CN1197415C - 声表面波器件 - Google Patents

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Abstract

提供改善一对平衡信号端子间的平衡度的声表面波器件。该器件在压电基片上沿声表面波传播方向分别配置叉指换能器(103～105、103A～105A)中的至少一个，并且具有输入信号端子(110)和输出信号端了(111、112)。输出信号端子(110、112)是第1、第2平衡信号端子。在第1平衡信号端子(111)或第2平衡信号端子(112)附加压电基片上形成的容抗分量(118)。

Description

声表面波器件
技术领域
本发明涉及例如频带滤波器等之中采用的声表面波器件，尤其涉及输入侧和/或输出侧具有一对平衡信号端子的声表面波器件。
背景技术
近年来，移动电话机的小型化和轻型化不断进步。因此，移动电话机正在不断减少组件部件数，进行部件小型化和功能复合化。
鉴于上述状况，提出种种方案，使移动电话机射频段用的声表面波滤波器具有称为平衡转换器功能的平衡—不平衡转换功能。
图24是表示含已有平衡—不平衡变换功能的声表面波器件的电极结构的模式性平面图。
这里，沿声表面波传播方向配置第1～第3叉指换能器(以下简称为IDT，interdigital transducer)601～603。在设置IDT 601～603的区域的声表面波传播方向两侧配置反射器604和605。IDT 601～603的电极指间距所规定的波长为λI时，使得IDT 601与IDT 602的间隔以及IDT 602与IDT 603的间隔均为0.75λI。通过加粗IDT 602两端的电极指609、610，可减小IDT与IDT之间的空隙部分，降低体波辐射造成的损耗。在图23中，端子606、607是平衡信号端了，端子608是不平衡信号端子。
在具有平衡—不平衡变换功能的声表面波滤波器中，要求不平衡信号端子608与平衡信号端子606之间以及不平衡信号端子608与平衡端子607之间各自的通带内传输特性在振幅特性上相等而且相位翻转180度。将该振幅特性相等的条件称为振幅平衡度，相位翻转180度的程度则称为相位平衡度。
设具有平衡—不平衡变换功能的声表面波滤波器为3端口的装置，例如，当设不平衡输入端子为端口1、平衡输出端子分别为端口2、端口3时，如下述这样定义上述振幅平衡度以及相位平衡度。
振幅平衡度＝|A|，其中A＝|20logS21|-|20logS31|，相位平衡度＝|B-180|，其中B＝|∠S21-∠S31|。
又，S21和S31分别表示从端口1到端口2的传递系数、从端口1到端口3的传递系数。
理想的情况下，需要滤波器通带内振幅平衡度为0dB，相位平衡度为0度。然而，在图24所示的结构中，要取得具有平衡—不平衡变换功能的滤波器，则IDT 602的电极指根数为奇数，因而与平衡信号端子606连接的电极指的数量比与平衡信号端子607连接的电极指的数量要多一根，而存在平衡度差的问题。此问题随滤波器中心频率变高尤其为显著，对于DCS和PCS所用那样1.9GHz附近成为中心频率的滤波器，则不能得到足够的平衡度。
本发明的目的在于解决上述已有技术的缺点，提供改善一对平衡信号端子间的平衡度的声表面波器件。
发明内容
本发明第1方面声表面波器件具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子；所述输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，所述声表面波器件还具有附加在所述第1平衡信号端子或第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的电抗分量。
本发明第2方面的声表面波器件具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子；输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，所述声表面波器件还具有分别附加在所述第1、第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的第1、第2电抗分量，并且第1、第2电抗分量不同。
在本发明的第1、第2方面中，声表面波器件具有3个以上的叉指换能器，由该3个以上的叉指换能器构成纵向耦合谐振子型声表面波滤波器。
又，在本发明的另一方面中，所述电抗分量是容抗分量，而且与所述平衡信号端子并联。
所述容抗分量最好采用形成在压电基片上的电容电极构成。
本发明涉及的双工器具有频带滤波器，该频带滤波器由按照上述本发明构成的声表面波器件形成。
本发明涉及的通信机具有频带滤波器，该频带滤波器由按照上述本发明构成的声表面波器件形成。
