專利名稱：聲表面波濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于移動(dòng)通訊系統(tǒng)或類似系統(tǒng)所具有的高頻電路中的聲表面波(SAW)濾波器。


圖1示出了一種如5-267990(1993)號(hào)公開(Kokai)的日本專利所述的已有技術(shù)的SAW濾波器。在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示一個(gè)由LiNbO3制成的64°Y切割的沿x方向傳播的壓電基片，標(biāo)號(hào)2表示一組叉指換能器(IDT)，每一個(gè)叉指換能器(IDT)都是由沿SAW的傳播方向叉指式地排列在壓電基片1上的多個(gè)電極指構(gòu)成。IDT2包括一個(gè)輸入IDT21和一對(duì)輸出IDT22，其中輸入IDT21位于IDT2的中央并具有一個(gè)輸入端，輸出IDT22位于輸入IDT21的兩側(cè)并具有一個(gè)輸出端4。標(biāo)號(hào)5表示一對(duì)位于IDT2兩側(cè)的反射器，這對(duì)反射器用于把SAW限制在IDT2內(nèi)。
在圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器中，當(dāng)向輸入端3提供高頻電信號(hào)時(shí)，信號(hào)被傳給輸入IDT21并使壓電基片1產(chǎn)生諧振。其結(jié)果是，產(chǎn)生SAW，然后產(chǎn)生的SAW在壓電基片1上從輸入IDT21向反射器傳播。由于SAW被反射器5所反射并在反射器之間發(fā)生多次反射，所以會(huì)在一特定頻率(諧振頻率)上發(fā)生諧振。諧振的SAW的一部分在輸出IDT22處被接收并被輸出IDT22轉(zhuǎn)換成高頻電信號(hào)，然后由輸出端4輸出。
圖2表示了圖1所示的SAW濾波器與基片上沿x軸方向傳播的SAW在諧振頻率處的幅度的關(guān)系。在圖2中，原點(diǎn)O在左側(cè)反射器5的左端，x方向由此向右延伸。如圖2所示，諧振的SAW包括那些分別由實(shí)線和虛線表示的基片和三次對(duì)稱的SAW，其中這些模式的諧振頻率是不同的。通過將這些頻率之間的差設(shè)置為一個(gè)所要求的值，而獲得帶通濾波器特性。由于獲得這種特性的具體方法是公知的，所以這里就不重復(fù)說明了。
圖3示意性地表示了圖1所示的這樣一種SAW濾波器的頻率衰減特性(或衰減特性)。如圖3所示，在鄰近和高于一個(gè)通帶的地方有一個(gè)小的衰減頻率區(qū)域A。這是由于SAW在頻率區(qū)域A中以不同于基次和三次對(duì)稱模式的模式發(fā)生多次反射所產(chǎn)生的，頻率區(qū)域A略高于通帶，并由此產(chǎn)生假諧振。在遠(yuǎn)離通帶的頻率區(qū)域B中，由于該頻率區(qū)域中的SAW不能在輸入IDT21處充分諧振，因此，與區(qū)域A相比可以獲得很大的衰減。但是，在某些情況下，例如在一種移動(dòng)通訊裝置中，區(qū)域B中的衰減不可能大到足以滿足一種特定的需要。
為了增加通帶外的區(qū)域A和B的衰減，可以考慮把多個(gè)SAW濾波器串聯(lián)起來。但是，這種方法也會(huì)增加通帶中的衰減，因而也就增加了通帶中的插入損耗，所以，不能認(rèn)為這種方法是一種好方法。
在旨在降低插入損耗的一般SAW濾波器中，一般采用具有大的機(jī)電耦合系數(shù)(下面稱為“耦合系數(shù)”)的LiNbO3材料作為上面參照圖1所示的壓電基片1。但是，LiNbO3壓電基片具有相對(duì)大的基片聲速“V”的溫度系數(shù)“K”，這樣由此就會(huì)產(chǎn)生下列缺點(diǎn)。
假設(shè)SAW濾波器的諧振頻率為“f”，在壓電基片上傳播的SAW的波長為“λ”，則聲速V可以表示為V＝f·λ。因此，頻率變化量Δf與速度變化量ΔV成正比，或ΔV＝Δf·λ。速度變化量ΔV通過采用上述的溫度系數(shù)K還可以表示為ΔV＝K·V·/T，其中ΔT代表溫度變化量。從以上關(guān)系可以得到下面的關(guān)系式Δf＝K·f·ΔT(1)當(dāng)設(shè)定通帶的下限和上限頻率在正常溫度T0下為F1(T0)和Fu(T0)，即意味著通帶寬度等于Fu(T0)-F1(T0)和SAW濾波器工作在從T1到Tu的溫度范圍的時(shí)候，根據(jù)公式(1)，則在下限溫度T1處的下限頻率F1(T1)比F1(T0)小K·F1(T0)·(T0-T1)。即F1(T1)＝F1(T0)-K·F1(T0)·(T0-T1) (2)另一方面，根據(jù)公式(1)，在上限溫度Tu處的上限頻率Fu(Tu)會(huì)比Fu(T0)大K·Fu(T0)·(Tu-T0)。即Fu(Tu)＝Fu(T0)＋K·Fu·(Tu-T0)(3)基于以上理由，為了使攜帶式電話機(jī)這樣的采用SAW濾波器的裝置在整個(gè)可使用溫度范圍上滿足通帶寬度的一個(gè)規(guī)范值(下面稱為“規(guī)范通帶寬度”)，就需要把通帶寬度的設(shè)計(jì)值(下面稱為“設(shè)計(jì)通帶寬度”)設(shè)置得比規(guī)范通帶寬度更寬。要注意的是所需通帶中央頻率越高，通帶設(shè)計(jì)寬度的范圍就應(yīng)越大。
通過列舉具有1.5GHz通帶的攜帶式電話機(jī)的例子來對(duì)以上問題作進(jìn)一步說明。圖4是一個(gè)表格，表示的是為設(shè)計(jì)1.5GHz帶寬攜帶式電話機(jī)的接收器和發(fā)射器(接收和發(fā)射濾波器)所采用的帶通濾波器所要求的規(guī)范值。這些規(guī)范值是可使用的溫度范圍，中心頻率和通帶寬度。在本例中，對(duì)于接收濾波器規(guī)范通帶寬度和通帶的中心頻率f0分別是24MHz和1489MHz，因此，通帶的上限和下限頻率是1477MHz和1501MHz。在-20℃～+75℃的溫度范圍必須滿足這些規(guī)范值。
