專利名稱：聲表面波濾波器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種聲表面波濾波器，尤其涉及一種用在高頻段的聲表面波濾波器。
近來，人們已經(jīng)對可以用在濾波器中的聲表面波器件進行了深入的研究。為了適應近年來移動通信的發(fā)展和頻率的升高，人們對聲表面波器件進行了深入的開發(fā)。
人們已經(jīng)知道現(xiàn)有技術(shù)的幾種濾波器，這些濾波器是用聲表面波器件構(gòu)成，并用在高頻段，尤其是用在幾百兆赫的頻段的。這種濾波器典型例子如下所述所謂梯型的、并且是用多個聲表面波諧振器構(gòu)成的濾波器，見日本專利公開SHO52-19044中所揭示的濾波器；所謂多電極型的濾波器，如日本專利公開SHO-154917中所揭示的濾波器；以及所謂縱向模式型、并且其中的聲表面波諧振器呈并置而且諧振器之間采用耦合的濾波器，比如日本專利公開HEI3-222512、SHO61-230419和HEI1-231417中揭示的濾波器。大多數(shù)這種濾波器處理不平衡信號，并設置成具有特征阻抗50Ω，以便滿足用戶要求。
近年來，人們開始著手進行平衡高頻電路的工作，以便改進電路的性能。例如在便攜電話之類的高頻電路中，把不平衡電路用在高頻側(cè)，而把平衡電路用在低頻側(cè)。當電路為平衡電路時候，優(yōu)點是增進了抗噪聲性，并且電路可以用更低的電壓驅(qū)動。然而這樣一種平衡結(jié)構(gòu)要求電路元件可用于平衡電路。在現(xiàn)有技術(shù)不平衡類型的電路中，電路元件具有50Ω的輸入/輸出阻抗。但是當電路為平衡電路時，阻抗并不是一直是50Ω。尤其是在從不平衡電路到平衡電路的過渡段，電路元件必須在輸入端處具有不平衡端子，而在輸出端具有平衡端子。一種這種電路元件的例子是平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器(balun)。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器具有一種控制平衡端子和不平衡端子阻抗的結(jié)構(gòu)。然而當要采用現(xiàn)有技術(shù)的電路(即不平衡電路)時，就不必要有平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器。所以，當使用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器來將現(xiàn)有技術(shù)的電路變成平衡電路時，產(chǎn)生的缺點是電路元件的成本增大，并且需要安裝區(qū)。
為此，發(fā)明人想到，可以把這樣一個功能或者由平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器所執(zhí)行的功能加到通常所使用的聲表面波濾波器中去。首先，發(fā)明了縱向式模型濾波器的改進，用作接收不平衡信號而輸出平衡信號或者反過來接收平衡信號而輸出不平衡信號的系統(tǒng)。通常，縱向模式型的濾波器構(gòu)造如

圖10所示。所有的輸入叉指式換能器1001和輸出叉指式換能器1002-1和1002-2都一直使用，而每個電極的兩個端子中的一個端子接地(換言之，輸入和輸出端都處理不平衡信號)。根據(jù)聲表面波產(chǎn)生的原理，即使當將在相位上相互偏移180度的信號分別施加到兩個端子或者將平衡信號輸入到這兩個端子時，電信號/表面波轉(zhuǎn)換也應當起作用。在聲表面波/電信號轉(zhuǎn)換時還考慮到聲表面波傳播時叉指式換能器的兩個端子處的相位相互偏移了180度，并且輸出平衡信號。所以，采用這樣一種結(jié)構(gòu)時，可以得到一種輸入信號是不平衡信號而輸出信號是平衡信號(或者反之)的結(jié)構(gòu)。
很清楚，輸入阻抗和輸出阻抗依賴于叉指式換能器的縫隙長度與對數(shù)的乘積。乘積值較大時，阻抗較低，而乘積較小時，阻抗較高。然而，叉指式換能器的對數(shù)與濾波器的帶寬密切相關。例如，當對數(shù)較小時，濾波器的帶寬趨向于更寬，而當對數(shù)較大時，濾波器的帶寬趨向于更窄。實際使用時，必須事先確定所需帶寬。因此，對數(shù)具有很小的自由度。當輸入叉指式換能器的縫隙長度與輸出叉指式換能器的縫隙長度不同時，或者對叉指式換能器中的一個或兩個的縫隙長度加權(quán)時，可以控制輸入阻抗和輸出阻抗。這樣，按照本發(fā)明，就得到了適于平衡電路的聲表面波濾波器。另外，還可以獲得輸入阻抗和輸出阻抗可以設定成具有不同值的聲表面波濾波器。
圖1是本發(fā)明實施例1的聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是一例用在實施例1中的測量電路圖。
