專利名稱：一種寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通信中的聲表面波可開關(guān)濾波器組，特別涉及一種低 損耗、寬帶寬聲表面波可開關(guān)濾波器組。
背景技術(shù)：
聲表面波濾波器組是由多個(gè)聲表面波濾波器加上匹配網(wǎng)絡(luò)及開關(guān)電路組合 而成的，有一路輸入、多路輸出的部件。輸出信號按頻率分路，它可以用來進(jìn)行 頻率分選和綜合。主要應(yīng)用于頻率合成、跳頻通信等系統(tǒng)中。本發(fā)明涉及的正是 一種應(yīng)用于通信系統(tǒng)的聲表面波濾波器組。
現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)很大的缺點(diǎn)是濾波器帶寬不夠?qū)?，插入損耗大，由Morita 等人提出的縱向耦合諧振濾波器可實(shí)現(xiàn)很低的插入損耗(見正EE 1992 Ultrasonics Symposium Proceedings PP95-104)，但是其反射柵條和換能器均采用 普通金屬鋁制作，器件帶寬還不夠?qū)?，因而限制了濾波器組的帶寬和信道數(shù)。這 是由于在現(xiàn)有技術(shù)中，濾波器的反射柵條和換能器均采用普通金屬鋁膜設(shè)計(jì)制作 的結(jié)果。
采用金屬鋁膜， 一般需要4%甚至更厚的相對膜厚，才能獲得足夠的反射系 數(shù)，而膜厚過厚會導(dǎo)致如下問題1)造成體波散射，導(dǎo)致器件損耗增加；2)工 藝上實(shí)'現(xiàn)困難，尤其是在工作頻率較低時(shí)，例如30MHz的器件，4%的相對膜厚 就已經(jīng)達(dá)到5微米以上，這給工藝加工帶來很大困難。膜厚厚度不夠又不能獲得 較大的反射系數(shù)，導(dǎo)致器件帶寬不夠?qū)?，使得同樣的帶寬需要更多?shù)量的信道來 實(shí)現(xiàn)，也增加了組件的體積。
由Morita等人提出的縱向耦合諧振濾波器(見正EE 1992 Ultrasonics Symposium Proceedings PP95-104)包含l-2模式和1-3模式兩種基本結(jié)構(gòu)。1-2 模式如圖2:縱向耦合諧振濾波器1有兩個(gè)叉指換能器2和3，沿聲波傳播方向 置于壓電基片6的上表面，反射柵陣4和5放置于叉指換能器2和3的兩端；1-3模式如圖3所示縱向耦合諧振濾波器13有三個(gè)叉指換能器7， 8， 9，沿聲波 傳播方向置于壓電基片12的上表面，反射柵陣10和11放置于叉指換能器7， 8， 9的兩端。在縱向耦合諧振SAW濾波器1和12中，由于在換能器的兩端放置反 射柵陣，形成諧振腔，聲波被限制在諧振腔中，因此可以獲得很低的插入損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，從而提供一種插入損耗低、帶寬 寬的可開關(guān)聲表面波濾波器組件。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組， 包括N個(gè)聲表面波濾波器和與所述聲表面波濾波器相對應(yīng)的開關(guān)，所述的聲表 面波濾波器采用縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)，且該濾波器采用重金屬膜制作，其中N 至少為1。
上述技術(shù)方案中，所述與聲表面波濾波器相對應(yīng)的開關(guān)是兩組一刀多擲開 關(guān)，所述兩組一刀多擲開關(guān)和N個(gè)重金屬制作的聲表面波濾波器均制作在印刷 電路版上，其中一組開關(guān)將N個(gè)聲表面波濾波器的輸入端連接在一起，另一組 開關(guān)將N個(gè)聲表面波濾波器的輸出端連接在一起，兩組開關(guān)一一對應(yīng)，N個(gè)聲 表面波濾波器構(gòu)成N個(gè)通道；所述的一刀多擲開關(guān)由電路上N個(gè)一刀單擲開關(guān) 的一端并聯(lián)組成。
上述技術(shù)方案中，所述的縱向耦合諧振式濾波器有l(wèi)-2模式濾波器組和1-3 模式濾波器兩種。
上述技術(shù)方案中，所述的l-2模式縱向耦合諧振式濾波器(如圖2)，由兩個(gè) 叉指換能器及在其兩端的反射柵陣組成，叉指換能器均不加權(quán)。
上述技術(shù)方案中，所述反射柵陣采用短路柵條或開路反射柵條，所述叉指 換能器的同步頻率是反射柵陣同步頻率的1-1.05倍。
上述技術(shù)方案中，所述的l-3模式縱向耦合諧振式濾波器(如圖3)，由三個(gè) 叉指換能器及在其兩端的反射柵陣組成，叉指換能器均不加權(quán)。
上述技術(shù)方案中，所述反射柵陣采用短路柵條或開路反射柵條，所述叉指 換能器的同步頻率是反射柵陣同步頻率的1-1.05倍。上述技術(shù)方案中，所述的反射柵陣和叉指換能器采用重金屬膜制作，所述 的重金屬為銅，金或鉑金。
上述技術(shù)方案中，所述的聲表面波濾波器，其壓電基片材料是36°YX-LiTa03 (即36。旋轉(zhuǎn)Y切割，X傳播LiTa03，下同)、42°YX-LiTa03、 64° YX-Li腦3或 410 YX-Li,3。
