CN218976662U - 谐振器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种谐振器，其包括基底、沿第一方向设置于基底的复合膜以及设置于复合膜靠近基底一侧的纵向声波反射器；复合膜包括沿第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜以及第二电极，第一电极设置于基底和纵向声波反射器之上；横向声波反射器的内侧面沿第一方向向复合膜的正投影所包围的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一电极、压电功能膜和第二电极均完全覆盖谐振区；复合膜位于谐振区的部分的声阻抗与复合膜位于非谐振区的部分的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。与相关技术相比，本实用新型的谐振器能量损失小且Q值增大。

Description

谐振器

【技术领域】

本实用新型涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种薄膜体声波谐振器。

【背景技术】

随着智能设备的日益增多，以及物联网和5G技术的不断普及，对高性能滤波器和多功器的需求越来越大。声学谐振器作为滤波器和多功器的重要组成部分，一直是近年来研究的重点对象。

相关技术中，谐振器包括沿第一方向设置的基底、第一电极、压电膜以及第二电极，所述基底和所述第一电极之间设置有纵向声波反射器；所述纵向声波反射器沿所述第一方向的正投影内边缘所包围的区域为谐振区，所述第一电极、第二电极以及压电膜沿所述第一方向相重叠的部分所包围的区域为激发区，在激发区内会产生纵向声波和横向声波。

然而，相关技术中，复合膜在激发区和激发区外不连续，横向声波向外传播到激发区的侧边和谐振区的侧边时，各发生一次声波散射效应，导致产生大量横向波的叠加振动，且大量声波能量进入基底形成耗散，造成反谐振点的Q值大幅降低。

因此，实有必要提供一种新的谐振器解决上述技术问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种减少能量损失且Q值增大的谐振器。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种谐振器，其包括基底、沿第一方向设置于所述基底上方的复合膜以及设置于所述复合膜靠近所述基底一侧的纵向声波反射器；所述复合膜包括沿所述第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜以及第二电极，所述第一电极设置于所述基底和所述纵向声波反射器之上；所述谐振器还包括设置于所述复合膜表面且呈封闭或开口的环状的横向声波反射器，所述横向声波反射器的内侧面沿所述第一方向向所述复合膜的正投影所包围的区域为谐振区，所述谐振器位于所述谐振区外的区域为非谐振区；所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极均完全覆盖所述谐振区；所述压电功能膜包括位于所述谐振区内且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的纵向压电膜以及环绕所述纵向压电膜外周缘且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的纵向非压电膜；所述谐振器位于所述谐振区的部分的声阻抗与所述谐振器位于所述非谐振区的部分的声阻抗相异，且所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极位于所述谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。

优选的，所述横向声波反射器设置于所述第一电极远离所述第二电极的一侧并环绕所述纵向声波反射器设置。

优选的，所述基底包括与所述第一电极相对间隔的底壁以及由所述底壁向所述第一电极弯折延伸的呈环状的侧壁，所述第一电极设置于所述侧壁远离所述底壁的一侧，所述侧壁充当所述横向声波反射器。

优选的，所述侧壁与所述底壁共同围成空腔结构，所述空腔结构充当所述纵向声波反射器，所述第一电极完全覆盖所述空腔结构。

优选的，所述横向声波反射器设置于所述压电功能膜远离所述第一电极的一侧且至少部分环绕所述第二电极设置，所述横向声波反射器的内侧面抵接于所述第二电极，所述横向声波反射器的声阻抗与所述第二电极的声阻抗不同。

优选的，所述横向声波反射器的声阻抗大于所述第二电极的声阻抗。

优选的，所述基底包括与所述第一电极相对间隔的底壁以及由所述底壁向所述第一电极弯折延伸呈环状的侧壁，所述侧壁与所述底壁共同围成空腔结构，所述空腔结构充当所述纵向声波反射器，所述第一电极设置于所述侧壁远离所述底壁的一侧。

优选的，所述纵向声波反射器为设置于所述基底靠近所述第一电极一侧的布拉格声反射镜，所述第一电极设置于所述布拉格声反射镜远离所述基底一侧。

优选的，所述横向声波反射器的内侧面所围成的区域沿所述第一方向向所述纵向声波反射器的正投影至少部分落在所述纵向声波反射器的范围内。

优选的，所述纵向压电膜沿所述第一方向向所述横向声波反射器的正投影完全落在所述横向声波反射器的内侧面所围成的区域内。

优选的，所述复合膜沿所述第一方向落在所述纵向压电膜的外侧面所围成的区域的部分形成激发区，所述激发区位于所述谐振区内。

优选的，所述纵向压电膜具有沿所述第一方向的压电系数，所述纵向非压电膜沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜沿所述第一方向的压电系数。

