CN116318036B - 声表面波谐振器、声表面波滤波器及双工器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声表面波谐振器、声表面波滤波器及双工器，其中，声表面波谐振器包括设置于压电基板上的叉指换能器及位于所述叉指换能器的两侧的一对反射栅；反射栅具有多个栅条电极，当所述多个栅条电极共同形成一个区域时，该区域的周期长度大于所述叉指换能器的周期长度；当多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，最靠近所述叉指换能器的第一区域的周期长度被设置成不小于所述叉指换能器的周期长度。本发明的声表面波谐振器，在不增加额外射频器件及不增大电路体积的情况下，可以较为有效的实现反谐振点Q值大小与位置的调整，从而可实现在不影响产品性能的同时较为明显的改善滤波器通带外的抑制陡峭度，提供更好的带外选择性。

Description

声表面波谐振器、声表面波滤波器及双工器

技术领域

本发明涉及声表面波滤波器相关技术领域，尤其是一种声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器。

背景技术

叉指换能器（IDT），就是在压电基板表面上形成形状像两只手的手指交叉状的金属图案，它的作用是实现声电换能。目前的声表面波谐振器，通常具有作为激励电极的叉指换能器和在其两侧配置的反射器。叉指换能器具有多个电极指，反射器具有多个反射器电极指。多个电极指以及多个反射器电极指在与声表面波的传播方向正交的方向上延伸，并且在声表面波的传播方向上排列。

随着通信技术的不断发展，市场需要的通信频段越来越多，频段与频段之间越来越拥挤，移动通讯设备对器件带外选择性能的需求越来越迫切，对产品的带外抑制要求也更加严格，尤其在声表面波滤波器方面，其使用场景多为终端设备。声表面波滤波器作为高频滤波器在保证通带性能的前提下需要有良好的带外选择性，提高滤波器的使用性能提升其带外选择性和保证通带性能尤为重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种声表面波谐振器、声表面波滤波器以及双工器，从而实现在不影响产品性能的同时提供更好的带外选择性。

本发明的一方面在于，提供一种声表面波谐振器，其包括设置于压电基板上的叉指换能器及位于所述叉指换能器的两侧的一对反射栅；

所述反射栅具有排列在声表面波的传播方向上的多个栅条电极，当所述多个栅条电极共同形成一个区域时，该区域的周期长度大于所述叉指换能器的周期长度；

当所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，最靠近所述叉指换能器的区域为第一区域，所述第一区域的周期长度被设置成不小于所述叉指换能器的周期长度。

可选的，当所述多个栅条电极共同形成一个区域时，该区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的1.05~1. 1倍。

可选的，当所述多个栅条电极形成第二区域和所述第一区域时，所述第二区域的周期长度大于第一区域的周期长度。

进一步的，所述第二区域的周期长度被设置成所述叉指换能器的周期长度的1.05~1. 1倍。

可选的，当所述多个栅条电极形成第三区域、第二区域和所述第一区域时，所述第二区域位于所述第三区域和第一区域之间，从第一区域到第三区域的周期长度逐渐减小，且第三区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的0.95~1.0倍，所述第一区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的1.05~1. 1倍。

进一步的，所述第一区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的1.05倍，所述第二区域的周期长度与所述叉指换能器的周期长度相同，所述第三区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的0.95倍。

可选的，当所述多个栅条电极共同形成一个区域时，该区域至少具有8对所述栅条电极。作为更进一步的优选，该区域至少具有10对所述栅条电极。

可选的，当所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，所述第一区域至少具有2.5对所述栅条电极。

本发明的另一方面在于，提供一种声表面波滤波器，其包括以上所述的声表面波谐振器。

本发明的又一方面在于，提供一种双工器，其包括发射滤波器和接收滤波器，所述发射滤波器和/或接收滤波器采用以上所述的声表面波滤波器。

相对于相关的现有技术，本发明的有益效果主要体现在：

本发明提供的一种具有创新设计的反射栅结构的声表面波谐振器，在不增加额外射频器件及不增大电路体积的情况下，可以较为有效的实现反谐振点Q值大小与位置调整的目的，从而可实现在不影响产品性能的同时较为明显的改善基于该谐振器的滤波器通带外的抑制陡峭度，提供更好的带外选择性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图；

