CN1677842A - 共鸣器和滤波器 - Google Patents

Abstract

空穴31的开口C的面积等于或大于振动部分10的水平横截面D的面积。振动部分10设置在支撑部分20的某一位置，使得在基片30上振动部分10的垂直突起容纳在空穴31的开口C内。另外，振动部分10的垂直厚度t1与支撑部分20的垂直厚度t2之和等于共鸣器1的谐振频率fr的一个波长(一个波长＝t1+t2)，同时振动部分10的厚度t1与支撑部分20的厚度t2不相等(t1≠t2)。因此，振动部分10的厚度t1与支撑部分20的厚度t2均不等于谐振频率fr的半个波长。

Description

共鸣器和滤波器

(1)技术领域

本发明涉及共鸣器和滤波器，特别涉及能抑制伪成分出现的共鸣器及使用其该共鸣器的滤波器。

(2)背景技术

需要将用于诸如便携式设备之类的电子设备的元件的尺寸和重量降低。例如，需要将用于便携式设备的滤波器的尺寸缩小并允许对其频率特性进行精确的调节。现有技术中满足这一要求的已知滤波器是使用了日本公开专利号：60-68711(专利文件1)中揭示的共鸣器的滤波器。

以下将参照图17A-17D对传统共鸣器进行描述。

图17A是示出传统共鸣器500的基本结构的剖视图。共鸣器500包括安装在上电极502和下电极503之间的压电元件501。共鸣器500使用时放置在其内形成有空穴504的基片505上。空穴504可以通过用精密机械加工法从基片505的底部表面部分蚀刻而成。上电极502和下电极503沿厚度方向施加一个穿过共鸣器500的电场，从而导致共鸣器500在厚度方向振动。下面，将相对一个无穷大平板的厚度纵向振动对共鸣器500的操作进行描述。

图17B是示出传统共鸣器500的操作的示意透视图。当在上电极502和下电极503之间施加一个穿过共鸣器500的电场时，通过压电元件501将电能转换成机械能。所引起的机械振动是厚度扩张振动并导致压电元件501在与电场相同的方向上扩张和收缩。一般来说，共鸣器500利用压电元件501的厚度方向的谐振而在一频率上共振，使得其厚度等于半个波长。图17A所示的空穴504用于容纳压电元件501的厚度纵向振动。

如图17D所示，共鸣器500的等效电路具有一串联谐振部分和一并联谐振部分。等效电路包括由电容C1、电感L1和电阻R1组成的串联谐振部分和一个与串联部分并联的电容C0。以此电路配置，等效电路具有如图17C所示的最大导纳谐振频率为fr和最小导纳反谐振频率为fa的导纳频率特性。谐振频率fr和反谐振频率fa满足以下关系。

$\mathrm{fr}=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{L1\×C1}\right)$

$\mathrm{fa}=\mathrm{fr}/\sqrt{1+C1/C0})$

如果将具有该导纳频率特性的共鸣器500用作滤波器，由于使用了压电元件501的谐振，就可能实现小尺寸和小损耗的滤波器。

日本公开专利号：2003-87085(专利文件2)中还揭示了另一传统共鸣器，例如，旨在在相对温度变化提高谐振频率稳定性的同时减少电极上的能量损耗。图18为示出专利文件2所揭示的传统共鸣器510的基本结构的剖视图。传统共鸣器510包括在其中形成有空穴514的基片515和在基片515上形成的支撑层516。下电极513是在支撑层516上形成的。压电元件511是在下电极513上形成的。上电极512是在压电元件511上形成的。

传统共鸣器510被设计成支撑层516的厚度与包括压电元件511、上电极512和下电极513的振动部分的厚度相等，即，使得下电极513和支撑层516之间的界面与由n次谐波引起的位移分布的波腹一致。具有这种配置的传统共鸣器510旨在减少电极部分的振动损耗。

