CN107636960A - 借助声表面波工作的单门谐振器 - Google Patents

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CN107636960A
CN107636960A CN201580048768.9A CN201580048768A CN107636960A CN 107636960 A CN107636960 A CN 107636960A CN 201580048768 A CN201580048768 A CN 201580048768A CN 107636960 A CN107636960 A CN 107636960A
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乌尔丽克·勒斯勒尔
维尔纳·吕勒
安德烈亚斯·贝格曼
法伊特·迈斯特
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Abstract

本发明涉及一种借助声表面波工作的单门谐振器(1)，其具有带第一导电轨(6)、第二导电轨(7)和电极指(8)的叉指式转换器(2)，其中在所述叉指式转换器(2)的激励区域(10)中这些电极指(8)沿纵向方向(L)交替地与所述第一导电轨(6)和所述第二导电轨(7)相连，其中所述叉指式转换器(2)具有第一折叠区域(11)，所述电极指(8)沿纵向方向(L)在此第一折叠区域中交替地与第一导电轨(6)和第二导电轨(7)相连并且所述第一折叠区域直接连接到激励区域(10)上，并且其中第一折叠区域(11)的沿纵向方向(L)直接连接到所述激励区域(10)上的电极指(118)以及激励区域(10)的与之直接邻接的电极指(108)与相同的导电轨(6、7)相连。

Description

借助声表面波工作的单门谐振器
本发明涉及一种借助声表面波(SAW＝surface acoustic wave)工作的单门谐振器。
单门谐振器包括叉指式转换器，其具有两个设置在压电基底上的集流轨，该集流轨具有交错嵌接的、大多置于周边光栅上的电极指。如果信号频率相当于指结构的周期，则施加到叉指式转换器的电极上的电子信号激励声表面波。
该单门谐振器还包括两个反射器，其中叉指式转换器在两侧分别与反射器邻接。如果电子信号施加到叉指式转换器的电极上，则产生竖立的声表面波。
借助声表面波工作的单门谐振器尤其用来构建电抗滤波器。电抗滤波器的重要特征参数是插入衰减，其描述了穿透滤波器的信号的最大衰减。如果提高了该插入衰减，则滤波器的传递特性就会劣化。相应地，要努力实现尽可能小的插入衰减。
因此，单门谐振器应该在此谐振频率下具有导纳的尽可能呈δ-函数状的实数部分，以便适用于电抗滤波器中的应用。
因此本发明的目的是，说明一种经改善的借助声表面波工作的单门谐振器，其例如具有坡度大的导纳走向并且相应地尤其适用于电抗滤波器中的应用。
此目的通过根据此权利要求1所述的单门谐振器得以实现。
在此说明了一种借助声表面波工作的单门谐振器，其具有带第一导电轨、第二导电轨和电极指的叉指式转换器，其中在所述叉指式转换器的激励区域中这些电极指沿纵向方向交替地与所述第一导电轨和所述第二导电轨相连，并且其中所述叉指式转换器具有第一折叠区域，所述电极指沿纵向方向在此第一折叠区域中交替地与第一导电轨和第二导电轨相连并且所述第一折叠区域直接连接到激励区域上，并且第一折叠区域的沿纵向方向直接连接到所述激励区域上的电极指以及激励区域的与之直接邻接的电极指与相同的导电轨相连。
“直接邻接”这一概念在此这样理解，即在两个相互直接邻接的电极指之间没有设置其它电极指。此外“一个区域直接连接到另一区域”这一表达能够这样理解，即在这些区域之间没有设置其它区域。
