專利名稱：用于多極單塊晶體濾波器的電連接結(jié)構(gòu)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及壓電晶體器件，而特別涉及用于一個多極單塊晶體濾波器的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在模擬和數(shù)字無線電通信器件中，通常遇到壓電晶體濾波器。典型地，按照無線電頻率響應(yīng)的需要無線電器件需要具有許多極的濾波器。在無線電設(shè)備設(shè)計中，例如，需要規(guī)范靈敏度和選擇性并且為了提供規(guī)范的靈敏度和選擇性，設(shè)計者考慮加入了具有合乎要求極數(shù)的濾波器。如果，例如兩極濾波器不能提供需要的選擇性時就可使用兩個或多個級聯(lián)的兩極單塊晶體濾波器。
此外，無線電器件趨向于小型和輕型結(jié)構(gòu)，為改進(jìn)選擇性在無線電設(shè)備中增加兩極濾波器將違背這種趨勢。為了在單管殼內(nèi)提供多極的單塊器件已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試。但是，這些器件較難于實現(xiàn)生產(chǎn)。另外，附加的極需要附加電連接以便連接濾波器的所有各諧振器。這將需要一個大的管殼或具有小的有效面積的壓電器件以便容納附加的電連接，這兩種條件都不理想。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中加入三個諧振器的三極單塊濾波器。壓電板16包含一個上表面18和下表面20，該壓電板16具有由相對電極對限定的三個諧振器10,12,14。一個輸入的電軌道22連接到第一諧振器10的頂電極30和一個第一接地電軌道24連接到第一諧振器10的底電極32。一個輸出的電軌道26連接到最后諧振器14的底電極40和第二接地電軌道28連接到最后諧振14的頂電極38。一第三接地電軌道42連接到中間諧振器12的頂電極34，中間諧振器12的底電極36被連接到第一和最后諧振器10,14的底電極32,38。
可以看出，第三接地電軌道42需要在壓電板16上有一個附加空間從而延伸到靠近板的邊沿。如所公知，在濾波器諧振器的有效面積(電極)影響下的振動如果有可能不一定要減震。這只能通過安裝板或在遠(yuǎn)離有效面積的板上定位處將引線接合到電極來實現(xiàn)。上述情況造成了不得不采用現(xiàn)有技術(shù)中多極濾波器例如具有第三電軌道42的器件。不利地是，這些濾波器和其電連接只能通過使用需要較大管殼的較大的板或在消弱了性能的壓電板上收縮有效面積(電極)來實現(xiàn)。
圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中另一個兩極濾波器器件。該器件類似于上述圖1描述的現(xiàn)有技術(shù)中的一種器件。但是，取消了中間諧振器的該器件在輸入和輸出電極30，和40之間有一個窄的屏蔽電極46。此外，該器件在壓電板的不同側(cè)具有輸入和輸出電軌道22,26并且具有連接到底屏蔽電極的第四接地軌道44。盡管如此，兩極濾波器也有和圖1的三極濾波器相同的缺點。其中，第三(和第四)接地電軌道42(44)需要在壓電極16上設(shè)置附加空間。
為了提高無線電設(shè)備的選擇性，需要具有三個或更多個極的單塊晶體濾波器，該晶體濾波器不需要使用較大間隔(blank)和較小有效面積來為附加電軌道提供空間。因此提供了一種多極單塊晶體濾波器，它能夠按照與當(dāng)前兩極濾波器相同大小的管殼和在相同大小的壓電體(blank)上封裝，從而改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)。
