CN101277100A - 纵向耦合谐振器式声表面波滤波器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种声表面波滤波器，其包括沿声表面波传播方向布置的两个或多个IDT，其中，所述两个或多个IDT包括至少一对彼此相邻布置的IDT，以彼此声学耦合，并且具有不同数量的成对电极指，并且包括在所述对IDT的具有较少数量成对电极指的一个中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述IDT不包括主间距区。

Description

纵向耦合谐振器式声表面波滤波器
技术领域
本发明涉及一种声表面波滤波器，更具体地，涉及通过减小滤波器损耗并且通过提高滤波器反射特性获得纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的有利滤波器特性的技术。
背景技术
声表面波(SAW)滤波器使用由压电效应产生的声表面波。因而，声表面波滤波器非常可靠、紧凑并且轻便。由于该原因，这些年来，声表面波滤波器广泛用作移动通讯装置的收发滤波器、天线分路滤波器(antenna branchingfilter)等。该类型的声表面波滤波器通常包括多个叉指换能器(后文简称为“IDT”)，每一个用于激发声表面波，所述叉指换能器形成在压电基底上，并且彼此电学或声学连接。
梯形结构和纵向耦合谐振器式结构分别为其中IDT彼此连接的已知结构。在梯形结构中，多个IDT以梯形连接。在多个纵向耦合谐振器结构中，多个IDT布置在其声表面波传播的传播路径中，并且彼此声学耦合。通常在宽频带中，纵向耦合式谐振器结构比梯形结构具有更好的衰减特性，并且具有不仅容易激发非平衡信号，而且容易激发平衡信号的特性。
纵向耦合谐振器式声表面波滤波器在以下专利文件中公开：日本特开专利申请公开号No.2002-9588(后文称为“专利文件1”)；日本专利翻译公开号No.2002-528987(后文称为“专利文件2”)；日本特开专利申请公开号No.2003-92527(后文称为“专利文件3”)；和日本特开专利申请公开号No.2003-243965(后文称为“专利文件4”)。
发明内容
虽然在这些专利文件中所叙述的发明成功地提高了其各自纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的滤波器特性，但是仍然具有很大的进一步改进滤波器的空间。
在专利文件1中，纵向耦合谐振器式声表面波滤波器在叉指换能器之间保持其间距连续性。这通过使邻近每一个IDT端部设置的一些电极指之间的间距λI1小于IDT中其他电极指之间的间距λI2来实现。这使得可能抑制体辐射(bulk radiation)，因而使带宽更宽，并且减小插入损耗。在下面的描述中，制成与其他电极指之间的间距不同的一些电极指之间的间距称为“次间距”，次间距中较窄的间距称为“较窄间距”，并且占据IDT中大部分电极、并且具有恒定间距的其他电极指之间的间距称为“主间距”。
在专利文件2中，滤波器包括两个IDT端面部，其每一个具有过渡区。而且，电极指之间的间距在过渡区连续较小，并且在超过过渡区边界制成连续较大。以这种方式，体波辐射减小，其带宽更宽，并且其插入损耗减小。另外，在专利文件3中，滤波器包括电极指，在每一个IDT端面部附近，其间距较窄。而且，具有较大量成对电极指的IDT中主间距区P1中的电极指之间的间距大于具有较少量成对电极指的IDT中主间距区P2中的电极指之间的间距。以这种方式，滤波器的带宽变得更宽。
如在专利文件1到3中叙述的传统类型滤波器中，电极指之间的间距以各种方式变化。但是，仅通过使用其次间距区，很难保持声表面波的周期性的连续性，并且体波辐射仅在一定范围内减小。因此，这些滤波器不能充分抑制其插入损耗。这是因为包括在每一个这些滤波器的每一个IDT中的大部分电极(大于所有成对电极指的70％)中电极指之间的间距设置为恒定值(或者这是因为每一个这些滤波器的每一个IDT包括主间距区)，从而电极指之间的间距仅在每一个IDT的每一个端部的一部分中变化。
通过比较，专利文件4中，滤波器中两个相邻IDT的每一个分为多个区。通过逐渐改变每一个区中电极指之间的间距，由两个相邻IDT中的一个产生的声表面波的相位与由两个相邻IDT中的另一个产生的相应声表面波的相位连续。以这种方式，体波辐射变得更小，并且其带宽变得更宽，并且其插入损耗减小。
然而，如从专利文件4的示例的说明中清楚示出，根据所述示例的每一个滤波器还包括主间距区，其占据大部分IDT(如下面所示具有带下划线的成对电极指区域)。具体地，三个布置的IDT中的每一个中成对电极指的数量分别为(13对-2对-1.5对)-(2对-13.5.对-2对)-(1.5对-2对-13对)，并且这些电极的每一个间距分别为(2.065μm-1.955μm-1.855μm)-(1.920μm-2.040μm-1.920μm)-(1.855μm-1.955μm-2.065μm)(参见专利文件4，0067到0068段)。如专利文件4中叙述的发明基于与如专利文件1到3中叙述的发明相同的技术思想。由于该原因，专利文件4中叙述的发明可能产生与专利文件1到3中所叙述的发明相同类型的问题。
另外，如专利文件1到4叙述的发明中存在共同的问题。每两个相邻IDT中具有较少数量成对电极指的一个中的主间距区的比例小于两个相邻IDT中具有较大数量成对电极指的另一个中的主间距区的比例。在该传统类型的IDT结构中，小的主间距区可能使反射特性变差。
考虑到前述问题，本发明的目的是，通过减小滤波器插入损耗并且提高其反射特性，获得更有利的声表面波滤器特性，具体地，获得更有利的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器特性。
为了通过解决前述问题实现该目的，根据本发明的声表面波滤波器包括两个或多个设置在压电基底上并且布置在声表面波传播方向上的叉指换能器。在声表面波滤波器中，包括在至少一个叉指换能器中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距互不相同，以使叉指换能器不包括主间距区。
根据本发明的声表面波滤波器与传统类型滤波器不同之处在于，至少一个IDT设计为不包括主间距区。关于这点，“主间距区”占据大部分IDT(例如，大于包括在IDT中的所有电极指的50％)，并且在“主间距区”中，电极指之间的间距恒定(不改变)。
