DE69320086T2

DE69320086T2 - Verfahren und Vorrichtung für ein akustisches Oberflächenwellenfilter

Info

Publication number: DE69320086T2
Application number: DE69320086T
Authority: DE
Inventors: Thomas Hickernell; David Penunuri
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-23
Also published as: EP0564881B1; US5313177A; DE69320086D1; EP0564881A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet der mikroelektronischen Frequenzselektionskomponenten, und insbesondere Filter und Verzögerungsleitungen mit geringem Einspeiseverlust, und insbesondere Akustikwellenvorrichtungen, welche unidirektionale Akustikwellenwandler verwenden.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt ein anhaltendes Bedürfnis nach Akustikwellenfiltern und Verzögerungsleitungen für eine Vielzahl von praktischen Anwendungen. Akustikwellenvorrichtungen sind insbesondere bedeutsam bei der Herstellung von Verarbeitungsgerätschaften von elektronischen Signalen, insbesondere Funkgeräten bzw. Radiogeräten, da sie leicht massenproduzierbar sind und eine geringe Größe aufweisen. Akustikwellenvorrichtungen werden im allgemeinen auf planaren Oberflächen unter Verwendung von Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen konstruiert.
Eine Anzahl von Akustikwellenfilter und -wandlerdesignansätzen ist entwickelt worden, um die speziellen Funktionsziele, die für bestimmte Anwendungen relevant sind und welche speziellen Herstellungsbeschränkungen unterliegen, zu erreichen. Diese Ansätze enthalten unidirektionale mehrphasige Akustikwellenwandler, Multi-Wandler-Akustikwellenfilter, Resonatoren, Verteilungs-Akustikreflexionswandler (DARTs) und Akustikwellenwandler, welche mit Reflektoren versehen sind, wobei jeder Akustikwellenvorrichtungstyp Filterfunktionstüchtigkeits-Stärken und -Schwächen aufweist.
Ein reflexionsloser Akustikwellenwandler, der modifizierbar ist, um eine schwache Unidirektionalität vorzusehen, ist in der EP-A-0 255 263 beschrieben, während unidirektionale Wandler unter Verwendung von 1/4- oder 1/3-Wellenlängenelektroden, welche zwischen Gruppen von Reflektoren zwischengesetzt sind, in der EP-A-0 424 240 beschrieben sind.
Die Ansätze nach dem Stand der Technik leiden unter einer Anzahl von Nachteilen, welche im Stand der Technik wohlbekannt sind. Diese Nachteile werden um so ernster, je mehr die Betriebsfrequenz zunimmt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Akustikwellenfilter geschaffen, welcher aufweist: eine Akustikwellen ausbreitende Substrateinrichtung zum Unterstützen einer Akustikwelle; eine erste Akustikwellen-Reflektoreinrichtung, die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung verbunden ist, wobei die erste Akustikwellen- Reflektoreinrichtung zum Reflektieren von Akustikwellen dient; und eine erste schwach unidirektionale Akustikwellen- Wandlereinrichtung, die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung verbunden ist, wobei die erste schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereinrichtung zum Umwandeln elektrischer Signale in Akustikwellen und umgekehrt dient, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Akustikwellen- Reflektoreinrichtung, die neben die erste schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereinrichtung gesetzt ist, eine erste Akustikwellen-Wandlerstruktur mit geringem Verlust bildet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Akustikwellenfilter mit geringem Verlust geschaffen, wie er in Anspruch 7 beansprucht ist.
Die Akustikwellenvorrichtung umfaßt weiterhin vorzugsweise einen zweiten Akustikwellenreflektor, der mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat verbunden ist. Der zweite Akustikwellenreflektor reflektiert Akustikwellen. Ein zweiter schwach unidirektionaler Akustikwellenwandler ist mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat verbunden. Der zweite schwach unidirektionale Akustikwellenwandler wandelt elektrische Signale in Akustikwellen und umgekehrt. Der zweite Akustikwellenreflektor und der zweite schwach unidirektionale Akustikwellenwandler bilden eine zweite Akustikwellen- Wandlerstruktur mit geringem Verlust. Der erste und zweite Akustikwellenwandler mit geringem Verlust bilden einen Akustikwellenfilter mit einem geringen Verlust.
Der Akustikwellenfilter kann weiterhin einen weiteren Akustikwellenwandler aufweisen, der mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat zwischen dem ersten und dem zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust verbunden ist. Der dritte Akustikwellenwandler wandelt Energie zwischen elektrischen Signale und Akustikwellen. Der erste und der zweite Akustikwellenwandler mit geringem Verlust und der weitere Akustikwellenwandler bilden ein Akustikwellenfilter mit geringem Verlust.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält ein Akustikwellenfilter mit geringem Verlust in Kombination ein piezoelektrisches Substrat, einen ersten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler und einen zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler. Jeder der ersten und zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler umfassen weiterhin einen Akustikwellenreflektor und einen schwach unidirektionalen Akustikwellenwandler.
Eine verbesserter Radiofrequenzvorrichtung enthält vorzugsweise zumindest einen der obenbeschriebenen Akustikwellenfilter mit geringem Verlust zum Bereitstellen einer Frequenzse lektionsfunktion, wobei der Akustikwellenfilter mit geringem Verlust derart arbeitet, daß er den elektrischen Leistungspegel von Signalen in seinem Durchlaßband durch ein Verhältnis P im Bereich zwischen 0 ≤ P ≤ 0,75 abschwächt.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zum Bereitstellen einer Akustikwellenvorrichtung mit geringem Verlust. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Bereitstellens eines Akustikwellen ausbreitenden Substrats, Verbinden eines Akustikwellenreflektors mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat und Verbinden eines schwach unidirektionalen Akustikwellenwandlers mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat. Der schwach unidirektionale Akustikwellenwandler hat ein Richtvermögen von weniger als sechs Dezibel. Der Akustikwellenreflektor und der schwach unidirektionale Akustikwellenwandler wirken zusammen, um eine erste Akustikwellen- Wandlerstruktur mit geringem Verlust zu bilden, welche ein Richtvermögen von mehr als zehn Dezibel aufweist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Patentansprüche in Zusammenhang mit den Figuren erzielt werden, in denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters;