与相关技术相比，本实用新型的谐振器中，将呈封闭或开口的环状的横向声波反射器设置于复合膜表面，横向声波反射器的内侧面沿第一方向向复合膜的正投影所包围的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一电极、压电功能膜和第二电极均完全覆盖谐振区；压电功能膜包括位于谐振区内且设置于第一电极远离基底一侧的纵向压电膜以及环绕纵向压电膜外周缘且设置于第一电极远离基底一侧的纵向非压电膜；谐振器位于谐振区的部分的声阻抗与谐振器位于非谐振区的部分的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的；上述结构中，通过横向声波反射器的设置，使得谐振器位于谐振区的部分的声阻抗与谐振器位于非谐振区的部分的声阻抗不连续，横向声波反射器的内侧面充当了谐振区和非谐振区的分界面，使得复合膜在横向声波反射器的内侧面的两侧的声阻抗不连续，而在横向声波向外传播过程中，只在横向声波反射器的内侧面处发生一次声波散射效应，且横向声波反射器对横向声波主要发生的是声波反射作用，因此在纵向、横向声波反射器的共同作用下，横向波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型谐振器实施方式一的立体结构示意图；

图2为本实用新型谐振器实施方式一的部分立体结构分解图；

图3为图1沿A-A线的剖视图；

图4为本实用新型谐振器与相关技术谐振器阻抗对比图；

图5为本实用新型谐振器实施方式二的立体结构示意图；

图6为本实用新型谐振器实施方式二的部分立体结构分解图；

图7为图5沿B-B线的剖视图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

首先，需要说明的是，在实际应用中，谐振器中电极的形状多为变迹多边形，而谐振器中电极具体的形状可以根据实际设计的情况进行具体的设置，比如，下面所提及到的图1-3所示的实施方式一的谐振器电极以及图5-7所示实施方式二的谐振器电极的形状均为正方形，该形状的设置并非限定了本专利中的谐振器电极形状不能用变迹多边形以及其他形状。下面通过两个实施方式对本实用新型的谐振器进行展开描述：

实施方式一

请参阅图1-3所示，本实用新型提供一种谐振器100，其包括基底1、沿第一方向(即X轴方向)设置于所述基底1上方的复合膜2、设置于所述所述复合膜2靠近所述基底1一侧的纵向声波反射器3以及设置于所述复合膜2表面的横向声波反射器4，其中，所述第一方向为所述谐振器100的厚度方向。

所述复合膜2包括沿所述第一方向依次设置的第一电极21、压电功能膜22以及第二电极23，所述第一电极21设置于所述基底1和所述纵向声波反射器3之上。相邻两个结构相互之间的设置方式是不限的，可以彼此直接接触或通过设置在相邻结构之间的其他结构间接连接，在本实施方式一中，所述复合膜2叠设于所述基底1的表面上，所述第一电极21叠设于所述基底1并盖设于所述纵向声波反射器3之上，所述压电功能膜22叠设于所述第一电极21的表面上，所述第二电极23叠设于所述压电功能膜22远离所述第一电极21的表面上；当然，在其他实施方式中，在相邻两个结构之间增设其它的膜层结构，使得两者相互之间不直接叠设也是可行的，譬如，可以根据实际设计的需要，复合膜与基底之间增加其它的膜层结构也是可行，同样道理，而在第一电极与压电功能膜之间、或在压电功能膜与第二电极之间增设其它的膜层结构也是可行的。

值得一提的是，所述横向声波反射器4具体的结构形式及具体位置的设置是不限的，其可以根据实际情况进行具体的选择，比如，在本实施方式一中，所述横向声波反射器4呈封闭的环状结构，所述横向声波反射器4设置于所述第一电极21之上，具体的，所述横向声波反射器4叠设于所述第一电极21远离所述第二电极23的一侧且环绕所述纵向声波反射器3设置；当然，在其它的实施方式中，横向声波反射器呈开口的环状结构也是可行的。

