CN104734665A - 声表面波换能器及含该声表面波换能器的滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的声表面波换能器，该声表面波换能器包括位于中部的色散区域，分别位于两端的高频均匀区域和低频均匀区域；高频均匀区域和低频均匀区域均为非色散区域。该声表面波换能器由于采用了末端非色散化的结构，末端非色散化使过渡带变得更加陡峭，即频响矩形度得到明显提高，群延时波动小。本发明还提供由该声表面波换能器构成的滤波器，具有较小的群延时波动。
Description
技术领域
本发明涉及声表面波器件领域，尤其涉及声表面波换能器及含该声表面波换能器的滤波器。
背景技术
换能器是指实现电能、机械能或声能从一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。声表面波色散换能器可以组合成多种声表面波器件，如脉冲展宽线及压缩线，宽带滤波器和宽带延迟线等。
声表面波脉冲展宽线及压缩线可应用于现代雷达中的核心技术——脉冲压缩。这种脉冲压缩系统产生一个按某种方式编码的长脉冲，在接收系统中利用色散换能器构成匹配滤波器，经过相关处理后，变为短脉冲信号，这样就保持了雷达的分辨率。一般对接收滤波器幅度进行加权，以获得低的压缩时间旁瓣，即可以在不增加峰值发射功率的条件下，直接提高雷达系统的测距能力。
对于大带宽滤波器或者延迟线，相对带宽（40%以上）时，用传统的均匀换能器来实现，该滤波器幅频特性较差，存在固有的高损耗，若对器件进行匹配，则匹配电路复杂而困难。而滤波器优异的幅频特性（如幅频特性通带更加平坦，群延时波动更小，滤波器矩形度更好）和换能器的性能（如矩形度，群延时波动）密切相关，因此，开发出性能优异（矩形度高，群延时波动小）的声表面波换能器已成为声表面波器件领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明专利提供矩形度高，群延时波动小，结构简单易实现的声表面波换能器，用于解决现有技术存在的缺乏矩形度高，群延时波动小的声表面波换能器的缺陷。
本发明专利的另一个目的还在于提供一种含该声表面波换能器的滤波器。
为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：
声表面波换能器，该声表面波换能器包括位于中部的色散区域，分别位于两端的高频均匀区域和低频均匀区域；高频均匀区域和低频均匀区域均为非色散区域。
进一步，所述色散区域为共线色散区域或倾斜色散区域，周期结构为单指或多指结构单元，调频方式为线性调频或非线性调频。
进一步，所述声表面波换能器的基片材料为压电材料，该压电材料为由铌酸锂，钽酸锂或者石英构成的压电材料，或者由铌酸锂，钽酸锂和石英制成的去热释电压电材料。
进一步，所述声表面波换能器的电极薄膜材料为铝，铝铜合金，铜，掺杂一种或多种合金构成的单层结构的合金，或者是由铝、铝铜合金、铜中至少两种材料组合构成上下叠加的多层结构的合金。
进一步，所述色散区域的指条间距从邻近低频均匀区域的位置到邻近高频均匀区域的指条间距逐渐减小；低频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最大的指条间距；高频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最小的指条间距。
含该声表面波换能器的滤波器，所述滤波器由上述的声表面波换能器构成。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明的声表面波换能器由于采用了末端非色散化的结构，相对应的频率正好在换能器频响过渡带附近。末端非色散化去除了过渡带高频和低频末端的一部分频响，或者使这部分频率的响应变得更弱，因而使过渡带变得更加陡峭，即频响矩形度得到明显提高，群延时波动小。另外，该声表面波换能器不需要器件进行匹配，结构简单易实现。
本发明的滤波器与传统滤波器相比，具有较小的群延时波动。
附图说明
图1为本实施例声表面波换能器末端非色散化示意图。
图2为本实施例声表面波换能器的频率响应曲线图。
图3为本实施例声表面波换能器的群延时曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
现有技术可以通过磁控溅射或者电子束蒸发等方式将铝铜等合金材料在压电基底上形成声表面波色散换能器，其指条宽度与间隔宽度之和P随其位置变化。对于单指换能器，2P等于瞬时频率的波长，若时间带宽积足够大，则调频规律由换能器指条的位置决定。本实施例的声表面波换能器将色散换能器通过对指条位置简单修改，从而改善色散换能器性能。
声表面波换能器，如图1~3所示，该声表面波换能器包括位于中部的色散区域2，分别位于两端的高频均匀区域1和低频均匀区域3；高频均匀区域1和低频均匀区域3均为非色散区域。