Fig. 2 eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine vereinfachte ebene Ansicht eines Abschnitts eines Elektrodenmusters einer Akustikwellenvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine vereinfachte ebene Ansicht eines Abschnitts eines Elektrodenmusters einer Akustikwellenvorrichtung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien X-X' oder X-X" von Fig. 4 oder S eines Abschnitts der Akustikwellenwandler- und/oder -reflektorstrukturen davon in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien X-X' oder X-X" von Fig. 4 oder 5, von einem Abschnitt der Akustikwellenwandler- und/oder - reflektorstrukturen davon in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien Y-Y' von Fig. 4, eines Abschnitts der Akustikwellenwandler- und/oder -reflektorstrukturen davon in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien Z-Z' von Fig. 5, eines Abschnitts der Akustikwellen-Reflektorstruktur davon in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 eine Darstellung einer experimentell gemessenen Frequenzantwort eines Akustikwellenfilters des in Fig. 3 dargestellten Typs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 eine Darstellung einer experimentell gemessenen Frequenzantwort eines Akustikwellenfilters des in Fig. 2 dargestellten Typs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Abschnitts einer Radiofrequenzvorrichtung einschließlich Akustikwellenfiltern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Eine breite Vielfalt verschiedener akustischer Eigenmodi hat Anwendungen in Mikrowellen-Akustikvorrichtungen. Diese enthalten Oberflächenakustikwellen (SAWs) oder Rayleigh-Wellen; Oberflächen-abhebende Bulk-Akustikwellen (SSBAWs); schmale Bulk-Akustikwellen (SBAWs); transversale Oberflächenwellen (STWs); Stonely-, Sezawa-, Love- und andere plattenförmige und andere akustische Eigenmodi höherer Ordnung; longitudinale und gescherte Bulk- Akustikwellen (BAWs); Leitungsakustikwellen (LAWs); etc.
Zur Vereinfachung der Erklärung wird die vorliegende Erfindung angesichts Oberflächenakustikwellen als Beispiel beschrieben, und zwar mit dem Verständnis, daß die Techniken, Verfahren und Vorrichtungen, welche hier offenbart werden, auf andere Vielfalten akustischer Ausbreitung, wie oben erwähnt, anwendbar sind. Der Ausdruck Oberflächenakustikwelle (SAW), Akustikwelle und Oberflächenwelle werden hier austauschbar verwendet. Der Ausdruck Elektrode, Finger und/oder Kammstruktur, mit oder ohne dem Adjektiv "interdigitiert" bzw. "fingerartig ineinandergreifend" werden hier austauschbar verwendet, um metallische Streifen zu bezeichnen, welche als akustische Reflexionselemente und/oder Wandlerelemente verwendet werden.
Fig. 1 ist eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters 100. Der Akustikwellenfilter 100 umfaßt ein Akustikwellen ausbreitendes Substrat 120 und Akustikwellenwandler 105 und 110, welche mit einer Signalquelle 130 und einer Last 140 über Zuleitungen 132, 134 und 142, 144 verbunden sind. Der Akustikwellenwandler 105 umfaßt weiterhin Busse oder Busbalken 115 und Kammelektroden 107 und 109. Der Akustikwellenwandler 110 umfaßt weiterhin Busse 115 und Kammelektroden 112 und 114.
Die für das Akustikwellen ausbreitende Substrat 120 oft verwendeten Materialien enthalten Lithiumniobat (LiNbO&sub3;), Lithiumtantalat (LiTaO&sub3;), Bismutgermaniumoxid (BiGeO&sub2;&sub0;), Bismutsiliziumoxid (BiSiO&sub2;&sub0;), Quarz (SiO&sub2;), Galliumarsenid (GaAs), Cadmiumsulfid (CdS), Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO) und dergleichen, welche in dünne Platten oder Scheiben oder Schichten gestaltet sind und derart orientiert sind, daß sie eine Substratoberfläche mit einer bevorzugten kristallographischen Ebene zusammenfallen lassen, welche eine hauptsächliche oder bevorzugte Akustikausbreitungsrichtung aufweisen. Obwohl hier stöchiometrische chemische Formeln für die oben erwähnten Substanzen vorgesehen sind, sollte man verstehen, daß Abweichungen von der Stöchiometrie in verschiedenen Verfahren der Substratmaterialherstellung üblich sind und daß solche Variationen in der Beschreibung der Materialien, die das Substrat 120 bilden, enthalten sein sollen.
Die Akustikwellenwandler 105 und 110 wandeln elektrische in akustische Energie und umgekehrt. Die ineinandergreifenden Kammelektroden 107, 109, 112 und 114 sind durch Busse 115 verbunden. Die Kammelektroden 107, 109, 112 und 114 und die Busse 115 sind typischerweise aus einem Dünnfilmmetall hergestellt (beispielsweise Aluminium und Legierungen davon), welches beispielsweise durch Vakuumverdampfung oder durch RF- Sputterabscheidung auf der polierten Oberfläche des Akustikwellen ausbreitenden Substrats 120 abgeschieden ist, das insgesamt oder teilweise piezoelektrisch ist. Die Kammelektroden 107, 109, 112 und 114 und die Busse 115, die die Akustikwellenwandler 105 und 110 bilden, sind typischerweise photolithographisch definiert, und zwar unter Verwendung von Prozessen, welche ähnlich denjenigen sind, die zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Fig. 2 und 3 sind allgemeine ebene Ansichten; Fig. 4 und 5 sind ebene Ansichten in größerem Detail, und Fig. 6 bis 9 zeigen verschiedene Querschnitte zum Illustrieren der vorliegenden Erfindung in größerem Detail. Die Erfindung wird am besten durch gemeinsame Betrachtung von Fig. 2 bis 9 verstanden. Die Anordnung und der Betrieb der vorliegenden Erfindung werden im allgemeinen in Verbindung mit Fig. 2-3 und dann im größeren Detail in Verbindung mit Fig. 4-9 beschrieben, worin die einzigartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung vollständiger verstanden werden.
Fig. 2 ist eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters 201 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Akustikwellenfilter 201 umfaßt Akustikwellenwandler 220 und 240, welche stark unidirektional sind und welche bevorzugte Richtungen der Akustikwel lenemission 290 und 295 aufweisen, zusammen mit einer optionellen Abschirmstruktur 230.
Das Akustikwellenfilter 201 umfaßt weiterhin elektrische Verbindungen 223 und 226, die mit dem Akustikwellenwandler 220 verbunden sind, und elektrische Verbindungen 243 und 246, die mit dem Akustikwellenwandler 240 verbunden sind. Die elektrischen Verbindungen 223 und 226 umfassen einen ersten elektrischen Port eines Akustikwellenfilters 201. Die elektrischen Verbindungen 243 und 246 umfassen einen zweiten elektrischen Port des Akustikwellenfilters 201.
Die optionelle Abschirmstruktur 230 kann mit der elektrischen Masse 232, wie in Fig. 2 gezeigt, verbunden sein oder kann schwebend (entkoppelt) sein oder anderweitig angeschlossen sein, wie erforderlich.
