CN85101648A - 具有改善群延时特性的压电谐振元件 - Google Patents

Abstract

压电谐振元件，根据等效电路该压电谐振元件由以串联方式连接在输入和输出端之间的一个或多个谐振器(X_s1…X_sn)和含有连接到串联臂上的谐振器(X_p1…X_p(_n-1))的一个或多个并联臂组成。串联臂的谐振器(X_s1…X_sn)以并联方式与并联阻尼电阻器(R_s1…R_sn)连接。并联臂的谐振器(X_p1…X^p(_n-1))以串联方式与串联阻尼电阻器(R_p1…R_p(_n-1))连接。

Description

本发明论及压电谐振元件，该压电谐振元件的阻尼是从改善群延时特性出发而进行制作的，并且它的插入损耗低。

在压电谐振元件，如用于FM/PM解调电路的压电滤波器和陶瓷鉴别器中，通常利用低Qm的压电材料或弹性橡胶薄片的机械阻尼来改善群延时特性，这些办法，在日本专利公开№20052/1980中，已经公开了。实现这样的机械阻尼，可以改善相位特性的线性度，然而增加了压电谐振器等效电路中的等效电阻Re，如图2所示，因此，在滤波器中，增加了插入损耗，并且信噪比也变坏了，如图3和图4所示。图3示出群延时特性未被改善的实例，图4示出另一个实例，在该实例中，虽然它的群延时特性改善了，但插入损耗增加了。在梯形滤波器，所谓的能量-陷阱双模滤波器（energy-trapp-ing    clual    mode    filter），利用面振动和长度振动的单模三端型滤波器中，这样的倾向是很显著的。

最近，车辆电话获得了广泛的应用，同样采用FM调制系统，这就需要有优良群延时特性和低插入损耗的滤波器。在AM立体声广播中应用的接收滤波器，以及FM/PM解调电路中应用的陶瓷鉴别器也要求有相同的特性。

因此，本发明的目的是要提供一个具有平坦的群延时特性的压电谐振元件，即具有线性相位特性和低插入损耗的压电谐振元件。

按照本发明的主要见解，在等效电路图中，压电谐振元件包括在输入和输出端之间串联连接的一个或多个谐振器组成的串联臂和包括连接在该串联臂和接地边之间的一个或多个谐振器的一个或多个并联臂。形成串联臂的谐振器中至少有一个谐振器与一个或多个并联阻尼电阻器并联连接，而且形成并联臂的谐振器中至少有一个谐振器与一个或多个串联阻尼电阻器串联连接。所以，根据本发明，阻尼是由电连接1插入阻尼电阻器实现的，因而，没有增加插入损耗而获得具有改善群延时特性的压电谐振元件。因此，就能产生低失真的接收机，没有恶化信噪比，也没有增加增益或放大器的级数。

按照本发明，压电谐振元件可以作为滤波器如梯型滤波器或FM/PM鉴别器的组成部分。

此外，前面提到的阻尼电阻器可以设置在组装有改善了的群延时特性的压电谐振元件的壳体中，或者设置在为了卡住内部元件如壳体中的谐振器的压紧构件上。另外，各自的阻尼电阻器可以设置在构成谐振器的压电晶片上，或者设置在安装压电晶片的绝缘基片上。本发明的上述的和其它的目的、特征、特性及优点，通过下面对本发明及其附图的详细描述，将会变得更清楚。

附图的简述

图1是本发明的一个实施方案等效电路图;

图2是压电谐振器等效电路图;

图3和图4分别表示以普通压电谐振元件为例的梯形滤波器的幅度特性曲线和群延时特性曲线;

图5示出并联臂中压电谐振器阻抗曲线，图8示出并联臂中压电

图7表示出并联臂中压电谐振器的阻抗曲线，以及图8表示并联臂中压压谐振的相位特性曲线;

图9示出按照图1所示的实施方案的梯形滤波器相位特性曲线，图10示出它的群延时特性曲线;

图11到图14示出图1所示的实施方案中实际测得的衰减值和群延时特性曲线;

图15是本发明另一个实施方案的等效电路图;

图16是本发明又一个实施方案的等效电路图;

图17是简略说明根据本发明实现的梯型滤波器内部结构实例的顶视图;

