整体点阵反射加权的声表面波谐振器的制作方法

本发明属于信号与信息处理技术领域，尤其是涉及一种整体点阵反射加权的声表面波谐振器。

背景技术：

一般SAW谐振器，是在压电基片表面加工金属叉指换能器(Interdigital Transducer，IDT)和反射栅。通常谐振器仅仅关心主谐振峰的性能。但是由于IDT假指及反射栅采用周期且不加权的结构，旁峰比较高。

文献“Analysis of general planar waveguides with N segments,”(IEEE Ultrason.Symp.,pp.137–141,2000.)和Ken-ya Hashimoto编著的《声表面波器件模拟与仿真》(pp.213-218)中指出在主谐振峰外有较多的旁峰波动，基本原理如图1所示。该书(pp.25-27)对栅条的反射特性进行了分析。其中，入射SAW的振幅为A_in，A_-是栅条左侧反射的SAW振幅，A₊是栅条右侧反射的SAW振幅，r_-和r₊分别是栅条左侧和栅条右侧的反射系数，并且r_-＝-r₊。形成的旁峰机理包括两类：第一类为SAW垂直于指条传播，声波经过多次反射情况下，形成主峰和多个旁峰，这类旁峰的频率通常在主谐振峰的两侧；第二类为SAW在谐振器里面发生斜入射，形成高阶旁峰，旁峰的频率高于主谐振峰，如《声表面波器件模拟与仿真》书中的图5.10，这种旁峰模式又称为横波模式。

为了提高带外抑制，消除旁峰模式的影响，已经出现了几种声表面波谐振器的结构设计。

文献“Low resistance quartz resonators for automotive applications without spurious modes”(IEEE Ultrason.Symp.,pp.1326–1329,2004.)报道，采用非对称基波模式携带声波信号，可以抑制第二类横波的旁峰模式的影响，抑制比主谐振峰高的横波旁峰模式，对于非横波引起的第一类旁峰并没有改善。

专利“点阵结构的声表面波谐振器”(申请号201310210349.3)，在声表面波谐振器的IDT上设置金属点阵，点阵在垂直于指条方向(X方向)上周期性分布，平行于指条方向(Y方向)随机分布。该发明通过Y方向的非周期性消除高阶横波模式，但是也没有抑制第一类旁峰。

文献“基于Hamming函数变迹加权SAW温度传感器设计”(电子元件与材料，第30卷第11期，pp.38-41，2011)提出，对IDT进行Hamming函数加权，IDT部分的加权可以部分降低换能影响第一类旁峰的抑制，但是IDT及反射栅反射引起的第一类旁峰没有考虑。

专利“点阵结构的声表面波谐振器”(申请号201310210349.3)”申请的点阵加权仅仅出现在反射栅部分，抑制了周期反射栅引起的第一类旁峰模式抑制，但是对IDT内部反射引起的第一类旁峰没有考虑。

上述结构均试图降低旁峰干扰，但是都没有提及第一类旁峰中，综合考虑IDT及反射栅反射引起的声波旁峰模式抑制，因此该技术有待于进一步改进和发展。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种整体点阵反射加权的声表面波谐振器，采用IDT假指和反射栅进行整体点阵加权的结构实现抑制主谐振峰两侧旁峰。

本发明的技术方案是：一种整体点阵反射加权的声表面波谐振器，其特征在于：包括压电基片，在所述压电基片上溅射金属叉指换能器和反射栅，所述反射栅包括分别设置在金属叉指换能器左右两侧的第一短路栅和第二短路栅，所述第一短路栅和第二短路栅在所述金属叉指换能器左右两侧对称分布，在所述金属叉指换能器的假指与相邻电极之间、第一短路栅的相邻栅条之间和第二短路栅的相邻栅条之间分别设置金属点阵。

进一步，所述反射栅的第一短路栅和第二短路栅的金属指条材料为铝，厚度为2600埃；周期λ为7.051微米。

进一步，所述第一短路栅和第二短路栅的栅条宽度与间隔宽度比为0.4。

进一步，所述第一短路栅和第二短路栅均包含184根金属指条。

进一步，所述金属叉指换能器为单端谐振器结构。

进一步，所述压电基片的材质选用常用的压电基片材料，比如石英、铌酸锂、钽酸锂或者硅酸镓镧。

进一步，所述的压电基片材质采用ST-X石英。

进一步，所述金属点阵采用金属铝，厚度为2600埃；栅条孔径A为310微米。

进一步，在所述金属叉指换能器的假指与相邻电极之间、第一短路栅的相邻栅条之间和第二短路栅的相邻栅条之间金属点阵的点阵高度，采用加权函数f_(n)进行加权，所述f_(n)为Hamming函数、反余弦函数或者Kaiser函数。

本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，本发明提供的整体点阵反射加权的声表面波谐振器，通过在金属叉指换能器的假指以及第一短路栅和第二短路栅上设置金属加权点阵,可降低由于金属叉指换能器和反射栅反射引起的旁峰干扰，提高SAW谐振器的频率响应性能。

附图说明

图1是SAW在金属指条上的入射和反射；

图2是含有金属点阵的声表面波谐振器各部分参数示意图；

图3是宽禁带加权的SAW谐振器结构示意图；

图4是三种加权函数示意图；

图5是Hamming点阵加权的SAW谐振器回波损耗S11；

图6是反余弦点阵加权的SAW谐振器回波损耗S11；

图7是Kaiser点阵加权的SAW谐振器回波损耗S11。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图2含有金属点阵的声表面波谐振器各部分参数示意图所示，包括压电基片21，所述压电基片21上溅射IDT22、左反射栅23和右反射栅24。左反射栅23和右反射栅24在金属IDT22两侧对称设置，在IDT22、左反射栅23和右反射栅24上设置金属点阵25。其中金属点阵25设置在IDT22假指与相邻电极以及左反射栅23和右反射栅24的相邻栅条之间，其中金属点阵25的高度，由加权函数决定。

