梯形濾波器的製作方法

2023-12-03 00:28:16

專利名稱：梯形濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種梯形濾波器，該濾波器包括至少一個串聯諧振器和一個並聯諧振器，這兩個諧振器相互連接構成一個梯形，更具體地說，本發明是對構成串聯和並聯諧振器的諧振器結構的改進。


圖1表示了一個傳統結構的梯形濾波器，該梯形濾波器由多個具有膨脹振動態的角形壓電諧振器構成。也就是說，具有圖2所示電路中的四個元件的二級梯形濾波器是由矩形板狀串聯諧振器1和2以及矩形板狀並聯諧振器3和4構成。
參見圖1，標號2a表示一個設置在串聯諧振器2的一個主表面上的電極，而在串聯諧振器2的另一個主表面上也設置有一個類似的電極，此外，串聯諧振器1的兩個主表面上均設置有類似的電極。另一方面，在串聯諧振器3和4的整個主表面上分別設置有電極3a和4a。
標號5至11表示濾波器的金屬端子，它們與串聯諧振器1和2及並聯諧振器3和4相互連接(如圖2所示)。上述金屬端子5至11、串聯諧振器1和2以及並聯諧振器3和4放置在殼體元件12中，殼體元件12是由絕緣材料製成的。蓋件(圖中未示出)蓋在殼體元件12上部的開口12a上，從而構成一個梯形濾波器。金屬端子9至11從殼體元件12中引出，以便作為與外界相連接的端子。
為了驅動上述梯形濾波器，放置在殼體元件12中的串聯諧振器1和2及並聯諧振器3和4應當能以所需的狀態振動。換句話說，殼體元件12中的諧振器1至4的振動不能受到阻礙。因此，設在一個端部的金屬端子11是用具有彈性的所謂彈簧端子製成的。
然而，在圖1所示的梯形濾波器中，由於金屬端子11的存在構成了一個很大的不需要的空間，該金屬端子11是一種彈性端子，以便允許殼體元件12中的諧振器進行振動。因此，整個梯形濾波器的尺寸顯著增加。舉例來說，如圖1所示的包括四個元件的兩級梯形濾波器其組裝後的尺寸約為7.0mm×8.0mm×8.0mm。
另一方面，近年來與其它電子元件一樣，也需要一種作為表面安裝型電子元件的梯形濾波器。
為此，美國專利申請07/941，081號及國際專利公開WO92/16997號提出了一種梯形濾波器，它可以縮小整體形狀並形成一表面安裝型的電子元件。在該梯形濾波器中，串聯和並聯諧振器由音叉型壓電諧振器構成，在壓電板的一個邊緣上形成音叉型振動件。另外，構成串聯和並聯諧振器的若干音叉型壓電諧振器通過槽形件相互疊放，以確保留出若干槽，允許相互連成整體的音叉型振動件進行振動。
在上述採用音叉型壓電諧振器的梯形濾波器中，可以實現小型化、表面安裝以及組裝步驟的簡化。但是，在該梯形濾器中，由於採用了音叉型壓電諧振器，不可能保證足夠的頻帶寬度。
本發明的一個目的是提供一種梯形濾波器，它可以實現製造步驟的簡化、小型化以及表面安裝，同時確保足夠的頻帶寬度。
根據本發明的廣義的方面，它提供了一種梯形濾波器，包括至少一個構成串聯支路的串聯諧振器、至少一個構成並聯支路的並聯諧振器，串聯和並聯的諧振器中的至少兩個沿水平方向彼此相連。
根據本發明的梯形濾波器，由於至少兩個串聯和並聯諧振器在與安裝表面平行的方向上彼此水平相連，因而該濾波器的厚度可以減少。另外，由於這種連接結構，該梯形濾波器還可以容易地製成片狀元件。
另外，根據本發明，串聯和並聯諧振器中的至少兩個是由能陷型壓電諧振器構成的，該壓電諧振器具有一個板形壓電振動件、一個連接到該壓電振動件上的支承件以及一個連接到該支承件上的固定件，以便阻止振動能量傳遞到支承件上。因此，該壓電諧振器可以通過該固定件固定到另一個壓電諧振器或表面基片上，而不會使該壓電諧振器的諧振特性變劣。
該能陷型壓電諧振器可以選自各種類型的壓電諧振器。
第一類壓電諧振器是一種採用橫向膨脹態的能陷型壓電諧振器，它包括一個具有長邊和短邊的矩形板狀壓電振動件、一個連接到該壓電振動件的每個短邊中心處的支承件以及一個連接到該支承件外端的固定件，所述長邊和短邊的邊比b/a處於下列值b/a＝n(-1.47σ+1.88)…(1)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表短邊和長邊的長度，σ代表壓電振動件所用材料的泊松比，n代表一個整數。
從下面所述的實施例中可以清楚地看到，上述橫向膨脹態是矩形板狀振動器的一種振動態，這種振動態是處於正方形振動器的膨脹態振動與矩形振動器的橫向態振動之間的一種振動狀態。
在上述採用橫向膨脹態的壓電諧振器中，當通過將支承件簡單固定到或整體成形到壓電振動件每一短邊的中心而將其振動能量捕集起來時，便可以支承住壓電振動件，因此支承結構可以被簡化。這樣便可以通過安裝在支承件外側的固定件將壓電諧振器與其它諧振器組合，從而形成一個小型化的梯形濾波器。
另外，壓電振動件是以橫向膨脹態被激勵的，因此可以獲得與現有技術相比具有更寬頻帶的梯形濾波器。
根據本發明的一個方面，採用橫向膨脹態的矩形板狀壓電振動件的長邊與短邊之邊比被設定在上述特定範圍內，從而使橫向膨脹態的振動被有效地激勵和捕集。該現象已被發明人的實驗所證實。
第二類壓電諧振器是一種採用切變態的能陷型壓電諧振器，它包括一個帶有沿一個方向極化的板形壓電元件的壓電振動件，及設置在該壓電元件上並垂直於極化方向施加交流電壓的第一和第二諧振電極，一個平行於該極化方向並呈矩形的壓電元件的表面，其邊比b/a處於下列值b/a＝n(0.3σ+1.48)…(2)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表上述矩形壓電錶面的短邊和長邊的長度，σ代表壓電元件所用材料的泊松比，n代表一個整數，一個連接到該壓電振動件上的支承件以及一個連接到該支承件上的固定件。
在第二類壓電諧振器中，該壓電振動件被製成上述的特殊形狀，因此，當交流電壓施加到第一和第二諧振電極之間使壓電振動件諧振時，振動能量被有效地捕集在該壓電振動件中。該現象已被發明人的實驗所證實。
如上所述，在第二類能陷壓電諧振器中，上述振動能量被有效地捕集在壓電振動件中，於是第二類能陷壓電諧振器可以通過固定件來支承，而基本上不會使諧振特性變劣。這樣，通過用固定件將壓電諧振器與其它諧振器結合，可以容易地製作一種小型梯形濾波器。
由於壓電諧振器為切變態，所以，與音叉型壓電諧振器相比，本發明梯形濾波器的頻帶寬度可以加寬。
第三類壓電諧振器是一種能陷型壓電諧振器，它包括一個具有一對相對的矩形表面及連接這對矩形表面的四個側表面的板狀壓電振動件，設置在壓電振動件的這對矩形表面上的第一和第二諧振電極，沿矩形表面的短邊連接到壓電振動件側表面一端上的支承件，以及連接到該支承上的固定件。在該壓電諧振器中，邊比b/a設定在下述值b/a＝n(0.3σ+1.48)…(3)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表矩形表面的短邊和長邊的長度，σ代表壓電振動件所用材料的泊松比，n代表一個整數，以便通過橫向壓電效應激勵出2n(n為整數)度的彎曲態振動。在第三類壓電諧振器中，壓電振動件被製作成具有上述特殊形狀，這樣，2n度的彎曲態振動被有效地捕集到該壓電振動件中。這種現象業已為發明人的實驗所證實。
