DE1616505C - Piezoelektrisches Ubei tragungs element - Google Patents

Description

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auf seinen beiden Seiten einander gegenüberliegenden dahingehend definieren, daß entsprechend der UmElektroden zu polarisieren. Die Ringelektrode kann fangsform des Resonanzkörpers alle lateralen Schwinauch am Rande des scheibenförmigen Resonanz- gungsmoden zu einer einzigen Umfangsdehnungskörpers angeordnet sein, um die vollständige radiale schwingung verschmelzen, deren ~ Resonanzfrequenz Vorpolarisation zu erleichtern, und mit über die 5 durch die planaren Abmessungen des Resonanz-Scheibe greifenden Teilen versehen sein, um einen körpers gegeben ist." ' -■'-.■"· - ^::-o-■·■ ^:-/^--·ι--^;-k-^--A-·. ./■:., Löscheffekt zu verhindern. Die radiale Schwingungsrichtung, die für Resonator-

Schließlich ist es durch Hinzufügung je einer körper gemäß der Erfindung wesentlich ist, existiert weiteren konzentrisch zu der kreisförmigen Elektrode als isolierte Schwingungsform weder in Quarz; noch und außerhalb von ihr angeordneten Ringelektrode io selbst in Einzelkristallen eines ferroelektrischen Maauf jeder Seite des in radialer Richtung polarisierten terials. ^ ■■:·■■■ '■ ■■'■ > : -ν ί _; =: _£; · ; Resonanzkörpers möglich, eine Impedanzwandlung Ein Kennzeichen der vorpolarisierten ferroelek-: und Spannungserhöhung zu erreichen. irischen Keramiken ist das »Altern« der elektro-

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der mechanischen Kopplung und die langsame Verände-

Figuren beschrieben. 15 rung anderer Eigenschaften, z.B. der Dielektrizitäts-

F ig. 1 ist eine Draufsicht auf ein piezoelektrisches konstante und der Frequenzkonstante mit der Zeit

Ubertragerelement gemäß der Erfindung; und/oder der Temperatur. Da die Empfänglichkeit

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 der für. das Altern und die Temperaturabhängigkeit der·

F i g. 1; Eigenschaften unterschiedlich ist, werden stabilere

F i g. 3 ist eine das Resonatorelement der F i g. 1 20 Materialien wie die Bleititan-Zirkonate vorgezogen.

und 2 enthaltende Prüfschaltung; Die Scheibe 12 sowie alle anderen in den

t) F i g. 4 ist ein der F i g. 2 ähnlicher Schnitt durch Figuren dargestellten Resonanzkörper sind stark

ein anderes Ausführungsheispiel; vergrößert gegenüber ihrer wahren Größe abgebildet.

F i g. 5, 6 und 7 sind den Fig. 1, 2 und 3 ent- Ihre Größe hangt von der gewünschten Arbeitssprechende Darstellungen eines anderen Ausführungs- 25 frequenz ab, d. h., die Scheibe wird so dimensioniert, beispiels; daß die Resonanz der radialen Schwingungsform bei ' jf i g. 8 zeigt die Verteilung der radialen und tangen- einer vorgewählten Frequenz liegt. Wenn die Scheibe tialen Spannung in einem in radialer Richtung mit beispielsweise als Filter für Zwischenfrequenzen (etwa : der Grund-und der ersten Oberfrequenz schwingenden 455 bis 465 kHz) ausgelegt ist und bei ihrer Grund-Übertragerelement; 30 resonanz betrieben werdensoll, dann ist sie sehr klein

F i g. 9 zeigt die Durchlaßcharakteristik eines und hat einen Durchmesser von etwa 4,7 mm. Wenn

Filters gemäß der Erfindung. . man die Scheibe dabei dünn im Vergleich zu ihrem

Die F i g. 1 und 2 zeigen ein piezoelektrisches Durchmesser macht, dann kann die Resonanzfre-

