CN1213894A - 压电谐振器及其频率调整方法及含压电谐振器的通信装置 - Google Patents

Abstract

一种压电谐振器,包括其中层叠有压电层和内部电极的基体。基体的一侧面上用第一和第二绝缘膜交替覆盖内部电极,第一和第二外部电极设置于其上,将内部电极交替连接到第一和第二外部电极。附加材料通过喷墨打印机或类似装置的加墨,设置在基体与其上形成外部电极的侧面相反的侧面上,该附加材料沿着纵向设置于基体的相反两端。一种金属膜也可以通过厚膜成型方法设置在基体的中部。

Description

压电谐振器及其频率调整方法及含压电谐振器的通信装置

本发明涉及压电谐振器、调整该压电谐振器频率的方法以及通信装置，尤其涉及一种利用压电部件的机械振动并结合于诸如振荡器、鉴频器或滤波器之类电子元件的压电谐振器。

常规的压电谐振器例如图11所示的压电谐振器1具有基体2和电极3。基体2采用矩形板形式，它由压电材料制成；电极3置于基体2的两个主表面上。压电谐振器1中，基体2按厚度方向极化，信号输入于电极3之间以在基体2中激发纵向振动。按此种方式设计的压电谐振器1为非加强型，其中的极化方向和电场方向与振动方向不同。

第204778/1994号日本特开平公报披露了用于此种压电谐振器的一种频率调整方法。该公报所披露的方法中，考虑到纵向振动的谐振频率取决于压电谐振器的纵向尺寸这一事实，去除了压电谐振器的端面部分以改变压电谐振器的纵向尺寸，由此可调整地增大频率。

然而，如果为频率调整而切削其中激发纵向振动的压电谐振器，切削时的应力和摩擦发热将消极地影响压电谐振器。尤其是，由于通常用作压电谐振器的压电材料含有Pb(铅)，故需要完全重新覆盖和除去芯片或因切削而产生的小颗粒。由于去除了部分压电材料和电极，此种频率调整方法还对包括电容在内的其它特性产生消极影响。在通过切削压电谐振器调整频率时，难以控制切削量。此外，切削压电谐振器端面的方法仅允许调整增高频率，不允许调整降低频率。

为了避免上述现有技术的问题，本发明的较佳实施例提供一种压电谐振器，它可作方便和精确的频率调整，不会影响除谐振频率以外的其它性能。

本发明的较佳实施例提供一种调整压电谐振器频率的方法，该方法能容易地增高或降低频率特性，而不会产生有害材料或对其它谐振器性能产生有害影响。

本发明的较佳实施例还提供一种含有压电谐振器的通信装置，它能方便和精确地调整频率，而不会影响除谐振频率以外的其它性能。

根据本发明的一个较佳实施例，提供一种调整压电谐振器频率的方法，它包括提供压电谐振器的步骤，所述压电谐振器按纵向振动模式振动并包括具有纵向的基体，以及通过将附加材料设置在基体上并调整该附加材料的质量来调整压电谐振器频率的步骤。

上述方法中，所述附加材料可以是由喷墨打印机施加的墨，通过调整由所述喷墨打印机加墨的次数来调整所述墨的质量。

上述方法的另一个较佳实施例中，所述附加材料较佳地置于沿所述基体纵向，从所述基体相反两端的每一端部起的L/4范围内，其中，L为所述基体的长度。或者，所述附加材料较佳地置于沿所述基体的纵向，在所述基体中部周围为L/2的范围内。

上述方法中，上述附加材料可以是刚性附加材料。

本发明的另一个较佳实施例提供一种压电谐振器，它包括具有纵向并按纵向振动模式振动的基体，附加材料作为质量负载置于沿所述基体纵向，从所述基体相反两端的每一端部起的L/4范围内，其中，L为所述基体的长度。

根据本发明的另一个较佳实施例，压电谐振器包括具有纵向并按纵向模式振动的基体，一刚性附加材料置于沿所述基体纵向，基本上在所述基体中部周围为L/2的范围内，其中，L为所述基体的长度。

