CN109787579A - 一种具有减小杂散功能的saw谐振器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距固定,且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。或者采用短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定,且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区,覆盖区向短路反射栅内延伸,且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接,短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。本发明通过改变反射栅的结构,使其宽度或者长度形成渐变状,从而反射声波将其束缚在谐振器内,避免声波损耗,同时相应地减小了杂散。
Description
技术领域
本发明涉及物联网设备或手机中的射频集成电路滤波器芯片,具体而言,涉及一种具有减小杂散功能的SAW谐振器。
背景技术
移动通讯技术快速发展,尤其是以高数据流量传输为代表的4G通信在过去几年的全面推进,带动了智能手机终端市场的蓬勃发展。就无线通信而言,射频前端是无线通信的核心,其中滤波器起着至关重要的作用。由于手机终端的智能化、多功能化、全网通等特点,使得现阶段单只手机所需的滤波器在30~50颗,而声波滤波器具有体积小、质量轻等优点,在目前的手机终端中广泛应用。
声波滤波器主要包括声表面波滤波器(SAW Filter,Surface Acoustic WaveFilter)、体声波滤波器(BAW Filter,Bulk Acoustic Wave Filter)和薄膜体声波谐振器(FBAR,Film Bulk Acoustic Resonator)所构成的滤波器。三种滤波器都是利用压电效应,将电信号转换为声波,通过合理的结构设置来构造滤波器,区别在于实现的方式不同。SAW滤波器是在压电材料表面镀一层叉指电极,通过设置叉指电极间距与宽度,当电信号激励叉指电极两端时,会在压电材料表面激励起同样频率的声表面波,逆压电效应使得信号在电极在另一端输出,多个叉指电极按照一定的方式级联,就能形成滤波器。BAW滤波器激励的结构是两个金属电极压夹着压电薄膜,声波在压电薄膜内垂直传播,震荡形成驻波,相比于SAW滤波器,BAW滤波器适合更高频率,具有插损小,带外抑制大等优点。FBAR滤波器也来源于体声波(BAW),在电极/压电薄膜/电极的结构上施加交变信号,压电薄膜内产生纵向传播的体声波,当压电薄膜厚度满足半波长的奇数倍时,就能形成声波驻波,在对应的频率上引发谐振。它具有极高的Q值,工作频率高,温度系数小,抗静电能力好等特点。
传统的SAW谐振器利用最基本的均匀单端谐振器的结构,由叉指换能器(IDT,Interdigital Transducer)和两个短路反射栅构成,叉指换能器和短路反射栅采用均匀结构,即叉指电极宽度及反射栅极宽度通常取一固定值,一般为λ/4,λ为声波波长。当电信号施加在谐振器两端时,会在压电基片表面激励起与电信号频率相同的声表面波,同时向短路反射栅两侧传播。短路反射栅的作用是反射声波,从而将声波束缚在谐振器内,震荡形成驻波。而事实上,当有电信激励时,除了产生与电信号频率相同的声表面波以外,还会产生少部分激励信号频率以外的声波,称之为杂波。短路反射栅在反射声表面波的同时,还会对杂波进行反射,当杂波与激励的声表面波相叠后,会影响后者的传播与震荡。压电材料的逆压电效应再将这种声表面波转换为电信号时,就会在转换的电信号上产生杂散,即在电信号产生波动,如用来构成滤波器,一是会增大带内的插损,二是会降低滤波器的带外抑制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,通过改变反射栅的结构,使其宽度或者长度形成渐变状,从而反射声波将其束缚在谐振器内,避免声波损耗,同时由于反射栅极不均匀的渐变结构,会引起杂波随机反射,从而使其相互抵消,减小对正常传播的声波的影响,也就相应地减小了杂散。
为达到上述技术目的,本发明采用的技术方案具体如下:
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距固定,且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。
进一步地,所述反射栅的栅极宽度k1*λ~k2*λ之间,第n条栅极宽度由式1获得,
Wn=k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1),式1;
其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度,k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度。
进一步地,所述栅极宽度优选在0.25λ~0.4λ间变化,栅极间距为0.5λ。
同时,本申请还公开了另一种技术方案来解决上述问题,具体方案如下:
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定,且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区,覆盖区向短路反射栅内延伸,且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接,短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。
进一步地,所述覆盖区为金属三角,设置在反射栅边框的四角。
进一步地,所述叉指换能器又包括汇流条、设置在汇流条上的叉指电极和Busbar,叉指电极和Busbar相互间隔交替设置。
进一步地,所述叉指电极与相邻的Busbar位于同一中心线上,且间距为0.2λ,其中λ为声波波长。
进一步地,所述Busbar指条长度统一为1.5λ到3λ之间,指条宽度0.39λ。
进一步地,所述压电基板选用LiTaO3或者LiNbO3,叉指换能器和短路反射栅均采用铝材料。
进一步地,所述短路反射栅与叉指换能器之间留有边缘间距,且边缘间距与电极宽度之和等于λ/2。
本发明的有益效果在于:本发明区别于现有技术,本发明主要改进了SAW谐振器的反射栅极,通过宽度(第一种改进)和长度(第二种改进)的渐变结构,有利于减小SAW谐振器的杂散模式,使得谐振器,包括用此类改进型谐振器设计的滤波器的通带响应更为平滑,滤波性能更好。
