CN1279694C - 梯形压电滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种梯形压电滤波器，包括两个适合于以方形振动模式振动的并联谐振器，每一个都大致上是方形的，和两个适合于以方形振动模式振动的串联谐振器，每一个大致上是方形的，并在四个角的每一个角处具有角切口部分。并联和串联谐振器的相对侧边之间的距离大致相等，并由频率常数相等的材料制成。并联和串联谐振器在外壳中关于其大致的中心对准。

Description

梯形压电滤波器

技术领域

本发明涉及一种梯形压电滤波器，它包括相互连接以限定梯形电路的串联谐振器和并联谐振器。

背景技术

在传统的梯形压电滤波器中，适合于以方形振动模式振动的方形压电元件被用作串联谐振器和并联谐振器。谐振器沿厚度方向叠堆，它们之间设置有接线板。

如图1所示，梯形滤波器通过利用并联谐振器在谐振频率Fr处的阻抗特性，以及串联谐振器在反谐振频率Fa处的阻抗特性得到需要的滤波器特性。

例如，为了得到中心频率为455kHz(Δf＝20)，生产Fr为455kHz的串联谐振器和Fr为435kHz的并联谐振器。如果串联谐振器和并联谐振器由频率常数为2000kHz·mm的材料制成，则串联谐振器和并联谐振器具有如下的尺寸：

串联谐振器：2000/455＝4.396mm

并联谐振器：2000/435＝4.598mm

由此，在串联谐振器和并联谐振器之间产生尺寸差为0.2mm。

由于串联谐振器和并联谐振器被包含在同一外壳内，故将外壳制得可容纳较大的并联谐振器，这导致并联谐振器的中心和串联谐振器的中心之间的偏移。

如上所述，当方形的串联和并联谐振器由具有相同的频率常数的材料制成时，串联和并联谐振器具有不同的尺寸。结果，在安装串联和并联谐振器时，它们各自的中心不相互对准。适合于以方形振动模式振动的方形谐振器必需在其中心处由接线板支撑。否则，妨碍了固有振动，滤波器的特性被畸变。

适合于以方形振动模式振动的方形谐振器在Fa和Fr处引起主要的阻抗的变化，并在更高的频率引起寄生阻抗变化。当方形振动模式的方形谐振器用作串联和并联谐振器时，寄生阻抗变化相互重叠，这导致不想要的滤波器特性。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的一个较佳实施例提供了一种梯形压电滤波器，它包括适合于以方形振动模式振动的至少两个第一压电元件，该第一压电元件是方形的，并且被用作并联谐振器，还有用作串联谐振器的至少两个第二压电元件，它适合于以方形振动模式振动，其中制成第二压电元件的材料的频率常数大致上等于制成第一压电元件的材料的频率常数，第二压电元件大致上方形，从而相对的侧边之间的距离大致上等于第一压电元件的情况，并且第二压电元件的四个角被切掉，其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

当大致上方形的串联谐振器和大致上方形的并联谐振器由具有相同频率常数的材料制成时，得到的串联和并联谐振器的尺寸不同。但是，当大致上方形的谐振器被用作并联谐振器，而如上所述大致上方形并具有切角的谐振器被用作串联谐振器时，即使并联和串联谐振器在其各自相对侧边之间具有相等的距离，并联谐振器的谐振频率也不同于串联谐振器的谐振频率，从而得到想要的梯形滤波器。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种梯形压电滤波器，它包括适合于以方形振动模式的至少两个第一压电元件，该第一压电元件大致上方形，并用作串联谐振器，还有用作并联谐振器的至少两个第二压电元件，它适合于以方形振动模式振动，并且由和制成第一压电元件的材料的频率常数大致上相等的材料制成，第二压电元件大致上方形，其相对侧边之间的距离大致上与第一压电元件的相等，并且位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个被切割，其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种梯形压电滤波器，它包括适合于以方形振动模式振动的至少两个第一压电元件，该第一压电元件大致上方形，其四个角中的每一个角都被切掉，并用作串联谐振器，还用作并联谐振器的至少两个第二压电元件，它适合于以方形振动模式振动，并且由频率常数和制成第一压电元件的材料的频率常数大致上相等的材料制成，第二压电元件大致上方形，其相对侧边之间的距离与第一压电元件的相等，并且位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个被切割，其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

在这样的具有其各自相对侧边之间的距离大致上相等的两种不同类型的谐振器的梯形滤波器中，可以将并联和串联谐振器安装得中心对准，由此防止对自然振动的阻碍以及滤波器特性曲线的变形。