本发明的较佳实施例进一步提供含有检波器的通信装置，其中，所述检波器包括根据上述任一较佳实施例的压电谐振器。

本发明的较佳实施例进一步提供含有带通滤波器的通信装置，其中，所述带通滤波器包括含有根据上述任一较佳实施例的压电谐振器的梯形滤波器。

根据本发明的较佳实施例，附加材料置于压电谐振器上以增高或降低压电谐振器的频率。如果采用喷墨打印机或类似装置，可以精确控制加墨的量，由此实现精细和非常精确的频率调节。在此情况下，也可以控制同一时刻共同处理或处于同一频率调整过程的多个压电谐振器中每一个谐振器的加墨量。由此可以实现精确的高效频率调整。此外，如果采用喷墨打印机，附加材料可以以非接触方式形成于压电谐振器上，由此防止不希望的应力或发热对压电谐振器的影响。

与切削压电谐振器的常规方法相反，由于没有从谐振器上除去构成材料，故对频率以外的特性没有影响，而且不可能产生可能影响谐振器其它性能的有害材料。

此外，根据本发明的较佳实施例，可以获得一种通信装置，它采用频率调整的压电谐振器，但不会影响频率以外的其它特性。

本发明较佳实施例的压电谐振器的频率可以由图3所示的弹簧质量模型来表示，它正比于(k/m)^1/2。表达式中，m为弹簧质量模型中的质量，k为弹性常数。基本上，通过将附加材料设置在基体上，使弹簧质量模型的质量m或弹性常数增大。在此情况下，如果基体的长度为L，附加材料可以作为质量负载置于从基体相反两端的每一端起的大约L/4范围内以增大m，由此降低谐振器的频率。如果通过喷墨打印机加墨以求得这样一种效果，因为每次加墨期间的加墨量很少，故能通过若干次加墨精细地调整m。而且，可以将具有所需刚性的附加材料置于基本上为基体中部周围约L/2范围内以增大k，由此提高谐振器的频率。根据此方法，由于附加材料置于基体上，故无需除去压电谐振器的构成材料。

从以下参照附图对本发明的描述中，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚。

图1是根据本发明的压电谐振器的一个较佳实施例的透视图。

图2是表示图1所示压电谐振器结构的示意图。

图3是表示与图1所示压电谐振器频率有关的弹簧质量模型的示意图。

图4是根据实验例子的压电谐振器的透视图。

图5包括两张曲线图，表示附加材料的质量以及当附加材料的构成分量有变时压电谐振器的频率下降。

图6包括两张曲线图，表示喷墨打印机加墨次数与图4所示压电谐振器频率下降的关系。

图7是本发明压电谐振器的一个较佳实施例的透视图。

图8是一张曲线图，表示当改变附加材料的构成分量时，图7所示压电谐振器的频率的增高。

图9是根据本发明的压电谐振器的另一个较佳实施例的透视图。

图10是一个方块图，表示根据本发明的一个双变频超外差式接收机的一个较佳实施例。

图11是一例常规压电谐振器的透视图。

参见图1和图2，压电谐振器10包括基本上为矩形块形式的基体12。该基体12通过层叠多个压电层14和多个内部电极16形成。每对相邻压电层14沿着基体12的纵向极化，故极化方向相互相反，如图2中的箭头所示。然而，基体12的相反两端较佳地未极化。如需要，基体12的相反两端也可以极化。两组相互交错于基体12第一侧面上的内部电极16中的一组内部电极16沿基体12宽度方向的第一端部由绝缘膜18a覆盖。位于基体12第一侧面内未由绝缘膜18a覆盖的另一组内部电极16沿基体12宽度方向的第二端部由另一种绝缘膜18b覆盖。