附圖簡要說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中三極單塊濾波器的透視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中兩極單塊濾波器帶有屏蔽電極的透視圖；圖3是本發(fā)明的多極單塊濾波器的透視圖；圖4是本發(fā)明制造多極單塊晶體濾波器電連接結(jié)構(gòu)的方法流程圖；最佳實施例的詳細(xì)描述本發(fā)明提供一種多極單塊晶體濾波器含有攜帶電連接結(jié)構(gòu)的三個或更多個極，它取掉了用于連接中央諧振器電極的側(cè)電軌道。新結(jié)構(gòu)減小了用于在晶體間隔(blank)進(jìn)行連接所需要的面積。這種濾波器已通過把中央諧振器的電極連接與鄰近的地連接形成一體而實現(xiàn)。其優(yōu)點是，多極濾波器能夠在與相應(yīng)的兩極濾波器相同尺寸的壓電體(blank)上但又不需要用較大管殼的基礎(chǔ)上制作。
圖3是本發(fā)明三極濾波器的實施例。壓電體(blank)56主要具有對應(yīng)的上表面58和下表面60，至少包括三個聲耦合諧振器50,52,54，它們由設(shè)置在其上的相對電極對限定。一個輸入電連接62連到第一諧振器50的頂電極70和第一接地電連接64連到第一諧振器50的底電極72。一輸出電連接68連到最后諧振器54的底電極80和第二接地電連接66連到最后諧振器54的頂電極78。各剩余的諧振器52的頂和底電極74,76連到相同電位(例如彼此相連接和電浮動或共同連到相同電位例如地)。依據(jù)上述說明，應(yīng)該理解本發(fā)明能夠容易擴展為具有四個或多個極的實施例。
在一個最佳實施例中，剩余(即中間)諧振器52全部的底電極76經(jīng)過單個第一電軌道82共同連到第一諧振器50的底電極72，和剩余諧振器52(即中間)的全部頂電極74共同連接到最后諧振器54的頂電極78，經(jīng)過單個第二電軌道84被連接。最好是，各剩余諧振器52的頂和底電極各經(jīng)過第一和第二接地電連接64,66連接到地。
可以看出，連到中間諧振器的任一額外電規(guī)道已經(jīng)取消，由此，不需要現(xiàn)有技術(shù)中為了將一軌道向壓電板的邊沿延伸而在壓電板上附加空間。
最好是，全部諧振器的頂和底電極具有實質(zhì)上相同的水平和垂直尺寸，諧振器是沿著壓電體(blank)的水平方向共線定位。此外，最好將連到壓電體電極的該連接和電軌道的全部在位于電極垂直尺寸的范圍附近和橫過壓電體(blank)水平延伸的位置上設(shè)置的虛線限定的邊界內(nèi)全部定位。換言之，諧振器的垂直尺寸能非常靠近壓電體的邊沿延伸但是不需要為到達(dá)壓電體邊沿的電連接留空間。
在一個最佳實施例中，壓電板屬于石英。最好是，壓電板具有與沿石英的X和Z晶軸對齊的電極對的AT切片晶向的石英。但是，應(yīng)當(dāng)理解，該技術(shù)領(lǐng)域中公知的所有其他壓電材料和取向同樣能使用而不受限制。
此外，本發(fā)明最好在矩形的壓電板(plate)上實現(xiàn)，即，它具有一個矩形的上和下表面，或者用于那些沿一個或兩個尺寸(dimension)的空間是重要的(issue)壓電板。在上述例子中，該壓電體(blank)呈沿水平方向具有長尺寸(dimension)的矩形。
在一最佳實施例中，共線定位的諧振器，可定義為各諧振器的中心實際上是沿著基本上垂直于對分壓電體(blank)的中心線的線伸展，并且全部在大約相同頻率諧振。但是，本發(fā)明不需要在壓電體(blank)上共線定位諧振器或者是使他們具有相同的面積或尺寸。
另外，在一最佳實施例中，電極通過金屬軌道連接到實際上位于壓電體(blank)外部的連接區(qū)86。典型地，連接區(qū)86用于在氣密封裝(未示出)中引線接合電連接。但是，在現(xiàn)有技術(shù)中公知的其他連接工藝?yán)鐚?dǎo)電粘合劑同樣可使用。一般而言，濾波器封裝連接將包括輸入，輸出，和至少一個地連接。但是，與使用兩個獨立的地連接相比有優(yōu)點，不會因為地環(huán)電流產(chǎn)生麻煩。
