CN1115913A - 表面波谐振器 - Google Patents

Abstract

一种利用HS型表面波的端面反射型表面波谐振器，能在使用单个部件时给出多个谐振特性。该表面波谐振器具有构成第一和第二谐振单元的交指形换能器(IDT)，表面波在压电基片的两个相反端面之间反射。两个端面间的距离L处于(λ₁/2)N₁±(λ₁/20)表示的范围(N₁是整数)，λ₁表示由第一谐振单元激励的表面波的波长。距离L被选成超出由(λ₂/2)N₂±(λ₂/20)所表示的范围(N₂是整数)，λ₂表示由第二谐振单元激励的表面波的波长。

Description

表面波谐振器

本发明涉及利用HS型即水平切变型(horizontal shear)表面波，诸如BGS(Bleustein-Gulyaev-Shimizu)和Love波等的端面反射型表面波谐振器，更具体地，是涉及把多个谐振单元作成单个部件的端面反射型表面波谐振器。

电视接收机或录像机的视频中频级中，在相邻频道的视频信号频率f_ap处(对于美国的NTSC制式的装置为39.75MHz)以及相邻频道的音频视频信号f_as处(对于美国的NTSC制式的装置为47.25MHz)，信号必须有很大的衰减，以便防止在该级与相邻信道之间出现差拍问题。图1显示了视频中频级的衰减和频率特性间的关系，其中在上述相邻频道的视频信号频率f_ap和音频信号频率f_as处保持了很大的衰减量。

为了在上述相邻频道的视频信号频率f_ap和音频信号频率f_as处保持有很大的衰减量，使用了两个陷波电路，一个提供在相邻频道的视频信号频率f_ap处的大衰减量，另一个提供在相邻频道的音频信号频率f_as处的大衰减量。每个这样的陷波电路可以由LC谐振电路或压电谐振器等制成。

利用诸如BGS波的HS型表面波的压电谐振器作为适用这样的用途的压电谐振器而受到重视。图2显示了利用BGS波的端面反射型表面波谐振器的一个例子。

端面反射型表面波谐振器1可使用矩形表面的压电基片2来制作。压电基片2由压电材料，诸如钛酸铅-锆酸铅型压电陶瓷和包括LiNbO₃(铌酸锂)与LiTaO₃(钽酸锂)在内的压电单晶材料等制成。当使用压电陶瓷时，它沿图2的箭头P方向极化。一对梳状电极3和4被做在压电基片2的上表面2a上，以提供交指形换能器(后面简称为IDT)。梳状电极3和4分别具有多个指形电极3a到3c和多个指形电极4a到4c。

交流电压从梳状电极3和4处加上，以便在端面反射型表面波谐振器1中激励起BGS波，BGS波沿着图2的箭头X方向传播。该BGS波在压电基片2的端面2b和2c之间反射。

在端面反射型表面波谐振器1中，有效谐振特性可藉使IDT所确定的频率和端面之间距离所确定的频率相匹配的方法而获得。

然而上述的端面反射型表面波谐振器只有一个谐振特性，就像LC谐振电路和其它类型的压电谐振器一样。所以，为了获得在两个频率(也就是相邻频道的视频信号频率f_ap和相邻频道的音频信号频率f_as)处所希望要的陷波特性，就必须设置并连接两个表面波谐振器。

利用瑞利(Rayleigh)波的声表面波谐振器已被提出，其中由一个单谐振器可得到两个谐振特性(例如，参考“Kokusai-Gihou”即在日本出版的国际电气技术会报，No.16，pp.1-7，1992)。特别地，在利用瑞利波的表面波谐振器滤波器中，利用0-阶纵型(基波型)和2-阶纵型的双模谐振器是熟知的。在这种双模谐振器中，要获得两个谐振特性必须有两个或两个以上的IDT和反射器。而且，这种双模谐振器的谐振特性由反射器反射系数与频率之间关系所确定。由于保持大反射系数的频率范围很窄，两个谐振点之间的频率差非常小，大约为1MHz左右，在此范围内可获得想要的谐振特性。因此，使用这种双模谐振器不可能做出具有图1所示特性的陷波滤波器。