通过使包括在IDT中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距互不相同，实现防止至少一个IDT包括任何主间距区的特定方式。上述“使包括在IDT中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距互不相同”通常意思是使包括在IDT中的所有电极指的每相邻两个之间的间距互不相同，但是不限于该情况。该描述包括使包括在其中的大部分电极指的每相邻两个之间的间距(例如，包括在其中的60％到70％的电极指；理想地，大于包括在其中的80％的电极指；并且更理想地，大于包括在其中的90％的电极指)与包括在其中其余电极指的每相邻两个之间的间距不同。另外，该描述还包括逐渐改变电极指之间的间距(例如，从一个到另一个逐渐地或不规则地改变每几个电极指之间的间距，具体地，每两个电极指，每三个电极指，每四个电极指或每5到10个电极指)。
包括在IDT中的所有电极指的每相邻两个之间的间距是否互不相同并不重要。这是因为使包括在其中的大部分电极指的每相邻两个之间的间距与包括在其中的其余电极指的每相邻两个之间的间距不同、并且从一个到另一个逐渐或不规则地改变每几个电极指之间的间距与使包括在其中的所有电极指的每相邻两个之间的间距互不相同实质等同。因此，后面的两种方案带来的其效果与前面的方案带来的效果相似。另外，在每几个电极指之间的间距从一个到另一个逐渐改变的情况下，“每几个电极指”不包括一个IDT的全部电极指的数量。一个IDT可包括多个电极指组：在一些组中，每两个电极指之间的间距从一个到另一个改变；在其他组中，每三个电极指之间的间距从一个到另一个改变；并且在另一些组中，每四个电极指之间的间距从一个到另一个改变。
而且，如上所述，在每几个电极指之间的间距从一个到另一个改变的情况中，包括在一个IDT中的电极指组的数量应例如为三个或更多；理想地，四个或更多；并且更理想地，五个或更多，但是小于包括在该IDT中的电极指的总数量。而且，如上所述，在每几个电极指之间的间距从一个到另一个改变的该情况下，期望包括在最大数量的电极指组中的成对电极指的数量应例如小于包括在一个IDT中的全部成对电极指的30％。
与传统类型的IDT不同，根据本发明的IDT，其具有不包括主间距区(其中大量电极指中每相邻两个之间的间距恒定)的结构，使得不需要使声表面波的周期性的连续性(相位连续)仅由设置在IDT端部中的次间距区保持。因此，根据本发明的IDT可能通过使用整个IDT控制电极指之间的间距来保持声表面波的周期性的连续性，并且因此通过以更有利的方式降低体波辐射来减小插入损耗。
在成对电极指的数量彼此不同的两个IDT彼此相邻的情况下，特别是如果根据本发明的前述滤波器结构(IDT结构)应用到具有较少数量成对电极指的IDT，则滤波器结构(IDT结构)更有效防止IDT中的特性变差。具体地，在根据本发明的滤波器包括至少一对IDT，所述对IDT彼此相邻布置以使该对IDT声学耦合，并且其成对电极指的数量彼此不同的情况下，包括在具有较少数量成对电极指的IDT中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不同，以使该IDT不包括主间距区。
而且，除了具有较少数量成对电极指的IDT之外，相似的IDT结构可应用到具有较大数量的成对电极指的两个IDT中的另一个。换句话说，包括在所述对IDT每一个中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不同，以使所述对IDT不包括主间距区。
在根据本发明的滤波器中，期望具有较少数量成对电极指的IDT中的电极指之间的最大间距小于具有较多数量成对电极指的IDT中的电极指之间的最大间距，并且具有较少数量成对电极指的IDT中的电极指之间的最小间距大于具有较多数量成对电极指的IDT中的电极指之间的最小间距。该结构可能使具有较少数量成对电极指的IDT中电极指之间的间距的变化较小，并且因此进一步提高声表面波的周期性的连续性。
而且，如上所述，在IDT中电极指之间的间距倾向于从一个到另一个不相同，以使IDT不包括主间距区的情况下，期望从一个到另一个的间距不是单调变化。具体地，期望IDT包括至少一个间距减小区，其中包括在IDT中的电极指之间的间距逐渐减小，并且包括至少一个间距增大区，其中包括在其中的电极指之间的间距逐渐增大。
具体地，期望该非单调变化的间距通过例如这样的方式实现：在布置在声表面波传播方向的多个IDT的每一个端部IDT(最外面的IDT)中，电极指之间的间距从外部朝向内部逐渐减小，并且在每一个IDT的内端部(内部)中，依次相对增大，并且其后再次减小。这里，“内部”意思是靠近布置在声表面波传播方向的全部多个IDT的中心的一侧，并且“外部”意思是靠近全部多个IDT的每一个端部的侧。
另一方面，在布置在声表面波传播方向的多个IDT中，介于其两个相邻IDT之间的IDT(两端与所述两个相邻IDT邻接的IDT)包括这样的区域：其中，总体上，电极指之间的间距在其中部较大，并且朝向其两端逐渐减小，在其中部的一部分中也减小。
根据本发明的IDT结构期望可应用于纵向(垂直)耦合谐振器多模型声表面波滤波器。所述滤波器包括：两个或多个IDT，所述IDT布置在声表面波传播方向；和反射器，分别布置在构成两个或多个IDT的组的两侧。另外，根据本发明的滤波器在所述两个或多个IDT中使用多种谐振模式。
而且，在本发明的基础上，可能能够获得输出平衡信号的滤波器。具体地，根据本发明任一前述方面的声表面波滤波器可成对用作在输入端和输出端之间并联电连接的两个声表面波滤波器，来自一个滤波器的输出信号的相位与来自另一个滤波器的相应输出信号的相位相差基本180度，从连接点延伸出的输入端为非平衡端，并且输出端为平衡端。
另外，一个或多个声表面波谐振器可串联或并联连接到每一个前述声表面波滤波器。但是，多个滤波器可级联为多级(multiple stages)，或者可以任何其他方式连接。而且，任一平衡端和非平衡端可选择用于连接到多个滤波器的输入和输出端(可选择下述任一组合：平衡输入端与平衡输出端组合，非平衡输入端和非平衡输出端组合，平衡输入端和非平衡输出端组合，和非平衡输入端和平衡输出端组合)。
