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EP1410502A1 - Converter for surface waves with improved suppression of interfering excitation - Google Patents

Converter for surface waves with improved suppression of interfering excitation

Info

Publication number
EP1410502A1
EP1410502A1 EP02729899A EP02729899A EP1410502A1 EP 1410502 A1 EP1410502 A1 EP 1410502A1 EP 02729899 A EP02729899 A EP 02729899A EP 02729899 A EP02729899 A EP 02729899A EP 1410502 A1 EP1410502 A1 EP 1410502A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gaps
transducer
finger
converter
variation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02729899A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Ruile
Thomas Bauer
Michael Jakob
Ulrike RÖSLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SnapTrack Inc
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP1410502A1 publication Critical patent/EP1410502A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/02535Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02992Details of bus bars, contact pads or other electrical connections for finger electrodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14517Means for weighting
    • H03H9/1452Means for weighting by finger overlap length, apodisation
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14544Transducers of particular shape or position
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/02Details
    • H03H9/125Driving means, e.g. electrodes, coils
    • H03H9/145Driving means, e.g. electrodes, coils for networks using surface acoustic waves
    • H03H9/14544Transducers of particular shape or position
    • H03H9/14547Fan shaped; Tilted; Shifted; Slanted; Tapered; Arched; Stepped finger transducers

Definitions

  • a surface acoustic wave component comprises at least one electroacoustic transducer, which is arranged on a crystalline or ceramic piezoelectric substrate or on a piezoelectric thin film.
  • the electroacoustic transducer has a periodic finger structure, the fingers usually being alternately connected to two different collecting electrodes (bus bars). The period of the finger structure determines the resonance frequency of the transducer, which corresponds to the frequency at which the electroacoustic conversion takes place with the greatest efficiency.
  • the impedance of the resonator is almost zero at the resonance frequency.
  • the important properties of the transducer are essentially determined by the number, width, distance and connection sequence of the electrode fingers as well as by the aperture of the transducer. As a rule, these are selected such that, as far as possible, only an acoustic oscillation mode is excited, to which the design is optimized with respect to the aforementioned variable parameters.
  • reactance filters from surface wave single gate resonators.
  • An important parameter of these reactance filters is the insertion loss, which corresponds to the maximum attenuation of a signal passing through the filter in the pass band. Anything that increases the insertion loss deteriorates the performance of the overall system, so that even the slightest losses can be avoided.
  • Resonators used in the parallel branch of reactance filters should have one above their resonance frequency have as small as possible a real part of the input admittance.
  • a real part of the input admittance of the parallel resonator which is different from Mull there, leads to an undesired conductivity in the passband of the reactance filter and thus to an outflow of signal energy and thus to an increased insertion loss.
  • the input admittance of a single-gate resonator commonly used today now shows a shoulder in precisely this area, which therefore leads to increased insertion loss in a reactance filter. So far, no measures are known for this shoulder, which has already been recognized by others, in order to effectively suppress it.
  • the invention is based not least on the fact that the loss mechanism mentioned could be assigned by the inventors.
  • This residual conductivity could be assigned to a disturbing excitation in the area of the transverse gaps, which leads to an additional conductance that lies between the resonance and the center of the stop band.
  • This direct excitation only partially takes part in the reflection process, since with a normal finger transducer there is a gap on every second finger in the gap area and therefore every second finger as a reflection point fails. Nevertheless, the excitation takes place via stray fields, which leads to an excitation in the gap area with an approximate (sin x) / x behavior.
  • This excitation which manifests itself as a parallel conductance, must be taken into account in the admittance of the main excitation.
  • the invention now specifies a transducer in which this disturbing excitation in the gap area is modified in such a way that it is either suppressed or shifted to a frequency position at which it does not interfere, e.g. sufficiently removed from the passband, or if there is already sufficient attenuation.
  • a transducer according to the invention is constructed in a conventional manner with regard to the number, width, longitudinal position and connection sequence of the fingers and with regard to its aperture, whereby the essential properties of the transducer, which determine its main vibration mode, are defined.
  • the gaps are subjected to a variation with respect to at least one feature which is selected from the transverse arrangement, size and shape of the gaps. The change in dimension of the gaps or the amount of displacement of the gaps caused by the variation is kept small in comparison to the finger length.
  • a preferred method for suppressing the disturbing excitation is obtained when the gaps are not varied statistically, but periodically or quasi-periodically. This is already achieved when one of the gap features to be varied can be expressed as a one-dimensional quantity, which then varies from gap to gap in such a way that the individual Gap features follow a periodic envelope over the length of the transducer.
  • each group can include the same or a different number of gaps.
  • Each group can have a pattern formed by the total number of gaps belonging to the group, which pattern is defined by the relative transverse arrangement, the size and / or the shape of the gaps within the group.
  • the periodic variation can now take place by changing at least one parameter from group to group.
  • the invention it is possible to suppress the undesirable excitation or to shift it so far that it no longer occurs in a disruptive manner.
  • the main mode which determines the essential properties and in particular the passband of the filter, remains practically unchanged.
  • the invention can therefore be used regardless of a given transducer design in all types of transducers which have a plurality of interdigitated electrode fingers.
  • the invention makes use of the fact that the disturbing excitation in the gap area has a (sin x) / x behavior which, like normal excitation, can also be changed and influenced accordingly.
  • the assignment of at least two gaps to a group and their periodic change across all groups means that the excitation function (in this case, the disturbing excitation in the gap area) is multiplied in the time domain by a function whose period corresponds to the length of a group , For example, If groups are formed into two gaps each and these groups are transversely and alternately offset from one another, the disturbing excitation results in a convolution in the frequency domain, which leads to a splitting of the excitation.
  • the original admittance that is disruptive in the stop band thus becomes two new admittances that are considerably reduced in strength compared to the originally disruptive and are far from the stop band and therefore no longer interfere.
  • gaps or gap groups in the transducer according to the invention lead to a more complex splitting of the original disturbing excitation in the gap area. Regardless of the type of modification, this leads both to a shift and to a reduction in the disturbing excitation or the disturbing conductance of the transducer.
  • Variables are gap spacing, transverse position and shape of the gap. The variation can affect one, several or all of these features. During transverse position and
  • Gap distance size of the gap or transversal distance of the finger ends
  • the shape of the gaps represents only a zero dimension sional size at which the variation is undirected or cannot follow a variation function.
  • Variations on the gap shape alone are preferably carried out so that groups of gaps each having the same shape of the gaps or a pattern of different gap shapes are formed, and that the gap shape or the pattern of the gap shapes varies from group to group.
  • the shape of the gaps is determined by the two-dimensional design of the finger ends, which is rectangular in conventional transducer fingers.
  • Transducers according to the invention can have finger ends of any shape, for example rounded or beveled, or have another shape.
  • the invention also includes a variation in the gap spacing, it is preferably designed with a minimal size, since in this way the disruptive excitation that arises only through the gaps can be further suppressed.
  • finger sections that are not galvanically connected to the other electrode fingers or to the busbars are provided in the gap area.
  • Another easy way to vary is to simultaneously vary the transverse gap position and gap distance. Such a variation is obtained if the finger ends of the transducer fingers and the associated stub fingers of the opposite busbar are viewed independently of one another and, viewed over the length of the transducer, are varied independently according to a function in the transverse arrangement.
  • the variation of the transverse position of the electrode finger ends and stub finger ends can take place independently, but preferably with the same period.
  • Butt finger end and the corresponding electrode finger end are formed, but between the electrode finger end and the corresponding adjacent bus bar.
  • the position of the electrode finger ends can be varied via the transducer to vary the gap size.
  • the variation of the transverse gap position in transducers according to the invention without a stub finger is also achieved by varying the width of the busbar. The edge of the busbar pointing towards the end of the finger can follow the position of the end of the finger, so that the area of a short electrode finger of the busbar is of the same degree wider and there is a constant gap distance. Different gap distances are also ne variation of the gap shape possible with such transducers without stub fingers.
  • Transducers according to the invention can have a variation in the gap area on only one side of the converter, that is to say in the area of only one busbar, but preferably on both sides.
  • the variation is preferably carried out in the same way on both sides. In the case of strongly different transducer environments on different sides, however, it can also be advantageous to design the variation of the gaps on both sides accordingly differently.
  • the gaps are combined into groups, each of which in turn comprise at least two subgroups.
  • Each subgroup has a subgroup pattern formed from the size and / or shape of the gaps and / or from the relative transverse position of the gaps within the subgroup.
  • At least two different subgroup patterns are provided in each group, which occur alternately at least once per group.
  • each subgroup pattern can also have a periodic variation with respect to at least one feature. In this way, it is possible to modulate the excitation in the gap area with at least two different functions that have different periods. This leads to a multiple splitting of the interfering admittance and thus to a further improved suppression of the interfering signal in the excitation behavior of the converter according to the invention.
  • Periodic variations within a subgroup or within a group with regard to the transverse arrangement and / or size of the gaps can be carried out sinusoidally, triangularly, sawtoothedly, semicircularly or following other periodic functions.
  • the variation can also be linear or comprise a combination of several linear variations.
  • the variation in the absolute transverse position of the gaps in the Transducer or be linear with respect to the relative transverse position of the gaps within a group or subgroup.
  • a periodic variation can also include, for example, a combination of linearly increasing and linearly decreasing gap positions. In the same way, such a variation can of course also affect the gap size, ie the distance from the electrode finger ends to the stub finger ends.
  • linear variations or combinations of linear variations of at least one feature of the gaps can also be combined with other variations, for example the sinusoidal or semicircular variations.
  • the shape of the finger ends and thus also the shape of the gaps can follow the envelope curve for the gap distances plotted along the transducer length.
  • the properties of the converter remain essentially unchanged due to the variations in the gap area. This is achieved by keeping all dimensional changes in the variation of the gaps relatively small compared to the transducer finger length. A completely sufficient effect is achieved if the dimensional change in the variation of the gaps is twice the finger width of a transducer finger. This means that the variation is far below the variations used to weight the converter and thus to shape the transfer function of the converter. On the contrary, with the invention, the admittance of the transducer should remain unchanged and only be reduced by the disturbing excitation, which has nothing to do with the desired excitation. Completely without interaction with the
  • the excitation function remains a variation of the gaps, which is only obtained by varying the stub fingers.
  • the overlap length of the transducer fingers can be kept unchanged and in particular constant over the transducer length.
  • the variation according to the invention in the gap area is not limited to normal finger transducers. It is also possible to vary reflection-free split finger transducers according to the invention. Periodic variations have a period of four gaps because of the doubling of the number of fingers compared to a normal finger converter. A minimum period of two wavelengths for periodic variations is thus achieved, which then leads to a folding of the disruptive excitation function in the gap area, as already explained above.
  • transducers according to the invention can be designed as recursive transducers whose reflectivity is set such that the transducer has a preferred direction of wave propagation.
  • transducers which preferably allow wave propagation in only one direction one speaks of SPUDT transducers which are also designed according to the invention in such a way that they have a variation in the gap area. Since recursive transducers are characterized by different widths of the electrode fingers and / or spacings of the electrode fingers, uniform variations of the gaps with respect to at least one gap feature are not possible with directional transducers.
  • the invention is applicable, since a variation of the gaps is also possible here.
  • a transducer according to the invention finds a preferred application in a surface acoustic wave filter, for example is designed as a resonator filter.
  • the invention can be used in longitudinal dual mode resonator filters, so-called DMS filters.
  • DMS filters so-called DMS filters.
