專利名稱:聲表面波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種聲表面波濾波器(下面稱為SAW濾波器),它包括多個叉指換能器(下面稱為IDT),這些IDT沿表面波傳播方向排列在一個壓電基片上,更具體地講,是一種具有這樣一種結(jié)構(gòu)的SAW濾波器,該結(jié)構(gòu)能夠增加通頻帶附近的衰減量。
SAW濾波器的特點是尺寸小而且具有陡的濾波器的特性。因此,一般來講,已經(jīng)出現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)的SAW濾波器并被應(yīng)用。
圖1是一種3個IDT型的SAW濾波器1的平面示意圖,所示的SAW濾波器1是一種非常典型的普通聲表面波濾波器。SAW濾波器1包括三個IDT3到5,這些IDT排列在長方形壓電基片2上。標(biāo)號6和7表示反射器。在SAW濾波器1中;IDT3和5的第一梳形電極連接在一起以限定一個輸入端,而IDT4的第一梳形電極作為輸出端。IDT3至5的第二梳形電極接地電位。
圖2是另一種非常典型的普通SAW濾波器8的平面示意圖。SAW濾波器8包括兩個IDT9和10,這兩個IDT沿表面波傳播方向排列在壓電片2的上表面上。反射器6和7設(shè)置在IDT9和10的兩側(cè)。在這種兩個IDT型的SAW濾波器8中,IDT9和10的第一梳形電極分別作為輸入端和輸出端。IDT9和10的第二梳形電極接地電位。
圖3是又一種非常典型的普通SAW濾波器11的平面示意圖。SAW濾波器11被稱為叉指式的叉指型(下面稱為IIDT型)SAW濾波器,這種SAW濾波器包括七個IDT12到18,這些IDT沿表面波傳播方向排列在一個長方形基片2的上表面上。IDT12,14,16和18的第一梳形電極連在一起作為輸入端,而IDT13,15和17的第一梳形電極連在一起作為輸出端。IDT12到18的第二梳形電極分別接地電位。
這樣一種IIDT型SAW濾波器是通過設(shè)置一些IDT12到18而構(gòu)成的,所以,能夠減少插入損失。
如上所述,為了減少插入損失已經(jīng)出現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)的SAW濾波器。但是,當(dāng)要減少SAW濾波器中的插入損失時,就不能大幅度增加通頻帶附近的衰減量。特別是對于采用上述聲表面波諧振器的SAW濾波器,通頻帶附近的衰減量還要減少。
為了增加通頻頻帶附近的衰減量,SAW濾波器的級數(shù)可能增加,實現(xiàn)多級連接。但是,當(dāng)增加SAW濾波器的級數(shù)時,不利的是插入損失與濾波器的級數(shù)成比例地增加。
所以,需要研制一種SAW濾波器,它既能增加通頻帶附近的衰減量,又不增加插入損失。特別是對于移動式通訊裝置,例如手提電話,由于發(fā)射側(cè)與接收側(cè)之間的頻率間隔太窄,所以,在通頻帶附近必須確保足夠數(shù)量的衰減。但是,普通的SAW濾波器很難滿足這樣的要求。
本發(fā)明的目的是提供具有這樣一種結(jié)構(gòu)的SAW濾波器,這種結(jié)構(gòu)能夠增加通頻帶附近,特別是低于通頻帶的頻率區(qū)域的衰減量。
根據(jù)本發(fā)明的SAW濾波器包括一個壓電基片和多個叉指換能器,這些換能器沿表面波傳播方向設(shè)置排列在壓電基片上。這些叉指換能器用于形成一個SAW濾波器元件。本發(fā)明的SAW濾波器還包括至少一個單獨的兩端SAW諧振器,這個諧振器具有至少一個叉指換能器,這個諧振器與SAW濾波器元件的輸入側(cè)和輸出側(cè)的至少一側(cè)并連,兩端SAW諧振器的諧振頻率設(shè)置在低于SAW濾波器元件的通頻帶的頻率區(qū)域。
上述由多個IDT沿表面波傳播方向排列在一個壓電基片上而構(gòu)成的SAW濾波器元件除了包括上述兩個IDT型或三個IDT型的SAW濾波器以外,還包括一個IIDT型SAW濾波器。本發(fā)明的特征在于上面描述的這樣一個SAW濾波元件并聯(lián)著至少一個單獨的兩端SAW諧振器。