因为仅有部分共鸣器真正地安装在基片上，所以并不是整个共鸣器都会自由地以厚度纵向模式振动。参见图17A，振动部分分成在固定时振动的围绕空穴的第一区域，和在空穴开口内部相对端为自由端的振动的第二区域。在振动部分，由振动部分厚度支配的振动作为主谐振。然而，振动部分引起的频率为f1的振动可能泄漏至围绕空穴的固定区域的基片。这一现象的发生是因为固定了振动部分的空穴周围的部分实际上不用作完全固定端。因此，在振动部分发生的横向模式振动通过固定部分传播至基片，从而导致振动泄漏。因此，泄漏振动引起其它振动，藉此除了预定的基础模式(1/2波长模式，频率f1)的厚度扩张振动之外，在主谐振(f1)附近发生了伪振动。这意味着用于在压电元件内部引起振动的能量的一部分通过振动泄漏损耗了。

发生这一伪振动是因为通过固定部分由泄漏到基片的振动引起的伪振动。例如，在由空穴深度支配的振动模式的谐振频率呈现在主谐振频率附近时，由空穴深度支配的振动作为由振动泄漏引起的振动部分的谐振频率附近的伪振动出现。如果伪振动，的频率位于谐振频率fr和反谐振频率fa之间，则出现如图19A所示的伪成分。如果将具有这一伪振动的共鸣器按图19B所示并联来形成滤波器，则如图19C所示在通频带部分出现不希望的带通属性。带通属性使通信质量下降。

然而，专利文件1和专利文件2所公开的传统共鸣器未考虑到由从支撑部分向基片的振动泄漏引起的伪振动，即由空穴深度支配的伪振动。用这些传统技术不可能实现导纳频率特性没有伪成分的共鸣器。

(3)发明内容

因此，本发明的目的在于提供能防止由振动泄漏引起的伪振动的共鸣器和滤波器。

本发明针对预定频率振动的共鸣器。为了达到上述目的，本发明的共鸣器的基本形式包括具有以下特征的振动部分、基片部分和支撑部分。振动部分包括压电元件、在压电元件的上表面设置的上电极、在压电元件下表面设置的下电极。基片部分具有在其中形成的空穴，该空穴具有面积等于或大于振动部分水平横截面的开口。所述支撑部分设置在振动部分和基片部分之间。振动部分设置在支撑部分的某一位置，使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包容在空穴的开口内。

该结构的特征在于使振动部分和支撑部分成形成它们的垂直厚度彼此不同，垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，从而使压电元件和下电极之间的界面与振动的波腹不一致。以此结构，支撑部分的厚度与振动频率的半个波长之比例最好在-30％至+20％的范围内。

本发明的一种应用形式的共鸣器包括具有下列特征的振动部分、基片部分和支撑部分。振动部分包括第一压电元件、设置在第一压电元件上表面的上电极和设置在第一压电元件下表面上的第一下电极。基片部分中形成一空穴，该空穴具有一开口，其面积等于或大于振动部分的水平剖面。支撑部分包括第二压电元件、设置在第二压电元件下表面的第二下电极和设置在第二下电极下表面上的支撑层，且支撑部分设置在振动部分和基片部分之间。振动部分设置在支撑部分的某一位置，使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包括在空穴的开口内。

该结构的特征在于使振动部分和支撑部分成形成它们的垂直厚度彼此不同，垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，从而使第一压电元件和第一下电极之间的界面与振动的波腹不一致。以此结构，支撑部分的厚度与振动频率的半个波长之比例最好在-40％至+40％的范围内。

第二压电元件和第二下电极最好成形成使其水平横截面小于或等于空穴开口的面积，从而使其在基片部分上的垂直突起包容在空穴的开口内。

振动部分的上电极可通过绝缘层延伸到(第一)压电元件的上表面。在该情况下，最好确定振动部分和支撑部分的厚度，使支撑部分上设置的绝缘层的上表面和通过绝缘层通到支撑部分的上电极相连部分的上表面都与振动的波腹不一致。

