CN1172437C - 利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器，比利用面积膨胀振动模式或长度振动模式的滤波器要小，易于通过改变三个端子滤波器的厚度和长度对其进行调节，以产生所要求的频率。三个端子滤波器包括基本为正方形形状的三个电极；和基本为正方形形状的两个压电层，它们被交替地层叠起来。压电层在与厚度方向相同的方向上或者在相反的厚度方向上被极化。三个端子滤波器进一步包括起输入电极作用的一个表面电极、起输出电极作用的另一个表面电极和起接地电极作用的内部电极。
Description
技术领域
本发明涉及在例如AM滤波器或其他合适装置中使用的利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器。
背景技术
在kHz波段中使用的传统三个端子滤波器包括利用面积膨胀振动模式的滤波器和利用长度振动模式的滤波器。
图1示出利用面积膨胀振动模式的AM三个端子滤波器B的一个例子。
在这一滤波器B中，中心电极11设置在正方形形状的压电陶瓷基板10的中心部分表面上。环绕中心电极11的环形电极12设置在其外部，接地电极13设置在整个背面上。输入端子11a、输出端子12a和接地端子13a分别接至中心电极11、环形电极12和接地电极13。
图2示出图1所示的三个端子滤波器B的电路图。
在利用面积膨胀振动模式的三个端子滤波器B中，谐振频率是由三个端子滤波器B的一条边的长度确定的。例如，如果40kHz滤波器是所需的，那么该滤波器的一条边的长度为50mm。
近年来，电子装置的小型化越来越重要，因此电子元件也需要做得更小和更薄。上述滤波器是相对较大的，不能被足够地小型化。因此，利用面积膨胀振动模式的三个端子滤波器仅仅可应用于频率约为几百kHz或更大的滤波器。
在利用长度振动模式的三个端子滤波器中，与利用面积膨胀振动模式的滤波器一样，由于谐振频率是由其形状(长度)确定的，尺寸减小是十分困难的。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供一种利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器，它比利用面积膨胀振动模式或长度振动模式的三个端子滤波器小得多，其中频率是通过改变滤波器的厚度和长度而调节的。
此外，根据本发明较佳实施例的三个端子滤波器实现比同等尺寸的传统三个端子滤波器更低的频率。
根据本发明的较佳实施例，具有基本为正方形形状的三个电极与具有基本为正方形形状的两个压电层交替地层叠起来。压电层在与厚度方向相同的方向或者其相反方向上极化。一个表面电极起输入电极的功能，另一个表面电极起输出电极的功能，一个内部电极起接地电极的功能。结果，提供一个利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器。
在利用弯曲振动模式的基本为矩形的谐振器中，发生长边弯曲振动模式和短边弯曲振动模式。然而，当其形状接近正方形时，短边弯曲振动模式和长边弯曲振动模式的频率是大致相等的。当谐振器基本为正方形时，长边弯曲振动模式和短边弯曲振动模式二者重叠，由此产生十分大的面积翘曲振动模式。
在根据本发明较佳实施例的利用面积翘曲振动模式的谐振器中，极化方向与电场方向是相同的的压电层在平表面的方向上收缩，极化方向与电场方向是相反的的压电层在平表面的方向上膨胀。因此，在谐振器中产生面积翘曲振动模式。在利用面积翘曲振动模式的这种谐振器中，与利用面积膨胀振动模式的压电谐振器相比，如果两种谐振器具有相同的谐振频率，利用面积翘曲振动模式的谐振器的尺寸要小得多。相反，如果两种谐振器尺寸相同，用利用面积翘曲振动模式的谐振器可获得具有更低频率的滤波器。
在利用面积膨胀振动模式的谐振器中，谐振频率是仅仅由一条边的长度确定。另一方面，在利用面积翘曲振动模式的谐振器中，谐振频率不仅由一条边的长度，而且由由谐振器的厚度确定。因此，通过改变谐振元件的边长度和厚度可以调节谐振频率。
此外，在利用面积翘曲振动模式的谐振器中，与利用面积膨胀振动模式的谐振器相比，因为将双层压电层层叠起来，即使当总厚度相同时，可以使每一压电层的厚度更薄，约为传统厚度的1/2。因此，端子之间(即输入电极与接地电极之间和输出电极与接地电极之间)的电容大致翻一倍。
从参考所附的附图对较佳实施例的详细描述，本发明的其他特性、原理、优点和特征将变得更加清楚。
附图说明
图1是利用传统面积膨胀振动模式的三个端子滤波器的透视图。
图2是图1所示的三个端子滤波器的电路图。
图3是根据本发明一个较佳实施例的三个端子滤波器例子的透视图。
图4是图3中所示三个端子滤波器的截面图。
图5是表明图3中所示三个端子滤波器的极化方向的图。
图6是利用面积翘曲振动模式的图3的三个端子滤波器的图。
图7是图3中所示三个端子滤波器的滤波器特性图。