而且，根据本发明任一前述方面的IDT结构可应用于除了声表面波滤波器之外的边界(boundary)声波滤波器。
具体地，边界声波滤波器包括：压电基底；非压电材料(例如，非压电基底或非压电薄膜)，与所述压电基底接触布置；两个或多个IDT，以这样的方式设置在所述压电基底和所述非压电材料之间的边界表面中：所述两个或多个IDT沿边界声波传播方向布置。为了使IDT不包括主间距区，在所述边界声波滤波器中，包括在至少一个IDT中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同。
而且，以与声表面波滤波器相同的方式，边界声波滤波器可包括至少一对IDT，其彼此相邻布置，以使所述对IDT声学耦合，并且其成对电极指的数量彼此不同。而且，在边界声波滤波器中，包括在所述对IDT中具有较少数量成对电极指的一个的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使IDT不包括主间距区。另外，包括在所述对IDT的每一个中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使该成对的IDT不包括主间距区。更期望包括在所述对IDT中具有较少数量成对电极指的第一个中的电极指之间的最大间距小于所述对IDT中具有较多数量成对电极指的第二个中的电极指之间的最大间距，并且包括在所述对IDT的第一个中的电极指之间的最小间距大于包括在所述对IDT的第二个中的电极指之间的最小间距。
在本发明的基础上，可能制造一种纵向耦合谐振器多模型边界声波滤波器，其包括三个或多个IDT，用作沿边界声波传播方向布置的IDT；和反射器，分别布置在构成所述三个或多个IDT的组的两侧，并且其在所述三个或多个IDT中使用多种谐振模式。而且，以与声表面波滤波器相同的方式，可能制成一种能够获得从其输出平衡信号的滤波器，当边界声波滤波器成对用作两个并联电连接的边界声波滤波器时，来自所述两个边界声波滤波器之一的输出信号的相位与来自所述两个边界声波滤波器的另一个的相应的输出信号的相位基本相差180度。另外，一个或多个边界声波谐振器可串联或并联连接到每一个前述边界声波滤波器。而且，多个滤波器可级联为多级，或者可以任何其他方式连接。而且，可选择平衡端和非平衡端的任一个用于每一个连接到多个滤波器的输入和输出端。
本发明可能减小声表面波或边界声波滤波器的插入损耗，并且提高其反射特性，并且由此进一步增强滤波器特性。
本发明的其他目的、特征和优点将从下面结合附图的本发明实施例的描述变得显而易见。在附图中，相同的参考标记在所有视图中表示相同的部件。
附图说明
图1是示意性显示根据本发明第一实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的概念图。
图2是显示在根据第一实施例的声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图3是显示根据第一实施例的声表面波滤波器带通特性的曲线图。
图4是显示根据第一实施例的声表面波滤波器反射特性的曲线图。
图5是显示根据第一实施例的声表面波滤波器带通特性的另一个曲线图。
图6是显示根据本发明第二实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中的电极指之间间距的示图。
图7是显示根据第二实施例的声表面波滤波器带通特性的曲线图。
图8是显示根据第二实施例的声表面波滤波器反射特性的曲线图。
图9是示意性显示根据本发明第三实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的概念图。
图10是显示在根据第三实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图11是显示根据第三实施例的声表面波滤波器带通特性的曲线图。
图12是显示根据第三实施例的声表面波滤波器反射特性的曲线图。
图13是显示根据本发明第四实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极之间间距的示图。
图14是显示根据第四实施例的声表面波滤波器带通特性的曲线图。
图15是显示根据第四实施例的声表面波滤波器反射特性的曲线图。
图16是示意性显示根据本发明第五实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的概念图。
图17是显示根据第五实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图18是显示根据第五实施例的声表面波滤波器带通特性的曲线图。
图19是显示根据第五实施例的声表面波滤波器反射特性的曲线图。
图20是示意性显示根据本发明第六实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的概念图。
图21是显示根据第六实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图22是示意性显示传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的第一示例的概念图。
图23是显示在传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器第一示例中的每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图24是显示在传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器第二示例中的每一个IDT中电极指之间间距的示图。
图25是显示可应用本发明的边界声波滤波器的概念图。
图26A是显示IDT中常见的电极指之间间距的示意图。
图26B是显示反射器中常见的电极指之间间距的示意图。
具体实施方式
下面将进行本发明实施例的描述。首先，将进行传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的描述。其次，将通过将本发明滤波器与传统式滤波器比较，进行根据本发明各实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的描述。
