CN1173468C - 声表面波装置和通信设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声表面波装置，包含压电基片、第一叉指式换能器、第二叉指式换能器和第一耦合器。第一和第二叉指式换能器设置在压电基片的表面上，从而使第二叉指式换能器与由第一IDT激励的声表面波传播方向偏离。第一边缘设置在压电基片上，以将被激励的声表面波反射到第一和第二叉指式换能器，并且压电基片上的具有多个金属带的第一耦合器设置在压电基片的第一边缘和第一及第二叉指式换能器中至少一个之间，以便接近于第一和第二叉指式换能器。声表面波装置使用切向水平表面波工作。该声表面波装置还包含压电基片上的第二边缘。第二边缘位于第一和第二叉指式换能器中至少一个的侧面上的第二边缘(其中未放置第一耦合器)，并且第二边缘不垂直于声表面波传播方向。

Description

声表面波装置和通信设备
技术领域
本发明涉及一种使用谐振器和诸如多带耦合器、定向耦合器之类的耦合器的声表面波滤波器。本发明尤其涉及一种具有低损耗和波形因数的声表面波装置和结合了这种装置的通信设备。
背景技术
传统地，作为用于移动通信设备中的IF滤波器的声表面波滤波器是已知的。这种声表面波滤波器包含已知的，具有纵向耦合和横向耦合的双模式声表面波谐振器滤波器。在双模式声表面波谐振器滤波器中，由于滤波器的通带的宽度显著地受到确定声表面波滤波器的压电基片的机电耦合系数的影响，故不可能通过改变用于IDT(叉指式换能器)和反射器的设置和结构本质上改变滤波器的通带的宽度。
最近，将注意力集中到一种声表面波滤波器上，在这种声表面波滤波器中，结合了多带耦合器，除了机电耦合系数外，还通过改变用于IDT和反射器中的电极的设置和结构，改变滤波器的通带宽度。
图11是示出使用多带耦合器的声表面波滤波器101的平面图。
如图11所示，在压电基片102上设置第一IDT103、第二IDT104、多带耦合器105和反射器103a、103b、104a和104b。
第一IDT103的一个梳形电极连接到输入端子106，其另一个梳形电极接地。第二IDT104的一个梳形电极连接到输出端子107，其另一个梳形电极接地。
多带耦合器105包含多个带状线，并位于图11中的右侧，以便覆盖从第一IDT103到第二IDT104的区域。
将反射器103a和103b沿表面波传播方向如此设置，从而，第一IDT103和多带耦合器105位于反射器103a和103b之间。反射器104a和104b沿表面波传播方向如此设置，从而第二IDT104和多带耦合器105位于反射器104a和104b之间。
上述声表面波滤波器的反射器具有特定的频率特性。由此，当必须将反射器的频率特性调节到IDT的频率特性时，需要许多的反射器。例如，在从100到300MHz的情况下，需要接近于200个反射器。
另外，在上述声表面波滤波器的情况下，由于反射器的数量增加，并且反射器的长度由此而增加，故在输出电极处检测到的声表面波信号延迟，从而使群延迟时间特性的偏差增加。
换句话说，如图12所示，有这样的趋向，即，对于滤波器频率特性C的通带中的群延迟时间D的两端增加，并且特性D的偏差接近于0.5μS。
另外，当群延迟时间特性增加时，信号的相位变化大。结果，无法得到相对于输入信号正确的响应。由此，在结合了声表面波装置的通信设备，诸如蜂窝电话之类的通信设备中，虽然接收到无线电波，但是有可能在通过电话交谈时，声音被切去，或者没有声音输出。
另外，由于增加了反射器的长度，诸如声表面波滤波器之类的整个声表面波装置的尺寸也增加。这妨碍了声表面波装置的小型化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提出了一种声表面波滤波器件，其中，群延迟时间特性的偏差减小，并且使装置的小型化容易实现。
根据本发明的较佳实施例的声表面波装置包含压电基片，第一叉指式换能器，第二叉指式换能器和第一耦合器。