在方形振动模式的方形谐振器的情况下，在比主要阻抗变化更高的频率处出现了寄生阻抗变化。在具有节点切口的谐振器的情况下，和方形谐振器的情况相比，寄生阻抗变化朝着更高的频率侧移动。在具有角切口的谐振器的情况下，和方形谐振器相比，寄生阻抗变化朝着更低的频率侧移动。在上述较佳实施例的情况下，通过组合不同形状的串联和并联谐振器，可以防止各自的寄生阻抗变化的重叠，由此提供一种涉及寄生阻抗变化的大大改进的特性。

本发明的再一个较佳实施例提供了一种梯形压电滤波器，它包括适合于以方形振动模式振动的至少两个第一压电元件，该压电元件大致上方形，其四个角的每一个角都切掉，并且它用作串联谐振器，还有用作并联谐振器的至少两个第二压电元件，它适合于以方形振动模式振动，并且由频率常数大致上和制成第一压电元件的材料的频率常数相等的材料制成，第二压电元件大致上方形，其相对侧边之间的距离大致上和第一压电元件的情况相等，并且其四个角的每一个角被切掉，其中第二压电元件的切掉部分比第一压电元件的每一个切掉部分窄，其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

在上述梯形压电滤波器的情况下，可以将并联和串联谐振器安装得中心对准，并且可以防止各寄生阻抗变化重叠。由于具有宽角切口的元件的谐振频率高于具有窄角切口的元件，故具有宽角切口的元件用作串联谐振器，而具有窄角切口的元件用作并联谐振器。

本发明的另一个较佳实施例提供了一种梯形压电滤波器，它包括适合于以方形振动模式振动的至少两个第一压电元件，该压电元件大致上方形，在位于每一个侧边的大致中心部分处的节点部分被切掉，并用作串联谐振器，还有用作并联谐振器的至少两个第二压电元件，它适合于以方形振动模式振动，并由频率常数和制成第一压电元件的材料的频率常数相等的材料制成，它大致上方形，相对侧边之间的距离大致上和第一压电元件的情况相等，并且位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个切割得比第一压电元件的情况更深，其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

上述梯形压电滤波器得到类似于上述第一较佳实施例的梯形滤波器的优点和效果。

由于具有窄切口的元件的谐振频率高于具有深切口的元件，故具有窄切口的元件用作串联谐振器，而具有深切口的元件用作并联谐振器。

附图说明

从下面参照附图对本发明的较佳实施例进行的详细描述，本发明的其它特点和优点将是显而易见的。

图1是示出串联谐振器的阻抗特性和并联谐振器的阻抗特性，以及梯形滤波器的滤波器特性的示图；

图2是方形振动模式的不同形状的元件阻抗特性的比较曲线图；

图3是示出根据本发明的第一较佳实施例的梯形压电滤波器的截面图；

图4是示出图3的梯形压电滤波器的分解透视图；

图5是图3的梯形压电滤波器的电路图；

图6A和6B是用于图3的梯形压电滤波器中的串联谐振器和并联谐振器的各个正视图；

图7A和7B是用于根据本发明的第二较佳实施例的梯形压电滤波器中的串联谐振器和并联谐振器的各个正视图；

图8A和8B是用于根据本发明的第三较佳实施例的梯形压电滤波器中的串联谐振器和并联谐振器的各正视图；

图9A和9B是用于根据本发明的第四较佳实施例的梯形压电滤波器中的串联谐振器和并联谐振器的各正视图；

图10A和10B是用于根据本发明的第五较佳实施例的梯形压电滤波器中的串联谐振器和并联谐振器的各正视图；

具体实施方式

图3和4示出根据本发明的一个较佳实施例的梯形压电滤波器。

在这个较佳实施例中，梯形压电滤波器最好包括至少四个元件，并配置为图5所示的梯形电路。盒型的外壳1包括两个串联陶瓷谐振器2和3、两个并联陶瓷谐振器4和5、以及输入终端6、接地终端7、输出终端8、接线端子9和弹簧片10。使片11适合装在外壳1的开口内。将树脂12注入由片11和开口限定的凹形空间内，并由此密封开口。