所述纵向方向定义为在叉指式转换器中激励的声表面波的传播方向。所述横向方向垂直于所述纵向方向。这些电极指沿横向方向延伸。
如果在第一和第二导电轨上激励交流电压，则在激励区域中激励声表面波。由于在从激励区域至第一折叠区域过渡时两个电极指与相同的导电轨相连，所以这些电极指在第一折叠区域中激励声表面波，如果在第一和第二导电轨上激励了交流电压，则该声表面波相对于在激励区域中激励的波具有相移。第一折叠区域中的激励与激励区域中的激励起反作用。
理想的单门谐振器应该在频率范围中在导纳的实数部分中具有δ-函数，并且在虚数部分中具有相应的希尔伯特变换。
该理想特性的傅立叶变换在该时间范围内是常量。但在各个真实的单门谐振器中，该时间范围是无穷的。因此相应的未加权的无穷的变换器示出了在频率范围中的sin(x)/x-特性，来代替δ-函数。
通过内部反射，该sin(x)/x-特性还会有反射啦侧，但这一点不会通过本发明改变。
本发明如此修正频率范围中的sin(x)/x特性，即降低典型的次大值并因此更好地接近理想的特性(δ-函数)。
通过在时间范围内的尽可能呈sin(x)/x形的走向来实现所述修正，其傅立叶变换是矩形的并因此适合理想地降低次大值。
通过第一折叠区域，实现在此时间范围内的sin(x)/x形走向的首次接近，此折叠区域的激励相对于激励区域相位移动180°。
第一折叠区域也因此称为“折叠区域”，因为它能够如下配置：它首先以叉指式转换器为出发点，其中激励区域在叉指式转换器的整个长度上延伸。该激励区域的电极指现在在激励区域的一部分“折叠”，也就是说，它们与其它导电轨相连。因此第一折叠区域由此激励区域的此部分构成。
所述单门谐振器还具有第一发射器和第二发射器，其中所述叉指式转换器设置在所述第一和第二反射器之间。所述叉指式转换器的折叠区域能够直接地连接到所述第一反射器上或直接连接到所述第二反射器上。在此上下文中“直接连接”是指，在叉指式转换器的第一折叠区域和各反射器之间沿纵向方向没有设置叉指式转换器的其它区域。
相应地，叉指式转换器的第一折叠区域设置在叉指式转换器的边缘区域中。通过将第一折叠区域直接连接地设置在所述反射器之一上，能够得到具有sin(x)/x-走向的激励曲线，其中该走向在旁瓣之一后切断，例如在第二旁瓣之后切断。通过在第二旁瓣之后的切断，能够相当好地接近期望的sin(x)/x-走向，因此在频率范围内能够更好地接近理想的导纳函数(δ-函数)。
优选所述第一折叠区域具有至少两个电极指。尤其所述第一折叠区域能够具有至少三个电极指。所述第一折叠区域能够具有数量在3至40的范围内的电极指。第一折叠区域中的电极指的数量在此根据叉指式转换器的其它参数进行选择，例如电极指的总数、它的宽度、连接顺序、其纵向位置(即沿着声波的传播方向的位置)以及孔径(即不同电极的并排设置的电极指的主动重合区域的长度)。
所述单门谐振器还能够具有第二折叠区域，所述电极指沿纵向方向在此第二折叠区域中交替地与第一导电轨和第二导电轨相连并且所述第二折叠区域直接连接到激励区域上，其中第二折叠区域的沿纵向方向直接连接到所述激励区域上的电极指以及激励区域的与之直接邻接的电极指能够与相同的导电轨相连。相应地，第二折叠区域能够沿纵向方设置在激励区域的与第一折叠区域相对而置的侧面上。因此，在激励区域的两侧分别连接有折叠区域。
在施加交流电压时，第二折叠区域还能够激励声表面波，其相对于在激励区域中激励的声波表面是相移的。该第二折叠区域能够有助于沿纵向方向修正激励曲线，并因此最终在此谐振频率下提高单门谐振器的导纳。
第一折叠区域和第二折叠区域能够具有相同数量的电极指。备选地，第一折叠区域和第二折叠区域能够具有不同数量的电极指。在此对于这两个折叠区域来说，均根据确定单门谐振器的频率特定的大量参数，对电极指的数量做出最佳选择。
尤其所述第二折叠区域能够具有至少两个电极指。在一些实施例中，所述第二折叠区域还能够具有至少三个电极指。第二折叠区域优选具有2至50个电极指，优选具有3至40个电极指。
