CN1172436C - 声表面波器件 - Google Patents

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Abstract

具有不平衡-平衡转换功能和阻抗转换功能并实现一个小型声表面波器件的一种声表面波滤波器。一个输入叉指形换能器和一个输出叉指形换能器排列在压电基片的声表面波传播路径上，假定输入或输出叉指形换能器的电极指的交叉宽度为X，所述输入或输出换能器包括两个分开的叉指形换能器，它们提供有交叉宽度约为X/2的电极指。两个分开的叉指形换能器串联，各电极指的电极从其引出并这样排列，使得与平衡端子对连接的两个输出端或输入端的信号具有180°相位差。

Description

声表面波器件
技术领域
本发明涉及一种声表面波器件，并特别涉及其中输入和输出中任何一个均具有平衡的或差动的端子对的一种声表面波器件。
背景技术
声表面波器件作为一种滤波器，广泛用于以便携式电话或类似产品为代表的无线电设备的高频电路中。近年来，具有平衡或差动输入和输出的集成电路元件(IC)已经在这类无线电设备的高频电路中付诸使用。
相反，使用传统声表面波器件的滤波器(下文中恰当地称为声表面波滤波器)，其输入/输出(I/O)端子不是平衡的。为了解决这个问题，在图1所示的实例中，当所述传统声表面波器件与混频电路IC3连接时，在声表面波滤波器1和混频电路IC3之间必须接入一个被称为平衡-不平衡变换器的不平衡-平衡变换部分，或者接入由独立的部分组成的变换电路2。
此外，声表面波滤波器通常有50欧姆的输入/输出阻抗，另一方面，在很多情况下，具有平衡端子对的混频电路IC3等的阻抗高达大约100到200欧姆，因此这样的IC与声表面波滤波器连接要求有阻抗变换电路。
然而，这又导致了无线电设备中所用电路部分数量的增加。此外，为了进一步小型化的需要，需要节省空间的设计。
发明内容
为此，本发明的目的是实现一种具有不平衡-平衡变换功能和阻抗变换功能的小型化声表面波器件。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面提供一种声表面波器件，它包括排列在压电基片声表面波传播路径上的多个叉指形换能器和排列在两侧的反射电极，其中
所述多个叉指形换能器包括交替排列的第一类型叉指形换能器和第二类型叉指形换能器，其中
当所述第一类型叉指形换能器的电极指的声孔径宽度用X表示时，所述第二类型叉指形换能器中的每一个具有两个分开的叉指形换能器，每个换能器具有这样的电极指，其中电极指的每个声孔径宽度用X/2表示，并且其中
所述第一类型叉指形换能器连接到不平衡输入或输出端子对，所述两个分开的叉指形换能器串联，所述各自电极指的所述电极从所述两个分开的叉指形换能器引出并连接到平衡端子对，而且所述两个分开的叉指形换能器各自的电极指如此排列，使得在所述平衡端子对中的信号有180°相差，以及
两个分开的叉指形换能器的连接部分接地。
为实现上述目的，按照本发明的第二方面提供一种声表面波器件，包括：
第一和第二级，所述第一和第二级级联，所述第一级具有多个排列在压电基片声表面波传播路径上的第一类型的叉指形换能器，并且所述第二级具有多个排列在所述声表面波传播路径上的叉指形换能器，
其中所述第二级的所述多个叉指形换能器包括交替排列的第一类型叉指形换能器和第二类型叉指形换能器，
其中当所述第一类型叉指形换能器的电极指的声孔径宽度用X表示时，所述第二类型叉指形换能器的每一个具有两个分开的叉指形换能器，每个叉指形换能器具有这样的电极指，其中电极指的每个声孔径宽度用X/2表示，并且
其中所述第一级的叉指形换能器连接到不平衡输入或输出端子对，并且所述第二类型的所述两个分开的叉指形换能器串联，并且各自电极指的所述电极从所述两个分开的叉指形换能器引出并连接到平衡输出或输入端子对，而且所述两个分开的叉指形换能器各自的电极指如此排列，使得在所述平衡端子对中的信号有180°相差，以及
其中所述第一和第二级的叉指形换能器在叉指形换能器的多个连接部分相互级联，并且第一类型叉指形换能器的相位在所述多个连接部分的各邻近连接部分相反。
优选，在本发明的第一方面，在所述两个分开的叉指形换能器中，在与平衡端子连接一侧电极指的位置相互滑移半波。
优选，在本发明的第一方面，在所述多个叉指形换能器中，由三个叉指形换能器构成双模滤波器。
