CN112532205B - 一种弹性表面波谐振器和滤波器以及天线共用器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性表面波谐振器和滤波器以及天线共用器，弹性表面波谐振器包括：压电基板，以及形成于压电基板上的叉指电极，叉指电极包括第一梳齿电极和第二梳齿电极，第一梳齿电极和第二梳齿电极均具有汇流条以及交替设置在所述汇流条上的多个电极指和虚设指，第一梳齿电极的电极指与第二梳齿电极的虚设指相对设置；所述电极指包括根部直线段、端部直线段以及连接根部直线段和端部直线段的倾斜段，第一梳齿电极的端部直线段与第二梳齿电极的虚设指之间具有间隙，根部直线段、端部直线段和虚设指均垂直于弹性表面波的传播方向设置。本发明通过改进谐振器结构使得能够明显的减少谐振器次要谐波的产生，对次要谐波具有较好的抑制作用。

Description

一种弹性表面波谐振器和滤波器以及天线共用器

技术领域

本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种弹性表面波谐振器和滤波器以及天线共用器。

背景技术

随着5G通信技术的发展，通信频带不断增长，要求射频前端器件的高性能化和小型化。弹性表面波滤波器件（SAW滤波器）被广泛应用到为射频前端器件中的滤波器。SAW滤波器的基本组成单元为谐振器，或者换能器。当射频信号做为输入进行接入输入端时，通过压电效应将电信号能量转化为弹性表面波声学能量。输出端插值通过逆压电效应将弹性表面波转化为输出信号。为了提升SAW滤波器的温度稳定性，一般可以增加温度补偿层，温补层材料包括二氧化硅、氮氧化硅等。增加温度补偿层的SAW滤波器在温度变化时，频率偏移可以极大的减小。一种温度补偿层是淀积到金属叉指上方，另外一种温度补偿层被键合在薄的压电材料之下。两种结构都有利于将弹性表面波能量集中在表面有效区域内，其中第二种结构可以极大的降低体波泄露。因此，增加温度补偿的SAW滤波器是目前高性能滤波器的一种优选技术。

然而，声表面波主要传输方向为垂直叉指方向，同时会存在与垂直方向呈夹角的次要传输方向，次要传输方向由于传输距离较长，有效速率、信号时延增加，因而会产生次要谐波，此现象在叉指端头尤为明显。也就是说，温补型SAW滤波器谐振波会有增强，同时也容易在主谐振频率附件产生次要谐振波，造成通带不平整。

发明内容

本发明的目的在于，解决上述问题提供一种能够较好的抑制次要谐波的弹性表面波谐振器、滤波器以及天线共用器。

本发明提供的一种弹性表面波谐振器，包括：压电基板，以及形成于压电基板上的叉指电极，叉指电极包括两个对置的梳齿电极，每个所述梳齿电极均具有汇流条以及交替设置在所述汇流条上的多个金属电极指和虚设指；所述金属电极指包括根部直线段、端部直线段以及连接根部直线段和端部直线段的倾斜段，一个梳齿电极的端部直线段与另一梳齿电极的虚设指相对设置，所述根部直线段、端部直线段和虚设指均垂直于谐振器布置方向设置。

作为优选的，每个梳齿电极上的根部直线段均设置为：相邻两个根部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，根部直线段的长度为弹性表面波波长的1-5倍。

作为优选的，所述根部直线段和倾斜段的金属电极指宽度均为F₁，金属占空比均为0.35-0.7。

作为优选的，所述倾斜段与垂直于谐振器布置方向的轴线的夹角为1-15度。

作为优选的，每个梳齿电极上的端部直线段均设置为：相邻两个端部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，端部直线段的金属电极指宽度为F₂，且F₂≥ F₁,端部直线段的金属占空比大于或者等于倾斜段的金属占空比，所述端部直线段的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

作为优选的，每个梳齿电极上的虚设指均设置为：相邻两个虚设指之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，虚设指的宽度为F₃，且F₃≥ F₂,虚设指的占空比大于或者等于端部直线段的金属占空比，虚设指的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

作为优选的，一个梳齿电极的端部直线段与另一梳齿电极的虚设指之间具有间隙，所述间隙的长度为加工工艺最小值或叉指间距或加工工艺最小值与叉指间距的中间值。

作为优选的，所述叉指电极的左右两侧分别设置有栅状反射器，所述栅状反射器的金属条具有被倾斜折弯的部分，倾斜折弯的部分平行于所述电极指的倾斜段。

本发明提供一种弹性表面波滤波器，包括以上所述的弹性表面波谐振器。

本发明提供一种天线共用器，包括以上所述的弹性表面波谐振器。

本发明的显著进步性至少体现在：通过改进谐振器叉指电极的形状结构特征，优化参数，使得能够明显的减少谐振器谐波的产生，对谐波具有较好的抑制作用，有效提高滤波器通带平整度。