单门谐振器的传输功能也主要通以下方式影响，即叉指式转换器自身不是无反射的，而是也构成反射器。这些电极指中的每一个尤其都能够沿纵向方向以及沿与纵向方向相反的方向反射一部分经激励的声表面波。
所述单门谐振器还能够具有第三折叠区域，所述电极指沿纵向方向在此第三折叠区域中交替地与第一导电轨和第二导电轨相连并且所述第三折叠区域直接连接到第一折叠区域上，其中第三折叠区域的沿纵向方向直接连接到所述第一折叠区域上的电极指以及第一折叠区域的与之直接邻接的电极指与相同的导电轨相连。
相应地，沿纵向方向在激励区域上首先连接有第一折叠区域，然后连接有第三折叠区域，其中第三折叠区域相对于第一折叠区域具有折叠的电极指。第三折叠区域在此对由第一折叠区域激励的声表面波进行修正。第三折叠区域还能够具有至少两个电极指。此外，该单门谐振器能够具有任意多个其它折叠区域，它们能够相互连接。此外这些电极指能够在每个折叠区域中沿纵向方向交替地与第一和第二导电轨相连，此外两个直接相互连接的区域的直接邻接的电极指还能够与相同的导电轨相连。
如上所示，通过这些折叠区域有利地构造了单门谐振器的导纳。此外还可行的是，折叠区域的方法能够与用来形成导纳的其它方法结合起来。
所述单门谐振器具有至少一个电极指和第二电极指，其中第一电极指的宽度与第二电极指的宽度是不同的。已知的是，通过电极指的宽度的造型能够实现单门谐振器的有利的导纳。该措施能够与所述区域的折叠结合起来，以便更好地实现期望的导纳。
备选的或补充的是，所述单门谐振器具有至少一对第一对直接邻接的电极指和第二对直接邻接的电极指，其中第一对的两个电极指之间的间距与第二对的两个电极指之间的间距是不同的。相应，电极指沿纵向方向的定位对于单个电极指来说不同于周期性格栅。因此还能够以期望的方式影响该导纳。
这些电极指分别具有与导电轨相连的端部和自由端部，该自由端部与一缺口交界。沿横向方向在此缺口上连接有残指，其与相应另一导电轨相连并且不用来激励声表面波。对于与第一导电轨相连的电极指和/或与第二导电轨相连的电极指来说，能够相应地改变该空缺的横向位置。这会改变相邻电极指的重合长度，该重合长度也称为孔径。叉指式转换器的激励曲线能够如此受所谓的孔径加权的影响，即借助进一步改善的δ-函数的接近性来实现导纳。
此外还能够沿纵向方向改变所述叉指式转换器的金属化情况。所述金属化情况在此定义为叉指式电极结构的电极指的宽度以及该宽度和连续的电极指之间的间距之和之间的比例。
因为本发明并不涉及反射功能，所以这一点能够以任意的方式实现。因此，不是所有电极指都必须构成为所谓的标准电极指，它们相互间的间距相当于谐振频率的一半波长。这些电极指中的一些也能够以其它方式设计。该谐振器例如能够具有所谓的分裂电极指，其中相互间的间距相当于波长的四分之一并且每两个标准电极指由该分裂电极指替找。这两个电极指在此分别与相同的导电轨相连。
根据本发明的另一角度，本发明涉及一种滤波器结构，其中谐振器以梯形结构相互联接，其中这些谐振器中的至少一个是指上述具有至少一个折叠区域的单门谐振器。所述滤波器结构能够指电抗滤波器。
所述滤波器结构在此能够包括具有信号路径输入端及信号路径输出端的信号路径和两个基本电路元件，它们串联在信号路径中。这两个基本电路元件均能够具有三个谐振器和电抗元件。
这些谐振器之一(即所谓的串联谐振器)在此能够在信号路径中联接。第二谐振器(第一并联谐振器)能够与基本电路单元的信号输入端上的电极联接，而第三谐振器(第二并联谐振器)能够与基本电路单元的信号输出端上的电极联接。并联谐振器的相应另一电极能够通过连接导线相互电连接。该连接导线能够通过电抗元件接地。这种在滤波器电路的信号路径中的基本电路元件起带通滤波器的作用。