优选，在本发明的第一方面，所述多个叉指形换能器是构成多电极滤波器的五个或五个以上叉指形换能器。
优选，在本发明的第一方面，压电基片可以是旋转40°至44°的Y-X LiTaO3。
更为优选地，在本发明的第一方面，压电基片是旋转66°至74°的Y-X LiNbO3。
通过下面参照各附图的描述，本发明的特征将变得更清楚。
附图说明
图1是用于说明传统声表面波器件连接到具有平衡输入端的IC电路的情况的视图；
图2是用于说明作为本发明目的的声表面波器件连接到具有平衡输入端的IC电路的情况的视图；
图3是示出按照本发明第一实施例的声表面波器件的视图；
图4是构成声表面波器件的视图，其中图3中示出电极结构排列在压电基片11上；
图5是示出另一个端子结构的实施例的视图；
图6是用于说明按照图3实施例的工作的视图；
图7是示出对图3所示的电极结构的改进的视图；
图8是指出通过形成图7的电极结构，在平衡输出端子对OUT1，OUT2之间的相位差的改进的数据；
图9是示出声表面波器件的透视图的视图，其中图8的电极结构形成在压电基片11上；
图10是示出一种配置的视图，即IDT 201和IDT 202的连接部分通过其它配置而不是图9的电极213接地；
图11是示出按照本发明第二实施例的声表面波器件的视图；
图12是示出按照本发明第三实施例的声表面波器件的视图；
图13是示出按照本发明第四实施例的声表面波器件的视图；
图14是示出按照本发明第五实施例的声表面波器件的视图；
图15是示出按照本发明第六实施例的声表面波器件的视图；
图16是实施例的一种配置，该实施例相对于图15的实施例改进了平衡输出端子对OUT1，OUT2中信号间的相位差；
图17是示出按照本发明第七实施例的声表面波器件的视图；
图18是示出按照本发明第八实施例的声表面波器件的视图；
图19是示出按照本发明第九实施例的声表面波器件的视图；以及
图20是改进图19实施例中平衡输出端子对OUT1，OUT2之间的相位差的一个实施例。
具体实施方式
下文中，将参照附图来说明本发明的各实施例。顺便提一句，下面各实施例的描述是为了理解本发明而进行的，本发明的保护范围不限于所述各实施例、各附图以及对其进行的描述。
图2是示出按照本发明的作为声表面波滤波器的声表面波器件10的适合的实例的视图，所述声表面波器件10引到类似图1的混频电路IC3。
按照本发明的声表面波滤波器具有不平衡-平衡变换功能和阻抗变换功能。这样，有可能把混频电路IC3的平衡输入设置成输入阻抗。因此，有可能不使用单独的不平衡-平衡变换功能和阻抗变换功能电路，而这种电路在图1中是必需的。因此，有可能实现器件小型化。
图3示出按照本发明第一实施例的声表面波器件10的电极结构，它用在图2的一个实例中。
图3中，单一的输入叉指形换能器(IDT)100和输出叉指形换能器(IDT)200排列在形成于压电基片上的声表面波传播路径上，这一点随后将详细描述。
在输入IDT 100一侧的第一叉指形电极指101连接到信号输入端IN，而反向的第二叉指形电极指102接地。第一电极指101和第二电极指102重叠的宽度X就是输入IDT 100的声孔径宽度。
另一方面，输出IDT 200有第一和第二分开的叉指形换能器(IDT)201、202，它们的声孔径宽度X1、X2在输入IDT 100的声孔径宽度X范围内大致为声孔径宽度X的一半。
第一分开的IDT 201的一个电极指和第二分开的IDT 202的一个电极指分别连接到平衡输出端子对OUT1、OUT2，而且进一步第一和第二分开的换能器IDT 201、202的另外的电极指分别这样配置，以便它们以具有公共连接端的方式连接。
在此，特别地，第一和第二IDT 201、202的电极指如此配置，使得其位置在电极指的位置相互滑移一个周期，也就是1/2声表面波波长。
图4是构成声表面波器件的视图，其中在图3中示出的电极结构被排列在压电基片11上。在此，压电基片11以预定的旋转角度切割LiTaO3或LiNbO3晶体块获得。
图4中，声表面波器件的输入端子IN，接地端子GND，和输出端子OUT1、OUT2提供在组件(未示出)的外部，并且形成在压电基片11上的每个电极垫12通过引出线与每个端子连接。
图5为示出另一个端子结构的实施例。图3的电极结构与图4的结构类似地形成在压电基片11上。该结构与图4的不同之处在于输入端子IN，接地端子GND，和输出端子OUT1、OUT2通过接合片13而不是通过引出线的连接与电极垫12连接。