  • One-port resonators with transducers according to the invention are preferably used in the serial branch of reactance filters, since the additional conductance of known filters, which is switched off with the invention, has a particularly disruptive effect there.
  • a transducer according to the invention can be formed on a piezoelectric film, which in turn is applied to a substrate. Such a film can be produced in thin film processes.
  • a converter according to the invention is preferably formed on single-crystalline substrates, for example on the known materials quartz, lithium niobate, lithium tantalate or langasite.
  • the invention can, however, also be used on all other piezoelectric substrates in which surface areas can be produced and spread.
  • a transducer according to the invention can have a metallization made of a uniform material, in particular aluminum and its alloys. However, it is also possible to construct the converter from several layers, at least some of the individual layers being aluminum, at least
  • Main component has.
  • the remaining layers can be made of Cu, Mg, Ti, Zr, Sc or other metals.
  • the converter becomes more stable if an electrical signal with high power is coupled in and converted into a surface wave.
  • a broadband converter can also be obtained and modified according to the invention if it has finger widths and / or finger spacing that change in the transverse direction.
  • Such types of converters are also referred to as FAN converters.
  • the variation of finger widths and / or finger distances can be linear or hyperbolic, for example.
  • transducers can have varying finger widths and / or finger spacings when viewed in the transverse direction, this change being irregular.
  • Another transducer according to the invention is constructed as an irregular or non-periodic transducer and is composed, for example, of different cells, each of which differ in terms of finger widths and / or finger spacing.
  • Such an irregular transducer is obtained if the excitation function of the transducer is modulated and all degrees of freedom, including finger distances and finger widths, are used for the modulation.
  • Figure 1 shows a section of an inventive
  • FIG. 2 shows a transducer according to the invention with a further rectangular variation of the transverse gap position
  • FIG. 3 shows a transducer with a sinusoidal variation in the transverse gap position
  • FIG. 4 shows a converter with a sawtooth-like variation of the transverse gap position
  • FIG. 5 shows differently shaped electrode finger ends
  • FIG. 6 shows a converter with a combined linear variation of gap position and gap size.
  • FIG. 7 specifies several functions for varying one-dimensional gap parameters.
  • FIG. 8 compares the input admittance of single-gate resonators with transducers according to the invention with the admittance of single-gate resonators with known transducers.
  • FIG. 9 shows the insertion loss of a filter using single-gate resonators with transducers according to the invention.
  • Figure 1 shows a simple embodiment of the invention.
  • a section of a normal finger converter 1 is shown in the area of a busbar 3.
  • This converter has two electrode fingers 2 per wavelength.
  • the transducer is varied with respect to the transverse gap position.
  • the absolute amount ⁇ D by which the gaps 4 are shifted to a maximum is less than two electrode finger widths, that is, in the case of a normal finger converter, less than a distance which corresponds to half a wavelength at the center frequency.
  • FIG. 2 likewise shows a rectangular variation of the transverse gap position in a converter which is shown in sections.
  • the gaps are grouped into groups G1, G2, G3, .... to form four gaps, each offset transversely by a small amplitude.
  • G1, G2, G3, .... to form four gaps, each offset transversely by a small amplitude.
  • there is a convolution of the original excitation in the frequency range which in turn leads to a splitting, with the result that the admittance of the interfering excitation disappears from the stop band range.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the transverse position of the gaps 4 is also varied.
  • the transverse position of the gaps 4 follows a sine function as the transverse coordinate over the length of the transducer. This variation is also periodic and has a period length of around 12 gaps, for example.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention with variation of the transverse gap position. Seen over the length of the transducer, the gaps 4 are combined in groups G1, G2, G3, ..., each group Gn having a uniform pattern.
  • the pattern here consists of the combination of the gap positions of the gaps 4 belonging to the group in the region of the busbar 3 shown.
  • Each group here comprises four gaps corresponding to a period of four wavelengths.
  • Each pattern is identical here and has a linear variation in the transverse gap position in the group. Seen across all groups Gn, this results in a sawtooth-shaped variation in the gap position.
  • all group patterns are identical and with respect to the transverse arrangement at the same height.
  • the electrode finger ends which determine the shape of the gaps, are shown as rectangular, so that a rectangular gap shape also results with the same finger ends.
  • FIG. 5 shows an example of five possible shapes of finger ends, the known rectangular shape being shown in FIG. 5a.
  • FIGS. 5b and 5c show two forms of finger ends in which the finger ends are cut off at an angle.
  • FIG. 5d shows a rounded finger end, while the finger end according to FIG. 5e follows a concave function.
  • the finger ends can have any shape.
  • FIG. 6 shows a transducer according to the invention, in which the gaps, viewed over the length of the transducer, vary with respect to the gap position, the gap size and the gap shape or the shape of the electrode finger ends.
  • the fingers 2a stub fingers
  • the fingers 2a connected to the lower busbar 3 have a position of their finger ends which, viewed over the length of the transducer, follows a combined linear function.
  • the length of the stub fingers 2a decreases linearly in the direction x. This naturally shifts the position of the finger ends.
  • section b the length of the stub fingers 2a increases again linear.
  • the position of the ends of the fingers 2b, which are connected to the opposite busbar 5 changes.
  • the change in the finger end position is also linear here, so that there is a gap distance increasing linearly in the direction X in section a.
  • a linearly decreasing gap distance is realized in section b.
  • the shape of the finger ends can be varied so that the contour of the finger ends follows the contour of the envelope for all gaps. However, it is also possible to use finger ends of the same or different shapes for these or other embodiments.
  • FIG. 7 shows a number of exemplary functions, for which gap features such as gap position and gap size which can be expressed as one-dimensional variables can be varied.
  • the rectangular function according to FIG. 7a corresponds to a variation as has already been shown for the variations of the gap position with the aid of FIGS. 1 and 2. However, such a variation can also be applied to the size of the gaps.
  • the functions of FIGS. 7b and 7c correspond to possible variations, as has already been implemented in FIGS. 3 and 4 for the variation of the gap position. Further exemplary functions are shown in FIGS. 7d, 7e and 7f.
  • a transducer according to the invention can vary simultaneously with respect to two features according to a periodic function, the selected function being able to be different for each of the gap features.
  • the two gap features can also be varied simultaneously with any other combination of functions.
  • the same period is preferably used for the simultaneous variation of different features.
  • a converter according to the invention preferably also has the same or a similar variation in the area of the second busbar. If the variation of the gaps in the area of the other conductor rail is carried out with the same function, but with a different period or a different phase or with a completely different function, the disturbing conductance of the upper and lower gaps is carried out differently and thus shifted differently.
  • the invention can also be used in cascaded one-gate resonators. These include a converter that is divided into sub-converters connected in series. Such a partial transducer comprises at least one electrode finger, but preferably groups of electrode fingers, which are connected to a common, correspondingly long, connecting bus bar that is located transversely in the middle of the transducer.
  • the variation according to the invention can also include the gap size and / or the gap position and / or the shape of the finger ends. Particularly when the gap position varies, the connecting busbar can follow the gap position.
  • the middle busbar arranged between two connected partial transformers can then be designed with different widths or with steps.
  • a converter according to the invention can be used, for example, in single-gate resonators.
  • FIG. 8 shows the input admittance of a one-gate resonator with an example according to
  • FIG. 1 trained transducer according to the invention.
  • the admittance of the resonator with the transducer according to the invention is shown by curve A, while a transducer which is identical in its other dimensions but not provided with the gap variation according to the invention has an input admittance according to curve B.
  • the entrance admittance of the known resonator shows an interfering conductance at position S, which acts as a hump in the curve.
  • Single-gate resonators with transducers according to the invention show a steeply falling course in this area, which corresponds to an ideal excitation with the desired main mode.
  • FIG. 9 shows the transmission behavior of such a reactance filter on the basis of the function S 2 ⁇ - plotted over the wavelength (center frequency).
  • curve B corresponds to the transmission behavior of a reactance filter with known single-port resonators
  • curve A shows the transmission behavior of a filter that both has a single-gate resonator with a transducer according to the invention in the longitudinal branch and also in the transverse branch.
  • the left flank is designed to be significantly steeper, while the bandwidth of the filter is only insignificantly reduced according to curve A.
  • the lower insertion loss above the center frequency see arrow on the right
  • the transmission curve A is also flatter and shows a lower one
  • transducers according to the invention in transversal modes coupled resonator filters (TMR filter).
  • TMR filter transversal modes coupled resonator filters
  • Such filters have such a high aperture that the acoustic wave can propagate in the form of several transverse modes. Even in such cases, disturbing suggestions occur in the area of the gaps, which can be avoided with the invention.
  • the invention is also used for identification marks in surface wave technology. These include a converter according to the invention and at least one reflector. An electrical signal applied to the converter is converted into a surface wave, reflected on the reflector and converted back into an electrical signal in the same converter. The signal, which is generally unchanged after the double conversion, is less affected by disturbing excitations with a converter according to the invention or with a delay line with a converter according to the invention.

Landscapes

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Abstract

An electroacoustic converter (1) for a component operating with surface waves, in particular for a surface wave filter, is disclosed, whereby a variation in the gaps (4), in the gap region, with regard to at least one feature selected from transverse arrangement, size and form is carried out in order to suppress interfering excitation. As a result of the limited dimensional change ( DELTA D) in relation to the finger length the desired main excitation in the converter remains essentially unchanged, the interfering excitations on the other hand are rendered ineffective by shifting or splitting up.

Description

Beschreibungdescription
Wandler für Oberflächenwellen mit verbesserter Unterdrückung störender AnregungTransducer for surface waves with improved suppression of disturbing excitation
Ein Oberflächenwellenbauelement umfaßt mindestens einen elek- troakustischen Wandler, der auf einem kristallinen oder keramischen piezoelektrischen Substrat oder auf einem piezoelektrischen dünnen Film angeordnet ist. Der elektroakustische Wandler besitzt eine periodische Fingerstruktur, wobei die Finger in der Regel alternierend an zwei unterschiedliche Sammelelektroden (Busbars) angeschlossen sind. Die Periode der Fingerstruktur bestimmt die Resonanzfrequenz des Wandlers, welche der Frequenz entspricht, bei der die elektroaku- stische Wandlung mit dem größten Wirkungsgrad stattfindet.A surface acoustic wave component comprises at least one electroacoustic transducer, which is arranged on a crystalline or ceramic piezoelectric substrate or on a piezoelectric thin film. The electroacoustic transducer has a periodic finger structure, the fingers usually being alternately connected to two different collecting electrodes (bus bars). The period of the finger structure determines the resonance frequency of the transducer, which corresponds to the frequency at which the electroacoustic conversion takes place with the greatest efficiency.
Bei einem Oberflächenwellenresonator ist bei der Resonanzfrequenz die Impedanz des Resonators nahezu null.In the case of a surface wave resonator, the impedance of the resonator is almost zero at the resonance frequency.
Die wichtigen Eigenschaften des Wandlers werden im wesentli- chen durch Anzahl, Breite, Abstand und Anschlußfolge der Elektrodenfinger sowie durch die Apertur des Wandlers bestimmt. Diese sind in der Regel so gewählt, daß möglichst ausschließlich nur eine akustische Schwingungsmode angeregt wird, auf die hin das Design bzgl. der genannten variierbaren Parameter optimiert wird.The important properties of the transducer are essentially determined by the number, width, distance and connection sequence of the electrode fingers as well as by the aperture of the transducer. As a rule, these are selected such that, as far as possible, only an acoustic oscillation mode is excited, to which the design is optimized with respect to the aforementioned variable parameters.
