CN110957990B - 一种超高频谐振器的调频方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高频谐振器的调频方法。本发明在超高频谐振器的压电材料上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触；根据调频的范围设计沉积的材料的厚度；所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义且沉积的厚度越厚，调频的范围越大。本发明的优点在于仅通过增加一层材料就可以改变谐振器的谐振频率而达到调频的作用。
Description
技术领域
本发明属于谐振器领域，尤其涉及一种超高频谐振器的调频方法。
背景技术
5G通讯的出现使信息发展进入了新的阶段。5G终端不仅仅局限于手机和电脑，还包括家电、汽车等生活的方方面面。作为5G核心产业部分，通信芯片的发展至关重要。通讯芯片射频部分包括射频前端和天线，射频前端主要由功率放大器、开关、双工器和滤波器等组成，滤波器是实现5G通讯的核心零件。
滤波器是由多个谐振器搭建起来的，谐振器的谐振频率决定了滤波器的带通频段。2G、3G、4G以及WiFi都有一套自己的射频滤波频段，发展到5G之后，频段数会继续增加。频段的增加意味着滤波器得得需求也会增加。面对越来越拥挤的频段，市场对高频、超高频的滤波器频段的需求越来越大。目前，射频滤波器最主流的实现方式是声表面波谐振器(SAW)和薄膜体声波谐振器(FBAR)，SAW主要应用在低频市场，SAW声波沿着固体的表面传播，可以将生信号转换为电信号输出；FBAR可以代替SAW应用于高频滤波器市场，不同于SAW，FBAR声波在压电材料内是垂直传播的。
但SAW和FBAR在超高频领域的应用还是存在限制，如今在超高频领域已经有新的谐振器类型出现，但新型的超高频谐振器在调频部分还具有一些挑战和困难。实现谐振器的调频，是搭建滤波器、传感器、双工器等重要器件的必经过程，若谐振器无法实现调频，就无法实现谐振器的应用。现有的调频方法为调节叉指的宽度、调节叉指的间距等常规的调频方法并不适用于超高频谐振器，这将成为超高频谐振器应用在5G以上频段最大的限制。若想要实现5G及以上的频段，超高频谐振器的调频问题就亟需解决。本发明就是针对该种新型超高频谐振器，实现其调整频率的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种超高频谐振器的调频方法。
本发明提供的一种超高频谐振器谐振频率的改变装置。其特征在于：在超高频谐振器的压电材料上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触。
所述的沉积的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅等；
所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义；
所述的沉积的材料可以在整个压电层上沉积，也可以部分沉积，即在压电层上沉积后部分刻蚀；
本发明方法的技术方案为一种超高频谐振器谐振频率的改变方法，具体包括以下步骤：
步骤1：在超高频谐振器的压电材料上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触；
所述的沉积的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅等；
步骤2：根据调频的范围设计沉积的材料的厚度；
步骤2中所述根据调频的范围设计沉积的材料的厚度，具体过程为：
一个滤波器内的串联谐振器的并联谐振频率fp与并联谐振器的串联谐振fs之间的频率间隔Δf决定了滤波器的带宽；
滤波器的带宽即频率间隔，对应的频率就是滤波器所在的频段，
所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义且沉积的厚度越厚，调频的范围越大。
本发明的优点在于仅通过增加一层材料就可以改变谐振器的谐振频率而达到调频的作用，实现调频是后续搭建滤波器的前提，无法实现谐振器的调频就无法搭建滤波器，本发明解决了该类超高频谐振器现有无法调频的技术难题，实现了瓶颈关键技术的突破。
附图说明
图1：是现有的一维超高频XBAR谐振器的结构示意图；
图2：是现有的二维超高频XBAR谐振器的结构示意图；
图3：是根据本发明实施例的圆形电极二维谐振器结构的俯视图和侧视图；
图4：是根据本发明实施例的超高频谐振器调频方法示意图
