专利名称：单向声表面波滤波器的制作方法
总的说，本发明涉及声表面波(SAW)滤波器，更具体地说，涉及SAW滤波器的单向换能器。
声表面波(SAW)滤波器在电子学中有许多应用。在相同的频率下，声波的波长λ短于电磁波的波长。对于下述的应用领域来说，SAW技术是重要的，在这种应用领域中，小型化是重要的，并且希望实现小型化。例如，SAW滤波器用在无线电话中，在无线电话中SAW滤波器在小尺寸和小重量方面远优越于例如陶瓷，介质和其它种类的传统技术的滤波器。
在蜂窝式电话系统中，SAW滤波器在70到250 MHz的中频下的插入损耗不应超过大约3到10dB范围，而在800到1800 MHz的射频下所述插入损耗不应超过大约2到4dB范围。
图1是先有技术的换能器的简化原理图。SAW叉指换能器(IDT)具有压电声波导1，其表面有激励电极2和3。当加上电压时，电极2和3产生反相激励。一份有用的参考文件是[1]Wiley-IntersciencePublication,1981年出版的Herbert Matthews(编辑)的“表面波滤波器”。尺寸与换能器的平均工作频率下的SAW波长λ有关。电极2和3的电极宽度为b1=b2=λ／4，而相邻电极2和3边缘之间的距离d也是λ／4。在电极边缘处的箭头A／2和B／2表示所谓δ源，它们接近处在电场最强位置的激励源(excitation)。详见参考文件[1]。
可以通过本领域中已知的向量计算来估计从声能到电能以及相反过程的转换。对于图1的IDT，变换效率参数为E1=21／2*A≌1．4*A(上标1／2表示平方根)，其中绝对值“A”是电极边缘激励强度的量度。E1是相当高的。可是，IDT换能器由于SAW辐射的双向性而有插入损耗相当高的缺点。此外，因为从输入线1-1(虚线)右边和从输入线2-2(虚线)左边来到换能器的入射波被电极边缘反射，并同相迭加，所以IDT换能器还有振幅-频率响应(AFR)严重畸变的缺点。这对于许多应用来说是不希望有的。
图2是先有技术的另一种换能器的简化原理图。所述换能器是具有分布声反射(DART型)的单相单向换能器(SPUDT)。一份有用的参考文件是[2]Proceedings of Ultrasonics Symposium 1986，pages 59-64的T．Kodama等发表的“采用分布声反射换能器的低损耗SAW滤波器的设计”。在图1-2中，类似的标号代表类似的元件。图2的DART换能器还包括反射极4。电极2和3的宽度为b1=b2=λ／8，而反射极4的宽度为b3=(3*λ)／8。与图1的IDT换能器相比，图2的DART换能器能产生有更好方向性的波，这表明在X方向上的波传播比在-X方向的波传播更强。可是，其效率只有E1≌0．6*A，这DART换能器呈现较高的不希望有的插入损耗。
本发明的一个目的是提供这样的SAW滤波器的换能器，它有低的插入损耗，并且还减轻和避免先有技术的缺点和限制。
图1是先有技术的换能器的简化原理图；图2是先有技术的另一种换能器的简化原理图；图3是根据本发明的换能器的简化原理图；和图4是在复平面上的简化的源向量图。
本发明的换能器能用于工作在中频和载频下的滤波器中，后者用在例如收音机，寻呼机，移动通讯系统中。本发明适应许多应用场合关于插入损耗的上述要求。
图3是根据本发明的换能器10的简化原理图。换能器10是具有三电极部分(TES)的SAW滤波器的单相单向换能器(SPUDT)。换能器10包括压电声波导11，该压电声波导在其工作表面上有基本部分15(虚线框)。基本部分15有激励电极12和13和反射极14。为方便起见，用坐标系统来说明正方向(“X”)和反方向(“-X”)。坐标原点0-0(虚线)由电极12的中心的虚线给定。基本部分长度L定义为常规(conventional)边界1-1和2-2之间的距离，基本上等于换能器10的平均工作频率下的SAW波长λ(L=λ)。电极12有宽度b1；电极13有宽度b2；而反射极14有宽度b3。宽度b1基本上等于λ／6；宽度b2基本上等于λ／8；而宽度b3基本上等于λ／4。电极12和13相邻边缘之间的距离d1是λ／6；而电极13和14相邻边缘之间的距离d2是λ／8。
