CN1068472C - 声表面波谐振器滤波器 - Google Patents

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Abstract

声表面波谐振器滤波器具有改善的群时延特性。该滤波器包括三个形成在压电基片上的能量限制声表面波谐振器滤波节。第二谐振器滤波节被设置在第一和第三谐振器滤波节之间。第二滤波节的高阶垂直模中的一个频率被设定在第一和第三滤波节的高阶垂直模中一个频率的较低频率端。

Description

声表面波谐振器滤波器
本发明关系到包含多个在压电基片上级连的能量限制的声表面波(SAW)谐振器滤波节的声表面波谐振器滤波器，每个谐振器滤波节包括形成在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极。
JP平4-113712公开了一种垂直双模弹性表面波滤波器，它由至少两个滤波节串联而成，每个滤波节的通带都由两种波模之间的差决定，可在两个谐振器之间的连接处并联一个梳形电极，形成耦合电容。可通过改变电极针的对数、梳形电极的膜厚以及外部阻抗而得到特性平坦的通带。
先有技术的级连的声表面波谐振器滤波器包括在压电基底上级连的至少两个能量限制的声表面波谐振器滤波节以获得高选择特性。例如，如图12所示，在每个谐振器滤波节中反射电极11c和11d被形成在压电基片20上的至少两组交指形电极11a和11b的相反两侧。通带由较高频率振荡模中的频率(例如，零阶垂直模中的振荡频率)和较低频率振荡模中的频率(例如，较高阶垂直模中的振荡频率)之间的差值确定。
在使三个这样的谐振器滤波节级连起来以获得高选择特性的情况下，第一和第三谐振器滤波节被设计成具有宽的通频带。第二谐振器滤波节被设计成具有窄通频带。该窄通带被包含于宽通带内。这样，级连的声表面波谐振器滤波器就可被制成。
先有技术的级连声表面波谐振器滤波器提供了低损耗、高选择性和小尺寸。然而在3dB通带范围内的群时延特性的平坦度却很差。
因此，本发明的一个目的是提供具有改善的群时延特性的声表面波谐振滤波器。
以上目的可由在压电基片上的级连的至少一个第一能量限制声表面波谐振器滤波节和一个第二能量限制声表面波谐振器滤波节所组成的声表面波谐振器滤波器来完成，每个所述的谐振器滤波节包含设置在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极，每个所述的谐振器滤波节具有由较高频振荡模中的一个频率和较低频振荡模中的一个频率之间的差值所确定的通带。该谐振器滤波器的特征在于，第二谐振器滤波节的较低频振荡模中的频率被设定在第一谐振器滤波节的较低频振荡模中的频率的较低频率端。
以上目的也可由在压电基片上的级连的至少一个第一能量限制声表面波谐振器滤波节和一个第二能量限制的声表面波谐振器滤波节所组成的声表面波谐振器滤波器来完成，每个所述的谐波器滤波节包含设置在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极，每个所述的谐振器滤波节具有由较高频振荡模中的一个频率和较低频振荡模中的一个频率之间的差值所确定的通带。该谐振器滤波器的特征在于，第二谐振器滤波节的较高频振荡模中的频率被设定在第一谐振器滤波节的较高频振荡模中的频率的较高频率端。
以上目的还可由在压电基片上的级连的至少一个第一能量限制声表面波谐振器滤波节和一个第二能量限制声表面波谐振器滤波节所组成的声表面波谐振器滤波器来完成，每个所述的谐振器滤波节具有设置在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极，每个所述的谐振器滤波节具有由较高频振荡模中的一个频率和较低频振荡模中的一个频率之间的差值所确定的通带，所述第二谐振器滤波节的所述较低频振荡模中的所述频率被设定在所述第一谐振器滤波节的所述较低频振荡模中的所述频率的较低频率端，所述第二谐振器滤波节的所述较高频振荡模中的所述频率被设定在所述第一谐振器滤波节的所述较高频振荡模中的所述频率的较高频率端。
在本发明的一个特征中，每节这样的相级连的谐振器滤波节是垂直耦合型或横向耦合型。
在本发明的另一个特征中，将电容或电感插入在所述第一和第二谐振器滤波节之间，且与这些滤波节在电气上并联。
在本发明中，至少两个谐振器滤波节被级连以构成声表面波谐振器滤波器。第二谐振器滤波节的较低频振荡模中的一个振荡频率被设置在第一谐振器滤波节的较低频振荡模中的一个振荡频率的较低频率端。或者，第二谐振器滤波节的较高频率振荡模中的一个振荡频率被设置在第一谐振器滤波节的较高频振荡模中的一个振荡频率的较高频率端。因此，在通带内的较高或较低频率处的群时延特性得到改善。
本发明的各实施例将参照附图以举例的形式进行描述，附图包括：
图1是按照本发明的三节级连的谐振器滤波器电极的平面示意图；
图2显示了图1的声表面波谐振器滤波器的零阶垂直模中的一个频率和一阶垂直模中的一个频率的排列情形；
图3显示了图1的声表面波谐振器滤波器通带内的特性；
图4显示了图1的谐振器滤波器通带外的特性；
图5显示了图1的声表面波谐振器滤波器的可替换的通带内特性；
图6显示了先有技术的声表面波谐振器滤波器的特性；
图7显示了先有技术的声表面波谐振器滤波器的通带外特性；
图8显示了先有技术的声表面波谐振器滤波器的通带内特性；
图9是根据本发明并包含了电感的谐振器滤波器的平面视图；
图10是根据本发明并包含了电容的谐振器滤波器的平面视图；
图11是根据本发明的另一种多节级连的谐振器滤波器的平面视图；
图12是先有技术的声表面声波谐振器滤波器的多个谐振器滤波节之一的电极的平面示图。
本发明的优选实施例将参考附图在下面予以描述。
图1是体现本发明概念的声表面波谐振器(SAW)滤波器的平面示意图。该谐振器滤波器由三节级连的谐振器滤波节组成。该声表面波谐振器滤波器包含压电基片10，它例如是由X向切割的LiTaO3(钽酸锂)制成。三节谐振器滤波节(分别用数字1,2,3表示)形成在该基片10上。在该谐振器滤波节1中，两组交指形电极1a和1b互相紧靠地排在一起。反射电极1c和1d设在交指形电极1a和1b的外侧。在电极的配置上，谐振器滤波节2和3类似于谐振器滤波节1。这也就是说，谐振器滤波节2有交指形电极2a,2b及反射电极2c,2d。谐振器滤波节3有交指形电极3a,3b及反射电极3c,3d。