Übertragerelement 10 gemäß der Erfindung mit quenz wie im Fall einer unendlich dünnen Scheibe

einem scheibenförmigen oder plattenförmigen Reso- 35 als . Funktion des Durchmessers allein betrachtet

nanzkörper 12 (der im folgenden als Scheibe be- werden. Ist jedoch eine geringe Ausdehnung nicht

zeichnet wird) aus einem ferroelektrischen poly- der einzige Gesichtspunkt, dann ist es günstiger, die

kristallinen keramischen Material, der mit Elektroden Scheibe für einen Betrieb in der ersten oder zweiten

versehen ist, welche hier von je einer zentralen Elek- Querschwingung zu dimensionieren, so daß größere '

trode 14, 16 kleinen Durchmessers und je einer 4° Scheiben möglich sind. Besitzt eine dünne Scheibe

konzentrischen Ringelektrode 18, 20 auf jeder Seite mit einer Grundfrequenz von etwa 180 kHz eine erste

der Scheibe gebildet werden. Oberschwingung im Zwischenfrequenzbereich (etwa

Das Material, aus dem die Scheibe 12 oder die 455 kHz), dann erhält'sie einen Durchmesser von anderen, weiter unten dargestellten Resonanzkörper annähernd 12,5 mm. Eine'Scheibe, die bei einer Oberbestehen, kann eine ferroelektrische poly kristalline 45 schwingung von niedriger Ordnung (1. oder 2.) bekeramische Zusammensetzung sein. Beispiele für trieben wird, hat zusätzlich zu der bequemen Größe geeignete Stoffe sind Bariumtitanat, Bleizirkonat- im Zwischenfrequenzbereich weitere Vorteile, die titanat oder ihre Modifikationen. Allgemein umfassen noch erläutert werden.: :^,y:_:;;;*rL:;. ,: .
die hier betrachteten ferroelektrischen Keramiken Der Resonanzkörper kann mit Hilfe irgendeines bis zur Sinterung gebrannte polykristalline keramische 5° · bekannten Verfahrens hergestellt- werden, indem sie Stoffe, welche sich durch elektrostatische Felder z. B. durch Pressen, Strangpressen oder Streckgießen polarisieren lassen und dadurch piezoelektrische zunächst auf eine Übergröße gebracht und dann nach Eigenschaften erhalten, die nach der Entfernung des dem Brennen durch Schleifen und Polieren fertig-Feldes erhalten bleiben. Solche Keramiken weisen gestellt wird. Die rohe Scheibe kann aber auch von gewöhnlich eine Perovskit-Kristallstruktur auf und 55 einem zylindrischen Stück aus gebrannter Keramik sind piezoelektrisch wirksamer als die meisten natür- abgeschnitten werden. . .,-;'
liehen piezoelektrischen Kristalle. Bei geeigneter Vor- Bei dem in den' F i g) 1 und 2 dargestellten Auspolarisation sind insbesondere bei den Bleititanzirko- führungsbeispiel ist die Scheibe.12 in den Bereichen naten remanente elektromechanische Kopplungen von zwischen den entgegengesetzten Elektroden 14, 16 50°/₀ oder mehr in der ebenen oder radialen Schwin- 60 und 18, 20 in axialer Richtung ,vörpolarisiert,, was gungsrichtung nicht ungewöhnlich. Weiterhin sind im durch die doppelköpfigen^v Pfeile-30 angedeutet ist. Gegensatz zu den meisten piezoelektrischen Kristallen Das kann z. B. auf die folgende. Art erreicht werden: alle ferroelektrischen keramischen Stoffe in einer zur Zunächst werden die Elektroden 14, 16 und 18, 20, Polarisationsachse oder -richtung senkrechten Ebene die aus aufgebranntem oder luftgetrocknetem Silber isotrop. Resonanzkörper aus einem solchen kera- 65 od. dgl. bestehen können, aufgebracht. Danach wermischen Stoff weisen daher axiale oder Dicken- und den Zuführungen 22, 24, 26 und 28 angelötet oder radiale oder Umfangsdehnungsschwingungsformen irgendwie anders an je einer Elektrode befestigt, und auf. Die Umfangsdehnungsschwingung läßt sich dabei anschließend werden die Zuführungen auf der einen

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Seite der Scheibe 12 mit dem einen Pol einer hohen der Schaltung nach der F i g. 3 mit Hilfe der folgenden

Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) und die Widerstandswerte ermittelt.

