RU2073952C1 - Монолитный кристаллический фильтр - Google Patents
Монолитный кристаллический фильтр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2073952C1 RU2073952C1 RU9595106130A RU95106130A RU2073952C1 RU 2073952 C1 RU2073952 C1 RU 2073952C1 RU 9595106130 A RU9595106130 A RU 9595106130A RU 95106130 A RU95106130 A RU 95106130A RU 2073952 C1 RU2073952 C1 RU 2073952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric plate
- axis
- exciting electrodes
- electrodes
- filter
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 11
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- -1 lanthanum-helium Chemical compound 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000013338 intended final formulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/02007—Details of bulk acoustic wave devices
- H03H9/02015—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles
- H03H9/02039—Characteristics of piezoelectric layers, e.g. cutting angles consisting of a material from the crystal group 32, e.g. langasite, langatate, langanite
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/02—Details
- H03H9/125—Driving means, e.g. electrodes, coils
- H03H9/13—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials
- H03H9/132—Driving means, e.g. electrodes, coils for networks consisting of piezoelectric or electrostrictive materials characterized by a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
- H03H9/46—Filters
- H03H9/54—Filters comprising resonators of piezoelectric or electrostrictive material
- H03H9/56—Monolithic crystal filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Lenses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться при разработке устройств селекции сигналов по частоте. Изобретение решает задачу расширения частотного диапазона верхних частот. Монолитный кристаллический фильтр содержит пьезоэлектрическую пластину 1 из лантан-галиевого силиката, две пары перекрывающихся возбуждающих электродов 2, 3 и 4,5 и выводы 6. Увеличение верхних частот обеспечивается за счет выбора длины Lx и площади S возбуждающих электродов из соотношений 10,5 < Lx/H < 18; 84 < S/H2 < 200, где Н - толщина пьезоэлектрической пластины. Решается также задача снижения уровня побочных полос пропускания, что достигается поворотом пьезоэлектрической пластины вокруг нормали к главной грани в пределах 15o. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности пьезотехника, и может быть использовано в устройствах селекции сигналов по частоте, а также при разработке и изготовления среднеполосных монолитных фильтров (МФ).
Известен монолитный фильтр на кристаллической пластинке из лантан-галиевого силиката (ЛГС). Фильтр выполнен на прямом ХУ-срезе, относительные размеры возбуждающих электродов при этом равны
Lx/ H 6; Lz/ H 12,
где Lx размер электрода в направлении электрической оси Х,м;
Lz размер электрода в направлении оптической оси Z, м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м. [1]
Недостатком данного фильтра является относительно низкая средняя частота его полосы пропускания, которая не превышает 20 МГц, что обусловлено неоптимальностью выбора формы и размеров электродов по отношению к толщине пьезоэлектрической пластины. Кроме того, за пределами основной полосы пропускания известный монолитный фильтр имеет ряд побочных полос пропускания, которые снижают его избирательность.
Lx/ H 6; Lz/ H 12,
где Lx размер электрода в направлении электрической оси Х,м;
Lz размер электрода в направлении оптической оси Z, м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м. [1]
Недостатком данного фильтра является относительно низкая средняя частота его полосы пропускания, которая не превышает 20 МГц, что обусловлено неоптимальностью выбора формы и размеров электродов по отношению к толщине пьезоэлектрической пластины. Кроме того, за пределами основной полосы пропускания известный монолитный фильтр имеет ряд побочных полос пропускания, которые снижают его избирательность.
Известен также монолитный кристаллический фильтр [2] содержащий по крайней мере две пары перекрывающихся возбуждающих электродов, образующих акустически связанные резонаторы, размещенные на пьезоэлектрической пластине из ЛГС, угол между нормалью к главной грани которой и ее механической осью У выбран равным 1o50'± 1o, а длина и ширина возбуждающих электродов прямоугольной формы выбраны соответственно из соотношений 8,0 ≅ L/H ≅ 10,5; 6,5 ≅ L/H ≅ 8,0,
где Lx длина возбуждающих электродов в направлении оси Х,м;
Lz ширина возбуждающих электродов в направлении оси Z,м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м.