由于采用了末端非色散化的结构，相对应的频率正好在换能器频响过渡带附近。末端非色散化去除了过渡带高频和低频末端的一部分频响，或者使这部分频率的响应变得更弱，因而使过渡带变得更加陡峭，即频响矩形度得到明显提高，群延时波动小。另外，该声表面波换能器不需要器件进行匹配，结构简单易实现。
声表面波换能器的指条宽度与间隔宽度之和随其位置变化，即每个周期对应的频率不同。如调频色散换能器，若时间带宽积足够大，则调频规律由换能器指条的位置决定，而幅频特性由指条间的重叠长度(加权)决定，根据此规律可以设计新型的色散换能器。
换能器指条位置修改为所述色散区域的指条间距从邻近低频均匀区域的位置到邻近高频均匀区域的指条间距逐渐减小；低频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最大的指条间距；高频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最小的指条间距。
本实施例涉及的声表面波换能器将换能器分为三个区域：高频均匀区域，色散区域，低频均匀区域。色散区域周期P2随位置变化而变化，高频均匀区域和低频均匀区域分别以色散区域最领近末端一个周期宽度P1（色散区域临近边缘的最小的周期宽度），P3（色散区域临近边缘的最大的周期宽度）为基准，所有低频均匀区域和高频均匀区域的其他周期分别与该周期保持一致，即低频均匀区域和高频均匀区域为均匀周期区域。通过这种调频规律的改变，图2、3即为本实施例涉及结构的频响图和群延时，从图2、3中可知，其频响矩形系数，带外抑制（图2）及群延时波动（图3）可以得到明显改善，其中图2中，横坐标表示频率，纵坐标表示幅值。曲线3a为普通色散换能器的频率响应，曲线3b为本实施例的换能器的频率响应。图3中曲线4a为普通色散换能器的群延时响应，曲线4b为本实施例的换能器的群延时响应图，横坐标表示频率（MHz），纵坐标表示时间（ns）。
根据指标要求及具体应用情况，所述色散区域可以为共线色散区域或倾斜色散区域，周期结构可以是单指或多指结构单元，调频方式可以为线性调频或非线性调频。
所述声表面波换能器的基片材料为压电材料，该压电材料可以为由铌酸锂，钽酸锂或石英构成的压电材料，高耦合材料铌酸锂实用于损耗要求低或者带宽较宽的情况。低耦合材料石英适用于频率稳定度较好。窄带的情况，钽酸锂则适中。该压电材料还可以为由铌酸锂，钽酸锂和石英制成的去热释电压电材料，这样避免加工过程中静电对指条的烧伤。
根据用户指标对损耗及功率的要求，所述声表面波换能器的电极薄膜材料可以为铝，铝铜合金，铜或者金，金属不同的导电率将会影响最终产品的损耗。电极薄膜材料还可以是掺杂一种或多种合金构成的单层结构的合金，或者是由铝、铝铜合金、铜中至少两种材料组合构成上下叠加的多层结构的合金，不同的合金结构将会对产品功率耐受能力造成影响。
本实施例还提供一种优异的幅频特性的滤波器，由上述的声表面波换能器构成。另外由该声表面波换能器与其他均匀换能器或两个该声表面波换能器还可以构成色散延迟线，展宽线或者压缩线。如果输出换能器的色散关系是输入换能器的简单平移，则构成线性相位滤波器，可以应用于高矩形度的宽带滤波器；如果输出换能器的色散关系是输入换能器的镜像结构，则可构成色散延迟线。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.声表面波换能器，其特征在于，该声表面波换能器包括位于中部的色散区域，分别位于两端的高频均匀区域和低频均匀区域；高频均匀区域和低频均匀区域均为非色散区域。
2.如权利要求1所述的声表面波换能器，其特征在于，所述色散区域为共线色散区域或倾斜色散区域，周期结构为单指或多指结构单元，调频方式为线性调频或非线性调频。
3.如权利要求1所述的声表面波换能器，其特征在于，所述声表面波换能器的基片材料为压电材料，该压电材料为由铌酸锂，钽酸锂或者石英构成的压电材料，或者由铌酸锂，钽酸锂和石英制成的去热释电压电材料。
4.如权利要求1所述的声表面波换能器，其特征在于，所述声表面波换能器的电极薄膜材料为铝，铝铜合金，铜，掺杂一种或多种合金构成的单层结构的合金，或者是由铝、铝铜合金、铜中至少两种材料组合构成上下叠加的多层结构的合金。
5.如权利要求1所述的声表面波换能器，其特征在于，所述色散区域的指条间距从邻近低频均匀区域的位置到邻近高频均匀区域的指条间距逐渐减小；低频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最大的指条间距；高频均匀区域的所有指条间距相等且等于色散区域临近边缘的最小的指条间距。
6.含该声表面波换能器的滤波器，其特征在于，所述滤波器由权利要求1~5中任一权利要求所述的声表面波换能器构成。
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