IT202100007364A1 - Risonatore acustico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione dell?invenzione

[001] La presente invenzione trova collocazione nel settore tecnico dei dispostivi elettronici per la generazione ed il trattamento dei segnali elettrici ed ha per oggetto un risonatore acustico.

Stato della tecnica

[002] Come noto, nell?ambito dell?elettronica miniaturizzata ? richiesta la realizzazione di dispositivi atti a consentire il filtraggio dei segnali elettrici con fattori di forma particolarmente ridotti.

[003] Una tipica soluzione a questo genere di esigenze consiste nella realizzazione di risonatori acustici basati su film sottili di strati di materiale piezoelettrico.

[004] Questi risonatori acustici presentano una riduzione dimensionale consistente rispetto ai circuiti basati sulle controparti elettromagnetiche.

[005] I risonatori acustici basano il loro funzionamento sulla generazione ed il trattamento di onde acustiche ed una parte di tali circuiti vengono utilizzati per sintetizzare filtri a radiofrequenza (filtri RF).

[006] In particolare, esistono due principali classi di risonatori acustici utilizzati correntemente nei circuiti elettronici miniaturizzati, ad esempio in uso nella tecnologia radiomobile (4G e 5G).

[007] Una prima classe di risonatori ? rappresentata dai dispositivi acustici risonanti ad onde acustiche di superficie (SAW) i quali sono prevalentemente realizzati mediante strutture pi? semplici che possono essere ottenute ad un costo relativamente ridotto.

[008] I risonatori SAW vengono impiegati nei circuiti elettronici operanti a frequenze inferiori a 2 GHz.

[009] La seconda classe di risonatori ? costituita dai dispositivi acustici risonanti ad onde acustiche di massa (BAW). Questi dispositivi sono pi? complessi e costosi rispetto ai risonatori SAW e sono prevalentemente usati per impieghi a frequenze maggiori di 2 GHz.

[0010] Alcuni dispositivi BAW sono usati anche per frequenze inferiori a 2 GHz nel caso in cui i dati di progetto richiedano prestazioni elevate in termini di rendimento e di stabilit? rispetto alle derive termiche.

[0011] Gli standard 5G richiedono risonatori acustici che possano svolgere funzioni di filtraggio sopra i 3 GHz.

[0012] I nuovi standard Wi-Fi, infatti, richiedono anche l?utilizzo di sistemi filtraggio che operano tra 5 GHz e 7 GHz.

[0013] Lo spessore scelto per definire lo strato del film piezoelettrico e degli altri componenti del risonatore stabilisce la frequenza di risonanza dei dispositivi BAW.

[0014] I nuovi standard 5G creano svariati problemi alla tecnologia BAW in quanto per realizzare dispositivi filtranti che possano operare a frequenze superiori a 3 GHz ? necessario utilizzare film piezoelettrici estremamente sottili.

[0015] Inoltre, tali dispositivi devono essere in grado di coprire una larghezza di banda particolarmente ampia cos? come richiesto dagli standard emergenti in ambito 5G e Wi-Fi.

[0016] L?insieme di questi requisiti si traduce, all?atto pratico, in maggiori costi di produzione sostenuti per controllare la conformit? dello spessore dei film di vario materiale e le opportune fasi di drogaggio a cui deve essere sottoposto il film di materiale piezoelettrico.

[0017] Un ulteriore effetto negativo causato dalla riduzione di spessore dei film dei vari materiali consiste nell?incremento della sensibilit? degli stessi alla variazione delle condizioni ambientali.

[0018] In particolare, questi film risultano essere particolarmente sensibili alle variazioni di temperatura e umidit? e per tale motivo ? necessario realizzare imballaggi ermetici all?interno dei quali ? presente un livello di umidit? controllato cos? da mantenere sostanzialmente stabili nel tempo le prestazioni del risonatore utilizzato come filtro a radiofrequenza.

Presentazione dell?invenzione

[0019] La presente invenzione intende superare gli inconvenienti tecnici sopra citati mettendo a disposizione un risonatore acustico che presenti una elevata efficienza anche quando opera in un range di frequenze particolarmente elevate.

[0020] In particolare, lo scopo principale della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico la cui realizzazione sia relativamente semplice cos? da essere facilmente prodotto su scala industriale.

[0021] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico che presenti costi di realizzazione particolarmente ridotti.

[0022] Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico che possa adattarsi facilmente ai nuovi standard che si stanno imponendo nel settore delle telecomunicazioni, ad esempio lo standard 5G, WiFi6, WiFi6E o similari.

[0023] Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico che presenta caratteristiche elettriche costanti nel tempo, in grado cio? di risentire in maniera minima per effetto della variazione dei parametri ambientali, ad esempio la temperatura e l?umidit?.

[0024] Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico la cui struttura consente di ottenere una elevata attenuazione sulle frequenze spurie esterne alla banda di funzionamento centrata sulla frequenza fondamentale di oscillazione del risonatore stesso.