如果采用LiNbO3壓電基片作為接收帶通濾波器的壓電基片，且由于LiNbO3壓電基片的溫度系數(shù)K為70PPM，則由公式(2)和(3)在+30℃的常溫的條件下可以求得在-20℃下的下限頻率F1(-20)和在+75℃下的上限頻率Fu(+75)F1(-20)＝1477MHz－70PPM×24MHz×{30℃－(-20℃)}＝1477MHz-5MHz＝1472MHzFu(+75)＝1501MHz＋70PPM×24MHz×{＋75℃－30℃}＝1501MHz＋5MHz＝1506MHz因此，接收濾波器的設(shè)計(jì)通帶寬度變成比規(guī)范通帶寬度寬10MHz的34MHz。此外，在增加濾波器通帶寬度的情況下，其邊緣特性會(huì)變得平緩，因此很難在通帶外的頻率范圍上有足夠的衰減。在發(fā)射濾波器中存在與接收濾波器中相同的問題。
圖5是一個(gè)表格，表示的是關(guān)于接收和發(fā)射濾波器的溫度范圍、中心頻率、通帶寬度，通帶中的插入損耗和通帶外的衰減值的目標(biāo)設(shè)計(jì)值，其規(guī)范值表示在圖4中的表格中。從圖5中可以看到，對(duì)于接收濾波器，由于加寬的通帶寬度使邊緣特性是平緩的，所以，從1424MHz到1458MHz的頻率區(qū)域中目標(biāo)設(shè)計(jì)衰減值只有5dB。對(duì)于接收濾波器該頻率范圍在通帶的附近，而對(duì)于發(fā)射濾波器該頻率范圍覆蓋了目標(biāo)設(shè)計(jì)通帶。因此，有可能從接收器到發(fā)射器或從發(fā)射器到接收器產(chǎn)生干擾。
此外，對(duì)于接收濾波器，在遠(yuǎn)離通帶的從1602MHz到1637MHz的頻率范圍中目標(biāo)設(shè)計(jì)衰減值只有20dB。對(duì)于發(fā)射濾波器，可以推知在通帶外的相似的低衰減特性。
圖6(A)和6(B)是表示了一種一般SAW帶通濾波器的衰減特性的測量結(jié)果的圖形，這種SAW帶通濾波器具有圖1所示的結(jié)構(gòu)并滿足圖5所列舉的目標(biāo)設(shè)計(jì)值。即，這種SAW濾波器包括一個(gè)64°Y切割并具有x軸傳播特性的LiNbO3壓電基片，三個(gè)形成在壓電基片上的輸入和輸出IDT，和兩個(gè)在基片上位于IDT相對(duì)兩側(cè)的由250個(gè)電極指構(gòu)成的反射器。圖6(A)表示了通帶中的衰減特性，而圖6(B)表示了通帶外的衰減特性。從這些圖形中可以看出，由于通帶變寬而使邊緣特性平緩。
如上所述，已有技術(shù)的SAW濾波器具有這樣的問題，即由于壓電基片的溫度特性而使通帶外的衰減變小。而且，如果為了明顯增大通帶外的衰減而使多個(gè)SAW濾波器串聯(lián)連接，那么就會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)問題，即導(dǎo)致通帶中的插入損耗增大。除此之外，為了在整個(gè)預(yù)定溫度范圍中滿足規(guī)范通帶寬度而必須加寬SAW濾波器的通帶，因此，設(shè)置設(shè)計(jì)通帶寬度就變得很困難。
本發(fā)明的目的是提供一種改正了上述問題的SAW濾波器，由此使通帶中的插入損耗變小，使通帶外的衰減值變大，并使通帶寬度的設(shè)計(jì)變得容易。
這個(gè)目的由本發(fā)明的一個(gè)SAW濾波器實(shí)現(xiàn)，這個(gè)濾波器包括一個(gè)壓電基片；
至少四個(gè)輸入和輸出叉指換能器(IDT)，在所說的基片上沿SAW傳播方向交替排成一行并分別與所說的SAW濾波器的輸入和輸出端相連；和兩個(gè)反射器，位于所說的基片上所說的IDT相對(duì)的兩側(cè)，其中將位于相鄰的輸入和輸出IDT內(nèi)端的電極指中線之間的距離設(shè)置在從0.625λ到1.25λ的范圍內(nèi)，這里λ表示的是SAW濾波器諧振頻率的波長。
在這種濾波器中，輸入和輸出IDT的數(shù)量最好是等于或大于五的奇數(shù)，而且基片是36°Y切割并具有x軸SAW傳播特性的LiTaO3基片。
此外，在一種具體的SAW濾波器中，至少要附加一個(gè)諧振器，該諧振器具有一對(duì)分別與SAW濾波器的輸入或輸出端和輸入或輸出IDT相連的端點(diǎn)，設(shè)置諧振器的反諧振頻率與包括IDT和反射器的一個(gè)主濾波器部分的主高端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主高端旁瓣。諧振器最好構(gòu)成在基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
還有在另外一個(gè)具體實(shí)施的SAW濾波器中，附加至少一個(gè)諧振器，諧振器具有一對(duì)與SAW濾波器的輸入或輸出端和地分別相連的端點(diǎn)，設(shè)置諧振器的諧振頻率與包括IDT和反射器的主濾波器部分的主低端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主低端旁瓣。諧振器最好構(gòu)成在基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
