用于改进通带平坦度的表面声波滤波器及其制造方法

摘要

本发明提供了一种表面声波滤波器,具有多个安排为梯形电路结构的交指换能器,并包含串联臂和至少两个并联臂。每一个交指换能器具有第一梳形电极和第二梳形电极,每一个梳形电极具有多个电极指和连接到多个电极指的第一端的母线。第一和第二梳形电极相互交叉,从而第一梳形电极的多个电极指的第二端朝第二梳形电极的母线延伸。在确定连接到并联臂的表面声波谐振器的交指换能器中形成隙宽,以使波动分布在表面声波滤波器的通带中,从而波动改进了通带的平坦度。

说明书

本发明涉及一种表面声波滤波器，它形成例如带通滤波器。本发明尤其涉及表面声波滤波器(SAW滤波器)的结构，其中连接多个单口表面声波谐振器(SAW谐振器)以便确定梯形电路，及其制造方法。

传统地，已经将SAW滤波器广泛地用作带通滤波器。例如，在第56-19765号日本已经审查的专利公告中，提供了一种具有如此安排的SAW滤波器，从而多个单口SAW谐振器构成梯形电路。

参照图13和14，将给出对上述具有梯形电路结构的SAW滤波器的描述。在图13和14的SAW滤波器中，提供了用于连接输入端和输出端的串联臂，以及用于连接串联臂和参考电位的并联臂。确定串联臂谐振器的单口SAW谐振器S1连接到串联臂，确定并联臂谐振器的单口SAW谐振器P1连接到并联臂。在图13中，只示出一个串联臂谐振器和一个并联臂谐振器。但是，包含在滤波器中的串联臂谐振器和并联臂谐振器的数量由所需的滤波器特性决定。

参照图14，传统的单口SAW谐振器具有如此的电极结构，从而交指换能器(IDT)51在其第一侧上具有反射器52，在其第二侧上具有反射器53，它们都安排在压电基片上(图中未示)。

IDT51具有一对母线54和55，它们沿表面声波传播的方向延伸。母线54连接到多个电极指65的每一个电极指的一端。电极指56沿垂直于表面声波传播的方向延伸，换句话说，沿朝着母线54相对侧上的母线55方向延伸。类似地，母线55连接到多个电极指57的每一个电极指的一端。多个电极指57朝母线54延伸。将电极指56和57安排得相互交叉。

将多个上述单口SAW谐振器安排得构成如图13中所示的梯形电路，以便确定SAW滤波器。图15示出SAW滤波器的衰减—频率特性。

由于具有梯形电路结构的SAW滤波器提供小的介入损失并具有宽的通带，故SAW滤波器在蜂窝电话和其它类似的装置中被广泛地用作带通滤波器。

注意，在第6-232682号日本未审查专利公告中，提供了一种单口SAW谐振器，其中把LiTaO3基片用作压电基片。在该日本未审查专利公告中，揭示了如果将IDT的电极指交叉长度(孔径)与母线和连接到另一条母线的电极指顶端之间的隙宽的比值设置为更大的值，则可以抑制发生在谐振频率和反谐振频率之间的波动的影响。

虽然具有梯形电路结构(有多个单口SAW谐振器)的传统的SAW滤波器(如在第56-19765号日本已经审查的专利公告中所揭示的)具有小的介入损失以及宽的通带，但是通带中的滤波器特性的平坦度是不充分的。尤其是，介入损失在通带的中心处比在通带的频肩端更小。

另外，在上述SAW滤波器中，由于LiTaO3基片，在谐振频率和反谐振频率之间产生的波动造成不理想的滤波器特性。参照图16，曲线图示出当传统单口SAW谐振器安排在LiTaO3基片上时的阻抗—频率特性。如由箭头A表示的，在谐振频率和反谐振频率之间产生波动。另外，由于传统的SAW滤波器结合了多个单口SAW谐振器提供滤波器特性，当在单口SAW谐振器中产生波动时，在SAW滤波器的滤波器特性中也发生波动，该波动相应于单口SAW谐振器中波动的频率。由此，参照示出了上述SAW滤波器的衰减—频率特性的图17，在SAW滤波器通带的低频肩上出现波动，如箭头B所示。波动的出现是重要的，因为波动的作用增加了通带低频侧处的介入损失，从而通带的平坦度更差。