Eine Anwendung für Oberflächenwellenbauelemente ist der Aufbau von Reaktanzfiltern aus Oberflächenwellen Eintorresonatoren. Eine wichtige Kenngröße dieser Reaktanzfilter ist die Einfügedämpfung, die der maximalen Dämpfung eines das Filter durchlaufenden Signals im Durchlaßbereich entspricht. Alles was die Einfügedämpfung erhöht, verschlechtert die Performance des Gesamtsystems, so daß hier auch geringste Verluste zu vermeiden sind.One application for surface wave components is the construction of reactance filters from surface wave single gate resonators. An important parameter of these reactance filters is the insertion loss, which corresponds to the maximum attenuation of a signal passing through the filter in the pass band. Anything that increases the insertion loss deteriorates the performance of the overall system, so that even the slightest losses can be avoided.
Resonatoren, die im Parallelzweig von Reaktanzfiltern verwendet werden, sollten oberhalb ihrer Resonanzfrequenz einen möglichst verschwindenden Realteil der Eingangsadmittanz aufweisen. Ein dort von Mull verschiedener Realteil der Eingangsadmittanz des Parallelresonators führt nämlich zu einer im Durchlaßbereich des Reaktanzfilters unerwünschten Leitfä- higkeit und damit zu einem Abfluß von Signalenergie und damit zu einer erhöhten Einfügedämpfung. Die Eingangsadmittanz eines heute üblicherweise verwendeten Eintorresonators zeigt nun genau in diesem Bereich eine Schulter, die damit zu einer erhöhten Einfügedämpfung in einem Reaktanzfilter führt. Für diese bereits auch von anderen erkannte Schulter sind aber bislang keine Maßnahmen bekannt, um sie wirksam zu unterdrük- ken.Resonators used in the parallel branch of reactance filters should have one above their resonance frequency have as small as possible a real part of the input admittance. A real part of the input admittance of the parallel resonator, which is different from Mull there, leads to an undesired conductivity in the passband of the reactance filter and thus to an outflow of signal energy and thus to an increased insertion loss. The input admittance of a single-gate resonator commonly used today now shows a shoulder in precisely this area, which therefore leads to increased insertion loss in a reactance filter. So far, no measures are known for this shoulder, which has already been recognized by others, in order to effectively suppress it.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen elek- troakustisehen Wandler für ein mit Oberflächenwe11en arbeitendes Bauelement anzugeben, bei dem dieser Verlustmechanismus unterdrückt wird, und mit dessen Hilfe insbesondere Ober- flächenwellenfilter hergestellt werden können, die eine verbesserte Einfügedämpfung aufweisen.It is therefore an object of the present invention to provide an electroacoustic transducer for a component working with surface areas, in which this loss mechanism is suppressed, and with the aid of which surface wave filters in particular can be produced which have improved insertion loss.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektroakusti- sehen Wandler mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by an electroacoustic transducer with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung beruht nicht zuletzt darauf, daß der genannte Verlustmechanismus von den Erfindern zugeordnet werden konnte. Sie haben erkannt, daß der Bereich der transversalen Gaps, also der Bereich der Fingerenden der Wandlerfinger, ei- ne Restleitfähigkeit des Wandlers erzeugt. Diese Restleitfähigkeit konnte einer störenden Anregung im Bereich der transversalen Gaps zugeordnet werden, die zu einer zusätzlichen Konduktanz führt, die zwischen der Resonanz un der Mitte des Stopbandes liegt. Diese direkte Anregung nimmt nur teilweise am Reflexionsgeschehen teil, da ja bei einem Normalfingerwandler im Gapbereich an jedem zweiten Finger ein Gap vorhanden ist und daher jeder zweite Finger als Reflexionsstelle ausfällt. Die Anregung findet trotzdem statt und zwar über Streufelder, die im Gapbereich zu einer Anregung mit einem angenäherten (sin x) /x Verhalten führt. Diese Anregung, die sich als Parallelleitwert manifestiert, muß additiv in der Admittanz der Hauptanregung berücksichtigt werden.The invention is based not least on the fact that the loss mechanism mentioned could be assigned by the inventors. You have recognized that the area of the transverse gaps, ie the area of the finger ends of the transducer fingers, creates a residual conductivity of the transducer. This residual conductivity could be assigned to a disturbing excitation in the area of the transverse gaps, which leads to an additional conductance that lies between the resonance and the center of the stop band. This direct excitation only partially takes part in the reflection process, since with a normal finger transducer there is a gap on every second finger in the gap area and therefore every second finger as a reflection point fails. Nevertheless, the excitation takes place via stray fields, which leads to an excitation in the gap area with an approximate (sin x) / x behavior. This excitation, which manifests itself as a parallel conductance, must be taken into account in the admittance of the main excitation.
Die Erfindung gibt nun einen Wandler an, bei der diese störende Anregung im Gapbereich so modifiziert ist, daß sie entweder unterdrückt oder an eine Frequenzlage verschoben wird, an der sie nicht stört, wenn diese z.B. ausreichend vom Paßband entfernt, oder wenn dort bereits ausreichend Dämpfung besteht . Ein erfindungsgemäßer Wandler wird dazu bezüglich Anzahl, Breite, longitudinaler Position und Anschlußfolge der Finger sowie bezüglich seiner Apertur in herkömmlicher Weise konstruiert, womit die wesentlichen Eigenschaften des Wandlers, die seine Hauptschwingungsmode bestimmen, festgelegt sind. Zur Unterdrückung der störenden Anregung werden die Gaps jedoch einer Variation bezüglich mindestens eines Merkmals unterzogen, welches ausgewählt ist aus transversale An- Ordnung, Größe und Form der Gaps. Dabei wird die durch die Variation bedingte Dimensionsänderung der Gaps bzw. der Betrag der Verschiebung der Gaps klein gehalten im Vergleich zur Fingerlänge.The invention now specifies a transducer in which this disturbing excitation in the gap area is modified in such a way that it is either suppressed or shifted to a frequency position at which it does not interfere, e.g. sufficiently removed from the passband, or if there is already sufficient attenuation. For this purpose, a transducer according to the invention is constructed in a conventional manner with regard to the number, width, longitudinal position and connection sequence of the fingers and with regard to its aperture, whereby the essential properties of the transducer, which determine its main vibration mode, are defined. To suppress the disturbing excitation, however, the gaps are subjected to a variation with respect to at least one feature which is selected from the transverse arrangement, size and shape of the gaps. The change in dimension of the gaps or the amount of displacement of the gaps caused by the variation is kept small in comparison to the finger length.
Eine jede Variation der Gaps entlang des Wandlers führt zu einer Störung der Anregung im Bereich der Gaps, die zu einer Verschiebung oder Dämpfung der unerwünschten Anregung führt . Damit ist es möglich, die unerwünschte Anregung aus dem störenden Bereich des Stopbandes zu entfernen.Every variation of the gaps along the transducer leads to a disturbance of the excitation in the area of the gaps, which leads to a shift or damping of the undesired excitation. This makes it possible to remove the unwanted excitation from the disturbing area of the stop band.
Eine bevorzugte Methode zur Unterdrückung der störenden Anregung erhält man, wenn die Variation der Gaps nicht statistisch, sondern periodisch oder quasi periodisch erfolgt. Dies ist bereits dann erreicht, wenn sich eines der zu vari- ierenden Gapmerkmale als eindimensionale Größe ausdrücken läßt, die dann von Gap zu Gap so variiert, daß die einzelnen Gapmerkmale über die Länge des Wandlers einer periodischen Hüllkurve folgen.A preferred method for suppressing the disturbing excitation is obtained when the gaps are not varied statistically, but periodically or quasi-periodically. This is already achieved when one of the gap features to be varied can be expressed as a one-dimensional quantity, which then varies from gap to gap in such a way that the individual Gap features follow a periodic envelope over the length of the transducer.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, im Wandler jeweils zu- mindest zwei Gaps zu einer Gruppe zusammenzufassen und die periodische Variation von Gruppe zu Gruppe vorzunehmen. Jede Gruppe kann dabei die gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl von Gaps umfassen. Jede Gruppe kann ein durch die Gesamtzahl der zur Gruppe gehörigen Gaps gebildetes Muster auf- weisen, welches sich aus der relativen transversalen Anordnung, der Größe und/oder der Form der Gaps innerhalb der Gruppe definiert. Die periodische Variation kann nun durch Veränderung von zumindest einem Parameter von Gruppe zu Gruppe erfolgen. Möglich ist es jedoch auch, ein in jeder Gruppe zumindest weitgehend übereinstimmendes Muster vorzusehen, das jedoch bezüglich seiner absoluten transversalen Position im Wandler von Gruppe zu Gruppe variiert und insbesondere eine periodischen Variation über die Länge des Wandlers gesehen aufweist .According to the invention, it is also possible to combine at least two gaps into a group in the converter and to carry out the periodic variation from group to group. Each group can include the same or a different number of gaps. Each group can have a pattern formed by the total number of gaps belonging to the group, which pattern is defined by the relative transverse arrangement, the size and / or the shape of the gaps within the group. The periodic variation can now take place by changing at least one parameter from group to group. However, it is also possible to provide a pattern which at least largely corresponds in each group, but which varies from group to group with regard to its absolute transverse position in the transducer and, in particular, has a periodic variation over the length of the transducer.
Mit der Erfindung gelingt es, die unerwünschte Anregung zu unterdrücken oder so weit zu verschieben, daß sie nicht mehr störend auftritt. Dabei bleibt die Hauptmode, die die wesentlichen Eigenschaften und insbesondere das Paßband des Filters bestimmt, praktisch unverändert. Die Erfindung kann daher unabhängig von einem gegebenen Wandlerdesign bei allen Arten von Wandlern eingesetzt werden, die eine Mehrzahl von kammartig ineinandergreifenden Elektrodenfingern aufweisen. Die Erfindung nützt dabei die Tatsache, daß die störende Anregung im Gapbereich ein (sin x) /x Verhalten aufweist, welches wie eine normale Anregung auch entsprechend verändert und beeinflußt werden kann. Insbesondere die Zuordnung zumindest jeweils zweier Gaps zu einer Gruppe und deren periodische Veränderung über alle Gruppen führt dazu, daß die Anregungsfunk- tion (in diesem Fall die störende Anregung im Gapbereich) im Zeitbereich mit einer Funktion multipliziert wird, deren Periode der Länge einer Gruppe entspricht. Werden beispielswei- se Gruppen zu jeweils zwei Gaps gebildet und diese Gruppen jeweils tranversal und alternierend gegeneinander versetzt, so ergibt sich für die störende Anregung eine Faltung im Frequenzbereich, die zu einer Aufspaltung der Anregung führt. Aus der ursprünglichen, im Stopband störenden Admittanz werden also zwei neue Admittanzen, die im Vergleich zur ursprünglich störenden in ihrer Stärke wesentlich reduziert sind und weitab vom Stopband liegen und damit nicht mehr stören.With the invention it is possible to suppress the undesirable excitation or to shift it so far that it no longer occurs in a disruptive manner. The main mode, which determines the essential properties and in particular the passband of the filter, remains practically unchanged. The invention can therefore be used regardless of a given transducer design in all types of transducers which have a plurality of interdigitated electrode fingers. The invention makes use of the fact that the disturbing excitation in the gap area has a (sin x) / x behavior which, like normal excitation, can also be changed and influenced accordingly. In particular, the assignment of at least two gaps to a group and their periodic change across all groups means that the excitation function (in this case, the disturbing excitation in the gap area) is multiplied in the time domain by a function whose period corresponds to the length of a group , For example, If groups are formed into two gaps each and these groups are transversely and alternately offset from one another, the disturbing excitation results in a convolution in the frequency domain, which leads to a splitting of the excitation. The original admittance that is disruptive in the stop band thus becomes two new admittances that are considerably reduced in strength compared to the originally disruptive and are far from the stop band and therefore no longer interfere.