图6是说明图3电极结构的工作原理的视图，并且特别地，它代表性地示出了声表面波(下文称SAW)在输入端和输出端之间传播时的状态。在此，两个分开的输出IDT 201、202的上面部分称为轨迹1，其下面部分称为轨迹2。
考虑声表面波器件工作时的某一时刻。首先，一个输入电信号通过输入IDT 100变换成SAW。该SAW在压电基片上传播。此外，把SAW作为轨迹1和轨迹2入射到输出IDT 200的第一和第二分开的IDT201、202的每个上。图6中示出轨迹1和2各自的SAW幅度。
在SAW入射到轨迹1和2上时，SAW又变换成电信号。这时，电极指的位置在轨迹1和2之间滑移半个波长。由于这个原因，通过输出端子对OUT1、OUT2得到的电信号的相位相互滑移180°，对此可能出现±10°至15°的偏离，这是允许的。
也就是说，图3的实施例中，在输出端子对OUT1和OUT2之间形成平衡端子对，从而实现不平衡输入-平衡输出是可以理解的。接下来将考虑I/O阻抗。在IDT电极指之间形成容抗，而容抗的大小取决于电极指的间隔和声孔径宽度。
图6中，输入IDT 100电极指之间的间隔A-B等于输出IDT 200电极指的间隔C-D。因此，当输入阻抗为50欧姆时，由于在轨迹1侧IDT 201的阻抗中，IDT 201的声孔径宽度X1大约是输入IDT 100的声孔径宽度X的一半，所以，阻抗加倍或变为大约100欧姆。
另一方面，在轨迹2侧IDT 202的阻抗类似地变为大约100欧姆。因此，当从平衡输出端子对OUT1和OUT2之间看时，由于两个输出IDT201、202串联，输出侧总的阻抗变为大约200欧姆。因此，有可能将I/O阻抗从50欧姆变换到200欧姆。
图7是示出相对于图3所示电极结构的改进的视图。图7中，IDT201和IDT 202的连接部分的电极通过电极213与在输入IDT 100侧接地的第二电极指102连接。于是，IDT 201和IDT 202的连接部分的电极被设定为地电位。
通过形成这种结构，其优点在于可使平衡输出端子对OUT1、OUT2中信号的相位差有效。
图8为指出通过形成图7的这种电极结构，在平衡输出端子对OUT1、OUT2之间的相位差的改进的数据。图8中，横坐标轴表示归一化频率，纵坐标轴表示相位差。
图8中，曲线I指出IDT 201和IDT 202的连接部分的电极被设定为地电位的情况，而曲线II指出一个与图3所示结构相同的实例。在图8中，IDT 201和IDT 202的连接部分的电极被设定为地电位是显然的，由此可使输出端子对OUT1和OUT2的相位差小。
图9是示出声表面波器件透视图的视图，其中图8的这种电极结构形成在压电基片11上。通过添加电极213，IDT 201和IDT 202的连接部分与链接地的输入IDT 100的第二电极指102连接。
在此，电极213的作用是使得IDT 201和IDT 202的连接部分接地。因此，IDT 201和IDT 202的连接部分与地而不是与电极213连接是可能的。
图10为示出其它配置的视图。在图10的配置中，提供与IDT 201和IDT 202的连接部分链接的电极垫14，并且该电极垫14经电极引线直接接地。借助这种配置，减少输出端子对OUT1和OUT2之间的相位差也是可能的。
图11是示出本发明的第二实施例的视图。图11示出在压电基片上形成的IDT的电极指配置，它类似图3。排列两个输入IDT 101、102和夹在它们之间的一个输出IDT 200。此外，在上述配置两侧都包括反射器301、302，它们形成所谓双模滤波器配置。
在此，按照本发明，当输出IDT 200以与图3的实例相同的方式分成上下两个IDT 201、202时，从那里引出的两个信号是输出端子对OUT1和OUT2之间的平衡输出。
在使用这种双模滤波器的情况下，有可能实现高衰减的不平衡-平衡滤波器。
此外，在图11的实施例中，阻抗变换功能也与前面图6中所述一致。
图12示出本发明的第三实施例，并示出以与前面的实例相同的方式在压电基片上形成的IDT的电极指配置。该实施例也具有双模滤波器配置。其特征在于，与图11的实施例相反，在输出侧使用IDT的两种组合(IDT 201、202和IDT 203、204)。