图2为本发明另一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图；

图3为本发明另一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图；

图4为本发明实施例涉及的不同栅条电极对数下谐振器的性能对比图；

图5为本发明实施例涉及的不同栅条电极对数下谐振器的Q值曲线对比图；

图6为本发明实施例涉及的不同反射栅周期的谐振曲线图；

图7为本发明一种实施例的声表面波滤波器的电路原理图；

图8为本发明实施例涉及的不同反射栅周期的滤波器的性能对比图；

图9为本发明实施例涉及的不同反射栅结构的谐振器的谐振性能对比图；

图10为本发明实施例涉及的不同反射栅结构的滤波器的性能对比图；

附图标记：

1、叉指换能器；2、第一反射栅；3、第二反射栅；11、第一梳齿电极；12、第二梳齿电极；111、第一汇流条；112、第一电极指；121、第二汇流条；122、第二电极指；21、反射栅汇流条；22、栅条电极；T、叉指换能器周期长度；d1、第一间距；d2、第二间距；d3、第三间距；d4、第四间距；2A、第一区域；2B、第二区域；2C、第三区域。

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。

作为本发明实施方式的声表面波谐振器的一种基本构思，声表面波谐振器包括设置于压电基板上的叉指换能器（IDT）及位于所述叉指换能器的两侧的一对反射栅。可以理解的是，所述的叉指换能器和反射栅可通过设置在压电基板上的层状导体来构成，例如，叉指换能器及反射栅以相同的材料及厚度构成，构成这些的层状导体例如是金属。所述的叉指换能器通常具有两个相互对置的梳齿电极，每个梳齿电极具有汇流条和从汇流条开始相互并列地延伸的多个电极指。两个梳齿电极的上电极指相互咬合(交叉)，即两个梳齿电极的电极指声表面波的传播方向上交替地排列。所述的一对反射栅包括两个反射栅，两个反射栅处于声表面波的传播方向上，且该两个反射栅分别设置在所述叉指换能器的两侧，两个反射栅均具有排列在声表面波的传播方向上的多个栅条电极，两个反射栅可以设置为具有相同的结构。

进一步的，对于每个反射栅的设置结构而言，当反射栅的所述多个栅条电极共同形成一个区域时，该区域的周期长度大于所述叉指换能器的周期长度；当所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，最靠近所述叉指换能器的区域为第一区域，所述第一区域的周期长度被设置成不小于所述叉指换能器的周期长度。可以理解的是，以上提到的“周期长度”的概念按照本技术领域的常规含义理解，一个周期长度通常为对应的一个波长的距离，以叉指换能器为例，其周期长度可对应为叉指换能器谐振频率对应的波长。

应该说明的是，在相关的现有技术中，反射栅中的栅条电极通常被设置为以固定的间距排列，并且反射栅的周期长度设置为与叉指换能器的周期长度相同；叉指换能器中的电极指通常被设置为以固定的间距进行排布，或者，设置为电极指间距互不相同的多个区域，从而改善谐振特性。本发明实施例的声表面波谐振器的构思则明显区别于现有设计，通过反射栅结构的设置可达到调整谐振器Q值大小与位置的目的，提升谐振器的谐振特性。

图1为本发明一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图，本实施例的声表面波谐振器，包括设置在压电基板上的叉指换能器1、第一反射栅2和第二反射栅3，第一反射栅2和第二反射栅3布置在叉指换能器1的两侧，且第一反射栅2和第二反射栅3处于叉指换能器1所激励的声表面波的传播方向（即图1中示出的X轴反向）上；叉指换能器1包括相互对置的第一梳齿电极11和第二梳齿电极12，第一梳齿电极11具有第一汇流条111以及多个第一电极指112，第二梳齿电极12具有第二汇流条121以及多个第二电极指122；第一电极指112和第二电极指122在声表面波的传播反向上交替（交叉）排列；第一反射栅2和第二反射栅3可设置为相同的结构，以第一反射栅2为例，第一反射栅2具有一对反射栅汇流条21和多个栅条电极22，所述多个栅条电极22在声表面波的传播方向上间隔排列；在本实施例中，第一反射栅2的全部栅条电极22共同形成一个区域时，即全部栅条电极22等间距排列，该区域的周期长度被设置为所述叉指换能器的周期长度T的1.05~1. 1倍。可以理解的是，叉指换能器1的周期长度T可对应为同一梳齿电极（第一梳齿电极11或者第二梳齿电极12）上的相邻两个电极指的中心间距，相邻的第一电极指112和第二电极指122的中心间距均被设置为第一间距d1，第一间距d1对应为叉指换能器1周期长度T的一半；第一反射栅2的相邻两个栅条电极22的中心间距被均设置为第二间距d2，本实施例中的反射栅的周期长度被设置为所述叉指换能器的周期长度T的1.05~1. 1倍，可相当于第二间距d2设置为第一间距d1的1.05~1. 1倍。

