CN113708738B - 一种低线性相位扇形结构的声表滤波器 - Google Patents

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Abstract

发明属于声表面波技术领域,具体涉及一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,该滤波器包括:输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路;输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路均设置在铌酸铌128°Y‑X切型的晶圆基片上;屏蔽条为空心结构,且设置在输入换能器和输出换能器之间;外围匹配电路设置在扇形声表滤波器的输入端和输出端;在扇形声表滤波器的两个端面上涂有吸声胶;本发明通过设置中空扇形结构的屏蔽条,解决了声表面滤波器通带内相位较大的问题。

Description

一种低线性相位扇形结构的声表滤波器
技术领域
本发明属于声表面波技术领域,具体涉及一种低线性相位扇形结构的声表滤波器。
背景技术
声表滤波器是一种由制作在压电基片上的输入叉指换能器将电信号转换为声信号并沿基片表面传播,再由输出叉指换能器将声信号转化为电信号,在两次转换中实现对电信号滤波的滤波器。
随着科学技术的发展,声表滤波器无论在军事领域,还是短波电台、无线发射机、接收机等民用领域具有非常广泛的应用;因此,在市场上对频率带宽为65%左右,通带波纹好,群延时波动小的声表面波滤波器的具有较大需求。现有的频率带宽为65%左右的声表滤波器一般为常规声表滤波器,但是常规的声表滤波器的插入损耗很大,其线性相位度也很大,且传统的常规声表滤波器设计一般采用双通道多条耦合器设计,体积较大大,不具备实用价值。如何得到一种相对带宽在65%左右,高矩形度,低旁瓣,高可靠性的低线性相位声表滤波器是目前亟待解决的问题。
发明内容
为解决以上现有技术存在的问题,本发明提出了一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,该滤波器包括:输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路;输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路均设置在铌酸铌128°Y-X切型的晶圆基片上;屏蔽条为空心结构,且设置在输入换能器和输出换能器之间;外围匹配电路设置在扇形声表滤波器的输入端和输出端;在扇形声表滤波器的两个端面上涂有吸声胶;将输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路进行气密性封装,构成声表滤波器。
优选的,输入换能器和输出环能器均为倒梯形叉指换能器。
优选的,屏蔽条为扇形结构。
优选的,外围匹配电路包括声表滤波器输入端外围匹配电路和输出端外围匹配电路;输入端外围匹配电路包括第一电容C1、第一电感L1以及第三电感L3;第一电容C1的一端接地,另一端与电路的信号输入端和第一电感L1连接;第一电感L1的另一端分别与接地的第三电感L3和声表滤波器的输入端连接,构成输入端外围匹配电路;输出端的外围匹配电路与输入端的外围匹配电路结构相同。
进一步的,外围匹配电路中选取的不同电容值的电容,选取的不同电感值的电感。
优选的,晶圆基片的直径Φ为100.0mm~105.0mm,晶圆基片的厚度为0.4mm~0.6mm。
优选的,对器件进行气密性封装的封装外壳为H6-14P。
本发明用于接收机链路,标称频率70MHz相对带宽为65%左右、高矩形度、低旁瓣等高可靠性的声表滤波器,解决了超宽带接收机宽带滤波问题,实现低旁瓣提纯信号,提高信噪比,增强抗干扰作用。
附图说明
图1为本发明的扇形声表面滤波器的结构图;
图2为本发明的外围匹配电路结构图;
图3为本发明的H6-14P外壳芯片粘片点焊示意图;
图4为本发明的一种70MHz超宽带扇形结构的声表滤波器频响图;
图5为本发明的一种70MHz超宽带扇形结构的声表滤波器相位图。
图6为本发明的扇形声表面滤波器的3-1-3电容加权结构图。