将第一和第二叉指式换能器设置在压电基片的表面上，从而使第二叉指式换能器从由第一IDT激励的声表面波的传播方向偏离。第一边缘设置在压电基片上，以将被激励的声表面波反射到第一和第二叉指式换能器，并且在压电基片上具有多个金属带的第一耦合器设置在压电基片的第一边缘和第一及第二叉指式换能器中的一个之间，从而邻近第一和第二叉指式换能器。声表面波装置使用切向水平表面波工作。所述声表面波装置还包含压电基片上的第二边缘。第二边缘位于第一和第二叉指式换能器中至少一个的侧面上的第二边缘(其中未放置第一耦合器)，并且第二边缘不垂直于声表面波传播方向。
根据本发明的另一个较佳实施例的声表面波装置还包含压电基片上的第二耦合器，它如此设置，从而第一和第二耦合器介入在第一和第二叉指式换能器之间。
根据本发明的另一个较佳实施例的声表面波装置还包含在第一耦合器和第二耦合器之间的第三叉指式换能器。
声表面波装置还包含覆盖第一和第二叉指式换能器的树脂薄膜。
声表面波装置可以结合到通信设备或其它电子装置中。
根据本发明的较佳实施例，由于将耦合器用于在反射端表面上反射声表面波，故群延迟时间特性是平坦的且群延迟时间特性的偏差因而较小。另外，由于在反射端表面上的反射部分发生的损耗比在反射器处受到的抑制更大，故本质上减小了介入损耗。另外，由于反射端表面上的反射部分替代了反射器而被使用，故可以大大有助于装置的小型化。
附图说明
从下面参照附图的对本发明的较佳实施例的描述，本发明的其它特点、特性、因素和优点将是显然的。
图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波滤波器的平面图；
图2是说明根据本发明第一较佳实施例的声表面波滤波器的频率特性和群延迟时间特性的特性曲线；
图3是根据本发明的第一较佳实施例的第一种修改的声表面波滤波器的平面图；
图4是根据本发明的第一较佳实施例的第二种修改的声表面波滤波器的平面图；
图5是根据本发明的第一较佳实施例的第三种修改的声表面波滤波器的平面图；
图6是根据本发明的第一较佳实施例的第四种修改的声表面波滤波器的平面图；
图7是根据本发明的第一较佳实施例的第五种修改的声表面波滤波器的平面图；
图8是根据本发明的第二较佳实施例的声表面波滤波器的平面图；
图9是由图8的沿线X-X取得的截面图；
图10是根据本发明的第三较佳实施例的双工器和根据其第四较佳实施例的通信设备的方框图；
图11是使用传统的多带耦合器的声表面波滤波器的平面图；
图12是说明使用传统的多带耦合器的传统声表面波滤波器的频率特性和群延迟时间特性的特性曲线图。
具体实施方式
图1是根据本发明的第一较佳实施例的声表面波滤波器的平面图；
声表面波滤波器1使用诸如拉夫波、BGS(bleustein-GulyaeyShimizu)波、漏泄波之类的切向水平波或者其它适当的切向水平波工作。
声表面滤波器1包含压电基片2、第一IDT3、第二IDT4和多带耦合器5。第一IDT3、第二IDT4和多带耦合器5最好由诸如铝之类的电极材料或其它适当材料制成，并设置在压电基片2上。
第一IDT3和第二IDT4的各自的轨迹基本上垂直于IDT3和IDT4的各自的电极指延伸的方向。由IDT3或IDT4激励的声表面波，或要由IDT3或IDT4接收的声表面波沿这种轨迹传播。
将第一IDT3和第二IDT4设置在压电基片上，从而IDT3和4的各自的轨迹不相一致。即，IDT4与由被IDT3激励或被其接收的声表面波传播方向偏离。
IDT3和4的每一个都包含一对梳形电极。第一IDT3的一个梳形电极连接到输入端子6，其另一个梳形电极接地。第二IDT的一个梳形电极连接到输出端子7，其另一个梳形电极接地。
多带耦合器5包含由诸如铝薄膜之类的金属薄膜或其它适当的材料制成的多个带状线，并设置在压电基片2上，以便邻近IDT3和IDT4。结果，多带耦合器5覆盖了IDT3和IDT4的轨迹。更具体地说，在声表面波装置1的情况下，多带耦合器5位于IDT3和IDT4的右侧上。
将多带耦合器5的每一个带状线的宽度和带状线之间的间隔调节到大于λ/8，并小于λ/4的值，其中，λ是被IDT3和4激励的声表面波的波长，从而传播到多带耦合器5中的声表面波不由多带耦合器5反射。其中有声表面波传播的多带耦合器5的长度如此调节，从而沿IDT3的轨迹传播的声表面波传输到IDT4的轨迹中。对于熟悉现有技术的人，设计具有理想特性的多带耦合器的方法是已知的。