作为与本实施例的对比，设置具有不同反射栅周期的声表面波谐振器并进行对比测试，图6示出了本实施例谐振器与对比设置的谐振器的谐振曲线图。图6中，Y(7,7)对应为反射栅周期长度与叉指换能器周期长度相同的谐振特性，即设置为d1=d2时的情形，此为现有的标准设置；Y(12,12)对应为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的90%时的谐振特性，即设置为d2=0.9d1时的情形，可以看出，相对于标准设置，此时反谐振频率Fp的位置基本保持不变；Y(13,13)对应为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的95%时的谐振特性，即设置为d2=0.95d1时的情形，可以看出，在接近反谐振频率Fp的位置会出现一个凸点，从而将反谐振点往高频（右侧）方向推移；Y(14,14)对应为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的1.05倍时的谐振特性，即设置为d2=1.05d1时的情形，可以看出，相对于标准设置，反谐振频率Fp的位置出现往低频移动；Y(15,15)对应为反射栅周期为叉指换能器周期长度的1.1倍，即设置为d2=1.1d1时的情形，可以看出，相对于标准设置，反谐振频率Fp的位置同样出现往低频移动。

通过图6所展现的谐振特性不难得出结论：将d2设置为d1的0.90-1.1倍时，各谐振器的谐振频率Fs基本一致，相对于标准设置，当设置为d2=0.9d1时，由于谐振频率Fs与反谐振频率Fp之间的距离基本不变，因此，对应谐振器的机电耦合系数基本没有发生变化，但是反谐振频点处的Q值明显变差，会影响反谐振频点的性能；当设置为d2=0.95d1时，谐振频率Fs与反谐振频率Fp之间的距离变大，在一定程度上适用于对远端抑制有改善作用；当设置为d2=1.05d1或d2=1.1d1时，谐振频率Fs与反谐振频率Fp之间的距离均出现减小，从而均可以实现谐振器机电耦合系数/>变小的目的，可适用于提升滤波器带外抑制陡峭度，只是d2=1.1d1时，反谐振点的Q值会有所降低。

为进一步验证本实施例的声表面波谐振器的优势效果，将本实施的谐振器与对比例的谐振器应用于图7所示的滤波器电路中，具体的，滤波器电路包括设置在串联臂上的串联谐振器S1-S4，以及，一端连接在串联臂上，另一端接地连接的并联谐振器P1-P4。参阅图8所示为将图7电路中的谐振器（包括串联谐振器S1-S4和并联谐振器P1-P4）设置为不同反射栅周期时的滤波器的性能对比图，其中，S(10,11)对应为将全部谐振器设置为反射栅周期长度与叉指换能器周期长度相同，S(24,25)对应为将全部谐振器设置为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的0.95倍，S(26,27)对应为将全部谐振器设置为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的1.05倍，S(20,21)对应为对应为将全部谐振器设置为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的1.1倍。以反射栅周期长度与叉指换能器周期长度相同作为对比基础，可以看出，当谐振器设置为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的0.95倍时，滤波器通带右侧（高频侧）的零点向高频方向明显偏移，虽然改善了远端的带外抑制，但是不利于提升带外选择性；当谐振器设置为反射栅周期长度为叉指换能器周期长度的1.05倍或1.1倍时，滤波器通带右侧（高频侧）的零点向低频反向偏移，均可以改善通带右侧的抑制陡峭度，从而实现更好的带外选择性。

参阅图2所示为本发明另一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图，本实施例的声表面波谐振器与图1涉及的声表面波谐振器的结构区别在于：在本实施例的声表面波谐振器中，将反射栅配置为：多个栅条电极形成周期长度相互不同的第一区域2A和第二区域2B，第一区域2A为最靠近叉指换能器1的区域，第二区域2B的周期长度大于第一区域2A的周期长度。如图2中所示，第一区域2A内的相邻的两个栅条电极的中心间距被均设置为第三间距d3，第一区域2A内的相邻的两个栅条电极的中心间距均被设置为第二间距d2，在本实施例中，第二间距d2被设置为大于第三间距d3。

