CN106849898A - 一种17%相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种17％相对带宽低损耗声表滤波器，包括晶片材料，晶片材料上设有梯形声表换能器和表面涂覆吸声层，梯形声表换能器包括串联谐振臂和并联谐振臂。采用的晶片材料为15°YX‑LiNbO3，其机电耦合系数(k2)大于20％，适用于制备宽带低损耗器件；设计结构采用梯形设计结构，其利用声波面波谐振器作为梯形拓扑结构的基本阻抗元件来获得滤波器的响应。串联臂谐振器的谐振频率和并联臂的反谐振频率形成滤波器的通带，串联臂谐振器的反谐振频率和并联臂的谐振频率形成滤波器的带外。实现了3dB相对带宽17％的低损耗声表滤波器，其中仿真频响图如图3所示，3dB相对带宽为19％；实测器件中心频率为415M，3dB带宽为70.6M，相对带宽为17％，损耗3.6dB，带内波动0.8dB。
Description
技术领域
本发明涉及一种声表滤波器设计与制备技术，尤其涉及一种17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法。
背景技术
随着信息化需求越来越高，通信从原传语音、图像发展到传视频等，其数据传输带宽已由kHz量级变为MHz量级甚至几十MHz量级。未来通信还将朝着高速率、大容量、高灵敏度方向发展。
目前，声表滤波器实现宽带主要采用128°-LiNbO3、YZ-LiNbO3和41°-LiNbO3三种基片材料。其中128°-LiNbO3和YZ-LiNbO3材料可实现3dB最大相对带宽约为60％，但需要匹配使用，且损耗较大(16～20dB)，同时，采用的扇形设计结构同一根指条的上下端宽度不一，对于中、高频器件，指条宽度较小，工艺难度较大；41°-LiNbO3材料可实现较低损耗(3～5dB)，无需匹配，但其3dB最大相对带宽仅约为10％。因此，现主要采用LC滤波器实现宽带低损耗的指标要求，但LC滤波器体积较大，通常为25mm*9mm或15mm*8mm，矩形度较差，且需反复调试。
发明内容
本发明的目的是提供一种带宽宽、损耗小、体积小的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的17％相对带宽低损耗声表滤波器，包括晶片材料，所述晶片材料上设有声表换能器和表面涂覆吸声层，所述声表换能器设计为梯形结构，包括串联谐振臂和并联谐振臂，所述串联谐振臂的一端设有输入电极、另一端设有输出电极，所述并联谐振臂的下端设有接地电极。
本发明的上述17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，包括如下步骤：
步骤A，选用晶片材料；
步骤B，在所述晶片材料上设计结构为梯形结构的声表换能器；
步骤C，声表换能器采用的电极材料为铜膜；
步骤D，表面涂覆吸声材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法，其带宽宽、损耗小、体积小，适用于收发通道射频前端滤波或中频滤波。
附图说明
图1为本发明实施例提供的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法的整体结构示意图。
图2为本发明实施例中梯形滤波器的结构示意图；
图3为本发明实施例中仿真频响图；
图4为本发明实施例中实测频响图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的17％相对带宽低损耗声表滤波器，其较佳的具体实施方式是：
包括晶片材料，所述晶片材料上设有声表换能器和表面涂覆吸声层，所述声表换能器设计为梯形结构，包括串联谐振臂和并联谐振臂，所述串联谐振臂的一端设有输入电极、另一端设有输出电极，所述并联谐振臂的下端设有接地电极。
本发明的17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，其较佳的具体实施方式是：
包括如下步骤：
步骤A，选用晶片材料；
步骤B，在所述晶片材料上设计结构为梯形结构的声表换能器；
步骤C，声表换能器采用的电极材料为铜膜；
步骤D，表面涂覆吸声材料。
所述步骤A中，采用的晶片材料为15°YX-LiNbO3，晶片厚度为0.40～0.65μm，背面360～1000号打毛。
所述步骤B中，梯形结构级数为五级，包含三个串联谐振臂和两个并联谐振臂，其中：
第一串联谐振臂的波长为λs1，孔径为25～31λs1，指根数为127～137根，反射栅波长为λR1＝λs1，指根数为15～22根；
第二串联谐振臂的波长为λs2，孔径为25～31λs2，指根数为95～110根，反射栅波长λR2＝λs2，指根数为15～22根；
