CN103368522A - 一种能应用于l波段的射频声表面波延迟线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，包括压电基片、在压电基片上沿声表面波传播方向设置的两个叉指换能器，所述压电基片由LST石英构成。叉指换能器采用梳状结构，其中后指电极沿朝前指方向呈扇形散开，前指电极沿朝后指方向逐渐靠拢。所述叉指换能器后指的一条电极和其邻近的前指的两条电极组合成三电极的叉指电极周期。本发明通过采用相位温度系数相对稳定的LST石英材料作为声表面波延迟器件的基片，其内部叉指换能器运用特殊三电极扇形结构，换能器电极采用极性加权设计方法，在L波段有很好的相位/温度特性,具有极好的市场价值和应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及射频声表面波延迟线器件，尤其涉及一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线。
背景技术
声表面波是一种弹性波，它沿着晶体表面传播，能量集中于晶体表层。利用该特性制作的伪码发生器、相位编码器、SAW卷积器、延迟线、滤波器等声表面波器件在雷达通信领域获得了广泛运用。声表面波器件性能稳定优良，可以提高系统的工作性能。
传统的射频声表面波延迟线通常仅能使用于频率较低的模拟电路中，群延迟时间稳定。而在频率较高的波段，如L波段,则相位/温度特性表现极差，随着频率变高，这种情况更甚。这就限制了射频声表面波延迟线器件在射频电路中，尤其是与相位相关的延迟电路中的使用。很多情况下人们不得不设计其他较为复杂的电路或设备替代射频声表面波延迟线的功能，造成电路功耗、体积及成本增加。
如果能设计一种在L波段也能稳定工作的射频声表面波延迟线将彻底改变上述状况，具有非常好的市场价值和应用前景。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，包括压电基片、在压电基片上沿声表面波传播方向设置的两个叉指换能器，所述压电基片由LST石英构成。
叉指换能器采用梳状结构，其中后指电极沿朝前指方向呈扇形散开，前指电极沿朝后指方向逐渐靠拢；或所述叉指换能器形成后指窄前指宽的扇形。
所述叉指换能器后指的一条电极和其邻近的前指的两条电极组合成三电极的叉指电极周期。
通过极性加权设计，叉指换能器的叉指电极周期及宽度在横向上渐变。
本发明通过采用相位温度系数相对稳定的LST石英材料作为声表面波延迟器件的基片，其内部叉指换能器运用特殊三电极扇形结构，换能器电极采用极性加权设计方法，在L波段有很好的相位/温度特性稳定,能大大的节约成本，具有极好的市场价值和应用前景。
附图说明
图1为本发明的射频声表面波延迟线芯片示意图。
图2为扇形叉指换能器的结构示意图。
图3为1030MHz-250ns的声表面波线延迟线的中心频率-温度特性曲线。
图4为1030MHz-250ns的声表面波线延迟线的相位-温度特性曲线。
具体实施方式
本发明的射频声表面波延迟线主要组成部分如图1所示： LST压电基片1、设在LST（leaky stable temperature）压电基片1上表面且沿声表面波传播方向设置的两个扇形叉指换能器2、设在两个扇形叉指换能器2之间的屏蔽条3、涂覆在LST压电基片1沿声表面波传播方向一侧或者两侧的吸声介质层4。
下面对本发明的设计原理进行详细说明。
制作声表面波器件的常用材料是压电陶瓷、铌酸锂、石英等压电晶体材料。射频声表面波延迟线常用材料是铌酸锂基片，制作的延迟器件仅能在100MHz以下的模拟电路中使用，群延迟时间稳定，但在L波段上相位/温度特性表现极差，无法用于与射频相关的延迟电路中。
下表为几种温度稳定基片材料：128-LiNbO3、ST-石英、LST-石英，在L波段应用较多的1030MHz，温度变化30℃时的相位漂移估算比较表。
因此采用LST基片材料制作用于L波段的射频声表面波延迟线，具有良好的温度稳定性。选用LST石英基片的另外一个原因是，LST石英基片的的声表面波速度比ST石英基片快，对应工作频率的换能器电极宽度更宽，有利于制作工艺难度的减轻。
下面对扇形叉指换能器2进行详细说明。
一般的射频声表面波延迟线滤波器采用常规的双指电极结构的均匀叉指换能器。这种换能器使得延迟线器件的幅频特性呈辛格函数的形状。具有通带不平坦，选频特性不好的缺点，在L波段更加严重。为了解决这个问题，本发明叉指换能器采用了特殊的扇形结构。