在又一個(gè)具體SAW濾波器中，第一諧振器具有一對(duì)分別與SAW濾波器的輸入端和輸入IDT相連的端點(diǎn)，第二諧振器具有一對(duì)分別與SAW濾波器的輸出端和地相連的端點(diǎn)，其中設(shè)置第一諧振器的反諧振頻率與包括IDT和反射器的主濾波器部分的主高端旁瓣的頻率基本相同，設(shè)置第二諧振器的諧振頻率與主濾波器部分的主低端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主高端和低端旁瓣。第一和第二諧振器的每一個(gè)最好構(gòu)成在基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。能夠把第一諧振器的端點(diǎn)連接到輸出端上并把第二諧振器的端點(diǎn)連接到輸入端上和接地。
圖1表示的是已有技術(shù)的一種SAW濾波器的構(gòu)成；圖2是表示沿圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器的x軸的方向傳播的SAW的幅度的示意圖；圖3是表示圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器的衰減特性的示意圖；圖4是一個(gè)說明攜帶式電話機(jī)所用接收和發(fā)射濾波器中所要求的規(guī)范值的例子的表格；圖5說明的是在按照圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器構(gòu)成接收和發(fā)射SAW濾波器的情況中，與圖4所示的規(guī)范值相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值；圖6(A)和6(B)是表示圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器的衰減特性測量結(jié)果的圖形，構(gòu)成的SAW濾波器滿足圖5所示的設(shè)計(jì)值；圖7表示的是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成；圖8是表示沿圖7所示的SAW濾波器的x軸的方向傳播的SAW幅度的示意圖；圖9是一個(gè)表格，表示的是在按照圖7所示的第一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的接收和發(fā)射SAW濾波器的情況中，與圖4說明的規(guī)范值相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值；圖10說明的是圖7所示的第一個(gè)實(shí)施例的輸入和輸出IDT之間的關(guān)系，其中參考標(biāo)記L表示IDT的端部電極指中心之間的距離；圖11(A)和11(B)是表示按照圖7所示的第一個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的SAW濾波器的衰減特性測量結(jié)果的圖形；圖12表示的是按照本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例形成的SAW濾波器的構(gòu)成；圖13是說明在圖12所示的第二個(gè)實(shí)施例中使用的SAW諧振器的功能的示意簡圖；圖14(A)-14(C)是說明第二個(gè)實(shí)施例工作情況的示意圖，其中圖14(A)和14(B)分別表示的是第二個(gè)實(shí)施例的SAW諧振器和主濾波部分的衰減特性，圖14(C)說明的是第二個(gè)實(shí)施例的衰減特性；圖15(A)和15(B)是表示根據(jù)圖12所示的第二個(gè)實(shí)施例構(gòu)成的SAW濾波器衰減特性的測量結(jié)果的圖形；圖16說明的是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成；圖17是表示用在圖16所示的第三個(gè)實(shí)施例中的SAW諧振器的功能的示意簡圖；圖18(A)-18(C)是說明圖17所示的第三個(gè)實(shí)施例工作的示意圖，其中圖18(A)和18(B)分別表示了第三個(gè)實(shí)施例的SAW諧振器和主濾波部分的衰減特性，圖18(C)表示的是整個(gè)第三個(gè)實(shí)施例的衰減特性；圖19說明的是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成；圖20(A)和20(B)是說明圖19所示的第四個(gè)實(shí)施例工作情況的示意簡圖，它們分別表示的是主濾波部分和整個(gè)第四個(gè)實(shí)施例的衰減特性；和圖21說明的是本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成。
現(xiàn)在通過參照圖7-21，對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖7表示的是本發(fā)明的聲表面波(SAW)濾波器的一個(gè)實(shí)施例的構(gòu)成。在圖7中，參考標(biāo)號(hào)1表示的是由LiTaO3制成的36°Y切割并具有x軸傳播特性的壓電基片。與按圖1所示的已有技術(shù)使用的LiNbO3的耦合系數(shù)相比，LiTaO3的耦合系數(shù)更小。參考標(biāo)號(hào)2表示的是一組包括三個(gè)輸入IDT21和兩個(gè)輸出IDT22的IDT，其中輸入IDT21位于基片1的中央位置和本組的相對(duì)兩側(cè)，輸出IDT22位于中央輸入IDT和相對(duì)兩側(cè)的輸入IDT之間。因此，IDT2組由總計(jì)五個(gè)IDT組成，而且輸入IDT21和輸出IDT22沿SAW的傳播方向交替排列在壓電基片上。輸入IDT21與一個(gè)輸入端3相連而輸出IDT22與一個(gè)輸出端4相連。各個(gè)IDT是由多個(gè)電極指以一對(duì)所謂梳狀結(jié)構(gòu)的形式排列而成。參考標(biāo)號(hào)5表示兩個(gè)設(shè)置在IDT2相對(duì)的兩側(cè)并用于把SAW限制在IDT2中的反射器。參考標(biāo)號(hào)6表示位于輸入IDT21一側(cè)的電極指，參考標(biāo)號(hào)7表示位于輸出IDT22一側(cè)的電極指，其中電極指6和7彼此面對(duì)并相距“L”距離。下面參照圖10說明距離L的最佳值。
