CN1551499B

CN1551499B - 表面声波装置

Info

Publication number: CN1551499B
Application number: CN200410045643.4A
Authority: CN
Inventors: 渡边纪夫
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-05-19
Also published as: US7102269B2; CN1551499A; EP1480338A3; JP2004343637A; EP1480338B1; US20040233021A1; EP1480338A2; JP4155104B2

Abstract

一种表面声波装置包括相互并联的第一和第二表面声波谐振器滤波器。第一双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f1L和f1H而第二双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f2L和f2H，其中f1H＝f2L。第一和第二双模表面声波谐振器滤波器中的一个的谐振模的Q因子比另一个表面声波谐振器滤波器的小，或者第一和第二表面声波谐振器滤波器中的至少一个中的反射器的能量透过率的范围从约12％到约28％。

Description

表面声波装置

技术领域

本发明涉及用作例如带通滤波器的表面声波装置，尤其涉及一种具有与第二表面声波谐振器滤波器并联的第一表面声波谐振器滤波器的表面声波装置。

背景技术

业已设计了各种类型的表面声波装置，它们包括相互并联的多个表面声波谐振器滤波器。例如，日本特许公开No.6-334476(下称专利文件1)揭示了一种表面声波装置，它包括设置在石英基板上的多个IDT电极，且包括IDT电极的第一表面声波谐振器滤波器与同样包括IDT电极的第二表面声波谐振器滤波器并联。这里，并联的表面声波谐振器滤波器的滤波特性向彼此移动(shift)以实现表面声波装置的宽频带滤波特性。

图10示出了这种已知表面声波装置的滤波特性的实例。

另一方面，日本特许公开No.7-58585(下称专利文件2)揭示了一种表面声波装置，它与专利文件1中揭示的表面声波装置类似。但是，专利文件2中揭示的并联表面声波谐振器滤波器的滤波特性的关系与专利文件1中的不同。这样，参考图11，虚线A和B分别示出表面声波谐振器滤波器的第一特性和第二特性。实线示出表面声波装置的整体过滤特性。通过虚线A和B可以看出，每个表面声波谐振器具有纵模的三个不同的谐振点。在专利文件2中的表面声波装置中，考虑了一个表面声波谐振器滤波器的高频侧上的两个谐振点和另一个表面声波谐振器滤波器的低频侧上的两个谐振点。因此，获得了表面声波装置的整体滤波特性。

为了构建纵耦合的表面声波谐振器滤波器，在压电基板上并联了多个表面声波谐振器滤波器，如专利文件1和2中所揭示的。这种结构降低了表面声波滤波器的阻抗。此外，通过使表面声波谐振器滤波器的滤波特性向彼此移动实现了宽频带滤波特性，如专利文件1和2中所揭示的。

不幸的是，虽然通过使第一和第二表面声波谐振器滤波器的滤波特性向彼此移动而实现了宽频带，但整体滤波特性中产生了不良波动。

另一方面，如专利文件2中所揭示的，重叠第一和第二表面声波谐振器滤波器的滤波特性中的多个谐振点抑制了这些不良波动。然而，即使在这种设计中，有时由于在某种设计条件下的制造过程中的变化也会产生波动。即，如果偏移重叠的谐振点且失去相位的连续性，就会产生波动。特别是，在谐振点的高Q因子的情况中，即在相位急剧变化的情况中，重叠的谐振点的稍许偏移都会显著地移动相位，从而产生波动。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种表面声波装置，它具有并联的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器，具有宽频带滤波特性，并可靠地抑制了不良波动。

根据本发明的第一方面，一种表面声波装置包括相互并联的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器，它们每一个都包括压电基板、在该压电基板上的IDT电极和栅状反射器，其中第一双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；第二双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二双模表面声波谐振器滤波器中的至少一个反射器的能量透过率的范围从约12％到约28％，其中所述压电基板是石英压电基板，且所述栅状反射器的电极指的数量小于90。因此，在整体滤波特性中，使其中的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器的谐振点相重叠以获得宽频带，大大降低了相位特性的改变，从而有效地使通频带波动最小。

根据本发明的第二较佳实施例，一种表面声波装置包括相互并联的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器，每个所述第一和第二双模表面声波谐振器滤波器都包括压电基板、置于所述压电基板上的IDT电极和区域两侧上的栅状反射器，其中所述区域是表面声波传播方向上放置IDT电极的区域；其中第一双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；第二双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；f1H＝f2L；以及第一和第二双模表面声波谐振器滤波器中的一个的谐振模的Q因子小于另一个双模表面声波谐振器滤波器的谐振模的Q因子，其中所述压电基板是石英压电基板，且所述栅状反射器的电极指的数量小于90。因此，在整体滤波特性中，使其中的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器的谐振点相重叠以获得宽频带，大大降低了相位特性的改变，从而有效地使通频带波动最小。