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。
一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,如图1所示,该结构包括:输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路;输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路均设置在铌酸铌128°Y-X切型的晶圆基片上;屏蔽条为空心结构,且设置在输入换能器和输出换能器之间;外围匹配电路设置在扇形声表滤波器的输入端和输出端;在声表滤波器的两个端面上涂有用于减小多余的声波反射信号的吸声胶;将输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路进行气密性封装,构成声表滤波器。
可选的,铌酸铌128°Y-X切型的晶圆基片的直径为100.0mm~105.0mm,晶圆基片的厚度为0.4mm~0.6mm。
优选的,铌酸铌128°Y-X切型的晶圆基片的直径为101.6mm,晶圆基片的厚度为0.5mm。
优选的,声表滤波器的屏蔽条为中空扇形结构,中空的扇形屏蔽条接地,能有效的隔离直通信号,提高阻带抑制。中空屏蔽条能很好改善滤波器的线性相位,由相位公式:可知声波在屏蔽条中空部位传播相当于在晶片自由表面传播,群时延变化小(即时间t变化小),从而相位变化小。
本发明提出的一种70MHz低线性相位扇形结构的声表滤波器,该滤波器利用128°铌酸铌切型的晶圆基片,晶圆基片的背面粗糙度为320#砂,在此晶圆上设计制作的输入输出叉指换能器、屏蔽条、吸声胶。
输入换能器和输出换能器均为倒梯形叉指换能器;所述倒梯形叉指换能器的上端汇流条比下端的汇流条长,设置在上端汇流条的金属电极为上大下小,设置在下端汇流条上的金属电极为下小上大使得在组合为倒梯形叉指换能器时,下端的金属电极均位于上端相邻两个金属电极之间。
一种低线性相位扇形结构的声表滤波器的外围匹配电路,如图2所示,该滤波器的外围匹配电路包括输入端外围匹配电路和输出端外围匹配电路。
输入端外围匹配电路包括第一电容C1、第一电感L1以及第三电感L3;第一电容C1的一端接地,另一端与电路的信号输入端和第一电感L1连接;第一电感L1的另一端分别与接地的第三电感L3和声表滤波器的输入端连接,构成输入端外围匹配电路。
输出端外围匹配电路包括第二电容C2、第二电感L2以及第四电感L4;声表滤波器的输出端分别与接地的第四电感L4和第二电感L2连接;第二电感L2的另一端分别与接地的第二电容C2以及整个器件的输出端连接,构成外围匹配电路。
优选的,声表滤波器的输入端电阻阻值为50Ω,输出端电阻为50Ω。
外围匹配电路中选取的电感为协调电感,选取的电容为协调电容。在外围匹配电路中,选取电容值不同的电容和电感值不同的电感,从而解决声表滤波器的通带平坦度以及插入滤波器后损耗较大的问题。
优选的,选取的电容、电感的大小为:第一电感L1的电感应强度为56nH,第二电感L2的电感应强度为68nH,第三电感L3的电感应强度为150nH,第四电感L4的电感应强度为82nH;第一电容的大小为30pF,第二电容的大小为36pF。
可选的,在本发明中将设置的屏蔽条接地,解决了本发明的声表滤波器的直通较大问题,从而提高带外抑制。
优选的,本发明设置的屏蔽条为中空扇形结构的屏蔽条,采用该结构的屏蔽条,可以解决通带内相位较大的问题。
一种低线性相位扇形结构的声表滤波器的输入换能器和输出换能器的具体结构,该输入换能器和输出换能器的具体参数见表1。
基片材料 (128°-LN铌酸锂)
薄膜材料
膜厚 200nm
输入换能器(IDT)分节数 分七节,IDT电容加权结构3-1-3
孔径W/(mm) 6.08
输出换能器(IDT)分节数 分七节,IDT电容加权结构3-1-3
占空比(指条和指条间隙比例) 1:1
表1输入换能器和输出换能器参数
如图6所示,输入换能器和输出换能器均采用“3-1-3”结构,输入换能器和输出换能器分别有七个子换能器;分别将三个子换能器串联,将三个串联的子换能器结构设置在中间换能器的左右两边,构成了输入换能器。输出换能器的结构与输入换能器的结构相同。将换能器分节处理是为了提高换能器的阻抗以及得到更好的矩形度和更好的带外抑制。