注意，根据第56-19765号日本已经审查的专利公告的SAW滤波器，通带中心处的介入损失小于通带频肩的介入损失，从而通带的平坦度需要明显的改进。但将LiTaO3基片用作压电基片时，由于由SAW谐振器产生的波动，通带的平坦度更差。

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种大大改进了通带中的滤波器特性的平坦度的SAW滤波器。

根据本发明的较佳实施例，SAW滤波器包含多个安排在压电基片上的交指换能器，以便确定多个单口SAW谐振器，连接多个单口SAW谐振器，以构成具有串联臂和至少两个并联臂的梯形电路。多个单口SAW谐振器的每一个都包含第一和第二梳形电极。第一和第二梳形电极(每一个都具有多个电极指和连接到多个电极指的第一端的母线)相互交叉，从而第一和第二梳形电极的每一个的多个电极指的第二端朝另一个第一和第二梳形电极的母线延伸，以确定交指终端。在第一梳形电极的母线和连接到连接在至少两个并联臂中的一个并联臂的单口SAW谐振器的第二梳形电极的母线的电极指的第二端之间的隙宽不同于连接在至少两个并联臂中的另一个并联臂处的另一个单口SAW谐振器中的相应的隙宽。

作为这种独特的结构的结果，在确定了并联臂谐振器的多个单口SAW谐振器中，在谐振频率和反谐振频率之间产生的波动频率平坦分布。相应地，波动频率分布在SAW滤波器本身的通带中，由此，大大改进了通带的平坦度。

在另一个较佳实施例中，连接到至少两个并联臂中的一个并联臂的单口SAW谐振器的IDT中的隙宽最好是大约0.5λ或更大，其中λ是在压电基片上激励的表面声波的波长。在这种情况下，SAW滤波器的通带低频侧的频肩上不会发生损失，从而通带低频侧上的滤波器特性的陡度增加。另外，当较好地，将隙宽设置在大约1.0λ到大约5.0λ的范围内时，单口SAW谐振器中的波动频率甚至更高，从而波动频率设置在通带的中心周围。

由此，在较佳实施例的SAW滤波器中，介入损失在通带的中心和两肩上大约是相同的。由此大大改进了通带中的滤波器特性的平坦度。另外，当将LiTaO3基片用作压电基片时，谐振频率和反谐振频率之间出现了波动。相应地，本发明的较佳实施例中，最好使用LiTaO3基片作为基片，因为本发明积极利用波动改进通带中滤波器特性的平坦度。