因此所述滤波器结构能够具有类似梯形的结构。具有梯形结构的滤波器电路由串联的基本单元构成，它们基本上由“串联支路”中的谐振器和“并联支路”中的谐振器构成。该串联谐振器的特征性带通频率在此大致与并联谐振器的带阻频率协调一致。因此，这种基本单元自央构成带通滤波器。通带的衰减特性的右边线主要由串联谐振器的具体构造决定，而左边线主要由并联谐振器的构造决定。由这种基本单元已知的梯形滤波器电路是众所周知的。
上述单门谐振器能够作为并联谐振器和/或作为串联谐振器应用在这样的基本单元中。
下面参照附图对本发明进行详细说明。
图1示出了单门谐振器的第一实施例。
图2示出了一个图表，其中以对数的比例为单门谐振器的不同实施例绘制了导纳的实数部分。
图3示出了梯形结构的基本单元的插入衰减，该梯形结构具有两个单门谐振器。
图4示出了单门谐振器的第二实施例。
图5示出了单门谐振器的第三实施例。
这些附图在此是示意性的视图，而不是按比例的。例如在这些附图中明显减少了叉指式转换器的电极指的数量，以使视图更易理解。
图1示出了单门谐振器1的第一实施例。单门谐振器1具有叉指式转换器2。此外，单门谐振器1具有第一反射器3和第二反射器4。
沿纵向方向L，叉指式转换器2设置在第一反射器3和第二反射器4之间。此外，单门谐振器1具有压电基底5，叉指式转换器2和这两个反射器3、4设置在此基底上。该压电基底5能够例如具有铌酸锂或钽酸锂晶体。
叉指式转换器2具有第一导电轨6和第二导电轨7。叉指式转换器2还具有电极指8，它们用来激励声表面波。此外，叉指式转换器1具有残指9，其不会激励声波。电极指8和残指9均与第一导电轨6或与第二导电轨7相连。在此，第一导电轨6和与之相连的电极指8构成了梳状结构，其是叉指式转换器1的第一电极。相应地，第二导电轨7和与之相连的电极指8构成了第二梳状结构，其构成了叉指式转换器2的第二电极。这两个梳状结构交错地嵌接。
叉指式转换器2具有激励区域10。在该激励区域10中，这些电极指8交替地与第一导电轨6和第二导电轨7相连。该激励区域10是指叉指式转换器2的具有大多数电极指8的区域。
此外，单门谐振器2具有第一折叠区域11和第二折叠区域12。第一折叠区域11沿纵向方向L首先连接至第一反射器3。激励区域10连接至第一折叠区域11。此外，第二折叠区域12连接至激励区域10。第二反射器4连接至第二折叠区域12。
在第一折叠区域11和第二折叠区域12中的每一个中，电极指8均沿纵向方向L交替地与第一导电轨6和第二导电轨7相连。第一折叠区域11在此具有电极指118，其能够沿纵向方向L直接与激励区域10的电极指108邻接。这两个电极指108、118与第一导电轨6相连。这导致了，在将交流电压施加到导电轨6、7上时，在激励区域10和第一折叠区域11中分别激励了相互相移的声表面波。在第一折叠区域11中激励了所谓的声表面波，其与在激励区域10中激励的声表面波起反作用并且对此波进行修正。
此外还因为这两个电极指108、118与相同的导电轨相连，所以在施加交流电压时不会在它们之间产生电场并因此也不会在它们之间出现压电激励。
在图1所示的实施例中，叉指式转换器2的所有电极指8均相互具有相同的间距。这些电极指8在此设置在周期性的栅格上。这些电极指8相互间的间距在此相当于单门谐振器1的谐振频率的一半波长。
此外，激励区域的电极指108b(其沿纵向方向直接与第二折叠区域12的电极指128邻接)和第二折叠区域的电极指128均与第一导电轨6相连。相应地，在第二折叠区域12中还激励了声表面波，其相对于在激励区域10中激励的声波表面是相移的。此外还因为这两个电极指108b、128与相同的导电轨相连，所以在施加交流电压时不会在它们之间产生电场并因此也不会在它们之间出现压电激励。
第一和第二折叠区域11、12在此处示出的实施例中具有相同数量的电极指8。
图2示出了一个图表，其展示了折叠区域11、12在单门谐振器1的导纳上的作用。在此以图1所示的单门谐振器1为出发点，其中这两个反射器3、4分别具有50个反射条，且该叉指式转换器1总共具有181个电极指。