根据本发明的第一和第二较佳实施例，分数带宽优选在从约0.18％到约0.22％的范围内，其中所述分数带宽是通频带与该通频带的中心频率之比。因此，获得了抑制通频带波动的宽频带滤波特性。

根据本发明的第一和第二较佳实施例，压电基板优选是石英基板。

根据本发明的又一个较佳实施例，在表面声波装置中，第一表面声波谐振器滤波器和第二表面声波谐振器滤波器优选设置在同一压电基板上。因此，提供了一种抑制通频带波动的表面声波装置作为由一个元件限定的部件。

通过以下较佳实施例的详细描述并参考附图将使本发明的其它特点、特性和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是根据本发明第一较佳实施例的表面声波装置的示意性平面图；

图2示出根据本发明第一较佳实施例的第一双模表面声波谐振器滤波器、第二表面声波谐振器滤波器以及表面声波装置的滤波特性；

图3示出根据本发明第一较佳实施例的表面声波装置的传播特性的实例，其中外部元件贴附到表面声波装置上用于阻抗匹配且通频带中不出现波动；

图4示出根据本发明第一较佳实施例的表面声波装置的传播特性的实例，其中外部元件贴附到表面声波装置上用于阻抗匹配且通频带中出现波动；

图5示出在本发明的第一较佳实施例中改变栅状反射器的电极指数量时群时间波动和峰值损耗的变化；

图6示出当在本发明第二较佳实施例中改变反射器的电极指数量时约0.18％的分数频带宽中群延迟时间波动和峰值损耗的变化；

图7示出当在本发明的第二较佳实施例中改变反射器的电极指数量时，约0.22％的分数频带宽中群延迟时间波动和峰值损耗的变化；

图8示出当在本发明的第三较佳实施例中改变反射器的电极指数量时，群延迟时间波动和峰值损耗的变化；

图9示出根据本发明第一到第三较佳实施例的结果，反射器的电极指和经由反射器的能量透过率之间的关系的计算结果；

图10示出第一和第二表面声波谐振器滤波器的滤波特性和已知表面声波装置的一个实例的整体滤波特性；以及

图11示出第一和第二表面声波谐振器滤波器的滤波特性和已知表面声波装置的另一个实例的整体滤波特性。

具体实施方式

现在将描述本发明的优选实施例。

第一优选实施例

图1是根据本发明第一优选实施例的表面声波装置的平面示意图。表面声波装置1包括压电基板2上的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器3和4。在这个优选实施例中，压电基板2由石英晶体构成，但它也可以由诸如LiTaO₃或LiNbO₃的其它压电单晶或者其它合适的材料构成。

第一表面声波谐振器滤波器3包括IDT电极3a和3b，以及在表面声波传播方向上分别置于IDT电极3a和3b区域两侧上的栅状反射器3c和3d。同样，第二表面声波谐振器滤波器4包括IDT电极4a和4b，以及栅状反射器4c和4d。

在该优选实施例中，IDT电极3a、3b、4a和4b以及栅状反射器3c、3d、4c和4d优选由主要包含Al的涂覆金属构成。金属膜的厚度约为所选表面声波波长的3％。IDT电极3a、3b、4a和4b以及栅状反射器3c、3d、4c和4d的占空比优选约0.55。术语“占空比”这里用来表示电极指的宽度比上所述宽度与电极指之间间隔之和的比率。

每个IDT电极3a、3b、4a和4b都包括68对电极指。

IDT电极3a和3b的指之间的中心距约为1.25λ，其中λ是反射器3c和3d的波长。反射器3c和IDT电极3a的指之间的中心距优选约0.52λ。同样，反射器3d和IDT电极3b的指之间的中心距优选约0.52λ。

每个反射器3c和3d的指的数量设定为40、60、80、100或120。

另一方面，对于第二表面声波谐振器滤波器，IDT电极4a和4b的指之间的中心距优选约0.64λ。反射器4c和IDT电极4a的指之间的中心距优选约0.52λ。反射器4d和IDT电极4b的指之间的中心距也优选约0.52λ。类似于第一表面声波谐振器滤波器，每个反射器4c和4d的指的数量设定为40、60、80、100或120。

第一表面声波谐振器滤波器3与第二表面声波谐振器滤波器4并联。即，第一表面声波谐振器滤波器3的输入IDT电极3a电连接到第二表面声波谐振器滤波器4的输入IDT电极4a，并随后电连接到输入端6。另一方面，第一表面声波谐振器滤波器3的输出IDT电极3b电连接到第二表面声波谐振器滤波器4的输出IDT电极4b，并随后电连接到输出端7。