虽然上述本发明的任何共鸣器都能独立地用作滤波器，也可以将本发明的两个或多个共鸣器以阶梯的形式连在一起来实现各种频率特性的滤波器。通过把这种滤波器用作传输滤波器与接收滤波器并加一相移电路，可得出一双工器。可以将该双工器和例如分离信号的分离器一起用于通信设备。还可以将滤波器与例如用于有选择地让输入信号通到不同通路的开关一起用于通信设备。

如上所述，在本发明的共鸣器中，总体上以一个波长模式振动的振动部分和支撑部分形成不同的厚度。另外，适当地调节了振动部分和空穴之间的大小和位置关系。这样就可以将振动部分和支撑部分设计成具有不同谐振频率，从而可以减少振动在水平方向上的传播。因此，可以获得在振动部分的谐振频率和反谐振频率之间没有伪成分的导纳频率特性。同样在形成绝缘层时，可以将振动部分和支撑部分设计成不同谐振频率，这样可以减少振动在水平方向上的传播。在支撑部分中也形成包括压电元件和下电极的振动部分时，可以将泄漏至支撑部分的振动有效地从电能转换成机械能。

本发明的这些和其它目的、特征、方面和优点将通过以下结合附图的详细说明而变得更明显。

(4)附图说明

图1为示出本发明第一共鸣器的结构的剖面图；

图2A示出本发明第一共鸣器的导纳频率特性；

图2B示出图17C所示的传统共鸣器的导纳频率特性；

图3A-图3C示出本发明第一共鸣器的位移分布和电荷分布；

图4A和图4B示出本发明第一共鸣器中支撑部分的厚度和谐振频率的波长之间的示例关系；

图5为示出本发明第一共鸣器的一个变型结构的剖视图；

图6A为示出本发明第二共鸣器结构的剖视图；

图6B为示出本发明第二共鸣器一个变型结构的剖视图；

图7为示出本发明第三共鸣器的结构的剖视图；

图8A-图8C示出第三共鸣器的位移分布和电荷分布；

图9A和图9B示出第三共鸣器中支撑部分的厚度和谐振频率的波长之间的示例关系；

图10A和图10B各为本发明第三共鸣器一个变型结构的剖视图；

图11为本发明第四共鸣器的结构的剖视图；

图12A和图12B各为本发明使用本发明共鸣器的第一滤波器；

图13示出使用本发明共鸣器的本发明的第二滤波器；

图14示出使用本发明共鸣器的本发明的第一装置；

图15示出使用本发明共鸣器的本发明的第二装置；

图16示出使用本发明共鸣器的本发明的第三装置；

图17A-图17D用于图示传统的共鸣器；

图18示出另一传统共鸣器；

图19A-图19C用于说明与传统共鸣器相关联的问题。

(5)具体实施方式

第一共鸣器

图1为示出本发明的第一共鸣器1的结构的剖面图。参见图1，共鸣器1包括基片30、在基片30上形成的支撑部分20，和在支撑部分20上形成的振动部分10。基片30具有用于容纳振动部分10的纵向振动的空穴31。支撑部分20是用于支撑基片上的振动部分10的支撑层。振动部分10包括采用诸如氮化铝(AlN)之类的压电材料的压电元件11、在压电元件11的上表面上形成的上电极12，和在压电元件11的下表面上形成的下电极13。上电极12和下电极13的材料可以是例如钼。振动部分10设置在支撑部分20上，下电极13朝下。

上述共鸣器1设计成以一个波长模式振动并具有下述特征结构。

在基片30中形成的空穴31和振动部分10相互存在以下关系。空穴31的开口C的面积等于或大于振动部分10的水平横截面D的面积。振动部分10设置在支撑部分20的某一位置上，以使在基片30部分上的振动部分10的垂直突起包容在空穴31的开口C内。只要空穴31能容纳厚度纵向振动同时满足以上关系，空穴的形状不限于任何特定的形状。图1示出的例子中，基片30中形成的空穴31具有一个梯形的横截面。