按照图12示出的实施例，可以获得与第二实施例相同的特性，并且在希望把输出阻抗设置成低于第二实施例的情况下它是有效的。也就是说，如前面所述，使用IDT的两种组合(IDT 201、202，和IDT 203、204)，并把它们并联到平衡输出端子对OUT1、OUT2。
因此，在图12实施例中，当输入IDT 100的I/O阻抗为50欧姆时，输出阻抗就变为100欧姆。
图13示出本发明的第四实施例，它具有包括五个IDT的多电极型声表面波滤波器，其中交替地排列三个输入IDT 101至103，以及两组输出IDT 201至202、203至204。
通常，多电极型可规定为包括多个(三个或三个以上)IDT。图11和12中双模型实施例相当于多电极型中含最少个数IDT的情况。
在此，在这种配置中，两组输出IDT 201至202、203至204的每个输出都引到平衡输出端子对OUT1、OUT2。在该实施例的配置中，有可能实现通带宽度相对较宽的平衡滤波器。
图14进一步示出本发明的第五实施例，并示出以与前面实例相同的方式在压电基片上形成的IDT的电极指的配置。
第五实施例和图13的实施例相同使用多电极配置，但在输出侧使用三组IDT 201至202、203至204以及205至206。可以获得与图13相同的特性，而且在希望把输出阻抗设置成低于图13的实施例的情况下它是有效的。
图15示出本发明的第六实施例，并示出以与前面实例相同的方式在压电基片上形成的IDT的电极指的配置。通过两级级联来配置多电极型滤波器。也就是说，第一级IDT 103至105级联到第二级IDT 113至115。
此外，作为滤波器第二级的输出IDT，使用两组IDT 201至202、和203至204。两组IDT 201至202、和203至204的输出信号输出到平衡输出端子对OUT1、OUT2。
在使用这种配置时，因为在第一级和第二级形成级联，其优点是可以获得大的衰减量。
图16是实施例的一种配置，该实施例相对于图15的实施例改进了平衡输出端子对OUT1，OUT2中信号间的相位差。与平衡输出端子对OUT1、OUT2链接的分开的IDT 201、202的公用电极206和分开的IDT 203、204的公用电极207接地。
顺便提一句，公用电极既在公用电极206侧也在公用电极207侧经邻近的IDT 114，113和IDT 113，115接地，这使得接地得以加强。
在图16示出的电极结构中，当电极间隔相等时，连接第一步和第二步的电极121、122中的信号的相位相互相差180°。此外，电极122，123中信号的相位相互相差180°。
因此，如果使用这种结构，当其中的信号输入到平衡输出端子对OUT1和第二步的电极121-123的距离等于其中的信号输入到平衡输出端子对OUT2和第二步的电极121-123的距离时，其优点是可使平衡输出端子对OUT1、OUT2中信号间的相位差有效。
图17示出本发明的第七实施例，并示出以与前面实例相同的方式在压电基片上形成的IDT的电极指配置。第七实施例具有和图11的实施例中相同的配置，其中将配置成在双模滤波器输入侧具有IDT 110和反射的IDT 111、112的串联谐振器级联。
该实施例具有这样的特征，通过适当设置串联谐振器的频率可以在通带附近高频侧获得大的衰减量。
图18示出本发明的第八实施例，并示出以与前面实例相同的方式在压电基片上形成的IDT的电极指配置。图18实施例是对图17实施例的扩展，相对于配置成具有在双模滤波器输入侧与所谓的梯形滤波器级联的IDT 110和反射IDT 111、112的串联谐振器，该实施例是这样配置的，使得配置成具有IDT 120和反射的IDT 121、122的串联谐振器进一步并联。
在该配置中，可以在通带中插入损耗不是相当恶化的情况下在通带附近获得大的衰减量，因此可以实现平衡滤波器。
图19示出本发明的第九实施例，并示出以与前面实例相同方式在压电基片上形成的IDT的电极指配置。双模滤波器是级联的。由连接到输入端IN的IDT 113、输出IDT 211、212和反射IDT 311、312配置第一级双模滤波器。
第一级双模滤波器的输出IDT 211、212连接到第二级双模滤波器的输入IDT 101、102。该实施例如此配置，使得第二级滤波器的输出IDT 200分成IDT201、202。
该实施例中，通带的插入损耗小，并且有可能实现具有高衰减特性的平衡滤波器。
图20是一个改进图19的实施例中平衡输出端子对OUT1，OUT2之间的相位差的实施例。与前面图7和16中的实施例类似，分开的IDT201、202的公用电极206接地。
