TWI222784B - Surface acoustic wave filter - Google Patents

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1222784 Α7 Β7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 本發明之背景 1. 本發明之界定 本發明一般係論及一種表面聲波濾波器，以及係特別 論及一種具有加寬頻帶和較低插入損耗之表面聲波濾波 器，其可有利地應用至一無線電裝置之高頻電路。 2. 相關技藝之說明 此無線電裝置之尚頻電路，通常係使用一個濾波器。 彼等寬頻帶濾波器之特性，係為該濾波器之一不可缺少的 重要裝置之SAW(表面聲波）裝置所需要。 此一 SAW(表面聲波）裝置所形成之一表面聲波濾波 器，係包含一壓電基質，其上面係形成有一些具有交叉指 型電極之交叉指$換能器（IDT)，和一些具有栅格電極之反 射器。上述表面聲波遽波器之頻帶加寬，—般常見係經由 〜加4等電極之厚度，來加以完成。然而，增加電極厚度 可能會損害到上述為渡波器之—重要特性的插入損耗。 在此方式下，迄今係增加該電極厚度，來完成頻帶 覓插入損耗和進一步阻抗失配所引起之帶通可能的 惡化。 所以 見頻帶和低插入損耗之表面聲波濾波器的實 現，係一實質上之問題。 本發明之概要 於以上諸問題’本發明之—目地在達成上，係基 吏用$加寬頻帶之電極厚度，以及使用該壓電基 貝有關之最佳切割方向。 -----------裝--------訂··-------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準 X 297公釐） 4 - 1222784 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 本發明之另一目地，旨在提供一種表面聲波濾波器， 其可經由找出一些可使彼等交叉指型換能器和反射器電極 之電極寬度來完成頻帶加寬和損失較低的最佳值，而避免 任何阻抗失配所致之損失。 根據本發明之一特徵，為完成以上之目地，所提供係 一種具有一些形成在一壓電基質上面之交叉指型電極的表 面聲波濾波器，此表面聲波濾波器，係包含一些交叉指型 換能器和一些安排在此等換能器兩側之反射器。其中，電 極厚度h對表面聲波波長；^之比率h/A，係位在一 〇.〇5^h/ A $ 0.15之範圍内，以及其中之壓電基質，係具有一範圍 在〇·5 $ wr/pr $〇·6内之反射器電極寬度wr對電極間距pr的 電極寬度比wr/pr，以及其中之壓電基質，係具有一範圍在 0.6$ wi/pi$〇.9内之交叉指型換能器之電極寬度wi對交叉 指型換能器之電極間距pi的電極寬度比wi/pi。 為完成以上之目地’最好，當上述交叉指型換能器之 電極寬度wi對間距pi的電極寬度比Wi/pi，係位在一 〇 62$ wi/pi $ 0.9之範圍内時’該等交叉指型之電極寬度wi對該等 反射器電極寬度wr之關係，係使wi>wr，以及該等交叉指 型電極之電極間距pi對該等反射器之電極間距pr的關係， 係使pi<pr。 為達到以上之目地，最好，當該等交叉指型電極之鄰 接電極指部的中心與該等反射器電極之中心間的距離，係 給定為（l/2+HDl)x又i，其中，；I i係該等交叉指型電極中 之一波長，該係數HD1係被定義在0>HDl^-0.04之範圍内。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222784 A7 B7 五、發明說明（3 ) 為達到以上之目地，最好，該壓電基質係藉由使Υ-軸 繞X-軸沿Z-軸之方向旋轉過4〇。至44。所得之LiTa〇3旋轉Y-板而形成，以及該換能器之交叉指型電極和彼等反射器之 電極，係由一主要為八丨所製成之電極材料所形成。 