Die unidirektionalen Akustikwellenwandler, wie z. B. 220 und 240, emittieren jeweils akustische Energie in beide Richtungen 290 und 295. Ein Maß für den Grad, in dem ein Akustikwellenwandler unidirektional ist, ist das Verhältnis der Akustikenergie oder -leistung Pf, die in der Vorwärtsrichtung emittiert wird (Richtung 290 beispielsweise bezüglich des Akustikwellenwandlers 220), zur Akustikenergie oder -leistung Pr, die in der Rückwärtsrichtung emittiert wird (Richtung 295 beispielsweise bezüglich des Akustikwellenwandlers 220). Das Verhältnis Pf/Pr (oder das Inverse davon) wird das Richtvermögen genannt.
Das Richtvermögen D kann direkt ausgedrückt werden als ein Leistungsverhältnis und wird ebenfalls oft in Dezibel (dB) (D = 101og&sub1;&sub0; Pf/Pr) ausgedrückt. Unidirektionale Akustikwellenwandler mit Richtvermögen von 10 dB oder darüber liefern mindestens zehnmal soviel akustische Leistung in einer Richtung als einer anderen und sind stark unidirektional. Unidirektionale Akustikwellenwandler mit Richtvermögen zwischen 6 und 10 dE liefern zwischen vier- und zehnmal soviel Akustikleistung in einer Richtung wie in der anderen und sind mäßig unidirektional. Unidirektionale Akustikwellenwandler mit Richtvermögen von weniger als 6 dB liefern weniger als viermal soviel Akustikleistung in einer Richtung wie in der anderen und sind schwach unidirektional.
Im Betrieb wird ein Eingangssignal beispielsweise an die elektrischen Verbindungen 223 und 226 angelegt. Elektrische Energie bei einer geeigneten Frequenz (d. h. innerhalb des Akustikwellen-Filterdurchlaßbandes) bewirkt, daß Akustikwellen vom Akustikwellenwandler 220 in der Richtung 290 emittiert werden. Die elektrische Energie bei dieser Frequenz bewirkt nicht, daß ein signifikanter Energiebetrag vom Akustikwellenwandler 220 in der Richtung 295 emittiert wird, da der Akustikwellenwandler 220 stark unidirektional ist. Die Akustikenergie von dem Akustikwellenwandler 220 fällt auf den Akustikwellenwandler 240 ein, um so ein elektrisches Signal an den elektrischen Verbindungen 243 und 246 zu erzeugen.
In ähnlicher Weise bewirken die elektrischen Signale, die an die elektrischen Verbindungen 243 und 246 angelegt werden, eine Akustikwellenemission vom Akustikwellenwandler 240 und einen folgenden Empfang vom Akustikwellenwandler 220, was wiederum elektrische Signale an den elektrischen Verbindungen 223 und 226 erzeugt.
Die elektrischen Signale, die an den Eingangsverbindungen 223 und 226 (oder 243 und 246) vorliegen und nicht Frequenzen innerhalb des Akustikwellen-Filterdurchlaßbandes aufweisen, regen keine signifikante akustische Energie an und bewirken somit nicht, daß elektrische Signale an den Ausgangsverbindungen 243 und 246 (oder 223 und 226) zum Akustikwellenfilter 201 auftreten. Jeder der Wandler 220 und 240 kann als Eingang dienen, wobei der andere als Ausgang dient.
Fig. 3 ist eine vereinfachte ebene Ansicht eines Akustikwellenfilters 301 in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Akustikwellenfilter 301 umfaßt Akustikwellenwandler 320 und 360, welche stark unidirektional sind,mit bevorzugten Richtungen der Akustikwellenemission 390 und 395. Der Akustikwellenfilter 301 umfaßt weiterhin den Akustikwellenwandler 340 und optionelle Abschirmelektrodenstrukturen 330 und 350 zusammen mit optionalen elektrischen Massen 332 und 352.
Der Akustikwellenwandler 340 kann ein bidirektionaler Akustikwellenwandler eines beliebigen Typs sein. Der Akustikwellenfilter 301 umfaßt weiterhin elektrische Verbindungen 323, 326, 343, 346, 363 und 366.
Typischerweise sind die elektrischen Verbindungen 323 und 363 miteinander verbunden, wie es die elektrischen Verbindungen 326 und 366 sind, um einen ersten elektrischen Port des Akustikwellenfilters 301 zu bilden. Die elektrischen Verbindungen 343 und 346 bilden einen zweiten elektrischen Port des Akustikwellenfilters 301. Weitere Anordnungen an Verbindungen 323, 326, 343, 346, 363 und 366 sind praktisch, da sie für ein bestimmtes Akustikwellen-Filterdesign und eine entsprechende Anwendung geeignet sind.
Wenn ein elektrisches Signal an den ersten elektrischen Port angelegt wird, werden unidirektionale Akustikwellen prinzipiell durch die Akustikwellenwandler 320 und 360 in den Richtungen 390 und 395 emittiert, und zwar zum Akustikwellenwandler 340. Die Akustikwellen, die auf den Akustikwellenwandler 340 treffen, erzeugen elektrische Signale am zweiten elektrischen Port (elektrische Verbindungen 343 und 346) des Akustikwellenfilters 301.
In ähnlicher Weise erzeugen elektrische Signale, die an die elektrischen Verbindungen 343 und 346 angelegt werden, Aku stikwellen, die in den Richtungen 390 und 395 laufen. Diese Akustikwellen, die in der Richtung 390 laufen, fallen auf den Akustikwellenwandler 360, während die Akustikwellen, die in die Richtung 395 laufen, auf den Akustikwellenwandler 320 fallen. Die Akustikwellenwandler 320 und 360 liefern elektrische Signale an die elektrischen Verbindungen 323, 326 und 363, 366, ansprechend auf einfallende Akustikwellen.
Optionale Abschirmstrukturen 230 von Fig. 2 und 330 und 350 von Fig. 3 können Gruppen von Streifen oder einen einzelnen großen Streifen, gestaltet aus einem leitenden Material, umfassen, wie im Stand der Technik wohlbekannt ist.
Fig. 4 ist eine vereinfachte ebene Ansicht des Abschnitts 401 eines Elektrodenmusters der Akustikwellenvorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 401 umfaßt ein Akustikwellen ausbreitendes Substrat 120, einen Akustikreflektor 405 und einen Akustikwellenwändler 409. Die gestrichelte Linie V-V' ist in der Nähe der Verbindung des Akustikreflektors 405 und des Akustikwellenwandlers 409 nur als eine Verständnishilfe gezeichnet.
Der Akustikwellenreflektor 405 umfaßt Busbalken 415 und 415' und Elektroden 605', 615 und 625. Der Akustikwellenwandler 409 umfaßt Busbalken 415 und 415' und Elektroden, wie z. B. 605, 615 und 625. Die Akustikwellen laufen in den Richtungen 420 (nach links, wie in Fig. 4 gezeigt) und 425 (nach rechts) innerhalb des Akustikwellenwandlers 409 und laufen vorzugsweise von der Kombination des Akustikwellenwandlers 409 und des Akustikwellenreflektors 405 in der Richtung 425.
Die Elektroden 605, 615 und 625 des Akustikwellenwandlers 409 umfassen ein Beispiel einer Einheitszelle (beispielsweise X-X" von Fig. 4). Eine Vielzahl von Einheitszellen, die nicht notwendigerweise alle identisch sind, bilden den Akustikwel lenwandler 409 mit verteilten, darin angeordneten akustischen Reflexionen. Wenn eine Elektrode, wie z. B. 605', für die Elektrode 605 ersetzt wird, wird eine Einheitszelle (beispielsweise X-X') der Reflektorstruktur 405 gebildet, welche keine akustische Wandlung in sich enthält. Alle der in der Reflektorstruktur 405 enthaltene Elektroden sind höchstens nur mit einem der Busbalken 415 oder 415' verbunden.
