Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Filter vom Resonatoren-Typ mit einem mehrschichtigen, piezoelektrischen Bauelement, das als Ganzes in Resonanz bringbar ist.

Herkömmlicherweise werden verschiedene piezoelektrische Filter als Bandpassfilter verwendet. In einem Frequenzbereich von mehreren MHz bis in den zweistelligen MHz-Bereich werden häufig piezoelektrische Dualmodusfilter eingesetzt, die klein und billig sind.

Ein piezoelektrischer Dualmodusfilter dieser Art wird zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsschrift Nr. 5-327401 offenbart.

20 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen piezoelektrischen Dualmodusfilters, der die Dickenschwingung verwendet.

Ein piezoelektrischer Filter 201 umfasst eine piezoelektrische Platte 202, die in der Dickenrichtung polarisiert ist. Ein Paar Erregerelektroden 203 und 204 ist an der oberen Fläche der piezoelektrischen Platte 202 vorgesehen und eine gemeinsame Erregerelektrode 205 ist an der unteren Fläche der piezoelektrischen Platte 202 so vorgesehen, dass sie den Erregerelektroden 203 und 204 über die piezoelektrische Platte 202 gegenüberliegt.

Bei Betrieb wird eine Eingangsspannung zwischen der Erregerelektrode 203 und der gemeinsamen Erregerelektrode 205 angelegt, um die piezoelektrische Platte 202 zu erregen. Dies führt zu einem in 21A gezeigten symmetrischen Modus und einem in 21B gezeigten asymmetrischen Modus, welche beide gekoppelt sind, so dass sie ein Filterband ausbilden. Das Ausgangssignal wird zwischen der Erregerelektrode 204 und der Erdungselektrode 205 extrahiert.

Neben dem oben beschriebenen piezoelektrischen Dualmodusfilter unter Verwendung des Dickenmodus gibt es auch einen bekannten piezoelektrischen Dualmodusfilter, bei welchem die piezoelektrische Platte 202 in der Richtung parallel zu oberen Fläche derselben polarisiert ist, so dass eine Dickenscherschwingung eingesetzt wird.

Bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Filter 201 hängt die Kopplungsstärke zwischen dem symmetrischen Modus und dem asymmetrischen Modus von der Beabstandung zwischen den Erregerelektroden 203 und 204 ab. Dabei bestimmt der Abstand zwischen den Erregerelektroden 203 und 204 die Frequenzdifferenz zwischen dem symmetrischen Modus und dem asymmetrischen Modus, wodurch das Durchlassband bestimmt wird.

Um einen Filter mit einem breiteren Band zur Hand zu geben, muss somit der Abstand verringert und die Kopplung und die Frequenzdifferenz zwischen den Erregerelektroden 203 und 204 erhöht werden.

Die Erregerelektroden 203 und 204 werden typischerweise aus leitender Paste mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens gebildet. Beim Siebdruck ist jedoch die Fähigkeit zur Minimierung des Abstands dazwischen beschränkt. Andererseits kann das Bilden der Erregerelektroden 203 und 204 durch Photolithographie den Abstand dazwischen verringern. Dies führt jedoch zu stark erhöhten Kosten.

Bei dieser Anordnung besteht auch das Problem, dass zwischen dem Eingang und dem Ausgang des piezoelektrischen Filters 201 eine erhöhte elektrostatische Kapazität und eine verringerte Dämpfung vorliegen, selbst wenn der Abstand zwischen den Erregerelektroden 203 und 204 verringert ist.

Aus der DE 34 32 133 A1 ist ein piezoelektrischer Filter vom Transversal-Typ bekannt, bei dem am einen Ende des Bauelements eine Oberflächenwelle erzeugt, in Längsrichtung durch das Bauelement hindurch übertragen und am anderen Ende wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Ferner beschreibt die DE 40 05 184 C2 einen piezoelektrischen Filter mit einem monolithischen Filterbaustein, der mit einer Oberschwingung der Dickenausdehnungs-Schwingungsmode arbeitet. Dabei sind wenigstens drei Elektrodenlagen vorhanden, so dass die genannte Oberschwingung anregbar ist, wobei ein außerhalb des Schwingungsgebiets mit Elektrodenüberlappung liegender und dieses Schwingungsgebiet umgebender Substratabschnitt einheitlich in Richtung der Dicke des Substrats polarisiert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten piezoelektrischen Filter vom Resonatoren-Typ zu schaffen, der bei einem verbreiterten Band eine große Nebenbanddämpfung und geringe Herstellungskosten verwirklicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen piezoelektrischen Filter nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der nach bevorzugten Ausführungen der vorliegenden Erfindung vorgesehene piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden verwirklicht ein breiteres Band, eine größere Nebenbanddämpfung und geringere Herstellkosten.

Nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung wird ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden vorgesehen, der die piezoelektrische versteifte Wirkung verwendet. Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst ein mehrschichtiges piezoelektrisches Bauelement. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist mindestens vier im wesentlich parallel zueinander angeordnete Erregerelektroden sowie eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten auf, die jeweils zwischen zwei benachbarten Erregerelektroden vorgesehen und in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu oder im Wesentlichen parallel zu den Erregerelektroden ist, polarisiert sind, auf. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist erste und zweite Endflächen auf, die einander in der Richtung gegenüberliegen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden ist. Der piezoelektrische Filter umfasst weiterhin eine Erdungselektrode, eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode. Die Erdungselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens zwei der Erregerelektroden enthaltenden ersten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens zwei der Erregerelektroden in der Richtung selektiv angeordnet sind, in welcher die piezoelektrischen Schichten vorgesehen sind. Die Eingangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden zweiten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden in Richtung der ersten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Die Ausgangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden dritten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden nahe der zweiten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode bewirkt das Erregen und Koppeln von Schwingung mit Moden verschiedener Ordnungszahl, so dass ein Ausgangssignal zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode extrahiert wird.

Nach einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung ermöglicht die Anpassung der Anzahl der piezoelektrischen Schichten die Verwendung mehrerer Moden unterschiedlicher Ordnungszahl, wodurch das Merkmal eines Filters mit breiterem Band erzeugt wird.

Andererseits bestimmt bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Dualmodus-Filter der Abstand zwischen den an einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte vorgesehenen Erregerelektroden die Frequenzdifferenz jedes Modus, wodurch somit eine größere Genauigkeit bei der Bildung der Erregerelektroden erforderlich ist, um eine größere Bandbreite zu erzeugen. Dagegen wird nach verschiedenen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen einfach durch Wählen der zu verwendenden Moden ein breiteres Band mühelos erzeugt.

Weiterhin bewirkt bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Dualmodus-Filter eine Verringerung des Abstands zwischen den auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte vorgesehenen Erregerelektroden zur Verwirklichung eines breiteren Bands eine Zunahme der elektrostatischen Kapazität zischen dem Eingang und dem Ausgang, wodurch die Dämpfung gemindert wird. Die piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden gemäß bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen verwirklicht jedoch ein breiteres Band, ohne den Abstand zwischen den Erregerelektroden zu verringern, wodurch eine stark erhöhte Dämpfung erzeugt wird.

Demgemäß wird in den bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden mit einem breiteren Band und größerer Dämpfung bei stark verringerten Kosten erzeugt.

