专利名称：双模表面波谐振器的制作方法
技术领域：
和工业应用本发明阐述双模表面波谐振器，这里使用的术语“表面波”包括声表面波(SAW)和表面滑行体波(Surface Skimming bulk Waves)。双模表面谐振器还被称为波导耦合谐振器和横向耦合SAW谐振器。
背景技术：
例如从Nakazawa等人的美国专利(名为“高频窄带多模滤波器”，专利号No.4542356，1985年9月17日授权)和M.Tanaka等人的论文(名为“采用双模SAW石英谐振器的窄带滤波器”，第38届频率控制年会论文集，1984年286页-293页)知道，他们都提供了双模表面波谐振器。该谐振器中，两个叉指式的换能器(IDT)并排地相互极接近地布置在一个压电基片上，以提供在它们之间耦合的表面波，每个IDT还最好纵向地放置在两个接地反射栅之间，通过反射栅将地与两个IDT的公共汇流杆或轨条连接起来。一个IDT的外轨提供了谐振器相对于地的输入而另一个IDT的外轨提供了谐振器相对于地的输出。
这样一种谐振器作为高频滤波器，例如作为蜂窝无线电设备中的IF(中频)滤波器是有用的。然而，这种谐振器提供的是单端或不平衡输入和输出，而在一般情况下，最好是无线电电路处理差分或平衡信号以便提供较好的线性度和较大的带宽。为了在这种平衡电路中使用这种已知的谐振器，要求平衡-不平衡信号变换器(baluns)。然而，在大规模制造业中baluns的应用从可靠性和电磁辐射问题的观点看是不希望的，而且，baluns的相当大的尺寸排除了它们在使用多芯片模块上的应用。在蜂窝无线电设备中，小尺寸是一重要因素。
从P.S.Cross等人的论文(名为“Q值高于10000的同步IDT SAW谐振器”，1979年超声讨论会论文集，824页-829页)还知道他们提供了一种SAW谐振器，在该谐振器中，IDT电极被做成与反射栅的指状物为空间同步，以便提供短的谐振腔，从而有效地抑制了寄生的纵向模式。
本发明的目的是提供一种改进的能够用于不要求baluns的平衡电路的表面波谐振器。
发明的公开按照本发明的一个方面，提供了一种表面波谐振器，它包括一个压电基片和两个IDT(叉指式换能器)，它们并排地布置在带有一个公共轨条的基片表面上，从而使表面波在IDT之间耦合，每个IDT都有交错电极从公共轨条和各自的外轨伸展，外轨提供了信号与谐振器的连接，其中至少一个IDT和它的外轨被分成两半以便提供到谐振器的差分信号连接。
优选地，每个IDT和它的外轨被分成两半，以便使差分信号连接到谐振器，并且公共轨条也能分成两半。于是本发明提供了具有至少有一个是平衡的输入和输出信号连接的表面波谐振器。
可替换地，为了提供与谐振器的差分信号连接，如果仅有一个IDT和它的外轨分成两半，那么外侧的IDT的外轨和公共轨条就能够提供与谐振器的非平衡信号连接，因此它也用作在平衡和非平衡信号之间的转换。
本谐振器最好包括反射栅，两个IDT布置在它们中间以限定每个IDT的谐振腔体。两个IDT能够以不同的间距与反射栅相分离，每个间距最好约为0.625λ＋nλ/2，其中λ是所传播的表面波的波长，n是零或正整数。因此IDT电极被放在相对于驻波位势最大的中央位置，以求得对基片的最佳耦合。
可替换地，最好是每个IDT的电极能够布置成与反射栅的邻近指状物为空间同步，以致于合成的谐振腔有大约0.4375λ＋nλ/2的长度，其中λ是传播的表面波波长，n是零或正整数。
根据另一方面，本发明提供了一种双模表面波谐振器，它由在一压电基片上的两个IDT(叉指式换能器)组成，两个IDT被并排地布置在反射栅之间以提供其间的表面波耦合，每个IDT都有交错电极，从两个IDT之间的一个公共轨条和IDT的各自的外轨伸展，其中至少有一个IDT的电极被分成两组，在组间有谐振腔，每一组电极都被布置成与邻近反射栅的邻近指状物为空间同步。