具有两组交指形电极1a,1b和反射电极1c,1d的谐振器滤波节1在交指形电极数、反射电极数及它们的形状等方面做得和具有两组交指形电极3a,3b与反射电极3c,3d的谐振器滤波节3相一致，这样，这两个谐振器滤波节在输入/输出阻抗上完全相同。在声表面波谐振器滤波器与外电路(图上未示出)相连接时，输入和输出可互相对调。设置在中心处的谐振器滤波节2有两组交指形电极2a和2b，其交指形电极的电极对数比谐振器滤波节1和3的交指形电极的电极对数多，从而获得高选择特性。互相紧靠的谐振器滤波节1和2的交指形电极1a和2a经过它们各自的交指形电极末端1aa和2aa级连在一起。同样，互相紧靠的谐振器滤波节2和3的交指形电极2b和3b经过它们各自的交指形电极末端2bb和3bb级连在一起。位于相反两侧的谐振器滤波节1和3的交指形电极1b和3a分别具有交指形电极末端1bb和3aa，它们分别与输入/输出端口4a和4b相连接。
这些交指形电极、反射电极和交指形电极末端通过用铝(Al)材料来将压电基片金属化和光刻此金属化表面层的方法而制成。
在本例中，电极被排列成如上所述的情形。本例可应用在用于数字蜂窝系统(GSM)的71MHz频段的中频滤波器。有关本申请的数据列于以下的表1，同时，列出了先有技术结构的数据，以供比较。在先有技术的结构中，谐振器滤波节的级连节数(或者，3)等于本例的谐振器滤波节的级连节数。
为了使图1所示的三节声表面波谐振器滤波器具有所希望的频率特性，除了表1所列的材料和参数外，还必须确定不同的尺寸和参数(诸如，交指形电极与反射器的波长比，相邻的交指形电极间的间距，交指形电极与相邻反射电极间的间距等)。
在本例中，这些尺寸和参数被设置成这样的所要求的值以便把一个振荡频率S。安排在谐振器滤波节1和3的零阶垂直模中，及把一个振荡频率A1安排在谐振器滤波节1和3的一阶垂直模中；以及把一个振荡频率So安排在谐振器滤波节2的零阶垂直模中，及把一个振荡频率A1安排在谐振器滤波节2的一阶垂直模中，如图2所示。具体地，谐振器滤波节2的一阶垂直模中的振荡频率A1被设定在谐振器滤波节1和3的一阶垂直模中振荡频率A1的较低频率端。这样，通带中较低频率处的群时延特性得以改善。
图5所示的另一个实例是图2的频率布置的相反情形。这也就是说，谐振器滤波节2的零阶垂直模中的一个振荡频率So被设定在谐振器滤波节1和3的零阶垂直模中的一个振荡频率So的较高频率端。这样，通带中较高频率处的群时延特性得以改善。
图2所示实例可以和图5所示的第二个实例结合在一起。这也就是说，第二谐振器滤波节2的一阶垂直模中的一个振荡频率A1被设定在谐振器滤波节1的一阶垂直模中的一个振荡频率A1的较低频率端。谐振器滤波节2的零阶垂直模中的一个振荡频率So被设定在谐振器滤波节3的零阶垂直模中的一个振荡频率So的较高频率端。这样，通带中较低频率处和较高频率处的群时延特性得以改善。
在先有技术的结构中，这些频率的排列如图6所示，这也就是说，谐振器滤波节2的一阶垂直模中的一个振荡频率A1被设定在谐振器滤波节1和3的一阶垂直模中的一个振荡频率A1的较高频率端。谐振器滤波节2的零阶垂直模中的一个频率So被设定在谐振器滤波节1和3的零阶垂直模中的一个振荡频率So的较低频率端。
图3显示本例的通带内的特性。图4显示本例的通带外的特性。图7显示先有技术结构的通带内的特性。图8显示先有技术结构的通带外的特性。
在图3所示的本例中，3dB通带内的群时延是1.2微秒(μsec)，它比起图7所示先有技术结构的群时延2.3μsec是大大改进了。本例中3dB通带宽度是350千赫(KHz)，在先有技术结构中也是同样。在71MHz±400KHz处(它是相邻信道的频率)，衰减量超过35dB，即在本例(图4)和先有技术结构(图6)中都得到了高选择性特性。
在以上实例中，每个谐振器滤波节由两组交指形电极组成。每个滤波节可具有两组以上的交指形电极。如果交指形电极的组数增加，那么更高阶垂直模就可被利用。因此就可做成宽带的声表面波谐振器滤波器。
在制作宽带声表面波谐振器滤波器时，如图9所示，电感L1和L2被插入在相邻的谐振器滤波节之间，并与相邻的滤波节进行并联的电连接。相反，在制作窄带声表面波谐振器滤波器时，如图10所示，电容C1和C2被插入在相邻的谐振器滤波节之间，并与这些相邻的滤波节进行并联的电连接。
在声表面波谐振器滤波器的本实例中，三个谐振器滤波节是级连的，本发明也可被应用到2节，4节或其它节数的谐振器滤波节相级连的声表面波谐振器滤波器。藉使用在相互交叉的横向上的振荡模之间的频率差的方法，对于图11所示的声表面波谐振器滤波器来说本发明也是可应用的，其中横向耦合的谐振器滤波节4,5和6被级连起来以获得所要的通带。
在本例中，至少两个谐振器滤波节被级连起来以构成声表面波谐振器滤波器。第二谐振器滤波节的较低频率振荡模中的一个频率被设定在第一谐振器滤波节的较低频率振荡模中的一个频率的较低频率端。或者，第二谐振器滤波节的较高频率振荡模中的一个频率被设定在第一谐振器滤波节的较高频率振荡模中的一个频率的较高频率端。因此，通带内的较低频率处或较高频率处的群时延特性得以改善。这就改善了生产的产品。同样地，也可以获得小尺寸、低损耗、高选择性的声表面波谐振器滤波器。
           表1
    本例     先有技术
   基片材料   X-向切割LiT2O3(钽酸锂) X-向切割LiT2O3(钽酸锂)
  滤波节1的交指形电极 2组，每组包括37对交指形电极对   2组，每组包括37对交指形电极对
  滤波节2的交指形电极 2组，每组包括41对交指形电极对   2组，每组包括42对交指形电极对
  滤波节3的交指形电极 2组，每组包括37对交指形电极对   2组，每组包括37对交指形电极对
  反射电极数 90 90