Zuführungen auf der anderen Seite der Scheibe mit ·

dem anderen Pol dieser Quelle "verbunden. Die Feld- Widerstand 33 .'. 1000 Ohm

stärke; die Dauer und die anderen Bedingungen wer- 5· Widerstand 35 1000 Ohm

den dabei in bekannter Weise dem besonderen kerä- Widerstand 37.. .'. '..·. 5000 Ohm. -

mischen Material angepaßt. ;: s":/; ;v;'" :, '/ ';- "."'., ^:

In den Fig. 1 und 2 stimmen die mittlere Elek- -Die Wirkungsweise des Übertragerelements 10 ist trode 14 und die konzentrische Ringelektrode 18 auf wie folgt: Wenn die Scheibe 12 für Grund- und Oberdereinen Seite der Scheibe 12 in ihrer Stellung und in ίο resonanz in einer radialen Schwingungsform bei der ihrem Flächeninhalt mit den entsprechenden Elek- Mittelfrequenz des Durchlaßbereichs oder bei einer troden 16 und 20 auf der anderen Seite überein und in der Nähe derselben liegenden Frequenz dimen-' stehen ihnen direkt gegenüber. Die. Fläche und die . sioniert ist, dann rufen Wechselspannungssignale Stellung der Elektroden ist wichtig. Weil sich derartige außerhalb des Durchlaßbereiches keine oder nur eine Zusammenhänge für verschiedene Ausführungsbei- -15 geringe Wirkung in der Scheibe 12 hervor und werden spiele jedoch allgemein zusammenfassen lassen und daher geschwächt. Frequenzen innerhalb des Durcheng mit der Wirkungsweise der Resonatorkörper ver- laßbereiches jedoch versetzen die Scheibe 12 in starke ,knüpft sind, werden weitere Einzelheiten erst weiter radiale Schwingungen bei ihrer Eigenfrequenz (Grunduntenangegeben. . ' oder Oberfrequenz). Bei Anwendungen im Zwischen-.

Es sei an dieser Stelle noch bemerkt, daß der Aus- 20 frequenzbereich sorgt die breite Trennung der Sumdruck »konzentrische Ringelektrode« auf die allge- men- und Differenzfrequenzen dafür, daß das Übermeine Lage der Elektrode 18 hinweisen soll. Diese tragerelement nur bei den gewünschten Oberschwin-Elektrode muß dagegen nicht kontinuierlich sein und gungen erregt wird.

die mittlere Elektrode 14 völlig umgeben,' sondern Die radiale Schwingung der Scheibe 12 erzeugt eine es genügt, wenn die Elektrode 18 etwa die Form eines 25 piezoelektrische Wechselspannung bei der Mitten-

C aufweist. Dadurch wird die Durchführbarkeit der frequenz oder einer in der Nähe derselben liegenden

Erfindung nicht beeinträchtigt. '_.."" Frequenzen. Diese Wechselspannung erscheint an

ReSofiatorkörper gemäß der ".Erfindung können den mittleren Elektroden 14, 16. Durch geeignete

einzeln oder in Gruppen und allein oder in Ver- Anordnung und Dimensionierung der Elektroden bindung mit den üblichen elektrischen Schaltelementen 30 kann man eine günstige Impedanzwandlung' und

in den bekannten Schaltungen verwendet werden. Da damit eine Spannungserhöhung der durchgehenden

die besondere Schalttechnik nicht zur Erfindung ge- Frequenzen erreichen. ^;

hört, wird eine spezielle Schaltung und ihr Betrieb Die Scheibe 12 hat übereinstimmende Elektroden-

an Hand einer Prüfschaltung beschrieben, die man paare 14, 16 und 18, 20 und ist nur zwischen den zur Messung der Charakteristiken der Resonatoren 35 Elektrodenpaaren polarisiert. Ähnliche Ergebnisse

verwenden kann (F ig.'3). " kann man aber auch mit einer abgewandelten Elek-

In der Fig. 3 führt ein Generator 32 dem Reso- trodenanordnung erreichen, wie sie an Hand des

nator 10 ein Eingangssignal von beliebiger Frequenz Übertragerelements 10 a der F i g. 4 dargestellt ist.