具体的，所述基底1包括与所述第一电极21相对间隔的底壁11以及由所述底壁11向所述第一电极21弯折延伸并连接于所述复合膜2表面的呈环状的侧壁12；所述第一电极21设置于所述侧壁12远离所述底壁11的一侧，所述侧壁12充当所述横向声波反射器。

进一步，所述侧壁12与所述底壁11共同围成空腔结构，所述空腔结构充当了所述纵向声波反射器3，所述第一电极21完全覆盖所述空腔结构。

需要特别说明的是，所述横向声波反射器4的内侧面41沿所述第一方向向所述复合膜2的正投影所包围的区域为谐振区10，所述谐振器100位于所述谐振区10外的区域为非谐振区20；所述第一电极21、所述压电功能膜22、所述第二电极23均完全覆盖所述谐振区10。所述谐振器100位于所述谐振区10的部分的声阻抗与所述谐振器100位于所述非谐振区20的部分的声阻抗相异，使得所述谐振区10的声阻抗与所述非谐振区20之间的声阻抗之间不连续，且所述复合膜2的各个膜层位于所述谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的，具体的，所述第一电极21、所述压电功能膜22、所述第二电极23位于所述谐振区10内的部分的声阻抗是大致不变的；更具体的，所述复合膜2位于所述谐振区10的部分的声阻抗大于所述复合膜2位于所述非谐振区20的部分的声阻抗。

在本实施方式中，所述压电功能膜22包括位于谐振区10内且设置于所述第一电极21之上的纵向压电膜221以及环绕所述纵向压电膜221外周缘设置且设置于所述第一电极21之上的纵向非压电膜222，具体的，本实施方式中，所述纵向压电膜221叠设于所述第一电极21远离所述基底1的一侧，所述纵向非压电膜222叠设于所述第一电极21远离所述基底1的一侧；所述压电功能膜22具有沿所述第一方向的压电系数，更具体的，所述纵向压电膜221具有沿所述第一方向的压电系数；所述纵向非压电膜222沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜221沿所述第一方向的压电系数。

进一步的，所述纵向压电膜221和所述纵向非压电膜222分别为两种不同的材料制成；或，所述纵向压电膜221和所述纵向非压电膜222分别为两种结晶特性不同的同种材料制成；更进一步的，所述纵向非压电膜222为材料不同的两层或多层膜组成的复合结构。

所述谐振区10由激发区101和非激发区102共同组成，其中，所述激发区101由所述复合膜2沿所述第一方向落在所述纵向压电膜221的外侧面2210所围成的区域的部分形成，而所述非激发区102围绕所述激发区101外周侧设置，实际上，所述非激发区102为所述谐振区10与所述激发区101之差。值得说明的是，所述复合膜2的各个膜层位于所述谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的，本实施方式中所述第一电极21、所述压电功能膜22、所述第二电极23位于所述谐振区10内的部分的声阻抗均是大致不变的。具体的，复合膜2位于激发区101内部分的声阻抗不变，复合膜2位于非激发区102内部分的声阻抗相对于复合膜2位于激发区101内部分的声阻抗上下浮动30％以内均可以认为复合膜2的各个膜层位于谐振区10的部分的声阻抗是大致不变的。在本实施方式中，纵向非压电膜222在非激发区102内部分的声阻抗相当于纵向压电膜221的声阻抗的70％到130％均可以认为压电功能膜22在谐振区10内的部分的声阻抗是大致不变的。同样的，第一电极21和第二电极23在激发区101和非激发区102内的声阻抗满足上述关系的情况下，也可以认为第一电极21和第二电极23在谐振区10内的部分的声阻抗是大致不变的。

上述结构中，当谐振器100工作时，在所述复合膜2位于所述激发区101内的部分会激发纵向声波S1(为工作模态声波)和横向声波S2(为非工作模态声波)，纵向声波S1被上下两个反射界面约束在所述复合膜2内，而横向声波S2则会从所述复合膜2内部沿垂直所述第一方向向外横向传播。

由于所述非激发区102的声阻抗与所述激发区101的声阻抗相同，当所述横向声波S2经过所述激发区101和所述非激发区102之间的分界面时，避免了所述横向声波S2发生声波散射效应，有效地降低横向声波S2的声波能量发生散射损耗现象，保证了所述横向声波S2的大部分声波能量发生透射并向前传播；而又由于所述非激发区102的声阻抗小于所述非谐振区20的声阻抗，当所述横向声波S2经过所述非激发区102和所述非谐振区20之间的分界面时，但所述横向声波S2的大部分声波能量主要通过声波反射作用返回所述谐振区10内并传播，仅有小部分能量会发生声波散射效应，有效地避免了大部分的横向声波S2进入所述非谐振区20从而形成能量损耗；在实际应用中，当控制所述非激发区102的宽度足够小，横向入射波和反射波便不会在所述非激发区102形成驻波谐振，避免形成横向声波S2的寄生模态，更进一步地保证所述横向声波S2的声波能量。