此外，在基体12的第一侧面上设置的外部电极20a连接到位于基体12第一端的内部电极16。由于内部电极16交错地用绝缘膜18覆盖和不覆盖，故将未由绝缘膜18a覆盖的交错内部电极16连接到外部电极20a。同样，基体12的第一侧面上设置的外部电极20b连接到位于基体第二端的内部电极16。由于内部电极16交替地用绝缘膜18b覆盖和不覆盖，故将未由绝缘膜18b覆盖的交错的内部电极16连接到外部电极20b。这样，每对相邻的内部电极16分别连接到不同的外部电极20a和20b。基体12与其上形成外部电极20a和20b的第一侧面相反的第二侧面上，在基体12沿其纵向的相反两端较佳地设置附加材料22。该附加材料22较佳地例如通过喷墨打印机加墨形成。

该压电谐振器10中，通过将信号输入外部电极20a和20b向压电层14施加电场，由此使压电层14沿着基体12的纵向膨胀和缩小。由此通过压电谐振器10激发纵向振动。如此安排的压电谐振器10为加强型的压电谐振器。该压电谐振器的频率由图3所示的弹簧质量模型表示，并与(k/m)^1/2成正比。该表达式中，m为弹簧质量模型的质量，k为弹性常数。在该压电谐振器10中形成了附加材料22，相对没有此种附加材料的压电谐振器的例子，增大了弹簧质量模型的m。相应地，相对无附加材料的压电谐振器，该压电谐振器10的频率降低了。

附加材料22较佳地通过喷墨打印机施加到基体12，使附加材料22的厚度t设置为t₁和t₂(t₁＜t₂)，如图4所示。图5(a)和5(b)表示施加附加材料相对附加材料22构成分量的结果。图5(a)表示当在基体12的纵向相反两端之间设置附加材料22时的总质量M，以及离相反两端距离L₁的位置。附加材料22设置在基体12的相反两端，朝着基体12的中心延伸，使其相对基体12的整个长度L有一个所需的长度。关系L₁=L/2相当于沿着基体12第二侧面的整个区域形成附加材料22的情况。图5(b)表示从形成附加材料22至未施加附加材料22时的频率的下降。

从图5(a)和5(b)可以了解，当附加材料22的位置位于离基体12相反两端的每一端约为L/4范围时，频率降低，当附加材料22置于基体12中心附近时，频率实际上不降低。由于形成的附加材料22接近于基体12的相反两端，此结果相当于增大了弹簧质量模型的m。因此，对于频率调整，附加材料22较佳地置于离基体12相反两端的每一端约L/4的范围内。在此情况下，只要附加材料22置于该范围内，就无需固定置于基体12相反两端的附加材料22的形状和质量。该形状和质量可以根据调整目标频率而选择。

通过采用喷墨打印机施加所需量的附加材料22，可以更容易地调整置于基体12上的附加材料22的质量。由于喷墨打印机施加约0.1μg或更少的小墨珠，故利用喷墨打印机加墨量可以细微地调整附加材料22的质量。

图6(a)和6(b)表示本发明较佳实施例的实例结果，喷墨打印机加墨次数与压电谐振器10频率减低之间关系的实验结果。图6(a)表示一例将墨加在基体12的一个侧面上离相反两端的每一端大约L/4范围内。图6(b)表示一例将墨加在基体12一个侧面的整个区域内。

从图6(a)和6(b)可见，喷墨打印机加墨次数与频率减低一般是相互成正比的。而且，图6(a)和6(b)所示特性相互类似。由此同样可见，在大约L/4范围内加墨时的频率减低与在整个表面上加墨时的频率减低，两者差别是很小的。

这样，根据喷墨打印机的加墨次数，可以精确地调整压电谐振器10的频率减低。再者，可以同时调整多个压电谐振器10的频率减低。在基体12相反两端的每一端起的L/4范围内加墨在精确频率调整方面是非常有效的。如果采用喷墨打印机，附加材料就可以以非接触形式设置在基体12上，由此避免将应力或摩擦发热加到基体12。这样，就可以防止对压电谐振器10的不想要的影响。另外，附加材料也可以包括树脂，可以通过诸如印刷之类的厚膜成型法或采用喷散器之类的喷射装置施加树脂。