圖示之簡要說明 本發明之以上和其他目地、形貌、特徵、與優點，將 可由以下參照所附諸圖所做之詳細描述，而變成更加明 確；其中： 第1圖係一可顯示一藉由範例應用本發明之一多工模 態表面聲波濾波器的電極結構之簡圖； 第2圖係一可顯示上述相對於反射器4和5之電極寬度 wr對電極間距pr的電極寬度比wr/pr之反射係數對電極厚 度的相依性之曲線圖； 第3圖係一可顯示上述相對於反射器電極寬度比wr/pr 之特定頻寬的變化之曲線圖； 第4圖係一可顯示依據一交叉指型換能器之電極寬度 wi對電極間距pi的電極寬度比wi/pi，彼等最小損失之特性 和特定頻寬的測量結果之曲線圖； 第5圖係一可顯示上述表面聲波相對於該等電極寬度 比wr/pr和wi/pi之特定速率的曲線圖； 第6圖係一可顯示上述依據彼等交叉指型電極之寬度 比wi/pi的大小之阻抗變化的史密斯圓圖； 第7圖係一可用以解釋依據該等交叉指型電極之孔徑 長度AP，修正第6圖之阻抗變化的史密斯圓圖； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·------丨訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 1222784 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 第8圖係一可顯示該等係數HD1與帶通漣波間之關係 的曲線圖； 第9圖係一可顯示比較一藉由根據本發明以傳統式濾 波器設定一些條件所得表面聲波特性之曲線圖； 第10圖係一可顯示在本發明之一實施例中，上述基於 修正反射器電極寬度比Wr/pr之插入損耗變化的頻率特性 園， 第11圖係一可顯示在本發明之一實施例中，上述基於 修正交叉指型換能器電極寬度比wi/pi之插入損耗變化的 頻率特性圖； 第12圖上述基於修正係數HD1的插入損耗變化之頻率 特性圖；而 第13圖上述基於修正係數11]〇1的阻抗變化之史密斯圓 圖。 較佳實施例之詳細說明 本發明今將參照所附以非限定方式例示當前之實施例 的諸圖而加以說明。理應注意的是，諸圖中所示之實施例， 係僅意圖為瞭解本發明，以及本發明之應用並非受限於此 等範例。 第1圖係一可顯示一做為應用本發明之一範例的多工 模態表面聲波濾波器的電極結構之簡圖。此所示之結構係 包含：三個形成於一壓電基質上面之薄膜電極而成交叉指 型電極之交叉指型換能器（IDT) i、2、和3 ;和二個佈置在 該等換能器外側之柵格反射器4和5(後文係 做反射 本紙張尺度適财國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- t-· (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A^/84 A7 --------B7_____ 五、發明說明（5 ) 器）。 該等交叉指型換能器丨、2、和3,各係具有多數之交叉 指型電極，以及該等反射器4和5，各係具有多數成預定區 間並聯形成之電極。 ^其中，為得到一具有良好帶通特性之表面聲波濾波 器，本發明之申請人業已提議使用一種LiTa〇3基質做為該 壓電基質，此壓電基質係形成4〇〇γχ(使γ_軸繞軸沿z_ 軸之方向旋轉過40。），以及係進一步提議將該比率h/A設 疋在0.05 gh/A $〇·ι 5之範圍内，其中，…系該等以壓電基 夤上面之薄膜電極所形成之交叉指型換能器和該等安排在 戎等換能器兩側之反射器的電極厚度，以及λ係該表面聲 波之一波長。 因此’假定此等設定條件被使用，本發明係指向獲取 一種表面聲波濾波器，其能夠找出一些最佳值，彼等可確 保交叉指型換能器和反射器之電極寬度能有寬頻帶和低損 失，以及可免於任何因阻抗失配所引起之損失。 倘若第1圖内之多工模態表面聲波濾波器之使用模式 是’舉例而言，該等交叉指型換能器1和3，係被用做輸入 時’每一該等交叉指型換能器丨和3之一電極，係連接至一 輸入端子，其對立之交叉指型電極則係接地。該交又指型 換月b裔2用以輸出之一電極，係連接至一輸出端子，其對立 之交叉指型電極則係接地。 該等交叉指型換能器1、2、和3所激勵之多數表面聲 波，係被局限在該等反射器4和5内，以及由於該等交叉指 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 1222784 A7 B7 五、發明說明（6 ) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 型換能器卜2、和3間之聯結所致，彼等多數之共振模態係 有節律地受到激勵，以致該等共振模態之中止，將可允許 一可做為多重模態表面聲波濾波器之功能。 上述表面聲波濾、波器之頻寬特性，係藉由該等反射器4 和5所局限之任何頻寬特性與該等交叉指型換能器卜2、和 3之帶通特性的重疊，來加以決定。 