如图1所示的第一和第二IDT3和4的左侧和图1所示的多带耦合器5的右侧上，设置有压电基片2的边缘2a和2b。边缘2a和2b将表面声波反射到IDT3和IDT4。在多带耦合器5的带状线的宽度和带状线之间的间隔总和设置为距离W的情况下，较佳地，边缘2b位于接近于边缘2b的带状线的中心相大致上W/2或W/2的整数倍的位置，从而在边缘2b达到更好的反射。边缘2b可以和多带耦合器5的最外面的带状线齐平。在这种情况下最外面带状线最好具有不等于W/4的宽度。
在声表面波滤波器1中，声能如图1中的箭头所示地传播。换句话说，当信号由输入端子6输入时，第一IDT3被激励，并且声能由此通过多带耦合器5传播。传播的声能在边缘2b上反射，并且反射的能量进入第二IDT4，以从输出端子7输出。
下面，将描述上述声表面波滤波器1的频率特性。图2是频率特性曲线图，它是在和具有如图12所示的反射器的传统的声表面波滤波器101的相同的情况下测量到的。
如图2所示，当和具有如图12所示的反射器的传统的声表面波滤波器101相比时，滤波器的频率特性A的通带中的群延迟时间特性是平坦的，并且群延迟时间特性的偏离是小的，接近于0.15μs.另外，由于在反射端表面上的反射部分处发生的损耗基本上小于在反射器处发生的损耗，故频率特性A的通常中的介入损耗减小2dB到3dB。
下面，将参照图3说明本发明的第一较佳实施例的第一种修改。图3是根据第一种修改的声表面波滤波器11的平面图。相同的标号给予和图1所示的声表面波滤波器1的那些结构元件相同的元件，并且省略了对它们的详细的解释。
和图1所示的声表面波滤波器的结构不同，在这个修改中，分别将多带耦合器5a和5b放置在第一IDT3和第二IDT4的两侧上。更具体地说，将IDT3和IDT4置于多带耦合器5a和5b之间，从而IDT3和IDT4覆盖了多带耦合器5a和5b。声表面波装置11的多带耦合器5b对应于声表面波装置1的多带耦合器5。另外，多带耦合器5b设置在压电基片2上，从而边缘2a和多带耦合器5b的邻近边缘2a的电极指的中心之间的距离设置为上述的值。
通过这种方法，通过将多带耦合器5a和5b设置在第一和第二IDT3和4的两侧上，有助于第一和第二IDT3和4的耦合。换句话说，由于声能通过双通道传播，如图3中的箭头所示，故从输入端子6输入的信号有效地从输出端子7输出。
通过这种结构，和仅仅将多带耦合器5设置在一侧的(如图1所示)的声表面波滤波器1相比，在滤波器1的通带中发生的大约10dB的介入损耗减小大约5到6dB。最终，介入损耗减小到大约5dB。
下面，将参照图4说明本发明的第一较佳实施例的第二种修改。图4是根据第二种修改的声表面波滤波器21的平面图。相同的标号给予和图1所示声表面波滤波器1的结构元件相同的元件，并且省略了对它们的详细解释。
和图1所示的声表面波滤波器1的结构不同，在这个修改中，第一IDT3a和3b以及第二IDT4a和4b设置在压电基片2上，从而多带耦合器5设置在第一IDT3a和3b以及第二IDT4a和4b之间。
通过这种方式，通过将多带耦合器5放置在第一IDT3a和3b以及第二IDT4a和4b之间，有助于第一IDT3a和3b与第二IDT4a和4b之间的耦合。换句话说，由于表面声能通过多带耦合器5传播，如图4中的箭头指出地，故从输入端子6输入的信号有效地从输出端子7输出。
通过这种结构，和具有单个的第一IDT3和单个的第二IDT4的声表面波滤波器1相比，大大减小了滤波器的通带中产生的介入损耗。
下面，将参照图5说明本发明的第一较佳实施例的第三种修改。图5是根据第三种修改的声表面波滤波器31的平面图。相同的标号给予和如图1所示的声表面波滤波器1的结构元件相同的元件，并且省略了对它们的详细解释。
和如图1所示的声表面波滤波器的结构不同，在这个修改中，未设置多带耦合器的侧面上的边缘2c相对于表面波传播方向成θ(θ≠90度)角度地设置在压电基片2上。
当仅仅设置有多带耦合器5的侧面上的边缘2b用作对于第一IDT3和第二IDT4的反射边缘时，介入损耗稍稍大于在将IDT3和4的两侧都用作反射边缘的情况下的介入损耗。但是，反射边缘无法提供满意的反射特性，除非将反射边缘设置在适合于多带耦合器5、第一IDT3和第二IDT4的位置。由此，精确地安置反射边缘是重要的。当未将反射边缘安置在适当位置时，产生不必要的反射，导致不必要的寄生反射波。