[0025] Ancora, non ultimo scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un risonatore acustico configurato per consentire il filtraggio di segnali ai quali ? associata una elevata capacit? di dati.

[0026] Questi scopi, unitamente ad altri che saranno meglio chiariti nel seguito, sono raggiunti da un risonatore acustico del tipo in accordo alla rivendicazione 1.

[0027] Altri scopi che saranno meglio descritti nel seguito sono conseguiti da un risonatore acustico in accordo con le rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

[0028] I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione emergeranno chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata di alcune configurazioni preferite ma non limitative di un risonatore acustico con particolare riferimento ai seguenti disegni:

- la Figura 1 comprende una vista dall?alto di una prima forma di configurazione di un risonatore acustico in una versione schematizzata;

- la Figura 2 comprende una vista dall?alto di una seconda forma di configurazione di un risonatore acustico in una versione schematizzata;

- la Figura 3 ? una vista in sezione del risonatore di Figura 1 eseguita sul piano A-A;

- la Figura 4 rappresenta due diagrammi atti ad illustrare l?andamento dell?ammettenza in funzione della frequenza, tali diagrammi si riferiscono ad un risonatore acustico oggetto del presente trovato.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

[0029] La presente invenzione ha per oggetto un risonatore acustico del tipo utilizzato nel settore elettronico per generare e/o filtrare segnali elettrici la cui frequenza ricade all?interno di un intervallo predeterminato.

[0030] In particolare, il risonatore acustico oggetto del presente trovato ? particolarmente adatto a promuovere la generazione/filtraggio di segnali elettrici che ricadono all?interno della banda delle radiofrequenze, tipicamente all?interno della banda compresa tra 1,5 GHz e 30 GHz.

[0031] L?espressione ?risonatore acustico? utilizzata nel presente contesto si applica ai dispositivi elettronici oscillatori in grado di operare la trasduzione dei segnale elettrici in onde meccaniche (denominate onde acustiche) che si generano all?interno del dispositivo stesso per effetto di una deformazione dimensionale (o vibrazione meccanica) dei componenti.

[0032] I risonatori acustici, pertanto, operano secondo il principio di funzionamento basato sulla propagazione al loro interno di onde meccaniche (dette anche onde acustiche) che presentano ampiezza e andamento predeterminato. Attraverso la propagazione di tali onde acustiche ? possibile generare, ai capi di corrispondenti elettrodi associati al risonatore, segnali elettrici aventi caratteristiche predeterminate.

[0033] E? pertanto possibile definire il risonatore come un dispositivo atto a trasdurre il segnale elettrico presente ai capi degli elettrodi in onde acustiche che si propagano all?interno del dispositivo (e viceversa).

[0034] Un tale comportamento pu? essere sfruttato per realizzare oscillatori elettronici, ovvero dispositivi atti a generare segnali elettrici periodici centrati su una banda di frequenza predeterminata.

[0035] In alternativa, i risonatori possono anche essere utilizzati per realizzare elementi elettrici filtranti atti a fornire in corrispondenza delle loro uscite una porzione dello spettro in frequenza associato al segnale applicato in ingresso (ad. esempio un filtro passa banda selettivo, un filtro passa alto o bassa basso, un filtro elimina banda etc.).

[0036] Il risonatore oggetto del presente trovato, indicato nelle Figure allegate con il numero di riferimento 1, ? progettato per essere prevalentemente utilizzato come elemento filtrante nell?ambito degli apparati a radiofrequenza utilizzati nella tecnologia 5G e nei nuovi standard ad essa collegati.

[0037] In particolare, le Figure dalla 1 alla 5 illustrano un risonatore 1 progettato per operare nella banda di frequenza 2 GHz ? 7 GHz, con particolare riferimento alla sottobanda compresa tra 3 GHz e 4 GHz.

[0038] Resta tuttavia inteso che tali configurazioni del trovato sono solo esemplificative e le caratteristiche tecniche innovative descritte nel seguito potranno essere riprodotte anche in altre tipologie di risonatori RF che operano in bande diverse da quelle sopra citate.

[0039] Inoltre, il risonatore acustico 1 descritto nel seguito potr? essere utilizzato anche come oscillatore e/o come elemento filtrante per intervalli di frequenze diversi da quelle indiate e non obbligatoriamente rientranti all?interno della banda delle radiofrequenze.

[0040] Il risonatore acustico 1 oggetto dell?invenzione presenta una struttura stratiforme ottenuta mediante la sovrapposizione di strati di materiale di vario tipo.

[0041] Una sezione di tale struttura ? visibile nella Figure 4 e nella Figura 5 mentre la forma in pianta di tali strati potr? essere diversa a seconda delle caratteristiche di progetto o dell?ambiente di installazione del risonatore.

[0042] Nelle Figure dalla 1 alla 3 sono illustrate differenti geometrie di risonatori ottenuti modificando la forma in pianta dei vari strati.