下面将参照本发明的较佳实施例和附图，详细地描述本发明的原理和优点。

从这里给出的详细的描述和附图，更为完全地理解本发明，其中这些描述和附图只是作示例给出，因此不限制本发明，这些附图是：

图1A示出根据本发明的较佳实施例的SAW滤波器的电路图；

图1B是示出在图1A所示的较佳实施例的SAW滤波器中使用的单口SAW谐振器的电极结构的平面图；

图2是示出单口SAW谐振器中的母线和电极指一端之间的隙宽W2与本发明的较佳实施例中谐振频率和反谐振频率之间的波动频率之间的关系的曲线图；

图3是示出图1A所示的较佳实施例中单口SAW谐振器P1的阻抗—频率特性的曲线图；

图4是示出图1A所示的较佳实施例中单口SAW谐振器P2的阻抗—频率特性的曲线图；

图5是示出本发明较佳实施例的第一试验例的SAW滤波器的衰减—频率特性的曲线图，以及为了比较本发明较佳实施例的SAW滤波器的特性的曲线图；

图6示出了根据本发明较佳实施例的第二试验例的SAW滤波器的电路图；

图7是图6所示第二试验例的单口SAW谐振器P1的阻抗—频率特性；

图8是图6所示第二试验例的单口SAW谐振器P2的阻抗—频率特性；

图9是图6所示第二试验例的单口SAW谐振器P3的阻抗—频率特性；

图10是示出本发明较佳实施例的第二试验例的SAW滤波器的衰减—频率特性，以及为了比较本发明较佳实施例的SAW滤波器的特性的曲线图；

图11是示出根据本发明另一个较佳实施例的双工器的电路图；

图12是示出本发明另一个较佳实施例的通信设备的方框图；

图13是具有梯形电路结构的传统SAW滤波器的电路图；

图14是传统SAW滤波器中使用的单口SAW谐振器的电极结构的平面图；

图15是示出传统SAW滤波器的衰减—频率特性的曲线图；

图16是传统单口SAW谐振器的阻抗—频率特性的曲线图；

图17是示出传统SAW滤波器的衰减—频率特性的曲线图；

图18是用于描述传统单口SAW谐振器中电极指的交叉宽度与隙宽之间关系的平面图。

图1示出根据本发明较佳实施例的SAW滤波器的电路结构。图1B是平面图，示出包含在本较佳实施例中的单口SAW谐振器的电极结构。

参照图1A，较佳实施例的SAW滤波器具有梯形电路结构。即，并联臂最好位于输入端IN和输出端OUT之间，多个并联臂最好位于串联臂和参考电位之间。

单口SAW谐振器S1和S2是连接到串联臂的串联臂谐振器。每一个单口SAW谐振器P1和P2是连接到每一个并联臂的并联臂谐振器。另外，如图1A所示，将并联臂谐振器和串联臂谐振器从输入端IN朝输出端OUT交替安排。但是，本发明的串联臂谐振器和并联臂谐振器的数量不应该限于图1A和1B中所示的较佳实施例的情况，并且可以使用任何数量或组合的串联臂谐振器和并联臂谐振器。例如，可以使用这样一种结构，它只有一个串联臂谐振器，或有三个或更多串联臂谐振器。类似地，并联臂谐振器的数量没有限制，只要在结构中有至少两个并联臂。

参照图1B，将提供对单口SAW谐振器S1、S2、P1和P2的电极结构的描述。在单口SAW谐振器中，反射器2和3最好沿表面声波在IDT1中传播的方向，分别位于IDT1的每一侧上。

IDT1最好包含一对梳形电极10和11。梳形电极10包含多个电极指6和连接到电极指6的第一端的母线4。梳形电极11包含多个电极指7和连接到电极指7的第一端的母线5。梳形电极10和11最好相互交叉，从而梳形电极10或11的电极指6或7的第二端分别朝梳形电极11或10的母线5或4延伸。

另外，反射器2和3最好由光栅反射器构成，其中设置在反射器2和3中的多个电极指的两端最好短路。

在单口SAW谐振器中，当将AC电压施加在电极指6和7之间时，IDT1被激励，并产生表面声波。表面声波被限定在反射器2和3之间，从而可以取出基于表面声波的谐振特性。

根据本发明的这个较佳实施例，在单口SAW谐振器的IDT1中(它构成了确定梯形电路的SAW滤波器)，梳形电极10或11的母线4或5与连接到一个并联单口SAW谐振器的梳形电极11或10的母线5或4的电极指7或6的第二端之间的隙宽W2最好与在连接到另一个并联臂的另一个单口SAW谐振器中的相应的隙宽W2不同。隙宽W2的差别允许通带中滤波器特性的陡度大大改进。下面将解释这是怎么发生的。

在上述第6-232682号日本未审查专利公告中揭示的一种方法，使用由LiTaO3制成的压电基片减小单口SAW谐振器中的谐振频率和反谐振频率之间存在的波动。图18示出传统技术中描述的单口SAW谐振器的电极结构。应该指出，在图18中，示出IDT51一侧上所设置的反射器52，但未示出设置在IDT51的另一侧上反射器。

在传统技术中，知道当增加W1/W2的比值时，存在于谐振频率和反谐振频率之间的波动的影响可以减小。换句话说，传统的方法是使隙宽W2小于交叉宽度W1，因为这将减少掠过表面的体波(surface skimming bulk wave)(SSBW)的发生，从而大大减小了上述波动的影响。

在上述传统技术中，认为发生SSBW是不理想的，因为它破坏了SAW谐振器的特性，从而在传统技术中希望使隙宽W2尽可能小。

相比之下，本发明的较佳实施例尽可能多地使用波动，从而达到滤波器特性的显著进步。换句话说，与试图抑制发生波动的传统智慧和装置相比，本发明的较佳实施例以积极的方法利用波动。本发明通过用多个SAW谐振器产生多个波动，以将波动分布在SAW滤波器的通带中，利用由SAW谐振器产生的波动。这样，本发明的较佳实施例大大改进了SAW滤波器通带平坦度。

本发明的较佳实施例提供了经验证据，即，在单口SAW谐振器中，使交叉宽度W1固定而只改变隙宽W2允许波动频率被容易地控制。

参照图2，曲线图示出单口SAW谐振器中的隙宽W2与在谐振频率和反谐振频率之间所产生的波动频率之间的关系。由竖轴表示的频率Δf/f0是标准化的值，其中Δf表示发生波动处的频率和SAW谐振器的谐振频率f0之间的差。如图2所示，改变隙宽W2改变了发生波动的频率。