将凸出部分6a设置在输入终端6的一侧上，并且和串联谐振器2的中心部分压力接触。将两个凸出部分7a和7b设置在接地终端7的相对侧上，并且和两个并联谐振器4和5在相应的中心部分压力接触。将两个凸出部分8a和8b设置在输出终端8的相对侧上，并和并联和串联谐振器5和4在相应的中心部分分别压力接触。接线端子9包括插入串联谐振器2和并联谐振器4之间的部分9a、位于串联谐振器3和弹簧片10之间的部分9b、以及连接部分9a和9b的连接部分9c。凸出部分9a1和9a2设置在部分9a的相对侧上，并且和串联谐振器2以及并联谐振器4的相应的中心部分分别压力接触。在部分9b的一侧上设置凸出部分9b1，并和串联谐振器3在中心部分压力接触。弹簧片10插入在部分9b和外壳1的内壁之间。由此，端子6到9以及谐振器2-5相互压力接触，因此在其之间建立了电气连接。

引线部分6b、7c和8c分别自输入终端6、接地终端7和输出终端8延伸，并由外壳1的开口部分凸出到其外部，以限定外部连接。

串联谐振器2和3以及并联谐振器4和5是利用方形振动模式的压电谐振器，并且最好由具有某一所需频率常数的同一陶瓷材料制成。如图6A和6B所示，将部分电极2a(3a)设置在串联谐振器2(3)的相对侧，并将整个电极4a(5a)设置在并联谐振器4(5)的相对侧。串联谐振器2(3)比并联谐振器4(5)厚，串联谐振器2(3)的相对侧边之间的距离L大致上等于并联谐振器4(5)的情况。

通过使串联谐振器2(3)比并联谐振器4(5)厚，并使串联谐振器2(3)的电极的面积小于并联谐振器4(5)的情况，得到想要的并联谐振器4(5)和串联谐振器2(3)之间的电容比，由此在通带外面达到所需的衰减。

将研磨串联谐振器2(3)的四个角，以限定角切口2b(3b)，由此在串联谐振器2(3)和并联谐振器4(5)之间建立预定的频率差，以达到频率调节。

例如，当Δf为20kHz，而Fr为435kHz的并联谐振器由频率常数为2000kHz·mm的材料制成时，相对侧边之间的距离计算如下：

L＝2000/435＝4.598mm

如果使串联谐振器的距离L等于并联谐振器的距离，则串联谐振器的Fr将是435kHz。由此，为将串联谐振器的Fr调节至455kHz，切割串联谐振器的角，以调节大约相当于20kHz的值。

在如上所述配置的梯形滤波器中，串联谐振器2和3以及并联谐振器4和5的各自相对侧边之间的距离L大致上相等。当安装到外壳1内时，串联谐振器2和3与并联谐振器4和5关于它们的中心而对准。输入终端6的凸出部分、接地终端7的凸出部分、输出终端8的凸出部分以及接线端子9的凸出部分压着串联谐振器2和3以及并联谐振器4和5相应的中心部分，由此防止了对自然振动的阻碍以及滤波器特性曲线的变形。

在串联谐振器2和3以及并联谐振器4和5中，在比主要阻抗变化更高的频率处出现了寄生阻抗变化。但是，由于串联谐振器2和3的形状不同于并联谐振器4和5的形状，出现寄生阻抗变化处的频率在串联谐振器2和3与并联谐振器4和5之间有差异，故寄生阻抗变化不重叠。由此，梯形滤波器关于寄生阻抗变化得到极好的特性。

图7A和7B示出提供给根据本发明的第二较佳实施例的梯形滤波器的串联和并联谐振器。

在该较佳实施例中，方形压电元件用作串联谐振器20，而其四个侧边的每一个的中心部分形成有节点切口21a的压电元件用作并联谐振器21。

串联谐振器20和并联谐振器21的每一个都以方形振动模式振动。将部分电极20a设置在串联谐振器21的每一个相对侧上，而整个电极21b设置在并联谐振器的每个相对侧上。串联谐振器20和并联谐振器21最好由具有某一所需频率常数的同一陶瓷材料制成。串联谐振器20的相对侧边之间的距离L大致上和并联谐振器21的相等，但串联谐振器20比并联谐振器21厚。

通过调节形成在并联谐振器21内的节点开口21a，在串联谐振器20和并联谐振器21之间建立预定的频率差。如此配置的第二较佳实施例达到类似于由第一较佳实施例达到的优点和效果。