图8是利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器与利用面积膨胀振动模式的三个端子滤波器的厚度和一条边长度的关系图。
具体实施方式
图3和图4示出根据本发明的利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器的第一较佳实施例。
这个滤波器A较佳地包括两个基本为正方形形状的压电层(压电陶瓷层)1和2，它们与介于其间的内部电极3层叠起来。表面电极4和5分别设置在层叠起来的压电层1和2的外部主表面上。两个压电层1和2的厚度较佳地大致相同。
内部电极3被接至接地端子3a，一个表面电极4被接至输入端子4a，另一个表面电极5被接至输出端子5a。电路图示于图2中。
压电层1和2能够在如图5A所示的相同厚度方向、在如图5B所示的相反的面向外的方向以及在如图5C所示的相反的面向内的方向上极化。
例如，正如图5B所示，在包括压电层1和2的滤波器A中，其中在相反方向上极化，当将正电位加在输入端子4a上而将负电位加在输出端子5a上时，在从表面电极4延伸到表面电极5的方向上产生电场E。
极化方向与电场方向相反的压电层1在平表面的方向上膨胀。极化方向与电场方向相同的压电层2在平表面的方向上收缩。因此，正如图6所示，滤波器A弯曲，变为向上的凸面。如果使电场方向翻转，滤波器A弯曲，变为向下的凸面。因此，如果在输入端子4a与输出端子5a之间施加高频电场，滤波器A以所要求的频率以面积可翘曲模式振动。
图7示出根据本发明第一较佳实施例的滤波器A中的振幅特性和群延迟特性(GDT)。
正如从图7清楚地所示，用滤波器A产生了优越的滤波器特性。
在利用面积膨胀振动模式的谐振器中，谐振频率仅仅由边的长度确定，不受谐振器厚度的影响。另一方面，在利用面积翘曲振动模式的谐振器中，谐振频率Fr按照以下方程式由厚度t和边长度L确定：
Fr∝t/L2
因此，谐振频率Fr正比于厚度t而反比于边长L的平方。
在图8中，比较了利用面积翘曲振动模式的滤波器A和利用面积膨胀振动模式的谐振器的相同频率(Fr＝40kHz)中的元件尺寸。
正如图中表明的，在相同频率下，以面积可翘曲模式振动的元件比以面积膨胀模式振动的元件小约1/5。具体而言，在Fr＝40kHz的三个端子滤波器中，在面积膨胀模式振动元件中，一条边的长度约为50mm。然而，在面积可翘曲振动元件中，一条边的长度约为10mm或更小。此外，如果面积可翘曲振动元件的厚度约为0.2mm或更小，那么元件的边长减小到约5mm或更小。
因此，根据本发明的较佳实施例，三个端子滤波器包括三个电极和两个压电层，它们被交替地层叠起来并在厚度方向上极化，其中一个表面电极起输入电极的作用，另一个表面电极起输出电极的作用，一个内部电极起接地电极的作用。因此，两个压电层产生面积翘曲振动模式。因此，根据本发明较佳实施例的滤波器与具有相同频率的利用面积膨胀振动模式的滤波器或者利用长度振动模式的滤波器相比，其尺寸大为缩小。反过来说，在滤波器具有相同尺寸的地方，根据本发明的较佳实施例可获得具有更低频率的三个端子滤波器。
此外，由于通过改变厚度和边长度，能够调节频率，能够获得具有不同频率的三个端子滤波器。
虽然参考较佳实施例已经描述了本发明，应当理解，可以作出各种变化和改进，而在其更宽的诸方面中不偏离本发明，因此，期望所附的权利要求书覆盖落在本发明精神和范围内的所有这些变化和改进。
Claims (5)
1.一种利用面积翘曲振动模式的三个端子滤波器，其特征在于包括：
基本为正方形形状的至少三个电极；
基本为正方形形状的至少两个压电层；其中
所述至少三个电极和所述至少两个压电层被交替地层叠起来；
所述至少两个压电层在厚度方向上被极化；以及
所述至少三个电极包括位于所述滤波器的第一表面上的第一表面电极，其作用为输入电极、位于所述滤波器的第二表面上的第二表面电极，其作用为输出电极、以及位于所述至少两个压电层之间的内部电极，其作用为接地电极。
2.如权利要求1所述的三个端子滤波器，其特征在于，所述至少两个压电层在相同方向上被极化。
3.如权利要求1所述的三个端子滤波器，其特征在于，所述至少两个压电层中的一层在第一方向上被极化，而所述至少两个压电层中的另一层在与第一方向相反的方向上被极化。
4.如权利要求1所述的三个端子滤波器，其特征在于，所述至少两个压电层中的一层在从所述第一表面向所述内部电极延伸的方向上被极化，而所述至少两个压电层中的另一层在从所述第二表面向所述内部电极延伸的方向上被极化。
5.如权利要求1所述的三个端子滤波器，其特征在于，所述至少两个压电层中的一层在从所述内部电极向所述第一表面延伸的方向上被极化，而所述至少两个压电层中的另一层在从所述内部电极向所述第二表面延伸的方向上被极化。
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