In verschiedenen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen werden eine n-te Oberwelle und eine (n – 1)-te Oberwelle als Moden unterschiedlicher Ordnungszahl verwendet, um einen piezoelektrischen Dualmodus-Filter nach bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen zu erzeugen. Alternativ werden eine n-te Oberwelle, eine (n – 1)-te Oberwelle und eine (n + 1)-te Oberwelle als Moden unterschiedlicher Ordnungszahl verwendet, um einen piezoelektrischen Dreifachmodus-Filter nach bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen zu erzeugen, wodurch ein noch breiteres Band erzeugt wird.

Nach einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung verwendet ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden eine piezoelektrische versteifte Wirkung. Der piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst ein mehrschichtiges piezoelektrisches Bauelement. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement umfasst mindestens vier im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Erregerelektroden und eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten, welche jeweils zwischen zwei benachbarten Erregerelektroden vorgesehen und in der Richtung polarisiert sind, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden steht. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist erste und zweite Endflächen auf, die einander in der Richtung gegenüberliegen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden ist, und weist erste, zweite, dritte und vierte Seitenflächen auf, welche sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstrecken. Die Richtung, in welcher sich die Seitenflächen erstrecken, stellt die Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements dar. Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst ferner eine Erdungselektrode, eine Eingangselektrode sowie eine Ausgangselektrode. Die Erdungselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer ersten mindestens zwei der Erregerelektroden enthaltenden Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens zwei der Erregerelektroden selektiv in der Richtung angeordnet sind, in welcher die piezoelektrischen Schichten vorgesehen sind. Die Eingangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer zweiten mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden in der Richtung der ersten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden gebildet wird, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören. Die Ausgangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden dritten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden nahe der zweiten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode bewirkt das Erregen und Koppeln von Schwingung von longitudinalen Moden verschiedener Ordnungszahl, so dass ein Ausgangssignal zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode extrahiert wird.

Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden nach der zweiten bevorzugten Ausführung erzeugt ein breiteres Band und eine größere Dämpfung.

Nach einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung verwendet ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden eine piezoelektrischen versteifte Wirkung. Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst ein mehrschichtiges piezoelektrisches Bauelement. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist mindestens vier im wesentlich parallel zueinander angeordnete Erregerelektroden sowie eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten auf, die jeweils zwischen zwei benachbarten Erregerelektroden vorgesehen und in der Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden ist, polarisiert sind, auf. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist erste und zweite Endflächen auf, die einander in der Richtung gegenüberliegen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden ist, und weist erste, zweite, dritte und vierte Seitenflächen auf, die sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstrecken. Die Richtung, in welcher sich die Seitenflächen erstrecken, ist die Dickenrichtung des piezoelektrischen Bauelements. Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst weiterhin eine Erdungselektrode, eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode. Die Erdungselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens zwei der Erregerelektroden enthaltenden ersten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens zwei der Erregerelektroden in der Richtung selektiv angeordnet sind, in welcher die piezoelektrischen Schichten vorgesehen sind. Die Eingangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden zweiten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden nahe der ersten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Die Ausgangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden dritten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden nahe der zweiten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode bewirkt das Erregen und Koppeln von Schwingung von Dickenmoden verschiedener Ordnungszahl, so dass ein Ausgangssignal zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode extrahiert wird.

Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden nach der dritten bevorzugten Ausführung verwirklicht ebenfalls ein breiteres Band und eine größere Dämpfung wie in der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung. Dadurch wird ein piezoelektrischer Filter erzeugt, der Oberwellen eines Dickenschwingungsmodus verwendet und ausgezeichnete Filtereigenschaften erzielt.

Nach einer vierten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung umfasst ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden ein mehrschichtiges piezoelektrisches Bauelement. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist mindestens vier im wesentlich parallel zueinander angeordnete Erregerelektroden sowie eine Vielzahl von piezoelektrischen Schichten auf, die jeweils zwischen zwei benachbarten Erregerelektroden vorgesehen und in der Richtung, die im Wesentlichen parallel zu den Erregerelektroden ist, polarisiert sind, auf. Das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement weist erste und zweite Endflächen auf, die einander in der Richtung gegenüberliegen, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden ist, und weist erste, zweite, dritte und vierte Seitenflächen auf, die sich zwischen den ersten und zweiten Endflächen erstrecken. Die Richtung, in welcher sich die Seitenflächen erstrecken, ist die Dickenrichtung des piezoelektrischen Bauelements. Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden umfasst eine Erdungselektrode, eine Eingangselektrode und eine Ausgangselektrode. Die Erdungselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens zwei der Erregerelektroden enthaltenden ersten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens zwei der Erregerelektroden in der Richtung selektiv angeordnet sind, in welcher die piezoelektrischen Schichten vorgesehen sind. Die Eingangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden zweiten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden in Richtung der ersten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Die Ausgangselektrode ist an der äußeren Fläche des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements vorgesehen und ist mit einer mindestens eine der Erregerelektroden enthaltenden dritten Gruppe elektrisch verbunden, wobei die mindestens eine der Erregerelektroden in Richtung der zweiten Endfläche angeordnet ist und durch Erregerelektroden, die nicht zu den Erregerelektroden der ersten Gruppe gehören, gebildet wird. Das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode und der Erdungselektrode bewirkt das Erregen und Koppeln von Schwingung von Dickenschermoden verschiedener Ordnungszahl, so dass ein Ausgangssignal zwischen der Ausgangselektrode und der Erdungselektrode extrahiert wird.

Der piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden nach der vierten bevorzugten Ausführung verwirklicht ebenfalls ein breiteres Band und eine größere Dämpfung wie in der ersten, zweiten und dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung. Daher wird ein piezoelektrischer Filter erzeugt, der Oberwellen eines Dickenscherschwingungsmodus verwendet und ausgezeichnete Filtereigenschaften erzielt.

Vorzugsweise sind die Moden unterschiedlicher Ordnungszahl eine n-te Oberwelle und eine (n – 1)-te Oberwelle, wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer 3 ist.

Alternativ sind die Moden unterschiedlicher Ordnungszahl vorzugsweise eine n-te Oberwelle, eine (n – 1)-te Oberwelle und eine (n + 1)-te Oberwelle, wobei n eine ganze Zahl gleich oder größer 3 ist. Diese Anordnung erzeugt ein noch breiteres Band.

Vorzugsweise ist mindestens eine der ersten Gruppe der Erregerelektroden zwischen einer Erregerelektrode der zweiten Gruppe und einer Erregerelektrode der dritten Gruppe angeordnet.

Diese Anordnung verringert die elektrostatische Kapazität zwischen dem Eingang und Ausgang stark, wodurch eine noch größere Dämpfung erzeugt wird.

Ein piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden nach verschiedenen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen umfasst weiterhin Reflexionsschichten und Halteteile. Die Reflexionsschichten sind jeweils mit den ersten und zweiten Endflächen des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements gekoppelt und sind vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer zweiten akustischen Impedanz Z₂ hergestellt, die kleiner als die akustische Impedanz Z₁ des piezoelektrischen Werkstoffs ist, der die piezoelektrischen Schichten des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements bildet. Die Halteteile sind jeweils mit äußeren Flächen der Reflexionsschichten gekoppelt und sind vorzugsweise aus einem Werkstoff mit einer dritten akustischen Impedanz Z₃ hergestellt, die größer als die zweite akustische Impedanz Z₂ ist, die äußeren Flächen der Reflexionsschichten liegen den ersten und zweiten Endflächen, mit denen die Reflexionsschichten gekoppelt sind, gegenüber.