按照本實(shí)施例，IDT2由五個(gè)IDT組成，與圖1所示的包括三個(gè)IDT的已有技術(shù)相比它增加了兩個(gè)。這是因?yàn)橛捎诒緦?shí)施例所使用的LiTaO3壓電基片1的耦合系數(shù)比已有技術(shù)所使用的LiNbO3壓電基片的耦合系數(shù)更小并由此在本實(shí)施例中增加插入損耗，所以，通過增加IDT2的數(shù)量而對(duì)增加的插入損耗進(jìn)行補(bǔ)償。
在按照本實(shí)施例構(gòu)成的SAW濾波器中，由于關(guān)于SAW的諧振和接收的基本操作與圖1所示的已有技術(shù)的SAW濾波器的情況相同，所以，這里就不重復(fù)對(duì)它們的說明了。
圖8表示的是關(guān)于圖7所示的SAW濾波器的SAW在諧振頻率上沿傳播方向或x軸的幅度分布。如圖7所示，根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例，SAW是以由實(shí)線和虛線分別表示的基次和五次對(duì)稱波型產(chǎn)生的。在這些波型中諧振頻率彼此是不同的，通過使這些諧振頻率之間的差值為一個(gè)所要求的值而有可能得到一個(gè)SAW帶通濾波器。
圖9是一個(gè)表示采用了LiTaO3壓電基片的1.5GHz帶寬的接收/發(fā)射濾波器的目標(biāo)設(shè)計(jì)值的表格，其中與其相關(guān)聯(lián)的規(guī)范值列在圖4的表格中。這些目標(biāo)設(shè)計(jì)值是可使用的溫度范圍、中心頻率、通帶、通帶中的插入損耗和通帶以外范圍的衰減值。由于LiTaO3壓電基片的溫度系數(shù)K是+28PPM，頻率隨溫度的變化小于LiNbO3壓電基片的頻率隨溫度的變化，因此，采用前一個(gè)基片的SAW濾波器的通帶設(shè)計(jì)值小于采用后一個(gè)基片的SAW濾波器的通帶設(shè)計(jì)值。
例如，如果采用上面的公式(2)和(3)以及圖4所示的規(guī)范值計(jì)算LiTaO3SAW接收濾波器的設(shè)計(jì)帶通寬度，且由于可使用溫度范圍是從-20℃到+75℃，則通帶的下限頻率比1477MHz的規(guī)范值小2MHz(＝1477MHz×28PPM×(30℃－(-20℃)))而通帶的上限頻率比1501MHz的規(guī)范值大2MHz(＝1501MHz×28PPM×(75℃－30℃))。因此，如圖9所示，接收濾波器的設(shè)計(jì)通帶寬度為28MHz，即從1475MHz到1503MHz。雖然在LiTaO3SAW接收濾波器中目標(biāo)設(shè)計(jì)通帶寬度與規(guī)范值相比必須寬出4MHz，但與在LiNbO3SAW接收濾波器的情況中(見圖5)的34MHz相比，目標(biāo)通帶寬度要窄6MHz。
因此，在LiTaO3濾波器中邊緣特性是陡峭的，所以，在通帶以外范圍中的衰減比已有技術(shù)的LiNbO3SAW濾波器中的情況要大?？梢酝浦贚iTaO3發(fā)射濾波器中也具有相同的優(yōu)點(diǎn)。
圖10是圖7所示的具體SAW濾波器的IDT2的一部分的放大視圖。在這種SAW濾波器，把輸入和輸出IDT21和22的端部電極指6和7的中心間的距離選擇在從0.625λ到1.25λ的范圍中，其中λ是SAW的波長。這個(gè)距離范圍實(shí)際上通過準(zhǔn)備若干種圖7所示的且相對(duì)于距離L具有不同大小的SAW濾波器和測量其插入損耗和通帶寬度而已經(jīng)被確定。當(dāng)把距離L選擇在從0.625λ到1.25λ范圍內(nèi)的時(shí)候，由于SAW濾波器的輸入和輸出阻抗接近50Ω，所以，插入損耗變得比較小。另一方面，如果距離L超出了這個(gè)范圍，由于輸入和輸出阻抗與50Ω相差很遠(yuǎn)，所以，插入損耗變得更大。一般來說，一個(gè)用于微波頻帶(或等于或在UHF帶之上)的裝置的本征阻抗是50Ω，因此，通過如圖10所示把距離L設(shè)置在0.625λ到1.25λ的范圍內(nèi)，可以提供這種具有與外部電路相匹配的阻抗的SAW濾波器。
按照圖7所示的第一個(gè)實(shí)施例，并在具有圖9所列舉的目標(biāo)設(shè)計(jì)值和距離L在0.625λ到1.25λ范圍內(nèi)的條件下制造SAW濾波器的最終產(chǎn)品。即，作為IDT組2的五個(gè)IDT形成在36°Y切割并具有x軸傳播特性的LiTaO3壓電基片上，而且每一個(gè)都是由100個(gè)電極指構(gòu)成的兩個(gè)反射器位于基片上的IDT2相對(duì)的兩側(cè)。圖11(A)和11(B)表示了制出的SAW濾波器的衰減特性(或關(guān)于頻率-衰減特性)的測量結(jié)果，其中這些圖形分別說明了通帶內(nèi)和通帶外的特性。圖11(A)和11(B)與圖6(A)和6(B)相比較，很明顯與參照圖1所說明的已有技術(shù)相比，本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器會(huì)使通帶內(nèi)的插入損耗更小而通帶外的衰減更大。具有這些優(yōu)點(diǎn)的原因在于與已有技術(shù)相比，增加了IDT的數(shù)量，設(shè)計(jì)通帶寬度變窄了，而且邊緣特性陡峭了。
