CN114337595A - 一种温度补偿型宽带声表面波滤波器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于滤波器技术领域，具体涉及一种温度补偿型宽带声表面波滤波器；该滤波器包括：压电基底、金属电极和温度补偿层；金属电极设置在压电基底上，温度补偿层为设置在压电基底上且不与金属电极重合的部分；本发明能够实现相对带宽大于10％以上，频率温度系数优于‑30ppm/℃的温度补偿型宽带声表面波滤波器，提高了宽带声表面波滤波器性能，使其满足更多射频系统对于高稳定性宽频范围信号提取的需要；同时，本发明在工艺方面容易实现，在任意频段均可推广，可推广性强，具有良好的额经济效益。
Description
技术领域
本发明属于滤波器技术领域，具体涉及一种温度补偿型宽带声表面波滤波器。
背景技术
随着通信技术的发展，滤波器不断向着小型化、宽带化等方向发展。LC滤波器可实现相对带宽大于10％，但其却体积远大于声表面波滤波器；常规宽带声表面波滤波器使用低切向的YX 0～30°铌酸锂压电材料，可实现滤波器相对带宽10％以上，但低切向的铌酸锂材料对温度特别敏感，其频率温度系数达到-80ppm/℃。随着工作温度的变化，声表面波的声速改变，滤波器的频率会发生漂移。随着滤波器在军、民通讯领域的快速发展，滤波器工作环境也日益复杂，对滤波器的温度稳定性的要求也越来越高。频率温度系数太大将严重影响宽带声表面波在军、民领域的应用。因此，亟需一种能解决宽带声表面波滤波器温度稳定性问题的宽带声表面波滤波器。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，该滤波器包括：压电基底1、金属电极2和温度补偿层3；金属电极2设置在压电基底1上，温度补偿层3设置在压电基底1上，且金属电极2位于温度补偿层3的内部。
优选的，压电基底1的材料为铌酸锂基片。
进一步的，铌酸锂基片切向为YX160°～YX180°。
优选的，金属电极2的材料为密度大于或等于铜的金属。
优选的，金属电极2的宽度与金属叉指半周期的比值为0.3～0.6。
优选的，金属电极2的厚度与金属叉指半周期的比值为0.06～0.25。
优选的，温度补偿层3的材料为二氧化硅或氮化硅。
优选的，温度补偿层3的厚度与金属叉指半周期的比值为0.20～0.50。
本发明的有益效果为：传统声表面波滤波器难以同时实现高温度稳定性和大带宽，传统相对带宽≥10％的声表面波滤波器频率温度系数一般为-70ppm/℃～-100ppm/℃，而频率温度系数优于-30ppm/℃的声表面波滤波器相对带宽一般在7％以下；而本发明解决了传统声表面波滤波器难以同时满足大带宽和低温漂的技术问题，能够实现相对带宽大于10％以上，频率温度系数优于-30ppm/℃的温度补偿型宽带声表面波滤波器，提高了宽带声表面波滤波器性能，使其满足更多射频系统对于高稳定性宽频范围信号提取的需要；同时，本发明在工艺方面容易实现，在任意频段均可推广，可推广性强，具有良好的经济效益。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1为本发明中温度补偿型宽带声表面波滤波器的剖面结构示意图；
图2为本发明中一种优选实施例的谐振导纳曲线图；
图3为本发明中一种优选实施例的金属厚度对导纳曲线影响示意图；
图4为本发明中一种优选实施例的二氧化硅厚度对导纳曲线影响示意图；
图5为本发明中一种优选实施例的二氧化硅厚度对相对带宽影响示意图；
图6为本发明中一种优选实施例的俯视示意图；
图7为本发明中一种优选实施例的仿真曲线图；
图中：1、压电基底；2、金属电极；3、温度补偿层。
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。
本发明提出了一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，如图1所示，所述滤波器包括：压电基底1、金属电极2和温度补偿层3；金属电极2设置在压电基底1上，温度补偿层3设置在压电基底1上，且金属电极2位于温度补偿层3的内部。
优选的，压电基底1的材料为铌酸锂基片。
进一步的，铌酸锂基片切向为YX160°～YX180°。常规的宽带声表面波滤波器使用的铌酸锂切向为YX 0～64°，其温度系数一般在-70ppm/℃～-100ppm/℃；若直接在YX 0～YX64°铌酸锂上表层增加温度补偿层，则滤波器在提升滤波器温度稳定性的同时通带会引入杂散模式，造成滤波器通带性能恶化，难以实现10％以上相对带宽；而在YX 160°～YX180°铌酸锂上表层增加温度补偿层，不仅能提升滤波器温度稳定性，且滤波器通带不会引入杂散模式或引入的杂散模式幅度小，对滤波器通带性能影响不明显，可以实现10％以上相对带宽。