In diesem Fall wird Schwingung, die sich von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelement ausbreitet, an den Grenzflächen zwischen den Reflexionsschichten und den Halteteilen reflektiert. Die Halteteile werden daher dazu verwendet, den piezoelektrischen Filter mechanisch zu halten, ohne dessen Eigenschaften zu beeinträchtigen.

Andere Merkmale, Bauelemente, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor.

1A und 1B sind eine perspektivische Ansicht und eine Längsschnittansicht, welche jeweils einen piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden nach einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigen.

2A ist eine Vorderansicht, welche den piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der ersten bevorzugten Ausführung darstellt, und 2B und 2C sind schematische Diagramme, welche eine zehnte Oberwelle bzw. eine neunte Oberwelle zeigen.

3 ist eine Längsschnittansicht, welche eine Abwandlung eines piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden nach der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

4 ist eine Kurve, welche die Impedanzkennlinie des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

5 ist eine Kurve, welche die Filterkennlinie des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

6 ist eine Kurve, welche eine Filterkennlinie eines Aufbaus zeigt, bei welchem ein Paar der piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung miteinander verbunden sind.

7 ist eine Vorderansicht, welche schematisch eine weitere Abwandlung des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der ersten bevorzugten Ausführung zeigt.

8 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden nach einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

9A ist eine Vorderansicht, welche den Aufbau von Elektroden des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden nach der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt, und 9B bis 9D sind schematische Diagramme, welche eine 14. Oberwelle, 13. Oberwelle bzw. eine 15. Oberwelle zeigen, die in der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung stark erregt sind.

10 ist eine Montageansicht, welche eine Filtervorrichtung zeigt, die den piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung verwendet.

11 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau zeigt, in dem die piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten Ausführung in vertikaler Richtung gestapelt sind.

12 ist eine Kurve, welche die Impedanzkennlinie des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

13 ist eine Kurve, welche die Filterkennlinie des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt.

14 ist eine Kurve, welche eine Filterkennlinie eines Aufbaus zeigt, bei welchem ein Paar der piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung miteinander verbunden sind.

15 ist eine Vorderansicht, welche schematisch eine Abwandlung des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden der zweiten bevorzugten Ausführung zeigt.

16A ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden nach einer dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt, der einen Dickenmodus verwendet, und 16B und 16C sind Kurven, welche jeweils schematisch eine zehnte Oberwelle und eine neunte Oberwelle zeigen, die in der dritten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung stark erregt sind.

17A ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Abwandlung des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden nach einer dritten bevorzugten Ausführung zeigt, und 17B und 17C sind schematische Diagramme, welche eine zehnte Oberwelle und eine neunte Oberwelle zeigen, die in dem in 17A gezeigten piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden stark erregt sind.

18A ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden zeigt, der einen Dickenschermodus verwendet, 18B und 18C sind schematische Diagramme, welche jeweils eine zehnte Oberwelle und eine neunte Oberwelle zeigen, die in dem in 18A gezeigten piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden erregt sind.

19 zeigt ein Analyseergebnis der Verschiebungsverteilung unter Verwendung einer Finitelementmethode eines piezoelektrischen Filters mit Reflexionsschichten und Halteteilen.

20 ist eine Schnittansicht, welche einen piezoelektrischen Dualmodus-Filter zeigt, der einen herkömmlichen Dickenschwingungsmodus verwendet.

21A und 21B sind schematische Diagramme, die jeweils einen symmetrischen Modus und einen asymmetrischen Moden zeigen, die in dem in 20 gezeigten herkömmlichen piezoelektrischen Dualmodus-Filter erregt werden.

Die vorliegende Erfindung geht aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungen derselben unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen besser hervor.

1A und 1B sind eine perspektivische Ansicht bzw. eine Längsschnittansicht, welche einen piezoelektrischen Filter mit gekoppelten longitudinalen Dualmodus nach einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigen.

Ein piezoelektrischer Filter 1 umfasst vorzugsweise ein piezoelektrisches Bauelement 2 in Form einer im Wesentlichen rechteckigen Stange mit einem im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Der piezoelektrische Filter 1 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Dualmodus-Filter, welcher einen longitudinalen Modus einsetzt, bei dem sich die Schwingung in der Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 2 ausbreitet.

In der vorliegenden Erfindung ist das piezoelektrische Bauelement 2 zum Beispiel aus piezoelektrischer Bleizirkonattitanat-Keramik oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt.

Das piezoelektrische Bauelement 2 weist eine erste Endfläche 2a und eine zweite Endfläche 2b auf, die einander in der Längsrichtung gegenüberliegen. Eine Erregerelektrode 3 ist vorgesehen, um die Endfläche 2a abzudecken. Eine Vielzahl von Erregerelektroden 4 bis 12, die sich jeweils in einer Querschnittrichtung erstrecken, sind ebenfalls mit Abständen dazwischen in der Längsrichtung vorgesehen. Weiterhin ist eine Erregerelektrode 13 vorgesehen, um die Endfläche 2b abzudecken.

Somit sind die Erregerelektroden 3 bis 13 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und es sind piezoelektrische Schichten zwischen jeder der Erregerelektroden 3 bis 13 vorgesehen.

In dem piezoelektrischen Bauelement 2 sind die piezoelektrischen Schichten an beiden Seiten der Erregerelektroden in einer Richtung polarisiert, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden 3 bis 13 ist.

Die Erregerelektroden 3 bis 13 sind vorzugsweise durch ein gleichzeitiges Brennverfahren aus der piezoelektrischen Keramik gefertigt, welche das piezoelektrische Bauelement 2 bildet. Das piezoelektrische Bauelement 2 und die Erregerelektroden 3 bis 13 können jedoch durch ein alternatives Verfahren gebildet werden und die Bildung der Erregerelektroden 3 und 13 an den Endflächen 2a bzw. 2b kann ebenfalls nach Vorsehen des piezoelektrischen Bauelements 2 durch ein gleichzeitiges Brennverfahren durchgeführt werden.

Das piezoelektrische Bauelement 2 weist eine obere Fläche 2c, eine untere Fläche 2d und ein Paar Seitenflächen 2e und 2f auf, welche sich zwischen den Endflächen 2a und 2b erstrecken. An der oberen Fläche 2c ist eine Eingangselektrode 14 in Richtung der Endfläche 2a vorgesehen und eine Ausgangselektrode 15 ist in Richtung der Endfläche 2b vorgesehen. An der unteren Fläche 2d ist eine Erdungselektrode 16 vorgesehen.

Die Eingangselektrode 14, die Ausgangselektrode 15 und die Erdungselektrode 16 sind aus einem geeigneten metallischen Werkstoff, beispielsweise Kupfer, Nickel, Silber oder einem anderen geeigneten metallischen Werkstoff, gefertigt, ähnlich dem der Erregerelektroden 3 bis 13.

An den oberen Enden der Erregerelektroden 4, 6, 10 und 12 ist ein Isoliermaterial vorgesehen, um zwischen der Eingangselektrode 14 und den Erregerelektroden 4 und 6 eine elektrische Isolierung vorzusehen und um zwischen der Ausgangselektrode 15 und den Erregerelektroden 10 und 12 eine elektrische Isolierung vorzusehen. Die Erregerelektroden 4, 6, 8, 10 und 12 sind mit der Erdungselektrode 16 elektrisch verbunden.