где Lx длина возбуждающих электродов в направлении оси Х,м;
Lz ширина возбуждающих электродов в направлении оси Z,м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м.
Этот монолитный кристаллический фильтр является наиболее близким к заявляемому по технической сущности, количеству сходных существенных признаков и достигаемому результату. Поэтому данное устройство принимаем за прототип и одновременно оно может служить базовым объектом.
Недостатками монолитного кристаллического фильтра [2] как и аналога [1] являются относительно низкая средняя частота полосы пропускания, не более 20 МГц, поскольку выбранные размеры длины и ширины возбуждающих электродов по отношению к толщине пластины не позволяют реализовать технологически малый зазор между электродами, который с ростом частоты при указанных соотношениях размеров электродов значительно уменьшается. Кроме того, с увеличением частоты происходит также снижение избирательности фильтра за счет увеличения уровня и количества побочных полос пропускания. А угол, выбранный между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и механической осью У равным 1o50'± 1 не обеспечивает высокой температурной стабильности средней частоты фильтра в широком диапазоне в области положительных температур.
Целью изобретения является расширение частотного диапазона в сторону верхних частот, повышение температурной стабильности средней частоты в широком диапазоне области положительных температур, а также повышение избирательности фильтра за счет снижения уровня побочных полос пропускания в полосах задерживания фильтра при сохранении максимальной полосы пропускания.
Это достигается за счет того, что в монолитном кристаллическом фильтре, содержащем по крайней мере два акустически связанных резонатора, каждый из которых образован двумя перекрывающимися возбуждающими электродами, размещенными на главных гранях пьезоэлектрической пластины из лантан-галиевого силиката среза YXl/ ±β, ось акустической связи между которыми размещена вдоль длины пьезоэлектрической пластины, согласно изобретению длина и площадь возбуждающих электродов выбраны соответственно из соотношений:
10,5 < Lx/H ≅ 18,
где Lx размер возбуждающих электродов вдоль длины пьезоэлектрической пластины, м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м;
84 < S/H2 ≅ 200,
где S площадь возбуждающих электродов, м2.
10,5 < Lx/H ≅ 18,
где Lx размер возбуждающих электродов вдоль длины пьезоэлектрической пластины, м;
Н толщина пьезоэлектрической пластины, м;
84 < S/H2 ≅ 200,
где S площадь возбуждающих электродов, м2.
Это достигается также за счет того, что в монолитном кристаллическом фильтре угол b между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью У в плоскости ZY выбран в пределах
-50'≅ β < 50',
где β угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y, град.
-50'≅ β < 50',
где β угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y, град.
Это достигается также за счет того, что в монолитном кристаллическом фильтре пьезоэлектрическая пластина имеет второй поворот вокруг нормали к главной грани, а угол a поворота между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и электрической осью Х выбран в пределах
0° < α ≅ 15°,
где α угол поворота между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и электрической осью Х, град.
0° < α ≅ 15°,
где α угол поворота между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и электрической осью Х, град.
Сравнение изобретения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в области пьезотехники не позволило выявить в них вышеуказанные отличительные признаки в качестве самостоятельных функциональных признаков, используемых в какой-либо иной совокупности признаков для решения вышеуказанных задач с достижением положительного эффекта. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
На фиг. 1 представлена конструкция пьезоэлемента монолитного кристаллического фильтра; на фиг. 2 экспериментальные зависимости температурного коэффициента средней частоты полосы пропускания фильтров в широкой области положительных температур; на фиг. 3 ориентация пьезоэлектрической пластины относительно кристаллографических осей кристалла ЛГС; на фиг. 4 в полярной системе координат нормированный относительно оси Z коэффициент акустический связи в плоскости ZX кристалла ЛГС.
