DE2000247C - Piezoelektrischer keramischer Ringresonator - Google Patents

Description

quenzcharakteristik der elektrischen Scheinleitwerte des Resonators nach der F i g. 1 im Vergleich zu den entsprechenden Merkmalen herkömmlicher piezoelektrischer keramischer Resonatoren zeigt,

F i g. 3 a eine schaubildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen Gehäuses für den Resonator,

F i g. 3 b eine schaubildliche Darstellung einer anderen Ausführung eines piezoelektrischen ken*- mischen Ringresonators nach der Erfindung,

F i g. 3 c ein Schnitt durch die Halterung und das -io Gehäuse eines piezoelektrischen keramischen Ringresonators nach der Erfindung.

Die F i g. 1 zeigt einen als Ganzes mit der 10 bezeichneten piezoelektrischen keramischen Ringresonator, bestehend aus einem dünnen piezoelektrischen Keramikring 12, an dessen entgegengesetzten Hauptseiten zwei Elektroden 13 und 14 angebracht sind. An den Elektroden 13 und 14 sind mittels Klebstoffschichten 15 und 16 zwei leitende Platten 20 und 20' befestigt. Jede leitende Platte 20, 20' besteht im we- ao sentlichen aus einer Zuleitungszunge 21,21' und einem leitenden Ring 22, 22', der im wesentlichen die gleiche Form und Größe aufweist wie der piezoelektrische Keramikring 12. Die Elektroden 13 und 14 überdecken gänzlich die entgegengesetzten Haupt- as Seiten des piezoelektrischen Keramikringes 12. Der leitende Ring 22 ist an der Elektrode 13 unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens, z. B. mittels eines Epoxid-Klebstoffes oder eines Lötmittels befestigt. Der andere leitende Ring 22' ist an der Elektrode 14 auf die gleiche Weise befestigt. Die Zuleitungszungen 21 und 21' stehen einander nicht gegenüber, wie in der F i g. 1 dargestellt. Der piezoelektrische Keramikring 12 ist in Richtung dessen Dicke polarisiert.

In der F i g. 2 sind die Frequenzen in kHz auf der waagerechten Achse und die relativen Werte des elektrischen Scheinleitwertes in db aufgetragen. Die mit Vollinie gezeichnete Kurve zeigt den elektrischen Scheinleitwert des piezoelektrischen keramischen Ringresonators 10 nach der Erfindung (Fig. 1), während die gestrichelte Kurve den elektrischen Scheinleitwert des piezoelektrischen Keramikringes 12 zeigt, wenn dieser von einem an die Elektroden 13 und 14 angelöteten Drahtleiter getragen wird. Die Grundresonanzfrequenz der radialen Schwingungen des piezoelektrischen Keramikringes 12 beträgt 455 kHz. Der Ringresonator 10 weist im Frequenzbereich von 500 bis 2000 kHz keine unerwünschten Reaktionen auf.

Es wurde festgestellt, daß die Scheinleitwert/Frequenz-Kennlinie des in der F i g. 1 dargestellten piezoelektrischen keramischen Resonators nach der Erfindung frei ist von unerwünschten Reaktionen innerhalb eines weiten Frequenzbereiches. Der Frequenzbereich, in dem unerwünschte Reaktionen nicht auftreten, kann nach der Erfindung durch Ändern des Verhältnisses Innendurchmesser/Außendurchmesser bestimmt werden.

Für einen mehr als ungefähr 2 MHz umfassenden Frequenzbereich muß das Verhältnis Innendurchmesser/Außendurchmesser größer als 0,45 sein. Die obere Grenze des Durchmesserverhältnisses hängt von dem elektromechanischen Kopplungskoeffizienten des für den piezoeleküischen Keramikring verwendeten Materials ab. Ein piezoelektrischer Keramikring mit einem größeren Durchmesserverhältnis weist einen hohen Resonanzwiderstand und einen kleinen mechanischen Gütefaktor Q auf. Bei größer werdendem Durchmesserverhältnis vermindert sich außerdem die statische Kapazität des piezoelektrischen Keramikringes. Der wirksame elektromechanische Kopplungskoeffizient des keramischen Rinuresonators wird ferner kleiner, wenn das Durchmesserverhältnis größer wird. Ein ZF-Filter mit einem piezoelektrischen dünnen Keramikring weist daher eine übermäßig große Eingangsimpedanz und eine schmale Bandbreite auf. Ein solches ZF-Filter : ι nicht erwünscht und besonders nicht in einem ZY-Verstärker für AM-Radioempfänger.

