metallisierungsverhältnis von 0,5 ergibt, um eine im
wesentlichen konstante AOW-Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Wie
dies aus Fig. 3 zu erkennen ist, weisen in diesem Fall die
Finger 50 und die zugehörigen Spalte eine etwas geringere
Breite als die Finger 48 und die Spalte zwischen diesen auf.
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Wenn speziell die vorstehend genannten Werte für die IF und die
Symbolrate verwendet werden und Strecken in der
AOW-Ausbreitungsrichtung durch die Zeiten dargestellt werden, die die AOW
benötigt, um sich über diese Strecken auszubreiten, so
entspricht die Wellenlänge λ gleich 1/140 MHz oder 7,142857 ns.
Die Teilung oder der Mittenabstand P der UIDT's 14 ist 1/35,84
MHz oder 27,901785 ns, und das Verhältnis zwischen diesen Zeiten
ist 3,90625. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Teilung P
3,90625 Wellenlängen λ entspricht, von denen 3,5 Wellenlängen
durch die Fingerpaare 48 der Ausgangs-UIDT's 14 gebildet sind,
während die verbleibenden 0,40625 Wellenlängen durch die eine
verringerte Breite aufweisenden geerdeten Blindfinger 50 und die
zugehörigen Spalte berücksichtigt werden.
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Diese verringerte Breite der Finger 50 in den Bereichen 42
zwischen den Ausgangs-IDT's 14 bildet eine Diskontinuität in der
Periodizität der Finger über das gesamte AOW-Bauteil 10. Diese
Diskontinuität ist unerwünscht, weil sie zu AOW-Reflexionen
zwischen den Ausgangs-IDT's beiträgt, wodurch die
Gleichförmigkeit der Signalantworten der verschiedenen Ausgangs-IDT's
beeinträchtigt wird. Die Diskontinität kann dadurch vermieden werden,
daß entweder die Symbolrate des Systems oder die IF zwangsweise
so festgelegt wird, daß die IF einen ganzzahligen Vielfachen der
halben Symbolrate entspricht. Dies ist jedoch ebenfalls nicht
wünschenswert, weil hierdurch Zwangebedingungen entweder für die
Symbolrate oder die IF des Systems festgelegt werden. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht es, daß die IF und die
Symbolrate unabhängig voneinander sind, vermeidet jedoch jede
Diskontinuität in der Periodizität der Finger des AOW-Bauteils.
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Bevor die Erfindung weiter beschrieben wird, wird auf Fig. 4
Bezug genommen, um ein Verständnis bekannter
Konstruktionsverfahren für ein AOW-Bauteil wie zum Beispiel das Bauteil 10
zu vermitteln. Fig. 4 zeigt im oberen bzw. unteren Teil den
Frequenzbereichs-Amplitudengang eines UIDT 14 und eines AIDT
12 eines AOW-Bauteils 10, das in der vorstehend beschriebenen
Weise ausgelegt ist, um bei einer Frequenz von 140 MHz (der
IF) zu arbeiten. Diese Nennfrequenz wird im folgenden als die
Betriebs-Nennfrequenz des AOW-Bauteils 10 bezeichnet, doch ist
festzustellen, daß das AOW-Bauteil 10 tatsächlich eine
Bandpaßfiltercharakteristik mit einem Durchlaßbereich aufweist, der
beim Stand der Technik auf dieser Betriebs-Nennfrequenz
zentriert ist.
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Wie dies im oberen Teil der Fig. 4 gezeigt ist, besteht das
Frequenzbereichs-Ansprechverhalten eines nicht-apodisierten IDT,
wie zum Beispiel der UIDT's 14 aus einer (sin x)/x-Funktion,
die auf der Betriebs-Nennfrequenz von 140 MHz zentriert ist,
wobei der Gesamtfrequenzgang von 0 bis zum Doppelten dieser
Frequenz, d.h. 280 MHz, spiegelbildlich um die letztgenannte
Frequenz abgebildet wird, so daß eine (sin x)/x-Funktion
ebenfalls bei der dritten Harmonischen der Betriebsfrequenz,
das heißt auf einer Frequenz von 420 MHz zentriert, erzeugt
wird. Das Frequenzbereichs-Ansprechverhalten des apodisierten
IDT, das durch das Apodisierungsmuster des AIDT bestimmt ist,
ist so ausgelegt, daß die (sin x)/x-Funktion kompensiert wird
und daß sich weiterhin ein gewünschter Gesamt-Frequenzgang
für das IF-Signal in dem Mikrowellen-Funkempfänger ergibt.