Ein Schlüsselmerkmal der in Fig. 4 gezeigten Anordnung besteht darin, daß, wenn keine Wandlung oder Reflexionswichtung gegenüber der Position erwünscht ist, die Breite und der Abstand der Elektroden 605', 615 und 625 und der Elektroden 605, 615 und 625 die gleichen sind und die Differenz zwischen einer Wandlereinheitszelle und einer Reflektoreinheitszelle die Verbindung einer Elektrode dieser Zelle (z. B. 605 oder 605') mit einem Busbalken oder dem anderen (beispielsweise 415 oder 415') ist.
Alternativermaßen können Filterfunktionstüchtigkeitsanforderungen, welche eine Modifikation der Stärke der akustischen Reflexion und/oder -wandlung gegenüber der Position entlang dem Wandler (beispielsweise entlang der Richtungen 420, 425 und 520, 525 von Fig. 4 und 5) notwendig machen, durch Variieren der Elektrodenmuster und/oder -breiten innerhalb verschiedener Einheitszellen mit der Gesamtwandler/Reflektor- Struktur in Übereinstimmung mit im Stand der Technik wohlbekannten Design-Prinzipien erfüllt werden, und zwar mit den begleitenden Erhöhungen in den Komplexitäten des Akustikwellen-Filterdesigns und dessen Herstellung. Die Theorie des Akustikwellen-Wandlerdesigns einschließlich der akustischen Reflexion und Energiespeichereffekten ist im Kapitel 2 von "Circuit-Model Analysis and Design of Interdigital Transducers for Surface Acoustic Wave Devices" (Physical Acoustics, Band XV, veröffentlicht von Academic Press, Inc., 1981) beschrieben.
Fig. 5 ist eine vereinfachte ebene Ansicht des Abschnitts 501 eines Elektrodenmusters der Akustikwellenvorrichtung in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 501 umfaßt das Akustikwellen ausbreitende Substrat 120 mit prinzipiellen Akustikwellen- Ausbreitungsrichtungen 520 und 525, einem Akustikwellenwandler 603 und einem Akustikwellenreflektor 635. Der Akustikwellenwandler 603 umfaßt die Busbalken 415 und 415' und die Elektroden 605, 615 und 625. Die Elektroden 605, 615 und 625 umfassen eine Einheitszelle, wie z. B. X-X', die ähnlich der Zelle X-X" in Fig. 4 ist. Der Akustikwellenreflektor 635 umfaßt die Busbalken 515 und 515' zusammen mit den Elektroden 640 und 650. Die Elektroden 640 und 650 können mit beiden, einem von beiden oder keinem der Busbalken 515 und 515' verbunden sein. Weiterhin kann einer oder beide Busbalken 515 und 515' weggelassen werden.
Eine Elektrode 640 und eine Elektrode 650 sind zusammen eine Einheitszelle (beispielshalber Z-Z') des Akustikwellenreflektors 635. Die Akustikwellen werden in den prinzipiellen Akustikwellen-Ausbreitungsrichtungen 520 und 525 durch den Akustikwellenwandler 603 abgesetzt. Die Akustikwellen, die in die Richtung 520 laufen, welche auf den Akustikwellenreflektor 635 treffen, werden dadurch reflektiert und laufen darauffolgend in großem Umfang in der Richtung 525. Die Akustikwellen gehen somit primär von der Kombination des Akustikwellenwandlers 605 und des Akustikwellenreflektors 635 in der Richtung 525 aus.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kopplung der schwach unidirektionalen Wandler, wie z. B. 409 und 603, mit den Akustikreflektoren, wie z. B. 405 und 635 von Fig. 4 und 5, zum Bereitstellen von stark unidirektionalen Akustikwellenwandlern mit geringem Einspeiseverlust, verbunden mit großer Bandbreite in geringer Größe. Die Abschnitte 401 und/oder 501 von Fig. 4 und 5 entsprechen den Akustikwellenwandlern 220 und 320 von Fig. 2 und 3. Die Akustikwellenwandler 240 und 360 entsprechen Spiegelbildern der Abschnitte 401 und/oder 501 von Fig. 4 und 5.
Fig. 6 ist eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien X-X' oder X-X" von Fig. 4 oder 5 des Abschnitts 601 der Akustikwellen 409 und 603 und/oder des Akustikwellenreflektors 405 davon in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 601 umfaßt das Akustikwellen ausbreitende Substrat 120 und die Elektroden 605 (oder 605'), 615 und 625 mit Breiten 608, 618 und 628, welche darauf angeordnet sind, und zwar getrennt durch Zwischenräume mit Breiten 611, 621 und 638.
Die Breiten 608 und 618 sind nützlich im Bereich von einem Zwölftel einer akustischen Wellenlänge bis zu etwa einem Fünftel einer akustischen Wellenlänge oder größer. Die Breite 628 ist nützlich im Bereich von etwa einem Fünftel einer akustischen Wellenlänge bis zu etwa einer Hälfte einer akustischen Wellenlänge oder größer. Die Breiten 608 und 618 sind vorzugsweise etwa ein Achtel einer akustischen Wellenlänge, während die Breite 628 vorzugsweise etwa drei Achtel einer akustischen Wellenlänge beträgt. Die Breiten 608 und 618 können derart gewählt sein, daß sie identisch zueinander sind, oder können verschieden gewählt werden.
Die Breiten 611, 621 und 638 sind nützlich im Bereich von etwa einem Zwölftel einer akustischen Wellenlänge bis zu etwa einem Sechstel einer akustischen Wellenlänge oder größer und sind vorzugsweise etwa ein Achtel einer akustischen Wellenlänge groß. Die Breiten 611, 621 und 638 können derart gewählt sein, daß sie innerhalb einer Einheitszelle gleich sind oder können verschieden gewählt werden. In ähnlicher Weise können die Breiten 608, 618 Und 628 und die Breiten 611, 621 und 638 von einer Einheitszelle zu einer anderen variieren.
Fig. 7 ist eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien X-X' oder X-X" von Fig. 4 oder 5, des Abschnitts 701 der Akustikwellenwandler 409 und 603 und/oder der Akustikwellenreflektoren 405 und 635 davon in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die Breiten 608, 618 und 628 im wesentlichen die gleichen sind. Der Abschnitt 701 umfaßt ein Akustikwellen ausbreitendes Substrat 120 und Elektroden 605 (oder 605'), 615 und 625 mit im wesentlichen den Breiten 608, 618 und 628, welche darauf angeordnet sind, und zwar getrennt durch Zwischenräume mit den Breiten 611, 621 und 638.
Die Breiten 608, 618 und 628 und die Breiten 611 und 621 sind nützlich im Bereich von etwa einem Zwölftel einer akustischen Wellenlänge bis zu etwa einem Fünftel einer akustischen Wellenlänge oder darüber und betragen vorzugsweise etwa ein Achtel einer akustischen Wellenlänge. Die Breite 638 ist nützlich im Bereich von drei Zehntel der akustischen Wellenlänge oder darunter bis zu etwa einer Hälfte einer akustischen Wellenlänge oder darüber und werden vorzugsweise derart ausgewählt, daß sie etwa drei Achtel einer akustischen Wellenlänge betragen.
Fig. 8 ist eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien Y-Y' von Fig. 4, eines Abschnitts 801 eines Akustikwellenwandlers 409 und/oder einer Reflektorstruktur 405 davon in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 801 umfaßt ein Akustikwellen ausbreitendes Substrat 120 und Elektroden 615 und 625 mit Breiten 618 und 628, welche darauf angeordnet sind, und zwar getrennt durch Zwischenräume mit den Breiten 611, 621 und 638.
