CN1325184A - 纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,它包括压电基片和至少三根沿表面声波传播方向设置在该压电基片上的IDT,且每根IDT有多根电极指。在至少一根IDT中,沿表面声波的传播方向邻近另一根IDT边沿的第一部分的电极指周期,与该IDT其余部分的第二部分的电极指周期不同。
Description
本发明涉及纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,特别涉及具有三个或更多交指换能器(IDT)的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
通常,表面声波滤波器已广泛用作移动电话的RF级带通滤波器。对于带通滤波器,要求有低插入损耗、大的衰减、宽带和其它此类特性,为此对表面声波滤波器提出了各种建议。
在日本待审专利申请出版号5-267990中,揭示了一例获得纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器更宽的频带的方法。在此出版物中,电板指配置成在相互邻近的IDT间间歇地对齐,并揭示了一种最佳地提供谐振模的工艺,即使得相互邻近的两IDT沿表面声波传播方向的相邻电极指间的中心距离,偏离电极指周期确定的波长的约0.5倍。
然而,当如上所述将相互邻近的IDT相邻电板指间的中心距离偏离电极间周期确定的波长的约0.5倍时,在相应部分中破坏了表面声波传播路径的间歇的连续性。特别在使用利用弱表面声波(弱波)的压电基片(如36°切割的x传播LiTaO3或64°切割的x传播LiNbO3)时,增大了至波辐射造成的损耗。因此,虽然实现更宽的频带,却存在插入损耗增大的问题。
为解决上述问题,本发明诸较佳实施例提出一种解决前述问题的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,不仅实现了更宽的频带,还明显减小了通带内的插入损耗。
在本发明一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中,由于在至少三个IDT间构成至少一个IDT,使邻近另一IDT边沿的第一部分沿表面声波传播方向的电极指周期不同于第二部分(即IDT剩余部分)的电极指周期,因而不仅能扩展通带宽度。还可大大减小通带内的插入损耗。
因此,可制得通带内具有更宽频带与低损耗的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
第一部分的电极指周期短于第二部分的电极指周期时,可大大减小表面波传播损耗,使通带内的插入损耗甚至更小。
特别当第一部分的电极指周期约为第二部分电极指周期约0.82~0.99倍时,甚至可进一步减小表面波传播损耗。
当一对相邻IDT的相邻电极指间的中心距约等于0.5λI1时,大大减少了作为至波辐射的损耗,由此更减小了插入损耗。
当只把一对相邻IDT中的一个IDT构成包含第一与第二部分时,而且使该对相邻IDT的相邻极指间的中心距基本上等于0.25λI1+0.25λI2时,以同样方式大大减小了作为重波辐射的损耗,使通带内的插入损耗减少更大的量。
当在第一与第二部分的电极指互邻近的部分中的电极指距离基本上等于0.25λI1+0.25λI2时,能以同样方式减少作为重波辐射的损耗,进一步减小了通带内的插入损耗。
当包括第一与第二部分的IDT相互邻近电极指的极性与邻近该IDT的IDT电极指的极性不同时,还在相邻IDT间的间隔内将表面声波转换成电信号,提供了电珠转换效率。进一步减小了通带内的插入损耗,还扩展了通带宽度。
在第一部分电极指总数在一对相互邻近的IDT相邻部分两面不大于18时,阻抗浓度比得到提高,使纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的VSWR很小。
当一对相邻IDT具有不同周期的电极指间的中心距为(0.08+0.5n)λI2~(0.24+0.5n)λI2时,更佳地为(0.13+0.5n)λI2~(0.23+0.5n)λI2时,可按各种用法(如EGSM法、DCS法与PCS法等)得到必要的带宽,并可积极地减小VSWR。
当沿表面声波滤波器传播方向相邻的一对IDT都包括第一与第二部分且这两个IDT第一部分的电极指数不同时,虽然阻抗浓度比和VSWR劣化了,却能更容易扩展通带宽度。
根据本发明各种较佳实施例,当相对于X轴沿Y轴方向使LiTAO3单晶旋转约36~44°而用作压电基片时,可容易地得到在通带内具有宽通带宽度和小插入损耗的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
当第一与第二部分的电极指膜厚不同时,调节电极膜存可大大减小重波辐射造成的损耗。特别在使第一部分的电极指膜厚比第二部分的电极指膜厚更薄时,由于能在IDT间最容易产生重波的间隔内减少重波辐射造成的损耗,所以能在保持宽宽带宽的同时进一步减小插入损耗。
在级联了多级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的结构中,当纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器至少一级的第1部分的电极指周期与其另一级的第一部分的电极指周期不同时,可以不劣化VSWR而进一步扩展通带宽度。
当第一部分的电极指周期在多级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的每一级中都不同时,可有效地扩展通带宽度。
根据本发明的各种较佳实施例,当把至少一个串接的谐振器和/或并联的谐振器接至某一输入边和/或输出边时,不仅能减少通带内的插入损耗,还能扩展通带外的衰减量。
根据本发明各种较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,可以构成具有平衡-不平衡的输入/输出或平衡-平衡的输入/输出。
即能容易地按各种用途提供各种输入/输出型纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
由于根据本发明一较佳实施例的通信设备配备了作为带通滤波器的按本发明各种较佳实施例构利的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,因此可构成具有更宽带宽与低损耗的通信设备。
为了说明本发明,附图中示出了当前较佳的若干形式,但应理解,本发明并不限于所示的精确的配置与手段。
通过下面参照附图对本发明较佳实施例的详细,更更清楚地了解本发明的其它要素、特性、特征和优点。
图1是本发明第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的示意平面图。