图2示出了一个图表，其中在横坐标轴上绘制了频率f，还在纵坐标轴上以对数比例绘制了导纳Re(Y)的实数部分。在此绘制了参考曲线Kref，其示出了无折叠区域的单门谐振器的导纳。其它的曲线示出了具有第一和第二折叠区域11、12的单门谐振器1的导纳，其中这两个折叠区域11、12分别具有3、4、5、9、11、15、19、25或29个电极指8。示例性地标出了曲线K4和K29，它们相当于具有两个折叠区域11、12(其分别具有4个或29个电极指)的单门谐振器1，其中电极指8的数量的指数表明了该折叠区域11、12。
在图2中可明显地看到，在具有折叠区域11、12的单门谐振器1中谐振频率附近的导纳走向明显坡度更大。折叠区域11、12会提高谐振频率附近的导纳的实数部分。
图3示出了梯形滤波器结构的基本单元的插入衰减S12。该基本单元由串联谐振器和并联谐振器构成。在此以串联谐振器和并联谐振器为出发点，它们分别通过具有叉指式转换器2(其具有151个电极指8)的单门谐振器1和具有10个反射条的两个反射器3、4构成。
在图3中示出了三个曲线K10、K20和K40，它们分别示出了以下情况的基本单元的插入衰减：即在此情况下并联谐振器具有激励区域和两个连接到此激励区域上的折叠区域，这些折叠区域分别具有10、20或40个电极指。该曲线K0是参考曲线，其示出了以下情况的基本单元的插入衰减：即在此情况下并联谐振器只具有激励区域，但没有折叠区域。
在横座标轴上绘制有频率f，并且在纵座标轴上绘制有梯形滤波器结构的各基本单元的插入衰减S12。在此可明显地看到，用于基本单元(并联谐振器在此通过具有折叠区域的单门谐振器构成)的下方通带边线在参考曲线K0,处明显坡度更大，在该参考曲线描述的基本单元中并联谐振器通过无折叠区域的单门谐振器构成。
相应地有利的是，尤其将按本发明的单门谐振器作为并联谐振器应用在梯形结构中，因为插入衰减特征的左边线主要由并联谐振器的构造决定。
图4示出了单门谐振器1的第二实施例。图4所示的单门谐振器只具有第一折叠区域11，其设置在叉指式转换器2的激励区域10和第一反射器3之间。该激励区域10还沿纵向方向L直接连接到第二反射器4上。
图5示出了单门谐振器1的第三实施例。图5所示的单门谐振器1除了第一折叠区域11和第二折叠区域12以外还具有第三折叠区域13。沿纵向方向L，第三折叠区域13、第一折叠区域11、激励区域10、第二折叠区域12和第二反射器4依次连接到第一反射器3上。第一、第二和第三折叠区域11、12、13分别具有不同数量的电极指8。
第三折叠区域13的沿纵向方向L直接连接到第一折叠区域11上的电极指138以及第一折叠区域11的与之直接邻接的电极指118b分别与第二导电轨7连接。
附图标记清单
1 单门谐振器
2 叉指式转换器
3 第一反射器
4 第二反射器
5 压电基底
6 第一导电轨
7 第二导电轨
8 电极指
9 残指
10 激励区域
11 第一折叠区域
12 第二折叠区域
13 第三折叠区域
108 激励区域的电极指
108b 激励区域的电极指
118 第一折叠区域的电极指
118b 第一折叠区域的电极指
128 第二折叠区域的电极指
138 第三折叠区域的电极指
L 纵向方向

Claims (13)

1.一种借助声表面波工作的单门谐振器(1)，其具有：
带第一导电轨(6)、第二导电轨(7)和电极指(8)的叉指式转换器(2)，
其中在所述叉指式转换器(2)的激励区域(10)中这些电极指(8)沿纵向方向(L)交替地与所述第一导电轨(6)和所述第二导电轨(7)相连，
其中所述叉指式转换器(2)具有第一折叠区域(11)，所述电极指(8)沿纵向方向(L)在此第一折叠区域中交替地与第一导电轨(6)和第二导电轨(7)相连并且所述第一折叠区域直接连接到激励区域(10)上，并且其中第一折叠区域(11)的沿纵向方向(L)直接连接到所述激励区域(10)上的电极指(118)以及激励区域(10)的与之直接邻接的电极指(108)与相同的导电轨(6、7)相连。