Es wurde ermittelt, daß ein hochwertiger piezoelektrischer keramischer Resonator für ein 455 kH: ZF-Filter geschaffen werden kann, wenn das Dun.-, messerverhältnis 0,45 bis 0,60 beträgt, und wenn ei. r elektromechanische Kopplungskoeffizient des dünn " Keramikringes 0,34 bis 0,40 beträgt.

Werden dicke leitende Platten 20 und 20' ve wendet, so weist der fertige Resonator einen kleine . mechanischen Gütefaktor Q auf und erzeugt η·>·. schwache Schwingungen mit kleiner Amplitude. B einer breiten Zuleitungszunge 21 werden außerdem unerwünschte Reaktionen verursacht, wie in ei. F i g. 2 durch die gestrichelte Kurve dargestellt i-■ Der piezoelektrische Resonator nach der Erfindung erzeugt die günstigste Leistung, wenn die Dicke ά.: leitenden Platten 20, 20' weniger als 5 % der Diel des Keramikringes 12 beträgt, und wenn die Brei!: der Zuleitungszungen weniger als ungefähr 3/10 dt. Außendurchmessers des Keramikringes 12 beträgt.

Der piezoelektrische Ringresonator kann ohne Schwierigkeiten in ein kleines Gehäuse nach der Erfindung eingesetzt werden. Die Fig. 3 a zeigt ein Gehäuse 30 nach der Erfindung, das im wesentlichen aus drei Teilen besteht, und zwar aus den beiden Abdeckgliedern 31 bis 31' und aus einem ringförmigen Rahmen 32, der einen Ansatz 33 mit zwei ebenen Flächen aufweist. Die beiden Anschlußleiter 34 und 35 sind an den ebenen Flächen befestigt. Das Gehäuse 30 wird aus einem geeigneten Isoliermaterial hergestellt, z. B. aus einem Epoxidharz, aus Glas oder aus einem keramischen Material.

Bei einem erfindungsgemäßen piezoelektrischen keramischen Ringresonator können die beiden Leiterzungen einander gegenüberstehen, wie in der F i g. 3 b dargestellt, in der für die gleichen oder einander entsprechenden Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wurden wie in der Fig. 1. Die Zuleitungszungen 21, IY sind am Ansatz 33 des Gehäuses 30 festgeklemmt und stehen mit den Anschlußleitern 34 und 35 in Berührung, wie in der F i g. 3 c dargestellt. Nach dem Einsetzen des piezoelektrischen keramischen Ringresonators 10 in dem ringförmigen Rahmen 32, werden die Abdeckglieder 31, 31' am Rahmen 32 befestigt. Zwischen den Ringresonator 10 und die Abdcckglieder 31,3Γ werden aus einem schwammartigen Material bestehende Abstandsscheiben 36, 36' eingesetzt, die den Resonator vor Stoßen und äußeren Erschütterungen schützen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Piezoelektrischer Keramikresonator aus einem dünnen piezoelektrischen Keramikring mit zwei auf gegenüberliegenden Seitenflächen aufgebrachten Elektroden, wobei der Keramikring in Grundresonanz Radialschwingungen ausführt und ein Innen- zu Außendurchmesserverhältnis von 0,45 bis 0,60 aufweist, mit zwei leitenden Plaiten, die im wesentlichen jeweils aus einer Zuleitungszunge und einem leitenden Ring bestehen, und mit Mitteln, die den piezoelektrischen Keramikring in einem Gehäuse mit einem Ansatz haltern, der zwei gegenüberliegende flache Flächen aafweist, wobei die Zuleitungszungen an auf dem Ansatz ausgebildeten Leitungsanschlüssen angebracht sind und das Gehäuse schwammartige Abstandsscheiben aufweist, die die beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des piezoelektrischen Keramikringes zusammen mit den beiden leitenden Platten bedecken, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Ringe (22, 22') den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der piezoelektrische Keramikring (12) haben und die Dicke jeder der leitenden Platten (20, 20^ weniger als 5 °/o der Dicke des Keramikringes beträgt, daß jede der Zuleitungszungen (21, 21') weniger als drei Zehntel des Außendurchmessers des Keramikringes breit ist, und daß die leitenden Platten (20, 20') an den Elektroden (13 bzw. 14) des Keramikringes (12) befestigt sind.