图8A和8B示出了提供给根据本发明的第三较佳实施例的梯形滤波器的串联谐振器和并联谐振器。

在本较佳实施例中，将具有角切口30a的元件用作串联谐振器30，并将具有节点开口31a的元件用作并联谐振器31。

串联谐振器30和并联谐振器31的每一个谐振器都是适合于以方形振动模式振动的压电谐振器，并大致上方形。将部分电极30b设置在串联谐振器30的每一个相对侧上，并将整个的电极31b设置在并联谐振器31的每一个相对侧上。串联谐振器30和并联谐振器31最好由具有某一所需频率常数的相同的陶瓷材料制成。串联谐振器30的相对侧边之间的距离L大致上和并联谐振器的相等，但串联谐振器30比并联谐振器31厚。

通过调节串联谐振器30的角切口30a的宽度，或并联谐振器31的节点切口31a的深度，在串联谐振器30和并联谐振器31之间建立预定频率差。如此配置的第三较佳实施例达到类似于由第一较佳实施例达到的优点和效果。

图9A和9B示出提供给根据本发明的第四较佳实施例的梯形滤波器的串联谐振器和并联谐振器。

在该较佳实施例中，适合于以方形振动模式振动，并具有角切口40a的压电元件用作串联谐振器40，而适合于以方形振动模式振动，并具有角切口41a的压电元件用作并联谐振器41。串联谐振器40的角切口40a的宽度w1大于并联谐振器41的角切口41a的宽度w2。

将部分电极40b设置在串联谐振器40的每一个相对侧边上，将整个电极41b设置在并联谐振器41的每一个相对侧边上。串联谐振器40和并联谐振器41最好由具有某一所需频率常数的同一陶瓷材料制成。串联谐振器40的相对的侧边之间的距离L大致上等于并联谐振器41的，但串联谐振器40比并联谐振器41厚。

通过分别调节角切口40a和41a的宽度W1和W2，在串联谐振器40和并联谐振器41之间建立预定的频率差。由此配置的第四较佳实施例达到类似于由第一较佳实施例达到的效果。

图10A和10B示出了提供给根据本发明的第五较佳实施例的梯形滤波器的串联谐振器和并联谐振器。

在本较佳实施例中，适合于以方形振动模式振动，并且具有节点切口50a的压电元件用作串联谐振器50，而适合于以方形振动模式振动，并具有节点切口51a的压电元件用作并联谐振器51。串联谐振器50的节点切口50a的深度d1比并联谐振器51的节点切口51a的深度d2浅。

将部分电极50b设置在串联谐振器50的每一个相对侧上，并将整个电极51b设置在并联谐振器51的每一个相对侧上。串联谐振器50和并联谐振器51最好由具有某一频率常数的同一陶瓷材料制成。串联谐振器51的相对侧边之间的距离L大致上等于并联谐振器51的，但是串联谐振器50比并联谐振器51厚。

通过分别调节节点切口50a和51a的深度d1和d2，在串联谐振器50和并联谐振器51之间建立预定的频率差。由此配置的第五较佳实施例达到了由第一较佳实施例达到的类似的优点和效果。

如此描述上述较佳实施例，从而用于梯形滤波器中的元件的数量至少是四个，如图3和4中所示。但是，可以使用其它数量的元件。还有，本发明不限于图3和4描述的形状以及对终端的安排。例如，弹簧片10安装在外壳1中，以在内装的元件上施加所需弹力。但是，可以假定任何终端形成弹簧终端，由此取消弹簧片10。

虽然已经参照本发明的较佳实施例具体地示出和描述了本发明，但是，熟悉本领域的技术人员将知道，在不偏离本发明的主旨的条件下，上述和其它形式以及细节上的变化是可以的。

Claims (19)

1.一种梯形压电滤波器，其特征在于包含：

适合于以方形振动模式振动，并大致呈方形的至少两个第一压电元件，所述第一压电元件限定并联谐振器；及

适合于以方形振动模式振动，并限定串联谐振器的至少两个第二压电元件，第二压电元件由具有和制成所述第一压电元件相同频率常数的材料制成，所述第二压电元件大致呈方形，其相对侧边之间的距离大致上等于所述第一压电元件的相对侧边之间的距离，并且第二压电元件的四个角的每一个都被切掉，

其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

2.如权利要求1所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一压电元件和第二压电元件沿厚度方向叠堆，它们之间设置有接线板，从而限定梯形电路。

3.如权利要求1所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一和第二压电元件由相同的陶瓷材料制成。