图18是用于图17的结构的承压板实例的顶视图;

图19是用于图17的结构的承压板另一个实例的顶视图;

图20是说明根据本发明实施方案的梯型滤波器固定结构的透视图;

图21是图20中所示的用于该结构的外壳透视图;

图22是用于图20所示结构中的绝缘衬底的顶视图;

图23是在图22所示的绝缘衬底上表面设置保护涂层的顶视图。最优实施方案的说明

图1是与本发明的实施方案相应的梯型滤波器电路图，该梯型滤波器是按n-0.5级构成的。参看图1，形成串联臂的串联谐振器X_s1，X_s2，X_s3，…，X_sn，分别与并联电阻R_s1，R_s2，R_s3，…，R_sn连接，而形成并联臂的并联谐振器X_P1，X_P2，…，X_P（n-1）与串联电阻R_P1，R_P2，…R_P（n-1）连接。虽然图1中所示的各个谐振器必需以串联或并联的方式与电阻连接，但本发明不限于这样的结构，而仅在所要求的部位，谐振器与阻尼电阻连接。此外，虽然在图1中的串联电阻R_P1，R_P2，…，R_P（n-1）被插在并联谐振器X_P1，X_P2，…，X_P（n-1）的接地边，但这些电阻也可以插在带电边。

由前面提到的电路结构，串联谐振器X_s1，X_s2，…，X_sn在并联谐振频率f_a处的阻抗和相位变化分别如图5和图6所示，图中实线表示接阻尼电阻之前在f_a处的阻抗和相位，用虚线表示接阻尼电阻以后的在f_a处的阻抗和相位，同样，在谐振频率f_r处的并联谐振器X_P1，X_P2，…，X_P（n-1）的阻抗和相位分别按图7和图8所示的曲线变化，在这两个图中，用实线表示插入阻尼电阻之前和用虚线表示插入阻尼电阻之后，在f_r处的阻抗和相位变化。换句话说，在并联谐振频率f_a处的串联谐振器X_s1，X_s2，…，X_sn的阻抗和相位以及在谐振频率f_r处的并联谐振器X_P1，X_P2，…，X_P（n-1）的阻抗和相位是从陡峭的曲线变到平坦的曲线，这就意味着，在图9中所示的滤波器相位特性曲线中，相位是线性变化的，换句话说，图10中所示的曲线从由实线表示的曲线（接电阻之前）变到由虚线表示的曲线（接电阻之后），即群延时成为常数，这是必需注意，串联谐振器以并联方式与阻尼电阻连接，而谐振电阻以串联方式插在并联谐振器中，所以，没有增加滤波器插入损耗，而改善了群延时特性。

当电阻数值不在合适的范围内时，与连接或插入电阻之前的情况相比较，不会出现这样的差别。或者，如图10中所示的向上凸的曲线，变为用点划线表示的曲线。此外，连接或插入电阻，会引起形状系数的恶化，应降低最大衰减量，这取决于那里的电阻值。因此，可以按照适合使用者要求的情况设置电阻值。

图12到图14，表示图1所示的等效电路应用于具有图11所示的特性曲线的一般结构情况下所得到的特性曲线，供参考。在图12的情况下，并联电阻R_s1，R_s2，…，R_sn的阻值等于150千欧，而串联电阻R_P1，R_P2，…，R_P（n-1）的阻值等于60欧。在图13的情况下，并联电阻R_s1，R_s2，…，R_sn的阻值等于50千欧，可是在图14的情况下，串联电阻R_P1，R_P2，…，R_P（n-1）的阻值等于15千欧和串联电阻R_P1，R_P2，…，R_P（n-1）的阻值等于600欧。

在图11到图14中，虚线表示用实线示出的特性曲线经过放大的特性曲线，双点划线示出群延时特性曲线。

图15是本发明应用于所谓的三端型滤波器，能量-陷阱型双模滤波器或陶瓷鉴别器中的电路图，该陶瓷鉴别器可以用于正交型解调电路，此电路的相位特性很重要。由等效电路看出，阻尼电阻采用与串联臂相并联的方式出现在相当于串联臂的部位，而阻尼电阻采用与并联臂相串联的方式出现在相当于并联臂的部位。与前面提到的梯型滤波器一样，没有增加插入损耗，而改善了群延时特性。