在端面反射型表面波谐振器中，获得上述的两个谐振特性的一种方法可以是在压电基片上制作两个IDT以构成两个谐振单元。然而，在利用诸如BGS波的HS型表面波的端面反射型表面波谐振器中，IDT的波长λ与在压电基片上表面波来回反射的两个相反端面之间的距离L具有如图3示意性地表示的关系，其中

(N是整数)。

因此，对于谐振点为相邻频道的视频信号频率f_ap的谐振单元和谐振点为相邻频道的音频信号频率f_as的谐振单元来说，两个相反端面之间的距离L值可取得不同。所以，已注意到，藉助于在同一基片上制成具有两个不同谐振频率的谐振单元的方法，要构成利用HS型表面波的表面波谐振器是非常困难的。

本发明的一个目的是提供一种利用HS型表面波的端面反射型表面波谐振器，其中至少两个具有不同谐振频率的谐振单元被形成在单个构件上。

按照本发明的第一方面，提供了一种端面反射型表面波谐振器，其中水平切变型表面波被压电基片的两个相反端面所反射，该谐振器包括具有两个相反端面的压电基片和形成在压电基片上的第一和第二IDT(交指形换能器)。第一谐振单元由其上面做有第一IDT的部分构成，第二谐振单元由其上面做有第二IDT的部分构成，它具有不同于第一谐振单元的谐振频率f₁的谐振频率f₂。距离L被做成等于或接近

N₁(N₁是整数)，而N₂(N₂是整数)被选成使 N₂接近于距离L，其中L代表两个相反端面之间的距离；λ₁代表第一谐振单元所激励的表面波波长；以及λ₂·代表第二谐振单元所激励的表面波波长。

特别地，按照本发明第一方面的端面反射型表面波谐振器包括藉助于在具有两个互相相反的端面的压电基片上形成第一和第二IDT的方式给出的、具有不同谐振频率的第一和第二谐振单元。每个谐振单元激励HS型表面波，就像上述的利用BGS波的端面反射型表面波谐振器1那样，且HS型表面波被压电基片的两个相反端面反射。

除了BGS波以外，术语“HS型表面波”意指包括Love波在内的一般表面波，Love波在与表面波传播方向相垂直的方向上有位移分量。

按照本发明的第一方面，在具有上述第一和第二谐振单元的端面反射型表面波谐振器中，两个相反端面间的距离L和分别由第一和第二谐振单元激励的表面波的波长λ₁和λ₂被选成满足以上所述的关系。特别地，距离L被做成等于或接近

N₁，而N₂被选成使 N₂接近于距离L。在按照本发明的表面波谐振器中，由于距离L如上述的那样被决定，第一谐振单元提供所要的谐振特性。另一方面，第二谐振单元的N₂值在第一谐振单元谐振特性被做成在上述范围内以后再被决定。

虽然距离L被做成等于或接近

N₁，但最好使L处于

的范围中。众所周知，当两个相反端面之间距离L的误差处于 范围内，端面反射型表面波谐振器提供能被接受的谐振特性。所以，以上所限定的“等于或接近 N₁”的范围，也就是说，为获得第一谐振单元的所要的谐振特性的能允许的距离L的范围是如上所述的

另一方面，对第二谐振单元，并不必须使距离L₂等于 N₂。通常认为在端面反射型表面波谐振器中，距离L必须等于所激励的表面波波长乘以1/2乘以整数。其理由是：若距离L偏离此值则会导致较低频率区域内的起伏(ripple)。然而，在某些应用中，在某些低频处的这种起伏并不会引起什么问题。例如，当第一谐振单元的谐振频率f₁高于第二谐振单元的谐振频率f₂时，在低于第二谐振单元的谐振点的频率范围中的起伏可以不成为问题。在这种情况下，若距离L偏离最佳值，对于第二谐振单元将不是严重问题。所以，尽管第二谐振单元的N₂被选成使 N₂接近于距离L但并不必须要求距离L等于 N₂。更进一步地，距离L还可以超出由

所表示的范围。

用于电视接收机或录像机的视频中频级的陷波电路可被引用作为应用例，在其中，以上所述的在低于第一谐振单元谐振频率的第二谐振单元的谐振频率的更低频率区域内的起伏不会引起什么问题。换句话说，当第一谐振频率f₁是相邻频道的音频信号频率f_as及第二谐振频率f₂是相邻频道的视频信号频率f_ap时，即使如上所述在低于相邻频道视频信号频率的范围内出现起伏也没有问题。