图5：是根据本发明实施例的圆形电极二维谐振器阻抗曲线与传统兰姆波谐振器阻抗曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为现有的一维超高频XBAR谐振器的结构示意图。如图所示，压电层2的上表面的上电极呈叉指状，上电极部分连接正电压端口1，部分与负电压终端连接23,压电层下表面无电极结构。
图2为现有的二维超高频XBAR谐振器的结构示意图。如图所示，在压电层4的上表面布置排布均匀的上电极，图示上电极为圆形，上电极分为两组，施加上不同的电压，如本图所示，上电极3带有正电压，上电极2带有负电压，从而在压电层4的上表面施加交流电压。带正电压的上电极3和带负电压的上电极2通过电桥1连接。电桥1可以与压电层的表面接触，也可以不接触压电层的表面。压电层下表面无电极结构。
图3是图一和图二所示谐振器结构的正视图。如图所示，上电极间距1、2和4、电极宽度3和5都是影响谐振器性能的重要参数。
图4是根据本发明实施例的超高频谐振器调频方法示意图。本实例通过在超高频谐振器的压电材料上部沉积一层材料，来实现调频的目的。沉积后的图中1、2、3分别为沉积不同厚度的中间层，1所指沉积的厚度小于上电极厚度，2所指沉积的厚度等于上电极的厚度，3所指沉积的厚度大于上电极的厚度。沉积的厚度与材料会决定调频的效果与幅度。
下面结合图1至图5介绍本发明的具体实施方式为：
步骤1：在超高频谐振器的压电层上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触；
所述的沉积的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅；
步骤2：根据调频的范围设计沉积的材料的厚度；
步骤2中所述根据调频的范围设计沉积的材料的厚度，具体过程为：
一个滤波器内的串联谐振器的并联谐振频率fp与并联谐振器的串联谐振fs之间的频率间隔Δf决定了滤波器的带宽；
滤波器的带宽即频率间隔，对应的频率就是滤波器所在的频段；
所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义且沉积的厚度越厚，调频的范围越大。
图5是根据本发明实施例图2所示的调频前后超高频谐振器的阻抗曲线示意图，其串联谐振频率fs和并联谐振频率fp之间的频率间隔Δf决定了谐振器的机电耦合系数
的大小，可用下列公式计算：
如图所示，红色曲线是调频前超高频谐振器的阻抗曲线图，黑色曲线为实施本发明调频结构后超高频谐振器结构的阻抗曲线图，如图所示，串联谐振器的并联谐振频率fp为7.23GHz，采用本发明的调频方法后的并联谐振器的串联谐振fs为6.01GHz，调频前后谐振频率可相差1.22GHz。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种基于超高频谐振器的谐振频率改变方法，其特征在于：
所述超高频谐振器包括：
所述超高频谐振器谐振频率的改变装置在超高频谐振器的压电材料上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触；
所述的沉积的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅；
所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义；
所述的沉积的材料可以在整个压电层上沉积，也可以部分沉积，即在压电层上沉积后部分刻蚀；
所述超高频谐振器包括：一维超高频谐振器、二维超高频谐振器；
所述一维超高频谐振器，压电层的上表面的上电极呈叉指状，压电层下表面无电极结构；
所述二维超高频谐振器，在压电层的上表面布置排布均匀的上电极，上电极分为两组，施加上不同的电压，上电极之间通过电桥连接；电桥可以与压电层的表面接触，也可以不接触压电层的表面；压电层下表面无电极结构；
所述谐振频率改变方法包括以下步骤：
步骤1：在超高频谐振器的压电材料上沉积一层材料，沉积的材料直接与压电材料层接触；
所述的沉积的材料为二氧化硅、氮化硅、碳化硅；
步骤2：根据调频的范围设计沉积的材料的厚度；
步骤2中所述根据调频的范围设计沉积的材料的厚度，具体过程为：
一个滤波器内的串联谐振器的并联谐振频率fp与并联谐振器的串联谐振fs之间的频率间隔Δf决定了滤波器的带宽；
滤波器的带宽即频率间隔，对应的频率就是滤波器所在的频段，
所述的沉积的材料，沉积的厚度与调频的范围有关，需根据滤波器所在频段来定义且沉积的厚度越厚，调频的范围越大；
步骤3：通过串联谐振频率和并联谐振频率之间的频率间隔计算谐振器的机电耦合系数；
步骤3所述计算谐振器的机电耦合系数为：
其中，fs为串联谐振频率，fp为并联谐振频率，fp-fs为串联谐振频率和并联谐振频率之间的频率间隔。
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