图2是指明常规纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图3示出第一较佳实施例与常规例子的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图4示出常规纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图5是说明常规三IDT型纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构与谐振模之间关系的模型图。
图6指出第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中第一与第二部分电极指指距之比同传播损耗间的关系。
图7(a)与7(b)表示在第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中窄指距电极指数为8和12时的反射特性。
图8表示在第一较佳实施例中改变窄指距电极指数时的VSWR变化。
图9是表明第一较佳实施例修正例的一级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图10是表明第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器另一修正例的电极结构的模型平面图。
图11是表明本发明第二较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图12表示第二与第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的谐振模的差异。
图13表示第二与第一较佳鹤的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图14是表明本发明第三较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电板结构的模型平面图。
图15(a)~15(c)各表示第一、第三较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器及通过改变第三较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中窄指距电极指数平衡而获得的结构的反射特性。
图16(a)与16(b)表明第三与第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性与VSWR特性。
图17(a)与17(b)表明图15(c)中修正例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性和VSWR特性。
图18(a)与18(b)是模型平面图,表示第四较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的电板结构及其沿与电极指相交方向截取的基本剖面图。
图19表示第四与第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图20是表明本发明第五较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图21表示第五较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器与常规纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图22表示第六与第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
图23是表明本发明第七较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图24是表明本发明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的模型平面图。
图25是表明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器修正例的模型平面图。
图26是表明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的另一修正例的模型平面图。
图27是表明第作较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器再一个修正例的模型平面图。
图28是表明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器另一修正例的模型平面图。
图29是表明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器再一个修正例的模型平面图。
图30是表明第八较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器还有一个修正例的模型平面图。
图31是表明本发明第九较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电板结构的模型平面图。
图32表示窄指距电极指数与通宽宽度的关系。
图33表示IDT中心距变化量与传播损耗的关系。
图34表示指距不减小的电极指间距的较佳范围,其中示出了指距不减小的电极指间距与窄指距电极指数为获得较佳滤波特性的关系。
图35是一通信设备的框图,该设备配备的根据本发明一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器作为带通滤波器。
下面参照附图详细说明本发明诸较佳实施例。
本发明通过示明本发明实用的诸较佳实施例来详细描述。
图1是表明本发明第一较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的平面图。该例与后面的诸实施例都用应于EGSM型移动电话的接收带通滤波器。除了该移动电话外,还可在另一类移动电话和另一种通信设备中将本发明各种实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器用作带通滤波器。
本发明各种实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器1,最好在压电基片2上通过形成用图1的平面图表示的电极结构而制成。压电基片2用36°Y切割X传播的LiTaO3基片构成,也可用另一种晶向的LiTaO3基片构成,或者用LiTaO3基片以外的另一种压电材料(如LiNbO3基片或石英晶体等压电单晶)或压电陶瓷或其它合适的材料构成。另外,压电基片2可通过在绝缘基片上形成ZnO薄膜等压电薄膜而构成。
在本实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器1中,下面要详述的电极结构是在压电基片2上最好用Al形成的。Al以外的金属或合金地可用作电极材料。