振动部分10和支撑部分20相互成以下关系。振动部分10的垂直厚度t1和支撑部分20的垂直厚度t2之和等于共鸣器1的谐振频率的一个波长(一个波长＝t1+t2)。振动部分10的厚度t1和支撑部分20的厚度t2不相等(t1≠t2)。这意味着振动部分10的厚度t1和支撑部分20的厚度t2都不等于谐振频率fr的半个波长(图1所示的位置″a″)(半波长≠t1，t2)。也就是说，厚度定得使振动部分的谐振频率frs(＝vs/(2×t1))和支撑部分20的谐振频率frc(＝vc/(2×t2))满足frs≠frc。这里，vs是振动部分10中的平均声速，而vc是支撑部分20中的声速。

下面将对此结构的有益效果进行描述。

如以上在背景技术中所描述的，伪振动是由振动通过用于将振动部分固定至基片部分的组件泄漏至基片部分引起的。以本发明的共鸣器1，如常规的例子一样，在出现振动部分10和支撑部分20的区域A中，由振动部分10引起的振动泄漏至支撑部分20，使得全部振动是谐振频率fr的一个波长的振动。然而，在振动部分10的厚度t1和支撑部分20的厚度t2都不等于谐振频率fr的半个波长的结构中，在仅出现支撑部分20的区域B的谐振频率与区域A不同。另外，振动部分10和空穴31相互之间的大小和位置有特殊关系。结果，通过水平方向(与垂直方向垂直)的振动的感应被控制在区域A，且振动不会传播至区域B而基本上限制在区域A内，这样就可以防止出现在谐振频率fr附近的伪振动。

图2A和图2B分别示出本发明的第一共鸣器1及图17C所示的传统共鸣器的模拟导纳频率特性。如图2A所示，共鸣器1给出在谐振频率和反谐振频率之间的没有伪成分的导纳曲线。因此，如果用共鸣器1配置滤波器，则滤波器会有光滑的带通特性曲线。如图2B所示，图2B的传统共鸣器由于伪成分而不能给出预定的导纳曲线。

可以如下优化振动部分10的厚度t1和支撑部分20的厚度t2。图3A-图3C示出共鸣器1的位移分布和电荷分布。图3A示出共鸣器1的一个范例，其中谐振频率的半波长位置″a″(即，振动给出最大位移处的位移分布的波腹)位于下电极13内。图3B示出共鸣器1的另一个范例，其中谐振频率的半波长位置″a″位于下电极13的上表面(在或靠近压电元件11和下电极13之间的界面)。图3C示出共鸣器1的另一范例，其中谐振频率的半波长位置″a″位于压电元件11内。如本领域的人所熟知的，在振动部分10中，仅将压电元件11中的电荷转换成振动。因此，在图3A的共鸣器1中，下电极13中的电荷不是有效电荷。在图3C的共鸣器1中，尽管压电元件11中的总电荷增加了，因为反极性的电荷会相互抵消，有效电荷量会减少。因此，最好是图3B中所示的共鸣器1是最优选的高Q值的宽带共鸣器，它能减少由振动泄漏引起的能量损耗，同时有效地将电荷转换成振动。

然而，在实际产品中，与下电极13相连的互连模板所形成的厚度与下电极13的厚度相同。因此，形成互连模板的区域B的一部分的厚度等于支撑部分20和下电极13的总厚度。因此，如果如图3B所示谐振频率的半波长位置″a″位于下电极13的上表面，形成互连模板的区域B的一部分的谐振频率会与区域A的相一致，导致从区域A至区域B的振动泄漏。因此，在实践中最好将谐振频率的半波长位置″a″设置在下列不包括下电极13的上表面的位置的范围内。