附图简述参考下列附图将进一步明了本发明
图1示意性说明已知的双模SAW谐振器；图2示意性说明按照本发明的一个实施例的双模SAW谐振器；图3和图4是说明关于图2谐振器的指状物或电极的驻波图案的图假设反射系数在指状物的上升边缘处为正；图5示意性说明图2谐振器的等效电路；以及图6-13示意性说明按照本发明的其它实施例的双模SAW谐振器。
实现本发明的方式参照图1，从以上引用的No.4542356美国专利已知的双模SAW谐振器由压电材料基片10组成，两个IDT12和14互相极接近地并排布置在这些基片上，IDT12的一个外轨16提供了至谐振器的单端或非平衡输入(或输出)的连接18，而IDT 14的一个外轨19提供了至谐振器的单端或非平衡输出(或输入)的连接20.IDT 12和14被纵向地排放在二接地反射栅22和24之间，经过22和24将地连接至IDT 12和14的公共的或内侧的轨条26上。
每个反射栅22或24包括指状物，这些指状物在两个外轨28和30中的一个外轨与内轨32之间延伸，且内轨32被连接到并构成IDT 12和14的内轨26的延伸部分。如图1所示，外轨30接地，或者另外，代替地，为外轨28和内轨32可被接地。
IDT 12和14由具有λ/4宽度和λ/2节距的叉指式电极或指状物组成，其中λ是传播的SAW波长，电极从在长度W范围内的互相重迭的相对轨条上伸展，该长度W被称之为IDT的孔隙。两个IDT 12和14孔隙横向彼此间隔距离G，以提供所要求的IDT之间表面波耦合，该距离相对而言是小的。反射栅22和24也可由具有同样宽度λ/4和节距λ/2的指状物组成；节距可增加或减小以降低谐振器中的寄生模的电平。
用举例说明，基片10能够由36°旋转Y切割石英组成，其λ相应于中心频率86MHz。导电电极和指状物可由厚0.02λ、W＝10λ和G＝1.75λ的铝做成。每一个IDT 12和14可以有约360个电极，每一个反射栅22或24有约230个指状物。这些参数纯粹是以举例的方式给出，这些或与这些不同的参数同样可应用于下面描述的本发明的所有实施例。对于这样的个数的电极和指状物，应当意识到，在图1和图6-图13中对电极和指状物的说明纯粹是为了对各种布局的完整描述进行简化的图解说明。
现在参照图2，说明按照本发明的一个实施例的双模SAW谐振器。谐振器总的来说如上所述包括在基片10上的反射栅22和24，除了在这种情况下反射栅22和24不需要接地。图1中的IDT 12在图2中被分成不同的两半34和36，图1中的IDT 14在图2中被分成不同的两半38和40。
正如图2清楚地示出，IDT一半34的电极在内轨26和外轨44之间伸展，而IDT一半36的电极在内轨26和外轨46之间伸展。图2所示内轨26从中间被分成两半，但这是不需要的，它能够在整个谐振器长度上延伸。还如图2所示，IDT两半34和36的电极在谐振器中央的IDT的两半之内和它们之间具有恒定的节距λ/2，但是在两半之间存在相位倒置。这表示在图2中，IDT的两半34和36的相邻末端的电极都从内轨26伸展，结果IDT两半34和36被布置成以差分信号运行。因此，提供了至轨条44和46的差分的或平衡的信号连接42。
类似地，IDT一半38的电极在内轨26和外轨48之间伸展，而IDT一半40的电极在内轨26和外轨50之间伸展。IDT两半38和40的电极在IDT两半之内和之间具有恒定的节距λ/2，且和上述情况相同地，在图2所示的IDT两半38和40之间存在相位倒置。这样IDT两半38和40被布置成以差分信号运行，且提供了至轨条48和50的差分的或平衡的信号连接52。