在第1圖中，；I i係表示該等交叉指型換能器i、2、和3 之表面聲波的波長’ wi係表示該等交叉指型換能器1、2、 和3之電極寬度，以及pi係表示彼等之電極間的間距。 同樣地，wr係表示該等反射器4和5之電極寬度，以及 pr係表示彼等之電極間的間距。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2圖係係一可顯示上述相對於反射器4和5之電極寬 度wr對電極間距pr的電極寬度比wr/pr之反射係數對電極 厚度的相依性之曲線圖。在第2圖中，一曲線I係代表在電 極厚度h下其h/；li=4_9%有關之反射係數特性，以及一曲 線II係代表h/ λ i = 8.5%有關之反射係數特性。其橫座標之 軸線’係代表該電極寬度比wr/pr，以及其縱座標之軸線， 係代表該反射係數之值。由此圖將可暸解到，一較大之電 極厚度h，將會造成該等反射器4和5之反射係數的一個較大 之峰（最大）值。其進一步可見，該等可提供較大峰值之反 射器4和5的電極寬度，亦將會朝向一較大之值遷移。此將 能夠使其頻寬被加寬。 第3圖係一可顯示該等反射器之電極寬度^對電極間 距Pr的電極寬度比wr/pr有關之特定頻寬的曲線圖；由第3 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1222784 A7 _ B7 五、發明說明（7 ) 圖之曲線圖可見，為完成該濾波器所需4·47%或以上之特 疋頻寬’该等反射器4、5之電極寬度比wr/pr，僅要被設定 至〇·5至0.6之範圍。理應瞭解的是，此自〇.5至〇.6之電極寬 度比wr/pr的範圍，係一可同樣提供第2圖内之反射器4和5 的較大反射係數之區域。 第4圖係一可顯示依據該等交叉指型換能器1、2、和3 之電極寬度wi對電極間距pi的電極寬度比wi/pi，當該等反 射器4和5之電極寬度比wr/pr，被設定在〇.5至〇 6(wr/pr = 〇·55和0·6)之範圍内時，彼等最小損失之特性和特定頻寬的 測量結果所得之曲線圖。 由第4圖將可看出，其將有可能藉由增加該等交叉指型 換能器1、2、和3之電極寬度Wi，來減少其之損失。 因此’藉由設定該電極寬度比wi/pi至一 〇·6或以上之 值’其為濾波器之一不可缺少的參數之最小損失（Mm. Loss) ’將可被抑制至相當於37%或以下之2分貝。在該時 刻’该濾、波器之特定頻寬，大體上係常數。更好的是，〇.62 或以上之電極寬度比wi/pi，在該濾波器之特定頻寬大體上 係常數下’將會造成相當於大約36%或以下之197分貝的 最小損失（Mm. Loss)。 其中，當该等電極寬度比wr/pj^a wi/pi，係被設定在以 上之範圍内時’該表面聲波之速率，將會如第5圖中所示， 響應該等電極寬度比Wr/p1^a wi/pi之變化而變化。 因此，為基於其上面之一適當頻率，設定該等交叉指 型換能器和反射器之中心頻率，當該電極寬度之關係，係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 10 K------------------訂---------^9— -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222784

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Wi>wr時，上述周期之關將需要被設定為pi<pr。在第5圖 中，該等為0·9之電極寬度比wr/Pr和wi/pi，係顯示其電極 之製造極限值。 在以上述之方式設定該等交叉指型電極丨、2、和3之情 况中，忒等父叉指型電極丨、2、和3之寬度，可能會促使其 阻抗失配。第6圖係一可用以說明此之簡圖。 第6圖係一史密斯圓圖，其可顯示上述依據彼等交叉指 型電極之寬度比wi/pi的大小之阻抗變化，其中，隨著電極 寬度比wi/pi之增加，其阻抗將會朝向一箭頭所指示之方向 偏移’而造成一失配。此因而將需要被修正。 藉由改變第1圖之交叉指型電極的重疊寬度Ap，其將 有可能如第7圖中所示，完成其在與第6圖者相反之方向上 的阻抗補償。然而，誠如第7圖中所示，由於如第7圖中所 不，其阻抗頻率中增加之抵補所致，其將很難執行上述具 有加寬頻寬之濾波器所需之全面補償。 