圖3是另一例用在實施例1中的測量電路圖。
圖4是本發(fā)明實施例2的聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是本發(fā)明實施例3的聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是一例用在實施例3中的測量電路圖。
圖7是本發(fā)明實施例4的聲表面波濾波器個結(jié)構(gòu)圖。
圖8是本發(fā)明實施例5的聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖9是一例用在實施例5中的測量電路圖。
圖10是現(xiàn)有技術(shù)的聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
圖11描述的是現(xiàn)有技術(shù)聲表面波濾波器的特性。
圖12描述的是本發(fā)明實施例1的聲表面波濾波器的特征。
圖13描述的一例對本發(fā)明實施例5中縫隙長度加權(quán)的方法。
圖14描述的另一例對本發(fā)明實施例5中縫隙長度加權(quán)的方法。
圖15是本發(fā)明實施例6中信號發(fā)送/接收裝置的高頻部分方框圖。
101為輸入叉指式換能器；下面描述本發(fā)明的實施例。(實施例1)下面描述本發(fā)明的實施例1。一個64°-Y向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底用作壓電襯底，而濾波器是用該襯底構(gòu)成的。圖1描述了其電極結(jié)構(gòu)。標號101表示輸入叉指式換能器，102-1和102-2表示輸出叉指式換能器，103-1和103-2表示反射器，104-1和104-2表示的是輸入端子，而105-1和105-2表示的是輸出端子。圖中，為了簡化起見，以較少的數(shù)示出叉指式換能器和反射器。如圖2所示的那樣，這樣構(gòu)成的濾波器用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器201-1和201-2與測量裝置相連，隨后測量濾波器的特性。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器是由于下述原因而使用的。普通的測量裝置用來測量不平衡信號，而不能測量平衡信號。所以，必須用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器進行不平衡信號/平衡信號轉(zhuǎn)換。作為測量結(jié)果，濾波器的特性大體等于現(xiàn)有技術(shù)中不平衡信號情況下濾波器的特性。類似地，在如圖3所示的結(jié)構(gòu)中，測量濾波器的特性，結(jié)果是濾波器的特性大體等于現(xiàn)有技術(shù)中不平衡情況下濾波器的特性。圖11給出現(xiàn)有技術(shù)中不平衡信號/不平衡信號情況下特性，而圖12描述的是圖3所給出的平衡信號/不平衡信號中的特性。(實施例2)接著描述本發(fā)明的實施例2。一個沿64°-Y向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底用作壓電襯底，而濾波器是用該襯底構(gòu)成的。圖4描述了其電極結(jié)構(gòu)。標號401表示輸入叉指式換能器，402表示輸出叉指式換能器，403-1和403-2表示反射器，404表示的是輸入端子，而405表示的是輸出端子。圖中，為了簡化起見，以較少的數(shù)量示出叉指式換能器和反射器。輸出換能器402的縫隙長度小于輸入叉指式換能器401的縫隙長度。自然地，在濾波器中，輸出阻抗高于輸入阻抗。特別是，如此設計濾波器，從而輸入阻抗為50歐姆，而輸出阻抗為100歐姆。
阻抗匹配電路與濾波器的輸出端相連，并接著測量濾波器的特性。結(jié)果，盡管特性略比現(xiàn)有技術(shù)濾波器的特性遜色，但這些特征足以滿足對濾波器的要求。(實施例3)下面描述本發(fā)明的實施例3。一個沿64°-Y向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底用作壓電襯底，而濾波器是用該襯底構(gòu)成的。圖5描述了其電極結(jié)構(gòu)。標號501表示輸入叉指式換能器，502表示輸出叉指式換能器，503-1和503-2表示反射器，504-1和504-2表示的是輸入端子，而505-1和502-2表示的是輸出端子。圖中，為了簡化起見，以較少的數(shù)量示出叉指式換能器和反射器。輸出叉指式換能器502的縫隙長度小于輸入叉指式換能器501的縫隙長度。自然地，在濾波器中，輸出阻抗高于輸入阻抗。特別是，如此設計濾波器，從而輸入阻抗為50歐姆，而輸出阻抗為100歐姆。