请同时参阅图4所示，可以明显看到，本实用新型谐振器100的阻抗曲线和相关技术的谐振器的阻抗曲线在左侧的波谷位置附近的值比较接近，而两者的在波峰位置附近的值有明显区别，从图中可以得知本实用新型谐振器100的阻抗曲线的波峰位置更尖锐、具有更高的阻抗峰值，也就是说，本实用新型谐振器100的Q值更高。

上述结构中，通过横向声波反射器4的设置，使得复合膜2位于谐振区10的部分的声阻抗与复合膜2位于非谐振区20的部分的声阻抗不连续，此时，横向声波反射器4的内侧面41充当了谐振区10和非谐振区20的分界面，使得复合膜在横向声波反射器4的内侧面41的两侧的声阻抗不连续，而在横向声波S2向外传播过程中，只在所述横向声波反射器4的内侧面41处发生一次声波散射效应，而所述横向声波S2的大部分声波能量主要通过声波反射作用返回所述谐振区10内并传播，有效地保证了所述横向声波S2的声波能量，因此在纵向声波反射器3和横向声波反射器4的配合作用下，横向声波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高，从而获得较大的器件Q值。

进一步的，为了保证所述激发区101位于所述谐振区10内，所述纵向压电膜221沿所述第一方向向所述横向声波反射器4的正投影完全落在所述横向声波反射器4的内侧面41所围成的区域内。

实施方式二

请参阅图5-7示出了实施方式二的谐振器100a，该实施方式二的谐振器100a实质为实施方式一的发声器件的衍生实施方式，两者的结构基本相同，对于相同部分不再一一赘述，而实施方式二的谐振器100a的主要的区别点在于：

横向声波反射器4a设置于压电功能膜22a远离第一电极21a的一侧且至少部分环绕第二电极23a设置，且横向声波反射器4a的内侧面41a抵接于第二电极23a；更具体的，横向声波反射器4a叠设于纵向非压电膜222a远离第一电极21a的一侧，横向声波反射器4a为不完全封闭的开口环状。

值得一提的是，横向声波反射器4a的材料密度与第二电极23a的材料密度相异，使得横向声波反射器4a的声阻抗与第二电极23a的声阻抗相异，从而使得两者之间声阻抗不连续，比如，在本实施方式二，横向声波反射器4a的材料密度大于第二电极23a的材料密度，使得横向声波反射器4a的声阻抗大于第二电极23a的声阻抗。

基底1a包括与第一电极21a相对间隔的底壁11a以及由底壁11a向第一电极21a弯折延伸呈环状的侧壁12a，侧壁12a与底壁11a共同围成空腔结构，空腔结构充当纵向声波反射器3a，第一电极21a设置于侧壁12a远离底壁11a的一侧，具体的，第一电极21a叠设于侧壁12a远离底壁11a的表面之上并完全覆盖空腔结构。

需要说明的是，纵向声波反射器3a具体形成的方式是不限，其可以根据实际的情况进行具体的设置，比如，在本实施方式中，纵向声波反射器3a为由基底1a靠近第一电极21a一侧向远离第一电极21a的方向凹陷形成的空腔结构，第一电极21a覆盖空腔结构；当然，在其他的实施方式中，纵向声波反射器为设置于基底靠近第一电极一侧的布拉格声反射镜也是可行，第一电极设置于该布拉格声反射镜远离基底一侧，即此时，第一电极直接叠设于纵向声波反射器之上。