Andererseits sind die unteren Enden der Erregerelektroden 5, 7, 9 und 11 mit einem Isoliermaterial 19 versehen, das zwischen der Erdungselektrode 16 und den Erregerelektroden 5, 7, 9 und 11 eine elektrische Isolierung vorsieht. Die Erregerelektroden 3 und 13, welche an den Endflächen 2a bzw. 2b vorgesehen sind, sind mit der Eingangselektrode 14 bzw. der Ausgangselektrode 15 verbunden.

Der einfacheren Beschreibung wegen werden die Erregerelektroden 3 bis 13 in Gruppen eingeteilt. Das heißt: eine Vielzahl der Erregerelektroden 4, 6, 8, 10 und 12, welche in der gestapelten Richtung der Erregerelektroden 3 bis 13 selektiv angeordnet sind, wird als erste Gruppe bezeichnet. Von den verbleibenden Erregerelektroden 3, 5, 7, 9, 11 und 13 wird eine Vielzahl der Erregerelektroden 3, 5 und 7, welche in Richtung der ersten Endfläche 2b angeordnet sind, als zweite Gruppe bezeichnet. Eine Vielzahl der Erregerelektroden 9, 11 und 13, welche in Richtung der zweiten Fläche 2b angeordnet sind, wird als dritte Gruppe bezeichnet. Die elektrische Verbindung dieser Gruppen mit der Eingangselektrode 14, der Ausgangselektrode 15 und der Erdungselektrode 16 wird nachstehend beschrieben.

Die erste Gruppe mit den Erregerelektroden 4, 6, 8, 10 und 12 ist mit der Erdungselektrode 16 elektrisch verbunden. Die zweite Gruppe mit den Erregerelektroden 3, 5 und 7 ist mit der Eingangselektrode 14 verbunden. Die dritte Gruppe mit den Erregerelektroden 9, 11 und 13 ist mit der Ausgangselektrode 15 verbunden.

In dieser bevorzugten Ausführung sind die Erregerelektroden 3 bis 13 so angeordnet, dass sie die gesamten Querschnitte des piezoelektrischen Bauelements 2 abdecken. Die Querschnitte dürfen jedoch nur teilweise abgedeckt werden.

Bezüglich der Werkstoffe, welche die Isoliermaterialien 18 und 19 bilden, kann zum Beispiel ein isolierendes Harz oder ein isolierender Klebstoff verwendet werden, doch sind sie nicht hierauf beschränkt und es können andere geeignete Materialien verwendet werden.

Nun wird die Arbeitsweise des piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden 1 nach der bevorzugten Ausführung unter Bezug auf 2A bis 2C beschrieben.

2A ist eine Vorderansicht, welche schematisch den Aufbau der Elektroden des piezoelektrischen Filters 1 zeigt. Das Anlegen einer Eingangsspannung zwischen der Eingangselektrode 14 und der Erdungselektrode 16 bewirkt das Erregen des piezoelektrischen Bauelements 2 durch eine piezoelektrische Wirkung. Dies führt zu einem starken Erregen einer 10. Oberwelle des longitudinalen Modus, was in 2B schematisch gezeigt wird, und einer 9. Oberwelle des longitudinalen Modus, was schematisch in 2C gezeigt wird. Diese Moden werden gekoppelt, um ein Passband auszubilden, wodurch ein Ausgang von der Ausgangselektrode extrahiert wird. Dieser Vorgang wird nun gemäß einem spezifischen experimentellen Beispiel beschrieben.

Es wurde ein Beispiel des piezoelektrischen Filters 1 so hergestellt, dass das piezoelektrische Bauelement 2 eine Höhe von etwa 100 &mgr;m und eine Breite von etwa 220 &mgr;m hatte und dass jede zwischen den benachbarten Erregerelektroden sandwichartig umschlossene piezoelektrische Schicht eine Dicke (die Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 2) von etwa 130 &mgr;m hatte. Das piezoelektrische Bauelement 2 wurde somit so hergestellt, dass es eine Gesamtdicke von etwa 1.300 &mgr;m ausschließlich der Dicke der Elektroden aufwies. Die Impedanzeigenschaften und Filtereigenschaften dieser Anordnung wurden dann gemessen; diese Ergebnisse werden in 4 und 5 gezeigt.

4 ist eine Kurve, welche die Impedanzkennlinien der 9. Oberwelle und der 10. Oberwelle, die erregt wurden, zeigt. Die durchgehende Linie zeigt die Kennlinie der 9. Oberwelle und die gestrichelte Linie zeigt die Kennlinie der 10. Oberwelle. Wie in 4 gezeigt liegen die Reaktionen der 9. Oberwelle und der 10. Oberwelle nebeneinander. Dies zeigt daher, dass die Anordnung eine Filtereigenschaft zur Hand gibt, bei der die Resonanzfrequenz der 9. Oberwelle und die Antiresonanzfrequenz der 10. Oberwelle Dämpfungspole sind.

5 ist eine Kurve, welche die Dämpfungs-Frequenz-Kennlinie und die Gruppenverzögerungszeit-Kennlinie des piezoelektrischen Bauelements zeigt. In 5 zeigt die durchgehende Linie die Dämpfungs-Frequenz-Kennlinie und die gestrichelte Linie zeigt die Gruppenverzögerungszeit-Kennlinie an. iE-0j der rechten Skale von 5 zeigt i × 10^–j an. Wie in 5 gezeigt, sieht die Anordnung nach dieser bevorzugten Ausführung eine Filterkennlinie mit einer Mittenfrequenz von etwa 12,5 MHz und eine Bandbreite von etwa 1,3 MHz vor.

Bei dem herkömmlichen piezoelektrischen Filter mit Dualmodus 201 (siehe 20) hängt die Frequenzdifferenz zwischen den symmetrischen und asymmetrischen Moden von der Beabstandung zwischen den auf einer Oberfläche der piezoelektrischen Platte 202 vorgesehenen Erregerelektroden 203 und 204 ab. Dagegen wird bei dem piezoelektrischen Filter 1 dieser bevorzugten Ausführung die Frequenzdifferenz zwischen der 9. Oberwelle und der 10. Oberwelle durch das Verhältnis der Ordnungszahlen der Oberwellen bestimmt und ist unabhängig von der Beabstandung zwischen den Erregerelektroden. Somit sieht die Verwendung der 9. Oberwelle und der 10. Oberwelle ein Passband mit einer Frequenz vor, die von dem Verhältnis der Ordnungszahl der 9. Oberwelle zu der Ordnungszahl der 10. Oberwelle bestimmt wird. Demgemäß wird durch Auswählen der Oberwellen gemäß einer gewünschten Bandbreite die gewünschte Bandbreite verwirklicht.

In dieser bevorzugten Ausführung werden zehn piezoelektrische Schichten zwischen den Erregerelektroden 3 bis 13 vorgesehen, so dass die 9. Oberwelle und die 10. Oberwelle wirkungsvoll angeregt werden. Das Ändern der Anzahl der piezoelektrischen Schichten auf 11 erlaubt dagegen die Verwendung einer 11. Oberwelle und einer 10. Oberwelle, um den piezoelektrischen Dualmodus-Filter auszubilden, wodurch die Angleichung der Bandbreite erleichtert wird.

Es werden mit anderen Worten eine n-te Oberwelle und eine (n – 1)-te Oberwelle (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer 3) verwendet, um den piezoelektrischen Dualmodus-Filter zu bilden. Das Wählen von n erleichtert das Vorsehen verschiedener Bandbreiten für den piezoelektrischen Filter. Somit werden zwei Moden mit einer größeren Differenz zwischen den Ordnungszahlen verwendet, um ein breiteres Band vorzusehen.