圖12說明的是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成。在圖12中，標(biāo)號(hào)1-5，21和22表示與圖7所示的第一個(gè)實(shí)施例的那些部分相同或相似的部分，標(biāo)號(hào)10表示一個(gè)主濾波器部分。即，主濾波器部分10的構(gòu)成與圖7所示的SAW濾波器相同并設(shè)置在36°Y切割并具有x軸傳播特性的LiTaO3壓電基片1上。在第二個(gè)實(shí)施例中，一對(duì)SAW諧振器8分別設(shè)置在輸入端3和輸入IDT21之間以及輸出端4和輸出IDT22之間。每個(gè)諧振器8都包括一個(gè)中央IDT23和位于IDT23相對(duì)的兩側(cè)的反射器9，并具有一對(duì)與輸入或輸出端3或4和輸入或輸出IDT21或22的端點(diǎn)。
現(xiàn)在說明第二個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的工作情況。從SAW濾波器的信號(hào)傳輸線路的角度考慮，SAW諧振器8的每一個(gè)(如圖13所示)串聯(lián)在輸入或輸出端3或4與主濾波器部分10之間。因此，輸入到輸入端3的具有諧振器8的諧振頻率fr的電信號(hào)基本沒有衰減地經(jīng)過諧振器8傳輸給輸出端4，而具有諧振器8的反諧振頻率fa的電信號(hào)基本傳輸不到輸出端4，在fa處衰減最大。
圖14(A)說明的是上面的諧振器8的這樣的衰減(或傳輸)特性。同時(shí)，圖12所示的主濾波器部分10呈現(xiàn)出圖14(B)所表明的衰減特性并在剛高于通帶的頻率fs1上有一個(gè)旁瓣，或一個(gè)主高端旁瓣。主濾波器部分10的衰減特性與圖11(A)和11(B)所示的及結(jié)合第一個(gè)實(shí)施例說明的衰減特性相同。
這里要注意的是如果具有一對(duì)端點(diǎn)的SAW諧振器8和圖12所示主濾波器部分10是如此構(gòu)成的話，即圖14(A)所示的衰減極限的反諧振頻率fa與圖14(B)所示的主高端旁瓣的頻率fs1相等，且由于SAW諧振器8和主濾波器部分10彼此串聯(lián)連接，那么，在主濾波器部分10的頻率fs1處的旁瓣將被SAW諧振器8的頻率fa上的衰減極限所抑制，因此，如圖14(C)所示在通帶外更高一側(cè)的衰減將變得更大。
此外，由于諧振器8的諧振頻率fr將出現(xiàn)在主濾波器部分10的通帶內(nèi)，所以，在通帶內(nèi)因把諧振器8附加到主濾波器部分10上所引起的附加的插入損耗很小。因此，與多個(gè)主濾波器部分10連接成多級(jí)的情況相比可以降低通帶內(nèi)的總的插入損耗。
根據(jù)以上說明，這樣構(gòu)成圖12所示的第二個(gè)實(shí)施例，即SAW諧振器8的反諧振頻率fa與主濾波器部分10的主高端旁瓣的頻率fs1基本相同，由此可以得到圖14(C)所示的衰減特性。很顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的專家來講，可以去掉第一個(gè)實(shí)施例中諧振器8的任何一個(gè)。
圖15(A)和15(B)表示的是一種SAW濾波器衰減特性的測量結(jié)果，構(gòu)成這種SAW濾波器是為了用于按照第二個(gè)實(shí)施例進(jìn)行測試。用與第一個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器相同的方式構(gòu)成壓電基片1和主濾波器部分10。以這樣的方式構(gòu)成每一個(gè)SAW諧振器8，即中心IDT23由161個(gè)電極指組成，每一個(gè)反射器9由100個(gè)電極指組成。而且，諧振器8的反諧振頻率fa設(shè)置為1535MHz。從圖15(A)和15(B)知道，在第二個(gè)實(shí)施例的通帶中的插入損耗與圖11(A)和11(B)所示的幾乎相同，而且在通帶外的1535MHz的附近的衰減值很大。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例，提供了一種在通帶內(nèi)具有低插入損耗而且在通帶外具有高衰減的SAW濾波器。既使從第二個(gè)實(shí)施例中去掉諧振器8中的一個(gè)，其工作和功能也基本保持不變。
下面說明本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例。圖16表示第三個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成。在圖16中，所有參照標(biāo)號(hào)與圖12所示的第二個(gè)實(shí)施例的參照標(biāo)號(hào)相同，在第三個(gè)實(shí)施例中的每個(gè)SAW諧振器8的一對(duì)端點(diǎn)分別連接在輸入或輸出端3或4和地之間，而在第二個(gè)實(shí)施例中每個(gè)SAW諧振器8的端點(diǎn)分別連接在輸入或輸出端3或4和輸入或輸出IDT21或22之間。即，在第三個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器中，與第一個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器相同的主濾波器部分10設(shè)置在36°Y切割并具有x軸傳播特性的LiTaO3壓電基片1上，每個(gè)諧振器8都包括有中心IDT23和反射器9的SAW濾波器與輸入和輸出IDT21和22并聯(lián)連接。即它們各自成對(duì)的端點(diǎn)與輸入和輸出端3和4及地相連。
在第三個(gè)實(shí)施例中，從信號(hào)傳輸線路的角度考慮，如圖17所示，每一個(gè)SAW諧振器8都構(gòu)成了一個(gè)具有兩對(duì)端點(diǎn)的并聯(lián)線路網(wǎng)絡(luò)，其中各端點(diǎn)對(duì)與輸入端3和地及輸出端和地相連，如圖17所示，輸入到輸入端3的具有反諧振頻率fa的電信號(hào)無衰減地傳輸?shù)捷敵龆?，而具有諧振頻率fr的電信號(hào)經(jīng)諧振器8傳輸?shù)降囟硕静粋鬏數(shù)捷敵龆?，從而導(dǎo)致衰減極限。即，其呈現(xiàn)出圖18(A)所示的衰減特性。
