Passive Bauelemente Vielseitig einsetzbare SAW-Bausteine in der Praxis

SAW-Komponenten stehen in vielfältigen Ausführungen für zahlreiche Anwendungen der Elektronik zur Verfügung. Dieser Beitrag erklärt, welche Typen sich für welche Applikationen eignen.

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Jauch Quartz GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH

Elektronische Komponenten, die auf der Basis akustischer Oberflächenwellen arbeiten, kurz SAW-Bauelemente (Surface Acoustic Wave), werden in vielen Anwendungen der Elektronik verwendet, etwa als Resonatoren für Oszillatoren, Filter und Transformatoren, Verzögerungsleitungen, Wandler und Echtzeit-Spektrumanalysatoren für Radar, Überwachungsanlagen und Freund-Feind-Erkennungssysteme oder auch in kleinen passiven RFID-Tags für die Positionsnachverfolgung und für Sicherheitsanwendungen.

In Funkanwendungen spielen Kosten eine große Rolle

SAW-Filter sind in Mobiltelefonen und Funkanwendungen zur Filterung weit verbreitet, wo sie im Vergleich zu anderen Lösungen deutliche Vorteile bezüglich Kosten und Platzbedarf bieten. In Funkanwendungen sind diese beiden Aspekte von hoher Relevanz, sodass SAW-Bauteile dort weit verbreitet sind. Da sie in der Mobiltelefonindustrie praktisch unverzichtbar sind, wurde in den vergangenen 20 Jahren ein beträchtlicher Entwicklungsaufwand in die SAW-Technologie betrieben, um deren Eigenschaften ständig weiter zu optimieren.

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Die Hauptanbieter kommen aus Japan, USA, China und Taiwan

Die bedeutendsten Hersteller von SAW-Bauteilen kommen aus Japan, USA, China und Taiwan, wobei die die jährlichen Produktionszahlen von SAW-Bauteilen weltweit bei mehrere hundert Millionen liegen. SAW-Resonatoren bieten u.a. Epson und AVX an, SAW-Filter sind z.B. von Murata und AVX erhältlich.

Verschiedene Basismaterialien

SAW-Bauelemente basieren auf verschiedenen Basismaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaften (Tabelle 1) und haben meist einen parabolischen Temperaturgang (Bild 1). SAW-Bauteile werden in zwei Hauptgruppen eingeteilt (Tabelle 2):

• Transverale SAW-Bauteile: werden häufig über die Zeitbasis definiert.

• SAW-Resonatoren: das SAW-Bauteil arbeitet als oszillierendes Element. Diese Bauteile werden normalerweise über Frequenzen definiert.

Alle SAW-Bauteile bestehen aus Wandlern (Transducers), die so ausgeführt sind, dass sie die Oberflächenwellen auf einem piezoelektrischen Substrat erzeugen und empfangen können. Sie unterscheiden sich von konventionellen Körperwellen-Quarz-Kristallen, bei denen das Volumen des Substrates durch ein elektrisches Feld deformiert wird. In SAW-Bauteilen finden alle Aktivitäten und Deformationen nur sehr nahe der Oberfläche statt. Diese Deformationen kann man sich vorstellen wie eine Serie von Wellen in Flüssigkeiten.

Einfache SAW-Bausteine mit zwei Interdigital-Wandlern

Die einfachste Art von SAW-Bauteilen besteht aus einem Paar von verzahnten Wandlern (Interdigital Transducer, IDT). Einer davon arbeitet dabei als Sender, der andere als Empfänger. Diese Art von SAW-Bauteilen weisen recht hohe Verluste auf, da nur die in eine Richtung abgesendete Energie am Empfänger ankommt und der Rest verloren geht. Komplexere Bauteile nutzen einen größeren Teil der abgesendeten Energie durch Verwendung komplexerer IDT-Anordnungen um wesentlich weniger Verluste zu verursachen. Die IDTs sind geformt wie die Finger einer Hand, die ineinander verschränkt sind.

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