因此，按照本发明的端面反射型表面波谐振器被优选地用来作为用于上述的视频中频级中的陷波电路的谐振器。

第一和第二谐振单元可以藉在压电基片上至少形成一个沟槽的方法而被互相分隔开。在这样情况下，第一和第二谐振单元中的每个单元的两个端面中的一个就由沟槽的内壁构成。

按照本发明的第二方面，提供了一种利用HS型表面波的端面反射型表面波谐振器，它包括具有形成在其至少一个面上的至少一个沟槽的压电基片和形成在压电基片上、其间***该至少一个沟槽的、并且分别被用作为第一和第二谐振单元的第一和第二IDT(交指形换能器)，其中该沟槽内壁用作为两个相反端面中的至少一个端面以便反射第一和第二谐振单元中的每个单元的表面波。

特别地，在按照本发明第二方面的表面波谐振器中，在压电基片的至少一个面上至少做成一个沟槽，且第一和第二谐振单元由该至少一个沟槽所分隔开而构成。在这种情况下，用于反射第一和第二谐振单元中的每个单元的表面波的两个相反端面中的至少一个端面由沟槽的内壁构成。

由于第一和第二谐振单元是利用单个压电基片构成，本发明的第二方面就使在单个部件上做出具有多个谐振特性的端面反射型表面波谐振器成为可能，就像本发明的第一方面那样。这样，本发明的第一方面和第二方面在解决上述问题方面是类似的。

在关于按照本发明的第二方面的表面波谐振器的描述的上下文中，术语“HS型表面波”意指诸如BGS波和Love波的一般表面波，它们在与表面波传播方向相垂直的方向上有位移分量。

在按照本发明第一方面的表面波谐振器中，藉使用具有两个互相相反的端面的压电基片，可提供采用HS型表面波的端面反射型的第一和第二谐振单元。这就使提供利用单个部件的、具有多个谐振特性的端面反射型表面谐振器成为可能。

按照本发明的第一方面，由于如上面所解释的，距离L被选成等于或接近

N₁，第一谐振单元呈现所希望的谐振特性。另一方面，第二谐振单元的N₂被选成使 N₂接近于L。结果，当

N₂不等于距离L，或当距离L超出 范围时，在低于第二谐振频率f₂的频率范围内出现起伏。然而，即使有这样的起伏，对于在低于第二谐振单元的谐振频率f₂的频率范围内的起伏不引起问题的各种应用来说，使用按照本发明第一方面的表面波谐振器可提供具有多个陷波点的陷波电路。

图1显示了电视接收机的视频中频级的衰减和频率特性之间的关系。

图2是说明使用BGS波的传统的表面波谐振器的透视图。

图3是端面反射型表面波谐振器的截面图。

图4显示了在两个相反端面间的距离偏离最佳值时端面反射型表面波谐振器的阻抗和频率特性间的关系。

图5显示了在两个相反端面间的距离处于优选范围时端面反射型表面波谐振器的阻抗和频率特性间的关系。

图6是说明按照本发明的第一实施例的端面反射型表面波谐振器的平面图。

图7显示了图6所示表面波谐振器的第二谐振单元的阻抗和频率特性间的关系。

图8显示了图6所示表面波谐振器的第一谐振单元的阻抗和频率特性间的关系。

图9是按照本发明第二实施例的端面反射型表面波谐振器的透视图。

图10是说明对图9所示实施例的表面波谐振器的修改的透视图。

现在参考附图进行如下的描述，将使本发明得以明了。

图4和图5显示了图2所示的端面反射型表面波谐振器的阻抗和频率特性间的关系。图4显示了当两个相反端面间的距离L比距离L的最佳值 N大

时，所呈现的特性。图5显示了当两个相反端面间的距离L比距离L的最佳值

N大 时所呈现的特性。

从图4看出，当距离L偏离最佳值的偏差为 时，也就是两个相反端面间的距离L不够精确时，这种偏差在低于谐振频率f_r的频率区域内造成起伏，如箭头A所指示。

另一方面，从图5看出，当两个相反端面间的距离L偏离最佳值的偏差为

时，在低于谐振频率f_r的频率区域内不出现起伏。这样，将理解到，图2所示端面反射型表面波谐振器的两个相反端面间的距离L必须处于

的范围之内。

假定谐振器是被配置在电视接收机的视频中频级的，以及，一个谐振器谐振在相邻频道的视频信号频率f_ap(31.9MHz)，而另一个谐振器谐振在相邻频道的音频信号频率f_as(40.4MHz)。