优选的，金属电极2的材料为密度大于或等于铜的金属；金属电极2的材料可为铜、金、铂金等金属。
优选的，金属电极2的宽度a与金属叉指半周期b的比值a/b为0.3～0.6。
优选的，金属电极2的厚度h1与金属叉指半周期b的比值h1/b为0.06～0.25。
优选的，温度补偿层3的材料为二氧化硅或氮化硅。
优选的，温度补偿层3的厚度h2与金属叉指半周期的比值h2/b为0.20～0.50。当温度补偿层厚度与金属叉指半周期的比值低于0.20时，谐振导纳中会出现明显的杂散模式，导致滤波器通带波纹增大到1dB以上，通带性能恶化；随着温度补偿层增加，滤波器温度稳定性更好，但滤波器实现的相对带宽降低，当温度补偿层厚度与金属叉指半周期的比值高于0.50时，滤波器无法实现10％以上的大带宽；当温度补偿层3的厚度h2与金属叉指半周期的比值h2/b在0.20～0.50范围内时，滤波器可实现10％以上的大带宽。
一种优选实施例，压电材料为175°铌酸锂，金属材料为铜，温度补偿层材料为二氧化硅，多个金属电极构成一个谐振器。其中，金属电极厚度h1为320nm，叉指半周期为b为2μm，金属电极的宽度a为1μm,温度补偿层厚度为600nm；谐振器的导纳曲线如图2所示，相对带宽达到9.39％；当铜金属电极厚度为200nm～400nm时，谐振器的导纳曲线如图3所示，随着铜金属电极厚度增加，谐振点向低频移动；当二氧化硅厚度为400nm～1000nm时，谐振器的导纳曲线如图4所示，随着二氧化硅的厚度增加，谐振点向高频移动，反谐振器不动；当二氧化硅厚度为400nm～1000nm时，谐振器相对带宽变化如图5所示，随着二氧化硅的厚度增加，谐振器相对带宽降低。
一种优选实施例的俯视图如图6所示，滤波器包括两组谐振器，分别为串联谐振器组和并联谐振器组；其中，串联谐振器组有4个谐振器，分别为RS1、RS2、RS3、RS4；并联谐振器组有5个谐振器，分别为RP1、RP2、RP3、RP4、RP5；滤波器仿真结果如图7所示，滤波器的中心频率为815MHz，插入损耗为0.9dB，1dB带宽为94MHz，1dB相对带宽为11.5％。
传统声表面波滤波器难以同时实现高温度稳定性和大带宽，传统相对带宽≥10％的声表面波滤波器频率温度系数一般为-70ppm/℃～-100ppm/℃，而频率温度系数优于-30ppm/℃的声表面波滤波器相对带宽一般在7％以下；而本发明解决了传统声表面波滤波器难以同时满足大带宽和低温漂的技术问题，能够实现相对带宽大于10％以上，频率温度系数优于-30ppm/℃的温度补偿型宽带声表面波滤波器，提高了宽带声表面波滤波器性能，使其满足更多射频系统对于高稳定性宽频范围信号提取的需要；同时，本发明在工艺方面容易实现，在任意频段均可推广，可推广性强，具有良好的经济效益。
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 (8)
1.一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，包括：压电基底(1)、金属电极(2)和温度补偿层(3)；金属电极(2)设置在压电基底(1)上，温度补偿层(3)设置在压电基底(1)上，且金属电极(2)位于温度补偿层(3)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，压电基底(1)的材料为铌酸锂基片。
3.根据权利要求2所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，铌酸锂基片切向为YX160°～YX180°。
4.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，金属电极(2)的材料为密度大于或等于铜的金属。
5.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，金属电极(2)的宽度与金属叉指半周期的比值为0.3～0.6。
6.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，金属电极(2)的厚度与金属叉指半周期的比值为0.06～0.25。
7.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，温度补偿层(3)的材料为二氧化硅或氮化硅。
8.根据权利要求1所述的一种温度补偿型宽带声表面波滤波器，其特征在于，温度补偿层(3)的厚度与金属叉指半周期的比值为0.20～0.50。
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