参考图2，虚线X1和X2分别示出表面声波装置1中第一和第二表面声波谐振器滤波器3和4的滤波特性。图2中，表面声波装置1的整体滤波特性由实线示出。

在表面声波装置1中，反射器3c、3d、4c和4d的指的数量设定为上述数量。这些数量控制入射到反射器3c、3d、4c和4d上的能量透过率以降低通频带中波动的出现。将参考图2到5进行详细描述。

如图2中虚线X1和X2所示，当第一双模表面声波谐振器滤波器3的谐振频率是f1L和f1H(其中f1L＜f1H)，且第二双模表面声波谐振器滤波器4的谐振频率是f2L和f2H(其中f2L＜f2H)时，f1H＝f2L。从而，获得了图2中实线所示的宽频带滤波特性。

图3和4分别示出制造过程中有和没有结构变化的表面声波装置1的传播特性。在图3和4中，外部元件贴附到表面声波装置1上用于阻抗匹配。

通过图3和4中传播属性的比较可以看出，如图4中箭头Y所示，产生较大波动。当如图2所示的表面声波谐振器滤波器3和4的滤波特性中重叠的谐振点由于制造过程中的结构变化而彼此稍许偏移时，产生波动。

这样，在表面声波装置1的整体传播特性中，产生相位的不连续。因此，明显出现作为一种传播特性的群延迟时间特性中的上述波动。

图5示出在改变反射器的电极指的数量时表面声波装置1中群延迟波动和峰值损耗的量的变化。术语“群延迟波动”这里用来表示群延迟时间特性中通频带中出现的波动Y的量，而“峰值损耗”表示插入损耗的最小值。

如图5所示，随着栅状反射器3c、3d、4c和4d的电极指的数量减少，群延迟波动降低，这是因为：在减少反射器的电极指的数量时，入射到反射器上的表面声波方便地穿过。结果，表面声波的机械变化不能有效地转换成电能，由此降低了第一和第二表面声波谐振器滤波器3和4产生的谐振模的Q因子。换句话说，相位的适度变化使得组合第一和第二表面声波谐振器滤波器3和4的滤波特性而引起的谐振模的适度移动，即相位的适度不连续。

另一方面，减少栅状反射器3c、3d、4c和4d电极指的数量降低了从机械振动到电能的转换效率。因此，虽然抑制了上述波动Y，但使得峰值损耗值劣化。

结果，在表面声波装置1中，如上所述，通过减少栅状反射器3c、3d、4c和4d电极指的数量，即通过降低表面声波谐振器滤波器3和4的谐振模的Q因子，有效抑制了波动Y。

因此，图5示出，通过将反射器的电极指减少到小于或等于80有效地抑制了波动Y，并由此降低Q因子。

第二较佳实施例

在该较佳实施例中，虽然在石英基板上设置了与第一较佳实施例中的表面声波装置1的电极结构相同的电极结构，但通频带的分数带宽(fractional bandwidth)优选约为0.18％或约0.22％。

即，为了将分数带宽设定为约0.18％，输入IDT电极3a和输出IDT电极3b之间的中心距优选设定为约1.17λ，且IDT3a和反射器3c之间的距离以及IDT3b和反射器3d之间的距离优选设定为约0.48λ。

在第二表面声波谐振器滤波器中，输入IDT电极4a和输出IDT电极4b之间的中心距优选设定为约0.67λ，而IDT4a和反射器4c之间的距离以及IDT4b和反射器4d之间的距离优选设定为约0.52λ。

另一方面，为了实现具有约0.22％的分数带宽的表面声波装置，在第一表面声波谐振器滤波器3中，输入IDT电极3a和输出IDT电极3b之间的中心距优选设定为约1.09λ，且IDT3a和反射器3c之间的距离以及IDT3b和反射器3d之间的距离优选设定为约0.52λ。

在第二表面声波谐振器滤波器4中，输入IDT电极4a和输出IDT电极4b之间的中心距优选设定为约0.64λ，且IDT4a和反射器4c之间的距离以及IDT4b和反射器4d之间的距离优选设定为约0.52λ。

在上述两个表面声波装置中，与根据本发明第一较佳实施例的表面声波装置相比，只改变了分数带宽。

图6和7示出当改变反射器电极指数量时两个表面声波装置中群延迟波动和峰值损耗的量的改变。与第一较佳实施例类似，通过将反射器的电极指数量降低到小于或等于80到90，即通过降低Q因子，降低了通频带中产生的波动。

第三较佳实施例

在该较佳实施例中，在第一表面声波谐振器滤波器3中，栅状反射器3c和3d的电极指数量设定为80，在第二表面声波谐振器反射器4中，栅状反射器4c和4d的电极指数量设定为40、60、80、100或120。这样，入射到第一表面声波谐振器滤波器3的反射器3c和3d上的能量透过率保持恒定。随后，通过改变第二表面声波谐振器滤波器的栅状反射器的电极指数量来获得群延迟时间波动的改变。图8示出当改变第二表面声波谐振器滤波器中反射器的电极指数量时群延迟时间波动和峰值损耗的改变。