附图说明
图1是表示本发明实施例的声表面波器件的电极结构的模式性平面图。
图2是表示图1所示实施例的声表面波器件在压电基片上的实际电极配置的模式性平面图。
图3是表示已有技术例的声表面波器件电极结构的平面图。
图4是表示实施例和已有技术例的声表面波器件的振幅对频率特性的曲线图。
图5是表示实施例和已有技术例声表面波器件的振幅一S11 VSWR特性的曲线图。
图6是表示实施例和已有技术例声表面波器件的振幅一S12 VSWR特性的曲线图。
图7是表示实施例和已有技术例声表面波器件的振幅—振幅平衡度的曲线图。
图8是表示实施例和已有技术例声表面波器件的频率—相位平衡度的曲线图。
图9是表示实施例和比较例声表面波器件的频率—振幅特性的曲线图。
图10是表示实施例和比较例的S11-VSWR特性的曲线图。
图11是表示实施例和比较例的S12-VSWR特性的曲线图。
图12是表示实施例和比较例的声表面波器件的频率—振幅平衡度的曲线图。
图13是表示实施例和比较例的声表面波器件的频率—相位平衡度的曲线图。
图14是表示实施例和比较例的声表面波器件在更宽频率范围的频率—振幅特性。
图15是表示图2所示变换例的平面图，该变换例形成由梳形电极组成的电容电极以构成电抗分量。
图16是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构变换例的模式性平面图。
图17是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构另一变换例的模式性平面图。
图18是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构再一变换例的模式性平面图。
图19是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构另一变换例的模式性平面图。
图20是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构再一变换例的模式性平面图。
图21是表示具有采用本发明的平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中电极结构又一变换例的模式性平面图。
图22是说明具有采用本发明所涉及声表面波器件的双工器的通信机用的概略框图。
图23是表示已有声表面波滤波器电极结构的模式性平面图。
图24是尚未公知但将本发明作为前提的声表面波器件的概略框图。
符号
1为声表面波器件，2为压电基片，101、102为纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，103～105、103A105A为IDT，106、107、106A、107A为反射器，110为不平衡信号端子，111、112为第1、第2平衡信号端子，113～117为信号线，118为容抗分量，119～112为接地端子，160为通信机，164、164A为声表面波滤波器，201～204为纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，205、206为平衡信号端子，301为声表面波谐振子，302、303为平衡信号端子，311、312为纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，313为声表面波谐振子，320为声表面波滤波器，321～325为IDT。
具体实施方式
下面，通过参照附图说明本发明的具体实施例，由此可了解本发明。
虽然尚未公知，但在日本专利申请2001-115642号公报中，作为具有平衡—不平衡变换功能的声表面波器件内改变平衡度的结构，揭示了在一对平衡信号端子的一方附加延迟线或电抗分量的结构。其中，上述延迟线或电抗分量附加在声表面波器件外部，或形成于收装声表面波器件的壳体内。
例如，如图25所示，声表面波器件401具有一对平衡信号端子402、403，还具有一个不平衡信号端子404。这里，在一平衡信号端子402侧将电抗分量405连接在声表面波器件401的外部。
然而，在声表面波器件401外构成电抗分量405，将该分量附加在声表面波器件401外部时，部件数增加，而且安装面积也增加，存在这样的问题。在壳体内形成电抗分量时，由于最适的电抗值不同随压电基片和IDT等声表面波元件上的电极结构而异，存在壳体通用性将降低的问题。
本发明申请要改善尚未公知的上述先行技术的问题。
图1是表示本发明第1实施例所涉及声表面波器件的电极结构的模式性平面图，图2是表示图1所示实施例的声表面波器件中压电基片上的实际电极配置的概略平面图。
本实施例的声表面波器件1用作EGSM系统的接收滤波器，但本发明的声表面波器件1的用途不受此限制。