在採用第三類壓電諧振器的梯形濾波器中，諧振能量也可以有效地捕集到壓電振動件中，因此，第三類壓電諧振器可以容易地通過固定件與其它壓電諧振器結合，或粘接到一個表面基片上，而基本上不會使諧振特性變劣。這樣，就可以做出一種具有穩定特性的小型梯濾波器，其中可以簡化支承結構。
第四類壓電諧振器是一種帶有動態阻尼器的能陷型壓電諧振器，該阻尼器設置在壓電振動件與支承件之間。在這種結構中，由於動態阻尼現象，振動能量被有效地捕集到一個部分中，該部分的範圍直至動態阻尼器為止。這種動態阻尼現象例如在Corona出版有限公司出版的、作者為Osamu Taniguchi的「振動工程」第113到116頁有詳細的說明。簡而言之，動態阻尼現象是這樣一種現象，即當副振動器連接到具有適當選擇的固有頻率的主振動器時，主振動器的振動被抑制，而主振動器的振動正是必需加以避免的。在這種動態阻尼現象中，上述動態阻尼器相當於副振動器，隨諧振件振動，而振動的支承件相當於主振動器。
在採用第四類壓電諧振器的梯形濾波器中，至少一個諧振器由具有動態阻尼器的壓電諧振器構成，從而使振動的能陷效率得以改善，這樣就可以縮小壓電諧振器。由於採用了這種壓電諧振器，該梯形濾波器也可以縮小。
如上所述，第四類能陷壓電諧振器的特徵在於設置了動態阻尼器，對該壓電振動件本身並沒有特殊的限制。當動態阻尼器設置到上述第一到第三類能陷壓電諧振器中的任何一個上時，該動態阻尼器可以輕微地抑制振動的洩漏，從而進一步改善了能陷效率。另外，可以適當地選用壓電振動件，例如採用縱向態的壓電振動件、採用切變態的普通壓電振動件、或者是採用膨脹態的方板狀壓電振動件，該方板狀壓電振動件不同於第一到第三類能陷壓電諧振器中的壓電振動件。也就是說，上述具有動態阻尼器的第四類能陷壓電諧振器可以用任何一種壓電振動件，這些振動件按目標諧振頻率被激勵起各種振動態，因此，人們很容易得到一種可用於各種頻帶的梯形濾波器。
由於設置了動態阻尼器，振動能量被有效地捕集到一個部分中，該部分的範圍直至動態阻尼器為止。因此，與第一到第三能陷壓電諧振器類似，第四類壓電諧振器可以通過固定件加以固定，並且基本不會使諧振特性變劣。這樣就可以容易地製作一種具有穩定特性的小型梯形濾波器，特別是其厚度可以被降低。
根據本發明的優選實施例，上述支承件和固定件被連接到壓電振動件的兩側，以便讓壓電振動件由支承件從其兩側支承，從而可獲得一種結構更穩定的梯形濾波器。當固定件布置到壓電振動件的兩側時，可以通過設置在兩側的上述固定件將壓電諧振器固定，從而穩定了上述支承結構。
如上所述，本發明的梯形濾波器具有至少兩個在與安裝表面平行的方向上彼此水平相連的板狀諧振器。更實際地說，可以通過在第一和第二表面基片之間設置連接結構來製作這種連接結構，該層狀結構由上述表面基片固定，從而構成一個片狀的梯形濾波器。另外，上述連接結構可以疊放在一個底座基片上，一個蓋件固定到該底座基片上，以封閉該連接結構，從而構成一種片狀梯形濾波器。
如上所述，當串聯和並聯諧振器中的至少一個帶有一個板形壓電件、一個支承件和一個固定件時，所有諧振器都可以帶有板形壓電振動件、支承件和固定件。在這種情況下，所有諧振器通過上述固定件相互連接起來，並固定到表面基片或類似物上，由此可以容易地構成一種片狀梯形濾波器。
根據本發明，在壓電諧振器的兩側設置有固定件的上述結構中，第一和第二間隔板設置在至少兩個上述壓電諧振器的兩側。第一和第二間隔板與壓電諧振器相連，以便讓壓電振動件振動，這樣，上述至少兩個壓電諧振器及第一和第二間隔板就構成了一個諧振板。一旦構成了這樣的諧振板就可容易地製作出一種具有層狀結構的片狀梯形濾波器。
當構成諧振板的至少兩個上述壓電諧振器及第一和第二間隔板相互形成一個整體時，諧振器側部的空間可以被的效地封閉起來，從而可以容易地得到這樣一種梯形濾波器，它具有出色的防止外界影響(如防潮)的特性。
此外，可以在上述諧振板上疊放一附加諧振板。也就是說，本發明的梯形濾波器可以包括兩個或更多的諧振板。
該壓電振動件最好帶有第一和第二諧振電極，以便激勵該壓電振動件，而一個鉛電極則設置在固定件上。在這種情況下，第一和第二諧振電極與該鉛電極電連接。於是，通過鉛電極與外界的電連接就可以激勵該壓電振動件。
更有利的是將若干外部電極設置在本發明梯形濾波器的外表面，並使這些外部電極電連接到上述鉛電極上。這樣，就可以把梯形濾波器製成一個具有若干外部電極的片狀電子元件。
在第一到第三類能陷壓電諧振器的每一個中，構成壓電振動件的壓電材料可以由LiTaO3或LiNbO3的壓電單晶體以及壓電陶瓷製備。另外，壓電薄膜可以設置到金屬板或半導體板的表面，用這種複合件構成壓電振動件。當壓電振動件由上述複合件構成時，其泊松比σ根據上述複合材料的泊松比來選定。
下面結合附圖對本發明的前述及其它的目的、特徵、情形及優點進行更詳細地說明。
附圖的簡要說明圖1是一種傳統的梯形濾波器的部分分解立體圖;
圖2表示了上述傳統梯形濾波器的電路結構;
圖3是用以說明橫向膨脹態壓電諧振器中的壓電振動件的立體圖;
圖4為說明膨脹態的平面示意圖;
圖5為說明橫向膨脹態的平面示意圖;
圖6為說明橫向態的平面示意圖;
圖7A和圖7B則分別表示了用有限元法對橫向膨脹態的振動進行分析後得出的位移分布，以及圖7A中所採用的座標系;
圖8表示了沿軸X的位置和如圖7所示位移分布中的位移量之間的關係;
圖9表示了用以激勵橫向膨脹態的泊松比和邊比b/a之間的關係;
圖10說明了邊比b/a與圖7所示位移分布中的相對位移之間的關係;
圖11說明了泊松比與邊比b/a之間的關係;
圖12A和圖12B分別表示了第一類能陷壓電諧振器中的一種的平面圖和側視圖;
圖13表示了第一類能陷壓電諧振器中的再一種的平面圖;
圖14則表示了第一類能陷壓電諧振器中的另一種的平面圖;
圖15是第二類能陷壓電諧振器中的一種的側視圖;
圖16是圖15所示壓電諧振器的立體圖;
圖17A是一個以切變態振動的振動器的振動狀態模型圖，圖17B則表示了圖17A所採用的座標系;
圖18示意性地表示了壓電元件的側視圖;
圖19表示了壓電材料的泊松比σ與邊比b/a之間的關係;
圖20表示了在第二類能陷壓電諧振器中採用有限元法分析得出的振動位移分布;
圖21給出了整數n與相對位移量之間的關係;
圖22是第二類能陷壓電諧振器中的再一種的側視圖;
圖23是第二類能陷壓電諧振器中的又一種的立體圖;
圖24是第二類能陷壓電諧振器中的還有一種的平面圖;
圖25是第二類能陷壓電諧振器中的另外一種的平面圖;
圖26是第二類能陷壓電諧振器中的其它一種的立體圖;