如圖6所示，用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器601和602將這樣構(gòu)成的濾波器與測量裝置連接起來，隨后測量濾波器的特性。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器601進行50歐姆的平衡信號/不平衡信號轉(zhuǎn)換，并且平衡-不平衡602進行50歐姆不平衡信號與100歐姆平衡信號之間的轉(zhuǎn)換。普通的測量裝置用來測量不平衡信號，而不可能測量平衡信號。所以，不平衡信號/平衡信號轉(zhuǎn)換必須用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器來進行。作為測量結(jié)果，濾波器的特性等于現(xiàn)有技術(shù)中不平衡信號情況下濾波器的特征性。(實施例4)下面描述本發(fā)明的實施例4。一個沿64°-Y方向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底用作壓電襯底，而濾波器是用該襯底構(gòu)成的。圖7描述了其電極結(jié)構(gòu)。標號701表示輸入叉指式換能器，702-1和702-2表示輸出叉指式換能器，703-1和703-2表示反射器，704表示的是輸入端子，而705表示的是輸出端子。圖中，為了簡化起見，以較少的數(shù)量示出叉指式換能器和反射器。對輸入叉指式換能器701的縫隙長度加權(quán)。最靠近輸出叉指式換能器702-1和702-2的輸入叉指式換能器701部分的縫隙長度等于輸出叉指式換能器702-1和702-2部分的縫隙長度。這樣做是為了使得聲表面波能夠有效地在輸入叉指式換能器和輸出叉指式換能器之間傳播。結(jié)果，輸出叉指式換能器702-1和702-2中縫隙長度與對數(shù)的乘積等于輸入叉指式換能器701中的相應乘積。換言之，在濾波器中，輸出阻抗高于輸入阻抗。如此設計濾波器，從而輸入阻抗為50歐姆，而輸出阻抗為100歐姆。
阻抗匹配電路與濾波器的輸出端相連，并測量濾波器的特性。結(jié)果盡管其特性略比現(xiàn)有技術(shù)的濾波器的特性遜色，但這些特性足以滿足對濾波器的要求。
本實施例中，對輸入叉指式換能器701的縫隙長度加權(quán)。也可以對輸出叉指式換能器702-1和702-2的縫隙長度加權(quán)，或者也可以對所有輸入叉指式換能器和輸出叉指式換能器的縫隙長度加權(quán)。加權(quán)的方式并不局限于圖中所示的形狀，并且加權(quán)可以以任何一種方式來進行。
(實施例5)下面描述本發(fā)明的實施例5。一個沿64°-Y向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底用作壓電襯底，而濾波器是用該襯底構(gòu)成的。圖8描述了其電極結(jié)構(gòu)。標號801表示輸入叉指式換能器，802-1和802-2表示輸出叉指式換能器，803-1和803-2表示反射器，804-1和804-2表示的是輸入端子，而805-1和805-2表示的是輸出端子。圖中，為了簡化起見，以較少的數(shù)量表示叉指式換能器和反射器。并對輸入叉指式換能器801的縫隙長度加權(quán)。最靠近輸出叉指式換能器802-1和802-2的輸入叉指式換能器801部分的縫隙長度等于輸出叉指式換能器802-1和802-2部分的縫隙長度。這樣做是為了使得聲表面波能夠有效地在輸入叉指式換能器和輸出叉指式換能器之間傳播。結(jié)果，輸出叉指式換能器802-1和802-2中縫隙長度與對數(shù)的乘積大于輸入叉指式換能器801中的相應乘積。換言之，在濾波器中，輸出阻抗高于輸入阻抗。如此設計濾波器，從而輸入阻抗為50歐姆，而輸出阻抗為100歐姆。
如圖9中所示，用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器901和902將這樣構(gòu)造的濾波器與測量裝置相連，并接著測量濾波器的特性。平衡-不平衡換能器901進行50歐姆的平衡信號/不平衡信號轉(zhuǎn)換，而平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器902進行50歐姆的不平衡信號與100歐姆的平衡信號之間的轉(zhuǎn)換。平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器是因為下述原因而使用的。普通的測量裝置是用來測量不平衡信號而不能測量平衡信號。所以，不平衡信號/平衡信號轉(zhuǎn)換必須用平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器來進行。作為測量結(jié)果，濾波器的特性大體等于現(xiàn)有技術(shù)中不平衡信號情況下的濾波器特征。