Das heißt der herkömmliche piezoelektrische Dualmodus-Filter erfordert ein präziseres Ausbilden der Erregerelektroden 203 und 204, um ein breiteres Band vorzusehen. Dagegen erleichtert der piezoelektrische Filter 1 dieser bevorzugten Ausführung das Verwirklichen eines gewünschten bzw. breiteren Bands, ohne die Genauigkeit signifikant zu erhöhen, mit der die Erregerelektroden 3 bis 13 gebildet werden müssen.

Bei dem piezoelektrischen Filter 1 hängt die Dämpfung von dem Verhältnis der elektrostatischen Kapazität C_{I_G} bis C_I-O ab, wobei C_I–G ein Wert zwischen der Eingangselektrode 14 und der Erdungselektrode 16 und C_{I_O} ein Wert zwischen der Eingangselektrode 14 und der Ausgangselektrode 15 ist. Je größer C_{I_G}/C_I-O bzw. je kleiner C_I-O ist, desto größer wird somit die Dämpfung. In dieser bevorzugten Ausführung ist die Erregerelektrode 8, die mit dem Erdungspotential verbunden ist, zwischen den Erregerelektroden 3, 5 und 7 vorgesehen, ist mit der Eingangselektrode 14 und den Erregerelektroden 9, 11 und 13 elektrisch verbunden und ist mit der Ausgangselektrode 15 elektrisch verbunden. Das heißt: die Erregerelektrode 8 der ersten Gruppe ist zwischen den nächstliegenden Erregerelektroden 7 und 9 vorgesehen, wobei die Erregerelektrode 7 zur ersten Gruppe und die Erregerelektrode 9 zur zweiten Gruppe gehört. Dadurch sieht die Anordnung dieser bevorzugten Ausführung einen kleineren C_I-O-Wert vor, wodurch eine erhöhte Nebenbanddämpfung ermöglicht wird. Der piezoelektrische Filter 1 sieht daher eine größere Dämpfung als der herkömmliche piezoelektrische Filter 201 vor.

In dieser bevorzugten Ausführung weisen alle piezoelektrischen Schichten zwischen den Erregerelektroden 3 bis 13 vorzugsweise die gleiche Dicke auf; ihre Dicken können jedoch unterschiedlich sein. Somit kann ein Andern der Dicke optional die Erregungswirkungsgrade der betreffenden Oberwellen verbessern und kann auch die Erregungswirkungsgrade der Störoberwellen senken.

Der piezoelektrische Filter 1 dieser bevorzugten Ausführung schwingt in seiner Gesamtheit und muss somit mechanisch mit einer Federklemme oder einer anderen geeigneten mechanischen Stütze gestützt werden. Somit sind als in 3 gezeigte Abwandlung Reflexionsschichten 21 und 22 und Halteteile 23 und 24 jeweils mit Endflächen des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 2 des piezoelektrischen Filters 1 gekoppelt, so dass die Halteteile 23 und 24 den piezoelektrischen Filter 1 mechanisch halten. In der in 3 gezeigten Anordnung sind die Reflexionsschichten 21 und 22 aus einem Werkstoff mit einer zweiten akustischen Impedanz Z₂ gefertigt, die kleiner als die akustische Impedanz Z₁ des piezoelektrischen Bauelements 2 ist. Die Halteteile 23 und 24 haben eine dritte akustische Impedanz Z₃, die größer als die zweite akustische Impedanz Z₂ ist. Somit wird die Schwingung, die sich von dem piezoelektrischen Bauelement 2 ausbreitet, an den Grenzflächen zwischen den Reflexionsschichten 21 und 22 und den Halteteilen 23 und 24 reflektiert, wie nachstehend beschrieben wird. Somit ist es möglich, die Schwingung, die in die Halteteile 23 und 24 leckt, zu minimieren. Dadurch werden, selbst wenn die Halteteile 23 und 24 als mechanische Stütze verwendet werden, die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Filters 1 nicht beeinträchtigt.

Demgemäß werden als in 3 gezeigte Abwandlung die Reflexionsschichten 21 und 22 und die Halteteile 23 und 24 jeweils vorzugsweise mit beiden Endflächen des piezoelektrischen Filters gekoppelt.

19 zeigt ein Analyseergebnis der Verschiebungsverteilung unter Verwendung einer Finitelementmethode während des Betriebs des piezoelektrischen Filters 1 mit den Reflexionsschichten 21 und 22 und den Halteteilen 23 und 24.

Wie in 19 gezeigt breitet sich fast keine Schwingung von dem piezoelektrischen Filter 1 zu den Halteteilen 23 und 24 aus. Dadurch gibt es, selbst wenn die Halteteile 23 und 24 als mechanische Stütze verwendet werden, keine wirkliche Wirkung auf die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Filters 1. Um die Reflexion der Schwingung, welche sich ausgebreitet hat, an den Grenzflächen zwischen den Reflexionsschichten 21 und 22 und den Halteteilen 23 und 24 weiter sicherzustellen, weist jede der Reflexionsschichten 21 und 22 vorzugsweise eine Dicke in dem Bereich von (m&mgr;/4) ± (&ggr;/8) auf, wobei &ggr; eine Wellenlänge der Schwingung ist, die sich ausgebreitet hat, und m eine ungerade Zahl ist.

Die Reflexionsschichten 21 und 22 und die Halteteile 23 und 24 können aus einem beliebigen Werkstoff gebildet werden, der das oben erwähnte Impedanzverhältnis erfüllt. Die Reflexionsschichten 21 und 22 können zum Beispiel aus einem Epoxydharz oder einer Zusammensetzung aus einem Epoxydharz und einem Füllstoff gebildet werden. Die Halteteile 23 und 24 können aus einer piezoelektrischen Keramik ähnlich der des piezoelektrischen Bauelements 2 oder aus einer anderen geeigneten isolierenden Keramik gefertigt werden.

In der in 3 gezeigten Abwandlung sind Endelektroden 25 und 26 vorgesehen, um die Oberflächenbestücken zu erleichtern. Insbesondere sind die Endelektroden 25 und 26 so vorgesehen, dass sie sich zu den Halteteilen 23 und 24 und den Reflexionsschichten 21 und 22 und über die äußeren Endflächen der Halteteile 23 und 24 jeweils weiter zu den unteren Endflächen erstrecken.

Wenn zwei der piezoelektrischen Filter verwendet werden und deren Reflexionsschichten 21 und 22 und Haltteile 23 und 24 gekoppelt sind, wird das Paar piezoelektrischer Filter 1 mit Hilfe der Halteteile 23 und 24 miteinander verbunden, um einen piezoelektrischen Zweibauelement-Filter vorzusehen. Eine Filtereigenschaft eines beispielhaften so verbundenen piezoelektrischen Zweibauelement-Filters wird in 6 gezeigt.

7 ist eine Vorderansicht, welch schematisch eine weitere Abwandlung des piezoelektrischen Filters 1 nach der ersten bevorzugten Ausführung darstellt. Bei dem piezoelektrischen Filter 1 der ersten bevorzugten Ausführung bieten die isolierenden Werkstoffe 18 und 19 eine elektrische Isolierung zwischen den Erregerelektroden und den Elektroden, die von den Erregerelektroden elektrisch isoliert werden müssen. Dagegen sind, wie in 7 gezeigt, die Erregerelektroden dieser Abwandlung so angeordnet, dass sie weder mit der oberen Fläche noch mit der unteren Fläche in Berührung kommen, wodurch die elektrische Isolierung zwischen den Erregerelektroden und den Elektroden, die von den Erregerelektroden isoliert werden müssen, verwirklicht wird.