4.如权利要求1所述的梯形压电滤波器，其特征在于限定串联谐振器的第二压电元件厚度大于限定并联谐振器的第一压电元件的厚度。

5.如权利要求1所述的梯形压电滤波器，其特征在于还包含外壳，所述外壳容纳第一和第二压电元件，其中第一和第二压电元件在外壳中关于第一和第二压电元件的各自中心对准。

6.一种梯形压电滤波器，其特征在于包含：

适合于以方形振动模式振动，并大致呈方形的至少两个第一压电元件，所述第一压电元件限定串联谐振器；及

适合于以方形振动模式振动，并限定并联谐振器的至少两个第二压电元件，所述第二压电元件由频率常数大致上和制成所述第一压电元件的频率常数相等的材料制成，所述第二压电元件大致呈方形，其相对侧边之间的距离大致上等于所述第一压电元件的相对侧边之间的距离，并且所述第二压电元件位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个被切掉，

其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

7.如权利要求6所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一压电元件和第二压电元件沿厚度方向叠堆，它们之间设置有接线板，以限定梯形电路。

8.如权利要求6所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一和第二压电元件由相同的陶瓷材料制成。

9.如权利要求6所述的梯形压电滤波器，其特征在于限定串联谐振器的第一压电元件厚度大于限定并联谐振器的第二压电元件的厚度。

10.如权利要求6所述的梯形压电滤波器，其特征在于还包含外壳，所述外壳容纳了第一和第二压电元件，其中所述第一和第二压电元件在外壳中关于所述第一和第二压电元件的各自的中心对准。

11.一种梯形压电滤波器，其特征在于包含：

适合于以方形振动模式振动，并大致呈方形，其四个角都被切掉的至少两个第一压电元件，所述第一压电元件限定串联谐振器；及

适合于以方形振动模式振动，并限定并联谐振器的至少两个第二压电元件，第二压电元件由频率常数大致上和制成所述第一压电元件的频率常数相等的材料制成，第二压电元件大致呈方形，从而其相对侧边之间的距离和所述第一压电元件的相等，并且所述第二压电元件的位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个都被切掉，

其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

12.如权利要求11所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一压电元件和第二压电元件沿厚度方向叠堆，它们之间设置有接线板，以限定一个梯形电路。

13.如权利要求11所述的梯形压电滤波器，其特征在于第一和第二压电元件由相同的陶瓷材料制成。

14.如权利要求11所述的梯形压电滤波器，其特征在于限定串联谐振器的第一压电元件厚度大于限定并联谐振器的第二压电元件的厚度。

15.如权利要求11所述的梯形压电滤波器，其特征在于包含第一和第二压电元件，其中所述第一和第二压电元件在外壳中关于所述第一和第二压电元件的各自的中心对准。

16.一种梯形压电滤波器，其特征在于包含：

适合于以方形振动模式振动，并大致呈方形，其四个角的每一个都被切掉以限定切口部分的至少两个第一压电元件，所述第一压电元件限定串联谐振器；及

适合于以方形振动模式振动，并限定并联谐振器的至少两个第二压电元件，所述第二压电元件由频率常数和制成所述第一压电元件的频率常数大致上相等的材料制成，所述第二压电元件大致呈方形，其相对侧边之间的距离等于所述第一压电元件的情况，并且切掉其每一个角，以限定切口部分，其中第二压电元件的每一个切口部分比所述第一压电元件的相应的切口部分窄，

其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

17.如权利要求16所述的梯形压电滤波器，其特征在于还包含外壳，所述外壳容纳第一和第二压电元件，其中所述第一和第二压电元件在所述外壳中关于所述第一和第二压电元件各自的中心对准。

18.一种梯形压电滤波器，其特征在于包含：

适合于以方形振动模式振动，并大致呈方形，其位于中心部分处的节点部分的每一个都被切掉的至少两个第一压电元件，所述第一压电元件限定串联谐振器；及

适合于以方形振动模式振动，并限定并联谐振器的至少两个第二压电元件，所述第二压电元件由频率常数大致上和制成所述第一压电元件的频率常数相等的材料制成，所述第二压电元件大致呈方形，其相对侧边之间的距离大致上和所述第一压电元件的相等，并且所述第二压电元件的位于四个侧边的中心部分处的多个节点部分的每一个都被切割得比第一压电元件的切口深，

其中第一压电元件与第二压电元件电气连接。

19.如权利要求18所述的梯形压电滤波器，其特征在于还包含外壳，所述外壳容纳第一和第二压电元件，其中所述第一和第二压电元件在外壳中关于所述第一和第二压电元件的中心对准。

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