圖27表示了由壓電振動件、支承件、動態阻尼器和固定件製成一體而構成的第二類能陷壓電諧振器結構的立體圖;
圖28是將連接件和固定件製成一體的壓電板的立體圖;
圖29是本發明第一實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖30是上述第一實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖31A和31B為用於第一實施例中帶有阻尼器的壓電諧振器的立體圖;
圖32是用於說明第一實施例的端子電極連接狀態的典型的平面圖;
圖33是本發明第一實施例的梯形濾波器的電路結構圖;
圖34是本發明第二實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖35是上述第二實施例所用的T形連接式濾波器的外觀立體圖;
圖36為用於第二實施例中的T形連接式濾波器的電路結構圖;
圖37是本發明第二實施例所用的π形連接式濾波器的立體分解圖;
圖38是本發明第二實施例所用的π形連接式濾波器的立體圖;
圖39是上述第二實施例所用的π形連接式濾波器的電路結構圖;
圖40是本發明第三實施例所用的T形連接式濾波器的立體分解圖;
圖41是本發明第三實施例所用的T形連接式濾波器的外觀圖;
圖42是上述第三實施例所用的T形連接式濾波器的立體分解圖;
圖43是本發明第三實施例所用的T形連接式濾波器的立體分解圖;
圖44是本發明第四實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖45是上述第四實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖46是本發明第四實施例的梯形濾波器的電路結構圖;
圖47是本發明第五實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖48是本發明第五實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖49是上述第五實施例的梯形濾波器的電路結構圖;
圖50是本發明第六實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖51是本發明第六實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖52是本發明第七實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖53是本發明第七實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖54是本發明第八實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖55是本發明第八實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖56是本發明第九實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖57是圖56所示實施例中所用壓電諧振器的立體圖;
圖58是本發明第十實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖59為用以說明第三類壓電諧振器的壓電板模型的立體圖;
圖60表示了採用有限元法分析得出的如圖59所示的壓電板的位移狀態的典型的平面圖;
圖61表示了如圖59所示的壓電板與支承件和固定件連接後採用有限元法分析得出的位移狀態的典型的剖視圖;
圖62是在圖61所示位移狀態下的電荷分布的平面圖;
圖63A表示了泊松比與邊比b/a之間的關係，圖63B則表示了整數n與相對位移量之間的關係;
圖64是第三類壓電諧振器中的一種的平面圖;
圖65是一種電極形狀的典型的平面圖，該電極通過壓電板設置在圖64所示的壓電諧振器的下表面上;
圖66是本發明第十一實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖67是本發明第十一實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖68是上述第十一實施例的梯形濾波器的電路結構圖;
圖69是本發明第十二實施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖70是本發明第十二實施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖71是本發明第十二實施例的梯形濾波器的電路結構圖;
圖72是第十一和第十二實施例的梯形濾波器相互連接的平面圖;
圖73是第三類壓電諧振器中的再一種的平面圖;
圖74是通過壓電板設置的第三類壓電諧振器的下部電極形狀的平面圖。
下面將對用以說明本發明的非限制性的實施例進行說明。
第一類能陷壓電諧振器
首先對本發明中所使用的第一類壓電諧振器進行描述，隨後對使用該第一類諧振器的梯形濾波器進行說明。
圖3示意性表示了用於本發明的第一類能陷壓電諧振器205。在該壓電諧振器205中，電極207和208均設置在矩形壓電陶瓷板206的主表面上，該壓電陶瓷板被極化，使極化軸沿板的厚度方向正則化設置。假設a和b分別表示壓電陶瓷板206的短邊和長邊的長度，邊比b/a處於上面所述的特定範圍內，這樣，橫向膨脹態被強烈地激勵(容後詳述)。下面將描述邊比在上面所述的範圍內時橫向膨脹態的激勵情況。
圖4到圖6是振動器振動狀態的平面示意圖，以便分別說明膨脹態、橫向膨脹態和橫向態。本發明人用有限元的方法在改變矩形板的長邊和短邊時對矩形板振動器的振動態進行了分析。當各長邊的長度b與各短邊的長度a之邊比b/a為1，即振動器是正方形時，激勵出如圖4所示的一個膨脹振動態的振動。也就是說振動是在虛線A和點劃線B所示的狀態之間重複進行，振動器201具有如圖4所示的正方形的平面，因此可以激勵出強烈的膨脹態。
當邊比b/a明顯大於1時，即當b/a＞＞1時，矩形振動器在虛線A和實線B所示的狀態之間進行振動，如圖6所示，因此，可以激勵出強烈的橫向態振動。
如圖5所示，在振動器203中，當邊比b/a大於1而小於產生前述橫向態振動的邊比時，點劃線A與虛線B之間的振動，即橫向膨脹態振動被強烈地激勵。
由於前述橫向膨脹態被認為是處於公知的膨脹態和橫向態之間的中間振動態，由此而將其定名為橫向膨脹態。
基於上述認識，本發明人製備了若干如圖3所示的壓電諧振器205的樣品，該樣品由具有在特定值範圍內選定的邊比b/a的壓電陶瓷板製成。