Пьезоэлемент монолитного кристаллического фильтра (МКФ) содержит пьезоэлектрическую пластину 1, две пары перекрывающихся возбуждающих электродов 2,3 и 4,5 соответственно и выводы 6.
МКФ работает следующим образом. Напряжение высокой частоты подается на выводы возбуждающих электродов 2 и 3 входного частотного резонатора и вызывает в нем толщинно-сдвиговые колебания, которые за счет акустической связи передаются в соседний частный резонатор, образованный возбуждающими электродами 4 и 5, и поступают на выходные выводы 6 пьезоэлемента МКФ.
Для повышения высокочастотности в прототипе необходимо было бы уменьшать расстояние между электродами. Однако на частотах 18-20 МГц зазор уже составляет 100-120 мкм. Дальнейшее уменьшение зазора между электродами в прототипе не может быть реализовано технологически, поскольку электроды напыляются через маски, перемычку в которой сделать более тонкой не представляется возможным. Поэтому в заявленном устройстве было найдено иное техническое решение, а именно выбраны другие соотношения между длиной электродов в направлении оси акустической связи, а также между центрами электродов, выбор расстояний между которыми также определяет высокочастотность фильтра и ширину полосы пропускания. Однако для повышения средней частоты полосы пропускания фильтра форма электродов не имеет принципиального значения, т.е. электроды могут быть выполнены прямоугольной формы, в форме полуокружности, половины эллипса или другой формы. Поэтому существенными признаками для повышения средней частоты фильтра можно считать площадь электродов и длину электродов вдоль оси акустической связи, поскольку именно они определяют действующее расстояние между центрами электродов.
Экспериментально МКФ были выполнены на частоты 45 и 71 МГц. Величина длины электродов находилась в пределах 10,5Н < Lx ≅ 18H, где Н - толщина пьезоэлектрической пластины. При этом площадь электродов по отношению к квадрату толщины находилась также в пределах
84 < S/H2 ≅ 200.
84 < S/H2 ≅ 200.
В частности 3 фильтра, выполненные на частоту 71 МГц с полосой пропускания Df = 245 кГц, имели следующие значения параметров:
Lx/H 17,77; S/H2 187,83
Lx/H 15,43; S/H2 190,4
Lx/H 10,79; S/H2 145,5. При этом верхнее значение S 200Н2 позволяет реализовать фильтры на частотах до 80 МГц и выше, а минимальное значение S 84Н2 соответствует нижним частотам диапазона 25 МГц и ниже.
Lx/H 17,77; S/H2 187,83
Lx/H 15,43; S/H2 190,4
Lx/H 10,79; S/H2 145,5. При этом верхнее значение S 200Н2 позволяет реализовать фильтры на частотах до 80 МГц и выше, а минимальное значение S 84Н2 соответствует нижним частотам диапазона 25 МГц и ниже.
Экспериментальные зависимости температурного коэффициента средней частоты полосы пропускания (фиг.2) показывают, что наибольшей стабильностью в области положительных температур фильтры обладают при выборе -50′≅β< 50′. Выбор конкретной величины угла β должен производиться с учетом конкретных кристаллов и завода изготовителя.
С увеличением средней частоты полосы пропускания фильтра увеличивается также количество побочных полос пропускания и снижается величина их затуханий. Скомпенсировать величины затуханий побочных полос пропускания удается с помощью второго поворота пьезоэлектрической пластинки вокруг нормали к главной грани. При этом угол поворота a выбирается из условия α≅ 15°, в пределах которого практически не уменьшается коэффициент акустической связи. Большое значение коэффициента акустической связи позволяет не уменьшить ширину полосы пропускания и не снизить высокочастотность фильтра.
