CN103296994B - 点阵结构的声表面波谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明点阵结构的声表面波谐振器，包括压电基片，压电基片上溅射金属叉指换能器和金属栅阵，金属叉指换能器两侧设置金属栅阵，金属栅阵包括设置在金属叉指换能器左右两侧的开路栅，将左侧的开路栅称作第一开路栅，将右侧的开路栅称作第二开路栅，第一开路栅和第二开路栅在金属叉指换能器左右两侧对称分布；第一开路栅和第二开路栅构成的金属栅阵在y方向上平行设置、在x方向上垂直设置并且在x方向上周期性分布；在金属叉指换能器上设置声子晶体，声子晶体在x方向上周期性分布，声子晶体在y方向上随机分布。本发明消除高阶横波模式对谐振器频率特性的影响，提高SAW谐振器的频率响应性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以消除高阶横波模式干扰的声表面波谐振器，以实现优化频率响应，属于信号与信息处理领域。
背景技术
谐振器型声表面波（SAW）滤波器，由于其性能好、体积小、成本低，易于批量生产等特点，被广泛应用于电信领域中。
一般SAW谐振器，是在压电基片表面溅射金属叉指换能器（InterdigitalTransducer，IDT）、和金属栅阵。但是，SAW谐振器结构中，叉指换能器为有限长的声孔径，会产生各种声波衍射效应。
文献“Analysis of general planar waveguides with n segments,”（IEEEUltrason. Symp., pp.137–141, 2000.）指出，声表面波谐振器表面可以分为3个区域：金属化区域、自由表面区域和栅阵。不同区域之间的声波速度不同，特别是金属叉指电极和金属栅阵的周期性设计，导致其他横向声波干扰模式的并存。也就是除了携带主要声波信号的基波谐振模式以外，还存在一系列的束缚模(bound modes)、半束缚模(semi-boundmodes)和辐射模式(radiation modes)等一系列的高阶横波模式。这些高阶横波模式的存在，会降低带外抑制，影响通带内的群延时，导致通带内不平坦，恶化SAW滤波器的频率响应特性。
为了消除高阶横波模式的影响，已经出现了几种声表面波谐振器的结构设计。
（1）文献“GHz SAW resonators”( IEEE Ultrason. Symp., pp. 815–823,1979)中报道，采用变迹加权或者汇流条采用锯齿状设计，可用于平滑高阶横波模式引起的尖峰，但是这会增大器件尺寸，并且不能消除高阶横波模式的存在。
（2）文献“Low resistance quartz resonators for automotive applicationswithout spurious modes” (IEEE Ultrason. Symp., pp. 1326–1329, 2004.)报道，采用第一阶非对称基波模式携带声波信号，可以一定频率范围内抑制高阶横波模式的影响，但是该方法仅限于高阶横波模式比较少的情况，而且会引起一定的频率偏移。
因此，现有技术存在缺陷，有待于进一步改进和发展。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种消除高阶横波模式干扰的声表面波谐振器。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
点阵结构的声表面波谐振器，包括压电基片，所述压电基片上溅射金属叉指换能器和金属栅阵，其中，所述金属叉指换能器两侧设置金属栅阵，所述金属栅阵包括设置在所述金属叉指换能器左右两侧的开路栅，将左侧的开路栅称作第一开路栅，将右侧的开路栅称作第二开路栅，所述第一开路栅和第二开路栅在所述金属叉指换能器左右两侧对称分布；所述第一开路栅和第二开路栅构成的金属栅阵在y方向上平行设置、在x方向上垂直设置并且在x方向上周期性分布；
在所述金属叉指换能器上设置声子晶体，所述声子晶体在x方向上周期性分布，所述声子晶体在y方向上随机分布
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，所述的压电基片是128°YX铌酸锂材料。
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，所述金属叉指换能器的厚度为2000埃；所述金属叉指换能器的金属指条周期λ为9.86微米，共219根指条，孔径大小为32λ。
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，所述金属栅阵中的第一开路栅和第二开路栅的金属指条周期λ为9.9微米，所述第一开路栅和第二开路栅都包含184根指条。
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，所述声子晶体是材料为铝的金属点阵，所述金属叉指换能器的每个叉指上设置一个铝的晶格，x方向晶格的周期同金属叉指换能器的金属指条周期相同。