Andere periodische Variationen von Gaps bzw. Gapgruppen im erfindungsgemäßen Wandler führen zu einer komplexeren Aufspaltung der ursprünglichen störenden Anregung im Gapbereich. Dies führt unabhängig von der Art der Modifikation sowohl zu einer Verschiebung als auch zu einer Verminderung der störenden Anregung bzw. der störenden Konduktanz des Wandlers.Other periodic variations of gaps or gap groups in the transducer according to the invention lead to a more complex splitting of the original disturbing excitation in the gap area. Regardless of the type of modification, this leads both to a shift and to a reduction in the disturbing excitation or the disturbing conductance of the transducer.
Variierbare Größen sind Gapabstand, transversale Position und Form des Gaps. Die Variation kann eines , mehrere oder alle dieser Merkmale betreffen. Während transversale Position undVariables are gap spacing, transverse position and shape of the gap. The variation can affect one, several or all of these features. During transverse position and
Gapabstand (Größe des Gaps bzw. transversaler Abstand der Fingerenden) sich als eindimensionale Größen darstellen lassen, über die sich über die Länge des Wandlers gesehen eine beliebige Hüllkurve als periodische oder aperiodische Varia- tion legen läßt, stellt die Form der Gaps nur eine nulldimen- sionale Größe dar, bei der die Variation ungerichtet ist bzw. keiner Variationsfunktion folgen kann. Variationen allein bezüglich der Gapform werden vorzugsweise so ausgeführt, daß Gruppen von Gaps die jeweils einheitliche Form der Gaps oder ein Muster aus unterschiedlichen Gapformen aufweisen, gebildet werden, und daß die Gapform oder das Muster der Gapformen von Gruppe zu Gruppe variiert. Die Form der Gaps wird dabei von der zweidimensionalen Ausbildung der Fingerenden bestimmt, die bei herkömmlichen Wandlerfingern rechteckig ist. Erfindungsgemäße Wandler können beliebig geformte Fingerenden aufweisen, die beispielsweise abgerundet oder abgeschrägt sind, oder eine sonstige Form aufweisen. Obwohl die Erfindung auch eine Variation des Gapabstandes umfaßt, wird dieser vorzugsweise jedoch mit minimaler Größe ausgebildet, da auf diese Weise die störende Anregung, die ja erst durch die Gaps entsteht, weiter unterdrückt werden kann.Gap distance (size of the gap or transversal distance of the finger ends) can be represented as one-dimensional values, over which any envelope curve can be laid over the length of the transducer as a periodic or aperiodic variation, the shape of the gaps represents only a zero dimension sional size at which the variation is undirected or cannot follow a variation function. Variations on the gap shape alone are preferably carried out so that groups of gaps each having the same shape of the gaps or a pattern of different gap shapes are formed, and that the gap shape or the pattern of the gap shapes varies from group to group. The shape of the gaps is determined by the two-dimensional design of the finger ends, which is rectangular in conventional transducer fingers. Transducers according to the invention can have finger ends of any shape, for example rounded or beveled, or have another shape. Although the invention also includes a variation in the gap spacing, it is preferably designed with a minimal size, since in this way the disruptive excitation that arises only through the gaps can be further suppressed.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden im Gapbereich galvanisch nicht mit den übrigen Elektrodenfingern oder mit den Stromschienen verbundene Fingerabschnitte vorge- sehen.According to a further embodiment of the invention, finger sections that are not galvanically connected to the other electrode fingers or to the busbars are provided in the gap area.
Eine weitere einfache Möglichkeit zur Variation besteht in der gleichzeitigen Variation von transversaler Gapposition und Gapabstand. Eine solche Variation erhält man, wenn die Fingerenden der Wandlerfinger und die dazugehörigen Stummel- finger der jeweils gegenüberliegenden Stromschiene unabhängig voneinander betrachtet werden und über die Länge des Wandlers gesehen unabhängig gemäß jeweils einer Funktion in der transversalen Anordnung variiert werden. Die Variation von trans- versaler Position von Elektrodenfingerenden und Stummelfingerenden kann dabei unabhängig erfolgen, vorzugsweise jedoch mit gleicher Periode.Another easy way to vary is to simultaneously vary the transverse gap position and gap distance. Such a variation is obtained if the finger ends of the transducer fingers and the associated stub fingers of the opposite busbar are viewed independently of one another and, viewed over the length of the transducer, are varied independently according to a function in the transverse arrangement. The variation of the transverse position of the electrode finger ends and stub finger ends can take place independently, but preferably with the same period.
Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung betrifft auch Wandler, bei denen die Gaps nicht jeweils zwischen einemA possible embodiment of the invention also relates to transducers in which the gaps are not between each
Stummelfingerende und dem entsprechenden Elektrodenfingerende gebildet sind, sondern zwischen dem Elektrodenfingerende und dem entsprechenden benachbarten Busbar. In diesem Fall kann zur Variation der Gapgröße die Position der Elektrodenfinge- renden über den Wandler variiert werden. Die Variation der transversalen Gapposition gelingt bei erfindungsgemäßen Wandlern ohne Stummelfinger auch durch variierende Breite des Busbars. Die zum Fingerende weisende Kante des Busbars kann dabei der Position des Fingerendes folgen, so daß im Bereich eines kurzen Elektrodenfingers der Busbars im gleichen Maße breiter ausgebildet ist, und sich ein konstanter Gapabstand ergibt. Auch unterschiedliche Gapabstände sind ebenso wie ei- ne Variation der Gapform bei solchen Wandlern ohne Stummelfinger möglich.Butt finger end and the corresponding electrode finger end are formed, but between the electrode finger end and the corresponding adjacent bus bar. In this case, the position of the electrode finger ends can be varied via the transducer to vary the gap size. The variation of the transverse gap position in transducers according to the invention without a stub finger is also achieved by varying the width of the busbar. The edge of the busbar pointing towards the end of the finger can follow the position of the end of the finger, so that the area of a short electrode finger of the busbar is of the same degree wider and there is a constant gap distance. Different gap distances are also ne variation of the gap shape possible with such transducers without stub fingers.
Erfindungsgemäße Wandler können eine Variation im Gapbereich auf nur einer Seite des Wandlers, also im Bereich von nur einer Stromschiene (Busbar) aufweisen, vorzugsweise jedoch auf beiden Seiten. Vorzugsweise wird die Variation auf beiden Seiten in gleicher Weise ausgeführt. In Fällen stark unterschiedlicher Wandlerumgebung auf unterschiedlichen Seiten kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Variation der Gaps auf beiden Seiten entsprechend unterschiedlich zu gestalten.Transducers according to the invention can have a variation in the gap area on only one side of the converter, that is to say in the area of only one busbar, but preferably on both sides. The variation is preferably carried out in the same way on both sides. In the case of strongly different transducer environments on different sides, however, it can also be advantageous to design the variation of the gaps on both sides accordingly differently.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Gaps zu Gruppen zusammengefaßt, die jeweils wiederum zumindest zwei Untergruppen umfassen. Jede Untergruppe weist ein Untergruppenmuster auf, gebildet aus Größe und/oder Form der Gaps und/oder aus der relativen transversalen Position der Gaps innerhalb der Untergruppe. In jeder Gruppe sind zumindest zwei unterschiedliche Untergruppenmuster vorgesehen, die al- ternierend zumindest einmal je Gruppe vorkommen. Jedes Untergruppenmuster kann darüber hinaus ebenfalls eine periodische Variation bezüglich zumindest eines Merkmals aufweisen. Auf diese Weise gelingt es, die Anregung im Gapbereich mit zumindest zwei unterschiedlichen Funktionen zu modulieren, die un- terschiedliche Perioden besitzen. Dies führt zu einer mehrfachen Aufspaltung der störenden Admittanz und damit zu einer weiter verbesserten Unterdrückung des störenden Signals im Anregungsverhalten des erfindungsgemäßen Wandlers .In a further embodiment of the invention, the gaps are combined into groups, each of which in turn comprise at least two subgroups. Each subgroup has a subgroup pattern formed from the size and / or shape of the gaps and / or from the relative transverse position of the gaps within the subgroup. At least two different subgroup patterns are provided in each group, which occur alternately at least once per group. In addition, each subgroup pattern can also have a periodic variation with respect to at least one feature. In this way, it is possible to modulate the excitation in the gap area with at least two different functions that have different periods. This leads to a multiple splitting of the interfering admittance and thus to a further improved suppression of the interfering signal in the excitation behavior of the converter according to the invention.
Periodische Variationen innerhalb einer Untergruppe oder innerhalb einer Gruppe bezüglich transversaler Anordnung und/oder Größe der Gaps können sinusförmig, dreiecksförmig, sägezahnförmig, halbkreisförmig oder anderen periodischen Funktionen folgend ausgeführt werden. Die Variation kann au- ßerdem linear sein oder eine Kombination aus mehreren linearen Variationen umfassen. Beispielsweise kann die Variation bezüglich der absoluten transversalen Position der Gaps im Wandler oder bezüglich der relativen transversalen Position der Gaps innerhalb einer Gruppe oder Untergruppe linear sein. Eine Periodische Variation kann aber auch beispielsweise eine Kombination von linear ansteigenden und linear abfallenden Gappositionen umfassen. In gleicher Weise kann eine solche Variation natürlich auch die Gapgröße, also den Abstand von Elektrodenfingerenden zu Stummelfingerenden betreffen.Periodic variations within a subgroup or within a group with regard to the transverse arrangement and / or size of the gaps can be carried out sinusoidally, triangularly, sawtoothedly, semicircularly or following other periodic functions. The variation can also be linear or comprise a combination of several linear variations. For example, the variation in the absolute transverse position of the gaps in the Transducer or be linear with respect to the relative transverse position of the gaps within a group or subgroup. A periodic variation can also include, for example, a combination of linearly increasing and linearly decreasing gap positions. In the same way, such a variation can of course also affect the gap size, ie the distance from the electrode finger ends to the stub finger ends.
Die linearen Variationen oder Kombinationen von linearen Va- riationen zumindest eines Merkmals der Gaps können auch mit anderen Variationen, beispielsweise den sinus- oder halbkreisförmigen Variationen kombiniert sein. Bei einer Variation bezüglich des- Gapabstands kann die Form der Fingerenden und damit auch die Form der Gaps der Hüllkurve für die ent- lang der Wandlerlänge aufgetragenen Gapabstände folgen.The linear variations or combinations of linear variations of at least one feature of the gaps can also be combined with other variations, for example the sinusoidal or semicircular variations. With a variation in the gap distance, the shape of the finger ends and thus also the shape of the gaps can follow the envelope curve for the gap distances plotted along the transducer length.