本例中,第一与第二纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11和12垂直连接,即这两个纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11与12建成两级垂直连接。
表面声波滤波器11与12最好各自具有沿表面声波传播方向设置的三根IDT,即这些表面声波滤波器11与12为三IDT型纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。表面声波滤波器11与12的电极设计最好基本上相同。
表面声波滤波器11有IDT13~15。在沿表面波传播方向在其上形成IDT13~15的部分的两端,设置不栅型反射器16与17。同样地,表面声波滤波器12与有三根IDT18~20和光栅型反射器21与22,反射器位于某一区域的两端,该区域上形成的IDT18-20沿表面传播方向延伸。
本例中,设置在表面声波滤波器11中间的IDT14的一端是输入端,表面声波滤波器12中间的IDT19是输出端。IDT13与15各端接至IDT18与20相应的各端。从图1可知,IDT-13和18-20的其它各端(与接至输入/输出端或互连至其它IDT的相应端相对)均接地电位。
本例纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的特征在于,在表面声波滤波器11和12中,IDT某一部分的电板指距比其相邻IDT两侧上其余部分的电极指指距窄,这种情况以IDT13与14间的间距为例予以详述。
IDT13与14沿表面波传播方向相邻。电极指13a与13b(从IDT14一侧IDT13边沿部分起的几根电极指)间的电极指指距比其余电极指13c、13d、13e、13f和13g间的电极指指距窄。同样在IDT14中,电极指14a与14b(从IDT13一侧上IDT14边沿部分起的几根电极指)间的电极指指距比14c、14d、14e、14f和14g间的电极指指距窄。在IDT13中,如上所述,电极指13a与13b(从IDT14边沿部分起的多根电极指)间的电极指指距被减窄的部分是第一部分,而设置了电极指13c~13g的其余部分的部分为第二部分。这样,在本例的表面声波滤波器1中,每根IDT使得其从其相邻IDT边沿起的多根电极指的电极指指距比其余电极指指距更窄。
在位于中间的IDT14中,第一部分设置在表面波传播方向的两侧,即不仅减窄了设置有上述电极指14a与14b的部分的电极指指距,也减窄了将多根电极指14h与14i设置在IDT15一侧IDT14边沿部分的部分的电极指指距。因此,设置了电极指14h与14i的部分也是第一部分。
在IDT15中,最好以在IDT13中同样的方法在IDT14一侧构成第一部分,除该第一部分外,其余部分构成第二部分。纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器12的IDT18-20最好以IDT13-15同样的方法构成。
在图1和代表后续修正例与其它实施例的电极结构的其它图中,为简便起见,示出的电极指的指数均少于其实际数。
下面更具体地描述本例表面声波滤波器1的详细电极结构。
由第一和第二部分电极指指距确定的表面波波长分别为λI1和λI2。
电极指IDT13-18每一根的相交宽度最好约35.8λI2,电极膜厚最好约0.08λI2。
IDT13-15的电极指数如下。
IDR13--电极指数为29,其中第一部分的电极指数为4,第二部分电极拽数为25。
IDT14--电极指数为33,其中两侧第一部分电极指数各为4,第二部分电极指数为33-8-25。
IDT15--电极指数为29,其中第一部分电极指数为4,第二部分电极指数25。
上面代表IDT波长的λI1最好约3.90μm,λI2最好约4.19μm。
如取图1的IDT13为例,第一与第二部分之间的距离是电极指13c的中心与电极指13b的中心距离,约为0.25λI1+0.25λI2。其它IDT的第一与第二部分的距离最好按上述同样的方法设置。此外,相邻IDT间的距离,如相邻的IDT14的电极指14i与IDT15和15a间的中心距最好约为0.50λI1。
此外,IDT13与15和相应反射器16与17间的距离,即IDT外沿部分与反射器内沿间的相互的电极指中心距最好约为0.50λR。
IDT13-15每根的能率最好为约0.73,而反射器的能量最好为约0.55。能率是电极指宽度与(电极指宽度……电极指间隔距离)之比。
最好分别以IDT13-15和反射器16与17同样的方法构制表面声波滤波器12的IDT18-20和反射器21与22。
本例的特征在于,第一与第二部分间的距离和相邻IDT间的距离是按上述方法设计的。如下面详述的那样,这些距离最好约为相邻IDT波长的0.50倍。当间距两侧的波长不一时,为保持IDT的连续性,最好通过增加这些波长的约0.25倍得到该距离。
为作比较,提供一种常规的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其电极结构如图2所示。可以看出,纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器201并不设置像纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器1设置的两类间隔。它们以同样方法构制,但是各电极指间隔部分的距离相同。因此,考虑到相同的部件,省略对其作详细说明,只是对同样的部件指定标号,其中将200加给指示上述实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器诸部件的标号。下面详述为比较而提供的表面声波滤波器201的电极结构。
即,IDT213-215与218-220的相交宽度W约为43.2λI。IDT的电极拽数如下:
IDT213,215,218与220为25;IDT214与219为31。
IDT的波长λI最好约4.17μm,反射器波长λR最好约4.29μm。反射器的电极指数各为100。
相邻IDT与IDT电极指中心距离为0.32λI,反射器与同其相邻的IDT间的电极指中心距离为0.50λR。此外,IDT与反射器的能率与该实施例相同,电极膜厚为0.08λI。
对本实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器和按上述方法制备的常规例中的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器作了幅值特性测量,结果示于图3。图3中的实线代表本实施例的结果,虚线代表常规例的结果。此外,垂直轴右侧还示出了对用实线和虚线代表的各幅值特性重要部分按比例放大而得到的特性。
如图3所示,与常规例相比,本实施例纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器1的通带内插入损耗减小得多多。例如,常规例中通带内的最小插入损耗约2.3dB,而本例中约为1.7dB,说明改善了约0.6dB。