图22是示意性显示传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器(后文成为“第一传统示例”)的示意图。如图22中所示，第一传统示例中的声表面波滤波器包括两个纵向耦合的多模型的3-IDT声表面波滤波器，其级联为两级。两个纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器中的一个包括：一个IDT 12和两个IDT 13，以所述三个IDT沿声表面波传播方向布置的方式设置在压电基底上；和反射器10，分别设置在构成三个IDT的组的两端。所述两个纵向耦合多模型声表面波滤波器中的另一个包括：一个IDT 22和两个IDT 23，以所述三个IDT沿声表面波传播方向布置的方式设置在压电基底上；和反射器10，分别设置在由三个IDT构成的组的两端。设置在第一滤波器11中部的IDT 12连接到输入端1，设置在第二滤波器21中部的IDT 22连接到输出端2。每一个IDT 12和22在后文中称为“中间IDT”。布置在在第一滤波器11中的中间IDT 12两侧的IDT 13分别电连接到布置在第二滤波器21中的中间IDT 22两侧的IDT 23。每一个IDT 13和23在后文中成为“外部IDT”。
图23为显示第一传统示例中第一滤波器11中每一个IDT 12和13中的电极指之间间距和第一传统示例中第二滤波器21中每一个IDT 22和23中的电极指之间间距的示图。如图23中所示，每一个中间IDT 12、22和外部IDT 13、23具有其自身的其中电极指之间间距恒定的主间距区P11、P21，并且在其与其他IDT相邻侧的每一个端部中(每一个中心IDT 12、22的两个端部；外部IDT 13中与中间IDT 12相邻侧的端部；外部IDT 23中与中间IDT 22相邻侧的端部)具有较窄的间距区P12(四个电极指对)、P22(两个电极指对)。在每一个较窄间距区P12、P22中，电极指之间的每一个间距分别比每一个主间距区P11、P21中的间距窄。另外，假设该纵向耦合谐振器式声表面波滤波器用作具有频带为800MHz(中心频率为881.5MHz)的CDMA接收滤波器。该纵向耦合谐振器式声表面波滤波器在每一个中间IDT 12和22中具有32对电极指，并且在每一个外部IDT 13和23中具有9对电极指。
如图26A中所示，每一个IDT包括成对的彼此相对的梳状电极8a和8b。在本说明中，IDT中电极指之间的间距意思是叉指式梳状电极8a和8b的每一个成对电极指中心之间的距离L1。在本发明中，该距离L1以不同的方式改变，以使IDT不具有主间距区。另一方面，每两个相邻IDT之间的距离和每一个IDT中叉指的宽度(换句话说，重叠长度(电极区重叠的长度))使用λ作为参数限定，其中λ(λ为常数)是如图26B中所示的每一个反射器10中每两个相邻电极指中心之间的距离的两倍大。
图24是显示传统式纵向耦合谐振器式声表面波滤波器另一个示例(后文称为“第二传统示例”)中电极指之间间距的示图。以与第一传统示例的纵向耦合多模型声表面波滤波器相同的方式(参见图22)，第二传统示例中的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器包括：每一个IDT 12、13、22、23中的主间距区P11、P21；和IDT 12、13、22、23每一个端部中较窄的间距区P12、P22(分别为两个电极指对)。但是，第二传统示例中的滤波器在每一个中间IDT 12和22中具有31对电极指，并且在每一个外部IDT 13和23中具有12.5对电极指。顺便提及，假设在第二传统示例中的滤波器用作用于PCS的SAW滤波器。
(第一实施例)
图1是示意性显示根据本发明第一实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的示意图。以与第一和第二传统示例的声表面波滤波器相同的方式，根据本发明第一实施例的声表面波滤波器包括两个彼此连接的纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器。两个纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器中的一个包括介于两个反射器10之间的一个IDT 32和两个IDT 33，并且IDT 32和33沿声表面波传播方向布置。两个纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器中的另一个包括介于两个反射器10之间的一个IDT 42和两个IDT 43，并且IDT42和43沿声表面波的传播方向布置。第一滤波器31在中间IDT 32中具有其主间距区P11，并且第二滤波器41在中间IDT 42中具有其主间距区P11。第一滤波器31分别在中间IDT32两端中具有其较窄的间距区P12。第二滤波器41分别在中间IDT 42的两端中具有其较窄间距区P12。每一个较窄间距区P12中的电极指之间的间距小于每一个主间距区P11中的电极指之间的间距。
但是，在该滤波器中，如图2中所示，从外部(靠近反射器侧)到内部(靠近中间IDT侧)几乎贯穿每一个外部IDT 33和43中整个宽度，电极指之间的间距逐渐变小(即，几乎所有电极指之间的间距在每一个IDT 33和43中逐渐变小)。这使得每一个外部IDT 33和43不具有主间距区(恒定的间距区)。另外，如从图2清楚看出，在每一个外部IDT 33和43最外部中的电极指之间的间距，其为每一个IDT 33和43中电极指之间的最大间距，小于每一个中间IDT32和42中电极指之间的最大间距(或主间距区P11中的间距)。每一个外部IDT 33和43的最里面间距区P32中的电极指之间的间距，其为每一个IDT 33和43中电极指之间的最小间距，大于每一个中间IDT 32和42的两个端部每一个中的较窄间距区P12中电极指之间的间距，所述间距为中间IDT 32和42中电极指之间的最小间距(最窄间距)。