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   Die vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen keramischen Ringresonator aus einem dünnen keramischen piezoelektrischen Ring mit zwei auf die gegenüberliegenden Hauptflächen aufgebrachten Elektroden, wobei der Ring in der Grundresonanz Radialschwingungen ausführt und ein Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser von 0,45 bis 0,60 hat, mit zwei leitenden Platten, die im wesentlichen jeweils aus einer Zuleitungszunge und einem leitenden Ring bestehen, mit einer Vorrichtung zum Haltern des piezoelektrischen Keramikringes in einem Gehäuse, das einen Ansatz mit zwei gegenüberliegenden flachen Flächen aufweist, wobei die Zuleitungszungen an Zuleitungsanschlüssen befestigt sind, die auf dem Ansatz ausgebildet sind, und wobei das Gehäuse schwammartige Abstandsscheiben aufweist, die die gegenüberliegenden Hauptrlächen des piezoelektrischen Keramikringes zusammen mit den beiden leitenden Platten bedecken.

   Es ist beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 1144 793 und 1192 705, die USA.-Patentschrift 1907 425 und die Zeitschrift »Frequenz« Bd. 11 (1957), No. 5, S. 142 bis 145 bekannt, einen piezoelektrischen keramischen Ringresonator aufzubauen, indem man einen dünnen piezoelektrischen Keramikring auf den gegenüberliegenden Hauptflächen mit Elektroden vorsieht und ihn mittels Zuleitungszungen und schwammartigen Abstandsscheiben in einem Gehäuse haltert. Es ist weiterhin bekannt, einen solchen piezoelektrischen keramischen Ringresonator mit einem Innen- zu Außendurchmesferverhältnis von 0,45 bis 0,60 auszubilden und ihn in der Grundresonanz zu Radialschwingungen anzuregen. . .

   Bei diesem Stand der Technik ist jedoch nachteilig, daß bei derartigen piezoelektrischen Resonatoren unerwünschte Nebenresonanzen einschließlich harmonischer und nichtharmonischer Resonanzen in Form von Radialschwingungen auftreten. Weiterhin sind diese piezoelektrischen Resonatoren mit Halterungen verse hen,die im wesentlichen für Ultraschall-Hochleistungswandler und elektfomechanische Wandler für Schwingungsfühler wie z. B. Hydrophone üsw. gedacht sind. Hierbei sind die Zuleitungsdrähte bzw. leitenden Platten verhältnismäßig stark und schwer und teilweise direkt an den Elektroden angebracht, wo sie die Eigenschaften des piezoelektrischen Resonators beeinträchtigen. Dadurch weichen die Resonanzeigenschaften und die Einfügungsdämpfung derartiger piezoelektrischer Resonatoren häufig vor, denen des freien Schwingungszustandes des pkwelektrischen Keramikringes ab.

   Demzufolge ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten piezoelektrischen keramischen Resonator zu schaffen, bei dem die Nebenresonanzen innerhalb eines erforderlichen Fuquenzbereiches reduziert sind, der klein und leid ! zusammenzubauen ist und gleichzeitig eine geeignet Halterung aufweist, so daß er als piezoelektrische keramisches Wellenfilter einsetzbar wird, insbeso., dere als ZF-Filter mit einer Resonanzfrequenz von 455 kHz für Rundfunkempfänger, und dessen Band breite für den Einsatz als keramisches ZF-Filter in Rundfunkempfängern geeignet ist.

   Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die leitenden Ringe den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der piezoelektrische Keramikring haben, jede der leitenden Platte eine Dicke von weniger als 5 Prozent der Dicke des piezoelektrischen Keramikringes und jede der Zuleitungszungen eine Breite von weniger als drei Zehnteln des Außendurchmessers des Keramikringes hat, und daß die leitenden Platten jeweils an den Elektroden des Keramikringes angebracht sind.

   Diese Anordnung bietet de» Vorteil, daß der piezoelektrische keramische Ringresonator sich bezüglich der Nebenresonanzeigenschaften innerhalb eines erforderlichen Frequenzbereiches erheblich verbessern läßt, daß Abweichungen der Resonanzfrequenz und die Einfügungsdämpfung von den Größen im freien Schwingungszustand wesentlich verringert werden, daß es nicht mehr erforderlich ist, Zuleitungsdrähte an die Elektroden anzulöten oder die leitenden Platten an ihnen zu befestigen, daß sich der Zusammenbau des Resonators automatisieren läßt, da sein Aufbau einfach ist, und daß seine Eigenschaften bezüglich der Bandbreite des Durchlaßbereiches und die Einfügungsdämpfung ihn für Wellenfilteranwendungen — insbesondere als 455-kHz-ZF-Filter in Rundfunkempfängern — geeignet machen.

   Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich für die Fachwelt aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ist

   F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung eines piezoelektrischen keramischen Ringresonators nach der Erfindung,

   F i g. 2 eine graphische Darstellung, die die Fre-