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，y方向上和x方向上的晶格常数比b/a为1.86。
所述的点阵结构的声表面波谐振器，其中，所述金属叉指换能器的材料为金或铝。
本发明提供的点阵结构的声表面波谐振器，通过在金属叉指换能器上设置声子晶体，声子晶体在x方向上周期性分布，在y方向上随机分布，实现声表面波在x方向高效通过，而在y方向实现能量有效反射，最终束缚能量在x方向上传播，消除高阶横波模式对谐振器频率特性的影响，提高SAW谐振器的频率响应性能。
附图说明
图1为本发明的点阵结构的声表面波谐振器的结构示意图；
图2为声子晶体实现声波能量控制的示意图。
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。
本发明提供的点阵结构的声表面波谐振器，包括压电基片，所述压电基片上溅射金属叉指换能器和金属栅阵；所述金属叉指换能器两侧设置金属栅阵，所述金属栅阵包括设置在所述金属叉指换能器左右两侧的开路栅，这里可以将左侧的开路栅称作第一开路栅，将右侧的开路栅称作第二开路栅，所述第一开路栅和第二开路栅在所述金属叉指换能器左右两侧对称分布；所述第一开路栅和第二开路栅构成的金属栅阵在y方向上平行设置、在x方向上垂直设置并且在x方向上周期性分布，如图1所示。
在所述金属叉指换能器上设置声子晶体，具体的在x方向上周期性分布声子晶体，在y方向上随机分布声子晶体，如图1所示。通过在金属叉指换能器上分布声子晶体点阵，实现声波能量在x方向和y方向上的限制，例如在y方向的不规律分布，实现消除高阶横波模式的目的。
在本发明的优选实例中，所述声表面波谐振器的压电基片采用128°YX铌酸锂材料；金属叉指换能器的材料为金属铝，厚度为2000埃；所述金属叉指换能器的金属指条周期λ为9.86微米，共219根指条，孔径大小为32λ。金属栅阵中的第一开路栅和第二开路栅的金属指条周期λ为9.9微米，所述第一开路栅和第二开路栅都包含184根指条。
本发明的另外一个优选实施例中，在所述金属叉指换能器上设置的声子晶体为材料为铝的金属点阵，所述铝点阵在x方向为周期分布。可以在金属叉指换能器的每个叉指上设置一个铝的晶格，x方向晶格的周期同金属叉指换能器的金属指条周期相同， y方向上铝的晶格随机分布格，实现对声表面波进行二维调制。
对于铝的金属点阵，通过调节Γy与Γx方向的晶格常数比b/a，实现声表面波在x方向高效通过，而在y方向实现能量有效反射，最终束缚能量在x方向上传播。当压电基片材料为128°YX铌酸锂时，通过计算，得出 b/a为1.86，即声表面波频率在0.21～0.25，可以实现声波能量在x方向高效通过，如图2所示，是声子晶体实现声波能量控制的示意图。
本实施例中，以铝的金属点阵的晶格常数比b/a为1.86为例，说明可以通过调节金属点阵的晶格常数比，实现控制声波能量传播。其他具体金属点阵的设置，是根据声表面波谐振器所采用的基片材料、金属叉指换能器的金属材料、金属叉指换能器厚度，以及金属叉指换能器的金属指条周期等参数，通过相关的模拟软件得到的。所述金属叉指换能器的材料可以是金、铝等。
本发明点阵结构的声表面波谐振器，通过在金属叉指换能器上设置声子晶体，声子晶体在x方向上周期性分布，在y方向上随机分布，实现声表面波在x方向高效通过，而在y方向实现能量有效反射，最终束缚能量在x方向上传播，消除高阶横波模式对谐振器频率特性的影响，提高SAW谐振器的频率响应性能。
以上内容是对本发明的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.点阵结构的声表面波谐振器，包括压电基片，所述压电基片上溅射金属叉指换能器和金属栅阵，其特征在于，所述金属叉指换能器两侧设置金属栅阵，所述金属栅阵包括设置在所述金属叉指换能器左右两侧的开路栅，将左侧的开路栅称作第一开路栅，将右侧的开路栅称作第二开路栅，所述第一开路栅和第二开路栅在所述金属叉指换能器左右两侧对称分布；所述第一开路栅和第二开路栅构成的金属栅阵在y方向上平行设置、在x方向上垂直设置并且在x方向上周期性分布；
在所述金属叉指换能器上设置声子晶体，所述声子晶体在x方向上周期性分布，所述声子晶体在y方向上随机分布；
所述声子晶体是材料为铝的金属点阵，所述金属叉指换能器的每个叉指上设置一个铝的晶格，x方向晶格的周期同金属叉指换能器的金属指条周期相同；
所述金属叉指换能器的厚度为2000埃；所述金属叉指换能器的金属指条周期λ为9.86微米，共219根指条，孔径大小为32λ。
2.根据权利要求1所述的点阵结构的声表面波谐振器，其特征在于，
所述的压电基片是128°YX铌酸锂材料。
3.根据权利要求2所述的点阵结构的声表面波谐振器，其特征在于，所述金属栅阵中的第一开路栅和第二开路栅的金属指条周期λ为9.9微米，所述第一开路栅和第二开路栅都包含184根指条。
4.根据权利要求3所述的点阵结构的声表面波谐振器，其特征在于，y方向上和x方向上的晶格常数比b/a为1.86。
5.根据权利要求2所述的点阵结构的声表面波谐振器，其特征在于，所述金属叉指换能器的材料为金或铝。
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