SU1780144A1 - Пьeзoэлemeht - Google Patents

Description

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении элементов частотной селекции сигналов.

Известны пьезоэлементы монолитных фильтров, содержащие пьезоэлектрическую пластину прямоугольной формы с размещенными на одной из рабочих граней входным и выходным сигнальными электродами с выводами, продольная ось симметрии которых совмещена с кристаллографической осью Z' или X, и с размещенными на противоположной рабочей грани пьезоэлектрической пластины одним или двумя низкопотенциальными электродами с выводами.

Данные монолитные фильтры работают на принципе захвата энергии, в подэлектродной области, что обуславливает достаточно большие их габариты по ширине пьезопластины, поскольку ширина пьезопластины, выбранная из условия моночастотности. должна быть больше ширины электрода как минимум'на 12-14 толщин пьезоэлектрической пластины. При реализации фильтров четвертого, восьмого порядка их габариты значительно возрастают, что затрудняет их применение в современной малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре.

1780144А1

Наиболее близким к предлагаемому является монолитный фильтр, содержащий пьезоэлектрическую пластину прямоугольного профиля со скошенными боковыми гранями, с размещенными на одной из рабочих граней входным и выходным сигнальными электродами с выводами,продольная ось симметрии которых совмещена с кристаллографической осью “' и X, и с размещенными на противоположной рабочей грани пьезоэлектрической пластины и одним или двумя низкопотенциальными электродами с выводами. Данный МФ также работает на принципе захвата энергии.

В известном МФ для уменьшения габаритов пьезоэлектрической пластины по ширине боковые грани выполнены со скосом относительно угла 90°. При этом за счет уменьшения отраженной энергии от боковых граней удается значительно уменьшить ширину пьезоэлектрической пластины.

Однако данные МФ имеют значительно худшие частотно-селективные параметры, поскольку миниатюризация размеров электродов приводит к снижению добротности частных резонаторов и повышению их динамического сопротивления. Это обуславливает высокий уровень вносимого затухания в полосе пропускания и относительно большой коэффициент прямоугольности, а соответственно и низкую избирательность МФ.

Выполнение боковых граней пьезоэлектрической пластины со скосом обуславливает невозможность реализации данных МФ на относительно высоких частотах, поскольку на тонких пластинах технологически невозможно изготовление таких скосов.

Таким образом попытка миниатюризации размеров пьезоэлектрической пластины МФ. работающих на принципе захвата энергии в подэлектродной области, привела к ухудшению электрических параметров этих фильтров, в результате чего они не нашли практического применения.

Цель изобретения - увеличение подавления побочных резонаторов за счет чего обеспечивается повышение избирательности фильтров.

Указанная цель достигается тем, что в пьезоэлементе монолитного фильтра, выполненном из кристалла кварца среза ΥΖ6/·*·35^Ο11 ±5 в виде пластины прямоугольной формы, продольная ось симметрии которой совмещена с кристаллической осью, ширина пластины кварцевого пьезоэлемента выбрана в пределах 22,44 Н <W <22,6 Н, где W - ширина пьезоэлектрической пластины, м; Н - толщина пьезоэлектрической пластины, м.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного выбором ширины пьезоэлектрической пластины в пределах от 22,44 до 22,62 Н, где К - толщина пьезоэлектрической пластины.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого пьезоэлемента в виде звена второго порядка для монолитного пьезоэлектрического фильтра.

Пьезоэлемент фильтра содержит пьезоэлектрическую пластину 1, входной и выходной электроды 2 и 3 и низкопотенциальные электроды 4 и 5.

Пьезоэлемент работает следующим образом.

При подаче на электроды 2 и 4 высокочастотного напряжения с частотой, соответствующей основному колебанию сдвига по толщине(или гармоническому колебанию), в пьезоэлектродной области устанавливается сдвиговая стоячая волна. За счет акустической связи между частными резонаторами (2,4 и 3,5) сдвиговые колебания передаются в подэлектродную область выходного частотного резонатора, образованного электродами 3 и 5, с выводов которых снимается выходной высокочастотный сигнал.

Выбор значения ширины пьезоэлектрической пластины в пределах от 22,44 Н до

22,62 Н, где Н - толщина пьезоэлектрической пластины, обеспечивает работу частных резонаторов без захвата энергии нежелательных резонансов в направлении ее ширины. Это обеспечивает относительно высокую моночастотнссть, что приводит к увеличению добротности частных резонаторов вследствие отсутствия отсоса колебательной энергии близкорасположенными нежелательными видами колебаний.

Как показали экспериментальные исследования максимальному значению добротности и одновременно максимальному значению коэффициента акустической связи между частными резонаторами соответствует значение ширины пьезоэлектрической пластины, равное 22,53 Н. Причем при отклонении от этого значения как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения снижаются как величина добротности, так и величина коэффициента акустической связи. При значениях 22,44 и

22,62 Н величина добротности резонатора снижается на 30% относительно максимального значения. Поэтому нецелесообразно выполнять пьезоэлементы с большими отклонениями от оптимального значения.

При значениях ширины пьезоэлектрической пластины меньше 22,44 и больше

22,62 Н кроме основного сдвигового колебания появляются нежелательные колебания гармоник изгиба по толщине. Причем при удалении от указанных значений ширины нежелательные колебания приближаются по частоте к основному сдвиговому колебанию, а при значениях ширины, равных 21 Н и 24 Н, сдвиговые колебания полностью вырождаются в другой вид колебаний.

Подобные области существуют дискретно и при других значениях ширины пьезоэлектрической пластины, например при (25,6 ±0,08) Н и при (19,3 ±0,1) Н. Однако при значении ширины, равной 25,5 Н, растут габариты пластин и требуется более точное их выполнение, что технологически неоправдано. При значении ширины равной 19,3 Н уменьшается коэффициент акустической связи порядка 3 раз, что не позволяет выполнять относительно широкополосные фильтры.

Кроме того, при выборе ширины пьезоэлектрической пластины в соответствии с предлагаемым техническим решением (22,53 ±0,09) Н имеется возможность увеличить размеры электродов по ширине. Это также снижает величину динамического сопротивления и увеличивает статическую ем кость частных резонаторов. Последнее снижает влияние паразитных емкостей монтажа. А уменьшение динамического сопротивления повышает их добротность.

Все вышеизложенное обеспечивает уменьшение коэффициента прямоугольности фильтра и повышение его избирательности.

Кроме того, отсутствие в данной конструкции скосов боковых граней и независимость вышеприведенного соотношения (22,53 ±0,09) Н от частоты позволяют выполнять резонаторы предложенной конструкции в'широком диапазоне частот.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Пьезоэлемент, выполненный из кристалла кварца среза YZb/+35° 11'±5' в виде пластины прямоугольной формы, продольная ось симметрии которой совмещена с кристаллической осью Z , о т л ичающийс я тем, что, с целью подавления побочных резонансов, ширина пластины кварцевого пьезоэлемента выбрана в пределах

   22,44 Н <W <22,62 Н, где W - ширина пьезоэлектрической пластины, м;

   Н - толщина пьезоэлектрической пластины, м.