如果谐振于31.9MHz的谐振器做在其传播的声速为2400m/sec的基片上，那么谐振器提供75.2μm的波长。如果使用了其传播声速为2400m/sec的基片，那么用于相邻频道的音频信号频率f_as(40.4MHz)的谐振器将提供59.4μm的波长。

因此，当上述的两个谐振器被做在单个压电基片上时，注意到这两个谐振器的波长间的差值，必须将这两个谐振器的两个相反端面间的距离L做得互相尽可能接近。在上述实例中，如果采用四对指形电极，用于相邻频道的视频信号频率f_ap的谐振器将有300.8μm的距离L_ap，以及，如果采用五对指形电极，用于相邻频道的音频信号频率f_as的谐振器将有297μm的距离L_as。长度L_as和L_as间的差值是3.8μm，此值约为波长59.4μm的十六分之一。

这样，在藉简单地调节这些谐振器的电极对数来使每个谐振器尽量达到充分谐振的特性的上述配置中，各谐振器中之一不能满足方程 ，另外，当电极对数是上述的4或5这样的量级时，只能获得微弱的表面波激励，而且可提供的电容值和电感值将不能满足上述目的，这就使灵活设计谐振器以提供最佳化应用的电容和电抗成为不可能。

图1所示视频中频级的频率特性中，在色度信号频率f_c和视频信号频率f_p之间(也就是34.47MHz和38.9MHz之间)没有起伏，尽管这类起伏出现在图4中箭头A所指示的位置处。这就暗示图4中箭头A所指示的起伏对电视接收机的视频中频级不产生问题。

将会看到，即使谐振单元的两个相反端面间的距离L超出最佳值

的范围，端面反射型表面波谐振单元仍可被用作为相邻频道视频信号频率的陷波器。

从这种观点出发，发明人已发现可以构造成最佳的谐振器，以便如上所述的陷波电路可被用于例如视频中频，这是通过选择第一谐振单元的指形电极对数M₁，从而使得谐振器的两个相反端面间的距离L能产生所希望的谐振特性，以及通过选择第二谐振单元的指形电极对数M₂，从而使得这些谐振器的两个相反端面间的距离L变得尽可能互相接近，而不管该距离的最佳值和能允许的范围。

现在结合参阅图6到8，对按照本发明的第一方面的实施例的端面反射型表面波谐振器的结构和原理进行阐述。

图6是按照本发明的第一实施例的端面反射型表面波谐振器的平面图。

端面反射型表面波谐振器11沿着后面要描述的指形电极延伸方向被均匀地极化，并采用具有矩形表面的压电基片12来构成。压电基片12由压电陶瓷(诸如钛酸铅-锆酸铅型的压电陶瓷)以及压电单晶材料(诸如LiTaO₃(钽酸锂)和LiNbO₃(铌酸锂))制成。

第一IDT14和第二IDT13被做在压电基片12的上表面上。第一IDT14和第二IDT13藉形成如下所述的电极而实现。

汇流线15和17做成平行与压电基片12的两个相反端面12a和12b相连接的侧面12c和12d。汇流线15和17分别沿侧面12c和12d而形成。汇流线平行于侧面12c和12d而形成在压电基片12的中部。

多个指形电极18a到18e被做成从汇流线15延伸到汇流线16，但并不达到汇流线16。类似地，多个指形电极19a到19d被做成从汇流线16延伸到汇流线15，但并不达到汇流线15。IDT13由汇流线15和多个指形电极18a和18e所形成的梳状电极以及由汇流线16和多个指形电极19a到19b所形成的梳状电极所构成。