现在，根据前面提到的产品中的实施方案，对配备电阻的各种不同结构的实例进行说明。

在能量-陷阱型滤波器中，可以在压电晶片的死区设置电阻薄膜。或者，把这样的电阻薄膜设置在安装压电晶片的基片上。在非能量-陷阱型滤波器的情况，相对应的电极彼此用电阻薄膜连接在压电晶片的振动波节上，即在利用伸缩振动模的情况下，在方形板的中心位置，配备以并联方式与串联臂连接的电阻。以串联的方式插入并联臂的电阻可以用由电阻材料制成压电晶片的振动电极薄膜来实现。另外，接线板压在设置在压电晶片上的振动电极薄膜上，把振动电极薄膜和外界连接并夹紧压电谐振器，接线板本身可以用电阻材料构成。还有梯型滤波器，是在壳体底部的内、外表面上形成的连接图案的梯型结构实现的。在这样的情况中，单个的电阻元件（最好采用芯片形式）安装在连接图案上，或者，可以用连接图案形式电阻薄膜。另外，可以采用层状电阻，或者可以用防止壳体内的部件如压电谐振器、接线板、绝缘隔板和弹簧片的抛出盖在壳体上的挡板形成电阻图案，例如梯型滤波器的结构。

现在，参考表示3.5级梯型滤波器的图16，说明上述结构的最佳实施例子。图17用顶视图概略地说明滤波器壳体内的情况。在这些附图中，为了理解本发明，在省略了一些部件的地方示出内部部件。参考图16和图17，标号10表示壳体，标号11表示不同型式的接线板，标号12表示绝缘隔板。接线板11适合于串联谐振器S_s1和X_s2，X_s2和X_s3和X_s4之间的依次连接，并并与耦合部分11_a构成一个整体。输入插头P₁₁与它相邻的接线板11连接起来，而输出插头P₂₁与它相邻的接线板11相连接。挡板13上设置电阻薄膜或元件R_s1到R_s3和R_P1到R_P3，以及供连接上述元件的导电的或端子电极薄膜。因此，所配置的挡板13要适合于复盖壳体10的畅开部分，借此连接接线板11和串联谐振器X_s1两边上的11以及电阻R_s1的两端电阻。用同样的方法，接线板11和串联谐振器X_s2两端上的11和电阻R_s2的两端电极相连接，接线板11和串联谐振器X_s3两端上的11和电阻R_s3的两端电极相连接，而接线板11和串联谐振器X_s4两端上的11与电阻R_s4两端电极相连接。耦合电阻R_P1到R_P3的有关端子的导电图案的两端分别与输入边接地端子P₁₂和输出边接地端P₂₂相连接。另外，电阻R_P1的非接地边电极与并联谐振器X_P1的接线板11的接地边相连接。同样地，电阻器R_P2的非接地边电极与并联谐振器X_P2的接线板11的接地边相连接，而电阻R_P3的非接地边电极与并联谐振器的接线板11的接地边相连接，连接状态如图16所示。

图19示出压板14的另一个实施例子，该压板便于把输入插头P₁₁和输出插头R₂₁与相应的接线板连接起来，还便于将输入边接地插头P₁₂和输出边接地插头P₂₂与挡板的导电图案连接起来，而且不需要提供有耦合部分11_a的接线板。

换句话说，图19中所示的挡板14的特征是设置导电层15的导电图案。该导电层15用来代替接线板11的耦合部分，并延伸到插头P₁₁，P₁₂，P₂₁和P₂₂。虽然在图19的结构中制成一些孔，以接收有关插头P₁₁，P₁₂，P₂₁和P₂₂以及有关接线板11的连接部分，但这些孔可以用沿边部分形成的窄缝或凹槽来代替。此外，这些电阻的配置不限于挡板14的一面，而可以分在挡板14的两面。另外，电阻可以设置在许多挡板上。

图20是一个透视图，说明按图1所示实施方案的最佳结构实施例子。

参看图20，包括绝缘板103和105以及谐振器104和106的内部部件固定在硅橡胶模压件101和102之间，这些硅橡胶模压件装在带有开口111_a的壳体111中，如箭头A所指。壳体111可以用绝缘材料如合成树脂制造。