如图2所示，本实施例采用压电基片2。压电基片2由40±5度Y切割、X传播的LiTaO3基片构成。如图1所示，本实施例的声表面波器件1中，纵向耦合谐振子型声表面波滤波器101、102利用Al电极形成。
声表面波滤波器沿声表面波传播方向配置3个IDT 103～105，并且在设置IDT103～105的区域的声表面波传播方向两侧形成反射器106、107。
由图1可知，IDT 103中在IDT 104侧的多根电极指的间距小于IDT 103中其余的电极指的间距。IDT 104中，在IDT 103侧的多根电极指和在IDT 105侧的多根电极子的间距小于IDT 104中央电极指的间距。IDT 105在IDT 104侧的多根电极指的间距小于IDT 105中其余电极指的间距。
也就是说，IDT 103～105具有上述电极指间距相对较窄的窄间距电极指部分。
窄间距电极指部分，对各IDT形成于IDT 103与104相邻的部分和IDT 104与105相邻的部分。
声表面波滤波器102与声表面波滤波器101结构上相同。即，具有与IDT103～105同样结构的IDT 103A～105A、与反射器106和07同样结构的反射器106A和107A。
声表面波滤波器102通过信号线113、114连接声表面波滤波器101。即，IDT 103的一端通过信号线113连接IDTA的一端，IDT 105的一端通过信号线114连接IDT 105A的一端。调整声表面波滤波器101和102中IDT 103、105、103A、105A的方向，使信号线113和114上传播的信号的相位相反。
另一方面，声表面波器件1具有不平衡信号端子110以及第1、第2平衡信号端子111、112。不平衡信号端子110通过信号线115连接声表面波滤波器101的IDT 104。第1、第2平衡信号端子111、112分别通过信号线116、117连接声表面波滤波器102的IDT 104A。
本实施例的特征在于，在与上述第2平衡信号端子连接的信号线117上，作为电抗分量并联连接构成在压电基片上的容抗分量118。
下面，参照图2说明本实施例的声表面波器件1中压电基片2上的实际电极结构。图2中IDT、反射器和信号线的参考编号与图1所示IDT、反射器和信号线的参考编号相同。如图2所示，声表面波器件1还具有接地端子119～121。
本实施例中，通过减小信号线117与接地端子121之间的距离而构成容抗分量118。
为了比较，图3以平面图表示已有技术中具有平衡—不平衡变换功能的相应的声表面波滤波器的电极结构。
图3所示已有技术例的声表面波器件500与上述实施例的声表面波器件1相同，也形成纵向耦合谐振子型声表面波滤波器501、502。此声表面波滤波器501、502与声表面波滤波器101、102结构完全相同。与实施例的声表面波器件1相同，在声表面波器件500中，声表面波滤波器501与502之间也通过信号线513、514连接。还通过信号线515使不平端信号端子510连接声波表面波滤波器501的IDT 504，通过信号线516、517使第1、第2平衡信号端子511、512连接声表面波滤波器502的IDT 504A。
可是，在已有技术例的声表面波器件500中，扩大了信号线517与接地端子521间的距离。
也就是说，实施例的声表面波器件1中，信号线117与接地端子112之间的距离和已有技术例声表面波器件500中信号线517与接地端子122之间的距离相比，缩小到以使得增加0.1pF的静电电容的程度。
本实施例声表面波器件1，如上所述，在第2平衡信号端子512上并联附加容抗分量，从而有效改善平衡度。根据具体实验例说明这点。
在以下的实施例中，如以下那样设计声表面波滤波器101、102。设由上述窄间距电极指部所决定的波长为λI2、其他电极指间距所决定的波长为λI1。
IDT中的交叉宽度W：50.0λI1；
IDT的电极指根数：IDT 103中，窄间距电极指部分的电极指为4根，其余的电极指为21根；IDT 104中，两侧窄间距电极指部分的电极指各为4根，其余电极指为28根；IDT 105中，窄间距电极指部分的电极指为4根，其余电极指为21根。
λI1＝4.20μm
λI2＝3.84μm
反射器106、107的波长λR＝4.27μm
反射器的电极指根数＝100
IDT-IDT间隔＝0.512λI2
IDT-反射器间隔＝0.465λR
IDT-IDT间隔和IDT-反射器间隔为相邻部分的电极指中心之间的距离。
IDT 103～105的负载比＝0.72，反射器106、107的负载比＝0.52
电极膜厚＝0.086μI1
图4表示利用倒装片操作法在壳体中安装本实施例声表面波器件1的结构中振幅对频率的特性，图5和图6表示VSWR对频率的特性，图5表示频率—S11VSWR特性，图6表示S22 VSWR特性。
图7和图8表示频率—振幅平衡度和频率—相位平衡率特性。
