CN104009732B - 人工可调表面声波滤波结构 - Google Patents
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Abstract
人工可调表面声波滤波结构，包括基板，基板上表面制有与表面声波传递方向垂直且深度为0.1‑0.3mm宽度为0.1‑0.2mm的2个高频抑制槽，基板下表面制有与表面声波传递方向垂直且宽度为0.1‑0.2mm的2个低频抑制槽，低频抑制槽的槽底至基板上表面的距离为0.4‑0.8mm，高频抑制槽与低频抑制槽呈交错分布。本发明利用表面声波在基板上表面传播、遇槽衍射的特性，在上下表面分别刻有横向槽，并且对槽之间的距离进行了限定，实现较高精度的初级滤波，经实验表明，滤波效果良好，能够满足实际生产需要。本人工可调表面声波滤波结构设计巧妙，易于工业制造，且成本低廉，由其适合于前置初级滤波用。
Description
技术领域
本发明涉及表面声波滤波结构，其可以择性地提取期望频带的表面声波。
背景技术
表面声波（SAW）滤波器可以在高频电路中使用，例如在带通滤波器中使用。传统SAW 滤波器包括压电材料和电极结构。这些电极可以将高频信号变换成沿压电材料的表面传播的声波。此外，第二电极结构设置成将声波转变回高频信号，由此选择性地提取期望的频带。
如中国发明专利CN 101534106 B，公开了一种声波滤波器，其主要包括压电基板、叉指换能器、以及反射器，反射器的电极指包括位于声波的传播路径上的间隙。利用叉指换能器激励产生声波，通过具有电极间隙的反射器进行滤波后可获得期望频带的声波。
该声波滤波器通过特殊结构的反射器实现对声波的滤波作用，并且设计不同结构的反射器能够得到不同频带的声波。该种声波滤波器虽然能够实现频选滤波的功能，但结构复杂，制造成本较高昂。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种人工可调表面声波滤波结构，容易制造且成本低廉，尤其适合作为初级滤波器使用。
为了达到上述目的，本发明提出的人工可调表面声波滤波结构，包括厚度不低于4.5mm的块状实心基板，所述基板上表面的一端为表面声波激发端，上表面的另一端为表面声波输出端，表面声波从激发端向输出端传递，所述基板上表面制有与表面声波传递方向垂直且深度为0.1-0.3mm宽度为0.1-0.2mm的2个高频抑制槽，所述基板下表面制有与表面声波传递方向垂直且宽度为0.1-0.2mm的2个低频抑制槽，所述低频抑制槽的槽底至基板上表面的距离为0.4-0.8mm，所述高频抑制槽与低频抑制槽呈交错分布。
进一步的，本发明还具有如下改进：
1、相邻的高频抑制槽与低频抑制槽的间距为0.03mm。
2、若需获得频率从f1至f2的表面声波，则高频抑制槽的深度为V/(f2*4)，低频抑制槽至的深度为0.77V/f1-0.2mm，V为表面波在基板上表面的传播速度。
3、所述基板上表面制有2个深度相同的高频抑制槽，所述2个高频抑制槽的宽度之和不大于0.3 mm。。
4、所述基板的激发端通过脉冲激光器、超声波发生器、叉指换能器中的任意一种激发产生表面声波。
5、所述基板的输出端安装有声学换能器、光学差分检测系统、光波衍射检测系统中的任意一种，以接收表面声波。
6、所述基板为铝板。
此外，本发明人工可调表面声波滤波结构，可用于制作初级滤波器。
本发明提供的一种声学装置，包括前述的人工可调表面声波滤波结构、与该人工可调表面声波滤波结构的基板输出端连接的声学处理装置，所述声学处理装置为传感器、滤波器、雷达、声纳中的一种。
本发明利用表面声波在基板上表面传播、遇槽衍射的特性，在上下表面分别刻有横向槽，并且对槽之间的距离进行了限定，实现较高精度的初级滤波，经实验表明，滤波效果良好，能够满足实际生产需要。本人工可调表面声波滤波结构设计巧妙，易于工业制造，且成本低廉，由其适合于前置初级滤波用。传统对声波进行初级滤波时，需要先将系统内的声波引入滤波器，输出后再反馈给原系统，成本高昂，增加了设备的复杂性，不利于维护。而本发明则只需要在声波传输路径上设置一块刻槽的基板，在进行声波（激发与）传输的过程中完成选频滤波，并且选择的频率可以根据高频抑制槽和低频抑制槽的参数进行调整，从而实现可控，但需要切换频率时，只需要调换基板，即可，十分便于维护和改造。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明人工可调表面声波滤波结构的剖视示意图。
图2是使用脉冲激光器在基板上激发的表面声波归一化频响曲线图。