In dieser Hinsicht dient das Apodisierungsmuster des AIDT 12
weiterhin als IF-Spektralformungsfilter. Das Frequenzbereichs-
Ansprechverhalten des AIDT 12 ist somit so ausgelegt, daß es
eine Form aufweist, wie sie am unteren Teil der Fig. 4 gezeigt
ist. Dieses Frequenzansprechverhalten oder der Frequenzgang
besteht aus Durchlaßbereichen, die auf die Betriebsfrequenz
von 140 MHz und deren dritter Harmonischer bei 420 MHz
zentriert sind und die sich jeweils in gut bekannter Weise um
die halbe Symbolrate von 35,84 MHz, d.h. um 17,92 MHz
oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz erstrecken. Wie dies
in Fig. 4 dargestellt ist, ist die Dämpfung des AIDT in jedem
Durchlaßbereich komplementär zur (sin x)/x-Funktion über den
gleichen Frequenzbereich.
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Das gewünschte Frequenzbereichs-Ansprechverhalten des AIDT 12,
wie es am unteren Teil der Fig. 4 gezeigt ist, wird als Eingang
für eine schnelle Fouriertransformation (FFT) verwendet, um das
Apodisierungsmuster des AIDT zu synthetisieren, das heißt die
Fingerlängen des IDT über das Apodisierungsmuster zu bestimmen.
Wenn jedoch das Frequenzbereichs-Ansprechverhalten direkt
verwendet würde, wo würde dies allgemein zu komplexen Werten für
die Länge jedes gegabelten Fingerpaares führen (jeder komplexe
Wert kann so aufgefaßt werden, als ob er einen reellen Wert, der
eine Fingerlänge darstellt, die für die beiden Finger eines
gegabelten Fingerpaares gleich ist, sowie einen imaginären Wert
umfaßt, der eine Phasenverschiebung oder Fingerversetzung in der
Ausbreitungsrichtung der AOW darstellt. Eine derartige
Fingerversetzung ist jedoch unerwünscht und mit derzeitigen
photolithographischen Techniken unpraktisch zu erzielen).
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Um dieses Problem zu vermeiden, wird das gewünschte
Frequenzbereichs-Ansprechverhalten des AIDT 12 dazu verwendet, einen
Hermite'schen Satz von Spezifikationen oder ein Hermite'sches
Ansprechverhalten zu erzeugen, das bei Anwendung auf die FFT
zur Synthetisierung des AIDT-Apodisierungsmusters zu reellen
anstelle von komplexen Werten für die Fingerlängen oder
Anzapfungsgewichtungen führt. Dies heißt mit anderen worten, daß
das Hermite'sche Ansprechverhalten derart ist, daß der
Imaginärteil jedes Ergebnisses von der FFT gleich 0 ist. Ein Ergebnis
dieses Verfahrens besteht darin, daß die einzelnen Finger jedes
gegabelten Fingerpaares, die anderenfalls die gleiche Länge
aufweisen würden, nunmehr einzeln bestimmte und unterschiedliche
Längen aufweisen (die Verwendung eines Hermite'schen
Ansprechverhaltens kann als Transformation der Fingerversetzung zweier
die gleiche Länge aufweisender gegabelter Finger der vorstehend
genannten Art in ungleiche Längen dieser Finger ohne jede
Fingerversetzung betrachtet werden, um das gleiche Ergebnis zu
erzielen).
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Die Verwendung eines Hermite'schen Ansprechverhaltens auf diese
Weise zusammen mit der iterativen Anwendung einer FFT zur
Synthetisierung eines AIDT ist in der Technik bekannt. Dies ist
beispielsweise in einer Veröffentlichung mit dem Titel 'SAW
Nyquist Filters For Digital Radio' von M.S. Suthers et al.,
IEEE 1987, Ultrasonics Symposium Proceedings, 1987, insbesondere
in den Abschnitten 6.0 und 7.0 beschrieben. Dies ist weiterhin
ausführlicher in einer Veröffentlichung mit dem Titel 'SAW
Bandpass Filter Design Using Hermitian Function Techniques' von M.S.