Bei einem piezoelektrischen Filter 31 der in 7 gezeigten Abwandlung sind die Erregerelektroden 3, 5, 7, 9, 11 und 13 so angeordnet, dass sie sich nicht zu der unteren Fläche des piezoelektrischen Bauelements 2 erstrecken. Dies isoliert die Erregerelektroden 3, 5, 7, 9, 11 und 13 der zweiten und dritten Gruppe elektrisch von der Erdungselektrode 16. Analog sind die Erregerelektroden 4, 6, 8, 10 und 12 so angeordnet, dass sie sich nicht zu der oberen Fläche des piezoelektrischen Bauelements 2 erstrecken. Dies isoliert die Erregerelektroden 4, 6, 8, 10 und 12 elektrisch von der Eingangselektrode 14 und der Ausgangselektrode 15.

8 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen piezoelektrischen Filter 41 nach einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung zeigt. Der piezoelektrische Filter 41 dieser bevorzugten Ausführung ist ein piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden, der einen longitudinalen Modus unter Einsatz der piezoelektrischen versteiften Wirkung verwendet, unterscheidet sich aber von dem der ersten bevorzugten Ausführung darin, dass für die Moden unterschiedlicher Ordnungszahl drei Moden verwendet werden.

Der piezoelektrische Filter 41 umfasst ein piezoelektrisches Bauelement 42 vorzugsweise in Form einer im Wesentlichen rechteckigen Stange wie in der ersten bevorzugten Ausführung. Der piezoelektrische Filter 41 verwendet 13., 14. und 15. Schwingungsmodus-Oberwellen, die sich in Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 42 ausbreiten.

Somit umfasst das piezoelektrische Bauelement 42 15 piezoelektrische Schichten, die mit einer Vielzahl von Erregerelektroden 43 bis 58 dazwischen aufgeschichtet sind. Jede der piezoelektrischen Schichten und der Erregerelektroden 43 bis 58 ist vorzugsweise in gleicher Weise wie die erste bevorzugte Ausführung konfiguriert. An der oberen Fläche des piezoelektrischen Bauelements 42 ist die Eingangselektrode 14 nahe einer ersten Endfläche 42a angeordnet und die Ausgangselektrode 15 ist nahe einer zweiten Endfläche 42b angeordnet. An der unteren Fläche des piezoelektrischen Bauelements 42 ist die Erdungselektrode 16 vorgesehen. Die Eingangselektrode 14, die Ausgangselektrode 15 und die Erdungselektrode 16 sind ebenso bevorzugt in gleicher Weise wie in der ersten bevorzugten Ausführung konfiguriert.

In dieser bevorzugten Ausführung sind die Erregerelektroden 43 bis 58 wie folgt in erste, zweite und dritten Gruppen eingeteilt:

Erste Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 44, 46, 48, 50, 51, 53, 55 und 57

Zweite Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 43, 45, 47 und 49

Dritte Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 52, 54, 56 und 58

Die Erregerelektroden 43 und 58 sind so angeordnet, dass sie die Endflächen 42a und 42b des piezoelektrischen Bauelements 42 bedecken.

Wie in der in 3 gezeigten Abwandlung sind die Reflexionsschichten 59 und 60 mit den äußeren Enden der Erregerelektroden 43 und 58, d. h. den äußeren Enden des piezoelektrischen Bauelements 42, jeweils gekoppelt. Die Halteteile 61 und 62 sind mit den äußeren Enden der Reflexionsschichten 59 bzw. 60 verbunden. Die Reflexionsschichten 59 und 60 und die Halteteile 61 und 62 sind bevorzugt in gleicher Weise wie die in 3 gezeigte Abwandlung konfiguriert. Somit werden, selbst wenn die Halteteile 61 und 62 als mechanische Stütze verwendet werden, die Filtereigenschaften des piezoelektrischen Filters 41 nicht beeinträchtigt.

Da andere Konfigurationen des piezoelektrischen Filters 41 ähnlich denen des piezoelektrischen Filters 1 der ersten bevorzugten Ausführung sind, werden deren Beschreibungen übergangen.

Das piezoelektrische Bauelement 42 dieser bevorzugten Ausführung ist auch in Längsrichtung polarisiert. Somit bewirkt das Anlegen einer Eingangsspannung zwischen der Eingangselektrode 14 und der Erdungselektrode 16 ein Erregen des piezoelektrischen Bauelements 42. Moden, die in diesem Fall erregt werden, werden nachstehend unter Bezug auf 9A bis 9D beschrieben.

9A ist eine schematische Ansicht, welche den Aufbau der Elektroden des piezoelektrischen Filters 41 (die Reflexionsschichten und die Halteteile werden nicht gezeigt) darstellt. Das oben beschriebene Anlegen einer Eingangsspannung bewirkt eine starke Erregung einer in 9B gezeigten 14. Oberwelle, einer in 9C gezeigten 13. Oberwelle und einer in 9D gezeigten 15. Oberwelle. Nachstehend werden die Impedanz- und Filtereigenschaften jeder Oberwelle in diesem Fall gemäß eines spezifischen experimentellen Beispiels beschrieben.

Wie in der ersten bevorzugten Ausführung wurde das Beispiel des piezoelektrischen Filters 41 so hergestellt, dass das piezoelektrische Bauelement 42 eine Höhe von etwa 100 &mgr;m und eine Breite von etwa 220 &mgr;m hatte und dass jede zwischen den benachbarten Erregerelektroden sandwichartig umschlossene piezoelektrische Schicht eine Dicke (in Längsrichtung des piezoelektrischen Bauelements 42) von etwa 130 &mgr;m hatte. Das piezoelektrische Bauelement 2 wurde somit so hergestellt, dass es eine Gesamtdicke von etwa 1.950 &mgr;m ausschließlich der Dicke der Elektroden aufwies. Die Impedanzfrequenzeigenschaften und Filtereigenschaften dieser Anordnung wurden dann in gleicher Weise wie in der ersten bevorzugten Ausführung gemessen.

12 zeigt die Impedanzeigenschaft des piezoelektrischen Filters dieser bevorzugten Ausführung, wobei die durchgehende Linie die Impedanzeigenschaften einschließlich der Reaktionen der 13. und 15 Oberwellen und die gestrichelte Linie die Eigenschaften einschließlich der Reaktionen der 14. Oberwelle zeigt. Somit sind diese drei Oberwellen gekoppelt, um ein Passband mit der Resonanzfrequenz der 13. Oberwelle und der Antiresonanzfrequenz der 15. Oberwelle als Dämpfungspole vorzusehen.

Unter Bezug auf 13 zeigt die durchgehende Linie die Dämpfungsfrequenzeigenschaft und die gestrichelte Linie die Gruppenverzögerungszeiteigenschaft. Diese Anordnung gibt, wie gezeigt, die Filtereigenschaft eines breiteren Bands zur Hand. In diesem Beispiel gibt der piezoelektrische Filter 41 eine Mittenfrequenz von etwa 12,8 MHz und eine Brandbreite von etwa 1,5 MHz zur Hand.

In dieser bevorzugten Ausführung werden drei Oberwellen wie vorstehend beschrieben gekoppelt, wodurch ein Band erzeugt wird, das sogar noch breiter als der piezoelektrische Filter 1 der ersten bevorzugten Ausführung ist. In dieser bevorzugten Ausführung erleichtert die Verwendung verschiedener Arten von Oberwellen wiederum das Erzeugen piezoelektrischer Filter.