附图说明

图1为本发明实施例的弹性表面波谐振器的结构示意图；

图2本发明实施例中的弹性表面波谐振器的局部结构示意图；

图3为本发明实施例与对比例的Y参数测试曲线对比图；

图4为本发明实施例与对比例的Y参数实部测试曲线对比图；

图5为本发明一种实施例的温度补偿型滤波器的剖视图；

图6为本发明另一种实施例的温度补偿型滤波器的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，由此进一步明确本发明。需要说明的是，本发明所记载的各实施方式是示例性的，能够在不同的实施方式间进行结构和参数的部分置换或组合。本发明的具体实施方式也不仅仅限于所提供的具体实施例。

参考图1和图2所示，本发明实施例的一种弹性表面波谐振器，包括：压电基板（图中未示出），以及形成于压电基板上的叉指电极1，叉指电极包括第一梳齿电极11和第二梳齿电极12，第一梳齿电极11具有第一汇流条111以及交替设置在所述第一汇流条111上的多个第一金属电极指113和第一虚设指112；第二梳齿电极12具有第二汇流条121以及交替设置在所述汇流条121上的多个第二金属电极指123和第二虚设指122；可以理解的是，所述交替设置是指沿汇流条（111,112）的延伸方向交替设置金属电极指（113,123）和虚设指（112,122），即同一汇流条上，金属电极指间隔设置，两个相邻金属电极指之间设置一个虚设指；第一梳齿电极11的第一金属电极指113与第二梳齿电极12的第二虚设指122相对设置，同样的，第二梳齿电极12的第二金属电极指123与第一梳齿电极11的第一虚设指112相对设置；第一金属电极指113包括第一根部直线段1131、第一端部直线段1133以及连接第一根部直线段1131和第一端部直线段1133的第一倾斜段1132；第二金属电极指123具有与第一金属电极指113相同的结构设置，即第二金属电极指123包括第二根部直线段1231、第二倾斜段1232和第二端部直线段1233；第一根部直线段1131、第二根部直线段1231、第一端部直线段1133、第二端部直线段1233、第一虚设指112和第二虚设指均垂直于谐振器的布置方向设置。如图2中所示，当设定X轴方向为谐振器的布置方向时，Y轴为与X轴正交的方向，根部直线段、端部直线段以及虚设指均与Y轴平行。

应该说明的是，通常情况下，弹性表面波（表面声波）主要传输方向为垂直叉指方向，同时存在与垂直叉指的方向呈夹角的次要传输方向。次要传输方向由于传输距离较长，有效速率、信号时延增加，因而会产生谐波。在本实施例中，金属电极指设置为具有倾斜段，可使弹性表面波传输方向与谐振器布置方向（即X轴方向）产生倾角，次要传输方向的谐波信号由于与X轴夹角增大，会更多的泄露出谐振器，从而将会较少的反射回主要传输方向与主要谐振产生叠加，因而减少谐波。

作为优选的，所述第一梳齿电极11和第二梳齿电极12上的金属电极指（113,123）的根部直线段（1131,1231）均设置为：相邻两个根部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，根部直线段的长度为弹性表面波波长的1-5倍。

作为优选的，所述根部直线段和倾斜段的金属电极指宽度均为F₁，金属占空比均为0.35-0.7。即根部直线段和倾斜段的金属条宽度相同，均为F₁，可以理解的是，所述金属占空比=金属条宽度/（金属条宽度+金属条间距），以根部直线段为例，根部直线段的金属占空比=根部直线段的金属条宽度/（根部直线段的金属条宽度+根部直线段的金属条与相邻的金属条之间的间距）。

作为优选的，所述倾斜段（1132,1232）与垂直于谐振器布置方向的轴线的夹角为1-15度。如图2中所示，垂直于谐振器布置方向的轴线即为Y轴，也就是说，倾斜段与Y轴的夹角a配置为1-15度。可以理解的是，夹角a的角度值越大，次要谐波泄露越多，同时总声学能量损失也越多，造成谐振器损耗增加，因此选择该角度范围能够取得较为理想的效果。

作为优选的，所述第一梳齿电极和第二梳齿电极上的金属电极指的端部直线段（1133,1233）均设置为：相邻两个端部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，端部直线段的金属电极指宽度为F₂，且F₂≥ F₁,端部直线段的金属占空比大于或者等于倾斜段的金属占空比，所述端部直线段的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

作为优选的，所述第一梳齿电极和第二梳齿电极上的虚设指（112,122）均设置为：相邻两个虚设指之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，虚设指的宽度为F₃，且F₃≥F₂,虚设指的占空比大于或者等于端部直线段的金属占空比，虚设指的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

作为优选的，第一梳齿电极11的第一端部直线段1133与第二梳齿电极12的第二虚设指122之间具有间隙13，所述间隙的长度可取值为谐振器加工工艺最小值（比如，以i-line工艺为例，取值0.3-0.35um），或者为叉指间距，或者为加工工艺最小值与叉指间距的中间值，所述叉指间距是指叉指电极1中相邻两个电极指之间的距离，间隙13的长度是指端部直线段的端部与虚设指的端部之间的距离。