常规例中,从通过电平起衰减量为4.5dB的带宽约为44MHz,而在本实施例中可获得从通过电平起衰减量为3.9dB的同一带宽。即在相对于整个通带作比较时,本实施例比常规例使插入损耗改善了约0.6dB。
本例中,能以上述方法改善插入损耗的理由如下。
在常规三IDT型纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器设计中,相邻IDT间的电极指中心距离约为0.25λI,这是因为通带是利用三个谐振膜形成的,通过将阻抗从50Ω变为200Ω,可以分清在图4所示的常规表面声波滤波器频率特性中用三个箭头A-C指示的谐振模峰值。即在图5的电极结构中,通带是利用某个谐振膜(图4的箭头C)而不是用下面的第零次膜(图4的箭头B)和二次模(图4的箭头A)形成的,该谐振膜在IDT-IDT间隔部分内有一表面声波的强度分布峰值。
然而,IDT与IDT间隔的距离约为0.25λI,在表面声波传播路径中造成断续部分,由于在该断续部分增大了作为重波辐射的分量,因而产生了传播损耗增大的问题。
因此,为了减小上述的传播损耗量,要求通过将IDT与IDT间隔距离置成约0.50λI来消除该断续部分。然而,当IDT与IDT间隔距离约为0.50λI时,由于得不到上述三种模式,会产生无法实现更宽频带的问题。
在实施例的特征在于,为解决上述两个问题,在相邻的IDT间设置了上述的第一与第二部分。即通过部分改变IDT中的电极指指距,同时利用三个谐振模形成通带,将IDT与IDT间隔距离置成约为间隔两侧IDT波长的0.50倍,可减小作为重波辐射的损耗量。
通常,当电极指周期小于通过传播路径传播的表面波长时,可减小表面声波本身的传播损耗。因此,如上所述,由于第一部分的电极指指距比第二部分的小,所以也减小了表面声波的传播损耗。
因此,如图3所示,虽然本例中可得到像常规例中一样的通带宽度(其中实现了更宽的频带),但比常规例大大减小了通带内的插入损耗。
与第二部分的电极指指距相比,发明者已确定应该对第一部分构制多么小的电极指指距来获得较佳的结果。
即为了查明由此是如何改变传播损耗的,可在图1所示的本实施例中以各种方式改变纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中第一部分的电极指指距。结果如图6所示。
图6中,水平轴代表第一部分与第二部分的电极指指距之比(称为窄指距电极指的指距比),垂直轴代表传播损耗。从通带内插入损耗中减去阻抗失配造成的损耗和电极指电阻分量造成的欧姆损耗,得到的值即是图6的传播损耗。
得到了图6结果后,在示出的某种情况的结果中,具有窄电极指指距的电极指数为8、12和18。这里以IDT13-15为例,具有窄电极指指距的电极指数,表示IDT13第一部分的电极指数(图1示出两根指)和IDT13一侧IDT14第一部分的窄指距电极指数(图1示出两根指)的总和。此时,图1示出了四根指。然而,如上所述,可设置8指、12指或18指。
同样地,在IDT15与IDT14之间相邻部分中,窄电极指指距的电极指总数也是8、12和18,尽管图1示出的是4指。即图1示出的一种设计,窄电极指指距的电极指数为4。在下面的描述中,“窄指距电极指数”表示按上棕方法定义的值。
图6清楚地示出,当窄指距电极指的指距比接近0.95时,无论窄指距电极指数是多少,均可将传播损耗减至最小。对应于这一传播损耗改进的量,被认为是对应于作为重波辐射的损耗减少的量与对应于通过减小电极指指距而使表面声波传播耗减少的量之和。
即为了减小带内插入损耗,发现最好将上述窄指距电极指的指距比置成这一量级的值。
接着,确定传播减少比常规例小的范围。用常规方法设计时,传播损耗约1.9dB。如下所述,本例中的窄指距电极指数最好是18或更少。
图6明白地指出,能看到传播损耗减小作用的范围在窄指距电极指的指距比约为0.83-0.99的范围内。窄指距电极指的指跑比约为0.83-0.99的范围内。窄指距电极指的指距比即使小于约0.83,传播损耗在适当条件下仍然很小。然而,考虑到电极制造精度的限制,发现指距比最好接近的0.83-0.99。
然后,确认较佳的窄指距电极指数范围。图7示出的反射特性是在将窄指距电极指数设成8和12时对每种指数调节设计参数的情况,从而在相应通带内实现阻抗匹配。图7(a)表示窄指距电极指数为8的情况,图7(b)表示指数为12的情况。
当增大窄指距电极指数时,容易劣化阻抗聚集比,由此劣化VSWR或琮内偏移。此外,由于通带内偏移被劣化,通带宽度容易减窄。因此,在改变窄指距电极指数的情况下,用上述实施例设计作为基线,测量VSWR和通带宽度的变化,结果示于图8和32。
图8的VSWR值和图32的通带宽度值是在这样一种场合中的值,即改变相交宽度、窄指距电极指的指距等,按窄指距电极指数实现通带内的阻抗匹配。通常在考虑到特性因温度而变化、特征变化或其它特性的EGSM方法中,VSWR值最好为2.5或更小,通带宽度最好约42MHz或更大。
图8中,在VSWR约为2.5或更小的范围内,窄指距电极指数为18或更少。从图32可知,窄指距电极指数也是18或更少,其中通带约为42MHz或更大,即窄指距电极指数最好是18或更多。这样就增大了阻抗聚集比,减少了VSWR及带内偏移。此外,发现这样能得到通带宽度足够大的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
接着在改变相邻IDT间的距离(从本例采用的距离开始)的情况下,检查传播损耗的变化,结果示于图33。相邻IDT间的距离,例如图1中IDT14和IDT15相邻的电极指14i与15a间的中心距,最好分别约为0.50λI1。图33中,相对于从把值0.50λI1置为0的地方开始的中心距离化,绘制传播损耗变化。图33中,传播损耗随着相邻IDT间的中心距变化而劣化,即已经证实,为制得低损耗滤波器,相邻IDT间的中心距最好约为0.50λI1。同样的,为制得损耗滤波器,最好像本例那样,指距不同的第一与第二部分间的距离约为0.25λI1+0.25λI2。
接着,检查指距未减小的电极指间的中心距,如图1中电极指13c与14c间的中心距,以便研究电极指13c与14c间的中心距离希望有多长,结果示于图34。图34的结果是在下述情况下通过检查指距未减小的电极指间的中心距而得到的:设计出本发明诸实施例的结构,使滤波器对各种应用场合(如不仅是EGSM法,还有DCS法与PCS法)都具有最佳的特性。在所有这些设计中,设计成可对每种方法获得所需的带宽,且VSWR约为2.5或更小。水平轴的值表示电极指间的中心距,这些电极指的指距未应用其指距不减小的电极指的波长比减小。在每种情况下,通过从相应的中心中减去值0.5n(n=1,2,3,……),使每一个这种值处于约0.0~0.5范围内。如当波长比约为4.73时,在图34中画成约0.23。
图34中,其指距未减小的电极指间的中心距集中在约0.13~0.23范围内。再者,在所有场合中,它们均在约0.08~0.24范围内。在图2的相关技术中,这些中心距最好在约0.25~0.30范围内。在本发明诸实施例中,中心距应在约0.08~0.24范围内,最好在约0.13~0.23范围内。