第三個(gè)實(shí)施例中的主濾波器部分10具有和圖11(A)和11(B)所示的及結(jié)合第一個(gè)實(shí)施例說明的相同的衰減(或傳輸)特性，并呈現(xiàn)如圖18(B)所示的在通帶外的頻率fs2上具有主低端旁瓣這樣的衰減特性。
在這里要注意的是，如果這樣構(gòu)成SAW諧振器8和主濾波器部分10的話，即圖18(A)中的諧振頻率fr與圖18(B)中的主低端旁瓣的頻率相同的話，那么就可以通過圖18(C)所示的頻率fr的衰減極限使主低端旁瓣得到抑制，這是因?yàn)橹鳛V波器部分10與SAW諧振器8是并聯(lián)的。因此，采用該SAW濾波器會(huì)增加通帶外低側(cè)的衰減。
在這種關(guān)系中，由于SAW諧振器8的反諧振頻率fa包括在主濾波器部分10的通帶中，所以由插入諧振器8引起的在通帶中的附加的插入損失會(huì)很小。因此，與多級(jí)聯(lián)接的主濾波器部分10相比，在第三個(gè)實(shí)施例的通帶中的總插入損失是很小的。對(duì)本領(lǐng)域的任何專家都是顯而易見的是，既使去掉諧振器中的一個(gè)，也可以得到相似的工作性能和優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例，提供了一種呈現(xiàn)有大的主低端旁瓣衰減特性但在通帶內(nèi)卻保持了低插入損失的SAW濾波器。
圖19說明的是本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成。在圖19中，所有與圖12或16中相對(duì)應(yīng)的部分采用相同標(biāo)號(hào)，輸入端的諧振器8接法與圖12同，輸出端的諧振器8接法與圖16同。即在第四個(gè)實(shí)施例中，主濾波器部分10設(shè)置在36°Y切割并具有x軸傳導(dǎo)特性的LiTaO3壓電基片上，每一個(gè)SAW諧振器8都包括中心IDT23和位于其相對(duì)的兩側(cè)的反射器5，SAW諧振器8在輸入側(cè)連接在輸入端3和輸入IDT21之間，而在輸出側(cè)連接在輸出端4和地之間。換句話講，SAW諧振器在輸入和輸出側(cè)分別與主濾波器部分10的輸入IDT21和輸出IDT22串、并聯(lián)連接。
在第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器中，位于輸入側(cè)并與輸入IDT21串聯(lián)連接的SAW諧振器8呈現(xiàn)出如圖14(A)所示這樣的衰減特性，如結(jié)合第二個(gè)實(shí)施例說明的那樣。另一方面，位于輸出側(cè)并與輸出IDT22并聯(lián)連接的SAW諧振器8呈現(xiàn)出如圖18(A)所示這樣的衰減特性，如結(jié)合第三個(gè)實(shí)施例說明的那樣。
同時(shí)，在第四個(gè)實(shí)施例中主濾波器部分10呈現(xiàn)出如圖20(A)所示的和圖14(B)和18(B)所示相同的這樣的衰減特性，并在通帶外的頻率fs1和fs2上具有主高端和低端旁瓣。
還這樣構(gòu)成第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器，即由位于輸入側(cè)的SAW諧振器8呈現(xiàn)的衰減極限的頻率fa(見圖14(A))與由主濾波器部分10呈現(xiàn)的主高端旁瓣的頻率fs1(見圖20A)基本相等，以便通過衰減極限抑制主高端旁瓣，并且由位于輸出側(cè)的SAW諧振器8呈現(xiàn)的衰減極限的頻率fr(見圖18(A))與由主濾波器部分10呈現(xiàn)的主低端旁瓣的頻率fs2(見圖20(A))基本相等，以通過衰減極限抑制主低端旁瓣，這和結(jié)合第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)施例說明的一樣。因此，第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器能夠呈現(xiàn)有這樣的特性，即通帶外的衰減值很大。
此外，通過如上所述設(shè)定fa＝fs1和fr＝fs2，使位于輸入側(cè)的SAW諧振器8的諧振器fr(見圖14(A))和位于輸出側(cè)的SAW諧振器8的反諧振頻率fa(見圖18(A))會(huì)包含在主濾波器部分10的通帶中，因此，與多個(gè)主濾波器部分10多級(jí)串聯(lián)連接的情況相比，由插入SAW諧振器8引起的在通帶中的附加插入損失會(huì)變小。
如上所述，第四個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器能夠呈現(xiàn)如圖20(B)所示這樣的衰減特性，因此，其具有在通帶內(nèi)插入損失低但在通帶外衰減大的特性。
圖21說明的是本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的SAW濾波器的構(gòu)成。在第五個(gè)實(shí)施例中，其構(gòu)成與圖19所示的第四個(gè)實(shí)施例基本相同，與第四個(gè)實(shí)施例形成對(duì)比的是，在第五個(gè)實(shí)施例中位于輸入側(cè)的SAW諧振器8連接在輸入端3和地之間，而位于輸出端的SAW諧振器8連接在輸出端4和主濾波器部分10的輸出IDT22之間。