图4A和图4B示出共鸣器1的实际设计。图4A和图4B示出在电极的厚度相对于压电元件11不可忽略(即，电极/压电元件＞0.01)的情况下支撑部分20的厚度和谐振频率的波长之间的示例关系。为了提高共鸣器1的Q值，最好是在导纳频率特性中谐振频率和反谐振频率之间的差尽可能地大。图4A示出支撑部分20的厚度t2同半波长的偏差与谐振频率和反谐振频率之差的关系。图4B示出是否可以为各支撑部分20的厚度t2与半波长的偏差量实现预定的频带滤波器。可以看出，当支撑部分20中厚度t2与半波长的比例在-30％至+20％的范围内时，可以获得在指定频带内没有非必要谐振的特性，从而可以实现通频带损耗小于等于1.5dB的滤波器特性。另外，如果厚度t2与半波长的比例在-20％至5％的范围内，可以实现小于等于1dB的通频带损耗。

如上所述，在本发明的第一共鸣器1中，整体上以一个波长模式振动的振动部分10和支撑部分20形成不同的厚度。另外，适当地调节振动部分10和空穴31之间大小及位置关系。因此，可以将振动部分10和支撑部分20设计成具有不同的谐振频率，从而能减少振动在水平方向上的传播。因此，可以得到振动部分10的谐振频率和反谐振频率之间没有伪成分的导纳频率特性。

在本发明的第一共鸣器中，振动部分10包括压电元件11、上电极12及下电极13。然而，该结构不局限于此，且除了压电元件11之外还可以在上电极12和下电极13之间形成介质薄膜14(图5)。如上所述通过将共鸣器设计成使厚度t2不等于谐振频率fr的半波长，也可以用该结构得到与上述相似的效果。如图5所示，只要厚度t2不等于谐振频率fr的半波长，形成介质薄膜14的位置就不限于上电极12和压电元件11之间。例如，可以在下电极13和压电元件11之间，或同时在上电极12与压电元件11之间及下电极13和压电元件11之间形成介质薄膜14。

第二共鸣器

图6A为示出本发明的第二共鸣器2的结构的剖视图。参见图6A，共鸣器2包括基片30、在基片30上形成的支撑部分20及在支撑部分20上形成的振动部分40。如图6A所示，共鸣器2包括振动部分40，而不是共鸣器1的振动部分10。现在将着重描述共鸣器2与共鸣器1的不同之处。

振动部分40包括采用诸如氮化铝之类的压电材料的压电元件11、在压电元件11的上表面上形成的上电极12及在压电元件11的下表面上形成的下电极13。在压电元件11和上电极12之间形成绝缘层44，从而使经过基片30的上电极12的互连部分与经过基片30的下电极13的互连部分彼此完全绝缘。提供绝缘层44用于防止下电极退化。绝缘层44的材料是诸如二氧化硅(SiO2)、氮化铝或氮化硅(SiN)之类的绝缘材料。

上述共鸣器2还设计成以一个波长模式振动并具有下列特征结构。空穴31的开口C的面积等于或大于振动部分40的水平横截面E的面积。振动部分40放置在支撑部分20上的某一位置1，使得振动部分40在基片30上的垂直突起容纳在空穴的开口C内。振动部分40的垂直厚度t1与支撑部分20的垂直厚度t2的和等于共鸣器2的谐振频率fr的一个波长。振动部分40的厚度t1不等于支撑部分20的厚度t2与厚度t3的和(t3是排好的上电极12与下电极13以及绝缘层44的总厚度)(t1≠t2+t3)。也就是说，确定的厚度使通过绝缘层44传过支撑部分20的上电极12的互连部分的上表面与半波长位置″a″的(振动的波腹)不一致。

如上所述，采用在其中形成绝缘层44的本发明的第二共鸣器2，可以将振动部分40和支撑部分20设计成具有不同的谐振频率，从而可以减少振动在水平方向上的传播。因此，可以获得在振动部分40的谐振频率和反谐振频率之间没有伪成分的导纳频率特性。形成上电极12的层的位置不限于图6A中所示的，还可以如图6B中所示的那样，这样可以防止上电极12退化。可以在图6A所示的上电极12上设置一个附加的绝缘层，在该情况下，共鸣器设计必须考虑到附加绝缘层的厚度。