而且，假设，以与第一传统示例中的滤波器相同的方式，根据本实施例的滤波器用作具有800MHz频带(具有881.5MHz中心频率)的CDMA接收滤波器。第一滤波器31在其中间IDT32中具有40对电极指，第二滤波器41在其中间IDT 42中具有40对电极指。第一滤波器31在每一个其外部IDT 33中具有11对电极指，第二滤波器41在每一个其外部IDT 43中具有11对电极指。而且，每一个反射器10中电极指的数量为50，并且是每一个反射器10中电极之间间距两倍大的λ为4.56μm(每一个反射器中的电极指之间的间距：λ/2＝2.28μm)。另外，每一个IDT 32、33、42和43中的重叠长度(电极指叉指宽度)为30λ；IDT 32和每一个IDT 33之间的距离及IDT 42和每一个IDT 43之间的距离为0.467λ；并且每一个IDT 33和其相应的反射器10之间的距离为0.5λ。
IDT 32、33、42、43和反射器10通过例如在39度Y切割X传播方向(Y-cutX-propagation)的LiTaO3基底顶部表面上形成厚度为4nm的TiN基薄膜，并且随后例如在合成基底上形成厚度为330nm的单晶Al薄膜，由此形成每一个IDT和反射器的电极图案来制成。事实上，这些电极图案一次大量形成在前述类型的压电基底上，并且随后通过切成分离的滤波器芯片而分开。每一个片状滤波器通过倒装芯片焊接安装到陶瓷基基底上，并且使用树脂密封。另外，输入和输出端1和2为非平衡端，并且输入/输出阻抗为50Ω。
根据本实施例的声表面波滤波器样本以前述方式形成，并且第一传统示例中的滤波器使用与制备所述样本相同的材料形成。然后，分别测量根据本实施例滤波器样本和第一传统示例中的滤波器的传播和反射的频率特性。测量结果显示在图3到5中。在图3到5中，实线表示根据本实施例滤波器样本的测量结果，虚线表示第一传统示例中滤波器的测量结果(这是描述其他实施例时将使用的图7、8、11、12、14、15、18和19的情况)。如从图中清楚示出，本实施例可能减小声表面波滤波器通带中的插入损耗(参见图3)，并且使其反射特性等于或优于第一传统示例中滤波器的反射特性(参见图4)。
本实施例消除了来自每一个外部IDT 33和43的主间距区。因此，与第一传统示例中的滤波器不同，不需要仅通过使用较窄的间距区P22来保持中间IDT32和每一个外部IDT 33之间的间距连续性及中间IDT 42和每一个外部IDT 43之间的间距连续性。因而，可认为根据本实施例的声表面波滤波器能够抑制由于体波辐射造成的插入损耗的增加。这里，体波辐射由于中间IDT 32和每一个外部IDT 33之间的间距不连续性和中间IDT 42和每一个外部IDT 43之间的不连续性产生。而且，根据本实施例的滤波器和第一传统示例中的滤波器在通带的两个肩部S1和S2(参见图5)的每一个中具有相似的带通特性。与第一传统示例中的滤波器比较可知，使用根据本实施例的间距结构的滤波器不会使带通特性变差。
(第二实施例)
图6是显示根据本发明第二实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。以与根据第一实施例的滤波器相同的方式(参见图1)，根据第二实施例的滤波器包括两个连接在非平衡输入端1和非平衡输出端2之间的纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器。两个纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器中的一个包括布置在一对反射器10之间的一个中间IDT 32和两个外部IDT 33。两个纵向耦合多模型3-IDT声表面波滤波器中的另一个包括布置在一对反射器10之间的一个中间IDT 42和两个外部IDT 43。但是，与根据不包括主间距区(参见图2)的第一实施例的滤波器中每一个外部IDT 33和43中电极指之间的间距不同，根据第二实施例的滤波器中的每一个外部IDT 33和43中的电极指之间的间距不以单调方式改变。
在根据第一实施例的滤波器中(参见图2)，每一个外部IDT 33中电极指之间的间距从外部(邻近相应的一个反射器10的一侧)到内部(邻近中间IDT32的另一侧)以间距不包括主间距区的方式简单变小，并且每一个外部IDT 43中的电极指之间的间距从外部(邻近相应的一个反射器10的一侧)到内部(邻近中间IDT 32的另一侧)以间距不包括主间距区的方式简单变小。与根据第一实施例的滤波器中每一个外部IDT 33和43不同，根据第二实施例的滤波器中的每一个外部IDT 33和43具有这样的电极指之间的间距：在间距区P31中，从外部到内部逐渐减小，并且在邻近相应的一个中间IDT 32和42的内部区域中稍微反过来增加(参见图6中参考标记P33)，然后再次变小(参见图6中参考标记P32)。顺便提及，根据第二实施例的滤波器与根据第一实施例的滤波器的相同之处在于，每一个外部IDT 33和43中电极指之间的最大间距小于每一个中间IDT 32和42中电极指之间的最大间距，还在于，每一个外部IDT33和43中电极指之间的最小间距P32大于每一个中间IDT 32和42中电极指之间的最小间距P12。
本实施例中电极指之间的间距中非单调变化(不仅仅是增加或减小变化)是本发明人以各种方式测试本发明时发现的型式。本发明人发现，每一个设计为不具有主间距区的IDT中电极指之间的间距中的非单调变化(不仅仅是增加或减小变化)使得不仅能够减小声表面波滤波器的插入损耗，而且提高其反射特性。以与根据第一实施例的滤波器的带通和反射特性与第一传统示例中的滤波器的带通和反射特性相比较的相同方式，图7和8通过与根据第一实施例的滤波器的带通和反射特性相比较，分别显示了根据本实施例的滤波器的带通和反射特性测量结果。如从这些测量结果中清楚示出，第二实施例进一步减小了声表面波滤波器的插入损耗，并且进一步提高了其反射特性。
(第三实施例)
图9为显示根据本发明第三实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的示意图。图10为显示根据第三实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。以与根据第一和第二实施例的滤波器相同的方式，如图9中所示，根据第三实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器包括两个纵向耦合多模型3-IDT滤波器51和61，其以在非平衡输入端1和非平衡输出端2之间级联为两级。滤波器51包括布置在一对反射器10之间的一个IDT 52(中间IDT)和两个IDT 53(外部IDT)。滤波器61包括布置在一对反射器10之间的一个IDT 62(中间IDT)和两个IDT 63(外部IDT)。但是，如图10中所示，根据第三实施例的滤波器中的中间IDT 52或62没有设置主间距区(恒定间距区)。