在第五個(gè)實(shí)施例中，主濾波器部分10呈現(xiàn)有如圖20(A)(或圖14(B)或18(B))所示這樣的衰減特性，在輸入側(cè)和輸出側(cè)所構(gòu)成的SAW諧振器8分別呈現(xiàn)有結(jié)合第三個(gè)實(shí)施例和第二個(gè)實(shí)施例說明的并由圖18(A)和14(A)所示的這樣的衰減特性。還有在第五個(gè)實(shí)施例中，設(shè)定位于輸入側(cè)的SAW諧振器8的如圖18(A)所示的衰減極限的頻率fr與主濾波器部分10的主低端旁瓣(見圖20(A))的頻率fs2相等，而且設(shè)定位于輸出側(cè)的SAW諧振器8的如圖14(A)所示的衰減極限的反諧振頻率fa與主高端旁瓣的頻率fs1(見圖20(A))相等。
由于位于輸入側(cè)的SAW諧振器8與主濾波器部分10的輸入IDT21相互并聯(lián)連接和位于輸出側(cè)的SAW諧振器8與主濾波器部分10的輸出IDT22相互串聯(lián)連接，所以，通過在fr和fa處的衰減極限可以使主濾波器部分10在頻率fs2和fs1的高端和低端旁瓣得到抑制，由此可以增大通帶外的衰減。
此外，由于位于輸入側(cè)的SAW諧振器8的反諧振頻率fa(在圖18(A))和諧振頻率fr(在圖14(A))都包含在通帶內(nèi)，所以，采用上述構(gòu)成不會(huì)使由插入SAW諧振器8所引起的在通帶內(nèi)的附加插入損失增加太多。因此，與主濾波器部分10是多級(jí)連接的情況相比，可以使通帶內(nèi)的總插入損失變小。由第五個(gè)實(shí)施例會(huì)得到如圖20(B)所示的衰減特性，因此，與第四個(gè)實(shí)施例相似，會(huì)提供一種在通帶內(nèi)插入損失低而在通帶外衰減大的SAW濾波器。
已經(jīng)說過在以上各實(shí)施例中采用的是36°Y切割并具有x軸傳播特性的LiTaO3壓電基片。但是，其它的壓電基片也可以用于本發(fā)明，只要SAW濾波器的可使用溫度范圍窄或?qū)弘娀臏囟认禂?shù)的要求不那么嚴(yán)格即可。
此外，為了和已有技術(shù)中在主濾波器部分10中采用三個(gè)IDT的情況相比減少通帶內(nèi)的插入損失，主濾波器部分10的IDT的數(shù)量不局限為只是五個(gè)，而是可以超過或等于四個(gè)。
在以上各實(shí)施例中可以互換輸入和輸出端3和4，在這種情況下初始SAW濾波器的衰減特性會(huì)自然得到保持。還可以作這樣的改進(jìn)，即把兩個(gè)SAW諧振器8和主濾波器部分10設(shè)置在不同的壓電基片上，或諧振器8由離散部件構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，會(huì)得到下列優(yōu)點(diǎn)由于SAW濾波器或主濾波器部分的IDT數(shù)量超過或等于四，所以，可以提高電信號(hào)和SAW的相互轉(zhuǎn)換效率。此外，由于如圖10所示已經(jīng)把IDT相對(duì)的最內(nèi)側(cè)的電極指之間的距離L選定在從0.625λ到1.25λ的范圍，所以，SAW濾波器的輸入和輸出阻抗幾乎為50Ω，由此可以使通帶內(nèi)的插入損失變小。
通過選擇IDT數(shù)量為一個(gè)超過五的奇數(shù)，可以提高電信號(hào)與SAW之間的相互轉(zhuǎn)換效率，由此可以進(jìn)一步減少通帶內(nèi)的插入損失，又由于IDT組的結(jié)構(gòu)可以是相對(duì)于作為中心的中央IDT為對(duì)稱的，所以，可以如此提高SAW濾波器設(shè)計(jì)的自由度使得設(shè)計(jì)更容易。
通過經(jīng)連接在SAW濾波器的輸入端和/或輸出端與主濾波器部分的輸入IDT和/或輸出IDT之間的諧振器把它們連接起來，有可能把諧振器的衰減極限的位置(或頻率)疊加在由主濾波器部分所產(chǎn)生的主高端旁瓣上，由此，可以增大通帶外的高端的衰減。此外，通過經(jīng)連接在端點(diǎn)和地之間的諧接器把SAW濾波器的輸入端和/或輸出端與輸入IDT和/或輸出IDT相連，能夠把諧振器衰減極限的位置疊加在由主濾波器部分所產(chǎn)生的主低端旁瓣的位置上，由此增大通帶外低側(cè)的衰減。
此外，通過經(jīng)連接在端點(diǎn)和地之間的諧振器把SAW濾波器的輸入和輸出端中的一個(gè)與主濾波器部分相對(duì)應(yīng)的輸入或輸出IDT相連，和通過經(jīng)連接在其它端和相對(duì)應(yīng)的輸出或輸入IDT之間的諧振器而把它們連接起來，有可能使諧振器衰減極限的位置疊加在分別在主濾波器部分產(chǎn)生的主高端和低端旁瓣上，由此可以增大通帶外低側(cè)和高側(cè)的衰減。
除上述之外，通過將諧振器構(gòu)成這樣的SAW諧振器，即讓其由設(shè)置在一塊壓電基片上的IDT和設(shè)置在基片上IDT相對(duì)的兩側(cè)的反射器組成，就能夠把濾波器主體和諧振器設(shè)置在同一個(gè)壓電基片上，由此可以獲得一個(gè)大小緊湊的SAW濾波器。
此外，通過36°Y切割和具有x軸傳播特性的LiTaO3壓電基片作為相應(yīng)的壓電基片，使SAW濾波器的頻率隨溫度的變化很小，由此使通帶寬度的設(shè)計(jì)更容易。
就以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步理解的是在不離開本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以有其它各種變化和改進(jìn)。例如，根據(jù)外部電路的阻抗，SAW濾波器的輸入和輸出阻抗可以設(shè)置為不是50Ω。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波(SAW)濾波器，包括一個(gè)壓電基片；至少四個(gè)輸入和輸出叉指換能器(IDT)，它們沿SAW傳播方向交替排列在所說的基片上并分別與所說的SAW濾波器的輸入和輸出端相連，和兩個(gè)反射器，位于所說的基片上的所說的IDT相對(duì)的兩側(cè)，其中在相鄰的輸入和輸出IDT內(nèi)端的電極指中線之間的距離被設(shè)定在從0.625λ到1.25λ的范圍內(nèi)，其中λ是所說的SAW濾波器諧振頻率的波長。