图4～图6中，用实线表示实施例的特性，用虚线表示已有技术例声表面波器件的特性，以便比较。
已有技术例中的声表面波器件500中，除信号线517不与接地端子相邻外，与上述实施例相同。
从图4～图6可知，频率—振幅特性和VSWR特性方面，本实例的声表面波器件1与已有技术例的声表面波器件500相同。
然而，EGSM系统的接收用滤波器的通带为925～960MHz。从图7可知，此频率范围的最大振幅平衡度在实施例和已有技术例中，均为约1.0dB，几乎没有差别。然而，从图8可知，关于最大相位平衡度，上述频率范围中，已有技术例为约6.5度，与此相反，实施例中则为约4.5度，相对平衡度改善约2度。
也即证明，按照本发明使信号线117与接地端子122相邻，在第2平衡信号端子112并联容抗分量188，能补偿相位偏差。
下面，作为比较例，准备一种声表面波器件，该器件在壳体外部对上述已有技术例的声表面波器件500增添与实施例的声表面波器件所附加容抗分量约0.1pF相同的容抗分量。即，作为比较的声表面波器件，准备上述未公知特愿2001-115642号专利申请所揭示的未公告结构的声表面波器件。
图9表示上述实施例和比较例的频率—振幅特性，图10和图11表示实施例和比较例的频率-S11 VSWR特性和频率-S22 VSWR特性，图12表示频率—振幅平衡度特性，图13表示频率—相位平衡度特性。图14还表示跨更宽频率范围的频率—振幅特性。图9～图14中，实线表示实施例的结果，虚线表示比较例的结果。
从图9～图13可知，在已有技术例的声表面波器件外部增添0.1pF静电电容而构成的比较例与上述实施例之间，特性上几乎没有差别。然而，从图14可见，通带外衰减量上，与比较例相比，根据该实施例可增大约2～3dB。
也就是说，在本实施例的具有平衡—不平衡变换功能的声表面波器件中，在第1、第2平衡信号端子的一方上并联地附加形成在压电基片上的容抗分量，从而改善平衡度，而且与外部附加容抗分量的情况相比，能加大通带外的衰减量。
又，由于在压电基片上形成容抗分量，能避免安装面积加大，而且不会发生壳体通用性降低。
上述实施例中，仅在第2平衡信号端子连接容抗分量，但如图1中假想线所示那样，对第1平衡信号端子111也可在压电基片上附加容抗分量118A。这时，通过使第1、第2平衡信号端子111、112所附加容抗分量118、118A的大小不同并加以调整，能改善平衡度。
上述实施例中，通过使得接地端子122与信号线117相邻而附加容抗分量，当期望取得大容抗分量时，也可在压电基片上形成能取得大静电容的电容电极。例如，如图15所示，也可在压电基片上形成梳形电极构成的电容电极131，从而构成容抗分量。
上述实施例中，级联2级纵向耦合谐振子型声表面波滤波器101、102，并且一个声表面波滤波器102中央的IDT106A与第1、第2平衡信号端子111、112连接，但本发明也能够适用于其他结构的具有平衡—不平衡变换功能的声表面波器件。
例如，本发明能用于：如图16所示，采用4个纵向耦合谐振子型声表面波滤波器201～204并通过平衡信号端子205、206输入输出平衡信号结构的声表面波器件；或者如图17所示，仅采用图1所示声表面波滤波第102而且级联声表面波谐振子301与声表面波滤波器102并通过平衡信号端子302、303输入输出平衡信号的声表面波器件。
同样，如图18～图20所示，本发明也能适用于在1个或2个纵向耦合谐振子型声表面波滤波器311、312上连接声表面波谐振子313且构成平衡侧阻抗高于不平衡侧阻抗的声表面波器件。
上述实施例采用具有3个IDT的纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，而如图21所示，本发明也能用于具有5个IDT 321～325的声表面波滤波器320或具有5个以上IDT的声表面波滤波器，再者，具有2个IDT的声表面波滤波器也适用于本发明。
上述实施例中，采用具有3个IDT的纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，但本发明也能用于具有5个IDT321～325的声表面波滤波器320(如图21所示)或具有5个以上IDT的声表面波滤波器，而且有2个IDT的声表面波滤波器也适用。
上述实施例中，采用纵向耦合谐振子型声表面波滤波器，但本发明也能用于采用横向耦合谐振子型声表面滤波器或横向型声表面波滤波器并且输入输出平衡信号的声表面波器件。
上述实施例中，同样地设计声表面波滤波器102和101，而也可使声表面波滤波器101和102中的交叉宽度等设计参数不同。
本发明也能用于采用64～72度Y切割且X传播的LiNbO3基片、41度Y切割且X传播的LiNbO3基片等各种压电基片的声表面波器件，而不限于采用40±5度Y切割且X传播的LiTaO3基片。