第三串联谐振臂的波长为λs3，孔径为28～31λs3，指根数为127～137根，反射栅波长λR3＝λs3，指根数为15～22根；
第一并联谐振臂的波长为λp1，孔径为15～20λp1，指根数为115～130根，反射栅波长λR1＝λp1，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权；
第二并联谐振臂P2的波长为λp2，孔径为15～20λp2，指根数为115～130根，反射栅波长λR2＝λp2，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权。
所述步骤C中，铜膜电极材料的膜厚波长比为2％～9％。
所述步骤D中，采用的表面涂覆吸声材料的膜厚为0.5～5μm。
本发明的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法，通过提高低损耗声表滤波器的相对带宽，以解决传统大带宽声表滤波器需外匹配、损耗大等问题，拓展声表面波滤波器应用范围。声表滤波器能实现宽带、低损耗，以替换LC滤波器，极大缩小体积，利于整机***的小型化，同时，声表面波滤波器采用半导体工艺，免调试，相对于LC滤波器提高了一致性和可靠性，在指标方面，声表具有更高的矩形度，对使用频段附近的杂散信号具有更好的抑制效果。
本发明的晶片材料采用15°YX-LiNbO3材料，其机电耦合系数(k2)大于20％，适用于制备宽带低损耗器件；设计结构采用梯形设计结构，梯形结构的原理图如图1所示，其利用声波面波谐振器作为梯形拓扑结构的基本阻抗元件来获得滤波器的响应。串联臂谐振器的谐振频率和并联臂的反谐振频率形成滤波器的通带，串联臂谐振器的反谐振频率和并联臂的谐振频率形成滤波器的带外。梯形设计结构具有损耗小、矩形度高和体积小等优点，可通过调节串联臂谐振器的谐振频率和并联臂的反谐振频率的差值调节带宽，制备宽带低损耗声表滤波器。电极材料采用铜膜，Cu和Au、Ag材料一样属于低速度型材料，铜膜可以有效的降低LOVE波的速度，同时增加机电耦合系数、而且由于Cu膜电导率高，在较薄Cu膜情况下，器件的欧姆损耗也不会增加，因此，采用铜膜可增大相对带宽，降低损耗，适合制备宽带低损耗声表滤波器。
按本发明所示的方法，通过设计和工艺优化、假指加权以及涂覆吸声材料等方法处理，实现了3dB相对带宽17％的低损耗声表滤波器，其中仿真频响图如图3所示，3dB相对带宽为19％；实测频响图如图4所示，实测器件中心频率为415M，3dB带宽为70.6M，相对带宽为17％，损耗3.6dB，带内波动0.8dB。
具体实施例：
17％相对带宽低损耗声表滤波器的整体结构如图1所示：
包括晶片材料101、铜栅阵的梯形声表换能器102、表面涂覆吸声层103，
其中具体要求如下：
(1)晶片材料为15°YX-LiNbO3，晶片厚度为0.40～0.65μm，背面360～1000号打毛。
(2)梯形声表换能器102设计结构为梯形设计结构，其结构图如图2所示。梯形声表换能器102可根据具体指标要求和封装方式选择谐振器的级数及组合排版方式。
(3)功能膜为铜膜，膜厚波长比(h/λ)为2％～9％。
(4)表面涂覆层为吸声材料，膜厚为0.5～5μm。
本发明梯形设计结构示意图如图2所示，其主要包括五部分：输入电极201、输出电极202、接地电极203、串联谐振臂204、并联谐振臂205，其中具体要求如下：
(1)采用五级梯形设计结构，包含三个串联谐振臂和两个并联谐振臂。
(2)输入电极、输出电极和接地电极面积不小于100μm*100μm。
(3)串联谐振臂S1波长为λs1，孔径25～31λs1，指根数127～137根，反射栅波长λR1＝λs1，指根数15～22根。
(4)串联谐振臂S2波长为λs2，孔径25～31λs2，指根数95～110根，反射栅波长λR2＝λs2，指根数15～22根。
(5)串联谐振臂S3波长为λs3，孔径28～31λs3，指根数127～137根，反射栅波长λR3＝λs3，指根数15～22根。
(6)并联谐振臂P1波长为λp1，孔径15～20λp1，指根数115～130根，反射栅波长λR1＝λp1，指根数5～18根，假指进行宽度和长度加权。
(7)并联谐振臂P2波长为λp2，孔径15～20λp2，指根数115～130根，反射栅波长λR2＝λp2，指根数5～18根，假指进行宽度和长度加权。
17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，包括如下几个步骤：
步骤(1)，采用的晶片材料为15°YX-LiNbO3；
步骤(2)，采用的设计结构为梯形设计结构；
步骤(3)，采用的电极材料为铜膜；
步骤(4)，表面涂覆吸声材料。
所述步骤(1)采用的晶片材料为15°YX-LiNbO3，晶片厚度为0.40～0.65μm，背面360～1000号打毛。