绝缘衬底113放置在内部元件的上面，因而包含在壳体111中，以便沿着有关的谐振器104和106以及绝缘板103和105等的排列方向延伸。所以，绝缘衬底113复盖了上述同样的元件。由绝缘板103和105以及谐振器104和106等形成的内部元件，可以用类似于普通梯型滤波器壳体的一些壳体进行配制。这是因为复盖上述同样元件的绝缘衬底113，是与图1等效电路图中所示的相应的阻尼电阻组合在一起的，如下文所述。

在绝缘衬底的上表面，也就是与内部元件不接触的上表面上，绝缘衬底113装有除了前面提到的阻尼电阻外还配置所期望的导电图案，该导电图案的构成，可以参照图22和图23进行说明。

图22是绝缘衬底113的顶视图，在该图上，相应于以并联方式插入串联谐振器X_s1，X_s2，…，X_sn（见图1）中的阻尼电阻R_s1，R_s2，…R_sn的图案，用同样地在绝缘衬底113上形成的导电图案121到127在内部连接起来。如图22中所示的图案用和阻尼电阻相同的符号所示，但是，在本情况中，n等于6。同样地，以串联方式插入并联谐振器X_P1至X_P（n-1）中的串联阻尼电阻R_P1至R_P5，可以在绝缘衬底113上形成，与纵向的导电图案131和其它的导电图案132至136相连接。

如图22中所示的有关的导电图案，图案121连接到输入端，图案127连接到输出端，而图案131连接到输入和输出的接地端。这些导电图案和相应端子之间的连接在下面详细叙述。

分别与阻尼电阻R_s1至R_s6以及R_P1至R_P5相连接的导电图案121至127以及132至136，在电气上和从内部元件延伸出来的接线端（如图20中用标号107和108指出的接线端）连接在一起。从内部元件延伸出来的接线端（如图20中所示的接线端107和108），如图20中所示的接线端107和108，要这样来配置，使其与绝缘衬底113的侧面相接触，也就是，绝缘衬底113制成这样的宽，使接线端107和108在电气上能与所期望的导电图案相连接，例如用焊料进行连接。该连接也可采用导电涂料或导电橡胶来实现。因而，在图22中所示的实施方案中，在绝缘衬底113的上表面，预先设置阻尼电阻R_s1至R_s6和R_P1至R_P5，相应的导电图案121至127和132至136，以及形成接地边导线的导电图案131。从而，阻尼电阻R_s1至R_s6和R_P1至R_P5能够在没有增加各个元件数量的情况下，容易和可靠地与内部元件相连接。

除图22所示的导电图案121至136和电阻R_s1至R_s6以及R_P1至R_P5外，实际上还要在绝缘衬底113的上表面形成保护涂层141，如图23中的顶视图所示。在形成保护涂层141时，按照前面所提到的方法，将绝缘衬底113设置在内部元件上。保护涂层141用绝缘材料（如合成树脂）制成，并用来防止各个导电图案121至136之间的短路，从而保护电阻R_s1至R_s6和R_P1至R_P5，使其免受损坏。

再参看图20，装在壳体111中的内部元件，在电气上与相应的，按前面所提到的分式在绝缘衬底113上形成的阻尼电阻R_s1至R_s6和R_P1至R_P5相连接。埋在壳体111拐角部分的接地端子142和143，输入端子144和输出端子145，它们的相应两端，从壳体111向上和向下伸出，如图20所示。所以，当绝缘衬底113按前面所提到的方式设置在壳体111中的安装的内部元件上时，接地端子142和143以及输入和输出端子144和145，直接与前面提到的所要求的导电图案121、127和131相连接（见图22）。

包含在壳体111中的内部元件，分别与阻尼电阻和接线端子妥善地连接之后，例如，垂直于绝缘衬底113的纵向，在壳体111上缠绕绝缘带，借此，将壳体111和内部元件与绝缘衬底113整体地连接在一起。此后，将这整体地连接的实体，从绝缘衬底113的上方，用如图21中所示的外壳146复盖起来。而且将树脂材料注入外壳146的开口部分，进行封闭。虽然，开口部分在图21中没有清楚地表示出来，但可以想出，它是在装有凸块147的面上。因此，根据本发明的实施方案，获得了一种梯型滤波器。