作为优选的，所述叉指电极1的左右两侧分别设置有栅状反射器2，所述栅状反射器的金属条具有被倾斜折弯的部分，倾斜折弯的部分平行于所述电极指的倾斜段。

为体现本发明的技术效果，对本发明实施例的谐振器进行测试，图3为本发明实施例与对比例的Y参数测试曲线对比图，图4为本发明实施例与对比例的Y参数实部测试曲线对比图，由图中可以明显看出，对比例中的曲线具有较多“锯齿”，而本发明实施例的曲线则较为平滑，由此可见，本发明实施例的谐振器可极大的提高通带平整度。

本发明实施例还提供一种弹性表面波滤波器，包括以上所述的弹性表面波谐振器。

参阅图5所示，为基于本发明实施例提供的弹性表面波谐振器结构设计的一种实施例的温度补偿型滤波器的剖视图；该温度补偿型滤波器包括温度补偿层L1、金属层L2以及压电层L3，金属层L2设置于压电层L3上，所述温度补偿层L1覆盖于金属层L2上；所述金属层L2包括构成所述弹性表面波滤波器的谐振器金属层以及传输用金属层，谐振器金属层厚度为4%-12%倍波长，传输用金属层厚度可以厚至3微米；压电层L3的典型厚度为100至400微米，温度补偿层L1厚度为4%-80%波长。进一步的，压电层L3的材料包括但不限于碳酸锂、铌酸锂、氮化铝、石英等；金属层L2的材料包括但不局限与铝、铜、钽、铬、银、金等及其合金或者多层复合层；温度补偿层L1兼介质层，包括但不局限于二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、石英玻璃、掺杂型石英玻璃等。

图6为本发明另一种实施例的温度补偿型滤波器的剖视图，自上而下依次包括：金属层L2、压电层L3、温度补偿层L1以及衬底层L4，所述金属层中，谐振器金属层厚度为4%-12%倍波长，传输用金属层厚度可以厚至3微米；压电层的厚度为10%-50%倍波长，温度补偿层厚度为10%-100%倍波长，衬底层厚度为100至600微米，衬底层材料包括但不局限于单晶硅、石英、玻璃、陶瓷等。另有可选钝化层用于防潮及保护金属层防止短路，钝化层覆盖在最上层之后，厚度为5至200纳米，钝化层材料包括但不局限氮化硅、二氧化硅等。

本发明实施例还提供一种天线共用器，包括以上所述的弹性表面波谐振器。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B''表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种弹性表面波谐振器，包括：压电基板，以及形成于压电基板上的叉指电极，其特征在于，叉指电极包括两个对置的梳齿电极，每个所述梳齿电极均具有汇流条以及交替设置在所述汇流条上的多个金属电极指和虚设指；所述金属电极指包括根部直线段、端部直线段以及连接根部直线段和端部直线段的倾斜段，一个梳齿电极的端部直线段与另一梳齿电极的虚设指相对设置，所述根部直线段、端部直线段和虚设指均垂直于谐振器布置方向设置；

所述倾斜段与垂直于谐振器布置方向的轴线的夹角为1-15度。

2.根据权利要求1所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，每个梳齿电极上的根部直线段均设置为：相邻两个根部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，根部直线段的长度为弹性表面波波长的1-5倍。

3.根据权利要求1所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，所述根部直线段和倾斜段的金属电极指的宽度均为F₁，金属占空比均为0.35-0.7。

4.根据权利要求3所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，每个梳齿电极上的端部直线段均设置为：相邻两个端部直线段之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，端部直线段的金属电极指的宽度为F₂，且F₂ ≥ F₁,端部直线段的占空比大于或者等于倾斜段的金属占空比，所述端部直线段的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

5.根据权利要求4所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，每个梳齿电极上的虚设指均设置为：相邻两个虚设指之间的中心距为二分之一的弹性表面波波长，虚设指的宽度为F₃，且F₃ ≥ F₂,虚设指的金属占空比大于或者等于端部直线段的金属占空比，虚设指的长度为0.5-2倍的弹性表面波波长。

6.根据权利要求1所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，一个梳齿电极的端部直线段与另一梳齿电极的虚设指之间具有间隙，所述间隙的长度为加工工艺最小值或叉指间距或加工工艺最小值与叉指间距的中间值。

7.根据权利要求1所述的弹性表面波谐振器，其特征在于，所述叉指电极的左右两侧分别设置有栅状反射器，所述栅状反射器的金属条具有被倾斜折弯的部分，倾斜折弯的部分平行于所述电极指的倾斜段。

8.一种弹性表面波滤波器，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的弹性表面波谐振器。

9.一种天线共用器，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的弹性表面波谐振器。

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