Die Breiten 611 und 638 haben nützlicherweise eine Gesamtbreite (d. h. Breite 611 + 638) im Bereich von etwa drei Zehnteln der akustischen Wellenlänge oder geringer bis zu etwa einer Hälfte einer akustischen Wellenlänge oder darüber, und vorzugsweise eine Gesamtbreite (d. h. Breite 611 + 638) von etwa drei Achteln einer akustischen Wellenlänge. (Es sei bemerkt, daß, da Fig. 8 eine Einheitszelle im Querschnitt darstellt, die Breiten 611 und 638 von ähnlichen benachbarten Zellen in der tatsächlichen physikalischen Struktur sich anschließen.) Die Breite 628 ist nützlich im Bereich von etwa drei Zehnteln einer akustischen Wellenlänge oder darunter bis etwa einer Hälfte einer akustischen Wellenlänge oder darüber und beträgt vorzugsweise etwa drei Achtel einer akustischen Wellenlänge. Die Breite 621 und die Breite 618 sind nützlich im Bereich von etwa einem Zwölftel einer akustischen Wellenlänge bis etwa einem Fünftel einer akustischen Wellenlänge oder darüber und betragen vorzugsweise etwa ein Achtel einer akustischen Wellenlänge.
Fig. 9 ist eine vereinfachte und vergrößerte Seitenansicht im Querschnitt, aufgenommen entlang der Schnittlinien Z-Z' von Fig. 5, eines Abschnitts 901 einer Akustikreflektorstruktur 635 davon in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Abschnitt 901 umfaßt ein Akustikwellen ausbreitendes Substrat 120 und Elektroden 640 und 650 mit Breiten 648 und 658, welche darauf angeordnet sind, und zwar getrennt durch Zwischenräume mit Breiten 651 und 668.
Ein besonderes Merkmal der in Fig. 4 bis 8 gezeigten Anordnungen liegt darin, daß die Elektrodenkonfigurationen, welche gezeigt sind, verteilte akustische Reflexionen über die Wandler- und/oder Reflektorstrukturen, die dadurch gebildet sind, liefern. Ein Schlüsselmerkmal dieser Elektrodenkonfigurationen liegt darin, daß die verteilten internen Reflexionen der Akustikwellen asymmetrisch bezüglich der Wandlung der Aku stikwellen angeordnet sind. Dieses letztere Merkmal ist erforderlich, um unidirektionale Akustikwellenwandlung mittels verteilter interner Reflexionen innerhalb akustischer Wandler zu bewirken.
Wie in Fig. 9 gezeigt, kann das Akustikwellen ausbreitende Substrat 120 ein planares Element aus einem kristallinen oder amorphen Material 124 aufweisen, auf das eine dünne Schicht aus einem piezoelektrischen Material 122 abgeschieden worden ist. Das piezoelektrische Dünnfilmmaterial 122 umfaßt beispielsweise Zinkoxid, wie diskutiert in "GaAs Monolithic SAW Devices for Signal Processing and Frequency Control", von T. W. Grudkowski, G. K. Montress, M. Gilden und J. F. Black, IEEE Catalogue No. 80CH 1602-2, S. 88-97, oder Aluminiumnitrid, wie diskutiert in "Growth and Properties of Piezoelectric and Ferroelectric Films", von M. H. Francome and S. V. Krishnaswamy, in Journal of Vacuum Science and Technology A 8(3), S. 1382-1390, oder Lithiumniobat oder anderes ferroelektrisches Material, wie diskutiert im Obigen und in "Metalorganic Chemical Vapor Deposition of PbTiO&sub3; Thin Films", von B. S. Kwak, E. P. Boyd und A. Erbil, in Applied Physics Letters, 53(18), S. 1702-1704. Wie oben erörtert und sonstwo, in Zusammenhang mit der optionalen Schicht 122 kann das Material 124 Halbleitermaterialien, wie z. B. Diamant, Silizium, Germanium, Galliumarsenid, ternäre, quaternäre oder weitere IV-IV, III-V, II-VI und gemischte Halbleitermaterialien und Legierungen, Isolatoren, wie z. B. Glas oder geschmolzenes Quarz, beispielsweise Metalle oder jegliche andere Materialien mit geeigneten akustischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften aufweisen.
Die optionale Schicht 122 umfaßt in der Praxis oft eine Mehrzahl von Schichten von Materialien, welche beispielsweise derart gewählt sind, daß sie die Adhäsion der optionalen Schicht 122 am Material 124 steigern, oder zur Förderung einer bestimmten kristallographischen Orientierung der optiona len Schicht 122. Obwohl Fig. 9 die Elektroden 640 und 650 als oberhalb dem Material 124 und der optionalen Schicht 122 angeordnet zeigt, sollte man verstehen, daß die Elektroden 640 und 650 oft zwischen dem Material 124 und der optionalen Schicht 122 angeordnet sind. Fig. 9 soll alle solchen Alternativen, Modifikationen und Variationen, wie sie üblicherweise im Stand der Technik praktiziert werden, umfassen. Diese Variationen gelten ebenfalls für die in Fig. 6 bis 8 illustrierten Strukturen.
Die Breiten 648 und 658 können derart gewählt werden, daß sie nominal dieselben sind, oder können so gewählt werden, daß sie verschieden sind (beispielsweise w0 +/- δ, wobei w0 eine nominale Breite repräsentiert und 8 eine Abweichung) innerhalb einer Einheitszelle. Die Breiten 648 und 658 können derart gewählt werden, daß sie von einer Einheitszelle zu einer anderen variieren. In ähnlicher Weise können die Breiten 651 und 668 derart gewählt werden, daß sie nominal dieselben sind, oder können so gewählt werden, daß sie verschieden sind (z. B. b&sub0; -/+ u, wobei b&sub0; eine nominale Breite und u eine Abweichung darstellt) innerhalb einer Einheitszelle, und die Breiten 651 und 668 können derart gewählt werden, daß sie von einer Einheitszelle zur anderen variieren.
Die Breiten 648 und 658 und die Breiten 651 und 668 betragen vorzugsweise ein Viertel einer akustischen Wellenlänge bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Breiten 648 und 658 und die Breiten 651 und 668 betragen vorzugsweise etwa eine Hälfte einer akustischen Wellenlänge bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Spezielle Ausführungsformen, wie oben erwähnt, werden so ausgewählt, daß sie zu den erwünschten Filtercharakteristiken und den akustischen Eigenschaften der Elektroden- und Substratmaterialien, welche in Übereinstimmung mit Prinzipien und Berechnungen verwendet werden, die im Stand der Technik wohlbekannt sind (siehe beispielsweise Physical Acoustics, supra) passen.
Die Breiten 608, 618 und 628 und die Breiten 611, 621 und 638 von Fig. 6 bis 9 können gemäß den im Stand der Technik bekannten Prinzipien (siehe beispielsweise Physical Acoustics, supra) bemessen werden, so daß die akustische Reflexionsgröße gegenüber der Position innerhalb eines akustischen wandlers variiert wird, um spezielle Funktionsparameter zu erzielen, oder alternativermaßen um akustische Reflexionsparameter bereitzustellen, welche nicht nennenswert mit prozeßinduzierten Variationen in der Elektrodenbreite und/oder in der Zwischenelektroden-Zwischenraumbreite (beispielsweise Elektrodenbreitenväriationen herrührend von Über- oder Unterätzung, Über- oder Unterbelichtung oder Entwicklung des Photolacks etc.) variieren. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch Auswählen von Breiten derart, daß die Reflexionseigenschaften von einer Elektrode ansteigen, wenn die Elektrodenbreite abnimmt, während die Reflexionseigenschaften einer benachbarten Elektrode abnehmen, wenn die Elektrodenbreite abnimmt.