zu. Bei einer wirklichen Anwendung könnte dieses Das Übertragerelement 10a enthält eine Scheibe 12a Eingangssignal z. B. in einer Mischstufe oder in einer 40 aus ferroelektrischer Keramik, welche über ihren

Zwischenfrequenzverstärkerstufe eines Zwischenfre- ganzen Querschnitt in axialer Richtung polarisiert

quenzempfängers entstehen. . . ist. Es besitzt nur drei Elektroden: eine mittlere

Wie die F i g. 3 zeigt, dient ein Voltmeter V_{ zur Elektrode 14 und eine konzentrische Ringelektrode 18 Anzeige der an einem Widerstand 33 liegenden Ein- auf der einen Seite der Scheibe, die den entsprechend gangsspannung und ein Voltmeter V₀ zur Anzeige 45 bezifferten Elektroden des zuerst beschriebenen Ausder an einem Widerstand 35 liegenden Ausgangs- f ührungsbeispiels gleich sind, und eine Elektrode 16a, spannung. Ein Endpunkt des Generators 32 und beide welche die ganze andere Seite der Scheibe oder Elektroden (z. B. 16 und 20) auf der einen Seite der wenigstens den größten Teil davon bedeckt. Die Scheibe sind geerdet. Der andere Endpunkt des Polarisation kann man erreichen, indem man beide Generators 32 ist über den Widerstand 37 mit der 50 Seiten der Scheibe 12 a vollständig mit Elektroden konzentrischen Elektrode 18 auf der anderen Seite bedeckt. Danach werden entweder die Polarisationsder Scheibe und über die in Serie liegenden Wider- elektroden entfernt und neue Elektroden aufgesetzt, stände 37 und 33 mit'der Erde verbunden. Die Elek- oder die Polarisationselektroden werden in betrode 14 liegt über den Widerstand 35 an Erde. stimmten Gebieten entfernt, um die gewünschte "Abs der F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Eingangs- 55 Form der Betriebselektroden zu erhalten. Die Fläche spannung zwischen den konzentrischen Elektroden 18 _ der Elektrode 16 a sollte mindestens gleich der Summe und 20 des Resonanzkörpers 10 anliegt, während das der Flächen der Elektroden 14 und 18 sein und den Ausgangssignal von den mittleren Elektroden 14 Elektroden 14 und 18 direkt gegenüberliegen. Die und 16 abgenommen wird. Durch Veränderung der Form der Elektroden des Resonators 10a kann die Frequenz des vom Generator 32 erzeugten Signals 60 Streukapazität erhöhen, doch sonst sind die Betriebsüber einen Bereich, der die Durchlaßfrequehz des eigenschaften im wesentlichen dieselben wie für den Resonators 10 einschließt, kann die Durchlaßcharakte- Resonator 10.

ristik des Resonators aus dem Verhältnis V₀/Vt er- Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mittelt werden. Eine graphische Darstellung von V₀)Vi das _ Übertragerelement 10c nach der Fig. 6 und 7. über die Frequenz des Eingangssignals für Ausfüh- 65 Es besitzt eine am Rande der Scheibe angeordnete rungsbcispiele gemäß der Erfindung ist in F i g. 9 Ring- oder Umfangselektrode 34, zwei mittlere dargestellt und wird im folgenden erläutert. Elektroden 14 und 16 und zwei konzentrische Ring-Die in Fig. 9 aufgezeichneten Werte werden mit elektroden 18 und 20, die den entsprechend bezifferten

Elektroden der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele entsprechen. Wie durch die Pfeile 30 angedeutet ist, wird die Scheibe 12c der Fig. 6 vollständig in radialer Richtung, vorpolarisiert, indem man die Zuführungen 22 und 24 der mittleren Elektroden 14- und 16 beide mit dem einen Pol der Polarisationsspannungsquelle und die Zuführungen 26 und 28 der beiden konzentrischen Ringelektroden 18 und 20 mit dem anderen Pol verbindet. Das führt zu einer radialen'Polarisation zwischen den mittleren und den to konzentrischen Ringelektroden. Danach werden die Ringelektroden 18 und 20 gemeinsam an denjenigen Pol der Spannungsquelle angeschlossen, der ursprünglich mit den mittleren Elektroden verbunden war, während die Zuführung 38 der am Rande der Scheibe angeordneten Ringelektrode 34 mit dem anderen Pol verbunden wird, um die radiale Polarisation in dem ; Bereich zwischen den Ringelektroden und dem Umfang der Scheibe zu vervollständigen. Eine einheitliche Polarität des Polarisationsfeldes wird also aufrecht- ao erhalten. - -·..-.