值得一提的是，横向声波反射器4a的内侧面41a所围成的区域沿所述第一方向向纵向声波反射器3a的正投影至少部分落在所述纵向声波反射器3a的范围内。

与相关技术相比，本实用新型的谐振器中，将呈封闭或开口的环状的横向声波反射器设置于复合膜表面，横向声波反射器的内侧面沿第一方向向复合膜的正投影所包围的区域为谐振区，谐振器位于谐振区外的区域为非谐振区；第一电极、压电功能膜和第二电极均完全覆盖谐振区；压电功能膜包括位于谐振区内且设置于第一电极远离基底一侧的纵向压电膜以及环绕纵向压电膜外周缘且设置于第一电极远离基底一侧的纵向非压电膜；谐振器位于谐振区的部分的声阻抗与谐振器位于非谐振区的部分的声阻抗相异，且第一电极、压电功能膜和第二电极位于谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的；上述结构中，通过横向声波反射器的设置，使得谐振器位于谐振区的部分的声阻抗与谐振器位于非谐振区的部分的声阻抗不连续，横向声波反射器的内侧面充当了谐振区和非谐振区的分界面，使得复合膜在横向声波反射器的内侧面的两侧的声阻抗不连续，而在横向声波向外传播过程中，只在横向声波反射器的内侧面处发生一次声波散射效应，且横向声波反射器对横向声波主要发生的是声波反射作用，因此在纵向、横向声波反射器的共同作用下，横向波谐振更少更弱，反谐振点的Q值大幅提高。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种谐振器，其包括基底、沿第一方向设置于所述基底上方的复合膜以及设置于所述复合膜靠近所述基底一侧的纵向声波反射器，其特征在于，所述复合膜包括沿所述第一方向依次设置的第一电极、压电功能膜以及第二电极，所述第一电极设置于所述基底和所述纵向声波反射器之上；所述谐振器还包括设置于所述复合膜表面且呈封闭或开口的环状的横向声波反射器，所述横向声波反射器的内侧面沿所述第一方向向所述复合膜的正投影所包围的区域为谐振区，所述谐振器位于所述谐振区外的区域为非谐振区；所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极均完全覆盖所述谐振区；所述压电功能膜包括位于所述谐振区内且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的纵向压电膜以及环绕所述纵向压电膜外周缘且设置于所述第一电极远离所述基底一侧的纵向非压电膜；所述谐振器位于所述谐振区的部分的声阻抗与所述谐振器位于所述非谐振区的部分的声阻抗相异，且所述第一电极、所述压电功能膜和所述第二电极位于所述谐振区内的部分的声阻抗均是大致不变的。

2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述横向声波反射器设置于所述第一电极远离所述第二电极的一侧并环绕所述纵向声波反射器设置。

3.根据权利要求2所述的谐振器，其特征在于，所述基底包括与所述第一电极相对间隔的底壁以及由所述底壁向所述第一电极弯折延伸的呈环状的侧壁，所述第一电极设置于所述侧壁远离所述底壁的一侧，所述侧壁充当所述横向声波反射器。

4.根据权利要求3所述的谐振器，其特征在于，所述侧壁与所述底壁共同围成空腔结构，所述空腔结构充当所述纵向声波反射器，所述第一电极完全覆盖所述空腔结构。

5.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述横向声波反射器设置于所述压电功能膜远离所述第一电极的一侧且至少部分环绕所述第二电极设置，所述横向声波反射器的内侧面抵接于所述第二电极，所述横向声波反射器的声阻抗与所述第二电极的声阻抗不同。

6.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述横向声波反射器的声阻抗大于所述第二电极的声阻抗。

7.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述基底包括与所述第一电极相对间隔的底壁以及由所述底壁向所述第一电极弯折延伸呈环状的侧壁，所述侧壁与所述底壁共同围成空腔结构，所述空腔结构充当所述纵向声波反射器，所述第一电极设置于所述侧壁远离所述底壁的一侧。

8.根据权利要求5所述的谐振器，其特征在于，所述纵向声波反射器为设置于所述基底靠近所述第一电极一侧的布拉格声反射镜，所述第一电极设置于所述布拉格声反射镜远离所述基底一侧。

9.根据权利要求7或8所述的谐振器，其特征在于，所述横向声波反射器的内侧面所围成的区域沿所述第一方向向所述纵向声波反射器的正投影至少部分落在所述纵向声波反射器的范围内。

10.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述纵向压电膜沿所述第一方向向所述横向声波反射器的正投影完全落在所述横向声波反射器的内侧面所围成的区域内。

11.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述复合膜沿所述第一方向落在所述纵向压电膜的外侧面所围成的区域的部分形成激发区，所述激发区位于所述谐振区内。

12.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，所述纵向压电膜具有沿所述第一方向的压电系数，所述纵向非压电膜沿所述第一方向的压电系数为零或小于所述纵向压电膜沿所述第一方向的压电系数。

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