[0043] Il risonatore 1 comprende anzitutto uno strato di materiale piezoelettrico 2 che si estende tra una coppia di facce di estremit? 3, 4.

[0044] Questo strato 2 potr? presentare una forma in geometrica in pianta corrispondente ad un poligono regolare di n lati (ad esempio un quadrato, un rettangolo, un trapezio o qualsiasi altro poligono.

[0045] Opportunamente, il materiale piezoelettrico sar? del tipo monocristallino e potr? essere scelto all?interno del gruppo comprendete uno dei seguenti materiali: nitruro di alluminio, niobato di litio, tantalio di litio, quarzo, ossido di zinco, titanato zirconato di piombo, ed altri materiali dalle propriet? elettro-meccaniche similari a questi.

[0046] Inoltre, il materiale utilizzato per realizzate lo strato piezoelettrico 2 potr? essere scelto anche all?interno dei materiali basati su quelli sopra indicati ma ottenuti con diversi valori di drogaggio.

[0047] Opportunamente, lo strato di materiale piezoelettrico 2 potr? presentare uno spessore s2 predeterminato compreso tra 100 nm e 5000nm.

[0048] Inoltre, lo spessore s2 dello strato piezoelettrico 2 potr? essere proporzionale alla lunghezza d?onda ? del segnale acustico generata dallo stesso, ad esempio questo spessore potr? essere pari alla met? di tale lunghezza d?onda (?/2).

[0049] Il risonatore 1 inoltre comprende una coppia di elettrodi 5 disposti sulle rispettive facce di estremit? 3, 4 del materiale piezoelettrico 2.

[0050] Questi elettrodi 5 sono depositati direttamente al di sopra delle facce 3, 4 del materiale piezoelettrico 2 e sono realizzati in materiale elettricamente conduttore (tipicamente in materiale metallico).

[0051] Ad esempio gli elettrodi 5 potranno essere formati in uno dei seguenti materiali o leghe: Alluminio, Alluminio-Rame, Ruterio, Mobildeno, Tungsteno, Titanio, Tantalio, Platino e Oro.

[0052] Come meglio illustrato nelle Figure dalla 1 alla 3, gli elettrodi 5 potranno presentare estensioni laterali 6 opportunamente sagomate destinate ad essere collegate con altri circuiti elettricamente connessi al risonatore.

[0053] In particolare, tali estensioni potranno essere sostanzialmente bidimensionali ed espandersi lungo il loro sviluppo tra una estremit? 7 di dimensioni ridotte atta ad essere direttamente sovrapposta allo strato di materiale piezoelettrico 2 ed una estremit? opposta 8 di dimensioni massime destinata ad essere collegata con altri circuiti elettrici o elettronici.

[0054] Una prima forma di realizzazione del risonatore 1 prevede, al di sopra degli elettrodi 5, la deposizione di strati di materiale diverso atti a formare il riflettore (o schermo) per l?onda acustica generata dal materiale piezoelettrico 2.

[0055] Tuttavia, nella forma di realizzazione illustrata nelle Figure, al di sopra degli elettrodi 5 sono depositi due strati 3, 4 dello stesso materiale scelto all?interno dei materiali che presentano una ridotta impedenza rispetto alla propagazione dell?onda acustica (o, nella forma pi? abbreviata, a bassa impedenza acustica).

[0056] Ad esempio, questi strati 9 a bassa impedenza acustica potranno essere ottenuti a partire da un film sottile di uno dei seguenti materiali: biossido di silicio, ossido di silicio, ossido di tellurio, vetro spin-on e altri materiali basati su questi ma che presentano l?aggiunta di droganti o di impurit?.

[0057] Opportunamente, lo spessore s9 di questi strati 9 a bassa impedenza acustica potr? essere compreso 50nm e 10?m.

[0058] In particolare, lo spessore s9 degli strati 9 a bassa impedenza acustica sar? variabile in funzione dello spessore s2 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0059] Ad esempio, se lo strato di materiale piezoelettrico 2 presenta uno spessore s2 all?incirca pari alla met? della lunghezza dell?onda acustica (?/2), gli strati 9 di materiale a bassa impedenza acustica potranno presentare uno spessore s2 sostanzialmente pari ad una frazione e multipli di tale lunghezza dell?onda (un quarto di lunghezza ?/4, d?onda, tre-quarti di lunghezza d?onda 3?/4, etc.).

[0060] La funzione di questi strati 9 a bassa impedenza acustica ? anzitutto quella di compensare le derive termiche a cui ? soggetto lo strato di materiale piezoelettrico 2.

[0061] Come noto, la frequenza (e/o la banda) di oscillazione associata al materiale piezoelettrico 2 varia in funzione della temperatura presente nell?ambiente in cui ? collocato tale strato.