由此，如图5所示，设置有多带耦合器5的一侧上的边缘2b(大大影响滤波器特性)被用作反射边缘。同时，在和设置有多带耦合器5的侧相对的侧上的边缘2c设置得相对于表面波传播方向成θ(θ≠90度)角度，从而相对的侧上的边缘不需要精确安置，并且不必要的、寄生发射波不被第一和第二IDT反射。这种修改的结构减小了不必要寄生反射波。
下面，将参照图6说明本发明的第一较佳实施例的第四种修改。图6是根据第四种修改的声表面波滤波器41的平面图。将相同的标号给予和图1所示的声表面波滤波器1的结构元件相同的元件，并省略了对它们详细的描述。
不同于如图1所示的声表面波滤波器1的结构，在这个修改例子中，多带耦合器5c和5d设置在压电基片2上，如图6所示。多带耦合器5c和5d在要耦合的某一个位置处相互接近，由此构成集成的单个多带耦合器。即，多带耦合器5c和5d用作集成的单个多带耦合器的一部分。
下面，将参照图7描述本发明的第一较佳实施例的第五种修改。图7是根据第五种修改的声表面波滤波器51的平面图。相同的标号给予和如图1所示的声表面波滤波器1的结构元件相同的元件，并且省略了对它们的详细描述。
不同于图1所示的声表面波滤波器1的结构，在这修改中，多带耦合器5a和5b设置在第一IDT3和第二IDT4的每一侧上，并且将第三IDT8沿基本上垂直于第一IDT3和第二IDT4的声表面波方向设置。
如图7所示，将第三IDT8沿基本上垂直于对于第一IDT3和第二IDT4的声表面波方向设置，并将多带耦合器5a和5b设置在第一到第三IDT3、4和8的每一侧上。另外，将第三IDT8的一个梳形电极连接到输入端子9，并将其另一个梳形电极接地。
通过这种结构，可以将第一IDT3和第二IDT8用作输入端，并且滤波器的通带中的介入损耗和仅仅具有第一和第二IDT3和4的声表面波滤波器1的情况相比进一步减小。
另外，将输入端子6和输入端子9用作平衡输入端子。在这种情况下，得到平衡输入—不平衡输出声表面波滤波器。另外，在这种修改中，虽然连接到第一IDT3的端子用作输入端子，连接到第二IDT4的端子用作输出端子，并且连接到第三IDT8的端子用作输入端子，但这不是可以应用于本发明的唯一的安排。根据情况和用途，连接到各个IDT的端子可以用作输入端子或输出端子。
下面，将参照图8和9说明本发明的第二较佳实施例。图8但是根据本发明的第二较佳实施例的声表面波滤波器61的平面图。图9是沿图8所示的滤波器的线X-X的截面图。相同的标号给予和第一较佳实施例中所示及其修改例子的那些元件相同的元件，并且省略了对它们的详细解释。
不同于图7所述的声表面波滤波器51，在本较佳实施例的声表面波滤波器61中，将凝胶树脂施加到包含第一IDT3、第二IDT4、第三IDT8和多带耦合器5a和5b的压电基片2上。
通过这种方法，通过将凝胶树脂施加到第一到第三IDT3、4和8，大大减小第一到第三IDT3、4、8和多带耦合器5a和5b中不必要的激励、反射和耦合。结果，将理想低频带以外的不必要的波动和和衰减减小大约10dB。
另外，如图9所示，凝胶树脂2a可以达到反射端表面的一部分。但是，由于IDT中的不必要的激励和反射给出极重要的影响，至少IDT涂敷有凝胶树脂。用于本发明的各个较佳实施例中的凝胶树脂最好具有低的渗透值。例如，使用肖氏硬度接近于30或更小的树脂。
下面，将说明本发明的第三和第四较佳实施例。图10是示出第三较佳实施例的双工器和第四较佳实施例的通信设备。
如图10所示，在通信设备71中，将具有接收声表面波滤波器72和发送声表面波滤波器73的双工器74的天线端子连接到天线75，并将输出端子连接到接收电路76，将输入端子连接到发送电路77。作为双工器74的接收声表面波滤波器72和发送声表面波滤波器73最好使用声表面波滤波器1到61中的一个或者它们的组合。在第一到第三较佳实施例中，将多带耦合器用作耦合器。或者，可以使用具有多个相互电气连接的带状线的定向耦合器。
虽然第一到第三较佳实施例将压电陶瓷用作压电基片，这不仅仅是应用于本发明的材料。或者，可以使用由钽酸锂、铌酸锂、四硼酸锂、兰加塞特(langasite)、石英或其它适当的材料制成的压电基片。另外，可以使用通过在由玻璃或者兰宝石或其它适当的材料制成的基片上形成由氧化锌、氮化铝、五氧化钽或其它适当的材料制成的压电薄膜而生产的压电基片。