具体地，每一个中间IDT 52和62具有间距区P41，其中，电极指之间的间距在中间IDT的中心部中最大，并且朝向其两端部逐渐变小。因此，表示间距分布的曲线形状象山。每一个外部IDT 53和63中的最大间距P21小于每一个中间IDT 52和62中的最大间距。每一个外部IDT 53和63中的最小间距P22大于每一个中间IDT 52和62中的最小间距P42。另外，每一个外部IDT 53和63包括主间距区P21，并且在其邻近相应的一个中间IDT 52和62的端部中具有较窄的间距区P22。
图11和12为分别显示根据本实施例的滤波器的带通和反射特性测量结果的曲线图。从这些测量结果可清楚示出，根据本实施例的滤波器结构也可能减小声表面波滤波器的插入损耗，并且提高其反射特性。
(第四实施例)
图14是显示根据本发明第四实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的曲线图。以与根据第三实施例的声表面波滤波器相同的方式，根据第四实施例的声表面波滤波器包括两个彼此连接的纵向耦合多模型3-IDT滤波器。但是，以与根据第二实施例(参见图6)的声表面波滤波器中每一个外部IDT相同的方式，构成根据第四实施例的声表面波滤波器的两个纵向耦合多模型3-IDT滤波器的每一个中的两个外部IDT的每一个没有任何主间距区，并且具有间距区P31、P32和P33，经由所述间距区的电极指之间的间距以非单调形式改变。而且，以与根据第三实施例的滤波器(参见图10)中每一个中间IDT相同的方式，根据第四实施例的滤波器中的每一个中间IDT具有间距区P41，其中电极指之间的间距在中间IDT的中心部最大，并且朝向其两个端部逐渐变小。结果，表示间距分布的曲线形状象山。这些使得第一滤波器51中的一个中间IDT 52和两个外部IDT 53中的每一个不具有主间距区，并且使第二滤波器61中的一个中间IDT 62和两个外部IDT 63的每一个不具有主间距区。另外，在根据第四实施例的滤波器中，每一个外部IDT中的最大间距小于每一个中间IDT中的最大间距，并且每一个外部IDT中的最小间距大于每一个中间IDT中的最小间距。
图14和15为分别显示根据第四实施例的滤波器带通和反射特性测量结果的曲线图。如从这些测量结果中清楚示出，根据第四实施例的滤波器结构比第一传统示例和第一到第三实施例的各滤波器结构可将声表面波滤波器的插入损耗减小得更低，并且所述滤波器结构将其反射特性提高得更多。
(第五实施例)
图16是显示根据本发明第五实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的示意图。图17是显示根据第五实施例的滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。如图16中所示，根据第五实施例的声表面波滤波器包括两个纵向耦合多模型滤波器71和声表面波谐振器101。从两个纵向耦合多模型滤波器71中输出的一个信号的相位从由两个滤波器71中另一个输出的信号的相位移动约180度。两个滤波器71彼此并联电连接。声表面波谐振器101插入(或串联连接)在输入端1和从两个滤波器71彼此并联电连接处的连接点3延伸出的非平衡端之间。
彼此并联连接的多模型滤波器71的每一个包括布置在一对反射器10之间的一个IDT 72和两个IDT 73。如图17中所示，每一个外部IDT 73具有主间距区P21，并且在其邻近中间IDT72的相应的一个的内部中具有较窄间距区P22。相反，通过逐渐改变整个中间IDT的每两个到7个电极指之间的间距，使每一个中间IDT 72设计为不具有主间距区。另外，在每一个中间IDT 72中，两到七个电极指之间的每一个间距以非单调方式变化(不仅仅以增加或减小变化)。
具体地，在每一个中间IDT中，两个到七个电极指之间的每一个间距从IDT的一个端部朝向IDT中间逐渐(逐步)增加，并且在IDT的中部减小(图17中参考标记P52所示)。其后，间距再次增加，并且朝向IDT的另一个端部减小。结果，表示间距分部的曲线成波浪型。换句话说，与根据第三实施例的滤波器不同，所述第三实施例的滤波器具有电极指之间变化的间距，以使间距在每一个中间IDT的中部最大，并且间距朝向中间IDT两个端部以表示间距分布的曲线为相对简单象山的方式逐渐变小，而根据第五实施例的滤波器具有两个到七个电极指之间的每一个间距，其贯穿每一个中间IDT以表示间距分布的曲线几乎象山的方式变化，同时具有间距区P52，其中两个到7个电极指之间的每一个间距以表示间距分布的曲线为凹形的方式减小。另外，在根据第五滤波器的滤波器中，每一个外部IDT 73中的最大间距P21小于每一个中间IDT 72中的最大间距，并且每一个外部IDT 73中的最小间距P22大于每一个中间IDT 72中的最小间距P53。
假设根据第五实施例的滤波器用作PCS接收滤波器(具有中心频率为1960MHz)。彼此并联连接的每一个滤波器71在其中间IDT 72中具有39.0对电极指，在每一个其外部IDT 73中具有14.5对电极指，并且在每一个反射器10中具有65个电极。于是，是每一个反射器10中电极指之间间距的两倍大的λ为2.01μm。另外，在每一个IDT 72和73中的重叠长度为40λ；IDT 72和每一个IDT 73之间的距离为0.468λ；并且每一个IDT 73及其相应的反射器10之间的距离为0.5λ。
而且，IDT 72、IDT 73和反射器10通过在46度Y切割X传播方向的LiTaO3基底顶部表面上以例如4nm的厚度形成TiN基薄膜，随后在合成基底上以例如170nm的厚度形成单晶Al薄膜，并且由此形成用于每一个IDT和反射器的电极图案而制成。以用于根据第一实施例的滤波器的电极图案相同的方式，这些用于根据第五实施例的滤波器的电极图案一次在前述类型的压电基底上大量形成，并且随后通过切成离散滤波器芯片进行分割。每一个片状滤波器通过倒装芯片焊接安装在陶瓷基的基底上，并且使用树脂密封。另外，输入端1为非平衡端，具有50Ω的输入阻抗。输出端2为输出阻抗为150Ω的平衡端2a和2b。阻抗匹配感应器(未示出)设置在平衡的输出端2a和2b之间。