第三共鸣器

图7为示出本发明的第三共鸣器3的结构的剖视图。参见图7，共鸣器3包括基片30、在基片30上形成的支撑部分50及在支撑部分20上形成的振动部分10。如图7所示，共鸣器3包括支撑部分50而不是共鸣器1的支撑部分20。现在将着重描述共鸣器3与共鸣器1的不同之处。

支撑部分50包括支撑层51、在支撑层51上形成的下电极53和在下电极53上形成的压电元件52。压电元件52采用诸如氮化铝之类的压电材料，这意味着在支撑部分50中形成一个不同于振动部分10的第二振动部分。在此情况下，振动部分10的下电极13用作中电极，该中电极也用作第二振动部分的上电极。设计共鸣器3最好使得压电元件52和下电极53设计成具有与振动部分10相等的水平横截面。因此，在共鸣器3中，在支撑部分50中设置包括压电元件52和下电极53的振动部分，从而可以有效地利用否则会泄漏至支撑部分50的振动。下电极53的材料可以是例如钼。

还可以将上述共鸣器3设计成以一个波长模式振动并具有下列特征结构。空穴31的开口C的面积等于或大于振动部分10的水平横截面部分D的面积或压电元件52的水平横截面部分F或下电极53的面积。支撑部分50和振动部分10放置成使在基片30上压电元件52和支撑部分50的下电极53的垂直突起和振动部分10的突起都容纳在空穴31的开口C中。振动部分10的垂直厚度t1与支撑部分50的垂直厚度t2的和等于共鸣器3的谐振频率fr的一个波长。振动部分10的厚度t1和支撑部分50的厚度t2相互不同。

同上述共鸣器1一样，也可以对振动部分10的垂直厚度t1与支撑部分50的垂直厚度t2进行优化。具体来说，确定的厚度使支撑部分50和下电极13之间的界面与半波长位置″a″(振动的波腹)不一致。图8A-图8C示出共鸣器3的位移分布和电荷分布。如图所示，因为可以振动共鸣器3的支撑部分50，增加了可以转换成振动的电荷量，从而减少了特性退化。

图9A和图9B示出共鸣器3的实际设计。图9A示出支撑部分50的厚度t2与半波长的偏差与谐振频率和反谐振频率之差的关系。图9B示出是否可以为各从半波长变化的支撑部分50的厚度t2与半波长不同的偏差量实现指定频带的滤波器。由此可见，采用厚度t2与半波长的比例在-40％至+40％范围内的支撑部分50，可以得到在指定频带中没有不必要的谐振的特性，从而可以实现通频带损耗等于或小于1.5dB的滤波器特性。另外，如果厚度t2与半波长的比例在-30％至20％的范围内，可以实现小于或等于1dB的通频带损耗。

如上所述，除了上述第一共鸣器的效果之外，采用在支撑部分50中形成振动部分的本发明的第三共鸣器3，可以将泄漏至支撑部分50的振动有效地从电能转换成机械能。如在图10A和图10B中分别所示的共鸣器4和4’中，同上述第二共鸣器一样，可以在本发明的第三共鸣器中配置绝缘层54。

第四共鸣器

图11为本发明的第四共鸣器5的结构的剖视图。参见图11，共鸣器5包括基片30、在基片30上形成的支撑部分60和在支撑部分60上形成的振动部分10。如图11所示，共鸣器5包括支撑部分60而不是共鸣器3的支撑部分50。现着重描述共鸣器5与共鸣器3的不同之处。

支撑部分60包括支撑层51、在支撑层51上形成的下电极63和在下电极63上形成的压电元件62。共鸣器5中压电元件和下电极的长度与共鸣器3不同。共鸣器5的压电元件62和下电极63大于空穴31的开口C。