本例中虽然使用了36°Y切割X传播的LiTaO3基片,但是也可使用另一种晶向的LiTaO3基片、LiNbO3基片或其它合适的基片。例如,在应用弱波的压电基片中,如36~44°Y切割X传播的LiTaO3基基片。64~72°Y切割X传播的LiNbO3基片或41°Y切割X传播的LiNbO3基片中,都可得到特别大的效果。
本例中,三IDT型纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器建立了两级垂直连接。如图9所示,在一级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器31中应用与本例相同的结构,可获得本发明诸实施例的优点。再者,本发明不限于三IDT的滤波器。例如,将本发明应用于图10所示有5根IDT33~37的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器32,可实现本发明的诸优点。
即在本发明各种实施例中,纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的IDT数不限于3,它可以是5或更大。此外,纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器不一定限定多级结构的滤波器。
图11是表示本发明第二较佳实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的电极结构的平面图。第二例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器41完全以纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器1相同的方法构成,只是将沿表面声波传播方向设置在中间的IDT14与19倒了过来。
即相邻IDT的相邻电极指在第一实施例中接地时,将IDT14与19最外侧电极指接至相应的输入与输出端面不接地电位。因此,作为信号电极的电极指和接至外层IDT地电位的电极指在相邻IDT之间邻近。
具体而言,将对应于IDT14一侧IDT13与15边沿部分的电极指13a与15a接地位,而把与对应的电极指13a与15a相邻的IDT14的电极指14a与14i接输入端。即相邻电极指的极级在相邻IDT之间相反。表面声波滤波器12也以同样方式构制。
因此,第二实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器具有这样的结构,其中将相邻IDT之间极性相反的相邻电极指作两级垂直连接。
图12示出第二与第一实施例中表面声波滤波器41与表面声波滤波器1的谐振模的差异,这里示出了通过将输入/输出阻抗从50Ω改成500Ω并确认谐振模而得到的结构。
图12中,实线为第二实施例的结果,虚线为第一实施例的结果。
图12中的参照符D表示在IDT与IDT间隔中具有表面声波强度分布峰值的驻波的谐振膜,E指第零次模,G指二次模,F指两级垂直连接产生的模。
第一与第二实施例的主要差异是在第二实施例中,箭头D指示的谐振膜的电平更大。
在第一实施例中,由于把相邻IDT的相邻电板指接地电位,因此无法将IDT与IDT间隔中的表面声波转换成电信号。结果,对在IDT与IDT间隔内具有强度峰值的谐振模D的电信号而言,降低了转换效率。
另一方面,在第二实施例中,由于相邻电极IDT的相邻电极指的极性相反,即使在IDT-IDT间隔内也能把表面声波转换成电信号,因此提高了对具有上述谐振模D的电信号的转换效率。
图13示出第二与第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性以及在轴线右侧按比例放大垂直轴插入损耗得到的相应幅值特性。图13中第二实施例的幅值特性(实线),是通过在第一实施例中按设计条件将相交宽度变为约33.4λI2并将窄指距电极指的波长变为约3.88μm以便调节阻抗偏移(由该模的频率与电平变化造成)而得到的。
如图13指出的那样,根据第二实施例,通带内插入损耗的改善比第一实施例(虚线)还好,而且通带宽度更宽。因此,相邻IDT的相邻电极指的极性最好相反,这样可提供插入损耗更小、通带更宽的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
第二实施例的诸优点还可以这样获得,即只要在建立两级垂直连接的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11和12之一中,以上述方法使IDT间相邻电极指的极性相反。
图14是表示本发明第三实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的平面图。
构制第三实施例的表面声波滤波器51,使得窄指距电极指数与第一实施例的一样,而IDT13第一部分的窄指距电极指数与IDT13一侧IDT14第一部分的窄指距电极指数不同。此外,最好使IDT15第一部分与IDT15一侧IDT14第一部分的窄指距电极指数不一样。另外,由于构成方法与第一实施例相同,所以通过对相应的元件指定第一实施例中用过的同一标号,可应用第一实施例中相应单元的说明。与第一实施例不同的那些单元则描述得更具体些。本例中,表面声波滤波器12中IDT13-15的电极指数如下:
UDT13……30,其中第一与第二部分的电极指数各为5和25。
IDT14……电极指数为33,其中第一部分的两侧各有3根窄指距电极指,位于中间的第二部分有27根电极指。
IDT15……30,其中第一与第二部分的电极指数各为5和25。
本例中,表面声波滤波器11和12最好也以同样方式构制。图14中,为简便起见,以减少电极指数的方式示出电极指,即图14中示出了设置在IDT14左右侧的窄指距电极指,但是IDT13和15第一部分的窄指距电极指数是3。
本例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器51的反射特性示于图15(b)。为作比较,图15(c)示出了第一实施例中表面声波滤波器的反射特性。
构制第三实施例,使相邻的两个IDT第一部分的窄指距电极指数不一样。此外,为使阻抗匹配至50Ω,电极指相交宽度约为47.7λI2。
如图15指出的那样,第三实施例的阻抗聚集比要差于第一实施例。
与之相反,图15(a)示出的反射特性是一种增加IDT14的窄指距电极指数的情况。这种情况的变化是:在第三实施例中,IDT13、15、18和20的电极指总数为28,第一部分的电极指数是3,第二部分的电极指数25,IDT14和19(位于中间)的电极指总数为37,其中第一部分两侧的电极指数各为5,中间第二部分的电极指数为27,而相交宽度约为28.6λI2。如图15(a)所示,此时与第一实施例相比,虽然整个阻抗为容性,但是阻抗聚集比增大了。
第三实施例和具有图15(b)所示的反射特性的修正例都不是EGSM型接收级带通滤波器最佳的实施例,然而它们却适用于其它应用场合。如图15(b)所示,当阻抗聚集比劣化后,虽然观察到VSWR的劣化趋向,但是通常宽度容易扩展。