针对这一改进做实验对比,两组具有相同结构的谐振器,除了反射栅极第一个谐振器具有宽度和长度的渐变结构。实验验证本发明和传统的谐振器的短路阻抗响应曲线对比如图4所示,使用改进的结构,可以有效减少寄生杂散模式(左侧四个没有出现),原有的杂散模式变化幅度也更小(右侧杂散变小)。
附图说明
图1是现有技术中的SAW谐振器结构示意图;
图2是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器结构示意图一;
图3是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器结构示意图二;
图4是本发明提供的具有减小杂散功能的SAW谐振器的短路阻抗响应说明图;
附图标记:
1为短路反射栅、2为叉指电极、3为Busbar、4为叉指换能器、5为压电基片、6为覆盖区。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
图2-图4所示,本发明有两种实现模式,如图2所示,采用反射栅栅极宽度渐变方式:
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距固定,且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。
所述反射栅的栅极宽度k1*λ~k2*λ之间,第n条栅极宽度由式1获得,Wn=k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1),式1;其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度,k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度。所述栅极宽度优选在0.25λ~0.4λ间变化,栅极间距为0.5λ。
如图3所示,采用反射栅的栅极长度渐变的方式:
一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定,且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区,覆盖区向短路反射栅内延伸,且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接,短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。所述覆盖区为金属三角,设置在反射栅边框的四角。
两种方式的谐振器由压电基片、叉指换能器、两个短路反射栅构成。压电基片使用LiTaO3或者LiNbO3材料,具有高机电耦合系数,基片厚度为200um-600um。叉指换能器和短路反射栅均使用金属铝材料。叉指换能器的电极宽度为a,指间距为p,且指间距为p=λ/2,金属化率η=a/p,在0.4到0.6之间。Busbar导电条与相对应的插指电极在同一中心线上,Busbar导电条长度统一为1.5λ,宽度为0.39λ。两个短路反射栅距叉指换能器两侧的距离为d,且满足d+a=0.5λ。
本发明涉及的具有减小的杂散的SAW谐振器是在传统的谐振器作了改进,主要改进了短路反射栅结构,第一种SAW谐振器的改进是在短路反射栅上形成栅极宽度渐变结构,图2为结构与参数示意图;第二种SAW谐振器的改进是在短路反射栅上形成了长度渐变结构,如图3所示为结构与参数示意图。下面具体描述着两种反射栅极。
本发明主要改进了SAW谐振器的反射栅极,通过宽度(第一种改进)和长度(第二种改进)的渐变结构,有利于减小SAW谐振器的杂散模式,使得谐振器,包括用此类改进型谐振器设计的滤波器的通带响应更为平滑,滤波性能更好。
针对这一改进做实验对比,两组具有相同结构的谐振器,除了反射栅极第一个谐振器具有宽度和长度的渐变结构。实验验证本发明和传统的谐振器的短路阻抗响应曲线对比,如图4所示,使用改进的结构,可以有效减少寄生杂散模式(左侧四个没有出现),原有的杂散模式变化幅度也更小(右侧杂散变小)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距固定,且栅极宽度从短路反射栅内侧到短路反射栅外侧呈线性渐变。
2.根据权利要求1所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述反射栅的栅极宽度k1*λ~k2*λ之间,第n条栅极宽度由式1获得,
Wn=k1*λ+(k2-k1)*λ(n-1)/(N-1), 式1;
其中k1*λ为反射栅最内侧贴近叉指换能器的栅极宽度,k2*λ为反射栅最外端的栅极宽度。
3.根据权利要求1所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述栅极宽度优选在0.25λ~0.4λ间变化,栅极间距为0.5λ。
4.一种具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:包括压电基片、设置在压电基片上的叉指换能器和短路反射栅;所述短路反射栅对称设置在叉指换能器两端,短路反射栅的栅极间距和栅极宽度均固定,且在短路反射栅的边角处设置有覆盖区,覆盖区向短路反射栅内延伸,且覆盖区的边线与短路反射栅的栅极连接,短路反射栅与覆盖区连接的栅极长度呈线性递减。
5.根据权利要求4所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述覆盖区为金属三角,设置在反射栅边框的四角。
6.根据权利要求1-5任一一项所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述叉指换能器又包括汇流条、设置在汇流条上的叉指电极和Busbar,叉指电极和Busbar相互间隔交替设置。
7.根据权利要求6所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述叉指电极与相邻的Busbar位于同一中心线上,且间距为0.2λ,其中λ为声波波长。
8.根据权利要求7任一一项所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述Busbar指条长度统一为1.5λ到3λ之间,指条宽度0.39λ。
9.根据权利要求1或4任一一项所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述压电基板选用LiTaO3或者LiNbO3,叉指换能器和短路反射栅均采用铝材料。
10.根据权利要求1-5任一一项所述的具有减小杂散功能的SAW谐振器,其特征在于:所述短路反射栅与叉指换能器之间留有边缘间距,且边缘间距与电极宽度之和等于λ/2。
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