在前面提到的实施方案中，各个阻尼电阻彼此内部相接，并与内部元件进行电气连接。所以，即使串联或并联阻尼电阻R_P1至R_P（n-1）或R_s1至R_sn加到如图1的等效电路图中所示的常用梯型滤波器上，常用的内部元件和壳体仍然可以应用，因为阻尼电阻没有明显地增加元件数量并不要求复杂的连接。特别是，在附有沿内部元件的排列方向延伸的杆状制动器的内部元件上设置常用梯型滤波器并与壳体111相接，从而防止内部元件伸出来。在装杆状制动器的地方，设置绝缘衬底113，因此，根据本发明的梯型滤波器的大小与常用滤波器相比较，没有增加。此外，按照本发明，虽然输入和输出边的接地端子必需与梯型滤波器中相应的阻尼电阻R_P1至R_P5的接地边连接在一起（由图1显而易见），按照本实施方案，接地边的同样的连接，可以采用在绝缘衬底113上，如图22中所示的导电图案来实现，因此，不需要长导线进行连接。

虽然，在前面提到的实施方案中，在绝缘衬底的一个表面上形成相应的阻尼电阻R_s1至R_s6和R_P1至R_P5，但这样的阻尼电阻也可分设在绝缘衬底113的两个主要表面上。而且，相应的阻尼电阻可以设置在许多绝缘衬底上。换句话说，可以将绝缘衬底分为多块衬底。

虽然，本发明已得到详细的描述和说明，但是可以清楚地看到，本发明仅是采用说明和实施例的方法而没有采用限制的方法，用附加的权项才是限制的本发明的范围。

Claims (12)

1、具有改善群延时特性的压电谐振元件，根据等效电路，该压电谐振元件包括：

由一个或多个谐振器构成的并以串联方式连接在输入和输出端之间的串联臂；和

由一个或多个谐振器构成的并连接在上述串联臂和接地边之间的一个或多个并联臂。

至少上述串联臂的一个谐振器，以并联的方式与一个或多个并联阻尼电阻器连接，以及

至少上述并联臂的一个谐振器，以串联方式与一个或多个串联阻尼电阻器连接。

2、根据权利要求1的具有改善群延时特性的压电谐振器，其特征在于该压电谐振元件是滤波器。

3、根据权利要求1的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该压电谐振元件是FM/PM鉴别器。

4、根据权利要求2的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该滤波器是梯形滤波器。

5、根据权利要求3的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该FM/PM鉴别器是应用在正交型解调电路中。

6、根据权利要求1的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于，该阻尼电阻器设置在壳体中。

7、根据权利要求4的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该阻尼电阻器设置在内部元件制动构件中，该制动构件是用来卡住包括在壳体中的各谐振器和接线端子的。

8、根据权利要求1的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该阻尼电阻器设置在构成该谐振器的压电晶片上。

9、根据权利要求8的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该阻尼电阻器设置在压电晶片的绝缘衬底上。

10、根据权利要求4的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该梯形滤波器包括：

包含上述谐振器和接线板的内部元件，保持内部元件不动的、带有一个开口的壳体，以及

装在该壳体开口的旁边、用来复盖该内部元件并沿着该内部元件排列方向延伸的绝缘衬底，

该绝缘衬底在它的主要表面上装有各个阻尼电阻器，用来将各个阻尼电阻器与相应的内部接线端子连接起来的导电图案以及用来实现接地边连接的导电图案。

11、根据权利要求10的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该绝缘衬底在它的主要表面上进一步建立保护涂层，该保护涂层置于各个阻尼电阻器、用来将各个阻尼电阻器与相应内部元件连接起来的导电图案和用来实现接地边连接的导电图案上。

12、根据权利要求10的具有改善群延时特性的压电谐振元件，其特征在于该阻尼电阻器、用来将该阻尼电阻器与相应内部元件连接起来的导电图案、以及用来实现接地边连接的导电图案设置在该绝缘衬底的两个主要表面上。

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