即图16(a)与(b)中的实线指明了第三实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性与VSWR特性。为作比较,图16(a)与(b)中用虚线指明第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11的幅值特性与VSWR特性。
如图16所示,根据第三实施例,与第一实施例经比较发现,尽管VSWR劣化了约0.2,但是距通过电平4dB的通带宽度约展宽了1.5MHz。此时发现,由于通带内插入损耗电平几乎不变,所以能实现更宽的频带而保持低损耗。
即第三实施例证明,即使VSWR有些劣化,但是仍能提供适用于要求减少通带内损耗并扩展通带宽度的应用场合的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
接下来如图15(a)所示,描述一个适用于阻抗为容性(尽管最好是阻抗聚焦比)的场合的例子。
图17(a)与(b)用实线示出上述修正例是纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性的VSWR特性。为作比较,用虚线示出第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性和VSWR特性。在产生图17所示结果的修正例中,电极相交宽度约31.0λI2,IDT13、15、18和20的电极指总数为28,第一部分的电极指数是3,第二部分的电极指数是25。中心IDT14和19的电极指总数为47,其中第一部分两侧的电极指数各为5,中心第二部分的电极指数各为37。该IDT的波长λI1约3.88μm。另外,该修正例基本上与第一实施例相同。
由图17可知,在上述修正例中,与第一实施例的表面声波滤波器11相比,虽然距通过电平4dB的通带宽度减窄约3.5MHa,但是VSWR仅改善约0.7。此时由于插入损耗电平在通带中几乎不变,所以可改变VSWR且保持低损耗。即发现,即便通带宽度很窄,仍能提供适用于要求减少通带内损耗和减小VSWR的场合的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
如上所述,如在第三实施例中一样,通过改变第一部分电极指的平衡(换言之,改变窄指距电极指数),在减小通带内插入损耗的同时,能方便地提供适合各种应用的带通滤波器。
图18(a)和(b)是表示第四实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的平面图和沿同电极指相交的方向截取的剖面图。图18(b)是图18(a)中交替长短虚线x和x之间的剖面图。图18(a)的电极结构与图1中第一实施例的电极结构完全相同。因此,对于同等的单元指定相应的标号。本例的特性清楚地示出图18(b),即如将设置有IDT19与20及反射器22的部分示作范例,则窄指距电极指的膜厚小于其它电极指的膜厚或反射器电极的膜厚。即如图18(b)所示,IDT20一侧IDT19第一部分电极指19f与19g的膜厚和IDT19一侧IDT20第一部分电极指20A与20b的膜厚,均小于其它电极指的膜厚和反射器22电极的膜厚。同样地,在图18(a)所示的相邻IDT之间的一部分中,该部分两侧窄指距电极指的膜厚小于该部分其余电极指的膜存。具体地说,本例中,窄指距电极指的膜厚最好约为0.06λI2,其余电极指的膜厚最好约为0.08λI2。
本例中,由于减小了窄指距电极指的膜厚,设计与第一实施例的设计不同,使电极指相交宽度约为38.2λI2,而λI1=3.93μm。此外,本例与第一实施例基本上相同。
第四实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性在图19中用实线表示。为作比较,第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11的幅值特性用虚线表示。
从图19可知,与第一实施例相比,第四实施例证明可进一步减少通带内插入损耗。通常在应用弱波的表面声波滤波器中,减小包括Al在内的电极的膜厚,易于减小至波幅射造成的损耗。然而,减小电极膜厚,会减小机电耦合系数,且使反射器的阻带宽度减窄。这种配置导致产生无法实现更宽的频带的问题。
在第四实施例中,为解决此问题,电极指的膜存在最容易产生重波辐射的IDT与IDT间隔内变薄,换言之,使之在设置窄指距电极指的部分中变薄,这样能减小重波辐射造成的损耗,且可得到较佳的特性。
图20是表示本发明第五实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的平面图。
本例的特征在于用一种分裂电极(以分裂电极指13f1与13f2为代表)构成窄指距电极指。此外,本例与第一实施例完全相同。下面仅说明修正的单元。
即在第五实施例中,电极指相交宽度约为35.7λI2,IDT的波长λI2约为4.20μm,λI1约为4.04μm。
图21中,第五实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性用实线表示,虚线表示第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
如图21所示,在第五实施例中,与常规纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器相比,大大改善了通带内插入损耗。
因此而确定,在本发明各种实施例中,窄指距电极指可用多根(一般为两根分裂电极指)分裂电极指构成。
第六实施例的电路结构最好与第一实施例完全相同,因而可应用对第一实施例的说明,省略详细描述。
第六与第一实施例的差异在于表面声波滤波器12的IDT18~20第一部分电极指的波长(即窄指距电极指的波长)约为3.88μm。此外,第六与第一实施例相同。
即在第六实施例中,纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11与12(图1中示出为两级垂直连接)中窄指距电极指的波长不同。
图22中,实线表示第六实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性,虚线表示第一实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的幅值特性。
由图22可知,按第六实施例,通带宽度比第一实施例扩展了。此时,第一与第六实施例的VSWR值均约为2.0。因此,第六实施例能扩展通带宽度而不劣化VSWR。
这样,在多个表面声波滤波器级联时,通过使表面声波滤波器各级的窄指距电极指结构有所差异,换言之,通过使表面声波滤波器至少一级的窄指距电极指结构与该表面声波滤波器其余各级的电极指结构有所不同,可展宽通带宽度。
