一種聲表面波諧振器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種聲表面波諧振器，包括一個叉指換能器、設(shè)置于叉指換能器兩側(cè)的反射柵以及諧振空腔；所述諧振空腔位于叉指換能器與反射柵之間，或者位于叉指換能器的中部。本實用新型的雙模SAW諧振器的結(jié)構(gòu)在根本上有異于傳統(tǒng)的雙模，即兩個單模設(shè)計放在一個芯片上的SAW諧振器的設(shè)計，本實用新型是一個設(shè)計，而不是在一個芯片上的兩個獨立的設(shè)計，因此，本實用新型的諧振器不容易受到制造過程中差異的影響，同時芯片尺寸是傳統(tǒng)的兩個單模諧振器設(shè)計的50％左右，因此芯片成本更低。本實用新型的單端口雙模SAW諧振器作為差分測量方式的無線無源傳感器有廣泛的應(yīng)用，如溫度傳感器，壓力傳感器，加速度/振動傳感器，應(yīng)變傳感器等等。
【專利說明】一種聲表面波諧振器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種聲表面波諧振器，特別涉及一種聲表面波諧振器。

【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器技術(shù)在對移動物體的檢測、以及在危險環(huán)境，如高溫，高電磁輻射等場景中的測量應(yīng)用中具有很大的應(yīng)用前景?；诼暠砻娌?SAW)的傳感器是完全無源的(無電池)，在許多應(yīng)用中具有很高的可靠性。當(dāng)聲表面波傳感器與無線回波讀寫器配合時，無線信息傳輸范圍可以達(dá)到5米。
[0003]通過測量單端口 SAW諧振器諧振頻率的變化，延遲線濾波器中心頻率的變化，差分延遲線或反射延遲線時間延遲的變化，我們即能夠測量出的溫度變化。例如，對溫度測量的精度要求一般的情況下，一個SAW溫度傳感器通常采用一個單端口單模諧振器。這種方式簡單，成本低，對于單個射頻讀寫器同時進行多點監(jiān)控比較適合?，F(xiàn)有技術(shù)中，有兩種不同的單端口單模SAW諧振器的設(shè)計:同步和反同步。在同步的SAW諧振器的設(shè)計中，反射柵電極形成了中央的IDT電極的周期性的擴展，即，Akef等于Aidt，腔體長度Lc是(2n+l)AIDT/2，其中η是一個整數(shù)。比如說明書附圖1是一個同步模式的單端口單模的SAW諧振器的Sll頻率響應(yīng)的一個例子。雖然反同步模式是存在的(位于439.1MHz)，但與同步模式(435.6MHz)相比是非常弱的。然而，在反同步單端口 SAW諧振器的設(shè)計中，中心腔不再是(2n+l)AIDT/2，并且換能器電極的周期和反射柵的周期一般來講是不同的，S卩Akef古ΛΙΙ)Τ。說明書附圖2是一個單端口單模反同步的SAW諧振器Sll的頻率響應(yīng)的一個例子。雖然同步模式是存在的(位于430.1MHz)，但與反同步模式(434.2MHz)相比是非常弱的。
[0004]使用單端口單模諧振器進行溫度或其它物理量的測量有下列缺點:(I)由于制造過程中的差異，每個傳感器都需要進行校準(zhǔn)；(2)由于器件老化和環(huán)境的變化，測量前需要對每個傳感器進行校準(zhǔn)；(3)測量易受傳感器器件老化的影響；(4)測量易受傳感器和RF讀取器之間的距離的影響；(5)測量易受該環(huán)境中傳感器頭和射頻讀寫器之間的電磁波干擾。
[0005]由于上述問題，使用單個單端口單模SAW諧振器從事溫度測量或任何其他物理量測量的運營成本是比較高的。當(dāng)對測量的精度有更高的要求時，要采用差分測量方式，即在一個設(shè)計上有兩個單模諧振器。它通常是將物理上的兩個單模SAW諧振器放在單個芯片上，電氣上并行地連接，并氣密地封裝在一個單一的金屬或陶瓷封裝內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)中，差分溫度測量的SAW傳感器都是使用兩個單端口單模諧振器:(I)兩個諧振器位于在同一壓電襯底表面，二者傳播方向相同但諧振頻率不同；或者(2)兩個諧振器位于在同一壓電襯底表面，二者傳播方向不同(兩個不平行的聲波軌道)，它們的諧振頻率可以相同也可以不同。由于這兩種方式都是一個芯片上的兩個獨立的設(shè)計，因此，它容易受到制造過程中差異的影響，同時芯片尺寸較大，成本高。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種測量穩(wěn)定準(zhǔn)確，芯片尺寸小，成本低的聲表面波諧振器，它是單端口卻能同時支持兩個強度相等的諧振模式的聲表面波諧振器。
[0007]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是一種聲表面波諧振器，包括一個叉指換能器、設(shè)置于叉指換能器兩側(cè)的反射柵以及諧振空腔；所述諧振空腔位于叉指換能器與反射柵之間，或者位于叉指換能器的中部；叉指換能器電極的周期Aidt與反射柵電極的周期Akef之間的關(guān)系為Aidt關(guān)Aeef ；0.5<NIDT I rs I <0.6, rs為叉指換能器每個電極的反射系數(shù)。
[0008]所述聲表面波諧振器的外部腔長Lc為1.5 Λ IDT，Akef/Aidt為1.0027，叉指換能器電極的數(shù)量為219個。