如图8所示，通过减少第二表面声波谐振器滤波器4中反射器的电极指数量降低了群延迟时间波动。

通过第一到第三较佳实施例可以了解，在表面声波装置1中，其中第一和第二表面声波谐振器滤波器在压电基板上并联，且第一和第二表面声波谐振器滤波器的谐振点被重叠，减少至少一个表面声波谐振器滤波器中反射器的电极指数量，即降低谐振模的Q因子，减少了相位变化。因此，减少了通频带中的波动。这里，降低栅状反射器的电极指数量相当于增加反射器的表面波能量透过率。

图9示出栅状反射器的电极指数量和经由根据本发明第一到第三较佳实施例的反射器的能量透过率之间的关系的计算结果。

通常，对于车载无键入口系统中包括的表面声波滤波器，其特性需要插入损耗小于或等于约4dB和通频带波动小于或等于约1dB。在这种情况中，为了在考虑了温度特性的变化后满足这种需要，需要插入损耗小于或等于约3dB且通频带波动小于或等于约0.3dB。由于通频带波动主要取决于GDT，所以通频带中的GDT应小于或等于约300ns以使通频带中的波动保持在小于或等于0.3dB。因此，对于车载无键入口系统中包括的表面声波滤波器，通频带中的GDT必须小于或等于约300ns且其特性中插入损耗必须小于或等于约3dB。

通过第一到第三较佳实施例可以了解，为了实现这个目的，反射器的电极指数量的范围从60到80。这些值对应于图9中示出的能量透过率的约12％到约28％的范围。

根据本发明的各种较佳实施例，通过将至少一个表面声波谐振器滤波器的能量透过率设定为约12％到约28％有效地抑制了通频带波动。

虽然通过其较佳实施例描述了本发明，但对于本技术领域内熟练的技术人员来说明显的是，本发明可以以大量方式修改并可以假定出以上特别描述外的许多实施例。因此，所附权利要求书旨在覆盖本发明的真实精神和范围内的所有修改。

Claims

1.一种表面声波装置，包括：

相互并联的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器，所述第一和第二双模表面声波谐振器滤波器的每一个包括压电基板、置于所述压电基板上的IDT电极和栅状反射器；其中

所述第一双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f1L和f1H，其中f1L＜f1H；

所述第二双模表面声波谐振器滤波器具有谐振频率f2L和f2H，其中f2L＜f2H；

f1H＝f2L；以及

所述第一和第二双模表面声波谐振器滤波器中的至少一个反射器的能量透过率的范围从12％到28％，

其中所述压电基板是石英压电基板，且所述栅状反射器的电极指的数量小于或等于90。

2.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，分数带宽的范围从0.18％到0.22％，所述分数带宽是通频带与所述通频带的中心频率的比。

3.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，所述第一双模表面声波谐振器滤波器和第二双模表面声波谐振器滤波器置于同一压电基板上。

4.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，所述压电基板是LiTaO₃基板。

5.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，所述压电基板是LiNbO₃基板。

6.如权利要求1所述的表面声波装置，其特征在于，所述IDT电极和所述栅状反射器由厚度为所选表面声波波长的3％的薄金属膜构成。

7.如权利要求6所述的表面声波装置，其特征在于，所述薄金属膜包括Al。

8.一种表面声波装置，包括：

相互并联的第一和第二双模表面声波谐振器滤波器，所述第一和第二双模表面声波谐振器滤波器的每一个都包括压电基板、置于所述压电基板上的IDT电极和区域两侧上的栅状反射器，其中所述区域是表面声波传播方向上放置IDT电极的区域；其中

f1H＝f2L；以及

第一和第二双模表面声波谐振器滤波器中的一个的谐振模的Q因子小于另一个双模表面声波谐振器滤波器的谐振模的Q因子，

其中，所述压电基板是石英压电基板，且所述栅状反射器的电极指的数量小于90。

9.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于，分数带宽的范围从0.18％到0.22％，其中所述分数带宽是通频带与所述通频带的中心频率之比。

10.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于，所述第一双模表面声波谐振器滤波器和第二双模表面声波谐振器滤波器置于同一压电基板上。

11.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于，所述压电基板是LiTaO₃基板。

12.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于，所述压电基板是LiNbO₃基板。

13.如权利要求8所述的表面声波装置，其特征在于，所述IDT电极和栅状反射器由厚度为所选表面声波波长的3％的薄金属膜构成。

14.如权利要求13所述的表面声波装置，其特征在于，所述薄金属膜包括Al。