[0062] Questa condizione ? definita nel settore tecnico dei risonatori con l?espressione ?coefficiente di temperatura della frequenza / temperature coefficient of frequency? la quale indica la variazione della frequenza in funzione della temperatura (generalmente la frequenza varia qualche decina di milionesimo delle frequenza normalizzata per ogni unit? di grado centigrado). Il coefficiente di temperatura della frequenza, pertanto, ? un parametro che esprime la variazione in milionesimi (ovvero su cala pari a 10<-6 >del valore in Hz della frequenza di lavoro).

[0063] La frequenza ad un coefficiente di temperatura ? negativa quando, all?aumentare di temperatura, la frequenza di oscillazione decresce.

[0064] La frequenza ad un coefficiente di temperatura ? invece positiva quando, all?aumentare della temperatura, la frequenza di oscillazione subisce un incremento.

[0065] In generale, i materiali piezoelettrici 2 presentano una frequenza negativa ad un coefficiente di temperatura all?interno di tutto il range di funzionamento del materiale stesso (ovvero la frequenza di oscillazione ? esclusivamente decrescente all?aumentare della temperatura).

[0066] Per tale ragione, la coppia di starti 9 di materiale a bassa impedenza acustica presenta una frequenza positiva ad un coefficiente di temperatura, ovvero la loro struttura interna ? tale da promuovere un aumento della frequenza di funzionamento all?aumentare della temperatura.

[0067] In questo modo l?assieme realizzato dallo strato di materiale piezoelettrico 2 e strati a bassa impedenza 9 sar? tale da presentare una ridotta deriva termica (riferita alla frequenza di funzionamento).

[0068] In particolare, il cambiamento della frequenza di oscillazione associata allo strato piezoelettrico 2 e provocate dalla variazione temperatura vengono sostanzialmente annullate (o fortemente ridotte) per effetto di una variazione sulla frequenza di segno opposto associata al comportamento degli strati 9 di materiale a bassa impedenza.

[0069] Inoltre, per effettuare questa compensazione ? necessario inserire due distinti strati di materiale a bassa impedenza 9 ognuno dei quali ? rivolto verso la rispettiva faccia 3, 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0070] Lo strato di materiale piezoelettrico 2, infatti, presenta caratteristiche fisiche sostanzialmente isotropiche rispetto alle due facce di estremit? 3, 4.

[0071] Di conseguenza, l?eccitazione del materiale piezoelettrico 2 (ad esempio mediante l?applicazione di un segnale elettrico alla coppia di elettrodi) promuover? la generazione di due onde meccaniche sostanzialmente uguali tra loro che si propagano lungo una direzione perpendicolare Z alle facce 3, 4 ma con versi di propagazione opposti.

[0072] Le onde acustiche generate dalla vibrazione indotta sul materiale piezoelettrico 2 tendono ad essere ?trattenute? all?interno del risonatore 1 mediante l?ausilio di una pluralit? di riflettori disposti da parte opposta rispetto alle facce del materiale piezoelettrico.

[0073] Il trattenimento dell?onda all?interno degli strati del risonatore 1 consente di innescare una condizione di risonanza tale da promuovere la generazione un?onda acustica stazionaria.

[0074] La frazione dell?onda stazionaria oscillante che si trasmette progressivamente tra i vari strati (e non viene riflessa) rappresenta le perdite del risonatore 1.

[0075] Naturalmente il risonatore 1 sar? progettato in modo tale da minimizzare questo genere di perdite e facilitare, invece, il mantenimento della condizione stazionaria dell?onda acustica.

[0076] La coppia di strati 9 a bassa impedenza acustica posizionati direttamente sugli elettrodi 5 permette di incrementare le dimensioni della cavit? risonante 10 associata allo strato di materiale piezoelettrico 2 e consente di promuovere una prima e parziale riflessione dell?onda acustica generata dallo stesso.

[0077] Nel contesto della presente invenzione con l?espressione ?cavit? risonante? si intende uno spazio geometrico di dimensioni predeterminate all?interno del quale risiede la gran parte dell?energia associata all?onda meccanica prodotta durante l?oscillazione del materiale attivo, ovvero del materiale piezoelettrico 2.

[0078] In generale, l?energia associata all?onda acustica che risiede all?interno della cavit? risonante 10 ? maggiore del 95% dell?energia totale generata dal materiale piezoelettrico ed associata a tale onda.

[0079] In particolare, ? possibile dimostrare analiticamente e sperimentalmente che l?introduzione di una coppia di strati 9 a bassa impedenza acustica aumenta le dimensioni della cavit? risonante 10.

[0080] Pertanto, con l?introduzione degli starti 9 a bassa impedenza acustica ? possibile ottenere una cavit? risonante 10 con dimensioni superiori a quelle dello spessore dello strato materiale piezoelettrico 2 e inferiori della somma dello spessore di quest?ultimo e dello spessore degli strati 9 a bassa impedenza.