在上述壓電諧振器的樣品中，當改變邊比b/a，以激勵前述橫向膨脹態時，可以肯定如果邊比b/a滿足-1.47σ+1.88，橫向膨脹態得到最強烈的激勵。採用有限元的方法對該壓電諧振器205的這個樣品中的位移分布進行分析，所得結果如圖7A所示。
在用有限元法分析的位移分布中，各部分的位移狀態是沿圖7B所示的X軸和Y軸測量的，X和Y軸的原點在壓電諧振器205主表面的中心，測出的結果如圖8所示。可以看出，在圖7B所示的中心O和點X1(即短邊中心)處位移量最小;而在壓電諧振器205的上述兩點之間的中間位置處位移量增大，該壓電諧振器被激勵為沿X軸的橫向膨脹態。這意味著，在橫向膨脹態時，節點位於壓電諧振器205主表面的中心和短邊的中心。因此，如果將另一個支承元件支承在主表面的中心或短邊的中心，則可以支承該壓電諧振器，而不影響所述的橫向膨脹態。
另外，還可以肯定，前述邊比b/a與壓電諧振器205的泊松比有關。當改變振動器的泊松比，以測量用於激勵上述橫向膨脹態的邊比b/a，並將該邊比b/a繪圖時，即可得到如圖9所示的結果。從圖9所示的直線可以確定地看出，在選定的邊比b/a滿足下列方程時b/a＝-1.47σ+1.88…………(4)能可靠地激勵一個橫向膨脹振動態。
另外，人們還認識到，不僅當邊比b/a滿足方程(4)時，可以強烈地激勵出橫向膨脹振動態，而且，當邊比b/a稍微偏離方程(4)時，同樣可以強烈地激勵出橫向膨脹振動態。因此，採用的壓電陶瓷板的泊松比σ為0.324，並且改變邊比b/a，以確定橫向膨脹振動態的激勵存在/不存在。假設D(X1)表示圖7B中點X1處的位移量，而D(C)表示點C(參見圖7)處的位移量，在橫向膨脹態中C點的位移量最大，於是點X1與點C的相對位移D(X1)/D(C)可被測出。圖10顯示了測量結果。
從圖10中可清楚地看到，當泊松比σ為0.324，邊比b/a處在1.26-1.54範圍內時，相對位移處於±10%之內。於是，製備若干個如圖3所示壓電諧振器205的樣品，以便使邊比b/a處在上述最佳值的±10%之內，並且支承元件連接到短邊的中心，以測量諧振特性。從測量結果可以看出，當相對位移處於上述±10%之內時，可以出色地捕集到橫向膨脹振動態。
從圖11中可以看到，當邊比b/a設定在滿足方程(4)值的±10%之內時，可以出色地激勵上述橫向膨脹振動態。人們還認識到，當邊比b/a是n(n為整數)倍於(-1.47σ+1.88)值時，也可以出色地激勵出橫向膨脹振動態。
圖12A和12B是平面圖和正視圖，表示應用橫向膨脹態的壓電諧振器，即根據前面已知的方法生產出的第一類壓電諧振器。該壓電諧振器211具有一個壓電振動件212，作為矩形板狀的振動器。該壓電振動件212呈矩形平面狀，且在其結構上使諧振電極214和215完全覆蓋在壓電陶瓷板213的兩個主表面上，該陶瓷板沿厚度方向均勻地極化。支承件216和217連接到壓電振動件212短邊的中心，當激勵出橫向膨脹振動態時，該中心為節點。固定件218和219分別連接到支承件216和217的外端部。
支承件216和217以及固定件218和219與壓電陶瓷板213整體成型。也就是說，一塊矩形的壓電陶瓷板被加工製作成圖12A所示的形狀。或者，支承件216和217以及固定件218和219可以由獨立於壓電振動件212的元件製成，並用適當的方法(例如粘接)與之相連接。
通過分別設置在支承件216和217一側表面上的鉛制導電件214a和215a，使得所述諧振電極214和215與鉛電極220和221電連接，這些鉛電極分別設置在固定件218和219的一側表面上。
當交流電壓加到鉛電極220和221之間時，在壓電諧振器211內壓電振動件212激勵出橫向膨脹態。在這種情況下，壓電振動件212短邊的中心位置幾乎不振動，形成振動的節點，因此，儘管支承件216和217與壓電振動件212相連，橫向膨脹態振動幾乎不受幹擾。這樣，可以有效地捕集位於支承件216和217之間的橫向膨脹態的振動。
人們認識到，可以製成一個能陷壓電諧振器，它適用於800KHz到2MHz的頻率範圍。這是因為當該壓電振動件212的規格分別為2.5mm寬、3.5mm長以及1.0mm寬、1.4mm長時，該壓電振動件表現出的諧振頻率是800KHz和2MHz。
對於諧振頻率來說，有效頻帶當然隨著壓電諧振件的材料不同而改變。因此，獲得能陷壓電諧振器是可能的，該諧振器適用於各種頻帶，頻帶的不同是由於構成壓電振動件的壓電材料不同而造成的。
圖13顯示出一個利用橫向膨脹態的能陷壓電諧振器。該壓電諧振器231具有一個作為矩形板式振動器的壓電振動件232。在該壓電振動件232中，沿著其長邊將一對諧振電極232b和232c安裝在壓電板232a的上表面上。壓電板232a是沿箭頭P所示被極化的，即從諧振電極232b向諧振電極232c的方向被極化。也是在這個實施例中，壓電振動件232的每個長邊的長度b與每個短邊的長度a之邊比b/a則被設定在滿足方程(1)的值的±10%的範圍內。
當交流電壓作用在諧振電極232a和232b之間時，壓電振動件232便以橫向膨脹態振動。在這種情況下，該壓電振動件232在與所施加的電場平行的方向上移動，從而使得壓電諧振器231利用縱向壓電效應。
還是在該實施例的壓電諧振器231中，以橫向膨脹態諧振的壓電振動件232的振動節點上連接著支承件236和237，而固定件238和239則分別連接在支承件236和237的外端部上。參見圖13，標號234a和235a是鉛制導電件，而標號240和241則是各鉛制電極。
圖13所示的實施例清楚地表明，根據本發明採用橫向膨脹態的諧振器不僅可利用橫向壓電效應，也可以利用縱向壓電效應。
圖14表示了本發明所用的利用橫向膨脹態的能陷壓電諧振器的再一實施例。圖14所示的壓電諧振器251的特點是帶有動態阻尼器252和253及連接部分254和255，而該實施例的其它情況則與圖12所示的能陷式壓電諧振器211相近似。因此，圖中相同的部分由同樣的標號表示，不再贅述。
連接在支承件216和217的外端的動態阻尼器252以及253構成垂直延伸的杆型部分。連接部分254和255設置在動態阻尼器252和253以及相應的固定件218和219之間。
由於支承件216和217是連接在壓電諧振件212的振動節點上的，因而漏向支承件216和217的振動極小。然而，在這個實施例中，動態阻尼器252和253是靠略微的振動洩漏來諧振的，以此抑制這種振動。因而，可以有效地捕集到動態阻尼器252和253之間部分的振動能量。這樣壓電諧振器可以作得更為小型化。
由於壓電諧振器251的特徵之一在於設有動態阻尼器252和253，因而，圖14所示的壓電諧振器251也是一個用於本發明梯形濾波器的第四類能陷壓電諧振器的實施例。
第二類壓電諧振器
圖15和圖16是用來說明第二類壓電諧振器的能陷型壓電諧振器311的側視圖和立體圖，這類用於本發明的壓電諧振器採用了切變態。
壓電諧振器311由矩形壓電陶瓷板312構成，該壓電陶瓷板312是被這樣極化的，它的極化軸在與主平面平行的方向上被正則化，即沿箭頭P所示的方向被正則化。