Claims (4)

1．一种声表面波谐振器滤波器，至少包括在压电基片上的级连的第一能量限制声表面波谐振器滤波节和第二能量限制声表面波谐振器滤波节，每个所述的谐振器滤波节具有设置在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极，每个所述的谐振器滤波节具有由较高频振荡模中的一个频率和较低频振荡模中的一个频率之间的差值所确定的通带，其特征在于，所述第二谐振器滤波节的所述较低频振荡模中的所述频率被设定在所述第一谐振器滤波节的所述较低频振荡模中的所述频率的较低频率端，而所述第一谐振器滤波节的所述较高频振荡模中的所述频率被设定在所述第二谐振器滤波节的所述较高频振荡膜中的所述频率的较高频率端。
2．一种声表面波谐振器滤波器，至少包括在压电基片上的级连的第一能量限制表面波谐振器滤波节、第二能量限制声表面波谐振器滤波节和第三能量限制声表面波谐振器滤波节，每个所述的谐振器滤波节具有设置在至少两组交指形电极的相反两侧的反射电极，每个所述的谐振器滤波节具有由较高频振荡模中的一个频率和较低频振荡模中的一个频率之间的差值所确定的通带，其特征在于，所述第二谐振器滤波节的所述较低频振荡模中的所述频率被设定在所述第一谐振器滤波节的所述较低频率振荡模中的所述频率的较低频率端，而所述第二谐振器滤波节的所述较高频振荡模中的所述频率被设定在所述第三谐振器滤波节的所述较高频振荡模中的所述频率的较高频率端。
3．如权利要求1或2所述的声表面波谐振器滤波器，其特征在于，其中级连的所述能量限制声表面波谐振器滤波节是垂直耦合型或横向耦合型。
4．如权利要求1或2所述的声表面波谐振器滤波器，其特征在于，其中包括电容或电感，被插在所述第一谐振器滤波节和所述第二谐振器滤波节之间，并与这些滤波节呈并联的电连接。
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