CN109787579B - 一种具有减小杂散功能的saw谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距固定，且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。或者采用短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定，且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区，覆盖区向短路反射栅内延伸，且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接，短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。本发明通过改变反射栅的结构，使其宽度或者长度形成渐变状，从而反射声波将其束缚在谐振器内，避免声波损耗，同时相应地减小了杂散。
Description
技术领域
本发明涉及物联网设备或手机中的射频集成电路滤波器芯片，具体而言，涉及一种具有减小杂散功能的SAW谐振器。
背景技术
移动通讯技术快速发展，尤其是以高数据流量传输为代表的4G通信在过去几年的全面推进，带动了智能手机终端市场的蓬勃发展。就无线通信而言，射频前端是无线通信的核心，其中滤波器起着至关重要的作用。由于手机终端的智能化、多功能化、全网通等特点，使得现阶段单只手机所需的滤波器在30～50颗，而声波滤波器具有体积小、质量轻等优点，在目前的手机终端中广泛应用。
声波滤波器主要包括声表面波滤波器(SAW Filter,Surface Acoustic WaveFilter)、体声波滤波器(BAW Filter,Bulk Acoustic Wave Filter)和薄膜体声波谐振器(FBAR,Film Bulk Acoustic Resonator)所构成的滤波器。三种滤波器都是利用压电效应，将电信号转换为声波，通过合理的结构设置来构造滤波器，区别在于实现的方式不同。SAW滤波器是在压电材料表面镀一层叉指电极，通过设置叉指电极间距与宽度，当电信号激励叉指电极两端时，会在压电材料表面激励起同样频率的声表面波，逆压电效应使得信号在电极在另一端输出，多个叉指电极按照一定的方式级联，就能形成滤波器。BAW滤波器激励的结构是两个金属电极压夹着压电薄膜，声波在压电薄膜内垂直传播，震荡形成驻波，相比于SAW滤波器，BAW滤波器适合更高频率，具有插损小，带外抑制大等优点。FBAR滤波器也来源于体声波(BAW)，在电极/压电薄膜/电极的结构上施加交变信号，压电薄膜内产生纵向传播的体声波，当压电薄膜厚度满足半波长的奇数倍时，就能形成声波驻波，在对应的频率上引发谐振。它具有极高的Q值，工作频率高，温度系数小，抗静电能力好等特点。
传统的SAW谐振器利用最基本的均匀单端谐振器的结构，由叉指换能器(IDT,Interdigital Transducer)和两个短路反射栅构成，叉指换能器和短路反射栅采用均匀结构，即叉指电极宽度及反射栅极宽度通常取一固定值，一般为λ/4，λ为声波波长。当电信号施加在谐振器两端时，会在压电基片表面激励起与电信号频率相同的声表面波，同时向短路反射栅两侧传播。短路反射栅的作用是反射声波，从而将声波束缚在谐振器内，震荡形成驻波。而事实上，当有电信激励时，除了产生与电信号频率相同的声表面波以外，还会产生少部分激励信号频率以外的声波，称之为杂波。短路反射栅在反射声表面波的同时，还会对杂波进行反射，当杂波与激励的声表面波相叠后，会影响后者的传播与震荡。压电材料的逆压电效应再将这种声表面波转换为电信号时，就会在转换的电信号上产生杂散，即在电信号产生波动，如用来构成滤波器，一是会增大带内的插损，二是会降低滤波器的带外抑制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，通过改变反射栅的结构，使其宽度或者长度形成渐变状，从而反射声波将其束缚在谐振器内，避免声波损耗，同时由于反射栅极不均匀的渐变结构，会引起杂波随机反射，从而使其相互抵消，减小对正常传播的声波的影响，也就相应地减小了杂散。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距固定，且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。
进一步地，所述反射栅的栅极宽度k1*λ～k2*λ之间，第n条栅极宽度由式1获得，
Wn＝k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1)， 式1；
其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度，k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度。
进一步地，所述栅极宽度优选在0.25λ～0.4λ间变化，栅极间距为0.5λ。
同时，本申请还公开了另一种技术方案来解决上述问题，具体方案如下：
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定，且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区，覆盖区向短路反射栅内延伸，且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接，短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。
进一步地，所述覆盖区为金属三角，设置在反射栅边框的四角。
进一步地，所述叉指换能器又包括汇流条、设置在汇流条上的叉指电极和Busbar，叉指电极和Busbar相互间隔交替设置。
进一步地，所述叉指电极与相邻的Busbar位于同一中心线上，且间距为0.2λ，其中λ为声波波长。
进一步地，所述Busbar指条长度统一为1.5λ到3λ之间，指条宽度0.39λ。
进一步地，所述压电基片选用LiTaO3或者LiNbO3，叉指换能器和短路反射栅均采用铝材料。
进一步地，所述短路反射栅与叉指换能器之间留有边缘间距，且边缘间距与电极宽度之和等于λ/2。
本发明的有益效果在于：本发明区别于现有技术，本发明主要改进了SAW谐振器的反射栅极，通过宽度(第一种改进)和长度(第二种改进)的渐变结构，有利于减小SAW谐振器的杂散模式，使得谐振器，包括用此类改进型谐振器设计的滤波器的通带响应更为平滑，滤波性能更好。
针对这一改进做实验对比，两组具有相同结构的谐振器，除了反射栅极第一个谐振器具有宽度和长度的渐变结构。实验验证本发明和传统的谐振器的短路阻抗响应曲线对比如图4所示，使用改进的结构，可以有效减少寄生杂散模式(左侧四个没有出现)，原有的杂散模式变化幅度也更小(右侧杂散变小)。
附图说明
图1是现有技术中的SAW谐振器结构示意图；
图2是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器结构示意图一；