在该较佳实施例中，可以将刚性的附加材料22置于基体12上。在此情况下，通过厚膜成型法例如提供绝缘手段的方法将附加材料22置于基体12的侧面上，防止与内部电极16接触，之后，烘焙刚性金属材料例如Ag。如果按上述方式形成附加材料22，压电谐振器10的频率增高。施加附加材料22相当于增大了弹簧质量模型的k。即，施加附加材料22相当于使弹簧质量模型的弹性更强。作为影响该效果的一项因素，附加材料22的刚性比质量更重要。

为此目的，附加材料22较佳地设计成沿基体的纵向从基体12的大致中心向相反两端延伸，如图7所示。图8表示附加材料22之长度L₁与采用此方式施加附加材料22的频率增高之间的关系。从图8可见，当L₁为大约0至L/2范围时，频率将随着L₁的增大而提高。然而，当L₁超过约L/2时，发现频率不再提高。在基体12大致中心周围设置刚性附加材料22相当于遏止压电谐振器10的运动，即，增大了弹簧质量模型中的弹性常数k。当附加材料22的量增大到靠近基体12端部的位置时，发现有增大弹簧质量模型中的质量m的效果。因此，在提高压电谐振器10频率的过程中，将材料设置在基体12大致中心周围的约L/2范围内是有效的。

通过如上所述将附加材料22设置在压电谐振器10上，可以调整压电谐振器10的频率。而且，通过调节喷墨打印机加墨次数，或通过选择墨或金属膜之类附加材料22的形成范围，可以调整压电谐振器10的频率。

本发明的较佳实施例的频率调整方法的基础是将附加材料22设置在压电谐振器10上，而不是除去形成压电层、内部电极等等压电谐振器10的组成材料。因此，本发明的较佳实施例的方法不会影响频率以外包括电容在内的其它特性。

为了减低压电谐振器10的频率，附加材料22可以沿纵向设置在基体22相反两端的表面上，如图9所示。附加材料22可以设置在基体12的两个或多个侧面上，而不是仅仅一个侧面上。压电谐振器10不局限于层叠型，附加材料可以成型在纵向振动压电谐振器上，其中，电极设置在压电板的两面上，如图11所示。这样，通过如上所述施加附加材料，可以调整具有任何结构的压电谐振器的频率。

图10是一个方块图，表示根据本发明的双变频超外差式接收机的一个实施例。图10所示的双变频超外差式接收机200包括天线202。天线202连接到输入电路204的输入端。输入电路204在天线202与以下将要描述的高频放大器206之间进行阻抗匹配。将选择所需频率的调谐电路或带通滤波器用作输入电路204。输入电路204的输出端连接到高频放大器206的输入端。该高频放大器206用以通过低噪声放大微弱无线电波改善灵敏度，并改善图象频率的选择性。高频放大器206的输出端连接到第一混频器208的输入端。第一混频器208通过混合所需频率和第一本振频率形成第一合成或差分中频。第一混频器208的另一输入端连接到第一本地振荡器210的输出端。第一本地振荡器210用以产生第一本振频率，形成第一中频。第一混频器208的输出端连接到第一带通滤波器212的输入端。第一带通滤波器212用以使第一中频通过。第一带通滤波器212的输出端连接到第二混频器214的一个输入端。第二混频器214通过混合第一中频和第二本振频率形成第二合成或差分中频。第二混频器214的另一输入端连接到第二本地振荡器216的输出端。第二本地振荡器216用以产生第二本振频率，产生第二中频。第二混频器214的输出端连接到第二带通滤波器218的输入端。第二带通滤波器218用以使第二中频通过。第二带通滤波器218的输出端连接到中频放大器220的输入端。中频放大器220用以放大第二中频。中频放大器220的输出端连接到检波器222的输入端。检波器222用以从第二中频获得信号波。第二检波器222的输出端连接到低频放大器224的输入端。低频放大器224用以放大该信号波，由此使信号波驱动扬声器。低频放大器224的输出端连接到扬声器226。