第一諧振電極313位於壓電陶瓷板312的上表面312a上，從端面312c一直伸向另一端面312d，但並未到達該端面312d。類似地，第二諧振電極314位於壓電陶瓷板312的上表面312b上，從端面312d一直伸向另一端面312c，但是並未到達這個端面312c。
此外，在壓電陶瓷板312的上下表面312a和312b上分別設有橫向延伸的第一和第二槽315和316。第一和第二諧振電極313和314在壓電陶瓷板313的某一部分上相互重疊，該部分是壓電陶瓷板312中由第一和第二槽315和316固定的部分，這樣便形成了一個壓電振動件。也就是說，第一和第二槽315和316是分別形成於第一和第二諧振電極313和314的前端的，從而在它們之間確定出一個諧振件。當作用在第一和第二諧振電極313和314上的交流電壓能夠使壓電振動件產生振動時，便可強烈地激勵出切變態的振動，這樣，由於第一和第二槽315和316的結構型式，可使切變態振動被有效地捕集在壓電振動件中。
在壓電諧振器311中，位於槽315和316之間的部分構成了壓電振動件，而位於槽315和316上下之間的壓電陶瓷板部分則構成了本發明的支承件。此外，位於槽315和316之上的壓電板部分形成了本發明的固定件。諧振電極313和314是用於使位於電極間的壓電振動件產生諧振的電極，而該電極也可以起到如固定件中前述鉛電極的作用。
在壓電諧振器311中，與壓電振動件的極化方向相平行的壓電錶面是一個矩形表面，該表面的長邊為b，短邊為a。假設σ表示構成壓電陶瓷板312的壓電材料的泊松比，則邊比b/a處在滿足方程(2)值的±10%的範圍內，即槽315和316的結構是會使邊比處於上述範圍內，從而確定出壓電振動件的尺寸。
本發明人經過實驗確認，當壓電振動件311的邊比b/a處於上述範圍內時，切變態的振動能量能夠更有效地捕集在壓電振動件中。以下將參照圖17A至21加以說明。
圖17A是一個側視圖，假設諧振電極322和323是在壓電元件321上的，壓電元件321沿箭頭P所示方向，即與上下表面平行的方向上被極化，且該壓電元件的邊比b/a為1。當將交流電壓作用在諧振電極322和323之間時，壓電元件321產生輪廓切變態振動。同時，壓電元件312產生一個如圖17A中的虛線A所表示的振動和另一個與虛線A所示的形狀水平對稱的振動狀態。
圖17B沿坐標X-Y示出了振動器321的各個部分。在這種情況下，角部A振動時在X和Y方向上的位移最大。壓電元件321的中心O是振動的節點。另一方面，在壓電元件321側面垂直部分的中間點O1和O2也產生位移。
由於在點O1和O2處產生了位移，所以當壓電板與壓電元件321的外表面相連接形成輪廓切變態的諧振器時，振動能陷效率不高。
另一方面，還可以認識到，當邊比b/a為如下所示時b/a＝0.3σ+1.48則位移分布表示在圖18中，就是說，該圖表示的壓電元件331在圖中的虛線B表示的振動態和與之水平對稱的另一振動態之間產生振動。在這種情況下，各短邊的位移向量只有X方向的分量，如圖19所示。在壓電元件331的側表面331a以及331b上的位移方向在上下兩半是相反的。
將上述邊比b/a變化，且使用不同的壓電材料，來檢驗支承件與壓電元件相連接的結構中位移的情況。該測試結果被顯示在圖19中，該圖中分別表示出了壓電材料的泊松比和邊比b/a。從圖19所示的結構中可看出，當邊比b/a滿足下式時b/a＝0.3σ+1.48傳到支承件上的位移可以降低，即有效地捕集了壓電振動件中的振動能量。
此外還證明，當邊比b/a是(0.3σ+1.48)的n倍時(n為整數)，也能夠有效地捕集振動能量。
因而，能夠通過選擇符合方程(2)的尺寸來捕集壓電振動件中的振動。基於這一結果，用泊松比σ為0.31的壓電材料製成邊比b/a為1.57的壓電振動件341。其結果如圖19所示。
當厚度等於壓電振動件341的支承件344和345，通過支承件342A和343A與壓電振動件341製成一體時，便形成了諧振器346，用有限元的方法對所形成的諧振器的位移分布進行檢測，即得到如圖20所示之結果。
從圖20中可以清楚地看出，在該諧振器346中，壓電振動件341的切變態振動能量幾乎不洩漏到支承件342A和343A中。也就是說，選擇邊比b/a使之滿足方程(2)，就可以製成一個應用切變態的諧振器，其具有高的能陷效率。
然而，上述方程(2)中的整數n在某一泊松比σ條件下，在0.85到1.1的範圍內改變，以測量最小值點Q的位移量與最大值點P的位移量的比率，如圖20所示，即相對位移(%)。其結果如圖21所示。
從圖21中可以清楚地看到，當n值處於0.9到1.1時，相對位移不大於10%。另一方面，人們還認識到，當相對位移不大於10%時，基本上不會影響諧振器的結構。因此當邊比b/a處於滿足方程(2)值的±10%的範圍內時，諧振件中能夠有效地捕集振動能量。
在圖15和16所示的第二類壓電諧振器311中，第一和第二槽315和316這樣設計壓電振動件中的壓電陶瓷板的厚度a和沿諧振件極化方向P的縱向尺寸b(即矩形壓電錶面的短邊和長邊的長度a和b)的邊比b/a在方程(2)表示值的±10%的範圍內，上述矩形壓電錶面平行於壓電振動件的極化方向，由此改善了能陷效率。
圖22表示了第二類壓電諧振器另一個實例的側視圖。
在這個壓電諧振器351中，壓電陶瓷板352的一個上表面352a上第一槽355的外側還設第三槽357，該壓電陶瓷板352沿箭頭P極化;而第四槽358則設置在壓電陶瓷板352下表面352b上的第二槽356的外側，由此分別構成了第一和第二動態阻尼器359和360。根據動態阻尼器的已知現象，由于振動的洩漏使這些動態阻尼器359和360產生諧振，從而消除振動的洩漏。因此，可根據動態阻尼器的這一現象來選擇動態阻尼器359和360的尺寸，以便消除上述振動洩漏。
除設置第三和第四槽357和358以構成動態阻尼器359和360外，壓電諧振器351與壓電諧振器311的結構是相同的，因此相同部分用同樣標號表示，不再贅述。
在壓電諧振器351的諧振件中，邊比b/a設定在方程(2)表述值的±10%範圍內，因此，在諧振件中振動能量被有效地捕集。另外，根據動態阻尼器現象，動態阻尼器359和360消除了細微的振動洩漏。因此，當壓電諧振器351被分別機械地固定到位於第三和第四槽357和358外側的固定件361和362上時，諧振特性基本上不會變劣。於是，與壓電諧振器311相比有可能進一步改善能陷效率，從而提供更小的壓電諧振器。
壓電諧振器351具有動態阻尼器359和360，它也是本發明所採用的第四類壓電諧振器。