如图2所示，该扇形叉指换能器2的具体结构可描述为：叉指换能器采用梳状结构，其中后指电极沿朝前指方向呈扇形散开，前指电极沿后指方向逐渐靠拢。从图2中还可以看出，所述叉指换能器后指窄前指宽。
此外，为了减轻制作工艺的难度，扇形叉指换能器2电极结构采用3电极的结构，相比通常4电极结构，每条电极宽度增加约1.33倍。所述扇形叉指换能器2后指的一条电极和其邻近的前指梳齿的两条电极组合成一个3电极的叉指电极周期。扇形叉指换能器2电极进行了适当的极性加权设计，叉指电极周期及宽度在横向上渐变，这样可获得满意的阻带抑制，获得器件所要求的频率响应特性。
所述扇形叉指换能器2的叉指电极为金属，本实施例优选为铝，更优选地是一层厚度约0.1um至0.5um的铝薄膜，经光蚀刻技术成型在压电单晶材料的基片表面。
实际使用过程中，通过设置两个扇形叉指换能器2之间的间隔，可以灵活设计出不同的信号延迟时间的延迟线。
较优地，由于声表面波传播到压电基片边缘将产生反射，为了避免反射的声表面波带来的寄生信号对器件性能的恶化，在LST压电基片1的上表面沿声表面波传播方向的一侧或者两侧涂覆吸声介质层4，将传播到叉指换能器外的剩余声表面波吸收。此外，在输入、输出扇形叉指换能器2之间设置接地的屏蔽条3，以提高在器件在输入、输出叉指换能器之间的直通信号的隔离抑制。
本发明在L波段具有极好的温度稳定性和相位-温度特性，下面对以根据上述设计思想制作的1030MHz-250ns的声表延迟线器件的温度稳定性和相位-温度特性测试数据举例说明。
图3为1030MHz-250ns的声表面波线延迟线的中心频率-温度特性曲线，从图中可以可得器件的频率温度漂移约为：-4.2KHz/℃。相对漂移量为:-4.1x10-6ppm/℃。
图4为1030MHz-250ns的声表面波线延迟线的相位-温度特性曲线，从图中可以看出，相位温度测试表明有-0.39°/℃的温度漂移率。比理论估算-0.51/30≈-0.02°/℃大很多。这可能是二阶效应引起的群时延波动对应的额外相位漂移。通过抑制二阶效应，减小群时延波动，可望进一步的改善温度稳定性指标。尽管如此，测试结果表明：在温度变化约70℃范围内的相位漂移约28°，完全满足使用的要求。
综上所述，本发明通过采用相位温度系数相对稳定的LST石英材料作为声表面波延迟器件的基片，其内部叉指换能器运用特殊三电极扇形结构，换能器电极采用极性加权设计方法，在L波段有很好的相位/温度特性稳定，具有极好的市场价值和应用前景。
当然，应当理解，本发明也适用于比L波段频率更低的情况。
Claims (8)
1. 一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，包括压电基片（1），其在压电基片（1）上沿声表面波传播方向设置的两个叉指换能器，其特征在于，所述压电基片（1）由LST石英构成。
2.如权利要求1所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，所述叉指换能器的电极采用为铝电极。
3.如权利要求1或2所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，所述叉指换能器的电极是厚度为0.1um～0.5um的铝薄膜。
4.如权利要求1所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，所述压电基片（1）上表面沿声表面波传播方向的一侧或者两侧的表面设有吸声介质层（4）。
5.如权利要求1所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，两个叉指换能器之间屏蔽条（3），所述屏蔽条（3）设置有一接地点。
6.如权利要求1或2或4或5所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，叉指换能器采用梳状结构，其中后指电极沿朝前指方向呈扇形散开，前指电极沿朝后指方向逐渐靠拢；或所述叉指换能器形成后指窄前指宽的扇形。
7.如权利要求6所述的一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，通过极性加权设计，叉指换能器的叉指电极周期及宽度在横向上渐变。
8.如权利要求1或2或4或5或7所述一种能应用于L波段的射频声表面波延迟线，其特征在于，所述叉指换能器后指的一条电极和其邻近的前指的两条电极组合成三电极的叉指电极周期。
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