CN1086244C - 一种欧洲数字无绳电话用声表面波中频滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种欧洲数字无绳电话用声表面波中频滤波器，它主要是由压电基片和在压电基片上的六个叉指换能器组成的镜像阻抗耦合结构所组成。其特征在于输入、输出换能器采用单相单向换能器，最佳反射电极宽度为八分之一波长，本发明需要较少的反射电极就可以获得同样的单向性，即输入、输出换能器长度可以更短，这样可以缩短滤波器长度，因此体积更小，同样，可以提高输入、输出换能器的带宽。
Description
本发明涉及一种应用于欧洲数字无绳电话(DECT)系统用声表面波中频滤波器，尤其是指一种有较低的插入损耗，高的阻带抑制，而且体积小的声表面波滤波器。
欧洲数字无绳电话中频滤波器的中心频率为110.592MHz或112.32MHz，3dB带宽大于1.152MHz，30dB带宽小于3.456MHz，并要求插损低，体积小。
现有技术存在的DECT用声表面波中频滤波器，如美国Vectron国际技术公司产品目录所说的采用单相单向换能器设计，其缺点是插损较高(11.9～13.5dB)，带宽不够(0.965MHz～1.04MHz)，体积较大(12.2×6.8×3mm3)或者如1995 IEEE Ultrasonics Symp.Proc.PP51-54所说的采用单相单向换能器作输入输出换能器的双通道反射栅滤波器结构设计，其缺点是插损较高(8dB)，带宽不够(1.1MHz)。
在IEEE 1991 Ultrasonics Symposium Proceedings PP235-239中，所说的镜像阻抗耦合滤波器可以获得低插入损耗，高阻带抑制，较大带宽以及小的尺寸。基本结构如图1所示，它由压电基片2和制作在基片2上的耦合换能器3和8，沿声表面波传播方向对称地放置于换能器3两侧的输入换能器4和5，反射栅阵6和7，沿声表面波传播方向对称地放置于换能器8两侧的输出换能器9和10，反射栅阵11和12组成。这一结构主要利用了耦合换能器的阻抗特性，当耦合换能器的指对数N＝1.5/K2时，(K2为基片材料的机电耦合系数)在耦合换能器同步频率附近一定范围内，耦合换能器的阻抗中抗为零，呈纯阻特性，能量从一个耦合换能器完全转移到另一个耦合换能器，形成滤波器的通带，随着频率偏离这一范围，耦合换能器的阻抗中抗性增大，能量被大部分反射，损耗迅速增加，随着频率进一步偏离，耦合换能器的阻抗变成以抗性为主，能量几乎被全部反射，形成阻带，这种结构可以获得比较陡的过渡带。反射栅阵6、7、11和12的作用是降低输入和输出换能器的双向损耗。这一结构的缺点是采用反射栅阵来降低输入输出换能器的双向损耗使基片尺寸较大，且带宽受到一定限制。
期待发展一种声表面波滤波器，能减小体积，并能增加滤波器的带宽。
本发明的目的在于提出一种由压电基片及在压电基片上的叉指换能器所组成的欧洲数字无绳电话用的声表面波中频滤波器，它不仅减小体积，而且增加了带宽，从而解决了现有技术中所存在的问题。
本发明所采用的技术方案在于它主要由压电基片和制作在压电基片上的六个叉指换能器所组成。其中作为耦合换能器用的两个沿垂直于声表面波传播方向并排放置，电学上并联在一起；作为输入换能器用的两个叉指换能器沿声波传播方向对称地放置在一个耦合换能器的两侧；且电学上并联在一起；作为输出换能器用的另两个叉指换能器沿声传播方向对称地放置于另一个耦合换能器的两侧，且电学上并联在一起。耦合换能器采用抽指加权。所述的压电基片采用旋转36°Y切割，X传播钽酸锂；或者是旋转42°Y切割，X传播钽酸锂；或是旋转64°Y切割，X传播铌酸锂，或者是旋转41°Y切割，X传播铌酸锂或者128°Y切割X传播铌酸锂，或者Y切割Z传播铌酸锂。其特征在于：输入、输出换能器采用单相单向换能器，以采用本发明人发明(CN98117320.9)的反射电极宽度加权单相单向换能器，反射电极宽度从八分之一波长到八分之三波长，最佳为八分之一波长。