圖23是第二類能陷壓電諧振器的又一實例的立體圖。該壓電諧振器371由細長的矩形壓電陶瓷板372構成，該陶瓷板沿其縱向P極化。在壓電陶瓷板372中，第一和第二諧振電極373和374沿兩邊設置在板372的上表面上。另外，槽375以及376分別設置在上述兩個邊上。固定在槽375和376之間的壓電板部分構成了一個壓電振動件。在該壓電振動件中，一個上表面(即壓電錶面)平行於極化方向P，並且呈矩形。壓電振動件上表面的這種形狀是這樣選定的，它應使短邊和長邊的長度a和b間的邊比b/a處於滿足上述方程(2)的一個值的±10%的範圍內。當交流電壓施加在第一和第二諧振電極373和374之間時，壓電振動件是以與圖15所示的壓電諧振器311相似的切變態進行諧振的，並且該諧振能量被有效地捕集在壓電振動件中。位於槽375和376一側的壓電板部分確定出一個本發明的支承部分，而那些超出槽375和376外的部分則根據本發明分別確定出固定部分。而且，鉛制電極377和378分別形成於與第一和第二諧振電極373和374相連接的固定部分的上表面上。
圖24表示第二類能陷壓電諧振器的再一實施例的平面圖。在這個壓電諧振器381上，槽383到386形成於同一側表面上，而槽387到390則形成於另一個表面上，因而分別構成了動態阻尼器391到394。而且位於槽384和385之間的壓電基片部分根據本發明確定出了一個壓電振動件395。另外，固定件396和397分別形成於槽383和386的外側。本發明的支承件由位於槽384和388之間及槽385和389之間的壓電基片部分確定出來。位於槽383和387之間的壓電基片部分和位於槽386和390之間的一個薄的壓電基片部分分別構成了連接件。
壓電振動件395被沿箭頭P方向，即沿著壓電基片382的縱向極化。另一方面，諧振電極398和399形成於與極化方向P平行的壓電基片382的上表面上。壓電振動件395的上表面呈矩形，它的邊比b/a處在滿足方程(2)的值的±10%的範圍內，假定a和b代表上表面的較短一側和較長一側的長度。
當交流電壓施加在諧振電極398和399之間時，所述壓電振動件395以切變態諧振，以便使諧振能量被有效地捕集在壓電振動件395上。動態阻尼器391到394通過動態阻尼器的現象抑制了輕微漏洩的振動。在壓電諧振器381上，振動能量被可靠地捕集到帶有動態阻尼器391到394之間的部分上。
鉛制電極400和401則分別形成於固定件396和397上。
圖25顯示出圖24所示壓電諧振器381的改進型式。與壓電諧振器381不同，該壓電諧振器411的壓電振動件395沿箭頭P(即平行於壓電基片382的寬度方向)被極化，並且諧振電極398和399沿著寬度方向延伸。
圖26是表示圖24的壓電諧振器381另一改型的立體圖。在該壓電諧振器421中，一個壓電振動件395沿箭頭P極化，即平行於壓電基片382的縱向被極化。該壓電諧振器421的電極位置不同於壓電諧振器381。
在壓電諧振器421中，諧振電極398和399設置在壓電振動件395的壓電基片382的兩側。
另外，在壓電諧振器421中，鉛電極400和401分別設置在固定件396和397的壓電基片382的兩側。將該鉛電極400和401與諧振電極398和399連接起來的導電連接件也分別沿著壓電基片382的側表面設置。
從壓電諧振器421清楚地看到，諧振電極可以設置在構成壓電振動件的壓電板的側表面上，進一步來說，在第二類壓電諧振器中，諧振電極設置在上表面和下表面上。在圖24所示的壓電諧振器381中，諧振電極399例如可以設置在壓電基片382的下表面上;而壓電諧振器421中，諧振電極398和399中的一個例如可以設置在壓電基片382的一個主表面上。
在第二類壓電諧振器中，壓電振動件、支承件、固定件以及需要時設置的動態阻尼器可以在一塊單獨的壓電基片上製作。這些元件還可以製成分離的元件。
如圖27所示，絕緣板432和433可以粘接到厚度相同的矩形壓電板431上以形成壓電振動件，從而構成一個基片434。該基片434可以構成前述的第二類壓電諧振器。在圖27所示的那個基片434上，動態阻尼器435和436以及固定件437和438與絕緣板432和433整體地成形。另外，上述元件還可以分別獨立地成形。
如圖28所示，寬度相同的基片件439和440還可以設置在動態阻尼器435和436外側。在這種情況下，基片件349和440還可以用作連接和固定件。
第一實施例圖29是表示本發明第一實施例的梯形濾波器20的分解立體圖，圖30是其外觀立體圖。
梯形濾波器20的結構由表面基片21、第一諧振板22、絕緣間隔件23、第二諧振板24及一個表面基片25疊加而成，如圖29所示。
第一諧振板22的結構是將壓電諧振器26和27及壓電諧振器28粘結成一體，再用粘接劑把與壓電諧振器26到28厚度相同的間隔板29和30粘接到整體結構的外側而形成的，上述壓電諧振器26和27具有採用切變振動態的動態阻尼器，而壓電諧振器28具有採用橫向膨脹態的動態阻尼器。間隔板29和30由適當的具有一定強度的絕緣材料，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂製成，並且間隔板29和30帶有缺口29a和30a，以便允許壓電諧振器26和27的振動件進行振動。
如圖31A所示，具有動態阻尼器的壓電諧振器26由細長的沿箭頭P均勻極化的壓電陶瓷板26a構成。諧振電極26b設置在壓電陶瓷板26a的一個側表面上，從壓電陶瓷板26a的第一端向第二端延伸。諧振電極26b的前端終止於凹槽26c處，凹槽26c則是通過切去側表面而形成的。另一凹槽26d設置在距凹槽26c規定距離處，由此在凹槽26c和26d之間構成動態阻尼器26e。
類似地，諧振電極26f位於壓電陶瓷板26a的另一側表面上，從其第二端伸向第一端。與諧振電極26b上的側表面相類似，兩個槽26g和26h之間確定出一個動態阻尼器26i。
在第二的類壓電諧振器26中，諧振電極26b和26f的重疊部分確定出壓電振動件，且該壓電振動件的邊比b/a處在滿足方程(2)的值的±10%範圍內。也就是說壓電諧振器26與圖23所示的壓電諧振器371相似。位於壓電振動件及動態阻尼器26e、26i之間的部分為支承件;位於槽26d和26h上部的壓電陶瓷板部分構成了固定件，在固定件和動態阻尼器26e、26i之間寬度較窄的壓電陶瓷部分則確定出了連接件。
當在具有動態阻尼器的壓電諧振器26的諧振電極26b以及26f之間施加交流電壓時，諧振電極26b和26f之間的重疊部分就會產生出切變態諧振，從而形成壓電諧器的工作過程。此外，諧振部分具有上述特定的邊比，以便有效地捕集諧振能量。
即使諧振電極26b和26f重疊部分的振動有所洩漏，這部分振動也可以被有效地捕集在動態阻尼器26e和26i中，即如果切變振動態的諧振從諧振件中洩漏出來，洩漏的振動也可以使動態阻尼器26e和26i產生諧振，以便讓動態阻尼器抑制上述振動的洩漏。因此，在傳到位於動態阻尼器26e和26i上部壓電陶瓷板部分的過程中，振動基本上沒有洩漏。這樣，把位於動態阻尼器26e和26i上部的壓電陶瓷板部分與其它元件相連接時，壓電諧振器可以被機械地固定，而不會抑制諧振件的諧振。