Claims (2)
1. Монолитный кристаллический фильтр, содержащий по крайней мере два акустически связанных резонатора, каждый из которых образован двумя перекрывающимися возбуждающими электродами, размещенными на главных гранях пьезоэлектрической пластины из лантан-галлиевого силиката среза YXl/± β, ось акустической связи между которыми размещена вдоль длины пьезоэлектрической пластины, отличающийся тем, что длина и площадь возбуждающих электродов выбраны соответственно из соотношений
10,5 <Lx/H ≅ 18,
где Lx размер возбуждающих электродов вдоль длины пьезоэлектрической пластины, м;
H толщина пьезоэлектрической пластины, м;
84 <S/H2 ≅ 200,
где S площадь возбуждающих электродов, м2;
β угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y, град.
10,5 <Lx/H ≅ 18,
где Lx размер возбуждающих электродов вдоль длины пьезоэлектрической пластины, м;
H толщина пьезоэлектрической пластины, м;
84 <S/H2 ≅ 200,
где S площадь возбуждающих электродов, м2;
β угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y, град.
2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что угол b между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y в плоскости ZY выбран в пределах
-50′= β<50′.
3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлектрическая пластина имеет второй поворот вокруг нормали к главной грани, а угол поворота α между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и ее электрической осью X выбран в пределах
0°< α ≅ 15°,
где α угол поворота между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и электрической осью X, град.
-50′= β<50′.
3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлектрическая пластина имеет второй поворот вокруг нормали к главной грани, а угол поворота α между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и ее электрической осью X выбран в пределах
0°< α ≅ 15°,
где α угол поворота между продольной осью симметрии пьезоэлектрической пластины и электрической осью X, град.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595106130A RU2073952C1 (ru) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | Монолитный кристаллический фильтр |
JP7212631A JPH08307200A (ja) | 1995-04-27 | 1995-07-27 | モノリシッククリスタルフィルタ |
EP96906115A EP0823783A4 (en) | 1995-04-27 | 1996-03-01 | MONOLITICAL CRYSTAL FILTER |
PCT/RU1996/000044 WO1996034454A1 (fr) | 1995-04-27 | 1996-03-01 | Filtre a cristal monolithique |
US08/981,036 US6005331A (en) | 1995-04-27 | 1996-03-01 | Monolithic crystal filter |
AU49593/96A AU4959396A (en) | 1995-04-27 | 1996-03-01 | Monolithic crystal filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9595106130A RU2073952C1 (ru) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | Монолитный кристаллический фильтр |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95106130A RU95106130A (ru) | 1997-01-20 |
RU2073952C1 true RU2073952C1 (ru) | 1997-02-20 |
Family
ID=20166924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9595106130A RU2073952C1 (ru) | 1995-04-27 | 1995-04-27 | Монолитный кристаллический фильтр |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6005331A (ru) |
EP (1) | EP0823783A4 (ru) |
JP (1) | JPH08307200A (ru) |
AU (1) | AU4959396A (ru) |
RU (1) | RU2073952C1 (ru) |
WO (1) | WO1996034454A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005025058A1 (fr) * | 2003-09-08 | 2005-03-17 | Andrei Nikolaevich Matsak | Resonateur piezoelectrique |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2352101B (en) * | 1999-07-13 | 2003-02-26 | Peter Kenneth Wall | Balanced monolithic resonators |