Die Prüfschaltung des Übertragerelements 10c ist in der F i g. 5 dargestellt. An Hand der F i g. 1 bis 7 sind Ausführungsbeispiele.der Erfindung beschrieben, welche Beispiele für zwei Hauptmerkmale enthalten, nämlich 1. für die Richtung oder Richtungen der Vor-' »polarisation der keramischen Scheibe und 2. für die Elektroden, ihre Anzahl und ihre Gestalt. Es ist gezeigt, daß die Scheibe über ihren ganzen Querschnitt oder nur zwischen den Elektroden axial vorpolarisiert sein kann oder daß sie vollständig radial vorpolarisiert sein kann. Außerdem können drei, vier oder fünf Elektroden verwendet werden. Drei Elektroden, die wenigstens eine mittlere Elektrode und eine konzentrische Elektrode einschließen, sind zumindest erforderlich.

Die Faktoren, welche die Anzahl, die Fläche und die Stellung der Elektroden beeinflussen, werden aus der folgenden rechnerischen Behandlung der Wirkungsweise der Resonatoren gemäß der Erfindung ersiehtlieh.

Die Ausdrücke, die in der rechnerischen Betrachtung angewandt werden, sind wie folgt definiert:

T_e = tangentiale oder Umfangsspannung, Tr = radiale Spannung,

Tz = axiale Spannung,

Er = radiales Feld,

Ez = axiales Feld,

g_3l == Koeffizient der piezoelektrischen Ausgangsspannung bei mechanischer Beanspruchung senkrecht zur Polarisationsrichtung, .g₃₃ = Koeffizient der piezoelektrischen Ausgangsspannung ._ bei mechanischer Beanspruchung parallel zur Polarisationsrichtung,

für Bariumtitanat g₃₁ = -y^g^,
r = Scheibenradius.

In der Fig. 8 sind die Funktionen der radialen und tangentialen Spannungen einer dünnen keramischen Scheibe, die bei der Grundfrequenz und erster Oberfrequenz in radialer Richtung schwingt, näherungsweise durch die Kurven Tr und Τ_θ dargestellt. Die axiale Spannung Tz, welche durch den Poissoneffekt hervorgerufen wird, ist für dünne Scheiben sehr klein und daher in der F i g. 8 weggelassen. Die ausgezogenen Kurven gelten für Grundresonanz. Sie zeigen, daß die radiale Spannung Tr am Rand der Scheibe 0 ist und daß sie in der Mitte, wo Tr = T_e gilt, am größten ist. Die Tangentialspannung Τ_θ hat am Rande der Scheibe ,einen kleinsten Wert größer als 0. Die Spannungen T_B und T_R, die positiv angenommen werden, sind in Phase und in der Phase entgegengesetzt :zur Spannung T_z, welche daher negativ ist:,._i:.,Li-.■-:■;,;w'Av:;,^ ,

Im folgenden wird ein rechnerisches Beispiel für den Fall gegeben, daß eine Scheibe, die bei ihrer Grundfrequenz in radialer Richtung schwingt, nur in ihrer axialen Richtung vorpolarisiert ist. JDieses Ausführungsbeispiel ist in den ,F i g. 1 bis 4 dargestellt. Die mechanischen Spannungskurven sind die gleichen wie die ausgezogenen Kurven in der F i g. 8, doch wird in diesem Falle das axiale Feld wiedergegeben durch: ·

= g_3i (Te'+ Tr) + g₃₃Tz.

Da gag und T₂ um 180° gegen g_n, T_e und Tr phasenverschoben sind, tritt kein Löscheffekt auf, der dann entstehen kann, wenn die Elektrode 34 keine überstehenden Ränder aufweist. 3. J-.