作为进一步的优选，所述第二区域2A的周期长度被设置成所述叉指换能器1的周期长度的1.05~1. 1倍。可以理解的是，可将叉指换能器1中相邻的两个电极指的中心间距均设置为前述的第一间距d1。根据本实施例的设置，第三间距d3可以设置为与第一间距d1相同，第二间距d2为1.05~1. 1d1。

参阅图3所示为本发明另一种实施例的声表面波谐振器的结构示意图，本实施例的声表面波谐振器与图1涉及的声表面波谐振器的结构区别在于：在本实施例的声表面波谐振器中，将反射栅配置为：多个栅条电极形成第一区域2A、第二区域2B和第三区域2C，所述第二区域2B位于所述第三区域2C和第一区域2A之间，从第一区域2A到第三区域2C的周期长度逐渐减小，且第三区域2C的周期长度为所述叉指换能器1的周期长度的0.95~1.0倍，所述第一区域2A的周期长度被设置成所述叉指换能器1的周期长度的1.05~1. 1倍。如图3中所示，叉指换能器1中相邻的两个电极指的中心间距均设置为前述的第一间距d1，第三区域2C中的相邻两个栅条电极的中心间距均为第四间距d4，第二区域2B中的相邻两个栅条电极的中心间距均为第三间距d3，第一区域2A中的相邻两个栅条电极的中心间距均为第二间距d2，根据本实施例的设置，第四间距d4设置为第一间距d1的0.95~1.0倍，第三间距d3大于第四间距d4，且第三间距d3小于第二间距d2，第二间距d2为第一间距d1的1.05~1. 1倍。

作为进一步的优选，所述第一区域2A的周期长度为所述叉指换能器1的周期长度的1.05倍，所述第二区域2B的周期长度与所述叉指换能器1的周期长度相同，所述第三区域2C的周期长度为所述叉指换能器1的周期长度的0.95倍。相应的，可将第二间距d2设置为第一间距d1的1.05倍，第三间距d3设置为与第一间距d1相同，第四间距d4设置为第一间距d1的0.95倍。

参阅图9所示为本发明不同实施例涉及的谐振器的谐振性能对比图，其中，Y(33,33)对应为图1所示结构谐振器的谐振特性，Y(32,32)对应为图2所示结构谐振器的谐振特性，Y(13,13)对应为图3所示结构谐振器的谐振特性；相对而言，图3所示结构谐振器的谐振特性最优，可更为有效的减小谐振器的机电耦合系数，从而在应用于滤波器设计中时，可以获得更优的带外抑制陡峭度，进一步提升带外选择性。

应该说明的是，将声表面波谐振器的反射栅设置为图3所示的结构，已知在谐振器受激励的情况下，反射栅中每一周期的栅条电极都会反射波长，且在一定波段范围内，每一周期的栅条电极散射的波是同相位的，它们叠加可形成很强的反射波。即声表面波通过空间调制后，产生不同的反射波分量，然后发生布拉格反射。声表面波在反射栅中传播是一个能量衰减的过程，因此声表面波的波速在反射栅的开端（第一区域2A） 、中间（第二区域2B）和末端(第三区域2C)的波速不一样。进一步可以理解的是，谐振频率Fs和反谐振频率Fp均满足频率计算式： ，其中，V为波速，/>该频率对应的波长，/>为该频率对应的半个波长，在同周期反射栅中产生的反谐振响应也不一样。因此可将反射栅设置为形成3个不同周期长度的区域，通过调整配置每个区域的周期长度，改变反射栅的反射系数，实现反射能量的叠加，从而调整谐振器反谐振点的零点位置。本发明实施例中通过将反射栅制设置成具有特定的三段不同周期长度渐变的结构，能实现反谐振点向低频移动的作用，从而可用于提高基于该谐振器的滤波器通带高频侧的抑制陡峭度。