如图1所示，入射SAW的振幅为A_in，A_-是栅条左侧反射的SAW振幅，A₊是栅条右侧反射的SAW振幅，r_-和r₊分别是栅条左侧和栅条右侧的反射系数，并且r_-＝-r₊。

根据上述计算公式，如果在IDT假指与相邻电极之间以及反射栅的相邻两根栅条之间某段位置设置一个金属点(高度w₁)，此处的两根金属栅条被短路，该短路局域表面金属连续从而反射率为0。通过调整IDT假指及反射栅条上金属短路点的个数、高度，使IDT假指及反射栅条的反射率有规律的变化，从而实现了IDT假指和反射栅的加权，达到对主谐振峰两侧旁峰抑制的效果。

整体点阵反射加权的声表面波谐振器，对IDT假指和反射栅同时进行点阵加权，指的是在IDT假指与相邻电极之间、反射栅中栅条之间设置点阵结构。假设IDT和反射栅阵中栅条孔径为A(孔径，Aperture)；第N根栅条上有m个金属点，所有m个金属点阵高度W的和为总高度LL(n)，LL(n)＝W*(1-f(n))；其中f(n)，n<栅条总根数，其中f(n)是常见的各种加权函数，可以为Hamming函数、Kaiser函数、反余弦函数等。连接金属点的高度W₁可以为选定的固定值和变化值；两个金属点之间的排列间距为W₂。

本发明提供的整体点阵反射加权的声表面波谐振器，如图3所示，包括压电基片31，在所述压电基片31上溅射金属叉指换能器32和反射栅，所述反射栅包括分别设置在金属叉指换能器32左右两侧的第一短路栅33和第二短路栅34，所述第一短路栅33和第二短路栅34在所述金属叉指换能器32左右两侧对称分布，在所述金属叉指换能器32的假指与相邻电极之间、第一短路栅33的相邻栅条之间和第二短路栅34的相邻栅条之间分别设置金属点阵35。

所述反射栅的第一短路栅33和第二短路栅的金属指条材料为铝，厚度为2600埃；周期λ为7.051微米。

所述第一短路栅33和第二短路栅34的栅条宽度与间隔宽度比为0.4。所述第一短路栅33和第二短路栅34均包含184根金属指条。

所述金属叉指换能器32为单端谐振器结构。

所述压电基片31的材质选用压电材料，比如石英、铌酸锂、钽酸锂或者硅酸镓镧等。所述的压电基片31材质采用ST-X石英。所述金属点阵35采用金属铝，厚度为2600埃；栅条孔径A为310微米。

在所述金属叉指换能器32的假指与相邻电极之间、第一短路栅33的相邻栅条之间和第二短路栅34的相邻栅条之间金属点阵35的点阵高度，采用加权函数f_(n)进行加权，所述f_(n)为常见的加权函数，比如Hamming函数、反余弦函数或者Kaiser函数等。

每两根金属指条之间的点阵，分为N_w个金属点，金属点的高度W₁为1.25λ；金属点之间的排列间距为W₂。其中，N_w、W₂的计算公式如下所示：

N_w＝A*(1-f(n))/W₁；n＝1,2,3，…n<栅条总根数，且n为整数。

W₂＝A/N_w-W₁；

以n＝180为例，加权函数f(n)分别为Hamming函数、反余弦函数(Arc cos)或者Kaiser函数时，f(n)的具体数值如图4所示。代入上述N_w、W₂的计算公式，即可计算出每两根金属栅条之间的金属点数N_w、以及金属点之间的排列间距W₂。

以上金属点阵计算公式，所产生的点阵，适用于整体点阵加权结构，包括金属叉指换能器32的假指与相邻电极之间、第一短路栅33的相邻栅条之间和第二短路栅34的相邻栅条之间的金属点阵35的计算。

实施方案一：

压电基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射栅上的金属点阵，采用Hamming函数加权。具体Hamming函数点阵加权之后的SAW谐振器结构，通过软件仿真模拟，得到该SAW谐振器的S11参数，如图5所示。与没有金属点阵加权的SAW谐振器S11参数对比，旁峰从0.15减小到约0.03。

实施方案二：

压电基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射栅上的金属点阵，采用反余弦函数加权。具体反余弦函数点阵加权之后的SAW谐振器结构，通过软件仿真模拟，得到该SAW谐振器的S11参数，如图6所示。与没有金属点阵加权的SAW谐振器S11参数对比，旁峰从0.15减小到约0.035。

实施方案三：

压电基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射栅上的金属点阵，采用Kaiser(beta＝3.2)函数加权。具体Kaiser函数和点阵加权之后的SAW谐振器结构，通过软件仿真模拟，得到该SAW谐振器的S11参数，如图7所示。与没有金属点阵加权的SAW谐振器S11参数对比，旁峰从0.15减小到约0.003。

通过以上3个实施例对比，可以看出，通过对IDT假指、反射栅同时进行点阵加权，可以控制声波反射形成的旁峰，提高带外抑制，进而提高SAW谐振器的频率响应性能。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。