Wie bereits erwähnt bleiben die Eigenschaften des Wandlers durch die Variationen im Gapbereich im Wesentlichen unverändert. Dies wird erreicht, indem alle Dimensionsänderungen bei der Variationen der Gaps relativ klein im Vergleich zur Wandlerfingerlänge bleiben. Ein vollständig ausreichender Effekt wird erzielt, wenn die Dimensionsänderung bei der Variation der Gaps die doppelte Fingerbreite eines Wandlerfingers beträgt. Damit liegt die Variation weit unterhalb der Variatio- nen, die zur Wichtung des Wandlers und damit zur Formung der Übertragungsfunktion des Wandlers verwendet werden. Im Gegenteil, mit der Erfindung soll gerade die Admittanz des Wandlers unverändert bleiben und lediglich um die störende Anregung, die nichts mit der gewünschten Anregung zu tun hat, vermindert werden. Vollständig ohne Wechselwirkung auf dieAs already mentioned, the properties of the converter remain essentially unchanged due to the variations in the gap area. This is achieved by keeping all dimensional changes in the variation of the gaps relatively small compared to the transducer finger length. A completely sufficient effect is achieved if the dimensional change in the variation of the gaps is twice the finger width of a transducer finger. This means that the variation is far below the variations used to weight the converter and thus to shape the transfer function of the converter. On the contrary, with the invention, the admittance of the transducer should remain unchanged and only be reduced by the disturbing excitation, which has nothing to do with the desired excitation. Completely without interaction with the
Anregungsfunktion bleibt eine Variation der Gaps, die nur durch Variation der Stummelfinger erhalten wird. Die Überlappungslänge der Wandlerfinger kann dabei unverändert und insbesondere über die Wandlerlänge konstant gehalten werden. Möglich ist es jedoch auch, die Variation bezüglich der Gaps mit einer normalen Phasen- oder Weglaßwichtung zu kombinieren. Desgleichen ist die erfindungsgemäße Variation im Gapbereich nicht auf Normalfingerwandler beschränkt. Möglich ist es auch, reflexionsfreie Splitfingerwandler erfindungsgemäß zu variieren. Periodische Variationen weisen dabei wegen der gegenüber einem Normalfingerwandler verdoppelten Fingerzahl eine Periode von vorteilhafterweise vier Gaps auf. So wird eine Minimalperiode von zwei Wellenlängen für periodische Variationen erreicht, die dann zu einer Faltung der störenden An- regungsfunktion im Gapbereich führt, wie schon weiter oben ausgeführt .The excitation function remains a variation of the gaps, which is only obtained by varying the stub fingers. The overlap length of the transducer fingers can be kept unchanged and in particular constant over the transducer length. However, it is also possible to combine the variation in the gaps with a normal phase or omission weighting. Likewise, the variation according to the invention in the gap area is not limited to normal finger transducers. It is also possible to vary reflection-free split finger transducers according to the invention. Periodic variations have a period of four gaps because of the doubling of the number of fingers compared to a normal finger converter. A minimum period of two wavelengths for periodic variations is thus achieved, which then leads to a folding of the disruptive excitation function in the gap area, as already explained above.
Ebenso können erfindungsgemäße Wandler als rekursive Wandler ausgebildet sein, deren Reflektivität so eingestellt ist, daß der Wandler eine bevorzugte Wellenausbreitungsrichtung aufweist. Bei Wandlern, die Wellenausbreitung bevorzugt in nur einer Richtung ermöglichen, spricht man von SPUDT-Wandlern, die ebenfalls erfindungsgemäß so ausgeführt werden, daß sie eine Variation im Gapbereich aufweisen. Da sich rekursive Wandler durch unterschiedliche Breiten der Elektrodenfinger und/oder Abstände der Elektrodenfinger auszeichnen, sind gleichförmige Variationen der Gaps bezüglich zumindest eines Gapmerkmals bei gerichteten Wandler nicht möglich. In einfacher Weise wird bei rekursiven Wandlern jedoch eine Auftei- lung der Gaps in Gruppen möglich, denen jeweils ein bestimmtes Gruppenmuster zugeordnet werden kann, welches bezüglich Art oder transversaler Position über die Wandlerlänge erfindungsgemäß variiert werden kann.Likewise, transducers according to the invention can be designed as recursive transducers whose reflectivity is set such that the transducer has a preferred direction of wave propagation. In the case of transducers which preferably allow wave propagation in only one direction, one speaks of SPUDT transducers which are also designed according to the invention in such a way that they have a variation in the gap area. Since recursive transducers are characterized by different widths of the electrode fingers and / or spacings of the electrode fingers, uniform variations of the gaps with respect to at least one gap feature are not possible with directional transducers. In the case of recursive transducers, however, it is possible in a simple manner to divide the gaps into groups, each of which can be assigned a specific group pattern, which can be varied according to the invention in terms of type or transverse position over the transducer length.
Auch bei Wandlern, die aufgrund des beam-steering EffektsAlso with converters due to the beam steering effect
(Energieausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle nicht vertikal zu den Elektrodenfingern) schräg ausgeführt werden, ist die Erfindung anwendbar, da auch hier eine Variation der Gaps möglich ist.(Energy propagation direction of the surface wave is not vertical to the electrode fingers), the invention is applicable, since a variation of the gaps is also possible here.
Eine bevorzugte Anwendung findet ein erfindungsgemäßer Wandler in einem Oberflächenwellenfilter, welches beispielsweise als Resonatorfilter ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Erfindung bei longitudinalen Dual Mode Resonatorfiltern, sogenannten DMS Filtern eingesetzt werden. Möglich ist es jedoch auch, die interdigitalen Wandler von Eintorresonatoren erfindungsgemäß auszugestalten und letztere in einem Reaktanzfilter einzusetzen. Von Vorteil ist es dabei bereits, wenn innerhalb eines mehrere Eintorresonatoren umfassenden Reaktanzfilters nur ein Filter einen Resonator mit einem erfindungsgemäßen Wandler aufweist. Bevorzugt werden Eintorre- sonatoren mit erfindungsgemäßen Wandlern im seriellen Zweig von Reaktanzfiltern eingesetzt, da sich dort die zusätzliche Konduktanz bekannter Filter besonders störend auswirkt, die mit der Erfindung ausgeschaltet wird.A transducer according to the invention finds a preferred application in a surface acoustic wave filter, for example is designed as a resonator filter. For example, the invention can be used in longitudinal dual mode resonator filters, so-called DMS filters. However, it is also possible to design the interdigital transducers of single-gate resonators according to the invention and to use the latter in a reactance filter. It is already advantageous if only one filter has a resonator with a transducer according to the invention within a reactance filter comprising several single-gate resonators. One-port resonators with transducers according to the invention are preferably used in the serial branch of reactance filters, since the additional conductance of known filters, which is switched off with the invention, has a particularly disruptive effect there.
Ein erfindungsgemäßer Wandler kann auf einem piezoelektrischen Film, welcher wiederum auf einem Substrat aufgebracht ist, ausgebildet sein. Ein solcher Film kann in Dünnschichtverfahren hergestellt sein. Vorzugsweise wird ein erfindungs- gemäßer Wandler jedoch auf einkristallinen Substraten ausge- bildet, beispielsweise auf den bekannten Materialien Quarz, Lithiumniobat , Lithiumtantalat oder Langasit. Neben diesen gebräuchlichen Substraten ist die Erfindung jedoch auch auf allen anderen piezoelektrischen Substraten einsetzbar, in denen Oberflächenwe11en erzeugbar und ausbreitungsfähig sind.A transducer according to the invention can be formed on a piezoelectric film, which in turn is applied to a substrate. Such a film can be produced in thin film processes. However, a converter according to the invention is preferably formed on single-crystalline substrates, for example on the known materials quartz, lithium niobate, lithium tantalate or langasite. In addition to these customary substrates, the invention can, however, also be used on all other piezoelectric substrates in which surface areas can be produced and spread.
Ein erfindungsgemäßer Wandler kann eine Metallisierung aus einem einheitlichen Material aufweisen, insbesondere aus Aluminium und dessen Legierungen. Möglich ist es jedoch auch, den Wandler aus mehreren Schichten aufzubauen, wobei zumin- dest ein Teil der Einzelschichten Aluminium als zumindestA transducer according to the invention can have a metallization made of a uniform material, in particular aluminum and its alloys. However, it is also possible to construct the converter from several layers, at least some of the individual layers being aluminum, at least
Hauptbestandteil aufweist. Die übrigen Schichten können aus Cu, Mg, Ti, Zr, Sc oder auch anderen Metallen ausgebildet sein. Auf diese Weise gelingt eine erhöhte Beständigkeit des Wandlers, wenn ein elektrisches Signal mit hoher Leistung eingekoppelt und in eine Oberflächenwelle umgewandelt wird. Erfindungsgemäße Wandler sind nicht auf einheitliche Fingerperioden beschränkt . Erfindungsgemäße Wandler können daher auch in longitudinaler Richtung zunehmende oder abnehmende Fingerbreiten und/oder Fingerabstände (= Fingerperiode) auf- weisen. Solche Wandler werden auch als gechirpte Wandler bezeichnet. Auf Grund der sich über die Wandlerlänge ändernden Periodizität weist ein solcher Wandler eine erhöhte Bandbreite auf.Main component has. The remaining layers can be made of Cu, Mg, Ti, Zr, Sc or other metals. In this way, the converter becomes more stable if an electrical signal with high power is coupled in and converted into a surface wave. Transducers according to the invention are not restricted to uniform finger periods. Transducers according to the invention can therefore also have increasing or decreasing finger widths and / or finger spacings (= finger period) in the longitudinal direction. Such converters are also called chirped converters. Due to the periodicity changing over the transducer length, such a transducer has an increased bandwidth.
Ein breitbandiger Wandler kann auch erhalten und erfindungsgemäß modifiziert werden, wenn er in transversaler Richtung sich ändernde Fingerbreiten und/oder Fingerabstände aufweist. Solche Wandlertypen werden auch als FAN-Wandler bezeichnet. Die Variation von Fingerbreiten und/oder Fingerabständen kann dabei zum Beispiel linear oder hyperbolisch erfolgen. Außerdem können Wandler in transversaler Richtung gesehen variierende Fingerbreiten und/oder Fingerabstände aufweisen, wobei diese Änderung unregelmäßig ist.A broadband converter can also be obtained and modified according to the invention if it has finger widths and / or finger spacing that change in the transverse direction. Such types of converters are also referred to as FAN converters. The variation of finger widths and / or finger distances can be linear or hyperbolic, for example. In addition, transducers can have varying finger widths and / or finger spacings when viewed in the transverse direction, this change being irregular.
Möglich ist es auch, den Wandler als fokussierenden Wandler auszubilden und erfindungsgemäß zu modifizieren.It is also possible to design the converter as a focusing converter and to modify it according to the invention.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Wandler ist als unregelmäßiger bzw. unperiodischer Wandler aufgebaut und ist beispielsweise aus unterschiedlichen Zellen zusammengesetzt, die sich jeweils bezüglich der Fingerbreiten und/oder Fingerabstände unterscheiden. Ein solcher unregelmäßiger Wandler wird erhalten, wenn die Anregungsfunktion des Wandlers moduliert wird und zur Modulierung alle Freiheitsgrade, eben auch Fingerab- stände und Fingerbreiten ausgenützt werden.Another transducer according to the invention is constructed as an irregular or non-periodic transducer and is composed, for example, of different cells, each of which differ in terms of finger widths and / or finger spacing. Such an irregular transducer is obtained if the excitation function of the transducer is modulated and all degrees of freedom, including finger distances and finger widths, are used for the modulation.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the associated figures.