本實施例中，對輸入叉指式換能器801的縫隙長度加權(quán)。也可以對輸出叉指式換能器802-1和802-2的縫隙長度加權(quán)，或者可以對所有輸入和輸出叉指式換能器的縫隙長度加權(quán)。加權(quán)的方式并不局限于圖中所示的形狀，可以以任何方式來進行加權(quán)。
圖13和14分別描述了其他加權(quán)的例子。圖13描述的聲表面波濾波器具有一種縫隙長度在輸入叉指式換能器1301的中央部分為最小的結(jié)構(gòu)，并且向外移動時，縫隙長度逐漸增大到與輸出叉指式換能器1302-1和1302-2的縫隙長度相等。圖14描述聲表面波濾波器具有一種輸出叉指式換能器1402-1和1402-1的縫隙長度相互不同的結(jié)構(gòu)，并且對位于輸出叉指式換能器之間的輸入叉指式換能器1401的縫隙長度加權(quán)，從而從輸出叉指式換能器1402-1的縫隙長度變換到輸出叉指式換能器1402-2的縫隙長度?？梢砸耘c實施例4相同的方式，修改圖13所示的結(jié)構(gòu)，從而輸入端子1304-1和1304-2中的一個端子或者輸出端子1305-1和1305-2中的一個端子接地，或者是，輸入端子中的一個端子和輸出端子中的一個端子接地，而輸入或輸出不平衡信號?？梢孕薷膱D14所示的結(jié)構(gòu)，從而輸入端子1404-1和1404-2中的一個端子或者輸出端子1405-1和1405-2中的一個端子接地，或者是，輸入端子中的一個端子和輸出端子中的一個端子接地，而輸入或輸出不平衡信號。(實施例6)圖15是描述本發(fā)明實施例6信號發(fā)射/接收裝置高頻部分的方框圖。本實施例給出上面描述的聲表面波濾波器應用例子的結(jié)構(gòu)。例如，這樣一種濾波器可以用在信號發(fā)射/接收裝置(比如便攜電話)高頻部分的不平衡電路以及低頻元件(比如混頻器)的平衡電路之間。參見圖15，在發(fā)射機一側(cè)，混頻器2001將來自控制器2008的經(jīng)調(diào)制的信號與一本地信號混合，以便得到一個想要的發(fā)射頻率的信號。通常，混頻器輸出信號是一個平衡信號?；祛l器輸出信號通過濾波器2002提供給發(fā)射放大器(PA)2003。發(fā)射放大器(PA)2003是一個不平衡電路。發(fā)射放大器(PA)2003對信號進行放大，并通過天線雙工器2004和天線2009輸出經(jīng)放大的信號。天線2009、天線雙工器2004以及發(fā)射放大器(PA)2003構(gòu)成發(fā)射裝置，而混頻器2001構(gòu)成頻率轉(zhuǎn)換裝置。
相反，在接收機側(cè)，天線2009接收的信號通過天線雙工器2004，隨后再由接收信號放大器(LNA)2005放大。接著，想要的信號由接收濾波器2006提取，并提供給接收混頻器2007。在接收濾波器2006的前面和后面，接收信號放大器(LNA)2005是一個不平衡電路，而接收混頻器2007是一個平衡電路。天線2009、天線雙工器2004以及接收信號放大器(LNA)2005組成接收裝置，而接收混頻器2007組成頻率轉(zhuǎn)換裝置。
在圖15所示的元件中，當天線2009、天線雙工器2004、發(fā)射放大器(PA)2003和接收信號放大器(LNA)2005構(gòu)成平衡電路時，呈現(xiàn)較差的特性。實際使用以平衡電路的形式出現(xiàn)的這些電路還需要一段較長的時間。相反，即使現(xiàn)在，許多種平衡電路可以用作混頻器2001和2007，并且平衡型混頻器的特性很好。將本實施例的濾波器用作上述濾波器將導致使用更好的元件或電路。
實施例6中，濾波器用在信號發(fā)射/接收裝置(比如便攜電話)中的例子已作了描述。當然，采用濾波器的裝置和場合并不局限于上述情況。
在上述實施例中，兩個或三個叉指式換能器位于反射器之間，當然也可以使用數(shù)量大于三個的叉指式換能器。
在上述實施例中，采用沿64°-Y向切割和X向傳播的鈮酸鋰(LiNbO3)襯底作為構(gòu)成聲表面波諧振器的壓電構(gòu)件。本發(fā)明并不局限于這種情況。事實上，即使當采用另一種襯底(比如鉭酸鋰(LiTaO3))襯底或石英襯底，也可以得到同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種聲表面波濾波器，包含壓電襯底；靠近排列在壓電襯底上的至少兩個叉指式換能器，每一個換能器具有兩個端子；以及配置在所述叉指式換能器結(jié)構(gòu)的兩端的聲表面波反射器，所述至少兩個叉指式換能器中的至少一個用作輸入裝置，而除所述輸入裝置之外的叉指式換能器用作輸出裝置，其特征在于，信號施加到用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的兩個端子上，和/或信號從用作所述輸出裝置的所述叉指式換能器兩個端子輸出。