Beispiel

Fig. 10 ist eine Darstellung einer experimentell gemessenen Frequenzantwort 1001 eines Filters des in Fig. 3, 5, 6 und 9 gezeigten Typs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die vertikale Skala ist fünf Dezibel pro Teilung, wobei der vertikale Referenzpegel (erste horizontale Linie unterhalb der Oberseite von Fig. 10) auf -2,17 dB eingestellt ist. Die horizontale Achse ist 50 Megahertz pro Teilung kalibriert, wobei die Mittellinie einer Frequenz von 858 Megahertz entspricht.
Das experimentelle Filter wurde unter Verwendung üblicher Prozeßschritte für die Herstellung einer integrierten mikroelektronischen Schaltung auf einem Substrat von 128º Yrotiertem, X-ausbreitendem LiNbO&sub3; (Lithiumniobat) mit einer Einzelschicht-Aluminiummetallisierung von 2400 Ängström Dicke hergestellt. Eine akustische Wellenlänge von 4,466 Mikrometer wurde gewählt, wobei eine Mittenfrequenz von etwa 860,2 Megahertz erzielt wurde.
Das experimentelle Filter umfaßte verteilte akustische Reflektor-Wandler oder DARTs (z. B. 320 und 360 von Fig. 3) 12 Wellenlängen lang zusammen mit den Reflektoren (z. B. 635 von Fig. 5) 100 Wellenlängen lang. Die Wandler und Reflektoren waren jeweils durch einen Zwischenraum von etwa 6/11 einer Wellenlängenbreite separiert. Die Reflektoren umfaßten einhundert Elektroden jeweils mit einer halben akustischen Wellenlänge Breite und getrennt durch Zwischenräume von einer halben akustischen Wellenlänge in der Breite. Die Elektroden mit den Reflektoren wurden mit beiden Busbalken verbunden (z. B. Busbalken 515 und 515' von Fig. 5). Der zentrale Akustikwellenwandler (z. B. 340 in Fig. 3) umfaßte einen ungewichteten Akustikwellenwandler 10,5 Wellenlängen lang, unter Verwendung von Elektroden von Breiten von einem Viertel einer akustischen Wellenlänge, getrennt durch Zwischenräume mit Breiten von einem Viertel einer akustischen Wellenlänge.
Die Frequenzantwort 1001 zeigt einen Einspeiseverlust von etwa 2,17 dB bei einer Mittenfrequenz von etwa 860,2 Megahertz, zusammen mit einer 3 dB-Bandbreite von etwa 20 Megahertz. Die Außerband-Signalunterdrückung, die durch die Daten von Fig. 10 gezeigt ist, überschreitet 20 dB für Frequenzen, die mehr als 75 Megahertz von der Mittenfrequenz entfernt sind, und überschreitet 28 dB für Frequenzen, die mehr als 150 Megahertz von der Mittenfrequenz entfernt sind. Die Frequenzantwort 1001 zeigt, daß ein geringer Einspeiseverlust, eine breite Durchlaßbandbreite und eine starke Außerband-Signalunterdrückung von einem Akustikwellenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung erhältlich sind. Der Akustikwellenfilter hat eine geringe Größe.
Fig. 11 ist eine Darstellung einer experimentell gemessenen Frequenzantwort 1101 eines Akustikwellenfilters des in Fig. 2, 4 und 8 gezeigten Typs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die vertikale Skala ist 1 Dezibel pro Teilung, wobei der vertikale Referenzpegel (obere horizontale Linie, Fig. 11) auf 0 dB eingestellt ist. Die horizontale Achse ist auf 5 Megahertz pro Teilung kalibriert, wobei die Mittenlinie einer Frequenz von 935 Megahertz entspricht.
Der experimentelle Akustikwellenfilter wurde unter Verwendung von üblichen Mikroherstellungsschritten auf einem Substrat aus 128º Yrotiertem, X-ausbreitendem LiNb03 unter Verwendung einer Einzelschicht-Aluminiummetallisierung mit 2040 Ängström Dicke hergestellt. Eine akustische Wellenlänge von 4,134 Mikrometern wurde gewählt, was eine Mittenfrequenz von etwa 935 Megahertz liefert. Die Breite 618 und die Breite 621 (Fig. 8) waren auf etwa 0,14 Wellenlängen oder 0,57876 Mikrometer gewählt, die Breite 628 war auf etwa 0,33 Wellenlängen oder 1,364 Mikrometer gewählt, während die Breiten 611 und 638 etwa 0,39 Wellenlängen oder 1,612 Mikrometer betrugen.
Die Frequenzantwort 1101 zeigt einen Einspeiseverlust von etwa 2,27 dB bei einer Mittenfrequenz von etwa 935 Megahertz, und zwar zusammen mit einer 3 dB-Bandbreite von etwa 15 Megahertz. Die Frequenzantwort 1101 zeigt, daß ein geringer Einspeiseverlust, eine breite Durchlaßbandbreite und ein schneller Durchgangsband/Außerband-Antwortübergang mit der Frequenz in einem Akustikwellenfilter mit einem kleinen Formfaktor vorgesehen sind, z. B. Chips mit den Filtern von Fig. 10 und 11 hatten Ausmaße von etwa 2,5 mal 2,0 Millimeter.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines Abschnitts 1200 eines Funkgeräts oder einer anderen Kommunikationsvorrichtung mit einem oder mehreren Akustikwellenfiltern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 1200 enthält eine Antenne 1201 und eine Antennenzuleitung 1204 als Bei spiel, welche zum Empfangen und/oder Übertragen von Signalen verwendet werden.
Alternativermaßen könnten die Antenne 1201 und die Antennenzuleitung 1204 durch eine faseroptische Verbindung oder ein Kabel oder ein anderes Signalübertragungsmedium ersetzt werden. Der Diplexer 1209 ist mit der Antenne 1201 und der Antennenzuleitung 1204 und mit einem Senderabschnitt (nicht gezeigt) gekoppelt. Der Diplexer 1209 koppelt empfangene Signale an den Filter 1215 über die Leitung 1212. Der Filter 1215 ist mit dem Verstärker 1227 über die Leitung 1226 gekoppelt.
Der Ausgang des Verstärkers 1227 ist mit dem Filter 1239 über die Leitung 1233 gekoppelt. Der Filter 1239 koppelt sein Ausgangssignal an den Mixer 1265, wo das durch die Leitung 1242 gekoppelte Signal mit einem weiteren Signal von dem lokalen Oszillator 1244 kombiniert wird, der über den Filter 1255 und die Leitungen 1249 und 1259 angekoppelt ist. Das Signal, welches von dem Mixer 1265 über die Zuleitung 1271 ausgegeben wird, wird dann durch den Filter 1277 geleitet, um eine mittlere Frequenz oder ein IF-Ausgangssignal über die Zuleitung 1280 bereitzustellen.
Der Diplexer 1209, der Filter 1215, der Filter 1239, der Filter 1255 und/oder der Filter 1277 können Akustikwellenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung aufweisen.