正如图2所示，反射栅22和24的指状物与IDT的一半34和36的电极相隔间距IS1，而反射栅22和24的指状物与IDT的一半38和40的电极相隔间距IS2。间距IS1和IS2在图2中所示相同，因为这是一个示意图，但最好它们是不同的，以便抵消和减小谐振器中寄生的或较高次模的SAW的电平。下面参考图3和图4将进一步讨论这些间距。
应当看到，反射栅22和24在它们之间产生了一个缝隙或者空腔，由IDT电极决定的SAW在这缝隙或空腔中谐振，因此产生了驻波图案。图3和图4表示了这种驻波图案(以54表示)以及对于这个图案的IDT两半的电极和反射栅指状物的位置。图3说明IDT一半34的电极，用一种习惯的方法，用+和-符号指出它们的相对极性和反射栅22的相邻指状物，还说明了间距IS1.IDT一半36电极的排列相对于反射栅24的指状物来说是对称的。类似地，图4说明了IDT一半38电极和反射栅22相邻指状物，还说明了间距IS2，以及相对于反射栅24的指状物来说一种对称安排被应用于IDT一半40的电极。
参照图3，IDT一半34的电极中心位于SAW位势的驻波最大值处。反射栅22的指状物从该处偏移，而被放置成以每个指状物的边缘位于驻波最大值处。在图3中的说明假定SAW反射系数在该边缘处为正，产生建设性而不是破坏性反射。因而，间距IS1等于0.625λ。图4是同样的，只是间距IS1增加了λ/2成为1.125λ。一般情况下，间距IS1和IS2中的每一个都具有形式0.625λ＋nλ/2，其中n是零或正整数。
图5说明了图2中SAW的谐振器的一个等效电路。在该等效电路中，电阻R1和R2，电感L1和L2，电容C1和C2具有由式R1＝R2/4，R2＝RS/4，L1＝L2/4，L2＝LS/4，C1＝4Ca和C2＝4Cs给出的数值，其中Rs，IS和CS代表了谐振器的对称振荡模式谐振频率FS的电阻、电感和电容的动态(非静态)分量，Ra，La和Ca代表反对称振荡模式谐振频率Fa的对应分量。用四个变压器T代表耦合，其每个匝数比为1∶1，绕向如图5的点所表示。电容Ct代表IDT的静态电容；为简单起见，其它静态电容，例如分别在输入和输出处的在平衡信号线42和52之间的电容在图5中未示出。
上述的SAW谐振器可用作例如宽带射频接收机的IF(中频)带通滤波器，它的平衡输入42经一匹配电路耦合到缓冲级的平衡输出上，它的平衡输出52经一匹配电路耦合到低噪声放大器级的平衡输入上。每个匹配电路可包括串联电容和并联电感或串联电感和并联电容的平衡布置，并用作合适地端接SAW谐振器，以补偿静态电容Ct。在这样一种布置中，FS和Fa对应带通滤波器的下边缘和上边缘。高次寄生模相对该通带可被衰减30dB以上，且SAW谐振器本身的匹配插入损耗可能为1.5dB左右。
图3和图4所示的对于驻波图案54的电极和指状物的位置提供了对该谐振腔的最强的电磁耦合，但是必须有长的IDT以得到在弱耦合基片(如石英)上的强耦合(即低损耗)。这就造成一种所不想要的增加腔体长度的结果，减少了纵向寄生模间距，因而使寄生模出现在反射栅的截止带上。这个效果用图6表示的本发明的另一具体方案加以避免了，该方案提供了对寄生纵向腔体模的固有的抑制。
参照图6，IDT两半34和36的电极和IDT两半38和40的电极从SAW谐振器的中心偏移并被放置成与反射栅22和24为空间同步。于是在反射栅22和IDT两半34和38之间与之内、以及在反射栅24和IDT两半36和40之间与之内电极和指状物有恒定的节距λ/2，所以IDT电极构成部分的栅阵。谐振腔因此而减少到IDT两半之间的长度1S，IDT的两半是如以上描述的经平衡信号线42和52而被差动激励的。较短的腔体长还使得谐振器对加工误差较图2和4的布置有较差的敏感性。