根據(jù)本發(fā)明,至少一個單獨的兩端SAW諧振器與SAW濾波器元件的輸入側(cè)和輸出側(cè)的至少一側(cè)并連。這個兩端的SAW諧振器是這樣構(gòu)成的,它的諧振頻率fo設(shè)置在低于SAW濾波器元件的通頻帶的頻率范圍。在總的SAW濾波器的通頻帶特性中,由于兩端SAW諧振器的諧振點設(shè)置在低于通頻帶的頻率范圍上,所以,能夠增加低于通頻帶的頻率范圍的衰減量。
這樣,與通頻帶相比在衰減區(qū)域的衰減量增加了,從而提高了濾波特性的陡度。所以,能夠提供一種SAW濾波器,它能夠適用于例如象手提式電話機(jī)這樣的裝置,這種手提式電話機(jī)的在發(fā)射側(cè)與接收側(cè)之間的頻率間隔很窄。
根據(jù)本發(fā)明一個更具體的方面,壓電基片是由36°Y切割的LiTaO3基片,一個兩端的SAW諧振器的IDT是這樣構(gòu)成的,當(dāng)SAW濾波器裝有這樣一個單獨的兩端SAW諧振器時滿足下式(1)(NXA)/(fO) ≤30 ……(1)
在SAW濾波器具有多個這樣的兩端SAW諧振器的時候,各個諧振器的(NxA)/fo之和不超過30,其中假設(shè)fo(兆赫)表示兩端SAW諧振器的諧振頻率,N代表電極指的對數(shù),A(微米)代表重疊的長度。
根據(jù)本發(fā)明的這個方面,在SAW濾波器中,這種構(gòu)成的兩端SAW諧振器滿足上面的公式(1),這個SAW濾波器采用的是36°Y切割的LiTaO3的壓電基片,從而能夠有效地提高低于通頻帶的頻率范圍的衰減量,同時又不會過多增加插入損失,從下面描述的實施例中可以清楚地了解這一點。
根據(jù)本發(fā)明另一個具體的方面,壓電基片為64°Y切割的LiNbO3的基片,兩端SAW諧振器的IDT是這樣構(gòu)成的,當(dāng)SAW濾波器裝有一個單獨的這樣的兩端saw諧振器時滿足下式(2)(NXA)/(fO) ≤45 ……(2)當(dāng)SAW濾波器裝有多個這樣的兩端SAW諧振器的時候,各個SAW諧振器的(NXA)/fo之和不超過45,其中假設(shè)fo(兆赫)代表兩端SAW諧振器的諧振頻率,N代表電極指的對數(shù),A(微米)代表重疊的長度。
根據(jù)本發(fā)明的這個方面,在-SAW濾波器中,這樣構(gòu)成的兩端SAW諧振器滿足上面的公式(2),這個SAW濾波器采用的是一個Y切割的LiTaO3基片,從而能夠明顯提高在低于通頻帶的頻率范圍上的衰減量,同時又不會過多增加插入損失,這與滿足公式(1)的結(jié)構(gòu)相類似。
上面的公式(1)和(2)由發(fā)明人已經(jīng)在理論上進(jìn)行了驗證,從下面說明的實施例中可以清楚地了解這一點。
通過下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明,本發(fā)明的上述的和其它的目的、特點、方面和優(yōu)點會變得更加清楚。
圖1是一般三個IDT型的SAW濾波器的平面示意圖;
圖2是一般兩個IDT型的SAW濾波器的平面示意圖;
圖3是一般的IIDT型SAW濾波器的平面示意圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的SAW濾波器的平面示意圖;
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的SAW濾波器的平面示意圖;
圖6是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的SAW濾波器的平面示意圖;
圖7是一個兩端SAW諧振器的等效電路圖;
圖8是一個兩端SAW諧振器的阻抗-頻率特性曲線圖;
圖9是在36°Y切割的LiTaO3基片中測量的在改變M值時插入損失變化的曲線圖;
圖10是在64°Y切割的LiNbO3基片中測量的的在改變M值時插入損失變化的曲線圖;
圖11是一般的SAW濾波器的插入損失-頻率特性曲線圖,以供比較之用;和圖12是有4個兩端SAW諧振器的SAW濾波器的插入損失-頻率特性曲線圖。
為清楚理解本發(fā)明,下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的SAW濾波器21的平面示意圖。SAW濾波器21包括矩形壓電基片22。在壓電基片22的上表面22a上,多個IDT23到29沿表面波傳播方向排列在邊緣22b一側(cè)。