Wie aus dieser bevorzugten Ausführung ersichtlich ist, verwendet der erfindungsgemäße piezoelektrische Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden drei Oberwellen. Durch Angleichen der Positionen der Erregerelektroden, die in dem piezoelektrischen Bauelement angeordnet sind, können jedoch vier oder mehr Oberwellen wirksam erregt werden, um einen piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden zur Hand zu geben, der die Kopplung von vier oder mehr Oberwellen einsetzt.

In dieser bevorzugten Ausführung müssen die Dicken der piezoelektrischen Schichten zwischen den benachbarten Erregerelektroden nicht unbedingt gleich sein. Somit kann die Dicke einiger piezoelektrischen Schichten so variiert werden, dass die Erregungswirkungsgrade der in dem Filter eingesetzten Oberwellen verbessert oder der Erregungswirkungsgrad einer Störoberwelle gesenkt wird.

In dieser bevorzugten Ausführung sind die Erregerelektroden 50 und 51 mit der Erdungselektrode 16 verbunden und sind zwischen den zwei nächstliegenden Erregerelektroden, die jeweils mit der Eingangselektrode 14 und der Ausgangselektrode 15 verbunden sind, vorgesehen. Somit wird, wie in der ersten bevorzugten Ausführung, C1-O stark verringert, wodurch eine stark verbesserte Dämpfung erzeugt wird.

In dieser bevorzugten Ausführung kann ein Paar der piezoelektrischen Filter 41 auch mit einem isolierenden Klebstoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff verbunden werden, um einen piezoelektrischen Zweibauelement-Filter zur Hand zu geben. Ein Beispiel einer Filtereigenschaft eines derartigen piezoelektrischen Zweibauelement-Filters wird in 14 gezeigt.

Wie in 14 gezeigt, wird durch Verbinden von zwei piezoelektrischen Filtern 41 eine Filtereigenschaft erzeugt, die in Selektivität überlegen ist.

Eine piezoelektrische Filtervorrichtung unter Verwendung eines Paars piezoelektrischer Filter 41 wird beispielhaft unter Bezug auf 10 beschrieben.

Bei der in 10 gezeigten piezoelektrischen Filtervorrichtung ist ein Paar der piezoelektrischen Filter 41 mit isolierenden Klebstoffen 66 und 67 miteinander verbunden und an einem Gehäusesubstrat 65 angebracht. Dann wird eine Metallabdeckung 68 durch einen isolierenden Klebstoff so an dem Gehäusesubstrat 65 befestigt, dass sie die piezoelektrischen Filter 41 bedeckt. Dies gibt eine piezoelektrische Filtervorrichtung mit dem Paar darin verkapselter piezoelektrischer Filter 41 zur Hand. Elektroden 65a bis 65d sind an dem Gehäusesubstrat 65 vorgesehen, um eine elektrische Verbindung zwischen beiden piezoelektrischen Filtern 41 vorzusehen und sich von dem Gehäuse erstreckende Endelektroden auszubilden.

In dem in 10 gezeigten Beispiel kann, während das Paar piezoelektrischer Filter 41 in horizontaler Richtung miteinander verbunden ist, das Paar piezoelektrischer Filter 41 mittels isolierenden Klebstoffe 69a und 69b auch in der vertikalen Richtung verbunden werden, wie in 11 gezeigt.

15 ist eine Vorderansicht, welche schematisch eine Abwandlung des piezoelektrischen Filters 41 zeigt. In dem piezoelektrischen Filter 41 sehen die isolierenden Werkstoffe 18 und 19 eine elektrische Isolierung zwischen den Erregerelektroden und den Elektroden vor, die von den Erregerelektroden isoliert werden müssen. Wie in der Abwandlung der in 7 gezeigten ersten bevorzugten Ausführung kann der piezoelektrische Filter 41 jedoch Erregerelektroden umfassen, die so angeordnet sind, dass sie sich weder zur oberen Fläche noch zur unteren Fläche des piezoelektrischen Bauelements 42 erstrecken, um eine elektrische Isolierung zwischen den Erregerelektroden und den Elektroden vorzusehen, die von den Erregerelektroden elektrisch isoliert werden müssen.

Die piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungen sind so konfiguriert, dass sie Oberwellen der longitudinalen Moden der piezoelektrischen Bauelemente 2 und 42 verwenden; die erfindungsgemäßen piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden sind jedoch nicht nur auf das Einsetzen eines longitudinalen Modus beschränkt.

Unter Bezug auf 16 bis 18 wird ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer Filter mit mehreren gekoppelten longitudinalen Moden beschrieben, der einen weiteren Schwingungsmodus einsetzt.

16A ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau eines piezoelektrischen Filters mit mehreren Moden nach einer dritten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 16B und 16C sind schematische Diagramme, welche Oberwellen zeigen, die in dem piezoelektrischen Filter mit mehreren Moden erregt werden.

Bei einem piezoelektrischen Filter 71 ist eine Vielzahl von Erregerelektroden 73 bis 83 mit piezoelektrischen Schichten aufgeschichtet, um ein mehrschichtiges piezoelektrisches Bauelement 72 auszubilden. Bezüglich des piezoelektrischen Werkstoffs, aus dem die piezoelektrischen Schichten gebildet sind, wird wie in der ersten bevorzugten Ausführung eine geeignete piezoelektrische Keramik, beispielsweise Bleizirkonattitanat-Keramik, vorzugsweise verwendet.

Zu beachten ist, dass bei dem piezoelektrischen Filter 71 die Richtung, in welcher die Erregerelektroden geschichtet sind, d. h. in 16A die vertikale Richtung, die Dickenrichtung ist. Eine Erregerelektrode 73 ist an einer oberen Fläche 72a des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 72 vorgesehen und eine Erregerelektrode 83 ist an einer unteren Fläche 72b vorgesehen. Andere Erregerelektroden 74 bis 82 sind in Form von Innenelektroden vorgesehen.

In dieser bevorzugten Ausführung liegen die obere Fläche 72a und die untere Fläche 72b einander in der Richtung gegenüber, die im Wesentlichen senkrecht zu den Erregerelektroden 73 bis 83 verläuft, und bilden erste und zweite Endflächen der vorliegenden Erfindung.

An einer Seitenfläche 72c des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 72 ist die Eingangselektrode 14 nahe der oberen Fläche 72a angeordnet, die die erste Endfläche ausbildet, und die Ausgangselektrode 15 ist nahe der unteren Fläche 72b angeordnet, die die zweite Endfläche ausbildet. Eine Erdungselektrode (nicht abgebildet) ist ebenfalls an einer Seitenfläche 72d gegenüber der Seitenfläche 72c vorgesehen.

Die Erregerelektroden 73 bis 83 sind wie folgt in die oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Gruppen eingeteilt:

Erste Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 74, 76, 78, 80 und 82

Zweite Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 73, 75 und 77

Dritte Gruppe der Erregerelektroden – Erregerelektroden 79, 81 und 83

In dieser bevorzugten Ausführung bewirkt das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode 14 und der Erdungselektrode eine starke Erregung einer 10. Oberwelle, schematisch in 16B dargestellt, der Dickschwingung und einer 9. Oberwelle, schematisch in 16C dargestellt, einer Dickenschwingung.