AT410737B (de) * | 2001-05-31 | 2003-07-25 | Avl List Gmbh | Piezoelektrisches resonatorelement der kristallographischen punktgruppe 32 |
US10355664B2 (en) | 2013-07-11 | 2019-07-16 | Schlumberger Technology Corporation | Resonator applications for langasite and its isomorphs |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1523518A (fr) * | 1966-04-11 | 1968-05-03 | Western Electric Co | Dispositif acoustique servant à transmettre de l'énergie entre deux circuits d'énergie |
SU997231A1 (ru) * | 1980-12-01 | 1983-02-15 | Предприятие П/Я Г-4149 | Монолитный пьезоэлектрический фильтр |
US4542355A (en) * | 1984-11-07 | 1985-09-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Normal coordinate monolithic crystal filter |
SU1780147A1 (ru) * | 1990-11-28 | 1992-12-07 | Nii Fonon | Mohoлиthый kpиctaлличeckий фильtp |
DE69221215T2 (de) * | 1991-05-27 | 1997-11-27 | Seiko Electronic Components | Drehschwingender Quarzkristallresonator |
AT401201B (de) * | 1994-03-03 | 1996-07-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Piezoelektrisches messelement |
US5847435A (en) * | 1995-02-14 | 1998-12-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Dynamic modulation of quantum devices |
US5578759A (en) * | 1995-07-31 | 1996-11-26 | Quartzdyne, Inc. | Pressure sensor with enhanced sensitivity |
EP0810725A3 (en) * | 1996-05-29 | 1999-10-27 | Santech Company, Limited | Wafer and surface acoustic wave device |
-
1995
- 1995-04-27 RU RU9595106130A patent/RU2073952C1/ru active
- 1995-07-27 JP JP7212631A patent/JPH08307200A/ja active Pending
-
1996
- 1996-03-01 WO PCT/RU1996/000044 patent/WO1996034454A1/ru not_active Application Discontinuation
- 1996-03-01 EP EP96906115A patent/EP0823783A4/en not_active Withdrawn
- 1996-03-01 AU AU49593/96A patent/AU4959396A/en not_active Abandoned
- 1996-03-01 US US08/981,036 patent/US6005331A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1780147, кл. Н 03 Н 9/56, 1990. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005025058A1 (fr) * | 2003-09-08 | 2005-03-17 | Andrei Nikolaevich Matsak | Resonateur piezoelectrique |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95106130A (ru) | 1997-01-20 |
AU4959396A (en) | 1996-11-18 |
JPH08307200A (ja) | 1996-11-22 |
WO1996034454A1 (fr) | 1996-10-31 |
EP0823783A1 (en) | 1998-02-11 |
EP0823783A4 (en) | 1999-10-27 |
US6005331A (en) | 1999-12-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS60126907A (ja) | 単一応答複合圧電振動素子 | |
CN210405249U (zh) | 一种滤波装置 | |
RU2073952C1 (ru) | Монолитный кристаллический фильтр | |
JP2000059175A (ja) | 表面波装置及びそれを用いた通信装置 | |
KR910001647B1 (ko) | 트랩형 에너지 공진기 | |
JPH02235422A (ja) | 厚み縦共振子 | |
JP2644855B2 (ja) | 弾性波フィルタ、及びそれを用いたアンテナ分波器 | |
RU175586U1 (ru) | Пьезоэлемент | |
TW486864B (en) | Surface acoustic wave device | |
JPH0158891B2 (ru) | ||
US6621194B1 (en) | Piezoelectric element having thickness shear vibration and mobile communication device using the same | |
JPS58687B2 (ja) | デンキキカイテキキヨウシンソウチ | |
WO2002101923A1 (fr) | Lame vibrante piezo-electrique et filtre utilisant cette derniere | |
US6842087B2 (en) | Three-terminal filter using area flexural vibration mode | |
RU2700374C1 (ru) | Пьезоэлектрический компонент для фильтра | |
JP2002009579A (ja) | 圧電共振子およびそれを用いた圧電フィルタ | |
JP3733020B2 (ja) | 圧電素子およびそれを用いた移動体通信装置 | |
JPS59213A (ja) | 弾性表面波装置 | |
SU1780147A1 (ru) | Mohoлиthый kpиctaлличeckий фильtp | |
JPH10215140A (ja) | 圧電共振子およびそれを用いた電子部品 | |
US11082030B2 (en) | High-pass filter and multiplexer | |
WO2022230723A1 (ja) | 弾性波装置 | |
WO2022211104A1 (ja) | 弾性波装置 | |
WO2022211103A1 (ja) | 弾性波装置及び弾性波装置の製造方法 | |
SU997231A1 (ru) | Монолитный пьезоэлектрический фильтр |