2.根据权利要求1所述的单门谐振器(1)，
所述单门谐振器还具有第一发射器(3)和第二发射器(4)，其中所述叉指式转换器(2)设置在所述第一和第二反射器(3、4)之间，
其中所述叉指式转换器(2)的第一折叠区域(11)直接地连接到所述第一反射器(3)上或直接连接到所述第二反射器(4)上。
3.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
所述第一折叠区域(11)具有至少两个电极指(8、118、118b)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
所述第一折叠区域(11)具有数量在2至50的范围内的电极指(8、118、118)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
其中所述叉指式转换器具有第二折叠区域(12)，所述电极指(8)沿纵向方向(L)在此第一折叠区域中交替地与第一导电轨(6)和第二导电轨(7)相连并且所述第一折叠区域直接连接到激励区域(10)上，并且其中第二折叠区域(12)的沿纵向方向(L)直接连接到所述激励区域(10)上的电极指(128)以及激励区域(10)的与之直接邻接的电极指(108b)与相同的导电轨(6、7)相连。
6.根据权利要求5所述的单门谐振器(1)，
所述第一折叠区域(11)和所述第二折叠区域(12)具有相同数量的电极指(8)。
7.根据权利要求5所述的单门谐振器(1)，
所述第一折叠区域(11)和所述述第二折叠区域(12)具有不同数量的电极指(8)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
其中所述叉指式转换器具有第三折叠区域，所述电极指沿纵向方向(L)在此第三折叠区域中交替地与第一导电轨(6)和第二导电轨(7)相连并且所述第三折叠区域直接连接到第一折叠区域(11)上，其中第三折叠区域(13)的沿纵向方向(L)直接连接到所述第一折叠区域(11)上的电极指(138)以及所述第一折叠区域(11)的与之直接邻接的电极指(118b)与相同的导电轨(6、7)相连。
9.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
所述单门谐振器具有至少一个电极指和第二电极指，其中第一电极指的宽度与第二电极指的宽度是不同的。
10.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
所述单门谐振器具有至少一对第一对直接邻接的电极指和第二对直接邻接的电极指，其中第一对的两个电极指之间的间距与第二对的两个电极指之间的间距是不同的。
11.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
其中这些电极指(8)分别具有与这些导电轨(6、7)之一相连的端部和与缺口交界的自由端部，并且其中对于与所述第一导电轨(6、7)相连的电极指(8)和/或对于与所述第二导电轨相连的电极指(8)来说分别改变所述缺口的横向位置。
12.根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)，
其中沿纵向方向改变所述叉指式转换器(2)的金属化情况。
13.一种滤波器结构，
其中谐振器以梯形结构相互联接，其中这些谐振器中的至少一个是指根据上述权利要求中任一项所述的单门谐振器(1)。
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