在第一到第三较佳实施例中，第一到第三IDT和多带耦合器最好由铝制成。但是，其材料不限于铝。任何导电材料，诸如金、银、铜、钨、钽或其它适当的材料都可以使用。
另外，虽然将第一到第三较佳实施例用于确定上述声表面波滤波器，但是本发明不局限于这些。例如，本发明可以应用于诸如声表面波延迟线之类的声表面波装置。亦即，本发明可用于加入了多带耦合器的所有声表面波器件。
虽然已经揭示了本发明，各种实施这里所揭示的原理的模式落入在下面的权利要求范围内。因此，应该知道，本发明的范围只由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种声表面波装置，其特征在于包含：
压电基片；
设置在所述压电基片的表面上的第一叉指式换能器；
第二叉指式换能器，设置在所述压电基片的表面上，从而使所述第二叉指式换能器从由所述第一叉指式换能器激励的声表面波传播方向偏离；
设置在所述压电基片上，用于将所述被激励的声表面波反射到所述第一和第二叉指式换能器的第一边缘；
设置在所述压电基片上的第二边缘，它与所述压电基片上的所述第一边缘相对；和
具有多个金属带，并设置在所述压电基片上的第一耦合器，所述耦合器设置在所述压电基片的所述第一边缘和所述第一和第二叉指式换能器中的至少一个之间，以便接近于所述第一和第二叉指式换能器，其中
所述声表面波装置使用切向水平表面波工作；
所述第二边缘位于第一和第二叉指式换能器之一的没有设置第一耦合器的一侧上，并且所述第二边缘不垂直于声表面波传播方向。
2.如权利要求1所述的声表面波装置，其特征在于还包含：
在压电基片上的第二耦合器，从而第一和第二耦合器安置在第一和第二叉指式换能器之间。
3.如权利要求2所述的声表面波装置，其特征在于还包含第三叉指式换能器，位于第一耦合器和第二耦合器之间。
4.如权利要求3所述的声表面波装置，其特征在于所述第一叉指式换能器电气连接到第一输入端子，并且所述第三叉指式换能器电气连接到第二输入端子，所述第一和第二输入端子构成平衡输入端子。
5.如权利要求1所述的声表面波装置，其特征在于还包含覆盖第一和第二叉指式换能器的树脂薄膜。
6.如权利要求5所述的声表面波装置，其特征在于所述树脂薄膜是肖氏硬度为大约30或更小的凝胶树脂。
7.如权利要求1所述的声表面波装置，其特征在于所述压电基片包含与所述压电基片的所述第一边缘相对的第二边缘，所述第一和第二叉指式换能器中的至少一个具有和所述压电基片的所述第二边缘齐平的边缘。
8.如权利要求1所述的声表面波装置，其特征在于所述第一边缘与最接近于所述第一边缘的金属带的中心相距大致上等于约W/2的整数倍的距离，其中，W是金属带的宽度和金属带之间间隔的总和。
9.一种通信设备，其特征在于包含：
至少一个声表面波装置，包含
压电基片；
设置在所述压电基片的表面上的第一叉指式换能器；
第二叉指式换能器，设置在所述压电基片的表面上，从而使所述第二叉指式换能器从由所述第一叉指式换能器激励的声表面波传播方向偏离；
设置在所述压电基片上，用于将所述被激励的声表面波反射到所述第一和第二叉指式换能器的第一边缘；
设置在所述压电基片上的第二边缘，它与所述压电基片上的所述第一边缘相对；和
具有多个金属带，并设置在所述压电基片上的第一耦合器，所述耦合器设置在所述压电基片的所述第一边缘和所述第一和第二叉指式换能器中的至少一个之间，以便接近于所述第一和第二叉指式换能器，其中
所述声表面波装置使用切向水平表面波工作；
所述第二边缘位于第一和第二叉指式换能器之一的没有设置第一耦合器的一侧上，并且所述第二边缘不垂直于声表面波传播方向。
10.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于还包含压电基片上的第二耦合器，从而第一和第二耦合器安置在第一和第二叉指式换能器之间。
11.如权利要求10所述的通信设备，其特征在于还包含第三叉指式换能器，位于第一耦合器和第二耦合器之间。
12.如权利要求9所述的通信设备，其特征在于还包含覆盖第一和第二叉指式换能器的树脂薄膜。
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