图23是表示本发明第七实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器61电极结构的平面图。本例对应于图9所示纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器31的修正例,即表面声波谐振器62作为串级谐振器串联在一级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器31的中央IDT14与输入端之间。
在本发明各实施例中,表面声波谐振器可与纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器串接,像本例中那样。
一般知道,将表面声波谐振器与纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器串接起来,可扩展通带外衰减量。然而问题在于,尽管通带外衰减量增大了,通带内插入损耗却变大了。
另一方面,本例中由于应用了本发明各种实施例中上述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,减少了插入损耗的劣化。即通过将表面声波谐振器62与纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器31串接,在减少通带内插入损耗的同时,能扩展通带外衰减量,从而获得较佳的滤波特性。
同样地,在本发明各种实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中,由于大大减小了通带内插入损耗,可将表面声波谐振器与按本发明各实施例构制的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器并联。此时可减小通带内插入损耗,并且扩展通带外衰减量。
或者,纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器可以包括串并联的表面声波谐振器。
图24是表示第八实施例中纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的平面图。第八实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器71具有与图9所示纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器同样的电极结构,不同之处在于图9的表面声波滤波器中设置了不平衡输入一不平衡输出,而在本例中,中央IDT的一个端子接到输入端,还设置了端子72,故能从中央IDT的另一端子获取信号。
近年来,一直希望纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器具有平衡一不平衡变换功能。在图24的第八实施例中,令端子74为输入端,端子72与73为输出端,就能构成不平衡输入一平衡输出型滤波器。反之,令端子72与73为输入端,端子74为输出端,则可构成平衡输入一不平衡输出型滤波器。因此,可提供通常内插入损耗小且具有平衡一不平衡变换功能的表面声波滤波器。图25~30示出了具有这种平衡一不平衡变换功能的表面声波滤波器的诸修正例。
构制如图25所示的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器81,从而能从外侧的IDT13和15得到平衡输入/输出,并将中央IDT14接至不平衡输入/输出端82。
在图26的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器85中,IDT13与15同IDT14的相位相反,由此实现平衡一不平衡变换功能。
再者,在纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器86中,两级垂直连接的表面声波滤波器11与12的IDT18与20的相位相反。将端子87与88接至IDT19,可从IDT19获得平衡信号。
在图28的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器91的两级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11与12中,将得到平衡端一侧的表面声波滤波器12分成两个表面声波滤波器92与93,其相交宽度约为表面声波滤波器11相交宽度的一半。此外,表面声波滤波器92与93的相位相反。
另外如图29所示,通过将第二表面声波滤波器12分为纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器96与97并使IDT13与15的相位同第一表面声波滤波器1的IDT14相反,可提供在结构上具有两级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11与12的平衡一不平衡变换功能。
在图30的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器101中,两级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器以这样一种方式并联,使两级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器每一个的相交宽度减半,即把纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11分为两个纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器11A与11B,把纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器12分为纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器12A与12B。
通过在表面声波滤波器中间将一对表面声波滤波器的相位反置,可提供平衡一不平衡变换功能。
即如图25-30所示,以第八实施例同样的方法可提供具有平衡一不平衡变换功能的表面声波滤波器,而各种结构可减小插入损耗。
图31是表示本发明第九实施例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器电极结构的平面图。本例的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器111具有与图8所示纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器同样的电极结构,不同之处在于设置了端子112~115,以便从所有的IDT13~15获取信号。
这里由于端子112与115反端子113与114都能获取信号,故能形成平衡输入一平衡输出的表面声波滤波器。本例中,由于纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器是按本发明诸实施例构制的,所以也能提供通带内插入损耗小的平衡输入/输出型表面声波滤波器。
图35是表示通信设备160的框图,该设备应用了本发明另一实施例的表面声波装置。