Figur 1 zeigt ausschnittsweise einen erfindungsgemäßenFigure 1 shows a section of an inventive
Wandler mit rechteckförmiger Variation der transversalen Position der Gaps, Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler mit einer weiteren rechteckförmigen Variation der transversalen Gapposition,Converter with rectangular variation of the transverse position of the gaps, FIG. 2 shows a transducer according to the invention with a further rectangular variation of the transverse gap position,
Figur 3 zeigt einen Wandler mit sinusförmiger Variation der transversalen Gapposition,FIG. 3 shows a transducer with a sinusoidal variation in the transverse gap position,
Figur 4 zeigt einen Wandler mit sägezahnartiger Variation der transversalen Gapposition,FIG. 4 shows a converter with a sawtooth-like variation of the transverse gap position,
Figur 5 zeigt verschieden geformte Elektrodenfingerenden,FIG. 5 shows differently shaped electrode finger ends,
Figur 6 zeigt einen Wandler mit kombiniert linearer Varia- tion von Gapposition und Gapgröße.FIG. 6 shows a converter with a combined linear variation of gap position and gap size.
Figur 7 gibt mehrere Funktionen zur Variation von eindimensionalen Gapparametern an.FIG. 7 specifies several functions for varying one-dimensional gap parameters.
Figur 8 vergleicht die Eingangsadmittanz von Eintorresonatoren mit erfindungsgemäßen Wandlern mit der Admittanz von Eintorresonatoren mit bekannten Wandlern.FIG. 8 compares the input admittance of single-gate resonators with transducers according to the invention with the admittance of single-gate resonators with known transducers.
Figur 9 zeigt die Einfügedämpfung eines Filters unter Ver- Wendung von Eintorresonatoren mit erfindungsgemäßen Wandlern.FIG. 9 shows the insertion loss of a filter using single-gate resonators with transducers according to the invention.
Figur 1 zeigt eine einfache Ausführungsform der Erfindung. Dargestellt ist ausschnittsweise ein Normalfingerwandler 1 im Bereich einer Stromschiene 3. Dieser Wandler weist zwei Elek- trodenfinger 2 pro Wellenlänge auf. In dieser Ausführung ist der Wandler bezüglich der transversalen Gapposition variiert. Der absolute Betrag ΔD, um den die Gaps 4 maximal verschoben werden, beträgt hier weniger als zwei Elektrodenfingerbreiten, bei einem Normalfingerwandler also weniger als eine Strecke, die einer halben Wellenlänge bei Mittenfrequenz entspricht. Durch paarweise Versetzung jeweils zweier benachbarter Gaps gegen die jeweils zwei benachbarten Paare von Gaps wird die störende Anregung im Gapbereich in der Zeitdomäne mit einer weiteren Anregungsfunktion multipliziert, die eine Periode von vier OFW-Wellenlängen hat. Dabei ergibt sich eine Faltung im Frequenzbereich und damit eine Aufspaltung der An- regung, die dadurch aus dem Stopbandbereich verschwindet.Figure 1 shows a simple embodiment of the invention. A section of a normal finger converter 1 is shown in the area of a busbar 3. This converter has two electrode fingers 2 per wavelength. In this embodiment, the transducer is varied with respect to the transverse gap position. The absolute amount ΔD by which the gaps 4 are shifted to a maximum is less than two electrode finger widths, that is, in the case of a normal finger converter, less than a distance which corresponds to half a wavelength at the center frequency. By pairing two adjacent gaps against the two adjacent pairs of gaps the disruptive excitation in the gap area in the time domain is multiplied by a further excitation function that has a period of four SAW wavelengths. This results in a convolution in the frequency range and thus a splitting of the excitation, which then disappears from the stop band range.
Figur 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel ebenfalls eine rechteckförmige Variation der transversalen Gapposition in einem ausschnittsweise dargestellten Wandler. Die Gaps sind in Gruppen Gl, G2 , G3 , .... zu je vier Gaps zusammengefaßt, die jeweils gegeneinander um eine geringe Amplitude transversal versetzt sind. Auch hierbei ergibt sich eine Faltung der ursprünglichen Anregung im Frequenzbereich, die wiederum zu einer Aufspaltung führt, mit der Folge, daß die Admittanz der störenden Anregung aus dem Stopbandbereich verschwindet .As a second exemplary embodiment, FIG. 2 likewise shows a rectangular variation of the transverse gap position in a converter which is shown in sections. The gaps are grouped into groups G1, G2, G3, .... to form four gaps, each offset transversely by a small amplitude. Here too there is a convolution of the original excitation in the frequency range, which in turn leads to a splitting, with the result that the admittance of the interfering excitation disappears from the stop band range.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, bei der ebenfalls die transversale Position der Gaps 4 variiert ist. Die transversale Position der Gaps 4 folgt über die Länge des Wandlers gesehen einer Sinusfunktion als transversaler Koordinate. Auch diese Variation ist somit periodisch und weist eine Periodenlänge von hier zum Beispiel ca. 12 Gaps auf.FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, in which the transverse position of the gaps 4 is also varied. The transverse position of the gaps 4 follows a sine function as the transverse coordinate over the length of the transducer. This variation is also periodic and has a period length of around 12 gaps, for example.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit Variation der transversalen Gapposition. Über die Länge des Wandlers gesehen sind die Gaps 4 dabei in Gruppen Gl, G2 , G3 , ... zusammengefaßt, wobei jede Gruppe Gn ein einheitliches Muster aufweist. Das Muster besteht hier aus der Kombination der Gappositionen der zur Gruppe gehörigen Gaps 4 im Bereich der dargestellten Stromschiene 3. Jede Gruppe umfaßt hier vier Gaps entsprechend einer Periode von vier Wellenlängen. Jedes Muster ist hier identisch und weist in der Gruppe eine lineare Variation der transversalen Gapposition auf. Über alle Gruppen Gn gesehen ergibt sich dabei eine sägezahnförmige Variation der Gapposition. In der Ausführungsform gemäß Figur 4 sind alle Gruppenmuster identisch und bezüglich der transversalen Anordnung auf gleicher Höhe. Möglich ist es jedoch auch, zwar identische Gruppenmuster zu verwenden, diese aber von Gruppe zu Gruppe transversal gegeneinander zu versetzen. Dies wiederum kann beispielsweise mit einer Rechteckfunktion erfolgen, wie sie für Gruppen von Gaps in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist . Möglich ist es jedoch auch, die Muster gemäß einer beliebigen anderen Variation, vorzugsweise einer periodischen Variation bezüglich der transversalen Position gegeneinander zu verschieben.FIG. 4 shows a further embodiment of the invention with variation of the transverse gap position. Seen over the length of the transducer, the gaps 4 are combined in groups G1, G2, G3, ..., each group Gn having a uniform pattern. The pattern here consists of the combination of the gap positions of the gaps 4 belonging to the group in the region of the busbar 3 shown. Each group here comprises four gaps corresponding to a period of four wavelengths. Each pattern is identical here and has a linear variation in the transverse gap position in the group. Seen across all groups Gn, this results in a sawtooth-shaped variation in the gap position. In the embodiment according to FIG. 4, all group patterns are identical and with respect to the transverse arrangement at the same height. However, it is also possible to use identical group patterns, but to offset them transversely from group to group. This in turn can be done, for example, with a rectangular function, as is shown for groups of gaps in FIGS. 1 and 2. However, it is also possible to shift the patterns against one another in accordance with any other variation, preferably a periodic variation, with respect to the transverse position.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen bzw. den dazu gehörigen Figuren sind die Elektrodenfingerenden, die die Form der Gaps bestimmen, rechteckig dargestellt, so daß sich bei gleichen Fingerenden auch eine rechteckige Gapform ergibt. Möglich ist es jedoch auch, die Form der Fingerenden zu variieren und damit auch die Form der Gaps zu verändern. Figur 5 zeigt beispielhaft fünf mögliche Formen von Fingeren- den, wobei in Figur 5a die bekannte rechteckige Form dargestellt ist. Figur 5b und 5c zeigt zwei Form von Fingerenden, bei der die Fingerenden schräg abgeschnitten sind. Figur 5d zeigt ein abgerundetes Fingerende, während das Fingerende gemäß Figur 5e einer konkaven Funktion folgt. Die Fingerenden können jedoch erfindungsgemäß beliebig geformt sein.In the exemplary embodiments described above and the figures belonging to them, the electrode finger ends, which determine the shape of the gaps, are shown as rectangular, so that a rectangular gap shape also results with the same finger ends. However, it is also possible to vary the shape of the finger ends and thus also to change the shape of the gaps. FIG. 5 shows an example of five possible shapes of finger ends, the known rectangular shape being shown in FIG. 5a. FIGS. 5b and 5c show two forms of finger ends in which the finger ends are cut off at an angle. FIG. 5d shows a rounded finger end, while the finger end according to FIG. 5e follows a concave function. According to the invention, however, the finger ends can have any shape.
Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Wandler, bei der die Gaps über die Länge des Wandlers gesehen bezüglich der Gapposition, der Gapgröße und der Gapform bzw. der Form der Elek- trodenfingerenden variiert ist. Eine diesbezügliche Variation wird hierbei erhalten, wenn die mit der unteren Stromschiene 3 verbundenen Finger 2a (Stummelfinger) eine Position ihrer Fingerenden aufweisen, die über die Länge des Wandlers gesehen einer kombiniert linearen Funktion folgt. Im Abschnitt a nimmt die Länge der Stummelfinger 2a in Richtung x linear ab. Dabei verschiebt sich naturgemäß die Position der Fingerenden. Im Abschnitt b steigt die Länge der Stummelfinger 2a wiederum linear an. Unabhängig davon, vorzugsweise jedoch mit derselben Periode verändert sich die Position der Enden der Finger 2b, die mit der gegenüberliegenden Stromschiene 5 (in der Figur nur angedeutet) verbunden sind. Die Veränderung der Fingerendenposition ist hier ebenso linear, so daß sich im Abschnitt a ein in Richtung X linear ansteigender Gapabstand ergibt. Im Abschnitt b ist ein linear abnehmender Gapabstand realisiert. Zusätzlich kann die Form der Fingerenden so variiert werden, daß die Kontur der Fingerenden der Kontur der Hüllkurve für alle Gaps folgt. Möglich ist es jedoch auch, für diese oder andere Ausführungsformen beliebig gleich oder verschieden geformte Fingerenden einzusetzen.FIG. 6 shows a transducer according to the invention, in which the gaps, viewed over the length of the transducer, vary with respect to the gap position, the gap size and the gap shape or the shape of the electrode finger ends. A variation in this regard is obtained if the fingers 2a (stub fingers) connected to the lower busbar 3 have a position of their finger ends which, viewed over the length of the transducer, follows a combined linear function. In section a, the length of the stub fingers 2a decreases linearly in the direction x. This naturally shifts the position of the finger ends. In section b, the length of the stub fingers 2a increases again linear. Regardless of this, but preferably with the same period, the position of the ends of the fingers 2b, which are connected to the opposite busbar 5 (only indicated in the figure), changes. The change in the finger end position is also linear here, so that there is a gap distance increasing linearly in the direction X in section a. A linearly decreasing gap distance is realized in section b. In addition, the shape of the finger ends can be varied so that the contour of the finger ends follows the contour of the envelope for all gaps. However, it is also possible to use finger ends of the same or different shapes for these or other embodiments.