[0081] In altre parole, la cavit? risonante 10 subisce un allargamento tale da comprendere anche una porzione dello spessore degli strati 9 a bassa impedenza senza tuttavia mai superare nelle dimensioni quest?ultimi.

[0082] Allo stesso tempo, la coppia 9 di strati a bassa impedenza si comporta anche da schermo acustico riflettendo una parte dell?onda meccanica generata all?interno di tale cavit? 10.

[0083] In questo modo la presenza di tali strati 9 a bassa impedenza acustica consente di ridurre le perdite complessive del risonatore favorendo il mantenimento dell?oscillazione promossa dagli elettrodi 5 sullo strato di materiale piezoelettrico 2.

[0084] Opportunamente, negli strati 9 a bassa impedenza le condizioni i) di riflessione parziale dell?onda acustica e ii) di compensazione alle derive termiche a cui ? soggetto il materiale piezoelettrico 2 si verificano tutte e tre simultaneamente durante il funzionamento del risonatore 1.

[0085] Opportunamente, il risonatore 1 comprende un primo riflettore acustico 11 rivolto verso una faccia 3 dello strato di materiale piezoelettrico 2 ed un secondo riflettore acustico 12 rivolto verso l?altra faccia 4 dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[0086] Come noto, il primo 11 ed il secondo riflettore acustico 12 hanno la funzione di riflettere parzialmente l?onda meccanica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2 (e proveniente dalle facce 3, 4 dello stesso) in modo da mantenere il pi? possibile il risonatore 1 nella condizione attiva di risonanza.

[0087] E? ben nota dallo stato della tecnica dei risonatori 1 l?incapacit? da parte degli strati riflettori 11, 12 di riflettere totalmente l?onda acustica incidente, nella pratica le perdite di riflessione sono generalmente inferiori a 1% (ovvero il riflettore ? in grado di riflettere pi? del 99% dell?onda meccanica incidente e di trasmettere allo strato successivo mendo dell?1% di tale onda).

[0088] Una soluzione spesso utilizzata per incrementare la riflessione complessiva dell?onda acustica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2 consiste nel realizzare due pile pi? elementi riflettori 11, 12 ognuna delle quali ? rivolta verso la corrispondente faccia 3, 4 del materiale stesso.

[0089] Pertanto, contestualizzando queste note configurazioni nel risonatore 1 oggetto del presente trovato, ? possibile utilizzare un singolo primo 11 ed un singolo secondo riflettore 12 oppure, come alternativa, una pluralit? di primi riflettori 11 ed una pluralit? di secondi riflettori 12 tra loro reciprocamente sovrapposti.

[0090] In linea generale ? quindi possibile prevendere un numero N di primi riflettori 11 reciprocamente sovrapposti ed un numero M di secondi riflettori 12 reciprocamente sovrapposti.

[0091] Inoltre, a seconda delle esigenze di progetto, sar? possibile prevendere un uguale numero totale di primi 11 e secondi riflettori 12 (N = M) oppure un numero diverso di tali riflettori (M ? N).

[0092] Il risonatore acustico 1 illustrato in Figura 4 ed in Figura 5 comprende una pluralit? di primi riflettori 11 ed una pluralit? di secondi riflettori 12 in numero diverso tra loro (M ? N).

[0093] Indipendentemente dal numero complessivo dei primi 11 e dei secondi riflettori 12, entrambi sono disposti direttamente sopra gli elettrodi 5 (nel caso in cui non sia prevista la coppia di strati 9 di materiale a bassa resistenza acustica), oppure, in alternativa, direttamente sopra strati 9 a bassa impedenza acustica (quando previsti).

[0094] Come meglio illustrato nelle Figure, ogni primo 11 ed ogni secondo riflettore 12 potr? essere costituito da una pluralit? di sotto-strati 13, 14 formati, rispettivamente, da un materiale a bassa impedenza acustica e da un materiale ad alta impedenza acustica.

[0095] Gli strati 13 a bassa impedenza acustica potranno realizzati mediante film di uno dei seguenti materiali: biossido di silicio, ossido di silicio, ossido di tellurio, vetro spin-on e altri materiali basati su questi ma che presentano l?aggiunta di droganti o di impurit?.

[0096] Gli strati 14 ad alta impedenza acustica potranno essere realizzati mediante film di uno dei seguenti materiali: nitruro di alluminio, tungsteno, platino, molibdeno, ruterio e altri materiali basati su questi ma che presentano l?aggiunta di droganti o di impurit?.

[0097] Opportunamente, ogni singolo primo 11 e/o ogni singolo secondo riflettore 12 potranno presentare un numero X di strati di materiale ad alta impedenza ed un numero Y di strati di materiale a bassa impedenza.

[0098] In particolare, il numero totale X di sotto-strati 14 di materiale ad alta impedenza ed il numero totale Y di sotto-strati 13 di materiale a bassa impedenza inclusi in un singolo riflettore 11, 12 potranno essere uguali tra loro (X = Y) oppure differenti (X ? Y).