Verfahren

Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Akustikwellenwandlers mit geringem Verlust umfaßt folgende Schritte: Bereitstellen eines Akustikwellen ausbreitenden Substrats und Koppeln eines Akustikwellenreflektors mit dem Akustikwellen leitenden Substrat. Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt des Koppelns eines schwach unidirektionalen Akustikwellenwandlers mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat. Dieser schwach unidirektionale Akustikwellenwandler hat ein Richtvermögen von weniger als sechs Dezibel. Der schwach unidirektionale Akustikwellenwandler enthält vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise verteilte interne Reflexionen, die asymmetrisch bezüglich der Wandlung angeordnet sind. Der Akustikwellenreflektor und der schwach unidirektionale Akustikwellenwandler formen dadurch einen ersten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust mit einem Richtvermögen von mehr als zehn Dezibel.
Das Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise die Schritte des Koppelns eines zweiten Akustikwellenreflektors mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat und des Koppelns eines zweiten schwach unidirektionalen Akustikwellenwandlers mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat. Der zweite Akustikwellenreflektor und der zweite schwach unidirektionale Akustikwellenwandler formt dadurch einen zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust. Der erste und der zweite Akustikwellenwandler mit geringem Verlust formt dadurch einen Akustikwellenfilter mit geringem Verlust mit einem Einspeiseverlust von weniger als vier Dezibel.
Das Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise die Schritte des Koppelns eines ersten elektrischen Ports mit dem ersten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust und des Koppelns eines zweiten elektrischen Ports mit dem zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust zum Schaffen eines Akustikwellenfilters mit geringem Verlust. Das Verfahren umfaßt vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, den Schritt des Koppelns eines weiteren Akustikwellenwandlers mit dem Akustikwellen ausbreitenden Substrat zwischen dem ersten und dem zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust. Der erste und der zweite Akustikwellenwandler mit geringem Verlust und der weitere Akustikwellenwandler bilden dadurch einen Akustikwellenfilter mit geringem Verlust. Das Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise die Schritte des Bereit stellens einer ersten Abschirmelektrodenstruktur zwischen dem ersten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust und dem weiteren Akustikwellenwandler und des Bereitstellens einer zweiten Abschirmelektrodenstruktur zwischen dem zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust und dem weiteren Akustikwellenwandler. Das Verfahren umfaßt weiterhin vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise die Schritte des Auf-Masse-Legens der ersten und zweiten Abschirmelektrodenstruktur. Das Verfahren umfaßt alternativermaßen vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise den Schritt des Bereitstellens einer ersten Abschirmelektrodenstruktur zwischen dem ersten und dem zweiten Akustikwellenwandler mit geringem Verlust.
Eine Akustikwellen-Filtervorrichtung und ein Verfahren wurden beschrieben, welche spezielle Probleme überwinden und welche bestimmte Vorteile im Vergleich zu Verfahren und Mechanismen gemäß dem Stand der Technik erzielen. Die Verbesserungen gegenüber der bekannten Technologie sind signifikant. Beispielsweise werden eine breitere Bandbreite zusammen mit einem reduzierten Einspeiseverlust durch Akustikwellenfilter in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Die Kosten, Komplexitäten und/oder hohen Teilezahlen der gruppenartigen und weiteren mehrphasigen unidirektionalen Akustikwellenwandler werden vermieden, wie auch die Notwendigkeit der Handeinstellung der Phasennetzwerke. Der Herstellungsprozeß ist besonders einfach und erfordert nur eine Einzelebenen-Metallisierungsstrukturierung, beispielsweise durch übliche Photolitographie. In ähnlicher Weise sind die beschränkten Bandbreitenbegrenzungen der resonatorartigen Akustikwellenfilter bei der vorliegenden Erfindung nicht vorhanden, da die dabei verwendeten Akustikwellenwandler verteilte Akustikwellenreflexionen zusammen mit der Wandlung verwenden. Die Einspeiseverlustbeschränkungen der üblichen unidirektionalen Akustikwellenwandler werden durch Einschließen von Akustikwellenreflektoren zusätzlich zu schwach unidirektionalen Akustikwellenwandlern vermieden.
Somit ist in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Akustikwellenfilter und ein Verfahren mit den Vorteilen der~ Einzelebenen-Photolithographieprozesse und somit Einfachheit der Herstellung, geringer Größe, geringem Durchlaßband-Einspeiseverlust und hoher Unterdrückung von Außerband-Signalen zusammen mit breiter Durchlaßbandbreite geschaffen, welche vollständig die oben erwähnten Ziele und Vorteile erfüllen.
Obwohl die Erfindung in Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen beschrieben worden ist, können viele Alternativen, Modifikationen und Variationen den Fachleuten angesichts der vorhergehenden Beschreibung als klar erscheinen. Dementsprechend soll die Erfindung alle solche Alternativen, Modifikationen und Variationen umfassen, welche in den breiten Schutzumfang der angehängten Patentansprüche fallen.