上述技術(shù)方案中，所述的一刀單擲開關(guān)由分立元件PIN二極管電路組成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的寬帶聲表面波可開關(guān)濾波器組，其中的聲表 面波濾波器采用在壓電基片上用重金屬膜制作的縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)，縱向耦合 諧振式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)低的插入損耗，重金屬膜可以獲得比相同厚度鋁膜大得多的 反射系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)寬的帶寬。與一般采用的金屬鋁膜相比，重金屬可以實(shí)現(xiàn)相對 較薄的膜厚獲得更寬的帶寬(例如重金屬銅的反射系數(shù)約是相同厚度金屬鋁的3 倍，即用銅膜可實(shí)現(xiàn)3倍厚度的鋁膜能實(shí)現(xiàn)的反射強(qiáng)度)，這樣即可減小工藝實(shí) 現(xiàn)難度(尤其是對于低頻器件)，又可同時(shí)獲得更寬的帶寬；組件中開關(guān)陣采用 了輸入輸出雙開關(guān)陣結(jié)構(gòu)，減小了組合網(wǎng)絡(luò)的損耗；從而解決了現(xiàn)有技術(shù)所存在 的問題，在保證易于工藝加工實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了更大的帶寬，提供了一種應(yīng) 用于通信系統(tǒng)中的寬帶寬、低插損、小體積的聲表面波可開關(guān)濾波器組。
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將通過優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)合附圖加以說明。


圖1是本發(fā)明寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組的裝置示意圖2是本發(fā)明寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組的一種芯片結(jié)構(gòu)為1-2 模式縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)；
圖3是本發(fā)明寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組的一種芯片結(jié)構(gòu)為1-3 模式縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)；
圖3A是本發(fā)明寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組的另一種芯片結(jié)構(gòu)為 1-3模式縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)；
圖4是反射系數(shù)Re和金屬化比的關(guān)系；
圖5是普通聲表面波濾波器的頻率響應(yīng)曲線(Y 41° LiNb03上制作1-3模 式，金屬膜采用鋁的結(jié)構(gòu))；圖6是本發(fā)明中某一例單個(gè)聲表面波濾波器的頻率響應(yīng)曲線(Y41° LiNb03上制作l-3模式，金屬膜采用銅的結(jié)構(gòu))；
圖7是本發(fā)明一寬帶寬、低插損聲表面波可開關(guān)濾波器組的頻率響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
圖1是本發(fā)明寬帶聲表面波可開關(guān)濾波器組的原理框圖，它由多個(gè)聲表面 波濾波器和一刀多擲開關(guān)組成，外加驅(qū)動(dòng)信號可控制兩組開關(guān)陣同時(shí)開關(guān)，使得 在某一時(shí)刻只有其中一個(gè)通道被打開，其他通道被關(guān)閉，輸入信號的功率全部被 加在該通道上，以保證不存在組合網(wǎng)絡(luò)的損耗。為了減小濾波器的雙向傳播損耗， 其中單個(gè)聲表面波濾波器芯片采用縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)。由于濾波器組通帶跨度
較寬，為了減小信道數(shù)，實(shí)現(xiàn)小體積，單個(gè)濾波器的帶寬要求很寬，為了實(shí)現(xiàn)盡 可能寬的帶寬，濾波器采用重金屬膜制作的縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的敘述。
實(shí)施例
在本實(shí)施例中，中心頻率59MHz，組件帶寬58MHz，組件的相對帶寬為 98%，信道數(shù)為16，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)通道的帶寬寬，損耗小，采用在基片Y41° LiNb03上用銅膜制作l-3模式縱向耦合結(jié)構(gòu)。在具體操作中，可根據(jù)實(shí)際情況 進(jìn)行調(diào)整。