图3是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器结构示意图二；
图4是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器的短路阻抗响应说明图；
附图标记：
1为短路反射栅、2为叉指电极、3为Busbar、4为叉指换能器、5为压电基片、6为覆盖区。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
图2-图4所示，本发明有两种实现模式，如图2所示，采用反射栅栅极宽度渐变方式：
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距固定，且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。
所述反射栅的栅极宽度k1*λ～k2*λ之间，第n条栅极宽度由式1获得，Wn＝k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1)，式1；其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度，k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度。所述栅极宽度优选在0.25λ～0.4λ间变化，栅极间距为0.5λ。
如图3所示，采用反射栅的栅极长度渐变的方式：
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定，且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区，覆盖区向短路反射栅内延伸，且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接，短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。所述覆盖区为金属三角，设置在反射栅边框的四角。
两种方式的谐振器由压电基片、叉指换能器、两个短路反射栅构成。压电基片使用LiTaO3或者LiNbO3材料，具有高机电耦合系数，基片厚度为200um-600um。叉指换能器和短路反射栅均使用金属铝材料。叉指换能器的电极宽度为a，指间距为p，且指间距为p＝λ/2，金属化率η＝a/p，在0.4到0.6之间。Busbar导电条与相对应的插指电极在同一中心线上，Busbar导电条长度统一为1.5λ，宽度为0.39λ。两个短路反射栅距叉指换能器两侧的距离为d，且满足d+a＝0.5λ。
本发明涉及的具有减小的杂散的SAW谐振器是在传统的谐振器作了改进，主要改进了短路反射栅结构，第一种SAW谐振器的改进是在短路反射栅上形成栅极宽度渐变结构，图2为结构与参数示意图；第二种SAW谐振器的改进是在短路反射栅上形成了长度渐变结构，如图3所示为结构与参数示意图。下面具体描述着两种反射栅极。
本发明主要改进了SAW谐振器的反射栅极，通过宽度(第一种改进)和长度(第二种改进)的渐变结构，有利于减小SAW谐振器的杂散模式，使得谐振器，包括用此类改进型谐振器设计的滤波器的通带响应更为平滑，滤波性能更好。
针对这一改进做实验对比，两组具有相同结构的谐振器，除了反射栅极第一个谐振器具有宽度和长度的渐变结构。实验验证本发明和传统的谐振器的短路阻抗响应曲线对比，如图4所示，使用改进的结构，可以有效减少寄生杂散模式(左侧四个没有出现)，原有的杂散模式变化幅度也更小(右侧杂散变小)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距固定，且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变，
所述反射栅的栅极宽度k1*λ～k2*λ之间，第n条栅极宽度由式1获得，
Wn＝k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1)，式1；
其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度，k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度；
其中，λ为声波波长。
2.根据权利要求1所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述栅极宽度在0.25λ～0.4λ间变化，栅极间距为0.5λ。
3.一种具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅；所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端，短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定，且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区，覆盖区向短路反射栅内延伸，且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接，短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。
4.根据权利要求3所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述覆盖区为金属三角，设置在反射栅边框的四角。
5.根据权利要求3或4具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述叉指换能器又包括汇流条、设置在汇流条上的叉指电极和Busbar，叉指电极和Busbar相互间隔交替设置。
6.根据权利要求5所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述叉指电极与相邻的Busbar位于同一中心线上，且间距为0.2λ，其中λ为声波波长。
7.根据权利要求6所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述Busbar指条长度统一为1.5λ到3λ之间，指条宽度0.39λ。
8.根据权利要求6或7任一一项所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述压电基片选用LiTaO3或者LiNbO3，叉指换能器和短路反射栅均采用铝材料。
9.根据权利要求8所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器，其特征在于：所述短路反射栅与叉指换能器之间留有边缘间距，且边缘间距与电极宽度之和等于λ/2。
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