输入换能器和输出换能器均为倒梯形叉指换能器;所述倒梯形叉指换能器的上端汇流条比下端的汇流条长,设置在上端汇流条的金属电极为上大下小,设置在下端汇流条上的金属电极为下小上大,使得在组合为倒梯形叉指换能器时,下端的金属电极均位于上端相邻两个金属电极之间。
输入换能器和输出换能器采用128°-LN铌酸锂基片,在基片上电镀有金属铝的薄膜,且换能器的孔径为6.08W/(mm),且相邻指条之间的间隙比为1:1。
一种款频率为70MHz扇形结构的声表滤器,该滤波器的指标见表2,128°LN(铌酸锂)材料特性参数见表3。
表2滤波器指标
表3基片材料特性参数
如图3所示,采用H6-14P封装外壳对输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路进行气密性封装。双列直插金属外壳H6-14P能封装大管芯的芯片,结构坚固,整体接地良好。
优选的,H6-14P封装外壳为对称的长方体结构。
优选的,在H6-14P封装外壳上设置有四个插入孔,上端的两个插入孔的高度相同,下端的两个插入孔高度相同;上端的左边插入孔和下端的左边插入孔通过硅铝丝与输入换能器进行导通;上端的右边插入孔和下端的右边插入孔通过硅铝丝与输出换能器进行导通。
从图4可以看出,有2条曲线,其中幅频响应曲线S21有两种,一种是在y方向上每格10dB的频响曲线,另一种是在y方向每格1dB的频响曲线。
从图5可以看出,有2条曲线,其中一条幅频响应曲线S21,是在y方向上每格1dB的频响曲线,另一条是线性相位度曲线,是在y方向上每格10度的相位曲线。
以上所举实施例,对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明,所应理解的是,以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,该滤波器包括:输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路;输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路均设置在铌酸铌128°Y-X切型的晶圆基片上;屏蔽条为空心结构,且设置在输入换能器和输出换能器之间;外围匹配电路设置在扇形声表滤波器的输入端和输出端;在扇形声表滤波器的两个端面上涂有吸声胶;将输入换能器、屏蔽条、输出端换能器以及外围匹配电路进行气密性封装,构成声表滤波器;所述屏蔽条为中空扇形结构。
2.根据权利要求1所述的一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,输入换能器和输出换能器均为倒梯形叉指换能器;所述倒梯形叉指换能器的上端汇流条比下端的汇流条长,设置在上端汇流条的金属电极为上大下小,设置在下端汇流条上的金属电极为下小上大,使得在组合为倒梯形叉指换能器时,下端的金属电极均位于上端相邻两个金属电极之间。
3.根据权利要求1所述的一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,外围匹配电路包括声表滤波器输入端外围匹配电路和输出端外围匹配电路;输入端外围匹配电路包括第一电容C1、第一电感L1以及第三电感L3;第一电容C1的一端接地,另一端与电路的信号输入端和第一电感L1连接;第一电感L1的另一端分别与接地的第三电感L3和声表滤波器的输入端连接,构成输入端外围匹配电路;输出端的外围匹配电路与输入端的外围匹配电路结构相同。
4.根据权利要求3所述的一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,外围匹配电路中选取的不同电容值的电容,选取的不同电感值的电感。
5.根据权利要求1所述的一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,晶圆基片的直径Φ为100.0mm~105.0mm,晶圆基片的厚度为0.4mm~0.6mm。
6.根据权利要求1所述的一种低线性相位扇形结构的声表滤波器,其特征在于,对器件进行气密性封装的封装外壳为双列直插金属外壳H6-14P。
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