多个指形电极20a到20e被做成从汇流线16延伸到汇流线17，但并不达到汇流线17。类似地，多个指形电极21a到21f被做成从汇流线17延伸到汇流线16，但并不达到汇流线16。IDT14由汇流线16和多个指形电极20a到20e所形成的梳状电极以及由汇流线17和多个指形电极21a到21f所形成的梳状电极所构成。

除了沿端面12a和12b形成的指形电极18a，18e，21a和21f以外，上述指形电极的宽度约为由IDT激励的表面波的四分之一波长。这些指形电极的每个间隔也是由IDT13和14激励的表面波的四分之一波长。沿端面12a和12b形成的指形电极18a，18e，21a和21f的宽度约为IDT13和14所激励的表面波的八分之一波长。

具有上述结构的IDT13和14可藉在压电基片12的上表面上用薄膜形成法(诸如沉积、电镀、溅射等)形成铝膜、以及藉用光刻或类似方法做出薄膜图形来得到。可替换地，IDT13或14也可用丝网印刷导体材料的方法做成图6所示的表面图形而制成。

按照本实施例的表面波谐振器11中，第二谐振单元由形成IDT13的区域来构成，而第一谐振单元由形成IDT14的区域来构成。第二谐振单元是用作为相邻频道视频信号频率的陷波器的谐振器，而第一谐振单元是用作为相邻频道音频信号频率的陷波器的谐振器。为使这些单元运行而进行的电连接可通过把汇流线16连接到参考电位上和把汇流线15与17电连接到信号线上来实现。这样，按照本实施例的表面波谐振器11可被用作为具有三个端口的单个电气元件。

按照本实施例的表面波谐振器11中，两个相反端面(12a和12b)间的距离L是287μm，基片中的传播声速是2400m/s，第一和第二谐振单元的指形电极数M₁和M₂分别为5和4。所以相邻频道视频信号频率(31.9MHz)和相邻频道音频信号频率(40.4MHz)分别具有在谐振器中的波长λ_ap＝λ₁＝75.4μm和λ_as＝λ₁＝59.4μm。

这样，用作为相邻频道音频信号频率陷波器的第一谐振单元的谐振特性满足

。所以显而易见，在低于谐振点的频率范围内没有不希望要的寄生响应，如图8所示。

另一方面，对于用作为相邻频道视频信号频率陷波器的第二谐振单元的谐振特性，由于其长度

N₂偏离上述距离L的偏差为3.8μm，因此，在低于谐振点的频率范围内出现寄生响应，如箭头A所指示的地方。

然而，在低于相邻频道视频信号频率的频率范围内的这种寄生响应并不会有害地影响视频中频级的特性。所以按照本实施例的表面波谐振器11可被用作为电视接收机视频中频级的双陷波电路的优选部件。换句话说，可使用单个部件提供两个陷波器。这就比传统的LC谐振电路和利用传统的压电谐振器的陷波电路在电路结构得以大为简化及减少制造成本方面有很大优点。

图9是说明按照本发明另一个实施例的表面波谐振器的透视图。图9所示表面波谐振器31是按照本发明的第二方面的实施例，并且在用作为电视接收机的视频中频级陷波电路的部件方面类似于第一实施例。

表面波谐振器31采用具有矩形表面的压电基片32来构成。压电基片32由压电陶瓷(诸如钛酸铅-锆酸铅型的压电陶瓷)以及压电单晶材料(诸如LiTaO₃(钽酸锂)和LiNbO₃(铌酸锂))制成。

沟槽33做在压电基片32的上表面上，并平行于互相面对的端面32a和32b。第一IDT34和第二IDT35做在沟槽33的两侧，以分别构成第一和第二谐振单元。

IDT34具有梳状电极36和37，并被安排成使其指形电极成为交指形的。指形电极36b，37a和37b具有的宽度为由第一谐振单元所激励的表面波的四分之一波长，且互相间距为λ/4。在两端的指形电极36a和36c的宽度为λ/8。

第二IDT35类似地具有梳状电极38和39，并被安排成使其指形电极成为交指形的。指形电极38a，38b，39b和39c具有的宽度为由第二谐振单元所激励的表面波的四分之一波长且互相间距为λ/4。第二谐振单元的在两端的指形电极39a和38c的宽度为在其中激励的表面波的八分之一波长。