Suthers et al., IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics,
Band SU-27, Nr. 2, März 1980 beschrieben. Gemäß Fig. 5 ist das
AOW-Bauteil 10 gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgelegt,
daß es eine Betriebsfrequenz-Wellenlänge λ aufweist, die in
Abhängigkeit von der Teilung oder dem Mittelpunktsabstand P der
aufeinanderfolgenden Ausgangs-IDT's 14 so bestimmt ist, daß die
Teilung P ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge λ
ist. Dies heißt mit anderen Worten, daß P=kλ/2 ist, worin k
eine ganze Zahl ist. Es ist wichtig, festzustellen, daß diese
Wellenlänge λ für das gesamte AOW-Bauteil 10 konstant und
bestimmt ist, und zwar unter Einschluß des AIDT 12 und der
geerdeten Finger in den Bereichen 36, 38 und 44 sowie der UIDT'S
14 und der geerdeten Finger in den Bereichen 42. Damit ergibt
sich eine konstante Periodizität der Finger (das heißt die
Fingerteilung von λ/2 ist konstant) sowie ein konstantes
Metallisierungsverhältnis über das gesamte AOW-Bauteil 10, so
daß AOW-Reflexionen zwischen verschiedenen Teilen des Bauteils
10 im wesentlichen beseitigt sind.
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Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß gemäß der Erfindung die
Breite jedes UIDT 14 gleich der Teilung P sein kann, so daß die
IDT's 14 aneinander angrenzen und die Bereiche 42 der geerdeten
Finger 50 entfallen.
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Unter Verwendung der gleichen Werte, wie sie vorstehend
angegeben wurden, ist bei dem AOW-Bauteil 10, dessen UIDT's 14
gemäß Fig. 5 ausgebildet sind, die Teilung P gleich 1/35,84
MHz oder 27,901785 ns, wie vorher. Die Betriebs-Nennfrequenz-
Wellenlänge λ wird einsprechend der Gleichung P=kλ/2 so
bestimmt, daß die Betriebs-Nennfrequenz so nah wie möglich
an der IF von 140 MHz liegt. Dies führt zu dem Ergebnis, daß
k=8 und P=4λ ist, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Das AOW-
Bauteil 10 ist für eine Betriebsfrequenz-Wellenlänge der
Symbolrate multipliziert mit k/2 ausgelegt, das heißt 35,84
MHz multipliziert mit 4, oder 143,36 MHz in diesem Fall.
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Wie dies gut bekannt ist, ist die Bandbreite jedes Ausgangs-
IDT 14 durch die Gesamtlänge N in Wellenlängen λ bei der
Betriebsfrequenz f&sub0; des IDT entsprechend der Gleichung
Fnull=(1±1/N)f&sub0; bestimmt, worin fnull die Nullfrequenzen
auf jeder Seite der Betriebsfrequenz angibt. Im Hinblick auf
die bereits erwähnte Bandbreite vom 40 MHz wird N in diesem
Fall so ausgewählt, daß dieser Wert gleich 3,5 ist (er muß eine
ganzzahlige Zahl von Halbwellenlängen sein), so daß für jeden
IDT 14 in Fig. 5 ebenso wie in Fig. 3 drei Paare von Fingern
48 vorgesehen sind, die sich von jeder Ausgangsschiene 46
erstrecken, während sich vier zugehörige Paare von Fingern
48 von der geerdeten Schiene 40 erstrecken und sich ein Paar
von geerdeten Blindfingern 50 in jedem Bereich 42 zwischen
benachbarten Ausgangs-IDT's 14 befindet.
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In Fig. 6 ist in einer ähnlichen Weise wie in Fig. 4, jedoch
auf einer gedehnten Frequenzskala in dem Bereich der
Betriebsfrequenz, das Frequenzbereichs-Ansprechverhalten für jeden UIDT
14 und für den AIDT 12 dargestellt. Wenn zunächst lediglich auf
den oberen Teil der Fig. 6 Bezug genommen wird, der das UIDT-
Ansprechverhalten zeigt, so stellt eine mit einer punktierten
Linie dargestellte Kurve 52 das Ansprechverhalten für jeden
UIDT 14 in Fig. 4 dar. Wie dies bereits beschrieben wurde, hat
dieses Ansprechverhalten eine (sin x)/x-Form, die auf der
Betriebsfrequenz zentriert ist, die die IF von 140 MHz ist,
und die gemäß der vorstehenden Gleichung Nullfrequenzen bei
100 und bei 180 MHz aufweist. Im Gegensatz hierzu hat, wie
die durch eine mit voll ausgezogenen Linien dargestellte Kurve
54 in dem oberen Teil der Fig. 6 gezeigt ist, jeder UIDT 14
nach Fig. 5 eine (sin x)/x-Form, die auf der Betriebsfrequenz
von 143,36 MHz zentriert ist, die in der vorstehend
beschriebenen Weise bestimmt ist, so daß dieses Ansprechverhalten in
der dargestellten Weise Nullfrequenzen bei 102,4 und 184,32
MHz aufweist. Wie dies aus den unterschiedlichen Höhen der
gestrichelten Linien 56 zu erkennen ist, die die Nyquist-
Frequenzen (122,08 und 157,92 MHz) bei der halben Symbolrate
oberhalb und unterhalb der IF von 140 MHz darstellen, die
das AOW-Bauteil durchlassen soll, ist das durch mit voll
ausgezogenen Linien gezeigte Kurve 54 dargestellte
UIDT-Ansprechverhalten unsymmetrisch bezüglich der Zwischenfrequenz.