图3是经本滤波结构滤波后获得的表面声波归一化频响曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，为人工可调表面声波滤波结构的剖视示意图。其包括长12mm宽5mm厚5mm的块状实心铝材质的基板1，基板1上表面的一端为表面声波激发端A，上表面的另一端为表面声波输出端B，表面声波从激发端向输出端传递（图中C方向示意为表面声波传递方向）。基板1上表面制有与表面声波传递方向垂直且深度为0.15 mm宽度为0.1 mm的2个高频抑制槽2，2＇，基板1下表面制有与表面声波传递方向垂直且宽度为0.1 mm的2个低频抑制槽3，3＇，低频抑制槽3，3＇的槽底至基板上表面的距离为0.6 mm，高频抑制槽与低频抑制槽呈交错分布，相邻的高频抑制槽与低频抑制槽的间距为0.03mm。发明人经反复实验证实，上表面开设的高频抑制槽能够抑制波长小于4倍槽深的声波，而下表面开设的低频抑制槽，则能够抑制波长大于0.77V/f1-0.2mm的表面声波。由于超声波在铝材上表面的传递速度约为2880 m/s，因此高频抑制槽能够抑制波长小于0.58mm，也就是频率高于4.94 M Hz的声波；低频抑制槽能够抑制波长大于1.08 mm，也就是频率低于2.67 M Hz的声波。而频率介于2.67MHz与4.94MHz之间的表面波则可以顺利通过。
为了验证上述结论，本发明在使用脉冲激光器在基板的激发端进行声波激发，在输出端使用光学差分检测系统进行声波采集。如图2所示为使用脉冲激光器在基板上激发的表面声波归一化频响曲线图。经过本实施例表面声波滤波结构的滤波后，采集获得表面声波频响归一化曲线图见图3中实线。对比图2和图3，可见高频和低频抑制槽有明显低通和高通滤波效应，本发明中的滤波结构具有明显的带通滤波效应，图中dB是低频抑制槽的槽底至基板上表面的距离，dT是高频抑制槽的深度，图中分别画有不开槽、只开高频抑制槽、只开低频抑制槽，高频低频抑制槽都开设的四种结构的表面声波归一化频响曲线图。图3显示，经过本实施例的透射声波其能量低于只经过相应的低频或高频抑制槽，声脉冲通过与之相应的高频抑制槽后的传输谱通带为1.3 MHz至4.33 MHz（图3中虚线所示），相应的低频抑制槽的通带范围为2.92 MHz至7.67 MHz（图3中点线所示），可见本实施例表面声波滤波结构的低频截止频率大致就是相应的高通滤波结构通带的下边频；而高频截止频率受制于相应低通滤波结构通带的上边频。表面声波通过本实施例表面声波滤波结构后的传输谱是上、下表面抑制槽两部分共同作用的结果。通过调整低频或高频抑制槽的深度，调节本发明滤波结构的通带位置，实现人工可调表面声波滤波结构。
本实施例还分别使用超声波发生器、叉指换能器进行表面声波的激发，经检测获得结果基本一致。可见，本发明滤波结构适合各种声波激发装置，具有较好的稳定性。本发明滤波器可以基本滤掉无用频段，但仍有少量干扰信号得以通过，这是因为材料的差异性和加工精度的影响。由于本发明结构简单，成本低廉，因此特别适合作为前置初级滤波用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种人工可调表面声波滤波结构，包括厚度不低于4.5mm的块状实心基板，所述基板上表面的一端为表面声波激发端，上表面的另一端为表面声波输出端，表面声波从激发端向输出端传递，所述基板上表面制有与表面声波传递方向垂直且深度为0.1-0.3mm宽度为0.1-0.2mm的2个高频抑制槽，所述基板下表面制有与表面声波传递方向垂直且宽度为0.1-0.2mm的2个低频抑制槽，所述低频抑制槽的槽底至基板上表面的距离为0.4-0.8mm，所述高频抑制槽与低频抑制槽呈交错分布。
2.根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：相邻的高频抑制槽与低频抑制槽的间距为0.03mm。
3.根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：若需获得频率从f1至f2的表面声波，则高频抑制槽的深度为V/(f2*4)，低频抑制槽至的深度为0.77V/f1-0.2mm，V为表面波在基板上表面的传播速度。
4. 根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：所述2个高频抑制槽的宽度之和不大于0.3 mm，2个低频抑制槽的宽度之和不大于0.3mm。
5.根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：所述基板的激发端通过脉冲激光器、超声波发生器、叉指换能器中的任意一种激发产生表面声波。
6.根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：所述基板的输出端安装有声学换能器、光学差分检测系统、光波衍射检测系统中的任意一种，以接收表面声波。
7.根据权利要求1所述的人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：所述基板为铝板。
8.权利要求1-6任一项所述人工可调表面声波滤波结构，其特征在于：用于制作初级滤波器。
9.一种声学装置，包括权利要求1-6任一项所述的人工可调表面声波滤波结构、与该人工可调表面声波滤波结构的基板输出端连接的声学处理装置，所述声学处理装置为传感器、滤波器、雷达、声纳中的一种。
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