叉指电极的反射系数主要来自于叉指电极对压电基片的压电短路效应、力学负载效应和声电再生效应。前两项只与压电基片和叉指电极的材料有关，与外电路无关，称为内反射。反射电极的反射只包括前两项。压电短路对反射系数的贡献与基片材料的机电耦合系数成正比，且与反射电极的金属化比(即反射电极宽度与二分之一波长之比)有关。对于高耦合系数材料，如各种切型的铌酸锂(LiNbO3)旋转36°Y切，X传和旋转42°Y切，X传钽酸锂(简写Y36°LiTaO3和Y42°LiTaO3)反射系数主要来自于压电短路的贡献。
本发明的优点在于：采用本发明需要较少的反射电极即可以获得同样的单向性，即输入输出换能器长度可以更短，这样可缩短滤波器的长度，同样，可以提高输入输出换能器的带宽。
图1是一常规声表面波镜像阻抗耦合滤波器的平面示意图；
图2是本发明反射电极压电短路反射系数随金属化比变化的曲线图；
图3是展示本发明实施例DECT中频滤波器的结构图；
图4是本发明实施例DECT中频滤波器的频率响应曲线图。
现在结合上述各附图来进一步说明本发明的较佳具体实施例。
在图3所示的实施例中，滤波器13的压电基片2采用Y36°LiTaO3，在压电基片2的上表面镀金属铝，然后光刻出换能器14、15、16、17、18和19，换能器14和17为耦合换能器，采用抽指加权，总长为98波长，有效指对数32对，指条21和指条之间的间隔为四分之一波长，指条21之间的中心距为2波长的整数倍，指条22的宽度为(2n-3/4)波长，n为1到4的正整数。换能器15和16为输入换能器，换能器18和19为输出换能器，指对数为28对，孔径为20波长，反射电极20的宽度为八分之一波长，它与相邻电极的间隔为四分之一波长。为了增强反射，反射电极阵不加权，每个周期都放置一根反射电极20，总共28根。若采用图1所示的现有技术输入、输出换能器加反射栅阵的长度最少40波长，基片尺寸比采用本发明长约1mm。
图2是反射电极的压电短路引起的反射系数幅度Re与金属化比的关系，其中Ks2是基片材料的机电耦合系数。从图2可见，金属化等于0.25时，压电短路引起的反射最强。
图4是图3所示实施例的频率响应曲线，插入损耗小于4dB，3dB带宽大于1.3MHz，40dB带宽小于3.2MHz，阻带抑制大于50MB完全满足DECT系统的要求。外型尺寸为11.4×5×2.2mm3。与美国Vectron公司产品相比，插损更小(11.9dB)，带宽更宽(0.965MHz)，体积更小(12.2×6.8×3mm3)。与西门子公司的产品相比，插损更小(8dB)，带宽更宽(1.1MHz)。
本发明不仅可以用于设计欧洲数字无绳电话用中频滤波器，还可以用于设计其他声表面波滤波器。
Claims (5)
1.一种欧洲数字无绳电话用声表面波中频滤波器，它由压电基片和制作在压电基片上的六个叉指换能器所组成；其中作为耦合换能器用的两个沿垂直于声表面波传播方向并排放置，电学上并联在一起；作为输入换能器用的两个叉指换能器沿声波传播方向对称地放置在一个耦合换能器的两侧，且电学上并联在一起；作为输出换能器用的另两个叉指换能器沿声传播方向对称地放置于另一个耦合换能器的两侧，且电学上并联在一起；耦合换能器采用抽指加权，其特征在于：输入、输出换能器采用单相单向换能器，反射电极的宽度为八分之一波长到八分之三波长。
2.按权利要求1所述的欧洲数字无绳电话用声表面波用声表面波中频滤波器，其特征在于，所说的输入、输出换能器是单相换能器。
3.按权利要求1所述的欧洲数字无绳电话声表面波用声表面波中频滤波器，其特征在于，所说的反射电极宽度波长，最佳宽度为八分之一波长。
4.按照权利要求1所述的欧洲数字无绳电话用声表面波中频滤波器，其特征在于，所述的压电基片采用旋转36°Y切割，X传播钽酸锂；或者是旋转42°Y切割X传播钽酸锂；或是旋转64°Y切割X传播铌酸锂，或者是旋转41°Y切割X传播铌酸锂或者128°Y切割X传播铌酸锂，或者Y切割Z传播铌酸锂。
5.按照权利要求1所述的欧洲数字无绳电话用声表面波中频滤波器，其特征在于，所说的耦合换能器，它采用抽指加权换能器。
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