而且，串联连接到这些多模型滤波器71上的声表面波谐振器101包括介于一对反射器110之间的IDT 111。IDT111中的电极指之间的间距以及是每一个反射器110中电极之间间距两倍大的λ为1.972μm。IDT 111具有169.0对电极指，并且IDT 111中的重叠长度为30λ。每一个反射器110中的电极指的数量为80。IDT 111和每一个反射器110之间的距离为0.5λ。
图18和19分别为显示根据第五实施例的滤波器带通和反射特性测量结果的曲线图。从这些测量结果清楚示出，第五实施例可能以非常有利的方式减小声表面波滤波器的插入损耗，并且获得其非常有利的反射特性。
应注意的是，谐振器101可以任何其他方式连接到多模型滤波器，并且任意数量的谐振器101可连接到多模型滤波器。例如，谐振器可并联连接到多模型滤波器。另外，根据第五实施例的声表面波滤波器可包括多个彼此串联连接的谐振器，或多个彼此并联连接的谐振器。
(第六实施例)
图20为显示根据第六实施例的纵向耦合谐振器式声表面波滤波器的示意图。图21是显示根据第六实施例的滤波器中每一个IDT中电极指之间间距的示图。如图20中所示，根据第六实施例的声表面波滤波器为纵向耦合多模型滤波器，其在一对反射器10之间包括五个IDT 81到85。五个IDT 81到85沿声表面波的传播方向布置，并且从一个反射器到另一个依次命名为第一IDT、第二IDT、第三IDT、第四IDT和第五IDT。
第一到第五IDT 81到85的每一个中的电极指之间的间距以第一到第五IDT 81到85中没有一个具有任何主间距区的方式变化。具体地，如图21中所示，与各反射器10相邻的最端部IDT的第一IDT 81和第五IDT 85的每一个中的电极指之间的间距以与根据第二实施例的滤波器(参见图6)中每一个外部IDT中电极指之间的间距相同的方式变化。另外，第二IDT 82和第四IDT84的每一个中电极指之间的间距以与根据第三实施例的滤波器(参见图10)中的每一个中间IDT中电极指之间间距相同的方式变化。
而且，与根据第一到第五实施例的每一个滤波器中每一个IDT中逐渐变化的电极指之间的间距不同，在根据第六实施例的滤波器中，与相应的一个相邻IDT邻接的任何IDT的每一个端部区域中电极指之间的间距连续变化，。然而，根据第一到第六实施例的每一个滤波器中任何IDT的每一个端部区域中的电极指之间的间距可逐渐或连续变化。
而且，贯穿设置在滤波器中部的第三IDT 83的电极指之间的间距以表示间距分布的曲线象山状的方式变化，而在第三IDT 83左右端部的每一个中电极指之间的间距略微增加，如分别在第一IDT 81和第五IDT 85的每一个端部中的情况。IDT以这样的方式设计：任两个相邻IDT之间、具有较少数量成对电极指的一个IDT中的电极指之间的最大间距小于两个相邻IDT之间具有较多数量成对电极指的另一个IDT中的电极指之间的最大间距。同时，IDT以这样的方式设计：IDT以这样的方式设计：具有较少数量成对电极指的前述IDT中电极指之间的最小间距大于具有较多数量成对电极指的后述IDT中电极指之间的最小间距。
根据第六实施例的滤波器在第一IDT 81中具有例如14.5对电极指，在第三IDT 83中具有25.0对电极指，在第五IDT 85中具有14.5对电极指，在第二IDT 82和第四IDT 84的每一个中具有38.0对电极指，并且在分别设置在两端的每一个反射器10中具有65对电极。另外，是每一个反射器10中电极指之间间距两倍大的λ例如为2.01μm。IDT 81到85中每一个的重叠长度例如为40λ。每两个相邻IDT之间的距离例如为0.468λ。每一个末端IDT和对应的一个反射器之间的距离为例如0.5λ。
本发明不限于根据附图描述的实施例。本发明可进行各种方式的改变而不偏离权利要求的范围。
例如，电极指之间的间距可在构成根据本发明滤波器的全部或部分IDT中变化，以使IDT不具有任何主间距区。另外，电极指之间间距一个接一个的逐渐变化和电极指之间间距一个接一个的连续变化可根据需要组合使用在一个IDT或整个一个滤波器中。而且，本发明中的输入端和输出端可以是以下组合：平衡输入端和平衡输出端组合、非平衡输入端和非平衡输出端组合、平衡输入端和非平衡输出端组合、或非平衡输入端和平衡输出端组合。
而且，代替LiTaO3，压电基底可由例如LiNbO3和石英等压电单晶或例如锆钛酸铅陶瓷等压电陶瓷形成。另外，通过在绝缘基底上形成例如ZnO薄膜等压电薄膜获得的基底可用作压电基底。另外，代替Al，构成IDT的电极和反射器可由铝合金或例如Cu和Au等材料形成。另外，电极可通过层压多个导电材料形成。
而且，本发明不仅可应用于声表面波滤波器，而且可应用于如图25中所示在压电基底5(例如，LiTaO3基底和LiNbO3基底)和非压电材料6(例如，SiO2和Si)之间具有IDT和反射器电极7的边界声波滤波器。

Claims (19)

1.一种声表面波滤波器，包括：
两个或多个叉指换能器，设置在压电基底上，并且沿声表面波的传播方向布置，
其中，所述两个或多个叉指换能器包括至少一对彼此相邻布置的叉指换能器，以能够彼此声学耦合，并且具有不同数量的成对电极指，并且
包括在所述对叉指换能器当中的一个叉指换能器中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区，其中，所述叉指换能器当中的一个叉指换能器具有较少数量成对电极指。
2.一种边界声波滤波器，包括：
压电基底；
非压电材料，与所述压电基底接触布置；和
两个或多个叉指换能器，其设置在所述压电基底和所述非压电材料之间的界面上，并且沿边界声波的传播方向布置，
其中，所述两个或多个叉指换能器包括至少一对彼此相邻布置的叉指换能器，以能够彼此声学耦合，并且具有不同数量的成对电极指，并且
包括在所述对叉指换能器当中的一个叉指换能器中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区，其中，所述叉指换能器当中的一个叉指换能器具有较少数量成对电极指。
3.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，
其中，包括在所述对叉指换能器的两个中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区。
4.根据权利要求2所述的边界声波滤波器，
其中，包括在所述对叉指换能器的两个中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区。