当从外电源(未示出)把电信号加到电极12，13和14上时，四个δ源21到24产生表面波(SAWs)。用下划线表示向量，而“A／2”或“B／2”表示激励强度(为方便起见，A≌B)，源21和22(A／2)以及源23和24(B／2)被反相激励(反相)。
图4是在有虚部(Im)和实部(Re)的复平面上的简化的源向量图。为了便于对换能器10的分析，源21到24组合成在X=0处的有普通(convetional)激励中心的单一等效源E3(虚线箭头)。如图4所示，源A／2和B／2有相等的振幅，但有不同的相位。对于坐标原点0-0(图3虚线)，源21(在图3中电极2的右侧)领先λ／12(φ21=ω*t=+30°)，而源22(电极2的左侧)滞后λ／12(φ22=-ω*t=-30°)。源23(电极13的右侧)滞后90°，而源24(电极14的左侧)滞后270°，这样，源23和源24在原点0-0处平衡。应用在本领域中已知的向量分析，E3有下面的振幅E3(上标“1／2”表示平方根)E3= 31/2/(2*A)≌0．87*A与先有技术的DART(图2)换能器相比，本发明的换能器10的效率要高出46％。
把有本发明的(图3)换能器10的滤波器与有先有技术的DART(图2)换能器的滤波器作比较。两个滤波器都按中频滤波器来确定尺寸，它的中心频率为f0=112．32 MHz，3dB带宽为Δf=1．2 MHz。这种滤波器用于根据欧洲DECT标准的无绳电话。两种滤波器都用沿ST方向切割的石英衬底制成。对于两种滤波器，负载阻抗都是50欧姆。根据本发明的滤波器的插入损耗比先有技术的DART滤波器的插入损耗低1．2到1．5 dB。
虽然已经以特定的结构和器件来描述了本发明，但根据在此所作的描述，本专业的技术人员应明白，本发明不限于这些例子，本发明的完整的范围由下述的权利要求书严格地确定。
权利要求
1．一种单向声表面波(SAW)换能器(10)，它具有压电载体11，后者的表面上排列有第一和第二元件(15)，每个元件有第一(12)激励电极、第二反相激励电极(13)和反射极(14)，所述元件(15)的长度与平均工作频率下的SAW波长λ对应，所述换能器的特征在于在每个元件中，所述第一激励电极(12)的宽度b1基本上等于λ／6，而所述第二激励电极(13)的宽度b2基本上等于λ／8，所述反射极(14)的宽度b3基本上等于λ／4，其中，所述第一和第二激励电枫(12，13)的相邻边缘之间的第一距离基本上等于λ／6，而所述第二电极(13)和所述反射极(14)相邻边缘之间的第二距离基本上等于λ／8。
2．一种SAW换能器，它具有第一(12)激励电极、反相的第二激励电极(13)和反射极(14)，所述SAW换能器的特征在于所述第一激励电极具有λ／6的第一宽度，其中λ是所述SAW换能器平均工作频率下的SAW波长，所述第二激励电极具有λ／8的第二宽度，所述反射极具有λ／的第三宽度，所述第一和第二激励电极的相邻边缘之间的第一距离为λ／6，和所述第二电极和所述反射极的相邻边缘之间的第二距离是λ／8。
全文摘要
一种单向SAW换能器(10)具有压电载体11,后者的表面上排列有第一和第二元件(15)。每个元件(15)有第一激励电极(12)、第二反相激励电极(13)和反射极(14)。元件(15)的长度与平均工作频率下的SAW波长λ对应。第一电极(12)的宽度b
文档编号H03H9/00GK1279843SQ98811330
公开日2001年1月10日 申请日期1998年9月18日 优先权日1997年9月24日
发明者V·B·奇韦茨, V·S·奥尔洛夫, V·M·马卡洛夫 申请人:Cts公司