典型地，如本技術(shù)領(lǐng)域所公知，相關(guān)于濾波器的輸入和輸出，濾波器需要阻抗匹配網(wǎng)路。這些網(wǎng)路一般用來復(fù)共軛阻抗匹配濾波器到50歐姆的源或負(fù)載。但是應(yīng)當(dāng)理解其它的源和負(fù)載阻抗可以提供給濾波器。這可能需要變化電極位置或尺寸。應(yīng)當(dāng)理解。許多阻抗匹配結(jié)構(gòu)可成功地用于本發(fā)明，例如，可采用低通和高通結(jié)構(gòu)，將濾波器與源和負(fù)載匹配可以采用由或高到低阻抗或低到高阻抗的方式，各需要不同的電路。但是，實際上在所有情況下，還是以復(fù)共軛阻抗匹配為好，因為它提供了低插入損耗。
參考圖4，其中示出用于改進(jìn)單塊多極單塊晶體濾波器電連接結(jié)構(gòu)的方法100。第一步驟102包括提供一個具有上表面和下表面的壓電體。最好，提供在該步驟的壓電體(blank)是矩形，特別是，該壓電體屬于AT切片晶向石英。但是，應(yīng)當(dāng)理解在本技術(shù)領(lǐng)域中公知的所有其他壓電材料同樣可采用不受限制。
第二步驟104包括在壓電體(blank)上至少設(shè)置三組相對的頂和底電極，用于限定聲耦合諧振器。典型地是采用汽相淀積將諧振器設(shè)置在該壓電體(blank)上。諧振器包括相應(yīng)于濾波器一輸入側(cè)的第一諧振器，相應(yīng)于一輸出側(cè)的最后濾波器和剩余的中間濾波器。每個電極最好由導(dǎo)電材料形成，典型地是鋁或鉻/金，用來鍍在壓電體的上和下表面達(dá)到預(yù)定厚度。
第三步驟106包括把第一諧振器的頂電極耦合到一輸入連接和把第一諧振器的底電極耦合到一地連接。這種耦合通過淀積足夠大的導(dǎo)電材料薄帶能夠?qū)崿F(xiàn)對電極的低電阻連接。
第四步驟108包括把最后諧振器的底電極耦合到一輸出連接和把最后諧振器的頂電極耦合到地連接。這種耦合通過淀積足夠大導(dǎo)電材料薄帶能夠?qū)崿F(xiàn)從而提供對電極的低電阻連接。
最后步驟110包括把各剩余諧振器的頂和底電極連接到相同電位。這可通過把各頂和底電極對一起連接或達(dá)到具有相同電位的不同連接，例如相同電位可以是地或源。最好，連接步驟包括把各剩余諧振器的頂和底電極連接到地。
在一最佳實施例中，本發(fā)明還包括用單獨的第一電軌道共同連接第一諧振器和剩余諧振器的底電極和用單獨的第二電軌道共同連接最后諧振器和剩余諧振器的頂電極的步驟。最好，將第一和第二電軌道連接到地。這些共連接步驟能夠通過淀積足夠大的導(dǎo)電材料薄帶實現(xiàn)，以便在電極間提供低電阻連接。
另外，在一最佳實施例，配置步驟包括配置全部諧振器的底電極和頂電極，使其具有實際上相同的水平和垂直尺寸，和沿壓電體(blank)的水平方向共線配置諧振器。此外，公共連接步驟包括將該連接和電軌道在一邊界內(nèi)全部連接到整個電極，該邊界由位于電極垂直尺寸范圍附近和橫過壓電體(blank)水平延伸的虛線限定。這將使得在壓電體有限尺寸內(nèi)保證得到最大可能的有效區(qū)。
本發(fā)明的一種新方案是在壓電體(blank)上提供多個共線定位諧振器但絕對沒有延伸超過諧振器一個尺寸的電軌道或連接。其優(yōu)點是，沿著諧振器的一個尺寸，壓電體(blank)具有小的尺寸。換言之，即，諧振器的一個尺寸(dimension)能夠非?？拷鼔弘婓w邊沿延伸而不需要留空間用于對電極的電連接。這會使矩形壓電體更有用，并且提供了一種具有改進(jìn)電阻和插入損耗的最小封裝尺寸的濾波器。
本發(fā)明的另一種新方案輸入和輸出電極之間的電極的電連接提供固有屏蔽，從而改進(jìn)了輸入和輸出之間的隔離。這將提高帶通濾波器通帶外的信號衰減，通常簡稱為極限衰減。