Somit sind die 10. Oberwelle und die 9. Oberwelle gekoppelt, um ein Passband mit einer stark vergrößerten Bandbreite zur Hand zu geben. Diese bevorzugte Ausführung sieht daher einen piezoelektrischen Filter mit gekoppelten longitudinalen Dualmodus vor, der eine piezoelektrische versteifte Wirkung und die 9. und 10. Oberwelle der Dickenschwingung einsetzt. Zwar verwendet dieser piezoelektrische Filter einen anderen Schwingungsmodus, doch liefert er eine stark vergrößerte Bandbreite durch Koppeln von Oberwellen unterschiedlicher Ordnungszahl in gleicher Weise wie in den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungen. Weiterhin ermöglicht in dieser bevorzugten Ausführung die Verwendung unterschiedlicher Oberwellen wieder das Erzeugen einer gewünschten Bandbreite. Somit ermöglicht das Angleichen der Anzahl aufzuschichtender piezoelektrischer Schichten eine wirksame Erregung von Oberwellen, die in dem Filter eingesetzt werden, wodurch eine Vielzahl von Bandbreiten für den piezoelektrischen Filter verwirklicht werden können.

Ferner verbessert das Variieren der Dicke einiger der piezoelektrischen Schichten die Erregungswirkungsgrade der in dem Filter verwendeten Oberwellen stark bzw. senkt die Erregerwirkungsgrade von Störoberwellen stark, wodurch ein Filter mit günstigen Filtereigenschaften erzeugt wird.

17A ist eine perspektivische Ansicht, welche einen piezoelektrischen Filter 91 nach einer Abwandlung des piezoelektrischen Filters 71 der dritten bevorzugten Ausführung veranschaulicht. 17B und 17C sind schematische Diagramme, welche Oberwellen zeigen, die erregt wurden.

In dem in 16A gezeigten piezoelektrischen Filter 71 liegen sich die Erregerelektroden 73 bis 83 in einem Mittenbereich des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 72 gegenüber und jede der piezoelektrischen Schichten hat eine rechteckige Form, d. h. streifenförmig. Es können jedoch verschiedene Formen der piezoelektrischen Schichten oder Erregerelektroden der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel weisen unter Bezug auf 17A, in welcher ein piezoelektrischer Filter 91 gezeigt wird, die Erregerelektroden 93 bis 103, wie klar durch die Erregerelektroden 95 und 100 gezeigt wird, jeweils die Form von Streifen auf, die sich hin zur ungefähren Mitte bei vorgegebenen Höhen des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 92 erstrecken. Teile der Streifen der Erregerelektroden 93 bis 103 überlappen einander und liegen einander mit den piezoelektrischen Schichten dazwischen gegenüber. Somit bewirkt das Anlegen einer Spannung zwischen den Erregerschichten, welche vertikal aufgeschichtet sind, dass jede piezoelektrische Schicht durch einen energiefallenartigen, Dickenschwingungsmodus erregt wird. Auf diese Weise liegen einander Erregerelektroden beider Seiten in Teilen jeder der piezoelektrischen Schichten gegenüber, so dass ein piezoelektrischer Energiefallen-Filter verwirklicht wird.

Der piezoelektrische Filter 91 nach dieser Abwandlung ist vorzugsweise in gleicher Weise wie der piezoelektrische Filter 71 konfiguriert, wobei lediglich die Erregerelektroden unterschiedliche Formen aufweisen. Wie in 17B und 17C gezeigt erzeugt der piezoelektrische Filter 91 auch eine wirksame Erregung einer 10. Oberwelle und einer 9. Oberwelle, wodurch die Eigenschaft eines breiteren Bandfilters wie bei dem piezoelektrischen Filter 71 erzeugt wird. Bei dem piezoelektrischen Filter 91 liegen einander die Erregerelektroden 93 bis 103 auf vorgegebenen Höhen nur in dem ungefähren Mittenbereich gegenüber und Teile schmaler Breite erstrecken sich zu den Eckenteilen des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 92. Somit sind die Erregerelektroden und insbesondere die an beiden Seiten der inneren Erregerelektroden 94 bis 102 vorgesehenen piezoelektrischen Schichten fest angebracht. Dies verbessert die Festigkeit des mehrschichtigen piezoelektrischen Bauelements 92, wodurch sich diese Anordnung für eine höhere Frequenz eignet.

Verglichen mit jedem piezoelektrischen Filter der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungen erleichtert der piezoelektrische Filter 91 aufgrund einer dadurch verwirklichten Energiefallenfunktion verschiedene Änderungen der Form der Klemmenteile für die Erregerelektroden 93 bis 103. Dies verbessert auch die Vielseitigkeit der Ausführung der Klemmenteile für die Erregerelektroden 93 bis 103.

18A ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen piezoelektrischen Filter mit gekoppeltem longitudinalen Dualmodus nach bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungen zeigt, der einen Dickenschermodus einsetzt. 18B und 18C sind schematische Diagramme, welche jeweils eine 10. Oberwelle und eine 9. Oberwelle zeigen, die in dem piezoelektrischen Filter erregt werden.

Ein piezoelektrischer Filter 111 weist das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement 72 und die Erregerelektroden 73 bis 83, wie in dem piezoelektrischen Filter 71, auf. In dieser bevorzugten Ausführung ist jedoch das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement 72 in der Richtung P polarisiert, die im Wesentlichen parallel zu der oberen Fläche 72a und der unteren Fläche 72b ist, welche jeweils die erste und zweite Endfläche ausbilden. Somit bewirkt das Anlegen eines Eingangssignals zwischen der Eingangselektrode 14 und einer (nicht abgebildeten) Erdungselektrode eine Erregung der durch die benachbarten Erregerelektroden sandwichartig umschlossenen piezoelektrischen Schichten, wodurch eine starke Erregung der Schwingung des Dickenschermodus bewirkt wird. Der piezoelektrische Filter 111 dieser bevorzugten Ausführung umfasst auch das mehrschichtige piezoelektrische Bauelement 72 und die geschichteten Erregerelektroden 73 bis 83. Das heißt, der piezoelektrische Filter 111 weist einen Stapel von zehn piezoelektrischen Schichten auf, wodurch eine starke Erregung der in 18B gezeigten 10. Oberwelle und der in 18C gezeigten 9. Oberwelle bewirkt wird.

Demgemäß sieht der piezoelektrische Filter 111 durch Einsetzen der 10. und 9. Oberwelle des Dickenschermodus die Eigenschaft eines Filters mit breiterem Band vor.

In dieser bevorzugten Ausführung überlappen sich die Erregerelektroden 73 bis 83 in der ungefähren Mitte des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements in gleicher Weise wie in dem piezoelektrischen Filter 71, wodurch die Koppelfestigkeit der piezoelektrischen Schichten an beiden Seiten der Erregerelektroden verbessert wird.

Ferner sieht eine Dickenscherschwingung gegenüber einer Dickenschwingung einen stark verbesserten elektromechanischen Kopplungsbeiwert vor, was eine noch breitere Bandbreite ermöglicht.

Bei den in 16 bis 18 gezeigten piezoelektrischen Filtern 71, 91 und 111 können drei Arten von Oberwellen verwendet werden, um einen piezoelektrischen Filter mit Dreifachmodus zu ermöglichen, und es können auch vier oder mehr Schwingungsmoden verwendet werden.

Wie aus den ersten bis dritten bevorzugten Ausführungen und deren Abwandlungen ersichtlich ist, ist der in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Schwingungsmodus nicht auf einen bestimmten Modus beschränkt.