[0009]下面詳細(xì)闡述本實用新型的設(shè)計思路:在前述【背景技術(shù)】中已經(jīng)介紹了在諧振器中一般只有一個主導(dǎo)模式，即同步或反同步模式。其相反的模式是不需要的同時還會降低諧振器的性能。本實用新型的這兩個模式(包括同步和反同步)是相配對和共存的，并存有相同的強度，以形成一個單端口雙模的SAW諧振器，它的關(guān)鍵是使用外部腔并使IDT與反射柵電極的周期不同(Akef古Aidt)來支持反同步模式，使用中央的IDT來支持同步模式，為了使用中央的IDT來支持同步模式，則采用增加IDT電極的數(shù)目的方式。
[0010]采用上述技術(shù)方案后，本實用新型具有以下的有益的效果:本實用新型的雙模SAff諧振器的結(jié)構(gòu)在根本上有異于傳統(tǒng)的雙模，即兩個單模設(shè)計放在一個芯片上的SAW諧振器的設(shè)計，本實用新型是一個設(shè)計，而不是在一個芯片上的兩個獨立的設(shè)計，因此，本實用新型的諧振器不容易受到制造過程中差異的影響，同時芯片尺寸是傳統(tǒng)的兩個單模諧振器設(shè)計的50%左右，因此芯片成本更低。本實用新型的單端口雙模SAW諧振器作為差分測量方式的無線無源傳感器有廣泛的應(yīng)用，如溫度傳感器，壓力傳感器，加速度/振動傳感器，應(yīng)變傳感器等等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]為了使本實用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細(xì)的說明，其中
[0012]圖1為單端口同步模式的SAW諧振器的Sll頻率響應(yīng)圖。
[0013]圖2為單端口反同步模式的SAW諧振器的Sll頻率響應(yīng)圖。
[0014]圖3為IDT具有119個電極的單端口 SAW諧振器的Sll模擬結(jié)果，由圖可見它僅顯示了反同步模式。
[0015]圖4為帶外部腔的單端口雙模SAW諧振器。
[0016]圖5為帶中心腔的單端口雙模SAW諧振器。
[0017]圖6為IDT具有219個電極的單端口雙模SAW諧振器的Sll模擬結(jié)果，它顯示出同步與反同步雙模式。
[0018]圖7為基于128 。Y-X鈮酸鋰的單端口雙模SAW諧振器的Sll實測結(jié)果。
[0019]圖8為基于128 。Y-X鈮酸鋰的單端口雙模SAW諧振器的差分溫度測量結(jié)果。

【具體實施方式】
[0020](實施例1)
[0021]本實施例的單端口雙模SAW諧振器的設(shè)計在本質(zhì)上是非同步的，通過設(shè)計IDT中的諧振器，實現(xiàn)了雙模(同步和反同步)SAW諧振器，而不是傳統(tǒng)的單模(同步或反同步)諧振器，由于IDT的電極數(shù)量比普通IDT電極數(shù)量多，因此在IDT上激勵產(chǎn)生聲表波并形成同步諧振；同時，IDT的電極周期古反射柵的電極周期，在IDT上形成反反同步諧振，于是就產(chǎn)生了兩個模。
[0022]見圖4和圖5，本實施例的聲表面波諧振器包括一個叉指換能器1、設(shè)置于叉指換能器I兩側(cè)的反射柵2以及諧振空腔3 ;如圖4所示，為帶外部腔的單端口雙模聲表面波諧振器，兩個諧振空腔3分別位于叉指換能器I與反射柵2之間；如圖5所示，為帶內(nèi)部腔的單端口雙模聲表面波諧振器，諧振空腔3位于叉指換能器I的中部。叉指換能器I電極的周期Aidt與反射柵2電極的周期Akef之間的關(guān)系為Aidt古Akef，聲表面波諧振器產(chǎn)生的同步諧振高峰的強度與反同步諧振高峰強度相等。
[0023]如圖3和圖6所示，在本實用新型中通常單端口雙模SAW諧振器的IDT電極數(shù)量比單端口單模的SAW諧振器的IDT電極數(shù)量更多。圖3是單端口單模反同步SAW諧振器Sll頻率響應(yīng)的仿真結(jié)果。該單模SAW諧振器的外部腔長度是1.5Aidt，Aeef/Aidt是1.0027，IDT擁有119條電極，基片為ST向切割的石英。圖6是一個單端雙模SAW諧振器的Sll的頻率響應(yīng)的仿真結(jié)果。從圖6中可以明顯看到，它的Sll頻率響應(yīng)有兩個諧振模式。這個單模SAW諧振器的外部腔長是1.5 AIDT，A EEF/ AIDT為1.0027，但是IDT電極的數(shù)量增加至219，該壓電基片仍然是ST-切割的石英。
[0024]圖7示出了基于128° YX鈮酸鋰襯底的一個單端口雙模SAW諧振器所測得的Sll的頻率響應(yīng)。雖然尚未被優(yōu)化，但它清楚地顯示了 Sll響應(yīng)的兩個模式。圖8則示出了使用基于128° YX鈮酸鋰的一個單端口雙模SAW諧振器實測的溫度結(jié)果。
[0025]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種聲表面波諧振器，其特征在于:包括一個叉指換能器(I)、設(shè)置于叉指換能器(1)兩側(cè)的反射柵(2)以及諧振空腔(3);所述諧振空腔(3)位于叉指換能器(I)與反射柵(2)之間，或者位于叉指換能器(I)的中部；叉指換能器(I)電極的周期Aidt與反射柵(2)電極的周期Akef之間的關(guān)系為Aidt關(guān)Aeef ；0.5<NIDT I rs I <0.6, |rs|為叉指換能器(I)每個電極的反射系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲表面波諧振器，其特征在于:所述聲表面波諧振器的外部腔長Lc為1.5Aidt，Akef/Aidt為1.0027，叉指換能器⑴電極的數(shù)量為219個。
【文檔編號】H03H9/25GK204013438SQ201420420830
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】高翔 申請人:常州智梭傳感科技有限公司