因此’吾等發明人業已發現到，當最近交叉指型電極 指部之中心線與鄰接交叉指型換能器1、3和反射器4、5之 反射器電極指部間的距離，係給定為 (l/2+HDl)x λ i 其中’ HD1係一係數，其將有可能藉由就適當補償改變一 係數HD 1，而得到一阻抗匹配。 此係表示設定該係數HD1使至一任意值，便可使寬頻 帶和低損失能夠被實現。 第8圖係一可顯示該係數hdi與一帶通漣波間之關係 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 11 !11- — I- 1 — - 裝 i ! — — — I 訂- — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222784

五、發明說明（9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 的曲線圖。誠如本說明書中所用’一帶通内連波係表示， 該帶通内之最小損失與其漣波誘發之最大損失間之差異大 在上述高頻（RF)濾波器之情況中，其將不希望該帶通 内漣波具有—大值，因為其滤波器輸出頻率漂移，將會變 得較大，而造成一後接之放大器中要有較大量之修正。 在上述中頻（IF)濾波器之情況中，一經過該帶通之調 諧信號的頻率漂移，將會變得較大，以致一解調信號易於 不當地遭受一較大之失真。 回顧第8圖以做描述，與HD1：=0處之漣波相較，其漣 波係降至〇>HD12-〇.〇4之範圍内。 第9圖係一可顯示比較藉由根據本發明在以傳統式遽 波器之情況下設定一些條件所得表面聲波特性之曲線圖。 第9圖係顯示大約12〇/〇之頻帶加寬，可在其特定頻寬内被完 成，而具有一0.9分貝級數之低插入損耗。 [實施例1] 第10圖係一可顯示本發明之實施例的特性之簡圖。第 10圖係描述在常數厚度h/ λ = 8.5%和常數交叉指型電極寬 度比wi/pi=0.6下，當該反射器電極寬度比wr/pr改變至 0.4、0.55和0.7時所得特性之變化。由此圖可見，該濾波器 之相對性2.6分貝特定頻寬，可藉由更改該反射器電極寬度 比wr/pr而被改變。 回顧第3圖以做確認，在該反射器電極寬度比之 修正下，5亥;慮波器之相對性2 · 6分貝特定頻寬，將會變成等 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^^^裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 12 A7

1222784 五、發明說明（1〇) 於或起過使5亥系統在〇 . 5 g wr/pr g Q · 6之範圍内所必要之 4.47%。 [實施例2] 第11圖係顯示在常數厚度h/ λ i = 8.5%和常數交叉指 型電極寬度比wr/Pr=〇.6下，當該交叉指型電極之電極寬 度比wi/pi改變至〇·4、〇.6和〇·7時所得特性之變化。由此圖 了見’違;慮波器之損失可藉由更改該交叉指型電極寬度比 wi/pi而被改變。 回顧第4圖以做確認，在該交叉指型電極之電極寬度比 wi/pi的修正下，該濾波器之最小插入損耗，將會下降低於 大約相當於在0.62 S wi/pi範圍内之36%或以下的2分貝。 該交叉指型電極寬度比wi/pi之上限，將會成為wi/pi $〇·9，此為其製造極限。 [實施例3] 第12和13圖係描述當該等交叉指型電極之最鄰接反射 器4、5的中心線與該等鄰接上述交叉指型電極之反射器電 極間的距離，係給定為（1/2+HD1)x λ i時，其中，；l i = 8.5% ’其父叉指型電極寬度比wi/pi =；： 〇·7，其反射器電極寬 度比wr/pr=0.55，以及電極之重疊寬度ΑΡ=55λ，藉由改 變該係數HD1自0至-0.04所得到之特性變化。 由弟12圖可見’該滤波器之絕對2 · 5分貝特定頻寬，係 藉由更改該係數HD 1來加以改變。回顧第8圖以做確認，該 濾波器帶通内漣波變成較HD1 = 0之情況為小，而在〇>hdi 2-0.04之範圍内，以致其可用之頻帶將會被加寬。