1-3模式縱向耦合結(jié)構(gòu)如圖3所示，聲表面波濾波器芯片是由壓電基片12 和制作在壓電基片12上的三個(gè)叉指換能器7， 8， 9及在其兩端的金屬反射柵陣 10， 11組成。叉指換能器7， 8， 9不加權(quán)，其叉指電極的寬度和間隔均為0.25 波長，金屬反射柵陣IO、 ll采用短路柵條，其柵條寬度和間隔均為0.25波長(即 金屬化比為0.5)，叉指換能器的同步頻率是反射柵陣同步頻率的1-1.05倍。但在 具體的實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)基片材料及金屬膜的特性，選擇合適的金屬化比和上 述兩同步頻率的倍數(shù)，以優(yōu)化濾波器性能。在本實(shí)施例中，l-3模式縱向耦合結(jié)
構(gòu)，為了提高柵陣的反射系數(shù)，獲得足夠的帶寬，以及低頻率時(shí)工藝容易實(shí)現(xiàn)， 其金屬膜采用重金屬銅膜，其金屬短路柵陣采用0.25的金屬化比(如圖3A所示)， 叉指換能器7'、 8'、 9'的同步頻率是反射柵陣10'、 ll'同步頻率的1.035倍，采取了二級級連，以提高帶外抑制。與普通的鋁膜相比，銅膜的附著性比鋁膜差， 而且銅膜更易于氧化，所以在制作銅膜時(shí)工藝有所不同。主要體現(xiàn)在鍍銅膜前需 要先鍍一層容易附著的金屬，如鎳、鉻，使得金屬取向一致，減小電阻，厚度為 5~30埃。然后在附著金屬上面再鍍銅膜，其烘干溫度不能過高(室溫即可)，或 在真空狀態(tài)下烘干，否則銅膜就會氧化。
上述聲表面波濾波器芯片的壓電基片還可以是36°YX-LrTa03、 42° YX-LiTa03 、 64° YX-LiNb03或41° YX-LiNb03 。
圖5是一種普通金屬制作的縱向耦合諧振濾波器的幅頻曲線。采用圖3所 示的芯片結(jié)構(gòu),基片材料采用4rY-XLiNb03，換能器和反射柵陣采用鋁膜制作， 中心頻率284.3MHz，帶寬為21.0MHz，相對膜厚4%，相對帶寬7.4%，插入損 耗為3.66dB;
圖6是本實(shí)施例中采用重金屬銅膜制作的濾波器的幅頻曲線。采用圖3所 示的芯片結(jié)構(gòu)，基片材料采用41。Y-XLiNb03,，換能器和反射柵陣用銅膜制作， 中心頻率31.09MHz，帶寬為2.81MHz，相對膜厚1.4%，相對帶寬9%，插入損 耗為3.2dB。
從上述2種器件的頻率響應(yīng)曲線可以看出，本實(shí)施例中的器件由于采用銅 膜，雖然只用了 1.4%的相對膜厚，卻實(shí)現(xiàn)了9%的相對帶寬，和普通的鋁膜相比 (4%的相對膜厚，實(shí)現(xiàn)7.4%的相對帶寬)具有明顯的優(yōu)勢。
圖7是本發(fā)明一寬帶、低插損聲表面波可開關(guān)濾波器組的頻率響應(yīng)曲線(實(shí) 施例)，比較本實(shí)施例和普通的現(xiàn)有技術(shù)，結(jié)果表明，本發(fā)明的可開關(guān)聲表面波 濾波器組既可以實(shí)現(xiàn)低的插入損耗(〈4dB)，又可以實(shí)現(xiàn)較大的帶寬(單個(gè)通道相 對帶寬約9%)，較高阻帶抑制(大于40dB)，并且在低頻時(shí)又大大降低了工藝難 度(相對膜厚只要1.4%)。
本發(fā)明的原理如下
反射系數(shù)可表式為Rm(h/X)+Re，第一二項(xiàng)分別表示力學(xué)負(fù)載的貢獻(xiàn)和壓電
短路效應(yīng)的貢獻(xiàn)，x為波長，h為金屬膜厚度。1)當(dāng)金屬膜很薄時(shí)，第一項(xiàng)(力
學(xué)負(fù)載的貢獻(xiàn))可以忽略，反射系數(shù)主要由Re決定，此時(shí)，反射系數(shù)和金屬化 比的關(guān)系如圖4所示，在金屬化比為0.25時(shí)，Re達(dá)到最大，即反射系數(shù)達(dá)到最大Rmax， 2)當(dāng)金屬膜較厚時(shí)，第一項(xiàng)不能忽略，反射系數(shù)由力學(xué)負(fù)載的貢獻(xiàn) 和壓電短路效應(yīng)的貢獻(xiàn)共同決定，此時(shí)增加膜厚，選擇合適的金屬化比，可獲得 比情況l)中的Rmax更大的反射系數(shù)，所以，要獲得較大的反射系數(shù)， 一般通 過增加膜厚來實(shí)現(xiàn)。而用縱向耦合結(jié)構(gòu)來獲得寬帶寬時(shí)正是需要較大的反射系 數(shù)。
由于重金屬的反射系數(shù)是相同厚度的鋁的幾倍(例如重金屬銅的反射系數(shù) 約是相同厚度金屬鋁的3倍，即用銅膜可實(shí)現(xiàn)約3倍厚度的鋁膜所達(dá)到的反射強(qiáng) 度)，因此利用相對較薄的重金屬膜可以實(shí)現(xiàn)較大的反射系數(shù)，采用重金屬膜來 制作縱向耦合結(jié)構(gòu)便能很好的解決現(xiàn)有技術(shù)由于膜厚過大造成體波散射，導(dǎo)致器 件損耗增加以及工藝實(shí)現(xiàn)困難的問題。