所述步骤(2)中梯形结构级数为五级，包含三个串联谐振臂和两个并联谐振臂，滤波器可根据具体指标要求和封装方式选择谐振器的级数及组合排版方式。
所述步骤(2)中串联谐振臂S1的波长为λs1，孔径为25～31λs1，指根数为127～137根，反射栅波长为λR1＝λs1，指根数为15～22根。
所述步骤(2)中串联谐振臂S2的波长为λs2，孔径为25～31λs2，指根数为95～110根，反射栅波长λR2＝λs2，指根数为15～22根。
所述步骤(2)中串联谐振臂S3的波长为λs3，孔径为28～31λs3，指根数为127～137根，反射栅波长λR3＝λs3，指根数为15～22根。
所述步骤(2)中并联谐振臂P1的波长为λp1，孔径为15～20λp1，指根数为115～130根，反射栅波长λR1＝λp1，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权。
所述步骤(2)中并联谐振臂P2的波长为λp2，孔径为15～20λp2，指根数为115～130根，反射栅波长λR2＝λp2，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权。
所述步骤(3)中采用的电极材料为铜膜，膜厚波长比(h/λ)为2％～9％。
所述步骤(4)中采用的表面涂覆吸声材料，膜厚为0.5～5μm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种17％相对带宽低损耗声表滤波器，其特征在于，包括晶片材料，所述晶片材料上设有声表换能器和表面涂覆吸声层，所述声表换能器设计为梯形结构，包括串联谐振臂和并联谐振臂，所述串联谐振臂的一端设有输入电极、另一端设有输出电极，所述并联谐振臂的下端设有接地电极。
2.一种权利要求1所述的17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A，选用晶片材料；
步骤B，在所述晶片材料上设计结构为梯形结构的声表换能器；
步骤C，声表换能器采用的电极材料为铜膜；
步骤D，表面涂覆吸声材料。
3.根据权利要求2所述的17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，采用的晶片材料为15°YX-LiNbO3，晶片厚度为0.40～0.65μm，背面360～1000号打毛。
4.根据权利要求3所述的17％相对带宽低损耗声表滤波器的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，梯形结构级数为五级，包含三个串联谐振臂和两个并联谐振臂，其中：
第一串联谐振臂的波长为λs1，孔径为25～31λs1，指根数为127～137根，反射栅波长为λR1＝λs1，指根数为15～22根；
第二串联谐振臂的波长为λs2，孔径为25～31λs2，指根数为95～110根，反射栅波长λR2＝λs2，指根数为15～22根；
第三串联谐振臂的波长为λs3，孔径为28～31λs3，指根数为127～137根，反射栅波长λR3＝λs3，指根数为15～22根；
第一并联谐振臂的波长为λp1，孔径为15～20λp1，指根数为115～130根，反射栅波长λR1＝λp1，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权；
第二并联谐振臂P2的波长为λp2，孔径为15～20λp2，指根数为115～130根，反射栅波长λR2＝λp2，指根数为5～18根，假指进行宽度和长度加权。
5.根据权利要求2所述的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法，其特征在于，所述步骤C中，铜膜电极材料的膜厚波长比为2％～9％。
6.根据权利要求2所述的17％相对带宽低损耗声表滤波器及其制备方法，其特征在于，所述步骤D中，采用的表面涂覆吸声材料的膜厚为0.5～5μm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yang Sichuan Inventor after: Yan Kunkun Inventor after: Wei Yongping Inventor after: Huang Xin Inventor after: Zhang Enyu Inventor before: Yan Kunkun Inventor before: Wei Yongping Inventor before: Yang Sichuan Inventor before: Huang Xin Inventor before: Zhang Enyu |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170613 |