本发明该较佳实施例中，上述根据本发明其它较佳实施例的压电谐振器可以用作双变频超外差式接收机200中的检波器222。此外，上述梯形滤波器可以用作第一带通滤波器212和第二带通滤波器218中的每一个。

由于梯形滤波器包括了压电谐振器，故可以使用例如第51261/1998号日本特开平公报中披露的梯形滤波器。该梯形滤波器中有4个压电谐振器按梯形构形相互连接。这种接收机体积小并具有优良的接收性能。

本发明的较佳实施例中，可以将上述压电谐振器用作单变频超外差式接收机的检波器。此外，上述梯形滤波器可以用作带通滤波器。与上述双变频超外差式接收机一样，这种单变频超外差式接收机也具有体积小和优良的接收性能。

尽管本发明已经参照其较佳实施例作了特定表示和描述，但本领域的熟练人员将明白在不脱离本发明精神的情况下还可以在形式上和具体细节上作出前述的和其它的变换。

Claims (20)

1．一种调整压电谐振器频率的方法，其特征在于包括如下步骤：

提供适合于按纵向振动模式振动并包括具有纵向的基体的压电谐振器，以及

通过将附加材料设置在所述基体上调整所述压电谐振器的频率。

2．如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括调整附加材料质量的步骤。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加材料为由喷墨打印机施加的墨。

4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调整由所述喷墨打印机加墨的次数来调整所述墨的质量。

5．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加材料置于沿所述基体纵向，从所述基体相反两端的每一端部起的大约L/4范围内，其中，L为所述基体的长度。

6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加材料置于沿所述基体的纵向，在所述基体中部约为L/2的范围内。

7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附加材料是刚性附加材料。

8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整压电谐振器频率的步骤包括多次将附加材料置于所述基体上的步骤。

9．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加材料加到所述压电谐振器一个侧面的相反端部。

10．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加材料加到连接所述压电谐振器主侧面的相反端面。

11．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加材料仅加到所述压电谐振器一侧的中部。

12．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加材料施加成横跨所述压电谐振器整个侧面而延伸。

13．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述压电谐振器包括置于其第一表面上的外电极，所述附加材料施加到所述基体上与所述第一表面相反的第二表面。

14．一种压电谐振器，其特征在于包括：

具有纵向并适合于按纵向振动模式振动的基体；以及

作为质量负载置于所述压电谐振器上，用以调整所述压电谐振器谐振频率的附加材料。

15．如权利要求14所述的压电谐振器，其特征在于所述附加材料置于沿所述基体纵向，从所述基体相反两端的每一端部起大约L/4范围内，其中，L为所述基体的长度。

16．如权利要求14所述的压电谐振器，其特征在于进一步包括置于所述基体第一表面上的外电极，所述附加材料置于所述基体上与所述第一表面相反的第二表面上。

17．一种压电谐振器，其特征在于包括：

具有纵向并适合于按纵向模式振动的基体；以及

沿所述基体纵向从所述基体中部起约为L/2范围内设置的附加材料，其中，L为所述基体的长度。

18．如权利要求17所述的压电谐振器，其特征在于所述附加材料包括刚性材料。

19．一种含有检波器的通信装置，其特征在于所述检波器包括压电谐振器，所述压电谐振器包括：

具有纵向并适合按纵向振动模式振动的基体；以及

作为质量负载设置在所述压电谐振器上的附加材料，用以调整所述压电谐振器的谐振频率。

20．一种含有带通滤波器的通信装置，其特征在于，所述带通滤波器包括梯形滤波器，它包括：

具有纵向并适合按纵向振动模式振动的基体；以及

作为质量负载设置在所述压电谐振器上的附加材料，用以调整所述压电谐振器的谐振频率。

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