在按照本实施例的表面波谐振器31中，第一和第二谐振单元被沟槽33分隔开。所以由第一谐振单元激励的表面波被端面32a和沟槽33的一个内壁33a所反射。类似地，由第二谐振单元激励的表面波被沟槽33的另一个内壁33b和端面32b所反射。换句话说，沟槽33的内壁33a和33b的每个内壁用作为各个端面反射型表面波谐振单元的一个端面。

在按照本实施例的表面波谐振器31中，具有如上所述使用单个压电基片32的两个谐振单元通过形成沟槽33从而把其内壁用作为使表面波从谐振单元在其上进行反射的端面。

这样，本实施例也使利用单个部件来提供具有两个不同谐振特性的端面反射型表面波谐振器成为可能。

因此，有可能藉自由选取IDT34和35的指形电极数和每个谐振单元的两个相反端面间的距离来提供用于电视接收机视频中频级的相邻频道的视频信号频率和相邻频道的音频信号频率的陷波器。

在工作时，梳状电极37和39可以相互连接，以便使本实施例的表面波谐振器31形成具有三个端口的元件。

图10是显示对图9所示实施例的表面波谐振器修正的透视图。按照此替换的实施例的表面波谐振器41具有两个沟槽42和43，它们被做在由沟槽端面所构成的第一和第二谐振单元之间。结果，基片中的一部分44仍保持在沟槽42和43之间。

由于谐振器41在其它方面都类似于图9所示的表面波谐振器31，这些相同的零件以相同的参考号表示，将不再予以说明。

在按照本发明第二方面的表面波谐振器中，第一和第二谐振单元可以藉在它们之间的多个沟槽互相被分隔开，如图10所示的表面波谐振器那样。

尽管图上未示出，按照本发明的第二方面，一个或多个附加沟槽可做在相邻谐振单元之间，在成形IDT的基片的面的相反面上。

根据以上说明和附图，对于那样熟练的技术人员来说，对本发明的各种修正将变得很明显。因此本发明仅仅由以下权利要求的范围来加以限制。

Claims (7)

1.一种端面反射型表面波谐振器，其中水平切变波型表面波被压电基片的两个相反端面反射，其特征在于包括：

具有所述压电基片的压电基片；以及

形成在所述压电基片上的第一和第二交指形换能器；

由其中形成有所述第一交指形换能器的部分构成第一谐振单元，及由其中形成有所述第二交指形换能器的部分构成第二谐振单元，所述第二谐振单元的谐振频率f₂不同于所述第一谐振单元的谐振频率f₁；

距离L被做成等于或接近

N₁，(N₁是整数)及N₂(N₂是整数)被选成使

N₂接近于L，其中L表示所述两相反端面间的距离，λ₁表示由所述第一谐振单元所激励的表面波的波长，及λ₂表示由所述第二谐振单元所激励的表面波的波长。

2.按照权利要求1的表面波谐振器，其特征在于，其中所述距离L处在由

所表示的范围内。

3.按照权利要求1或2的表面波谐振器，其特征在于，其中所述距离L超出由

表示的范围。

4.按照权利要求1-3中任一项的表面波谐振器，其特征在于，其中所述第一谐振单元的谐振频率高于所述第二谐振单元的谐振频率f₂。

5.按照权利要求1-4中任一项的表面波谐振器，其特征在于，该表面谐振器是构成电视接收机视频中频级陷波电路的谐振器，其中所述第一谐振频率f₁是相邻频道的音频信号频率及所述第二谐振频率f₂是相邻频道的视频信号频率。

6.按照权利要求1-5中任一项的表面波谐振器，其特征在于，其中所述第一和第二谐振单元被做在所述压电基片上的至少一个沟槽分隔开，所述第一和第二谐振单元中每一个单元的两个端面之一是由所述沟槽的内壁构成。

7.一种利用水平切变波型表面波的端面反射型表面波谐振器，其特征在于，包括：

具有做在其至少一个面上的至少一个沟槽的压电基片，以及

第一和第二交指形换能器，它们被做在压电基片上，由所述至少一个沟槽分隔开，并且分别构成第一和第二谐振单元，所述第一和第二谐振单元中的每个单元的用于反射表面波的两个端面中至少一个端面由所述沟槽的内壁构成。

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