Durch geeignete Auswahl der Fläche fund der Stellung der Elektroden wird die Beseitigung - des Löscheffekts und eine Impedanzwandlung mit Spannungserhöhung erreicht. Die hier beschriebenen Ubertragerelemente dienen daher als Impedanzwandler und als elektrische Wellenfilter. - ' ^: V

Das gleiche gilt für Übertragerelemente, die bei einer Oberschwingung arbeiten/Die Fig. 8 zeigt gestrichelt eine Spannungskurve für ein derartiges Übertragerelement. Dieses besteht aus einer Scheibe, die in radialer Richtung in ihrer ersten Oberschwingung mit etwa der 2,5fachen Frequenz der Grundresorianzfrequenz schwingt. Nach der Figur herrschen die folgenden Spannungszustände:

1. Im Mittelpunkt der Scheibe mit dem Radius r:

(b) Τ_θ Tr sind positive Maxima,

(c) Tz ist negativ.

2. Für den mittleren Bereich (πα²) der Scheibe, wobei

a = 0,4 R,

(a) ΣΤ_Θ und Σ Tr sind positiv,

(b) Σ Te > Σ Tr,

(c) Tz ist negativ.

3. Am Umfang (2πα) des Mittelteils der Scheibe:

(a) Te ist positiv,

(b) Tr ist 0, ·

(c) Tz ist negativ.. ,

4. Für^as äußere,',Gebiet jr(/·*—c^a) der Scheibe:

(a) Σ Te ist negativ^ - >'

(b) Σ Tr ist negativ,-

(c) Σ Tr ist negativer als ΣΤ_Θ.

Wenrfaiio die Scheibe in den F i g. l oder 4 eine mittlere Elektrode 14 mit einem Radius α vom etwa 0,4fachen des Scheibenradius r besitzt, die Ringelektrode 20, abgesehen von einem engen Spalt, die restliche Fläche der Scheibe bedeckt, und die Scheibe in radialer Richtung in ihrer ersten Oberschwingung schwingt, wird das axiale Feld wiedergegeben durch

' ;Ez = £31 (Te + fs) + g_mT_z. . (5)

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9 \ 10

Da alle Glieder für den Mittelteil der Scheibe Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die" positiv sind, tritt kein Löscheffekt auf, und man kann beschriebenen Übertragerelemente eine Spannungsvereine sehr günstige Impedanzwandlung erreichen. Stärkung liefern, die durch eine Impedanzwandlung

Die obige Rechnung gründete auf der Annahme, erhalten wird. Die, Impedanzwandlung hängt.vom daß die Scheiben dünn sind (z. B. Scheiben mit einem 5 Flächen- und daher vom Kapazitätsverhältnis der Durchmesser vom etwa 5- bis lOfachen der Dicke). Primär- und Sekundärelektroden und von der Stel-In solchen Scheiben sind die axialen Spannungen lung der Elektroden ab, die zur Beseitigung des klein jind daher meistens vernachlässigban Weiter- Löscheffektes entgegengesetzt gerichteter Felder hin ist die Resonanzfrequenz dünner Scheiben fast ' führt. Γ .:..-'.-,;.-^ ^-.-.^'v. <'..:■- ■■- ^ .^;^-^:-" ■■
ausschließlich eine Funktion des Durchmessers. Man ίο Die Durchlaßcharakteristik eines typischen Überkann natürlich auch Scheiben größerer Dicke ver- tragerelementes gemäß der Erfindung ist in Fig. 9 wenden; in diesem Fall beeinflußt jedoch die Dicke gezeigt. Die Fig. 9 ist mit einem Ubertragerelement die Resonanzfrequenz, und die axialen Spannungen nach der Fig. 4 ermittelt worden, das bei seiner sind nicht klein. Wenn insbesondere die Dicke der Grundfrequenz F₀ (ausgezogene Kurve) und der Scheibe mit ihrem Durchmesser in einer solchen Be- -is ersten Oberschwingung F₁ (gestrichelte Linie) in der ziehung steht, daß die radiale und die axiale Resonanz* Schaltung nach der F i g. 3 arbeitet. Der Radius der zusammenfallen, dann treten auch axiale Spannungen Mittelelektrode ist 0,4 mal dem Radius der Scheibe 12a, auf, die von der gleichen Größenordnung wie die und die Ringelelektrode 18 bedeckt den Rest der radialen und tangentialen Spannungen sind. Scheibenfläche bis auf einen engen Spalt zwischen