在實際中，本發(fā)明實現(xiàn)的單塊晶體濾波器可很好地用在需要小尺寸和高選擇性的任一應(yīng)用中。例如，本發(fā)明的單塊晶體濾波器可用在無線電接收機的中頻(IF)部分。典型地是無線電接收機具有大約在100兆赫或以下操作的中頻部分。在無線電接收機中，混頻器把從天線接收的信號與本地振蕩器的信號相混合以便產(chǎn)生中頻信號。該中頻信號接著必須進(jìn)行濾波，使去掉在混頻器中產(chǎn)生的不想要的諧波信號。這種濾波能通過本發(fā)明的單塊晶體濾波器實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的單塊晶體濾波器能夠很好地用在任一無線電設(shè)備中。
盡管，本發(fā)明的各種實施例已經(jīng)示出并已描述，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的構(gòu)思和范圍下，普通技術(shù)人員可對前面實施例作出各種修改和替換以及重新安排和組合。
權(quán)利要求
1．一種多極單塊晶體濾波器，包括，具有上表面和下表面的壓電體(blank)；至少三個諧振器，其由配置在壓電體(blank)上和下表面的實際相對的頂和底電極對限定；至少三個諧振器彼此為聲耦合；一個耦合到第一諧振器頂電極的輸入連接和一個耦合到第一諧振器底電極的地連接；一個耦合到最后諧振器底電極的輸出連接和一個耦合到最后諧振器頂電極的地連接；各剩余諧振器的頂和底電極耦合到相同電位；用單獨的第一電軌道將第一諧振器和剩余諧振器的底電極共同連接；用單獨的第二電軌道將最后諧振器和該剩余諧振器的頂電極共同連接；至少三個諧振器全部的頂和底電極具有實際上相同的水平和垂直尺寸；至少三個諧振器沿著壓電體(blank)的水平方向共線定位；和連到壓電體(blank)電極上的所有該連接和電軌道全部在一邊界內(nèi)定位，該邊界由位于大約電極垂直尺寸范圍和橫過壓電體(blank)沿水平方向延伸的虛線(imaginary)限定。
2．一種制造改進(jìn)的多極單塊晶體濾波器的方法，包括步驟提供具有上表面和下表面的壓電體(blank)配置至少三組相對的頂和底電極，用于在壓電體(blank)上限定聲耦合諧振器；形成具有實際上相同水平和垂直尺寸的至少三個諧振器的全部頂和底電極；沿壓電體(blank)水平方向共線定位至少三個諧振器；用單獨的第一電軌道把第一諧振器和剩余諧振器的底電極共同連接；用單獨的第二電軌道把最后諧振器和剩余諧振器的頂電極共同連接；在一個邊界內(nèi)定位連到壓電極(blank)上電極的所有該連接和電軌道，該邊界由位于大約電極垂直尺寸范圍和橫過壓電體(blank)沿水平方向延伸的虛線(imagindry)限定。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的多極單塊晶體濾波器，其特征在于，該壓電體(blank)屬于AT切片晶向石英。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的多極單塊晶體濾波器，其特征在于，該壓電體呈矩形。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，該提供步驟包括提供一個AT切片晶向石英的壓電體(blank)。
全文摘要
一個多極單塊晶體濾波器,至少具有在壓電體(blank)(56)上的三個諧振器(50,52,54)。每個諧振器都有相關(guān)的頂和底電極(70,72,74,76,78,80)。一輸入連接(62)耦合到第一諧振器(50)的頂電極(70),和一地連接(64)耦合到第一諧振器(50)的底電極(72)。一輸出連接(68)耦合到最后諧振器(54)的底電極(80),和一地連接(66)耦合到最后諧振器(54)的頂電極。剩余諧振器(52)的頂和底電極(74,76)彼此相耦合。
文檔編號H03H9/56GK1314026SQ99809910
公開日2001年9月19日 申請日期1999年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月21日
發(fā)明者J·E·亞當(dāng)斯基, C·L·茲姆尼基, 黃理嘉 申請人:Cts公司