權(quán)利要求
1、一種寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，包括N個(gè)聲表面波濾波器和與所述聲表面波濾波器相對應(yīng)的開關(guān)，所述的聲表面波濾波器采用縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)，且該濾波器采用重金屬膜制作，其中N至少為1。
2、 按權(quán)利要求1所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述與聲表面波濾波器相對應(yīng)的開關(guān)是兩組一刀多擲開關(guān)，所述兩組一刀多擲開 關(guān)和n個(gè)重金屬制作的聲表面波濾波器均制作在印刷電路版上，其中一組開關(guān) 將n個(gè)聲表面波濾波器的輸入端連接在一起，另一組開關(guān)將n個(gè)聲表面波濾波 器的輸出端連接在一起，兩組開關(guān)一一對應(yīng)，n個(gè)聲表面波濾波器構(gòu)成n個(gè)通 道；所述的一刀多擲開關(guān)由電路上n個(gè)一刀單擲開關(guān)的一端并聯(lián)組成。
3、 按權(quán)利要求2所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的縱向耦合諧振式濾波器包括l-2模式縱向耦合諧振式濾波器和1-3模式縱 向耦合諧振式濾波器。
4、 按權(quán)利要求3所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的l-2模式縱向耦合諧振式濾波器，由兩個(gè)叉指換能器及在其兩端的反射柵 陣組成，叉指換能器均不加權(quán)。
5、 按權(quán)利要求3所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的1-3模式縱向耦合諧振式濾波器，由三個(gè)叉指換能器及在其兩端的反射柵 陣組成，叉指換能器均不加權(quán)。
6、 按權(quán)利要求4或5所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征 在于，所述反射柵陣采用短路柵條或開路反射柵條，所述叉指換能器的同步頻率 是反射柵陣同步頻率的1-1.05倍。
7、 按權(quán)利要求1所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的聲表面波濾波器，其芯片結(jié)構(gòu)中的縱向耦合諧振式濾波器采用多極串聯(lián)結(jié) 構(gòu)。
8、 按權(quán)利要求3所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的反射柵陣和叉指換能器采用重金屬膜制作，所述的重金屬為銅，金或鉑金。
9、 按權(quán)利要求1所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于，所述的聲表面波濾波器，其壓電基片材料是Y36。 LiTa03、 Y42° LiTa03、 Y64° LiNb。3或Y4r LiNb03。
10、按權(quán)利要求1所述的寬帶低損耗聲表面波可開關(guān)濾波器組，其特征在于， 所述的一刀單擲開關(guān)由分立元件PIN二極管電路組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種寬帶、低損耗可開關(guān)聲表面波濾波器組。該濾波器組由制作在印刷電路版上的兩組一刀多擲開關(guān)和多個(gè)重金屬膜制作的聲表面波濾波器組成，其中一組開關(guān)分別將多個(gè)聲表面波濾波器的輸入端連接在一起，另一組開關(guān)將多個(gè)聲表面波濾波器的輸出端連接在一起，兩組開關(guān)一一對應(yīng)；所述的聲表面波濾波器均采用縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)低的插入損耗；縱向耦合諧振式結(jié)構(gòu)的換能器和反射柵陣，采用了重金屬膜，以獲得盡可能寬的帶寬；其基片材料采用鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電材料。本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于通信系統(tǒng)中的寬帶(單通道相對帶寬9％)、低插損(含開關(guān)在內(nèi)小于4dB)、較高阻帶抑制(大于40dB)的可開關(guān)聲表面波濾波器組。
文檔編號H03H9/64GK101320965SQ20071010035
公開日2008年12月10日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者何世堂, 劉久玲, 劉明華, 李紅浪 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所