In Figur 7 sind mehrere beispielhafte Funktionen dargestellt, denen entsprechend als eindimensionale Größen ausdrückbare Gapmerkmale wie Gappostition und Gapgröße variierbar sind. Die Rechteckfunktion gemäß Figur 7a entspricht dabei einer Variation, wie sie an Hand der Figuren 1 und 2 bereits für die Variationen der Gapposition dargestellt wurde. Eine sol- ehe Variation kann jedoch auch auf die Größe der Gaps angewendet werden. Ebenso entsprechen die Funktionen von Figur 7b und 7c Variationsmöglichkeiten, wie sie in den Figuren 3 und 4 bereits für die Variation der Gapposition verwirklicht wurde. Weitere beispielhafte Funktionen sind in den Figuren 7d, 7e und 7f dargestellt.FIG. 7 shows a number of exemplary functions, for which gap features such as gap position and gap size which can be expressed as one-dimensional variables can be varied. The rectangular function according to FIG. 7a corresponds to a variation as has already been shown for the variations of the gap position with the aid of FIGS. 1 and 2. However, such a variation can also be applied to the size of the gaps. Likewise, the functions of FIGS. 7b and 7c correspond to possible variations, as has already been implemented in FIGS. 3 and 4 for the variation of the gap position. Further exemplary functions are shown in FIGS. 7d, 7e and 7f.
Möglich ist es jedoch auch, einen erfindungsgemäßen Wandler gleichzeitig bezüglich zweier Merkmale gemäß einer periodischen Funktion zu variieren, wobei die gewählte Funktion für jedes der Gapmerkmale unterschiedlich sein kann. Während beispielsweise in Figur 6 die Position und der Abstand der Gaps gemäß einer Funktion 7d variiert sind, können die beiden Gapmerkmale auch mit beliebigen anderen Kombinationen von Funktionen gleichzeitig variiert sein. Vorzugsweise wird zur gleichzeitigen Variation unterschiedlicher Merkmale die gleiche Periode verwendet . Während in den bisherigen Ausführungsbeispielen die Variation nur im Bereich einer Stromschiene beschrieben wurde, weist ein erfindungsgemäßer Wandler vorzugsweise auch im Bereich der zweiten Stromschiene die gleiche oder eine ähnliche Va- riation auf. Wird die Variation der Gaps im Bereich der anderen Stromschiene mit der gleichen Funktion, aber einer anderen Periode oder einer anderen Phase oder mit einer völlig anderen Funktion durchgeführt, so wird die störende Konduk- tanz der oberen und unteren Gaps unterschiedlich ausgeführt und damit unterschiedlich verschoben.However, it is also possible to vary a transducer according to the invention simultaneously with respect to two features according to a periodic function, the selected function being able to be different for each of the gap features. For example, while in FIG. 6 the position and spacing of the gaps are varied according to a function 7d, the two gap features can also be varied simultaneously with any other combination of functions. The same period is preferably used for the simultaneous variation of different features. While in the previous exemplary embodiments the variation was only described in the area of one busbar, a converter according to the invention preferably also has the same or a similar variation in the area of the second busbar. If the variation of the gaps in the area of the other conductor rail is carried out with the same function, but with a different period or a different phase or with a completely different function, the disturbing conductance of the upper and lower gaps is carried out differently and thus shifted differently.
Die Erfindung kann auch bei kaskadierten Eintorresonatoren eingesetzt werden. Diese umfassen einen Wandler, der in seriell verschaltete Teilwandler aufgeteilt ist. Ein solcher Teilwandler umfaßt dabei zumindest einen Elektrodenfinger, vorzugsweise aber Gruppen von Elektrodenfingern, die mit einem gemeinsamen, entsprechend lang ausgebildeten, verbindenden und transversal gesehen in der Mitte des Wandlers gelegenen Busbar verbunden sind. Die erfindungsgemäße Variation kann auch dabei die Gapgröße und/oder die Gapposition und/oder die Form der Fingerenden umfassen. Insbesondere bei variierender Gapposition kann dabei die verbindende Stromschiene der Gapposition folgen. Die zwischen zwei verschalteten Teilwandlern angeordnete mittlere Stromschiene kann dann mit unterschiedlicher Breite oder mit Stufen ausgebildet sein.The invention can also be used in cascaded one-gate resonators. These include a converter that is divided into sub-converters connected in series. Such a partial transducer comprises at least one electrode finger, but preferably groups of electrode fingers, which are connected to a common, correspondingly long, connecting bus bar that is located transversely in the middle of the transducer. The variation according to the invention can also include the gap size and / or the gap position and / or the shape of the finger ends. Particularly when the gap position varies, the connecting busbar can follow the gap position. The middle busbar arranged between two connected partial transformers can then be designed with different widths or with steps.
Ein erfindungsgemäßer Wandler kann beispielsweise in Eintorresonatoren eingesetzt werden. Figur 8 zeigt die Eingangsad- mittanz eines Eintorresonators mit einem beispielsweise gemäßA converter according to the invention can be used, for example, in single-gate resonators. FIG. 8 shows the input admittance of a one-gate resonator with an example according to
Figur 1 ausgebildeten erfindungsgemäßen Wandler. Die Admit- tanz des Resonators mit erfindungsgemäßem Wandler ist durch die Kurve A dargestellt, während ein in seinen sonstigen Dimensionen identischer, jedoch nicht mit erfindungsgemäßer Gapvariation versehener Wandler eine Eingangsadmitanz gemäß der Kurve B aufweist. Die Eingansadmittanz des bekannten Resonators zeigt an der Position S eine störende Konduktanz, die sich als Buckel in der Kurve auswirkt. Eintorresonatoren mit erfindungsgemäßen Wandlern zeigen in diesem Bereich eine steil abfallenen Verlauf, der einer idealen Anregung mit der gewünschten Hauptmode entspricht.Figure 1 trained transducer according to the invention. The admittance of the resonator with the transducer according to the invention is shown by curve A, while a transducer which is identical in its other dimensions but not provided with the gap variation according to the invention has an input admittance according to curve B. The entrance admittance of the known resonator shows an interfering conductance at position S, which acts as a hump in the curve. Single-gate resonators with transducers according to the invention show a steeply falling course in this area, which corresponds to an ideal excitation with the desired main mode.
In einem Reaktanzfilter in Ladder Type-Ausführung werden in einfachster Ausführung (ein Grundglied) zwei verschaltete Eintorresonatoren eingesetzt. Wird im Querzweig (=paralleler Zweig) des Reaktanzfilters ein Eintorresonator mit erfin- dungsgemäßen Wandler eingesetzt, wird ein verbessertes Durchlaßverhalten des Filters mit verbesserter weil steilerer linker Flanke erhalten. Wird im Längszweig (= serieller Zweig) des Reaktanzfilters ein Eintorresonator mit erfindungsgemäßem Wandler eingesetzt, wird ein verbessertes Durchlaßverhalten des Filters mit verbesserter, weil geringerer Einfügedämpfung in einem Bereich oberhalb der Mittenfrequenz erhalten.The simplest version (one basic element) of two interconnected single-gate resonators is used in a ladder-type reactance filter. If a one-gate resonator with a transducer according to the invention is used in the transverse branch (= parallel branch) of the reactance filter, an improved transmission behavior of the filter with an improved because of the steeper left flank is obtained. If a one-gate resonator with a transducer according to the invention is used in the longitudinal branch (= serial branch) of the reactance filter, an improved transmission behavior of the filter with improved, because less insertion loss is obtained in a range above the center frequency.
Figur 9 zeigt das Durchlaßverhalten eines solchen Reaktanzfilters anhand der über die Wellenlänge (Mittenfrequenz) auf- getragenen Funktion S2ι- Auch hier entspricht die Kurve B dem Durchlaßverhalten eines Reaktanzfilters mit bekannten Eintorresonatoren, während die Kurve A das Durchlaßverhalten eines Filters zeigt, der sowohl im Längszweig als auch im Querzweig einen Eintorresonator mit erfindungsgemäßem Wandler aufweist. Klar zu erkennen ist, daß die linke Flanke (siehe Pfeil) wesentlich steiler ausgebildet ist, während die Bandbreite des Filters gemäß der Kurve A nur unwesentlich reduziert ist. Auch die geringere Einfügedämpfung oberhalb der Mittenfrequenz (siehe Pfeil rechts) ist erkennbar. Gleichzeitig ist die Durchlaßkurve A auch flacher und zeigt eine niedrigereFIG. 9 shows the transmission behavior of such a reactance filter on the basis of the function S 2 ι- plotted over the wavelength (center frequency). Here, too, curve B corresponds to the transmission behavior of a reactance filter with known single-port resonators, while curve A shows the transmission behavior of a filter that both has a single-gate resonator with a transducer according to the invention in the longitudinal branch and also in the transverse branch. It can be clearly seen that the left flank (see arrow) is designed to be significantly steeper, while the bandwidth of the filter is only insignificantly reduced according to curve A. The lower insertion loss above the center frequency (see arrow on the right) can also be seen. At the same time, the transmission curve A is also flatter and shows a lower one
Einfügedämpfung. Dies zeigt, daß mit erfindungsgemäßen Wandler verbesserte Filter konstruiert werden können, die bezüglich Flankensteilheit und Einfügedämpfung verbessert sind. Ein ähnliches Ergebnis wird erhalten, wenn ein erfindungsge- mäßer Wandler zur Konstruktion eines DMS-Filters, also eines longitudinalen Dual Mode Resonatorfilters (DMS Filter) eingesetzt wird. Ein solches Filter weist dann beispielsweise drei erfindungsgemäße Wandler auf, die zwischen zwei Reflektoren angeordnet sind.Insertion loss. This shows that improved filters can be constructed with transducers according to the invention, which are improved in terms of slope and insertion loss. A similar result is obtained if a converter according to the invention is used to construct a strain gauge filter, that is to say a longitudinal dual mode resonator filter (DMS filter). Such a filter then has, for example, three transducers according to the invention, which are arranged between two reflectors.
Möglich ist es auch, erfindungsgemäße Wandler in Transversal- Moden gekoppelten Resonatorfiltern einzusetzen (TMR Filter) . Derartige Filter weisen eine solch hohe Apertur auf, daß die akustische Welle in Form mehrerer transversaler Moden ausbreitungsfähig ist. Auch in solchen Fällen treten störende Anregungen im Bereich der Gaps auf, die mit der Erfindung vermieden werden können.It is also possible to use transducers according to the invention in transversal modes coupled resonator filters (TMR filter). Such filters have such a high aperture that the acoustic wave can propagate in the form of several transverse modes. Even in such cases, disturbing suggestions occur in the area of the gaps, which can be avoided with the invention.
Eine Weitere Anwendung findet die Erfindung bei Identifizierungsmarken in Oberflächenwellentechnik. Diese umfassen einen erfindungsgemäßen Wandler und zumindest einen Reflektor. Ein an den Wandler angelegtes elektrisches Signal wird dabei in eine Oberflächenwelle umgewandelt, am Reflektor reflektiert und im gleichen Wandler wieder in ein elektrisches Signal zurückverwandelt . Das nach der doppelten Wandlung in der Regel unveränderte Signal wird mit einem erfindungsgemäßen Wandler bzw. mit einer Verzögerungsleitung mit einem erfindungsgemäßen Wandler weniger durch störende Anregungen beeinflußt .The invention is also used for identification marks in surface wave technology. These include a converter according to the invention and at least one reflector. An electrical signal applied to the converter is converted into a surface wave, reflected on the reflector and converted back into an electrical signal in the same converter. The signal, which is generally unchanged after the double conversion, is less affected by disturbing excitations with a converter according to the invention or with a delay line with a converter according to the invention.
