Frequenzfilter

Akustische Oberflächenwellen werden insbesondere bei AOW-Filtern verwendet, die aus Piezokristallen und darauf aufgebrachten Elektrodenstrukturen bestehen.

Elektrische Signale lassen sich mit Hilfe dieser Elektroden in Schallwellen umwandeln, die sich auf der Substratoberfläche ausbreiten. Durch die Gestalt der Elektroden oder anderer Formparameter können beispielsweise Frequenzen selektiert werden. Am Filterausgang wird die akustische Oberflächenwelle in elektrische Signale zurückgewandelt; die dazu erforderlichen Elektrodenstrukturen gleichen prinzipiell denen, die zur Erzeugung verwendet werden.

Anwendung finden diese Filter zur Frequenzselektion und zur Realisierung definierter Durchlasskurven in Sendern, Funkempfängern, Fernsehgeräten und in Oszillatoren.

Ein SAW-Filter wird in Hochfrequenz-Oszillatoren eingesetzt und übernimmt die Aufgaben eines Schwingquarzes. Dessen Oberton-Höchstfrequenz liegt deutlich unterhalb von 300 MHz. Das Bild zeigt die Schaltung eines Colpitts-Oszillators. Zusammen mit einem Transistor und zwei Kondensatoren stabilisiert ein Oberflächenwellenfilter die Sendefrequenz auf 433 MHz.

RFID und drahtlose Sensoren

AOW-Strukturen mit einer angeschlossenen Antenne sind passive Bauelemente und geben einen Teil des eingestrahlten Funksignals als Echo über die gleiche Antenne zurück, nachdem das Signal durch die AOW-Struktur gelaufen ist und dort an zwei oder mehreren Strukturen reflektiert wurde. Durch individuell für jedes Bauteil andere Orte dieser Reflektorstrukturen entstehen dem Bauteil zuzuordnende Echos. Der Zeitabstand der Echos eines Bauteils hängt von der Lage der Reflektorstrukturen zueinander sowie von der Schallgeschwindigkeit des Substrates ab. Die Schallgeschwindigkeit ist je nach Substrat und dessen Kristallorientierung abhängig von Temperatur sowie mechanischen Spannungen.

Stofftransport

Das australische Nanotechnologie-Unternehmen Nanotechnology Victoria hat ein Inhalationsgerät entwickelt, das auf der Grundlage der akustischen Oberflächenwelle die intrapulmonale Verabreichung hochmolekularer Therapeutika (Proteine wie zum Beispiel Insulin und Erythropoetin) ermöglichen soll.

Durchflussmessung

Akustische Oberflächenwellen können auch zur Durchflussmessung von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Für die SAW-Technologie wird eine Wellenausbreitung wie bei seismischen Aktivitäten genutzt: Ausgehend von einem Initialzentrum der Anregung breitet sich eine Wellenfront an der Oberfläche eines festen Materials aus. Sogenannte Interdigitalwandler werden von einem elektrischen Impuls angeregt und erzeugen SAWs, die sich ähnlich wie Erdbebenwellen ausbreiten, in diesem Fall aber gerichtet und zum einen an der Rohroberfläche als auch einfach bis mehrfach durch das Medium laufend. Die Interdigitalwandler arbeiten als Sender und Empfänger. Ist er als Sender aktiv, fungieren die beiden von ihm am weitesten entfernten Interdigitalwandler als Empfänger. Die SAW breitet sich an der Messrohroberfläche aus, koppelt aber auch in die Flüssigkeit aus. Der Auskopplungswinkel ist abhängig von der Flüssigkeit bzw. der sich in ihr ergebenden Ausbreitungsgeschwindigkeit der Welle. Auf der anderen Seite des Messrohres angekommen, koppelt ein Teil der Welle wieder ein und läuft an der Rohroberfläche weiter zum nächsten Interdigitalwandler. Ein anderer Teil wird wieder ausgekoppelt und wandert wieder zur anderen Messrohrseite, wo derselbe Effekt erneut auftritt und der Transducer auf dieser Rohrseite die Welle empfängt. So führt die Anregung jedes Transducers zu einer Folge von Empfangssignalen an zwei anderen. Zwei Transducer senden in Durchflussrichtung, die beiden anderen entgegen der Durchflussrichtung. Die Zeitdifferenz der Ausbreitungsdauer in Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung der fließenden Flüssigkeit ist zur Durchflussmenge proportional.

Temperaturmessung

Mittels Oberflächenwellen lassen sich auch Temperaturen messen. Der Vorteil der Technologie liegt hierbei darin, dass diese Art der Temperaturmessung Wireless und passiv geschieht. Das bedeutet es wird weder ein Datenkabel, Stromkabel noch eine Batterie an der Messstelle gebraucht. Daraus folgt ein hoch flexibler Einsatz der Technologie bei bis zu 300 Grad Celsius. Anwendung findet die Temperaturmessung in Backöfen zur Echtzeitbeurteilung des Gar-gutes im Ofen.