In allen axial vorpolarisierten Scheiben wird das ao ihr und der Elektrode 14. Aus den Kurven ersieht

axiale Feld wiedergegeben durch man, daß Ubertragerelemente gemäß der Erfindung,

ρ --„ (r 4-T \ ν T als Filter verwendet, scharfe Durchlaßbänder, hohen f\

^ ftiUsTJüMsä^· Spannungsgewinn und ein hohes Signal-Rausch-Ver- ·

Eine ziemlich dicke Resonatorscheibe zeigt wesent- hältnis besitzen. Nach der Vierpoltheorie können :iche axiale Spannungen Tz und nutzt daher den 95 schließlich mehrere Ubertragerelemente zu Filterhohen ^33-Koeffizienten aus. ' ■ > netzen vereinigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 - Patentansprüche· Die ErfindunS bezieht sich auf piezoelektrische Ubertragerelemente.

1. Piezoelektrisches Ubertragerelement, dessen Es ist bekannt, piezoelektrische Übertragerelemente

Resonanzkörper aus einem vorpolarisierten kera- mit einem Resonanzkörper in Form einer flachen mischen Material, wie Bariumtitanat oder Blei- 5 Scheibe zu verwenden, der mit Elektroden zur Zutitanzirkonat in Form einer flachen Scheibe be- führung der Eingangsspannung und zur Abnahme steht, der mit Elektroden zur Zuführung der Ein- der Ausgangsspannung belegt ist. Dabei bestehen die gangsspannung und zur Abnahme der Ausgangs- Resonanzkörper aus Platten, die aus einem Quarzspannung belegt ist, dadurch gekenn- kristall unter'einem bestimmten Winkel zu der ze i ch η et, daß der keramische Körper (12,12a, ao Kristallachse herausgeschnitten sind. 12 c) für eine radiale Schwingungsform .vorpolari- Es ist ferner bekannt, piezoelektrische Resonanz-

siert und-bemessen ist, daß er ferner in an sich körper aus einer piezoelektrischen Keramik, d.h. bekannter Weise entweder zwei der Zuführung aus einem vorpolarisierten keramischen Material, aus bzw. der Abnahme elektrischer Schwingungen Bariumtitanat und Bleititanzirkonat herzustellen, dienende Elektrodenpaare (14, 16; 18, 20; 26, 28) 15 Die bekannten Resonanzkörper können Längs-, oder drei Elektroden (14, 16a, 18; 14, 16, 34) auf- Biege-, Scherungs- oder Torsionsschwingungen ausweist, von denen eine oder mehrere Bestandteil führen. Bei den anisotropen Quarzkristallen läßt sich sowohl des Eingangs- als auch des Ausgangs- jedoch ein radialer oder Umfangsdehnungsschwinkreises sind, und daß schließlich diese Elektroden gungsmodus nicht anregen oder ausnutzen. Hierzu so angeordnet sind, daß sich auf der einen Seite 20 sind jedoch die isotropen keramischen Resonanzdes scheibenförmigen Resonanzkörpers eine den körper befähigt (vgl. hierzu Annalen der Physik, mittleren Bereich bedeckende kreisförmige Elek- 5. Folge, Bd. 15, H. 8, S. 881 bis 902). Es geht ferner trode (14) kleinen Durchmessers befindet und aus der französischen Patentschrift 1 117 325 hervor, konzentrisch hierzu eine äußere Ringelektrode piezoelektrische Übertrager aus Bariumtitanat anzu-(18, 34), während die andere Seite des Körpers 25 fertigen, deren Schwingkörper als kreisringförmige entweder mit Elektroden (16, 20) gleicher Aus- Platte ausgebildet ist, jedoch ist bei diesem bekannten bildung belegt ist .oder nur mit einer solchen Gerät nur an eine Schwingung in Querrichtung ge-Elekfrbde (16c). . dacht. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus,