也可以将上述共鸣器5设计成以一个波长模式振动并具有下列特征结构。空穴31的开口C的面积等于或大于振动部分10的水平横截面D的面积。振动部分10放置在支撑部分20的某个位置，以使得在基片30上振动部分10的垂直突起容纳在空穴31的开口C内。振动部分10的垂直厚度t1和支撑部分60的垂直厚度t2的和等于共鸣器5的谐振频率fr的一个波长。振动部分10的厚度t1和支撑部分60的厚度t2不相同。具体来说，厚度确定得使支撑部分60和下电极13之间的界面与半波长位置″a″(振动的波腹)不一致。

如上所述，除了上述第三共鸣器的效果之外，采用本发明的第四共鸣器5(其中振动部分10也是由在支撑部分60中形成的压电元件62和下电极63支撑的)提高了支撑部分60的强度可靠性。同样在共鸣器5中，还可以如图10A和10B所示的那样形成绝缘层。如果压电元件62和下电极63确保了足够的强度，则可以省略支撑层51。

上述第一至第四共鸣器中的任何一个或多个都可以用于形成滤波器。现在对采用了多个本发明的共鸣器的滤波器和使用那些滤波器的装置进行描述。

采用共鸣器的第一滤波器

图12A和图12B各示出一个采用本发明的共鸣器的本发明的第一滤波器7。参见图12A，滤波器7是以L形连接法相连的使用了本发明的第一和/或第二共鸣器的单级梯式滤波器。连接的第一共鸣器71用作串联谐振器。具体来说，第一共鸣器71串联在输入终端73和输出终端74之间。连接的第二共鸣器72用作并联谐振器。具体来说，第二共鸣器72接在输入终端73至输出终端74的通路和地平面之间。如果将第一共鸣器71的谐振频率设定得比第二共鸣器72高，就可以实现具有带通特性的梯式滤波器。第一共鸣器71的谐振频率和第二共鸣器72的反谐振频率最好基本相等或相近，这样就可能实现具有希望的通频带平直性的梯式滤波器。

虽然本发明第一滤波器是一个L形排列的梯式滤波器，其它排列类型包括T形、n形和格状排列也可以取得相似的效果。另外，本发明的梯式滤波器可以是图12A所示的单级梯式滤波器或图12B中所示的多级梯式滤波器。

采用共鸣器的第二滤波器

图13示出使用本发明的共鸣器的本发明的第二滤波器8。参见图13，滤波器18是采用本发明的第三和/或第四共鸣器的迭式滤波器。共鸣器81串联在输入终端83和输出终端84之间。共鸣器81的中极接地。因此，通过使用没有伪成分的共鸣器81，可能实现具有希望通频带平直度的迭式滤波器。

本发明的迭式滤波器可以是图13所示的单级迭式滤波器或多级迭式滤波器。另外，通过使用本发明的第一和/或第二共鸣器也可以取得相似的效果。

采用共鸣器的第一装置

图14示出使用本发明的共鸣器的第一装置9a。图14所示的装置9a是使用图12B所示的滤波器的双工器。该装置9a包括含多个共鸣器的Tx滤波器(传输滤波器)91、一个包括了多个共鸣器的Rx滤波器(接收滤波器)92和一个包括两条传输线路的移相电路93。因为Tx滤波器91和Rx滤波器92各为具有最佳频率分配的滤波器，可以得到具有诸如减少损耗之类的希望特性的双工器。各滤波器中滤波器的数量和共鸣器的级数不限于图14所示出的，还可以是其它适合的数量。

采用共鸣器的第二装置

图15示出使用本发明的共鸣器的第二装置9b。图15所示的装置9b为采用图14所示的双工器的通信设备。装置9b包括天线101、用于将两个频率信号彼此分开的分离器102和两个双工器103与104。双工器103或双工器104是如图14中所示的双工器。因此，通过采用具有诸如减少损耗的希望特性的双工器可能实现减少损耗的通信设备。

采用共鸣器的第三装置

图16示出使用本发明的共鸣器的第三装置9c。图16中所示的装置9c是使用了图12A、图12B或图13所示的滤波器的通信装置。装置9c包括两个天线111和112、用于在两频率信号之间切换的开关113和两个滤波器114和115。图16所示的通信设备与图15的通信设备的不同之处在于使用了开关113而不是分离器102，且使用了滤波器114和115取代了双工器103和104。用该配置还可能实现减少损耗的通信设备。