2.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，其中所說輸入和輸出IDT的數(shù)量為等于或大于五的奇數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，還包括至少一個(gè)諧振器，該諧振器具有一對(duì)分別與所說的SAW濾波器的所說輸入或輸出端和所說的輸入或輸出IDT相連的端點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種SAW濾波器，把所說諧振器的反諧振頻率設(shè)置成與由所說的IDT和反射器組成的主濾波器部分的主高端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主高端旁瓣。
5.如權(quán)利要求3所述的一種SAW濾波器，其中所說的諧振器形成在所說的基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于該IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，還包括至少一個(gè)具有一對(duì)分別與所說的SAW濾波器的所說的輸入或輸出端和地相連的端點(diǎn)的諧振器。
7.如權(quán)利要求6所述的一種SAW濾波器，把所說的諧振器的諧振頻率設(shè)定為與由所說的IDT和反射器組成的主濾波器部分主低端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主低端旁瓣。
8.如權(quán)利要求6所述的一種SAW濾波器，其中所說的諧振器形成在所說的基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于該IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
9.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，還包括一個(gè)第一諧振器，具有一對(duì)分別與所說的SAW濾波器的所說輸入端和所說的輸入IDT相連的端點(diǎn)；和一個(gè)第二諧振器，具有一對(duì)分別與所說的SAW濾波器的所說輸出端和地相連的端點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的一種SAW濾波器，其中把所說的第一諧振器的反諧振頻率設(shè)定為與由所說的IDT和反射器組成的主濾波器部分主高端旁瓣的頻率基本相同，而且把所說第二諧振器的諧振頻率設(shè)定的與所說的主濾波器部分主低端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主高端和低端旁瓣。
11.如權(quán)利要求10所述的一種SAW濾波器，其中所說第一和第二諧振器中的每一個(gè)都形成在所說的基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于該IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
12.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，還包括一個(gè)第一諧振器，具有一對(duì)分別與所說SAW濾波器的所說輸出端和所說的輸出IDT相連的端點(diǎn)；和一個(gè)第二諧振器，具有一對(duì)分別與所說SAW濾波器的所說輸入端和地相連的端點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求12所述的一種SAW濾波器，其中把所說第一諧振器的反諧振頻率設(shè)定為與由所說IDT和反射器組成的主濾波器部分主高端旁瓣的頻率基本相同，并把所說第二諧振器的諧振頻率設(shè)定得與所說主濾波器部分的主低端旁瓣的頻率基本相同，由此抑制主高端和低端旁瓣。
14.如權(quán)利要求12所述的一種SAW濾波器，其所說的第一和第二諧振器的每一個(gè)都形成在所說的基片上并包括一個(gè)IDT和兩個(gè)位于該IDT相對(duì)兩側(cè)的反射器。
15.如權(quán)利要求1所述的一種SAW濾波器，其中所說的基片是由36°Y切割并具有x軸SAW傳播特性的LiTaO3制成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SAW濾波器，其包括在一個(gè)壓電基片上的兩個(gè)反射器和在兩個(gè)反射器之間的一組叉指換能器(IDT)，其中IDT包括至少四個(gè)沿SAW傳播方向交替排列在基片上的輸入IDT和輸出IDT以提高電信號(hào)和SAW之間的轉(zhuǎn)換效率。此外，相鄰輸入和輸出IDT的端部電極指中線之間的距離被設(shè)定在從0.625λ到1.25λ(λSAW的波長)的范圍內(nèi)以確定SAW濾波器的輸入和輸出阻抗。
文檔編號(hào)H03H9/00GK1134626SQ9610370
公開日1996年10月30日 申請日期1996年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月22日
發(fā)明者村井康治 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社