[0099] Ad esempio, tali sotto-strati 13, 14 potranno, al minimo, essere presenti singolarmente (X = Y = 1) mentre il loro numero massimo potr? essere variabile e dettato da esigenze di tipo realizzative e/o progettuali.

[00100] Tuttavia, quando uno di tali sotto-strati ? presente in un numero maggiore rispetto all?unit? (X > 1 e/o Y > 1), la diposizione degli stessi sar? sempre alternata in modo tale che tra due strati della stessa tipologia sia presente uno strato della tipologia opposta.

[00101] Ad esempio, se X = 2 e Y =1, tra i due 14 sotto-strati ad alta impedenza ? interposto il singolo sotto-strato 13 a bassa impedenza, cos? come nel caso in cui X = Y = 4 il corrispondente primo 11 e/o secondo riflettore 12 si compone dalla sovrapposizione di quattro elementi uguali ognuno dei quali formato da un sotto-strato 14 ad alta impedenza accoppiato ad un sotto-strato 13 a bassa impedenza.

[00102] Opportunamente, uno o pi? tra i primi riflettori 11 (rispettivamente uno o pi? tra i secondi riflettori 12) potranno comprendere un numero X e Y di sotto-strati 13, 14 uguale o diverso rispetto a quello che caratterizza gli altri primi riflettori 11 (rispettivamente uguale o diverso rispetto a quello che caratterizza gli altri secondi riflettori 12).

[00103] Inoltre, i sotto-strati 13 a bassa impedenza e i sotto-strati 14 ad alta impedenza potranno presentare rispettivi spessori s13, s14 di valore predeterminato, lo spessore s1, s2 assunto dal ciascun primo 11 e/o dal secondo riflettore 12 sar? quindi determinato dalla somma degli spessori s13, s14 dei sotto-strati 13, 14 a bassa e alta impedenza che lo compongono.

[00104] Lo spessore s14 dei sotto-strati 14 di materiale ad alta impedenza e lo spessore s13 dei sotto-strati 13 a bassa impedenza sono variabili in funzione della frequenza dell?onda acustica generata dallo strato di materiale piezoelettrico 2.

[00105] In particolare, lo spessore s13, s14 di ogni sotto-strato 13, 14 di materiale ad alta e/o a bassa impedenza acustica potr? essere scelto in modo da essere proporzionali ad una frazione del periodo dell?onda acustica ? che si propaga all?interno degli stessi.

[00106] In particolare, ciascun sotto-strato 13, 14 presenta superficie di estremit? 15, 16 tra loro distanziate di una distanza pari allo spessore s13, s14 del medesimo sottostrato 13, 14.

[00107] L?onda acustica si propaga nel corrispondente sotto-strato 13, 14 con una velocit? di propagazione predeterminata, tale velocit? ? variabile in funzione della tipologia di materiale utilizzato per realizzare il medesimo sotto-strato.

[00108] Pertanto, ogni sotto-strato 13, 14 definisce un proprio tempo di propagazione dell?onda acustica. Questo tempo pu? essere definito come l?intervallo temporale che impiega ogni punto dell?onda acustica a percorrere lo spessore che separa le superfici di estremit? 15, 16 del sotto-strato 13, 14.

[00109] In altre parole, il tempo di propagazione potr? essere calcolato come il rapporto tra lo spessore del corrispondente sotto-strato 13, 14 e la velocit? di propagazione dell?onda acustica all?interno del medesimo strato.

[00110] Opportunamente, lo spessore s13, s14 del sotto-strato 13, 14 potr? essere quindi selezionato in modo tale che, durante il tempo di propagazione calcolato come sopra descritto, attraverso le superfici di estremit? 15, 16 del materiale si propaga una porzione predefinita del periodo dell?onda acustica-[00111] Ad esempio, lo spessore s14 del sotto-strato 13 a bassa impedenza acustica e lo spessore s14 dello strato 14 ad alta impedenza acustica potranno essere scelti in modo da consentire la propagazione di un quarto di periodo (?/2) o tre-quarti di periodo (3/2?).

[00112] Lo spessore s13, s14 dei sotto-strati 13, 14 che compongono il medesimo riflettore 11, 12 potranno essere uguale o differente tra loro, cos? come i sotto-strati 13, 14 che compongono differenti riflettori 11, 12 potranno essere di uguale spessore s13, s14 oppure di spessore diverso.

[00113] Secondo un aspetto peculiare del trovato, il primo spessore s1 associato al primo riflettore 11 ? differente rispetto al secondo spessore s2 associato al secondo riflettore 12.

[00114] Grazie a questa configurazione ? possibile ottenere un risonatore acustico in grado di attenuare considerevolmente le componenti spurie associate alle frequenze diverse da quelle che rientrano nella banda di oscillazione.