虽然详细描述了本发明，但上述说明只是全面的说明而非限定。应理解，还可以设计出多个其它变更和变化而不偏离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种在预定频率振动的共鸣器，其特征在于，包括：

振动部分，包括压电元件、在压电元件的上表面上形成的上电极，和在压电元件的下表面上形成的下电极；

其中形成有空穴的基片，所述空穴具有一面积等于或大于振动部分的水平横截面部分的开口；和

在振动部分和基片部分之间形成的支撑部分，其中：

振动部分设置在支撑部分的某一位置，以使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包容在空穴的开口内；  和

振动部分和支撑部分成形成它们的厚度彼此不同而垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，使得压电元件和下电极之间的界面与振动的波腹不一致。

2.如权利要求1所述的共鸣器，其特征在于，其中支撑部分的厚度与振动频率的半波长之比例在-30％至+20％的范围内。

3.如权利要求1所述的共鸣器，其特征在于，振动部分的上电极通过绝缘层扩展至压电元件的上表面，且确定的振动和支撑部分的厚度使得在支撑部分上形成的绝缘层的上表面和经绝缘层通过支撑部分的上电极的互连部分的上表面都与振动的波腹不一致。

4.一种在预定频率振动的共鸣器，其特征在于，包括：

振动部分，包括第一压电元件、设置在第一压电元件的上表面的上电极和设置在第一压电元件的下表面上的第一下电极；

其中形成有空穴的基片部分，该空穴具有一开口，开口面积等于或大于振动部分的横截面；和

在振动部分和基片部分之间形成的支撑部分，该支撑部分包括第二压电元件、设置在第二压电元件下表面的第二下电极，和形成在第二下电极的下表面上的支撑层，其中：

振动部分设置在支撑部分的某一位置，使得在基片部分上的振动部分的垂直突起包容在空穴的开口内；及

振动部分和支撑部分成形成它们的垂直厚度彼此不同，垂直厚度之和等于振动频率的一个波长，从而使第一压电元件和第一下电极之间的界面与振动的波腹不一致。

5.如权利要求4所述的共鸣器，其特征在于，其中支撑部分的厚度与振动频率的半个波长之比例在-40％至+40％的范围内。

6.如权利要求4所述的共鸣器，其特征在于，所述第二压电元件和第二下电极成形成使其水平横截面小于或等于空穴的开口的面积，从而使其在基片部分上的垂直突起包容在空穴的开口内。

7.如权利要求4所述的共鸣器，其特征在于，所述振动部分的上电极可通过绝缘层扩展到第一压电元件的上表面，并确定振动部分和支撑部分的厚度，使支撑部分上形成的绝缘层的上表面和通过绝缘层通到支撑部分的上电极的相连部分的上表面都与振动的波腹不一致。

8.一种滤波器，其特征在于，包括两个或两个以上阶梯式相连的如权利要求1或4所述的共鸣器。

9.一种双工器，其特征在于，包括：

传输滤波器，包括两个或两个以上阶梯式相连的如权利要求1或4所述的共鸣器；

接收滤波器，包括两个或两个以上阶梯式相连的如权利要求1或4所述的共鸣器；和

将传输滤波器与接收滤波器互连的移相电路。

10.一种通信设备，其特征在于，包括：

如权利要求9所述的第一双工器；

如权利要求9所述的第二双工器；和

用于分离第一双工器和第二双工器之间的信号的分离器。

11.一种通信设备，其特征在于，包括：

第一滤波器，包括两个或两个以上阶梯式相连的如权利要求1或4所述的共鸣器；

第二滤波器，包括两个或两个以上阶梯式相连的如权利要求1或4所述的共鸣器；和

用于将输入信号有选择地传给第一滤波器或第二滤波器的开关。

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