再參見圖29，它與圖31B一起描述了具有用於第一諧振板22的動態阻尼器的壓電諧振器28。帶有動態阻尼器的壓電諧振器28是前述第一類或第四類的壓電諧振器，它是由圖31B所示的平板形壓電陶瓷板28a構成的。壓電陶瓷板28a的中心有一個矩形板形的壓電振動件28b。壓電振動件28b沿箭頭P方向被極化，且其兩個主表面上均設有諧振電極28c(其中設置在下表面上的那一個電極在圖31B中未示出)。
在振動件28b中，邊比b/a處在滿足所述方程(1)的值±10%的範圍內。
當在位於壓電振動件28b的兩主表面上的諧振電極28c上施加交流電壓時，壓電振動件獲得橫向振動態的諧振，此時，由於邊比b/a處在上述範圍內，所以諧振能量可以被有效地捕集在壓電振動件28b中。
另一方面，縱向杆型支承件28d和28e連接到壓電振動件28b的相對側表面上，而動態阻尼器則分別設置在支承件28d和28e的外側。動態阻尼器28f和28g產生由傳遞到壓電振動件28b的振動而諧振引起的彎曲態振動。即使諧振能量從壓電振動件28b中洩漏出來，這部分能量也可以被有效地捕集在動態阻尼器28f和28g中。
此外，連接件28h和28i分別連接到動態阻尼器28f和28g的外側，而固定件28j和28k則分別連接到連接件28h和28i的外端。固定件28j和28k用來將壓電諧振器28與其它元件相連，或者將其機械固定，而且如圖31B所示，它具有較大的面積。
每個帶有如圖31A和31B所示的動態阻尼器的壓電諧振器26和28都可以通過對上述單獨一片壓電陶瓷板進行加工而形成，而其中的各部分則可以通過由粘接劑或類似物互相連接的分離元件構成。在如圖31B所示的壓電陶瓷板28a中，如一塊構成壓電振動件的矩形壓電陶瓷板可以採用如下方式構成將支承件28d和28e、動態阻尼器28f和28g、連接件28h和28i以及固定件28j和28k由粘接劑或類似物粘接其側部並相互成為一體。這裡要指出，壓電陶瓷板和確定出每個壓電諧振器的件，可以通過加工出一塊壓電陶瓷板、或將一組元件互相連接在每個帶有動態阻尼器的壓電諧振器上而形成，所述動態阻尼器分別在第二到第十實施例中進行描述。
圖31B中所示的諧振電極28c連接到電極28m上，該電極28m則通過導電連接件28l而形成於固定件28k的上表面上。相似地，另一個形成於諧振件28b下表面上的諧振電極，則與通過導電連接件形成於固定件28j下表面上的電極相連。
再參照圖29，帶有動態阻尼器的壓電諧振器27和帶有動態阻尼的壓電諧振器26及28均通過將其固定件的側表面由粘接劑相互粘接而形成一體，該壓電諧振器27與帶有動態阻尼器的壓電諧振器26結構相同，然後再將第一和第二間隔板29和30粘接在成一體的側面部分上，從而形成第一諧振板22。
諧振板22的上表面上設置有電極22a和22d，用以將壓電諧振器26和28互相連接，構成下述的梯形濾波器。電極22a與壓電諧振器26的諧振電極26f連接(見圖31A)。類似地，電極22c與諧振電極26b相連接，而電極22b和22d則與形成於壓電諧振器27側面的單獨一塊諧振電極相連接。壓電諧振器28帶有一個電極28m，該電極與諧振電極28c一起連接到圖31B所示的諧振板22的一個邊緣上，而另一個與諧振電極相連的電極則將其下表面設置在諧振板22下表面另一個相對的邊緣上。
在第二諧振板24中，帶有動態阻尼器的壓電諧振器32以及33粘接在一帶有動態阻尼器的壓電諧振器31的兩側，所述壓電諧振器22和23採用了橫向振動態，它的結構與具有動態阻尼器的壓電諧振器28相類似，而該壓電諧振器31則採用了切變振動態，其結構與壓電諧振器26相同。此外，第一和第二間隔板34和35與壓電諧振器31至33的厚度相同，且第一和第二間隔板由具有一定強度的適當的絕緣材料(如絕緣陶瓷和合成樹脂)製成，它們被粘接到壓電諧振器32和33的側面。如圖29所示，間隔板34和35上靠近壓電諧振器32和33的邊緣處帶有大致為U形的槽34a和35a，這些槽能確保壓電諧振器32和33的諧振和動態諧振件的振動。
壓電諧振31到33本身的結構與壓電諧振器26、28類似，因此不再贅述。
在第二諧振板24中，電極24a和24b設置在諧振板的上表面，並伸向不同的邊緣。電極24a和24b與一個單獨的諧振電極相連接，諧振電極設置在壓電諧振器31的兩側表面。然而，在壓電諧振器32和33中，設置在固定件上的電極32c和32d伸到諧振板24的不同邊緣，上述固定件與上表面上的諧振電極32a和33a連接。另外，壓電諧振器32和33的諧振件的下表面上的諧振電極連接到下表面的另一側的電極上。
表面基片21和25分別在下表面和上表面具有凹槽21a和25a，各層重疊時，凹槽21a和25a可以允許靠近壓電諧振器的諧振件和動態阻尼器進行振動。絕緣間隔板23的上表面上設有凹槽23a，下表面上設有同樣形狀的另一個凹槽(圖29中未清楚顯示)。這些凹槽可以允許上下布置的各壓電諧振器的諧振件和動態阻尼器進行振動。
另外，表面基片21、絕緣間隔板23及表面基片25還可以是平板狀，其上不帶有凹槽21a、23a和25a。在這種情況下，需要留出類似的間隔，以便壓電振動件和動態阻尼器振動，該間隔是通過插入厚度與凹槽21a、23a和25a的深度相應的矩形框狀間隔件、或以矩形框狀施放絕緣膠來實現的。
表面基片21和25及絕緣間隔板23可以採用具有一定強度的絕緣材料製作，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂。
按照該實施例，表面基片21、第一諧振板22、絕緣間隔板23、第二諧振板24以及表面基片25被疊放起來，並用絕緣膠相互粘接成一體，製成具有疊層結構的梯形濾波器，如圖30所示。
從圖30可以清楚地看到，本實施例的梯形濾波器20的結構是由若干個矩形板狀件 在一起而獲得的。該濾波器還具有端子電板20a到20l，這些電極在側面上延伸到達上下表面。可以通過塗覆並烘乾導電膠、或通過蒸發、電鍍或噴鍍來製造這些端子電板20a到20l。另外，如圖29所示，若干電極21b可以預先設置在表面基片21的上表面上，同時，表面基片25的下表面上也具有若干端子電極部分。這樣，當電極材料隨後放到圖30所示的疊層結構的側面時，可以構成端子電極20a和20l，這些電極在側面上延伸，到達上下表面。
可以用圖33所示電路，通過將圖32所示的端子電極20a與20l相連，來驅動以上述方式獲得的梯形濾波器20，從而使端子電極20a作為輸入端，端子電極20k和20j作為輸出端，而端子電極20l、20f和20b均接地。
在本發明實施例的梯形濾波器20中，串聯和並聯諧振器均由採用切變和橫向振動態的具有動態阻尼器的壓電諧振器26到28和31到33構成。因此，與採用音叉型壓電諧振器的梯形濾波器相比，可以很容易地加寬通帶寬度。