通过使每个电极间隔相等，与各步连接的电极121、122中的信号的相位相互相差180°。借助这种配置，当其中的信号输入到平衡输出端子对OUT1和第二步的电极121-122的距离等于其中的信号输入到平衡输出端子对OUT2和第二步的电极121-122的距离时，与图8所示类似，平衡输出端子对OUT1、OUT2中信号间的相位差得以改进。
在此，在各实施例中，描述了配置IDT的电极指形成并排列在压电基片上的情况，该压电基片从诸如LiTaO3、LiNbO3、或类似的晶体上切割下。作为其中可以传播的声表面波的损耗最小并且具有宽的带宽的压电基片，本发明人先前已在日本公开特许公报No.8-179551中提出了一种压电基片。因此，希望先前提出的这种基片也在本发明中使用。
这种优选的压电基片是旋转40°至44°的Y-X LiTaO3，就是把LiTaO3单晶按照从Y轴到Z轴的一个旋转角度绕X轴旋转而切割下来，旋转角度在40°至44°之间。旋转66°至74°的Y-X LiNbO3也是优选的，就是把LiNbO3单晶按照从Y轴到Z轴的一个旋转角度绕X轴旋转而切割下来，旋转角度在66°至74°之间。
此外，在各实施例中描述了在输入侧不平衡和输出侧平衡的情况下如何使用声表面波器件，但是，这两者是可逆的，按照本发明的声表面波器件输入侧平衡并匹配输出侧不平衡也是可能的。
按照本发明，正如以上参考附图所描述的各实施例，有可能实现具有不平衡-平衡变换功能和不平衡-平衡端子之间阻抗变换功能的声表面波器件。
因此，提供一种其上安装有声表面波器件的通信设备等的小型化配置是可能的。

Claims (7)

1.一种声表面波器件，它包括排列在压电基片声表面波传播路径上的多个叉指形换能器和排列在两侧的反射电极，其中
所述多个叉指形换能器包括交替排列的第一类型叉指形换能器和第二类型叉指形换能器，其中
当所述第一类型叉指形换能器的电极指的声孔径宽度用X表示时，所述第二类型叉指形换能器中的每一个具有两个分开的叉指形换能器，每个换能器具有这样的电极指，其中电极指的每个声孔径宽度用X/2表示，并且其中
所述第一类型叉指形换能器连接到不平衡输入或输出端子对，所述两个分开的叉指形换能器串联，所述各自电极指的所述电极从所述两个分开的叉指形换能器引出并连接到平衡端子对，而且所述两个分开的叉指形换能器各自的电极指如此排列，使得在所述平衡端子对中的信号有180°相差，以及
两个分开的叉指形换能器的连接部分接地。
2.根据权利要求1的声表面波器件，其中
在所述两个分开的叉指形换能器中，在与所述平衡端子连接的一侧的电极指的位置相互滑移半波。
3.根据权利要求1的声表面波器件，其中
所述多个叉指形换能器由三个叉指形换能器构成一个双模滤波器。
4.根据权利要求1的声表面波器件，其中
所述多个叉指形换能器为五个或五个以上的叉指形换能器，它们构成多电极滤波器。
5.根据权利要求1的声表面波器件，其中
所述压电基片是旋转40°至44°的Y-X LiTaO3。
6.根据权利要求1的声表面波器件，其中
所述压电基片是旋转66°至74°的Y-X LiNbO3。
7.一种声表面波器件，包括：
第一和第二级，所述第一和第二级级联，所述第一级具有多个排列在压电基片声表面波传播路径上的第一类型的叉指形换能器，并且所述第二级具有多个排列在所述声表面波传播路径上的叉指形换能器，
其中所述第二级的所述多个叉指形换能器包括交替排列的第一类型叉指形换能器和第二类型叉指形换能器，
其中当所述第一类型叉指形换能器的电极指的声孔径宽度用X表示时，所述第二类型叉指形换能器的每一个具有两个分开的叉指形换能器，每个叉指形换能器具有这样的电极指，其中电极指的每个声孔径宽度用X/2表示，并且
其中所述第一级的叉指形换能器连接到不平衡输入或输出端子对，并且所述第二类型的所述两个分开的叉指形换能器串联，并且各自电极指的所述电极从所述两个分开的叉指形换能器引出并连接到平衡输出或输入端子对，而且所述两个分开的叉指形换能器各自的电极指如此排列，使得在所述平衡端子对中的信号有180°相差，以及
其中所述第一和第二级的叉指形换能器在叉指形换能器的多个连接部分相互级联，并且第一类型叉指形换能器的相位在所述多个连接部分的各邻近连接部分相反。
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