参阅图10所示为具有本发明不同实施例的谐振器（不同反射栅结构）的滤波器的性能对比图，滤波器的电路采用图7所示的电路结构，作为示例性的，将图7中的其中一个串联谐振器（如S4）配置为本发明不同实施例的声表面波谐振器，具体的，图10中，S(10,11)为对照组，对应为反射栅周期长度与叉指谐振器的周期长度相同，S(40,41)对应为将串联谐振器S4设置为图1所示结构的谐振器，S(38,39)对应为将串联谐振器S4设置为图2所示结构的谐振器；S(29,30)对应为将串联谐振器S4设置为图3所示结构的谐振器。可以看出，采用图2和图3所示结构的谐振器，可以明显改善滤波器通带高频侧的抑制陡峭度，提升带外选择性。相对于对照组，采用图1所示结构的谐振器，滤波器通带高频侧的抑制陡峭度也有一定的改善。

作为一种优选的实施方式，本实施例的声表面波谐振器设置为图1所示结构，反射栅具有的所述栅条电极的对数至少为8对。为获得更好的Q值，建议将反射栅设置为至少具有10对所述栅条电极。参阅图4为反射栅具有不同栅条电极对数下对应谐振器的性能对比图，其中，Y(5,5)对应栅条电极数量（N1）设置为5对的谐振特性，Y(6,6)对应栅条电极数量（N2）设置为10对的谐振特性，Y(7,7)对应栅条电极数量（N3）设置为15对的谐振特性。图5示出反射栅具有不同栅条电极对数下谐振器的反谐振点处的Q值对比，其中，Q1为栅条电极对数为N1=5对的Q值曲线，Q2为栅条电极对数为N2=10对的Q值曲线，Q3为栅条电极对数为N3=15对的Q值曲线。

可以看出，反射栅的栅条电极数量为5对时，谐振器的Q值有所降低，反射栅的栅条电极数量设置为10对以上时，谐振器具有较优的Q值。

作为一种优选的实施方式，当所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，所述第一区域至少具有2.5对所述栅条电极。也就是说，但谐振器设置为图2或图3所示的结构时，第一区域2A至少具有2.5对所述栅条电极。由此，可以进一步确保声表面波谐振器可获得较优的谐振特性，使得基于该声表面波谐振器的滤波器可获得更为明显的带外抑制陡峭度，明显提升带外选择性。

作为本发明一种实施例的声表面波滤波器，其包括以上所述的声表面波谐振器。具体设置中，可将构成声表面波谐振器的一个或者多个谐振器采用以上实施例所述的声表面波谐振器。这样的声表面波滤波器可以使得通带高频侧的抑制陡峭度得到明显的改善，带外选择性得到了较大的提升，示例性滤波器的性能测试已在前述中给出了的展示说明，不再赘述。

作为本发明一种实施例的双工器，其包括发射滤波器和接收滤波器，所述发射滤波器和/或接收滤波器采用以上所述的声表面波滤波器。以所述双工器的接收滤波器采用上述声表面波滤波器为例，基于所采用的声表面波滤波器具有较好的通带高频侧的抑制陡峭度，可以使得双工器具有较高的隔离度，从而使得该双工器可被应用于一些对于隔离度要求较高的频段。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，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”、“第三”、“第四”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。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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 (5)

1.一种声表面波谐振器，其特征在于：包括设置于压电基板上的叉指换能器及位于所述叉指换能器的两侧的一对反射栅，所述反射栅具有排列在声表面波的传播方向上的多个栅条电极；

所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，最靠近所述叉指换能器的区域为第一区域；

当所述多个栅条电极形成第三区域、第二区域和所述第一区域时，所述第二区域位于所述第三区域和第一区域之间，从第一区域到第三区域的周期长度逐渐减小，且第三区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的0.95～1.0倍，所述第一区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的1.05～1.1倍。

2.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于：所述第一区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的1.05倍，所述第二区域的周期长度与所述叉指换能器的周期长度相同，所述第三区域的周期长度为所述叉指换能器的周期长度的0.95倍。

3.根据权利要求1所述的声表面波谐振器，其特征在于：当所述多个栅条电极形成周期长度互不相同的多个区域时，所述第一区域至少具有2.5对所述栅条电极。

4.一种声表面波滤波器，其特征在于，其包括权利要求1-3中任一项所述的声表面波谐振器。

5.一种双工器，包括发射滤波器和接收滤波器，其特征在于，所述发射滤波器和/或接收滤波器采用权利要求4所述的声表面波滤波器。