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Der untere Teil der Fig. 6 zeigt mit einer Kurve 58 das
komplementäre Frequenzbereichs-Ansprechverhalten, das der
AIDT 12 gemäß der vorliegenden Erfindung haben muß. Wie dies
klar aus Fig. 6 zu erkennen ist, weist dieses
Ansprechverhalten einen Durchlaßbereich auf, der auf der IF von 140 MHz
zentriert ist und sich um die halbe Symbolrate zu den Nyquist-
Frequenzen oberhalb und unterhalb der IF erstreckt, wobei
dieses Ansprechverhalten innerhalb des Durchlaßbereiches eine
unsymmetrische Dämpfung aufweist, die komplementär zur voll
ausgezogenen Kurve 54 in dem gleichen Frequenzbereich ist.
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Fig. 7 zeigt in ähnlicher Weise wie in Fig. 4 das
Frequenzbereichs-Ansprechverhalten jedes UIDT 14 und des AIDT 12, die
gemäß der Erfindung so ausgelegt sind, wie dies vorstehend
unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben wurde, und
zwar über den Frequenzbereich von 0 bis 573,44 MHz (viermal die
Betriebs-Nennfrequenz von 143,36 MHz). Wie dies im oberen Teil
der Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt das UIDT-Ansprechverhalten eine
(sin x)/x-Funktion, die auf der Betriebs-Nennfrequenz von
143,36 MHz zentriert ist und deren Haupt-Mittelkeule der mit
voll ausgezogenen Linien dargestellten Kurve 54 in Fig. 6
entspricht. Dieses Ansprechverhalten wird spiegelbildlich um die
doppelte Betriebsfrequenz, oder 286,72 MHz abgebildet, um ein
entsprechendes Ansprechverhalten zu erzeugen, das auf der
dritten Harmonischen oder 430,08 MHz zentriert ist.
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Der untere Teil der Fig. 7 zeigt die Kurve 58 des AIDT-
Ansprechverhaltens, die auf der IF Von 140 MHz zentriert ist
und damit gegenüber dem Mittelpunkt der Kurve 54 versetzt ist,
so daß sie die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6
beschriebene Unsymmetrie aufweist. Das spiegelbildliche
Ansprechverhalten ist um die doppelte Betriebsfrequenz,
oder 286,72 MHz gespiegelt und damit auf einer Frequenz von
286,72 x 2 - 140 = 433,44 MHz zentriert, so daß es ebenfalls
frequenzmäßig gegenüber dem Ansprechverhalten des UIDT bei
der dritten Harmonischen bei 430,08 MHz versetzt ist und
unsymmetrisch ist, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist.
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Um dem AIDT 12 das in dem unteren Teil der Fig. 7 gezeigte
Ansprechverhalten zu geben, werden die gleichen
Entwurfstechniken verwendet, wie sie bereits vorstehend beschrieben
wurden. Dies heißt mit anderen Worten, daß Hermite'sche
Spezifikationen in der bereits erwähnten bekannten Weise
so geschaffen werden, daß sie dem im unteren Teil der Fig. 7
dargestellten Ansprechverhalten entsprechen und zu reellen
Werten führen, wenn sie auf eine FFT angewandt werden, um
das Apodisierungsmuster des AIDT zu synthetisieren. Die FFT
weist in diesem Fall eine Maximalfrequenz von 573,44 MHz (das
heißt 4 x 143,36 MHz auf, anstatt von 4 x 140 MHz wie im Fall
der Figuren 3 und 4). Die resultierenden reellen Werte
bestimmen die Fingerlängen oder Anzapfungsgewichtungen für die
einzelnen Finger der gegabelten Fingerpaare des AIDT 12.
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Das Ergebnis des vorstehenden Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht darin, daß das AOW-Bauteil 10 ein konstantes
Metallisierungsverhältnis und eine konstante Periodizität der Finger
über seine gesamte Länge aufweist, so daß Reflexionen und
ein entsprechend beeiträchtigtes Betriebsverhalten vermieden
werden. Gleichzeitig ist das AOW-Bauteil so ausgelegt, daß
seine Ausgangssignale an den IDT's 14 aufeinanderfolgend durch
den inversen Wert der Symbolrate verzögert werden, wie dies
beispielsweise für einen ATDE erwünscht ist, während der
Durchlaßbereich des AOW-Bauteils auf einer Frequenz zentriert
ist, die unabhängig von der Symbolrate ist und nicht in
ganzzahliger Beziehung hierzu steht, wobei diese Frequenz die IF
ist, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Entsprechend
beseitigt das AOW-Bauteil jede Notwendigkeit einer
vorgegebenen Beziehung zwischen der IF und der Symbolrate.