2.一種聲表面波濾波器，包含壓電襯底；靠近排列在壓電襯底上的至少兩個叉指式換能器，每一個換能器具有兩個端子；以及配置在所述叉指式換能器結(jié)構(gòu)的兩端的聲表面波反射器，所述至少兩個叉指式換能器中的至少一個用作輸入裝置，而除所述輸入裝置之外的叉指式換能器用作輸出裝置，其特征在于，用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度不同于用作所述輸出裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度。
3.一種聲表面波濾波器，包含壓電襯底；靠近排列在壓電襯底上的至少兩個叉指式換能器，每一個換能器具有兩個端子；以及配置在所述叉指式換能器結(jié)構(gòu)的兩端的聲表面波反射器，所述至少兩個叉指式換能器中的至少一個用作輸入裝置，而除所述輸入裝置之外的叉指式換能器用作輸出裝置，其特征在于，用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度不同于用作所述輸出裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度，而信號施加到用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的兩個端子上，并且/或者信號從用作所述輸出裝置的所述叉指式換能器兩個端子輸出。
4.一種聲表面波濾波器，包含壓電襯底；靠近排列在壓電襯底上的至少兩個叉指式換能器，每一個換能器具有兩個端子；以及配置在所述叉指式換能器結(jié)構(gòu)的兩端的聲表面波反射器，所述至少兩個叉指式換能器中的至少一個用作輸入裝置，而除所述輸入裝置之外的叉指式換能器用作輸出裝置，其特征在于，對用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度和/或?qū)τ米魉鲚敵鲅b置的所述叉指式換能器的縫隙長度加權(quán)，并且縫隙長度被加權(quán)的所述叉指式換能器部分的縫隙長度大體等于另一鄰近叉指式換能器縫隙長度，所述部分靠近所述另一相鄰的叉指式換能器。
5.一種聲表面波濾波器，包含壓電襯底；靠近排列在壓電襯底上的至少兩個叉指式換能器，每一個換能器具有兩個端子；以及配置在所述叉指式換能器結(jié)構(gòu)的兩端的聲表面波反射器，所述至少兩個叉指式換能器中的至少一個用作輸入裝置，而除所述輸入裝置之外的叉指式換能器用作輸出裝置，其特征在于，對用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的縫隙長度和/或?qū)τ米魉鲚敵鲅b置的所述叉指式換能器的縫隙長度加權(quán)，并且縫隙長度被加權(quán)的所述叉指式換能器部分的縫隙長度大體等于另一鄰近叉指式換能器縫隙長度，所述部分靠近所述另一相鄰的叉指式換能器，信號施加到用作所述輸入裝置的所述叉指式換能器的兩個端子上，和/或信號從用作所述輸出裝置的所述叉指式換能器兩個端子輸出。
6.一種信號接收裝置，包含接收信號的接收裝置；從接收的信號中提取想要的信號的濾波器；以及將由所述濾波器提取的信號變換成具有預定頻率的信號的變頻裝置，其特征在于，所述濾波器是按照權(quán)利要求1至5中任何一個權(quán)利要求的聲表面波濾波器。
7.一種信號發(fā)射裝置，包含將信號變換成具有預定頻率的信號的變頻裝置；從經(jīng)變頻的信號中提取想要的信號的濾波器；以及發(fā)射由所述濾波器提取的信號的發(fā)射裝置，其特征在于，所述濾波器是按照權(quán)利要求1至5中任何一個權(quán)利要求的聲表面波濾波器。
全文摘要
現(xiàn)有聲表面波濾波器是一種不平衡型濾波器，并具有相等的輸入阻抗和輸出阻抗。本發(fā)明提供一種能夠進行平衡信號/不平衡信號轉(zhuǎn)換的聲表面波裝置，其輸入阻抗和輸出阻抗互不相等，并且在縱向模式型的聲表面波裝置中，信號施加到輸入叉指式換能器的兩個端子處，或者信號從輸出叉指式換能器的兩個端子輸出，而構(gòu)成平衡型濾波器，并且輸入叉指式換能器的縫隙長度不同于輸出叉指式換能器的縫隙長度，從而把輸入阻抗和輸出阻抗設置成不同值。
文檔編號H03H9/00GK1165433SQ9710262
公開日1997年11月19日 申請日期1997年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月26日
發(fā)明者田口豐, 江田和生, 關俊一, 大西慶治 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社