因此，在具有梯形电路结构的SAW滤波器中，通过组合多个单口SAW谐振器的谐振特性，达到理想的极好的滤波器特性。相应地，通过使SAW滤波器中各谐振器的隙宽W2不同，允许发生波动的频率散布到通带中。例如，如果在连接到并联臂的单口SAW谐振器中的隙宽W2不同于连接到另一并联臂的单口SAW谐振器中的相应的隙宽，则SAW滤波器的通带中发生上述波动的频率得以散布，从而大大改进了通带的平坦度。

另外，当隙宽W2大约为0.5λ或更大时，波动的频率更高，从而抑制了通带低频侧频肩上的损失，这增加了通带低频侧上的陡度。

另外，当隙宽W2是大约1.0λ或更大时，波动的频率更高，从而波动出现在通带的中心周围。但是，在具有梯形电路的传统SAW滤波器中，在通带中心处的介入损失小于通带频肩处的介入损失。因此，通过将波动移到通带中心的周围，在通带中心周围的介入损失增加，从而本发明的较佳实施例大大改进了通带中滤波器特性的平滑性。

注意，如果连接到并联臂的单口SAW谐振器的隙宽W2过大，则在远离波动频率的频率处的介入损失有时会恶化。由此，为了防止增加介入损失，最好将隙宽W2设置为大约5.0λ或更小。由此，最好将隙宽W2设置在大约0.5λ到大约5.0λ的范围内，更好的是在大约1.0λ到大约5.0λ的范围内。

下面，将给出本发明较佳实施例的SAW滤波器的试验例的详细描述。

1.第一试验例

由36°切X传播的LitaO3基片用作压电基片。在基片上设置各个单口SAW谐振器和与之连接的电极。A1用于确定单口SAW谐振器和连接电极。

分别按照如下方式，形成确定串联臂谐振器的单口SAW谐振器S1和S2，以及确定并联臂谐振器的单口SAW谐振器P1和P2。

(1)单口SAW谐振器P1(并联臂谐振器)

电极指的对数等于40，电极指的交叉宽度大约80μm(20λ)，IDT中的隙宽W2大约0.25λ，反射器中的电极指数量等于100。

(2)单口SAW谐振器P2(并联臂谐振器)

电极指的对数等于40，电极指的交叉宽度大约160μm(40λ)，隙宽W2大约1.5λ，反射器中电极指的数量等于100。

(3)单口SAW谐振器S1(串联臂谐振器)

电极指的对数是80，电极指的交叉宽度大约40μm(10.5λ)，反射器中电极指的数量是100。

(4)单口SAW谐振器S2(串联臂谐振器)

电极指的对数是80，电极指的交叉宽度是大约80μm(21λ)，反射器中电极指的数量是100。

参照图3，曲线图示出了如上所述形成的单口SAW谐振器P1的阻抗—频率特性。类似地，图4是曲线图，示出如上所述形成的单口SAW谐振器P2的阻抗—频率特性。注意，单口SAW谐振器P1的波动A1(图3)的频率不同于单口SAW谐振器P2的波动A2(图4)的频率。由此，可以操纵SAW谐振器中波动的发生，从而有利地分布在整个SAW滤波器的通带上。按照这种方法，本发明的较佳实施例大大改进了SAW滤波器通带中的平坦度。

参照图5，曲线图中的实线示出了第一个试验例的SAW滤波器的衰减—频率特性。为了比较，虚线示出了以上述第一试验例相同的方法形成的SAW滤波器的滤波器特性，不同的是，将单口SAW谐振器P1和P2中的隙宽W2都设置在大约1.0λ。

从图5中可以清楚地看到，当单口SAW谐振器P1和P2中的隙宽W2不同时，再有，如果将单口SAW谐振器P2的隙宽W2设置在至少大约1.0λ时，大大改进了通带中的平坦度，并且大大改进了通带低频肩处滤波器特性的陡度。注意，即使当LiTaO3基片具有Y切36°之外的其它切角，也可以得到相同的优点。