图35中,将基用天线162接至天线161,在共用天线164与放大器165之间接有构成RF级的表面声波滤波器164与放大器165。此外,把IF级表面声波滤波器169接至混频器163。在发送一侧的共用天线162与混频器166之间,接有构成RF级的放大器167与表面声波滤波器168。
在上述通信设备160中,可将按本发明诸实施例构制的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器用作RF级表面波滤波器164、168和169。
上面揭示了本发明诸实施例,执行这里揭示的原理的各种模式都在下述权项范围内,因此本发明的范围只受到所附权项的限制。
Claims (22)
1.一种纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于包括:
压电基片;及
至少三根沿表面声波传播方向安置在所述压电基片上的IDT,每根IDT有多根电极指;
其中,在至少三根IDT的至少一根中,在表面声波传播方向上与另一IDT边沿相邻的第一的电极指周期,与所述至少一根IDT其余部分的第二部分的电极指周期不同,由所述第一与第二部分电极指周期确定的表面声波波长分别为λI1与λI2。
2.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分的电极指周期短于所述第二部分的电极指周期。
3.如权利要求2所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分的电极指周期约是所述第二部分电极指周期的0.82~0.99倍。
4.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于安置相邻的一对IDT,使所述第一部分的电极指周期不同于所述第二部分的电极指周期,而所述对的相邻IDT相邻电极指间的中心距基本上等于0.5λI1。
5.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于只安置成对相邻IDT中的一根IDT,使所述第一与第二部分的电极指周期不同,而所述对相邻的IDT相邻电极指间的中心距基本上等于0.25λI1+0.25λI2。
6.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于在所述第一与第二部分的电极指周期不同的IDT中,所述第一与第二部分电极指间的中心距在所述第一与第二部分的电极指相邻的部分中基本上等于0.25λI+0.25λI2。
7.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于包括包括第一与第二部分的IDT相邻电极指的极性与所述IDT相邻的IDT的电极指极性不同。
8.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分的电极指总数在一对相邻IDT相邻部分两侧不大于18。
9.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于一对相邻IDT具有不同周期的电极指间的中心距为(0.08+0.5n)λI2~(0.24+0.5n)λI2(n=1,2,3,……)。
10.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于一对相邻IDT具有不同周期的电极指间的中心距为(0.13+0.5n)λI2~(0.23+0.5n)λI2(民1,2,3,……)。
11.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于,沿表面声波滤波器传播方向相邻的两根成对的IDT包括第一与第二部分,两根IDT第一部分的电极指数不同。
12.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于,所述压电基片是相对于X轴沿Y轴方向将LiTaO3单晶旋转的36~44度得到的。
13.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一与第二部分电极指的膜厚不同。
14.如权利要求13所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分电极指的膜厚比所述第二部分电极指的膜厚薄。
15.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分的电极指包括一种分裂电极。
16.一种纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于包括安置成限定至少一种两级连接的权项1的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
17.如权利要求16所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于多级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器中至少一级的所述第一部分的电极指周期与其另一级的所述第一部分的电极指周期不同。
18.如权利要求17所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于所述第一部分的电极指周期在多级纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器的每一级中是不同的。
19.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于将至少一个串接的谐振器和/或并联的谐振器接至输入侧和/或输出侧。
20.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于的滤波器被构成具有平衡-不平衡的输入/输出。
21.如权利要求1所述的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器,其特征在于的滤波器被构成具有平衡-平衡的输入/输出。
22.一种通信设备,其特征在于包括用于限定一带通滤波器的权项1的纵向耦合的谐振器型表面声波滤波器。
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Date | Code | Title | Description |
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
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CX01 | Expiry of patent term | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20041013 |