图22是说明采用本发明涉及的声表面波器件的通信机160用的概略框图。
在图22中，天线161连接双工器162。双工器162与接收侧混频器163之间连接声表面波滤波器164和放大器165。双工器162与发送侧混频器166之间连接声表面波滤波器168和放大器167。这样，在放大器165处理平衡信号时，可适合将按照本发明构成的声表面波器件用作上述声表面波滤波器164。
在第1方面所涉及的声表面波器件中，对于输入端子和输出端子中至少一方具有第1、第2平衡信号端子的结构，在第1、第2平衡信号端子中的一方附加电抗分量。因此，通过附加对应于第1、第2平衡信号端子间的频率特性偏差的电抗分量，能够有效改善振幅平衡度和相位平衡度等平衡度。
此外，由于在压电基片上形成电抗分量，与在声表面波器件外附加电抗分量的结构相比，能求得扩大通带外衰减量。而且，由于在压电基片上形成电抗分量，不会导致元件数增多，而且壳体通用性不会降低。
第2方面中，对于输入端子和输出端子中至少一方具有第1、第2平衡信号端子的结构，附加在第1平衡信号端子上的电抗分量与附加在第2平衡信号端子的电抗分量的大小不同，因而能根据第1与第2平衡信号端子间的频率特性偏差，使两者附加的电抗分量大小不同，从而与第1方面相同地，也能有效改善振幅平衡度和相位平衡度。
第2方面中，也在压电基片上形成上述电抗分量，因而能扩大通带外衰减量。而且，不会导致部件数增多和安装面积加大，不容易发生壳体通用性降低。
本发明的声表面波器件中，由3个以上IDT构成纵向耦合谐振子型声表面波滤波器时，按照本发明能提供具有平衡—不平衡变换功能且平衡度得到改善的纵向耦合谐振子型声表面波滤波器。
作为上述电抗电分量，具有形成在压电基片上的容抗分量的电容电极时，可在平衡信号端子连接大容抗分量备用。
本发明涉及的双工器具有按照本发明构成的声表面波器件以用作频带滤波器，因而能构成改善一对平衡信号端子间的平衡度，从而具有平衡度优越的频率特性的双工器。
用本发明声表面波器件构成的通信机，由于改善一对平衡信号端子间的平衡度，能构成具有平衡度优越的频率特性的通信机。

Claims (7)

1.一种声表面波器件，具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子，其特征在于，
所述输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，
所述声表面波器件还具有附加在所述第1平衡信号端子或第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的电抗分量。
2.一种声表面波器件，具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子，其特征在于，
输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，
所述声表面波器件还具有分别附加在所述第1、第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的第1、第2电抗分量，并且第1、第2电抗分量不同。
3.如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于，
具有3个以上的叉指换能器，由该3个以上的叉指换能器构成纵向耦合谐振子型声表面波滤波器。
4.如权利要求1所述的声表面波器件，其特征在于，
所述电抗分量是容抗分量，而且与所述平衡信号端子并联。
5.如权利要求4所述的声表面波器件，其特征在于，
所述容抗分量具有形成在所述压电基片上的电容电极。
6.一种双工器，其特征在于，
具备频带滤波器，所述频带滤波器由下述的声表面波器件构成，
该声表面波器件具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子，所述输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，所述声表面波器件还具有附加在所述第1平衡信号端子或第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的电抗分量。
7.一种通信机，其特征在于，
具备频带滤波器，所述频带滤波器由下述的声表面波器件构成，
该声表面波器件具有压电基片、在所述压电基片上沿表面波传播方向配置的至少一个叉指换能器以及输入信号端子和输出信号端子，所述输入信号端子和输出信号端子中的至少一方具有第1、第2平衡信号端子，所述声表面波器件还具有附加在所述第1平衡信号端子或第2平衡信号端子上且形成在所述压电基片上的电抗分量。
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