[00115] Si ? infatti riscontrato analiticamente in sede progettuale nonch? sperimentalmente che un differente valore del primo e del secondo spessore s1, s2 consente di ridurre le componenti spurie di frequenza di un valore generalmente compreso tra 20 dB e 60 dB.

[00116] Ad esempio, nella configurazione del trovato illustrata nelle Figure 4 e 5, il valore del primo spessore s1 (associato ai primi riflettori 11) ? maggiore rispetto al valore del secondo spessore s2 (associato ai secondi riflettori 12).

[00117] Inoltre, lo spessore s1 maggiorato di una corrispondente tipologia di riflettori (nel caso illustrato nelle Figure del primo riflettore 11) potr? essere ottenuto mediante l?uso di sotto-strati 13, 14 aventi uno spessore s13, s14 unitario maggiore rispetto a quello dei sotto-strati 13, 14 utilizzati per realizzare il riflettore 12 a spessore inferiore.

[00118] In alternativa, si potr? ottenere uno spessore s1 maggiorato mediante la sovrapposizione di un numero complessivo di sotto-strati 13, 14 superiore al numero complessivo di sotto-strati 13, 14 utilizzati per realizzare il riflettore a spessore s2 inferiore.

[00119] In un particolare configurazione del trovato illustrata in Figura 5, lo spessore s1 del primo riflettore 11 posizionato pi? in prossimit? dello strato di materiale piezoelettrico potr? essere maggiore o minore rispetto allo spessore s1 dei rimanenti primi riflettori 11.

[00120] In altre parole, il primo spessore s1 associato al riflettore 11 posto pi? in prossimit? dello strato di materiale piezoelettrico 2 potr? essere il massimo assoluto (o il minimo assoluto) rispetto ai primi spessori s1 associati ai rimanenti riflettori 11 utilizzati nel risonatore.

[00121] In maniera analoga, lo spessore s2 del secondo riflettore 12 posizionato pi? in prossimit? dello strato di materiale piezoelettrico 2 potr? essere maggiore o minore rispetto allo spessore s2 dei rimanenti secondi riflettori 12.

[00122] Il secondo spessore s2 associato al riflettore 12 posto pi? in prossimit? dello strato di materiale piezoelettrico 2 potr? essere il massimo assoluto (o il minimo assoluto) rispetto ai secondi spessori s2 associati ai rimanenti riflettori 12 inglobati nel risonatore 1.

[00123] Opportunamente, i primi spessori s1 e/o i secondi spessori s2 potranno decrescere progressivamente a partire dal relativo spessore massimo associato al riflettore 11, 12 posizionato pi? in prossimit? dello strato di materiale piezoelettrico 2.

[00124] Con l?espressione ?decrescita progressiva? degli spessori s1, s2 si intende quella particolare configurazione nella quale lo spessore s1, s2 di un determinato riflettore 11, 12 ? sempre inferiore rispetto allo spessore s1, s2 del riflettore precedente (ovvero il riflettore che, rispetto alla direzione di propagazione dell?onda acustica, ? quello che viene investito dall?onda immediatamente prima del riflettore in oggetto).

[00125] In Figura 6 ? illustrata la risposta in frequenza dell?ammettenza di due risonatori acustici entrambi progettati per operare nell?intorno di una frequenza pari a 3,45 GHz.

[00126] Il primo di tali risonatori ? associato al grafico superiore - presenta un singolo riflettore inferiore (formato da strati di spessore sostanzialmente pari ad un quarto di lunghezza d?onda).

[00127] L?altro risonatore- associato al grafico inferiore - presenta un singolo riflettore inferiore (formato da strati di spessore sostanzialmente pari ad un quarto di lunghezza d?onda) ed un singolo riflettore superiore (formato da strati di spessore sostanzialmente pari ad tre-quarti di lunghezza d?onda).

[00128] Dal confronto visibile nel grafico di Figura 4 si distingue chiaramente che la presenza del riflettore superiore consente di attenuare considerevolmente le componenti spurie della frequenza generate come armoniche del modo principale.

[00129] Il risonatore pu? essere ancorato ad substrato base 17 preferibilmente realizzato in un materiale atto a presentare una elevata impedenza acustica. Ad esempio, tale substrato base 17 potr? essere scelto tra i seguenti materiali: silicio, carburo di silicio, zaffiro, niobato di litio, tantalato di litio, vetro, quarzo, nitruro di alluminio e diamante.

[00130] Opportunamente, gli insegnamenti descritti in relazione al presente trovato possono essere applicati anche a risonatori progettati per operare con armoniche del modo fondamentale (dove in questo caso il modo fondamentale corrisponde ad uno dei modi attenuati.

[00131] La presente invenzione ? realizzabile in altre varianti tutte rientranti nell?ambito delle caratteristiche inventive rivendicate e descritte; tali caratteristiche tecniche possono essere sostituite da diversi elementi tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati; le forme e le dimensioni del trovato possono essere qualsiasi purch? compatibili con il suo uso.