2. Übertragerelement nach Anspruch 1, dadurch - daß sich bei Verwendung des vorpolarisierten keragekennzeichnet, daß der keramische Resonanz- 3° mischen isotropen Materials radiale oder Umfangskörper (12, 12a) in axialer Richtung vorpolarisiert dehnungsschwingungen erzeugen und ausnutzen lassen, ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

3. Übertragerelement nach Anspruch 1 oder 2, piezoelektrisches Übertragerelement der beschriebenen dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Art mit einem Resonanzkörper aus keramischem Resonanzkörper (12c) in radialer Richtung vor- 35 Material anzugeben, der bei kleinen handlichen Abpolarisiert ist. · messungen und einfachem Aufbau im radialen

4. Ubertragerelement nach Anspruch 2, dadurch Schwingungsmodus oder als Umfangsdehnungsschwingekennzeichnet, daß der Resonanzkörper nur ger arbeitet und einen scharf definierten Frequenzzwischen den auf seinen beiden Seiten einander Durchlaßbereich, hohen Spannungsgewinn und ein gegenüberliegenden Elektroden (14, 16; 18, 20) 40 hohes Signal-Rausch-Verhältnis "aufweist, polarisiert ist. Gemäß der Erfindung ist das Übertragerelement

5. Übertragerelement nach Anspruch 1, dadurch derart ausgebildet, daß der keramische Körper für gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (34 in eine radiale Schwingungsform vorpolarisiert und be-F i g. 5 und 6) sich am Rande des scheiben- messen ist, daß er ferner in an sich bekannter Weise föimigen Resonanzkörpers (12c) befindet. 45 entweder zwei der Zuführung bzw. der Abnahme

6. Ubertragerelement nach Anspruch 1, gekenn- elektrischer Schwingungen dienende Elektrodenpaare zeichnet durch die Hinzufügung je einer weiteren oder drei Elektroden aufweist, von denen eine oder konzentrisch zu der kreisförmigen Elektrode (14 mehrere Bestandteile sowohl des Eingangs- als auch bzw. 16) und außerhalb von ihr angeordneten des Ausgangskreises sind, und daß schließlich diese Ringelektrode (18, 20 in F i g. 6) auf jeder Seite 50 Elektroden so angeordnet sind, daß sich auf der einen des in radialer Richtung polarisierten Resonanz- Seite des scheibenförmigen Resonanzkörpers eine den körpers. mittleren Bereich bedeckende kreisförmige Elektrode

7. Ubertragerelement nach Anspruch 1 und 4, kleinen Durchmessers befindet und konzentrisch dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche der kreis- hierzu eine äußere Ringelektrode, während die andere förmigen Elektrode (14) und die Fläche und 55 Seite des Körpers entweder mit Elektroden gleicher Stellung der Ringelektrode (18 oder 34) im Ver- Ausbildung belegt ist oder nur mit einer solchen hältnis zu der Verteilung und Phase der ebenen Elektrode. ■--·'■:·

Schwingungsspannungen in dem Resonanzkörper Ein solches Ubertragerelement ist als elektrisches

derart gewählt ist, daß die Kompensation entgegen- Wellenfilter oder, als Impedanzwandler verwendbar gesetzter Felder minimal gehalten wird. ...-. 60 und kann als Bandpaßfilter im Zwischenfrequenz-

8. Ubertragerelement nach Anspruch 1, dadurch bereich ausgebildet sein; es läßt sich für verschiedenste gekennzeichnet, daß die kreisförmige Elektrode Betriebsbedingungen ausbilden und zeichnet sich (14) einen Radius von etwa dem 0,4fachen Radius durch geringe Übertragungsverluste und relativ hohe des Resonanzkörpers hat und daß die Ring- Selektivität aus.

elektrode (18) im wesentlichen die gesamte restliche 65 Der keramische Resonanzkörper kann dabei in Fläche derselben Seite der Scheibe bedeckt. axialer Richtung oder auch in radialer Richtung vorpolarisiert sein. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, den Resonanzkörper nur zwischen den