IDT23到29用于形成IIDT型SAW濾波器元件。如圖4所示,IDT23,25,27和29的第一梳形電極連在一起作為輸入端。IDT23,25,27和29的第二梳形電極如圖4所示的接地電位。
另一方面,IDT24,26和28的第一梳形電極如圖4所示連在一起并與輸出端相連。IDT24,26和28的第二梳形電極如圖4所示接地電位。
上述結(jié)構(gòu)與圖3所示的一般的IIDT型SAW濾波器11的結(jié)構(gòu)相類似。這個實施例的特點在于兩端SAW諧振器30在IIDT型SAW濾波器元件的輸出一側(cè)與IIDT型SAW濾波器元件并連,其中IIDT型SAW濾波器元件由IDT23到29構(gòu)成。兩端SAW諧振器30包括一對梳形電極30a和30b,這對電極具有多個電極指,這些電極指相互交錯插在一起。梳形電極30a和30b分別與輸出端相連和接地電位。
根據(jù)這個實施例,兩端SAW諧振器30的諧振頻率fo設(shè)置在低于IIDT型SAW濾波器元件的通頻帶的范圍上,其中IIDT型SAW濾波器元件由IDT23到29構(gòu)成。因此,在SAW濾波器21的濾波特性方面能夠增加通頻帶之下的頻率范圍的衰減量。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的SAW濾波器31的平面示意圖。
在長方形壓電基片32的上表面32a上排列有兩個IDT33和34。IDT33的第一和第二梳形電極分別與輸入端相連和接地電位。另一方面,IDT34的第一和第二梳形電極分別與輸入端相連和接地電位。標(biāo)號35和36表示反射器。即IDT33和34與反射器35和36組成一個與圖2所示的兩個IDT型的SAW濾波器的結(jié)構(gòu)等同的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這個實施例,兩個兩端SAW諧振器37和38在SAW濾波器元件的輸出一側(cè)與SAW濾波器元件并連。SAW諧振器37和38分別具有成對梳形電極37a,37b和38a,38b,這與第一實施例的SAW諧振器30相類似。第一梳形電極37a和38a與輸出端相連,而第二梳形電極37b和38b接地電位。
根據(jù)第二個實施例,這樣設(shè)計兩端SAW諧振器37和38,使它們的諧振頻率設(shè)置在兩個IDT型SAW濾波器元件的通頻帶之下的范圍上。因此,與第一實施例相似,由于兩端SAW諧振器37和38的諧振頻設(shè)置在兩個IDT型SAW濾波器元件的通頻帶之下的頻率范圍上,所以,能夠提高通頻帶之下的頻率范圍的衰減量。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的SAW濾波器41的平面示意圖。SAW濾波器41包括一個長方形壓電基片42。在壓電基片42上表面42a的中心裝有三個IDT型SAW濾波器元件。即IDT43到45沿聲表面波傳播方向排列。IDT44的第一梳形電極與輸入端相連,而IDT43和45的第一梳形電極與輸出端相連。IDT43到45的第二梳形電極分別接地電位。標(biāo)號46和47表示反射器。
這個實施例的特點在于一個單獨的兩端SAW諧振器48在SAW濾波器元件的輸入一側(cè)與SAW濾波器元件并連,而另一個兩端SAW諧振器49在SAW濾波器元件的輸出一側(cè)與SAW濾波器元件并連。
兩端SAW諧振器48和49的構(gòu)成使其諧振頻率fo設(shè)置在低于三個IDT型SAW濾波器元件的通頻帶的范圍上,三個IDT型SAW濾波器元件由IDT43到45構(gòu)成。
因此,在第三個實施例中,由于有兩端SAW諧振器48和49,能夠提高通頻帶之下的頻率范圍的衰減量。
當(dāng)多個兩端SAW諧振器相連時,如在第二或第三個實施例中的那樣,通過使用具有不同諧振頻率和阻抗的SAW諧振器,能夠使總的SAW濾波器的特性進(jìn)一步接近所需要的特性。
在第一到第三個實施例中所采用的壓電基片22,32和42可以是公知的壓電陶瓷基片,或者其上裝有壓電薄膜的絕緣基片。在后一種情況下,各個IDT和各反射器可以形成在壓電薄膜的上表面或背面。
下面將結(jié)合更具體的實驗結(jié)果來說的明本發(fā)明的工作原理。