图6的布置提供了一种平衡的SAW谐振器，其中根据间距1S，在最大驻波和寄生模抑制之间进行折衷。例如，取值1S＝0.4375λ＋nλ/2，其中n是零或正整数，SAW谐振器本身的匹配插入损耗仅仅轻微地增加到约2dB却提供了所要求的性能。和图2中的谐振器一样，在图6的谐振器中，在IDT两半38和40之间的1S值可能与IDT两半34和36之间的不同。
图2和图6的布置可能被组合，例如如图7所示。在图7说明的SAW中，IDT两半34和36的布置如以上图6所描述的，IDT两半38和40的布置如以上图2和图4所描述的那样。
在图2，图6和图7的每个图中，内轨26示出被分为两半，但是正如已叙述过的，这是所不要求的，内轨26可在SAW谐振器整个长度上延伸。在后者情况下，SAW谐振器还能够提供平衡-不平衡耦合，例如下面图8-图11中所描述的那样。
在图8的SAW谐振器中，在装有以上图2和图3所描述的平衡信号线42的两个IDT一半34和36与装有以上图1所描述的不平衡信号连接20的IDT 14之间提供耦合。
在图9的SAW谐振器中，在装有以上图6所描述的平衡信号线42的两个IDT一半34和36与在IDT两半38和40之间提供耦合。在这种情况下，IDT两半38和40按类似图6所示方式被布置，但二者都被耦合到同样的外轨19上以提供如图1的谐振器那样的不平衡信号连接20。因此，在图9中的谐振器中，在两个IDT一半38和40的电极之间存在相位倒置。故在图9中，最接近谐振腔或谐振器中心的IDT一半38的电极被显示为从内轨伸展，而IDT一半40的相邻电极被显示为从外轨19伸展。
在图10中的SAW谐振器，在装有以上图6所描述的平衡信号线42的两个IDT一半34和36与装有以上图1所描述的不平衡信号连接20的IDT 14之间提供耦合。
在图11中的SAW谐振器，在装有以上图2和图3所描述的平衡信号线42的两个IDT一半34和36与在以上图9所描述的以相同方法布置以提供不平衡信号连接20和IDT一半38和40之间提供耦合。
如以上图6所描述的SAW谐振器提供的短谐振腔的优点，在具有不平衡输入和输出信号连接的SAW谐振器中也能提供。这种SAW谐振器在诸如不要求平衡连接的振荡电路中是特别有用的。在图12和图13中说明了这种SAW谐振器的例子。
在图12中的SAW谐振器，在两个IDT一半34和36与在以上图1中所描述的IDT 14之间提供耦合。两个IDT一半34和36与公共外侧轨条16、不平衡信号连接18、两个IDT一半之间的中心谐振腔以及靠近该腔体的无相位倒置的电极被布置在一起，正如以上在图9谐振器中对于IDT一半38和40所描述的一样。
在图13中的SAW谐振器中，在以上图12所描述的布局的两个IDT一半34和36与在以上图9所描述的布局的两个IDT一半38和40之间提供耦合。
尽管已经详细地描述了本发明的各个具体方案，应当强调的是可以对其进行改进、变化以适应具体需要。
例如，以上提到了IDT两半38和40并在图9、11和13中说明，以及以上提到了IDT两半34和36并在图12和13中说明，然而提供不平衡信号连接的IDT电极更一般地能分成尺寸不等的两组，在这两组之间形成谐振腔。
另外，虽然本发明已描述了双模态SAW谐振器，但它完全可适用于使用表面滑行体波而非表面声波的其它表面波谐振器。正如所知，两个或多个SAW谐振器可串联连接以提供所要求的响应特性，在具有所要求间隔的或者是分开的基片或者是单个基片上设置这种谐振器。正如已经指出的，反射栅22和24的指状物能够有与IDT电极不同的节距。还已经知道，反射栅可由基片内的沟槽所组成以代替基片上的指状物，或者可完全免除(如果IDT足够长以提供它们之间的适当的耦合)。另外，可提供不同尺寸的谐振腔，谐振器的其它参量也可类似地改变以适合特殊的要求。