2.第二试验例

参照图6，提供了一种具有梯形电路的SAW滤波器，该梯形电路中单口SAW谐振器S1和S2确定了串联臂谐振器，单口SAW谐振器P1到P3确定了并联臂谐振器。注意，以和第一试验例相同的方法生产第二试验例中的SAW滤波器，每一个都使用36°Y切X传播的LiTaO3基片。但是，第二试验例中的SAW谐振器的结构如下。

(1)单口SAW谐振器P1(并联臂谐振器)

电极指的对数为40，电极指的交叉宽度大约80μm(20λ)，隙宽W2大约1.0λ，反射器中电极指数量为100。

(2)单口SAW谐振器P2(并联臂谐振器)

电极指的对数等于80，电极指的交叉宽度大约200μm(50λ)，隙宽W2大约1.5λ，反射器中电极指的数量100。

(3)单口SAW谐振器P3(并联臂谐振器)

电极指的对数是40，电极指的交叉宽度大约80μm(20λ)，隙宽W2大约2.0λ，反射器中的电极指的数量是100。

(4)单口SAW谐振器S1和S2(串联臂谐振器)

电极指的对数是80，电极指的交叉宽度是大约40μm(10.5λ)，反射器中电极指的数量是100。

参照图7到9，曲线图分别示出根据第二试验例的单口SAW谐振器P1到P3的阻抗—频率特性。如从图7到9清楚地看出，产生在单口SAW谐振器P1到P3的谐振频率和反谐振频率之间的波动A3到A5的频率都不同。由此，产生波动的位置分布在SAW滤波器的整个通带。

参照图10，实线表示根据第二试验例的SAW滤波器的阻抗—频率特性。虚线表示用于和第一试验例中的情况比较而制备的SAW滤波器的阻抗—频率特性。由图10可见，第二试验例的SAW滤波器的滤波器特性在通带区域中大大改进了平坦度。由于单口SAW谐振器P1到P3的隙宽W2相互都不同，从而由SAW谐振器P1到P3产生的波动分布在SAW滤波器的通带中，因而改进的平坦度。另外，在第二试验例中，隙宽W2大于在第一试验例中的隙宽，从而在通带中滤波器特性的平坦度更为改进。

注意，即使使用36°Y切割之外的LiTaO3基片，也可以得到和试验例中相同的好处。另外，在本发明的其它较佳实施例中，可以使用其它压电材料制成的基片。更具体地说，其它的较佳实施例可以使用由诸如LiNbO₃基片等压电单晶基片制成的压电基片或由诸如锆酸铅或钛酸铅之类的压电陶瓷材料制成的压电基片。另外，可以使用通过将压电薄膜沉淀在绝缘基片上而制成的压电基片。但是，较好地将LiTaO3基片用作压电基片，因为它可以更好地防止由波动引起的滤波器特性中的平坦度的恶化。

本发明可以适用于利用表面声波滤波器的各种电子部件或装置，并且双工器以及使用双工器的通信设备也可以是一种应用，其中成功地利用了本发明独特的特点。

如图11所示，双工器40包含SAW滤波器41和SAW滤波器42，它们的通带的中心频率不同。图11所示的SAW滤波器41和42与图6所示的SAW滤波器相同，不同的是可以使用根据本发明的另一种SAW滤波器。在双工器40中，SAW滤波器41的输入端43和SAW滤波器42的输入端44电连接到双工器40的第一输入/输出端45。将SAW滤波器41和42的接地端连接在一起接地。SAW滤波器41的输出端46和SAW滤波器42的输出端47分别连接到双工器40的第二输入/输出端48和第三输入/输出端49。

由于SAW滤波器41和42在其通带的高端具有陡度，故双工器40具有极好的信号选择性。另外，由于不需要诸如电容器之类的其它元件，故双工器40可以具有小的体积。

图12是具有双工器40的通信设备50的方框图。通信设备50可以是例如蜂窝电话，蜂窝电话通常需要窄的通信频带，并且小的便携体适合于享受双工器40的上述优点。通信设备50包含连接到双工器40的第一、第二和第三输入/输出端的天线51、接受器52和发送器53。如此选择双工器40的SAW滤波器41和42的通带，从而通过天线51接收到的信号通过SAW滤波器41并由SAW滤波器42阻挡，而从发送器53发送的信号通过SAW滤波器42。

虽然已经参照本发明的较佳实施例具体示出和描述了本发明，但是熟悉本领域的人将知道，在不背离本发明的主旨和范围的情况下可以在形式和细节上作其它变化。