Da die Erfindung nur an Hand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele dargestellt werden konnte, sind darüber hinaus noch weitere Variationen bezüglich der zur Variation verwendeten Funktion denkbar, ebenso wie Kombinationen von Variationen mehrerer Gapmerkmale parallel zueinander, die hier nicht dargestellt werden. Since the invention could only be illustrated with the aid of a few selected exemplary embodiments, further variations with regard to the function used for the variation are also conceivable, as well as combinations of variations of several gap features in parallel with one another, which are not shown here.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektroakustischer Wandler für ein mit Oberflächenwellen arbeitendes Bauelement , insbesondere für ein Oberflächen- wellenfilter, bei dem Anzahl, Breite, longitudinale Position und Anschlußfolge der Finger (2) des Wandlers (1) sowie die Apertur vorgegeben sind und im Wesentlichen die Eigenschaften des Wandlers bestimmen, - bei dem zur Unterdrückung von im Bereich der Fingerenden auftretender störender Anregung die unterschiedlichen Gaps (4) eine Variation bezüglich mindestens eines Merkmals, ausgewählt aus transversaler Anordnung, Größe und Form aufweisen, - wobei die durch die Variation bedingten Dimensionsänderungen oder Verschiebungen der Gaps (4) klein sind im Vergleich zur Fingerlänge.1. Electroacoustic transducer for a component working with surface waves, in particular for a surface wave filter, in which the number, width, longitudinal position and connection sequence of the fingers (2) of the transducer (1) and the aperture are specified and essentially the properties of the transducer determine - in which the different gaps (4) have a variation with respect to at least one feature selected from the transverse arrangement, size and shape in order to suppress disturbing excitation occurring in the region of the finger ends, - the dimensional changes or displacements of the gaps caused by the variation (4) are small compared to finger length.
2. Wandler nach Anspruch 1, bei dem die Variation der Gaps (4) periodisch erfolgt.2. Converter according to claim 1, wherein the variation of the gaps (4) takes place periodically.
3. Wandler nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem zumindest ein Teil der Gaps (4) zu Gruppen (Gl, G2, G3,..) mit vorgegebener Anzahl von jeweils zumindest zwei Gaps zusammengefaßt sind, so daß jede Gruppe sich über eine Länge von zumindest zwei Wellenlängen erstreckt, wobei jede Gruppe (Gl, G2 , G3, ..) bezüglich der relativen transversalen Anordnung, Größe und/oder Form der Gaps (4) ein Muster aufweist, wobei die Muster in allen Gruppen zumindest weitgehend übereinstimmen, aber bezüglich ihrer absoluten transversalen Position im Wandler gegeneinander verschoben sind, oder wobei die Muster jeweils von Gruppe zu Gruppe eine Variation zeigen, die über alle Gruppen periodisch ist.3. Transducer according to claim 1 or 2, in which at least some of the gaps (4) are combined into groups (Gl, G2, G3, ..) with a predetermined number of at least two gaps each, so that each group extends over a length of at least two wavelengths, each group (Gl, G2, G3, ..) having a pattern with respect to the relative transverse arrangement, size and / or shape of the gaps (4), the patterns in all groups at least largely matching, but are shifted with respect to their absolute transverse position in the transducer, or the patterns each show a group-to-group variation that is periodic across all groups.
4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die periodische Variation bezüglich transversaler Anordnung und/oder Größe der Gaps (4) sinusförmig ausgeführt ist .4. Converter according to one of claims 1 to 3, in which the periodic variation with respect to the transverse arrangement and / or size of the gaps (4) is sinusoidal.
5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die periodische Variation bezüglich transversaler Anordnung und/oder Größe der Gaps (4) dreiecksförmig ausgeführt ist.5. Transducer according to one of claims 1 to 3, in which the periodic variation with respect to the transverse arrangement and / or size of the gaps (4) is triangular.
6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die periodische Variation bezüglich transversaler Anordnung und/oder Größe der Gaps (4) halbkreisförmig ausgeführt ist.6. Converter according to one of claims 1 to 3, in which the periodic variation with respect to the transverse arrangement and / or size of the gaps (4) is semicircular.
7. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem eine Anzahl von Gruppen (Gl, G2 , G3 , ...) von Gaps (4) in Untergruppen aufgeteilt sind, die jeweils ein Untergruppenmuster aufweisen, wobei innerhalb jeder Gruppe zumindest zwei unterschiedliche Untergruppenmuster alternierend zumindest je einmal pro Gruppe vorkommen.7. Converter according to one of claims 3 to 6, in which a number of groups (Gl, G2, G3, ...) of gaps (4) are divided into subgroups, each having a subgroup pattern, with at least two within each group Different subgroup patterns occur alternately at least once per group.
8. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem das Muster der Gruppe oder das Untergruppenmuster eine in Wellenausbreitungsrichtung lineare Variation der trans- versalen Position und/oder der Größe der Gaps (4) oder eine Kombination aus mehreren linearen Variation umfaßt.8. Transducer according to one of claims 3 to 7, wherein the pattern of the group or the subgroup pattern comprises a linear variation in the direction of wave propagation of the transverse position and / or the size of the gaps (4) or a combination of several linear variations.
9. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem pro Gruppe (Gl, G2 , G3 , ...) zumindest zwei Unter- gruppen mit gleichem Untergruppenmuster bezüglich der relativen transversalen Anordnung in der Untergruppe, sowie bezüglich Größe und/oder Form der Gaps (4) vorgesehen sind, wobei die Muster der Untergruppen jeweils transversal gegeneinander versetzt angeordnet sind.9. Transducer according to one of claims 3 to 8, in which per group (Gl, G2, G3, ...) at least two subgroups with the same subgroup pattern with respect to the relative transverse arrangement in the subgroup, as well as with respect to size and / or shape the gaps (4) are provided, the patterns of the subgroups each being arranged transversely offset from one another.
10. Wandler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem zumindest zwei Untergruppen vorgesehen sind, wobei innerhalb einer Untergruppe bezüglich der transversalen Anordnung, Größe und/oder Form nur gleiche Gaps (4) auftreten, und wobei sich die verschiedene Untergruppen aber bezüglich zumindest eines Merkmals unterscheiden.10. Converter according to one of claims 7 to 9, in which at least two subgroups are provided, with only the same gaps (4) occurring within a subgroup with respect to the transverse arrangement, size and / or shape, and wherein the different subgroups differ with respect to at least one feature.
11. andler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Amplitude der Variation von transversaler Anordnung und Größe der Gaps (4) die doppelte Fingerbreite des Wandlers (1) nicht übersteigt.11. andler according to one of claims 1 to 10, wherein the amplitude of the variation of transverse arrangement and size of the gaps (4) does not exceed twice the finger width of the transducer (1).
12. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem Fingerbreiten, Fingerabstände und Fingeranschlußfolgen so ausgebildet sind, daß der Wandler eine gerichtete Wel- lenausbreitung aufweist oder als SPUDT Wandler ausgebildet ist.12. Transducer according to one of claims 1 to 11, in which finger widths, finger spacing and finger connection sequences are designed such that the converter has a directed wave propagation or is designed as a SPUDT converter.
13. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Wandler (1) beiderseits von Reflektoren begrenzt ist und Teil eines Eintorresonators oder eines longitudinalen Dual Mode Resonatorfilters - DMS Filter - ist.13. Converter according to one of claims 1 to 11, wherein the converter (1) is delimited on both sides by reflectors and is part of a single-gate resonator or a longitudinal dual mode resonator filter - DMS filter.
14.Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, angeordnet auf einem piezoelektrischen Film, der auf einem Substrat davon unterschiedlichen Materials angeordnet ist.14. Converter according to one of claims 1 to 13, arranged on a piezoelectric film, which is arranged on a substrate thereof different material.
15. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 13, angeordnet auf einem piezoelektrischen Substrat aus Quarz,15. Converter according to one of claims 1 to 13, arranged on a piezoelectric substrate made of quartz,
Lithiumniobat , Lithiumtantalat oder Langasit.Lithium niobate, lithium tantalate or langasite.
16. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, der einen einheitlichen, Aluminium umfassenden Aufbau oder einen Einzelschichten mit Aluminium als Hauptbestandteil umfassenden Mehrschichtaufbau aufweist.16. Transducer according to one of claims 1 to 15, which has a uniform structure comprising aluminum or a single layers with aluminum as the main component comprising a multilayer structure.
17. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 16, ausgebildet als Splitfingerwandler . 17. Converter according to one of claims 1 to 16, designed as a split finger converter.
18. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit in longitudinaler Richtung zunehmenden Fingerbreiten und/oder Fingerabständen.18. Converter according to one of claims 1 to 17, with increasing finger widths and / or finger spacing in the longitudinal direction.
19. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit in transversaler Richtung zunehmenden Fingerbreiten und/oder Fingerabständen.19. Transducer according to one of claims 1 to 17, with increasing finger widths and / or finger spacing in the transverse direction.
20. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 19, ausgebildet als fokussierender Wandler.20. Converter according to one of claims 1 to 19, designed as a focusing converter.
21. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 19, mit sich in transversaler Richtung regelmäßig oder unregelmä- ßigen ändernden Fingerbreiten und/oder Fingerabständen.21. Transducer according to one of claims 1 to 19, with regularly or irregularly changing finger widths and / or finger spacing in the transverse direction.
22. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit in longitudinaler Richtung unregelmäßigen Fingerbreiten und/oder Fingerabständen.22. Converter according to one of claims 1 to 17, with irregular finger widths and / or finger spacing in the longitudinal direction.
23. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem die Variation von Größe und/oder transversaler Anordnung der Gaps (4) in der Nähe der Stromschienen (3,5) beiderseits des Wandlers vorgesehen ist .23. Transducer according to one of claims 1 to 22, wherein the variation in size and / or transverse arrangement of the gaps (4) in the vicinity of the busbars (3, 5) is provided on both sides of the transducer.
24.Wandler nach einem der Ansprüche 23, bei der die Gaps (4) im Bereich einander gegenüberliegender24. Converter according to one of claims 23, wherein the gaps (4) in the area opposite one another
Fingerenden unterschiedlich variiert sind.Finger ends are varied differently.
25. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem die Variation der Gaps (4) statistisch erfolgt.25. Converter according to one of claims 1 to 24, in which the variation of the gaps (4) takes place statistically.
26. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 25, ausgebildet als kaskadierter Wandler mit in Serie geschalte- ten Teilwandlern.26. Converter according to one of claims 1 to 25, designed as a cascaded converter with series-connected partial converters.
27. Reaktanzfilter, aufgebaut aus OFW Eintorresonatoren, wobei zumindest ein Eintorresonator einen Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 26 aufweist.27. Reactance filter, made up of SAW one-gate resonators, wherein at least one one-gate resonator has a transducer according to one of claims 1 to 26.
28.Reaktanzfilter, aufgebaut aus OFW Eintorresonatoren, die im Querzweig ausschließlich Eintorresonatoren mit Wandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 26 aufweisen.28. Reactance filter, made up of OFW single-gate resonators, which have only single-gate resonators with transducers according to one of claims 1 to 26 in the shunt arm.
29.Reaktanzfilter, aufgebaut aus OFW Eintorresonatoren, die sowohl im Längszweig als auch im Querzweig ausschließlich Eintorresonatoren mit Wandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 26 aufweisen.29. Reactance filter, made up of OFW single-gate resonators, which have both single-ended resonators with transducers according to one of claims 1 to 26, both in the longitudinal branch and in the transverse branch.
30.Transversalfilter mit Wandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 26.30.Transversal filter with transducers according to one of claims 1 to 26.
3l.DMS-Filter mit Wandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 26.3l.DMS filter with transducers according to one of claims 1 to 26.
32.Transversalmoden gekoppeltes Resonatorfilter mit Wandlern nach einem der Ansprüche 1 bis 25.32.Transversalmoden coupled resonator filter with transducers according to one of claims 1 to 25.
33. Oberflächenwellenverzögerungsleitung mit einem Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 25. 33. Surface wave delay line with a transducer according to one of claims 1 to 25.
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