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Obwohl vorstehend auf bestimmte Frequenzen und Zeitverzögerungen
Bezug genommen wurde, ist es verständlich, daß die Erfindung in
keiner Weise auf diese Werte beschränkt ist, sondern daß sie
lediglich als Beispiel angegeben wurden, um ein vollständiges
Verständnis der Erfindung zu erzielen. Das gleiche gilt für
die spezielle Anzahl von Fingern, die in jedem Ausgangs-IDT
verwendet werden, die Anzahl der Ausgangs-IDT's und andere
Parameter.
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Damit ist bei allgemeinerer Betrachtung festzustellen, daß bei
einer mit Anzapfungen versehenen AOW-Bauteil-Laufzeitleitung,
die in einem ATDE in einem System mit einer vorgegebenen
Symbolrate und einer vorgegebenen IF arbeiten soll, die
unabhängig voneinander sind, anfänglich ein Durchlaßbereich
bestimmt wird, der auf der IF zentriert ist und eine Bandbreite
aufweist, die gleich der Symbolrate ist (um ein Nyquist-Filter
zu schaffen). Algemein ergeben sich zwei Frequenzen in diesem
Durchlaßbereich, die ganzzahlige Vielfache der halben
Symbolrate sind, und zur Erleichterung des Entwurfs wird die
Frequenz, die der IF am nächsten liegt, als
Betriebs-Nennfrequenz für das AOW-Bauteil ausgewählt. Die Wellenlänge λ
und damit die Fingerteilung λ/2 des AOW-Bauteils wird
hierdurch bestimmt, und der übrige Entwurf folgt dem vorstehend
beschriebenen Verfahren.
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Es sei bemerkt, daß obwohl aus Bequemlichkeitsgründen die
Ausgangs-IDT's 14 so beschrieben wurden, als ob sie nicht
apodisiert sind, und obwohl dies am zweckmäßigsten der Fall
sein würde, besonders im Hinblick auf die relativ kleine
Anzahl der Finger in jedem IDT 14, dies nicht unbedingt der
Fall sein muß, und daß ein Apodisierungsmuster für die IDT's
14 verwendet werden könnte (die jedoch alle im wesentlichen
identisch sein würden, um Ausgangssignale zu liefern, die
sich voneinander lediglich hinsichtlich ihrer relativen
Verzögerungen unterscheiden). Weiterhin können, obwohl der
apodisierte IDT 12 als Eingangs-IDT bezeichnet wurde, während
die IDT's 14 als Ausgangs-IDT's bezeichnet wurden, und obwohl
dies am zweckmäßigsten der Fall sein würde, die Funktionen
dieser Teile vertauscht werden, wobei sich immer noch die
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben.
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Zusätzlich ist zu erkennen, daß das AOW-Bauteil 10 andere
Formen aufweisen kann, als die, die vorstehend speziell
beschrieben wurden. Beispielsweise können, damit sich jeder IDT
14 über eine größere Anzahl von Wellenlängen λ erstreckt und
damit die Anzahl der geerdeten Finger 50 in jeden der Bereiche
42 zwischen diesen IDT's 14 vergrößert und/oder der
Einfügungsverlust verkleinert wird, die IDT's 14 auf beiden Seiten
(Vorderseite und Rückseite) des apodisierten IDT 12 verteilt
werden, statt auf lediglich einer Seite wie dies in Fig. 2
gezeigt ist, wodurch die sich in den entgegengesetzten Richtungen
von dem IDT 12 ausbreitenden AOW's ausgenutzt werden. So könnten
auf einer Seite des IDT 12 die IDT's 14 mit den ungeradzahlig
bezifferten Ausgängen 1, 3, ... 2n+1 vorgesehen werden, wobei
die Teilung oder der Mittelpunktsabstand benachbarter IDT's
gleich dem Doppelten des inversen Wertes der Symbolrate ist,
während auf der anderen Seite des IDT 12 die IDT's 14 mit
geradzahlig bezifferten Ausgängen 2, 4, ... 2n vorgesehen sein
könnten, ebenfalls mit einer Teilung oder einem
Mittelpunktsabstand benachbarter IDT's, der gleich dem inversen Wert der
Symbolrate ist.