[00132] I numeri ed i segni di riferimento inseriti nelle rivendicazioni e nella descrizione hanno il solo scopo di aumentare la chiarezza del testo e non devono essere considerati come elementi che limitano l?interpretazione tecnica degli oggetti o processi identificati dagli stessi.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI

1. Un risonatore acustico, comprendente:

- uno strato di materiale piezoelettrico (2) definente una coppia di facce di estremit? (3, 4) ed atto a generare selettivamente un?onda acustica che si propaga a partire da dette facce di estremit? (3, 4);

- una coppia di elettrodi (5) disposti sulle rispettive facce di estremit? (3, 4) di detto strato di materiale piezoelettrico (2);

- almeno un primo riflettore acustico (11) rivolto verso una faccia (3) di detto materiale piezoelettrico (2) ed atto a riflettere almeno parzialmente l?onda acustica che si propaga a partire da tale faccia (3);

- almeno un secondo riflettore acustico (12) rivolto verso l?altra faccia (4) di detto materiale piezoelettrico (2) ed atto a riflettere almeno parzialmente l?onda acustica che si propaga a partire da tale faccia (4)

in cui detto almeno un primo riflettore (11) acustico presenza un primo spessore (s1) predeterminato;

in cui detto almeno un secondo riflettore (12) acustico presenza un secondo spessore (s2) predeterminato;

caratterizzato dal fatto che detto primo spessore (s1) e detto secondo spessore (s2) sono diversi tra loro.

2. Risonatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere una coppia di strati di materiale a bassa impedenza acustica (9), ogni strato di materiale a bassa impedenza acustica (9) essendo interposto tra detto strato di materiale piezoelettrico (2) ed un rispettivo primo o secondo riflettore (11, 12).

3. Risonatore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che ogni strato di materiale a bassa impedenza acustica (9) di detta coppia ? disposto su un rispettivo elettrodo (5).

4. Risonatore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto almeno primo riflettore (11) ? direttamente posizionato su uno strato di materiale a bassa impedenza acustica (9) di detta coppia e detto almeno un secondo riflettore (12) ? direttamente posizionato sull?altro strato a bassa impedenza acustica (9) di detta coppia.

5. Risonatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un primo riflettore (11) e detto almeno un secondo riflettore (12) sono rispettivamente costituiti da uno pi? sotto-strati di materiale ad elevata impedenza acustica (14) e da uno o pi? sotto-strati di materiale a bassa impedenza acustica (13), detti sotto-strati a bassa impedenza acustica (13) e detti sotto-strati ad alta impedenza acustica (14) essendo disposti in maniera reciprocamente alternata.

6. Risonatore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che ogni sottostrato ad elevata impedenza acustica (14) e ogni sotto-strato a bassa impedenza acustica (13) presentano rispettivi spessori (s13, s14) di valore predeterminato, detto primo spessore (s1) e detto secondo spessore (s2) essendo sostanzialmente pari alla somma degli spessori dei sotto-strati a bassa impedenza acustica (s13) e dei sotto-strati ad alta impedenza acustica (s14) che compongono il rispettivo primo (11) o secondo riflettore (12).

7. Risonatore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che lo spessore (s14) di ognuno di detti sotto-strati ad elevata impedenza acustica (14) e/o lo spessore (s13) di ognuno di detti sotto-strati a bassa impedenza acustica (13) sono scelti in modo da consentire, durante l?attraversamento propagazione dell?onda acustica generata da detto strato di materiale piezoelettrico (2), l?attraversamento di una predeterminata frazione di periodo dell?onda acustica.

8. Risonatore secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralit? di detti primi riflettori (11) e/o una pluralit? di detti secondi riflettori (12), almeno uno tra detti sotto-strati ad elevata impedenza acustica (14) e/o almeno uno di detti sotto-strati a bassa impedenza acustica (13) associati, rispettivamente, a detti primi riflettori (11) e/o a detti secondi riflettori (12) presentando un valore dello spessore (s13, s14) progressivamente decrescente all?aumentare della distanza da detto strato di materiale piezoelettrico (2).

9. Risonatore secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo spessore (s1) di detto primo riflettore (11) e lo spessore (s2) di detto secondo riflettore (12) sono variabili in funzione dello spessore (s2) di detto strato di materiale piezoelettrico (2).

10. Risonatore secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal che detta coppia di strati di materiale a bassa impedenza acustica (9) presenta un coefficiente di temperatura per la frequenza opposto al coefficiente di frequenza associato a detto strato di materiale piezoelettrico (2).

11. Risonatore secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti sotto-strati a bassa impedenza acustica (13) e detti sotto-strati ad alta impedenza acustica (14) che costituiscono detto almeno un primo riflettore (11) e detto almeno un secondo riflettore (12) presentano un coefficiente di temperatura per la frequenza opposto al coefficiente di frequenza associato a detto strato di materiale piezoelettrico (2).