Claims

1. Akustikwellenfilter (201, 301) mit:

einer Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) zum Unterstützen einer Akustikwelle;

einer ersten Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist, wobei die erste Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650) zum Reflektieren von Akustikwellen dient; und

einer ersten schwach unidirektionalen Akustikwellen- Wandlereinrichtung (409, 603), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist, wobei die erste schwach unidirektionale Akustikwellen- Wandlereinrichtung (409, 603) zum Wandeln von elektrischen Signalen in Akustikwellen und umgekehrt dient, dadurch gekennzeichnet, daß

die erste Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650), die neben die erste schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereinrichtung (409, 603) platziert ist, eine Akustikwellen-Wandlerstruktur (220, 240, 320, 360) mit geringem Verlust bildet.

2. Akustikwellenfilter (201, 301) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

eine zweite Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist, wobei die zweite Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650) zum Reflektieren von Akustikwellen dient;

eine zweite schwach unidirektionale Akustikwellen- Wandlereinrichtung (409, 603), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist, wobei die zweite schwach unidirektionale Akustikwellen- Wandlereinrichtung (409, 603) zum Umwandeln elektrischer Signale in Akustikwellen und umgekehrt dient, wobei die zweite Akustikwellen-Reflektoreinrichtung (605', 615, 625, 635, 640, 650) und die zweite schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereiririchtung (409, 603) somit einen zweiten Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) mit geringem Verlust bilden, wobei der erste und der zweite Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) mit geringem Verlust somit einen Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust bilden.

3. Akustikwellenfilter (201, 301) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Akustikwellen-Wandlereinrichtung (340), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) zwischen dem ersten und zweiten Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) mit geringem Verlust verbunden ist, wobei die Akustikwellen-Wandlereinrichtung (340) zur Umwandlung von Energie zwischen elektrischen Signalen und akustischen Wellen dient, wobei der erste und zweite Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) mit geringem Verlust und die Akustikwellen- Wandlereinrichtung (340) dadurch ein Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust bilden.

4. Akustikwellenfilter (201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereinrichtung (409, 603) Einheitszellen (601, 701, 801, 901) aufweist, wobei jede der Einheitszellen (601, 701, 801, 901) weiterhin aufweist:

eine erste Elektrode (615) mit einer ersten Breite (618), wobei die erste Elektrode (615) mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist; und

eine zweite Elektrode (625) mit einer zweiten Breite (628), die mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung (120) verbunden ist, wobei die zweite Breite (618) im Bereich von dem Zwei- bis Vierfachen der ersten Breite (618) liegt.

5. Akustikwellenfilter (201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste schwach unidirektionale Akustikwellen-Wandlereinrichtung (409, 603) Einheitszellen (601, 701, 801, 901) aufweist, wobei jede der Einheitszellen (601, 701, 801, 901) weiterhin aufweist:

eine erste Elektrode (605, 605') mit einer ersten Breite (608);

eine zweite Elektrode (615) mit einer zweiten Breite (618);

eine dritte Elektrode (625) mit einer dritten Breite (628); wobei die erste, zweite und dritte Elektrode (605, 605', 615, 625) mit der Akustikwellen ausbreitenden Substrateinrichtung'(i20) verbunden sind, wobei die dritte Breite (628) im Bereich von dem Eineinhalb- bis Fünffachen der ersten Breite (608) liegt.

6. Akustikwellenfilter (201, 301) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Akustikwellen ausbreitende Substrateinrichtung (120) ein Mitglied folgender Gruppe aufweist: Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Bismutgermaniumoxid; Bismutsiliziumoxid, Quarz, Galliumarsenid, Silizium, Cadmiumsulfid, Aluminiumnitrid und Zinkoxid.

7. Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust, welches kombiniert aufweist:

ein piezoelektrisches Substrat (120);

einen ersten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360);

einen zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360), wobei jeder der ersten und zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) akustisch miteinander verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

jeder der ersten und zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 260) weiterhin aufweist:

einen Akustikwellenreflektor (605', 615, 625, 635, 640, 650); und

einen schwach unidirektionalen Akustikwellenwandler (409, 603), wobei der Akustikwellenreflektor (605', 615, 625, 635, 640, 650) und der schwach unidirektionale Akustikwellenwandler (409, 603) mit dem piezoelektrischen Substrat (120) verbunden sind.

8. Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch:

einen weiteren Akustikwellenwandler (340), der zwischen dem ersten und zweiten stark unidirektionalen Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) angeordnet ist, wobei der weitere Akustikwellenwandler (340) als erster Port (346) des Akustikwellenfilters (201, 301) mit geringem Verlust dient, wobei die erste und zweite stark unidirektionale Akustikwellenwandler (220, 240, 320, 360) zusammenwirken, um als zweiter Port (326, 323, 366, 363) des Akustikwellenfilters (201, 301) mit geringem Verlust zu funktionieren.

9. Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Substrat (120) ein Mitglied folgender Gruppe aufweist: Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Bismutgermaniumoxid, Bismutsiliziumoxid, Quarz, Galliumarsenid, Silizium, Cadmiumsulfid, Aluminiumnitrid und Zinkoxid.

10. Akustikwellenfilter (201, 301) mit geringem Verlust nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Akustikwellenreflektor (605', 615, 625, 635, 640, 650) Elektroden (640, 650) mit Breiten (648, 658) von etwa einer halben akustischen Wellenlänge aufweist.