5.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，
其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器中的电极指之间的最大间距小于所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器中的电极指之间的最大间距，其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器具有较少数量成对电极指，所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器具有较多数量成对电极指，并且
所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器中的电极指之间的最小间距大于所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器中的电极指之间的最小间距，其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器具有较少数量成对电极指，所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器具有较多数量成对电极指。
6.根据权利要求2所述的边界声波滤波器，
其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器中的电极指之间的最大间距小于所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器中的电极指之间的最大间距，其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器具有较少数量成对电极指，所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器具有较多数量成对电极指，并且
所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器中的电极指之间的最小间距大于所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器中的电极指之间的最小间距，其中，所述对叉指换能器当中的第一个叉指换能器具有较少数量成对电极指，所述对叉指换能器当中的第二个叉指换能器具有较多数量成对电极指。
7.根据权利要求1所述的声表面波滤波器，
其中，在包括在所述叉指换能器中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区的情况下，所述叉指换能器包括至少一个间距减小区和至少一个间距增大区，其中，在该间距减小区中，所述电极指之间的间距逐渐减小，在该间距增大区中，所述电极指之间的间距逐渐增大。
8.根据权利要求2所述的边界声波滤波器，
其中，在包括在所述叉指换能器中的几乎所有电极指的每相邻两个之间的间距从一个到另一个不相同，以使所述叉指换能器不包括主间距区的情况下，所述叉指换能器包括至少一个间距减小区和至少一个间距增大区，其中，在该间距减小区中，所述电极指之间的间距逐渐减小，在该间距增大区中，所述电极指之间的间距逐渐增大。
9.根据权利要求7所述的声表面波滤波器，
其中，在沿声表面波传播方向布置的多个叉指换能器中的每一个末端叉指换能器中，所述电极指之间的间距从其外部到其内部逐渐减小，此后反过来增加，并且随后在其内端部中再次减小。
10.根据权利要求8所述的边界声波滤波器，
其中，在沿声表面波传播方向布置的多个叉指换能器中的每一个末端叉指换能器中，所述电极指之间的间距从其外部到其内部逐渐减小，其后反过来增加，并且随后在其内端部中再次减小。
11.根据权利要求7所述的声表面波滤波器，
其中，在沿声表面波传播方向布置的多个叉指换能器中，介于其两个相邻叉指换能器之间的叉指换能器具有其中所述电极指之间的间距在其中部较大，朝向其两端逐渐减小的总体间距变化，并且具有这样的区域：该区域中所述电极指之间的间距在其中部的一部分中减小。
12.根据权利要求8所述的边界声波滤波器，
其中，在沿声表面波传播方向布置的多个叉指换能器中，介于其两个相邻叉指换能器之间的叉指换能器具有其中所述电极指之间的间距在其中部较大，朝向其两端逐渐减小的总体间距变化，并且具有这样的区域：该区域中所述电极指之间的间距在其中部的一部分中减小。
13.根据权利要求1所述的纵向耦合谐振器多模型声表面波滤波器，
其中，沿声表面波传播方向布置的所述叉指换能器包括三个或多个叉指换能器，
反射器分别布置在由所述三个或多个叉指换能器构成的组的两侧，并且
多种谐振模式使用在所述三个或多个叉指换能器中。
14.根据权利要求2所述的纵向耦合谐振器多模型边界声波滤波器，
其中，沿声表面波传播方向布置的所述叉指换能器包括三个或多个叉指换能器，
反射器分别布置在由所述三个或多个叉指换能器构成的组的两侧，并且
多种谐振模式使用在所述三个或多个叉指换能器中。
15.一种声表面波滤波器，包括：
一对声表面波滤波器，其输出信号的相位彼此相差约180度，并且同时并联地电连接在输出端和从所述连接点延伸出的输入端之间，所述输入端为非平衡端，并且每一个输出端为平衡端，
其中，根据权利要求1的声表面波滤波器用于所述对声表面波滤波器中的每一个。
16.一种纵向耦合谐振器多模型声表面波滤波器，
其中，至少一个声表面波谐振器串联连接到根据权利要求13所述的声表面波滤波器。
17.一种纵向耦合谐振器多模型声表面波滤波器，
其中，至少一个声表面波谐振器串联连接到根据权利要求15所述的声表面波滤波器。
18.一种纵向耦合谐振器多模型声表面波滤波器，
其中，至少一个声表面波谐振器并联连接到根据权利要求13所述的声表面波滤波器。
19.一种纵向耦合谐振器多模型声表面波滤波器，
其中，至少一个声表面波谐振器并联连接到根据权利要求15所述的声表面波滤波器。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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