权利要求
1.一种表面波谐振器，包括一个压电基片(10)；以及两个IDT(叉指式换能器)(34，36，38，40)，它们被并排地布置在基片表面上，且其间有一公共轨条(26)，从而使表面波在IDT之间耦合，每个IDT都具有从这公共轨条和各自的外轨(44，46；48，50)伸展的交错电极，外轨提供了至谐振器的信号连接；其特征在于，至少一个IDT和它的外轨被分成两半(34，44，36，46)以提供至谐振器的差分信号连接(42)。
2.如权利要求1中所要求的表面波谐振器，其特征在于，每个IDT和它的外轨都被分成两半(34，44；36，46；38，48；40，50)以提供至谐振器的差分信号连接(42；52)。
3.如权利要求2中所要求的表面波谐振器，其特征在于，公共轨条(26)被分成两半。
4.如权利要求1中所要求的表面波谐振器，其特征在于，只有一个IDT和它的外轨被分成两半，以提供至谐振器的差分信号连接，其它IDT(14)的外轨(19)和公共轨条(26)提供了至谐振器的非平衡信号连接(20)。
5.如权利要求1-4中的任何一项所要求的表面波谐振器，其特征在于，包括反射栅(22，24)，其中有两个IDT被布置在它们之间以限定每个IDT的谐振腔。
6.如权利要求5所要求的表面波谐振器，其特征在于，每个IDT都与相邻的反射栅相隔一个约0.625λ＋nλ/2的间距，其中λ是传播的表面波长，n是零或正整数。
7.如权利要求5所要求的表面波谐振器，其特征在于两个IDT与反射栅相隔不同间距。
8.如权利要求5所要求的表面波谐振器，其特征在于，至少一个IDT的电极布置成与反射栅的相邻指状物为空间同步。
9.如权利要求8所要求的表面波谐振器，其特征在于，每个IDT的电极都布置成与反射栅的相邻指状物为空间同步。
10.如权利要求8所要求的表面波谐振器，其特征在于，对于每个其电极被布置成与反射栅的相邻指状物为空间同步的IDT，其谐振腔有约0.4375λ＋nλ/2的长度，其中λ是传播的表面波波长，n是零或正整数。
11.一种双模表面波谐振器，包括两个IDT(叉指式传感器)(34，36；14)，它们被并排地布置在一个压电基片(10)表面上的反射栅(22，24)之间以提供表面波之间的耦合，每个IDT都有从两个IDT之间的一公共轨条(26)和从IDT的各自外轨(16，19)伸展的交错电极，其中至少一个IDT的电极被分成两组，两组间有一谐振腔，并且每组(34，36)的电极被布置成与相邻反射栅的相邻指状物(22，24)为空间同步。
12.如权利要求11所要求的表面波谐振器，其特征在于，每个IDT的电极都被分成两组(34，36；38，40)，两组间有谐振腔，并且每组电极被布置成与相邻反射栅的相邻指状物为空间同步。
全文摘要
双模表面波谐振器由在压电基片(10)上的两个IDT(叉指式换能器)组成，它们被并排地布置在反射栅(22，24)之间，以提供其间的表面波耦合，每个IDT都有交错的电极从两个IDT之间的公共轨条(26)和从IDT的各自的外轨伸展。一个或每个IDT和它的外轨都被分成两半(34，44；36，46；38，48；40，50)以便提供至谐振器的差分信号连接(42，52)。IDT的电极可被布置成与相邻的反射栅指状物为空间同步以减弱寄生的纵向模式。
文档编号H03H9/00GK1141697SQ94194848
公开日1997年1月29日 申请日期1994年6月22日 优先权日1993年12月2日
发明者J·C·B·肖, T·P·坎梅农, M·S·苏瑟斯, J·J·尼斯贝特, S·A·蒂勒 申请人:北方电讯有限公司