CN105406834B - 一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器，声表滤波器由输入换能器和输出换能器组成，输入换能器和输出换能器制作在压电材料上，声表滤波器的两个端面涂有用于减小多余的声波反射信号的吸声胶；输入换能器和输出换能器均采用“3‑3”结构；“3‑3”结构即输入换能器和输出换能器分别有六个子换能器；输入换能器和输出换能器均由两个相同的子结构构成，每个子结构由三个子换能器串联，再与对称的三个子换能器并联构成。本发明采用“3‑3”结构，实现换能器的加权，提高了换能器的阻抗，减小了滤波器的体积；采用扇形结构，实现的滤波器具有较大相对带宽，采用单相单向换能器换能器结构，实现的滤波器具有较低损耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种声表滤波器，尤其涉及一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器。
背景技术
声表面波滤波器(声表滤波器)是利用半导体平面工艺制作在压电晶片材料上的叉指换能器，实现电信号与声信号间的相互转换，达到对信号进行滤波处理的器件。压电材料是化学特性非常稳定的单晶材料，常用的有铌酸锂、钽酸锂和石英等材料。叉指换能器材料一般采用金属铝，或铝铜合金。由于声表面波的速度比电磁波的低五个数量级，因而声表面波滤波器具有体积小、重量轻、牢固可靠等特点，此外，还具有设计灵活、无需调整、便于批量生产等特点。
声表面波滤波器广泛用于民用移动通讯基站、终端、汽车电子和无线抄表等产品中。随着电子技术的发展，对声表面波滤波器性能要求越来越高，要求滤波器具有更大的相对带宽、更低的损耗和更小的体积。现有的声表面波滤波器中间一个子换能器，左右两边由三个子换能器串联结构，简称“3-1-3”结构，尽管能实现宽带和低损耗滤波器，但由于中间有一子换能器，滤波器的体积较大，很难同时满足上述要求。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器，声表滤波器由输入换能器和输出换能器组成，输入换能器和输出换能器制作在压电材料上，声表滤波器的两个端面涂有用于减小多余的声波反射信号的吸声胶；
输入换能器和输出换能器均采用“3-3”结构；“3-3”结构即输入换能器和输出换能器分别有六个子换能器；输入换能器和输出换能器均由两个相同的子结构构成，每个子结构由三个子换能器串联，再与对称的三个子换能器并联构成。
三个子换能器的指对数分别为n2，n3和n4，三个子换能器的电容与其指对数成正比，加在三个子换能器上的总电压为v0，则三个子换能器上的电压表示为：
每个子换能器的电容与输入换能器或输出换能器的指对数成正比，加在子换能器上的电压差与子换能器的电容成反比，用于实现输入换能器或输出换能器的加权。
输入换能器和输出换能器均采用单相单向结构，使换能中心与反射中心有适当移位，使一个方向的发射声波与反射声波正向叠加，另一方向反相相消，实现声波的单相传播。
输入换能器和输出换能器采用扇形结构排列，声表滤波器在与传播方向垂直的方向孔径渐变，声表滤波器的频响由多个窄带滤波器频响叠加而成，用于实现相对带宽较大的声表滤波器；所述声表滤波器中心频率140MHz，1dB带宽8.2MHz，40dB带宽11.6MHz，损耗8.3dB，带外抑制大于40dB的基片材料采用YZ铌酸锂。
本发明采用“3-3”结构，实现换能器的加权，提高了换能器的阻抗，减小了滤波器的体积；采用扇形结构，实现的滤波器具有较大相对带宽，采用单相单向换能器换能器结构，实现的滤波器具有较低损耗。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器整体结构；
图2是本发明的“3-3”结构；
图3是传统的“3-1-3”结构；
图4是一个周期内有四根指条的单相单向换能器结构；
图5是扇形换能器结构；
图6是根据本发明开发的一款滤波器的实际测试的频率响应图。
具体实施方式
如图1所示，本发明通过半导体平面工艺将输入换能器2和输出换能器3制作(设置)在压电材料1上，声表滤波器的两个端面涂有吸声胶4，以减小多余的声波反射信号。
如图2所示，输入换能器2和输出换能器3均采用“3-3”结构，输入换能器2和输出换能器3分别有六个子换能器；即输入换能器2和输出换能器3均由两个相同的子结构构成，每个子结构由三个子换能器串联，再与对称的三个子换能器并联构成，设三个子换能器的指对数分别为n2，n3和n4，三个子换能器的电容与其指对数成正比，加在三个子换能器上的总电压为v0，则三个子换能器上的电压表示为：
每个子换能器的电容与输入换能器2或输出换能器3的指对数成正比，加在子换能器上的电压差与子换能器的电容成反比，以实现输入换能器2或输出换能器3的加权，与图3传统“3-1-3”结构相比，减少了中间子换能器，减小了滤波器的体积。
当电信号加到输入换能器，由于逆压电效应，输入换能器将电信号传换成声信号并在基片表面传播，当传播到输出换能器后，由于压电效应，输出换能器将声信号转换成电信号，从而实现滤波功能。
输入换能器和输出换能器均采用单相单向结构，使换能中心与反射中心有适当移位，使一个方向的发射声波与反射声波正向叠加，另一方向反相相消，以实现声波的单相传播，降低了滤波器的损耗。
输入换能器2和输出换能器3采用扇形结构排列，即声表滤波器在与传播方向垂直的方向孔径渐变，形如“扇子”，声表滤波器的频响可当成由多个窄带滤波器频响叠加而成，可实现相对带宽较大的声表滤波器。
声表滤波器中心频率140MHz，1dB带宽8.2MHz，40dB带宽11.6MHz，损耗8.3dB，带外抑制大于40dB的基片材料采用YZ铌酸锂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器，其特征在于：所述声表滤波器由输入换能器(2)和输出换能器(3)组成，输入换能器(2)和输出换能器(3)制作在压电材料(1)上，声表滤波器的两个端面涂有用于减小多余的声波反射信号的吸声胶(4)；
所述输入换能器(2)和输出换能器(3)均采用“3-3”结构；所述“3-3”结构即输入换能器(2)和输出换能器(3)分别有六个子换能器；输入换能器(2)和输出换能器(3)均由两个相同的子结构构成，每个子结构由三个子换能器串联，再与对称的三个子换能器并联构成；
所述三个子换能器的指对数分别为n2，n3和n4，三个子换能器的电容与其指对数成正比，加在三个子换能器上的总电压为v0，则三个子换能器上的电压表示为：
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每个子换能器的电容与输入换能器(2)或输出换能器(3)的指对数成正比，加在子换能器上的电压差与子换能器的电容成反比，用于实现输入换能器(2)或输出换能器(3)的加权；
所述输入换能器(2)和输出换能器(3)均采用单相单向结构，使换能中心与反射中心有适当移位，使一个方向的发射声波与反射声波正向叠加，另一方向反相相消，实现声波的单相传播。
2.根据权利要求1所述的基于电容加权的扇形单相单向换能器声表滤波器，其特征在于：所述输入换能器(2)和输出换能器(3)采用扇形结构排列，所述声表滤波器在与传播方向垂直的方向孔径渐变，声表滤波器的频响由多个窄带滤波器频响叠加而成，用于实现相对带宽较大的声表滤波器；所述声表滤波器中心频率140MHz，1dB带宽8.2MHz，40dB带宽11.6MHz，损耗8.3dB，带外抑制大于40dB的基片材料采用YZ铌酸锂。
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