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ 裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 1222784 A7 B7 五、發明說明（11) [實施例4] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在第9圖中，在厚度h/λ =8.3%下，一濾波器A係代表 當該交叉指型電極寬度比wi/pi= 0.4,其反射器電極寬度比 wr/pr=0.45，其電極之孔徑長度AP=75；l，以及HD1 = 0 時，上述之濾波器通過特性，而一濾波器B係代表當該交 叉指型電極寬度比wi/pi = 0.7，其反射器電極寬度比wr/pr = 〇·55 ’其電極之孔徑長度AP=55；l，以及HDl = -0.03 時，上述之濾波器通過特性。 比較該兩濾波器之結果，在大約0.9分貝之較低插入損 耗下，在該絕對4.5分貝特定頻寬内，將可完成大約12〇/0之 頻帶加寬。 [壓電基質] 上述用於以上諸實施例之壓電基質，在形成上係以 LiTa〇3单晶自Y-軸朝向Z-軸繞X-軸轉動40。至44。之方向。 在本發明之應用中，此一表面聲波壓電基質之材料，並非 受限於LiTa〇3，而伴亦可採用其他高耦合係數之基質，來 得到類似之效應。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明之實施例，如同上文參照配合諸圖所列 舉，將可得到一種低損失和寬頻帶之表面聲波渡波器。所 設之一表面聲波濾波器，將可免於任何起源於阻抗失配之 損失。 雖然本發明之例證和當前之較佳實施例，在本說明書 中業已做了詳細敘述，理應瞭解的是，本發明之概念或許 可以他法做不同之具體化及被採用，以及所附申請專利範 14 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1222784 A7 B7_ 五、發明說明（12) 圍，係意使被詮釋包括此等變更形式，除其先存技藝所限 制者外。 元件標號對照 1，2,3...交叉指型換能器 4,5...反射器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1222784 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種表面聲波濾波器，其係具有一些形成於一壓電基質 上面之交叉指型電極，此表面聲波濾波器係包含： 一具有一些交叉指型電極之交叉指型換能器；和 一些安排在該換能器之外侧的反射器，其中， 該等交Λ指型電極之厚度h對波長λ的比率h/λ， 係位於0.05-1ι/λ-0·15之範圍内， 一反射器電極寬度wr對一電極間距pr之比率 wr/pr，係位於0.5^wr/pr$0.6之範圍内，以及 一交叉指型電極寬度Wi對一間距pi比率Wi/pi，係位 於0.6Swi/pi$0.9之範圍内。 2_如申請專利範圍第1項所申請之表面聲波濾波器，其 中， 當交叉指型換能器交叉指型電極之電極寬度pi對 間距pi的電極寬度比wi/pi，係位在0.62 $ wi/pi $ 0.9之 範圍内時，該等交叉指型電極之電極寬度wi與該等反射 器之電極寬度wr間的關係，係給定為wi>wr，以及該等 交叉指型電極之電極間距pi與該等反射器之電極間距 pr係給定為pi<pr。 3·如申請專利範圍第1項所申請之表面聲波濾波器，其 中， 當該等交叉指型電極之鄰接電極的中心與該等反 射器電極之中心間的距離給定為 (l/2+HDl)xA i 時，其中，；l 1係該等交叉指型電極内之一波長， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------^--------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 16 1222784 A8 B8 C8 ____ D8 六、申請專利範圍 其係數HD1係被定義在 0>HD1 ^ -0.04 之範圍内。 4.如申請專利'第i項所申請之表面聲波滤波器，其 中，s亥壓電基質，係藉由在Z-軸之方向中繞χ_軸轉動 Υ-軸經過40。至44。切割LiTa〇3之旋轉γ_板所形成，以及 該等交叉指型電極和反射器電極，係由一主要由Α1製成 之電極材料所形成。 7 ^--------------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）