兩端SAW諧振器51按一般方式用圖7所示的等效電路圖來表示。參照圖7,兩端SAW諧振器51具有相互串聯(lián)的電感L1,電容C1和電阻R1,以及一個與電感L1,電容C1和電阻R1支路并連的電容C0。圖8表示的是這個SAW諧振器51的阻抗-頻率的特性曲線。阻抗在諧振頻率fo附近最小,而在反諧振頻率fa附近最大。
當(dāng)這樣一個兩端SAW諧振器與上述IIDT型,兩個IDT型或三個IDT型的SAW濾波器元件在輸入和輸出的至少一側(cè)上相并連的時候,通過把這個兩端SAW諧振器的反諧振頻率fa設(shè)置在SAW濾波器元件的通頻帶上,就可以形成一個不會過多增加插入損失的通頻帶。
在上述情況下,在兩端SAW諧振器的諧振頻率附近,輸入阻抗接近短路狀態(tài),并形成一個衰減極點。這樣,就可以提高在具有諧振頻率fo的通頻帶之下的頻率范圍的衰減量。
在這種情況下,當(dāng)在兩端SAW諧振器的諧振頻率fo上所增加的阻抗減小的時候,就會增加提高衰減量的效果。但是,如果在兩端SAW諧振器的諧振頻率fo上的阻抗太小的活,那么,SAW濾波器的阻抗匹配范圍就會太窄,這樣就會損害插入損失特性。因此,最好根據(jù)SAW濾波器元件的結(jié)構(gòu)來設(shè)計所要增加的兩端SAW諧振器的IDT。
假設(shè)fo(兆赫)代表兩端SAW諧振器的諧振頻率,N代表電極指的對數(shù),A(微米)代表重疊的長度,M=(NXA)/fo與一個數(shù)值成比例,這個數(shù)值是通過用頻率對SAW諧振器的極間電容統(tǒng)一化而獲得的。
當(dāng)多個兩端SAW諧振器相互連接時,每一個兩端SAW諧振器都可得出一個(NXA)/fo,從而用這些(NXA)/fo的和來限定上述的數(shù)值M。
如果上述數(shù)值M減小,那么,阻抗匹配范圍變窄,插入損失增加。由阻抗不匹配而增加的插入損失的上限在實際應(yīng)用當(dāng)中為0.5dB,所以,插入損失的增加必須控制在這個數(shù)值之下。也必須考慮壓電基片的溫度特性和至少1%的比帶(specific band)。
圖9表示的是一條關(guān)于36°Y切割的LiTaO3基片的比帶,其中插入損失隨M值的變化所產(chǎn)生的損害被控制在最高為0.5dB的范圍之內(nèi)。從圖9中可以清楚地看到,為了確保至少1%的比帶,數(shù)值M絕不能超過30。
圖10表示的是在64°Y切割的LiTaO3基底中測量的在數(shù)值M變化時插入損失的變化。從圖10可以清楚地看到,為了確保至少1%的比帶,必須減小M值,使其不超過45。
如上所述,為了避免增加插入損失,最好設(shè)計一個兩端的SAW諧振器的電極結(jié)構(gòu),以便使M值低于由壓電基片的材料所決定的某一特定值。
現(xiàn)在說明一個在一個SAW濾波器中測量插入損失-頻率特性曲線的實驗例子,這個SAW濾波器是圖4所示的第一個實施例的SAW濾波器21的變型。當(dāng)根據(jù)圖4所示的第一個實施例把一個單獨的SAW諧振器30連接到SAW濾波器21的輸出一側(cè)時,圖11表示的是一個不與這樣的SAW諧振器30相連的SAW濾波器的插入損失-頻率的特性曲線。
一個例子是一個SAW濾波器準(zhǔn)備在其SAW濾波器元件的輸出一側(cè)與四個SAW諧振器相連,這四個諧振器與圖4所示的諧振器相似,而這個濾波器元件具有圖11所示的特性,測量這個SAW濾波器的插入損失-頻率的特性曲線。圖12表示測量結(jié)果。
參照圖11和12,兩個圖中的完整的特性曲線A分別放大的方式表示了通頻帶的基本部分,而且在這兩個圖的右側(cè)用刻度來表示插入損失的數(shù)值。
把圖11與圖12進(jìn)行比較,可以很清楚地看到,在與四個兩端SAW諧振器相連的結(jié)構(gòu)中,通頻帶的低通一側(cè)衰減量提高了約5到10dB。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地說明和介紹了本發(fā)明,但是應(yīng)該清楚,本發(fā)明的說明只是以舉例的方式進(jìn)行的,這是一種非限定的方式,本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍只由附加的權(quán)利要求書來限定。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波濾波器,包括一個壓電基片;多個叉指換能器,這些叉指換能器設(shè)置在所說的壓電基片上并沿表面波傳播方向排列,所說的這些叉指換能器用于構(gòu)成一個聲表面波濾波器元件;和至少一個單獨的兩端SAW諧振器,這個SAW諧振器具有至少一個叉指換能器,這個SAW諧振器在所說的聲表面波濾波器元件的輸入和輸出的至少一側(cè)與所說的聲表面波濾波器元件并聯(lián),所說的兩端SAW諧振器的諧振頻率設(shè)置在低于所說的聲表面波濾波器元件的通頻帶的頻率范圍上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的至少一個單獨的兩端SAW諧振器形成在所說的壓電基片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的壓電基片是36°Y切割的LiTaO3基片,這樣構(gòu)成所說的兩端SAW諧振器的所說的叉指換能器,當(dāng)所說的SAW濾波器裝有一個所說的單獨的兩端SAW諧振器的時候,滿足下式(1)(NXA)/(fO) ≤30 ……(1)當(dāng)多個所說的兩端SAW諧振器相互并聯(lián)時,各個所說的諧振器的(NXA)/fo之和不超過30,其中假設(shè)fo(兆赫)代表所說的兩端SAW諧振器的諧振頻率,N代表電極指的對數(shù),A(微米)代表重疊的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種場表面波濾波器,其特征在于所說的壓電基片是64°Y切割的LiNbO3基片,這樣構(gòu)成所說的兩端SAW諧振器的所說的叉指換能器,當(dāng)所說的SAW濾波器裝有一個所說的單獨的兩端SAW諧振器的時候,滿足下式(2)(NXA)/(fO) ≤45 ……(2)當(dāng)多個所說的兩端SAW諧振器相互并聯(lián)時,各個所說的諧振器的(NXA)/fo之和不超過45,其中假設(shè)fo(兆赫)代表所說的兩端SAW諧振器的諧振頻率,N代表電極指的對數(shù),A(微米)代表一個重疊的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的兩端SAW諧振器在所說的表面聲波濾波器元件的所說的輸入或輸出一側(cè)與所說的聲表面波濾波器元件相并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于多于兩個的所說的兩端SAW諧振器相互并聯(lián)并在所說的聲表面波濾波器元件的所說的輸入或輸出一側(cè)與所說的聲表面波濾波器元件相關(guān)聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的兩端SAW諧振器在所說的聲表面波濾波器元件的所說的輸入和輸出的每一側(cè)與所說的聲表面波濾波器元件相并聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的聲表面波濾波器元件由一個叉指狀的反指型SAW濾波器構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的聲表面波濾波器元件由一個雙IDT型的SAW濾波器構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聲表面波濾波器,其特征在于所說的聲表面波濾波器元件由一個三IDT型的SAW濾波器構(gòu)成。
全文摘要
SAW濾波器(21)由多個IDT(23到29)沿表面波傳播方向排列在一個壓電基片(22)上而形成,至少有一個單獨的兩端SAW諧振器(30)在SAW濾波器的輸出一側(cè)與其并聯(lián),而且SAW諧振器(30)的諧振頻率(f
文檔編號H03H9/25GK1101467SQ9410918
公開日1995年4月12日 申請日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月8日
發(fā)明者宮忠正, 家木英治 申請人:株式會社村田制作所