從圖29中可以清楚地看出，在梯形濾波器20的諧振板22上，板狀壓電諧振器26到28橫向相互連接起來。同樣，在諧振板24上，板狀壓電諧振器31到33也橫向連接在一起。因此，可以在不增加其厚度的情況下製成三級薄片狀梯形濾波器。換句話說，由於將一組板狀壓電諧振器以平行於安裝面的方式相互橫向連接，因而易於減小梯形濾波器的厚度。
另外，振動能量被有效地捕集到壓電諧振器的動態阻尼器部分中，從而使壓電諧振器可以很容易地如上所述通過固定件相互連接並呈一體。
第二實施例圖34是說明本發明第二實施例梯形濾波器的T形連接式濾波器70的立體分解圖，而圖35則是表示T形濾波器的外觀立體圖。
該T形濾波器70由一個表面基片71、一個諧振板72和一個表面基片73相互疊放而成。表面基片71和73的結構與第一實施例中的表面基片21和25相類似。也就是說，凹槽73a是設置在表面基片73的上表面上的，而表面基片71的下表面上也設置有一個類似的凹槽(圖中未示出)。
另一方面，諧振板72的結構與用於第一實施例的諧振板22相似。即，帶有採用橫向膨脹態的動態阻尼器的壓電諧振器28設置在諧振板的中心，而帶有採用切變態的動態阻尼器的壓電諧振器26和27粘接到諧振板的側部，間隔板29和30則進一步分別粘接到壓電諧振板26和27的外側上。根據本實施例，與壓電諧振器26和27的單片諧振電極相連的電極72a和72b分別從一個邊緣引出，該邊緣也是引出與諧振電極28c相連的電極28m的邊緣，該諧振電極28c處在壓電諧振器28的上表面上。
此外，如圖34右側的虛線所示，與諧振電極28n相連的電極28o被從與電極72c和72d同側的邊緣中引出，電極72c和72d分別與壓電諧振器26和27下表面上的其它諧振電極相互電連接。
從圖35可以清楚地看出，端子電極70a到70f是設置在梯形濾波器70上的，其位置分別與電極28m和72a到72d的位置相對應，該梯形濾波器70由上述各元件疊放而成。因此，圖36所示的T形濾波器可以這樣構成端子電極70c為輸入端，端子電極70b接地，端子電極70a為輸出端，端子電極70d到70f連接到一起。
在圖37和38中，上述濾波器70則連接成π形連接式濾波器80，以構成一個三級梯形濾波器。現在結合圖37和38對π形連接式梯形濾波器進行描述。
π形濾波器80是由一個表面基片81、一個諧振板82和一個表面基片83相互疊放而成。所述表面基片81和83的結構與圖34所示的表面基片71和73的結構類似。也就是說，表面基片81的下表面上設有一個凹槽，表面基片83的上表面上則設有一個凹槽83a。
另一方面，諧振板82的結構與第一實施例的諧振板24的結構基本相似。諧振板82與諧振板24的區別在於設置在壓電諧振器32和33上表面上的兩個諧振電極32a和33a均從諧振板82的一條邊緣上引出，而設置在諧振器下表面上的兩個諧振電極則是從諧振板82的另一條邊上引出的(參見圖37右側虛線所示)，所述壓電諧振器32和33帶有橫向膨脹態的動態阻尼器。諧振板82的其它方面與諧振板24相類似。因此，圖中標號相同的部分這裡不再贅述。
端子電極80a到80f設置在π形濾波器80的側面，這樣端子電極80a和80b相互連接形成一個輸出端，端子電極80c和80d接地，端子電極80g和80f則相互連接形成一個輸入端，參見圖38，從而形成了一個如圖39所示的π形濾波器。
通過將上述T形濾波器70的輸出端與π形濾波器80的輸入端相互連接，可以構成一個三級梯形濾波器。也就是說，通過將T形濾波器70與π形濾波器80相連，便可構成一個與第一實施例級數相同的梯形濾波器。
第三實施例本發明第三實施例的梯形濾波器是通過將圖40和41所示的T形濾波器90與圖42和43所示的π形濾波器100相互連接而構成的一個與第二實施例相類似的三級梯形濾波器。
圖40和41所示的T形濾波器90由表面基片71和73以及一個諧振板92相互疊放而構成，該結構與第二實施例的T形濾波器70相類似。諧振板92的中心設置有一個壓電諧振器93，該壓電諧振器帶有橫向膨脹態的動態阻尼器。該壓電諧振器93的結構與第一實施例所用的帶有橫向膨脹態動態阻尼器的壓電諧振器28的結構相類似。
帶有切變態動態阻尼器的壓電諧振器94和95通過固定件的粘接而被粘接到壓電諧振器93的側部。
由一塊壓電陶瓷板機械加工成如圖40所示形狀的壓電諧振器94的中心帶有一塊矩形板狀壓電元件92a。壓電元件94a也被極化，其極化軸是沿壓電板的縱向的。壓電元件94a的上表面上設置有沿兩相對邊緣的一對諧振電極94b和94c。當在諧振電極94b和94c上施加交流電壓時，諧振元件94a便產生切變態的諧振。
壓電諧振器94的形狀參見圖40所示，在其右側以虛線方式示出了壓電諧振器94的輪廓。具有較窄寬度的支承件94d以及94e連接在諧振件94a上，而動態阻尼器94f和94g則分別形成於支承件94d和94e的外側。另外，固定件94j以及94k分別通過連接件94h和94i連接到動態阻尼器94f和94g的外側表面。各個安裝在諧振件94a外面的元件與壓電諧振器28的那些元件相似。
採用切變態的壓電諧振器95的結構與壓電諧振器94相同。
間隔件96和97粘接在壓電諧振器94和95的外側。在接近壓電諧振器94和95的部分處，間隔件96和97上分別帶有凹槽96a和97a，所述間隔件96和97的厚度與壓電諧振器93到95相等。這些凹槽是用來讓壓電諧振器94和95的振動件進行振動的。
通過將由表面基片71和73固定的諧振板92的疊放，並在其端面形成端子電極90a到90f(見圖41)，便可獲得與第二實施例的T形濾波器70相似的T形濾波器。也就是說，通過將端子電極90c作為輸入端，將端子電極90d到90f連接到一起，將端子電極90b接地並將端子電極90a作為輸出端，便可以將濾波器作為T形濾波器驅動。
另一方面，如圖42所示，π形濾波器100的結構與第二實施例的π形濾波器的結構相似。也就是說，π形濾波器100由表面基片81和83以及一個插在它們之間的諧振板101疊放而成。諧振板101與諧振板82的區別在於在諧振板101的中心設置有一採用切變振動態的動態阻尼器的壓電諧振器102。帶有動態阻尼器的壓電諧振器102的結構與用於T形濾波器的帶有動態阻尼器的壓電諧振器94相類似。
如圖43所示，通過在將表面基片81、諧振板101和表面基片83相疊放而得到的層狀物上形成端子電極100a到100f，就可以構成π形濾波器100。這也就是說，通過將端子電極100a和100b連在一起作為輸出端，將端子電極100c和100d接地，並將端子電極100e和100f連在一起作為輸入端，便可以將濾波器100作為π形濾波器驅動。
因此，與第二實施例相似，通過將T形濾波器90與π形濾波器100相連就可以形成一個三級梯形濾波器。
第四實施例參見圖44和45，下面將對本發明第四實施例的梯形濾波器120進行描述。
根據該實施例，壓電諧振器26和28互為一體，成為一個單片諧振板121。也就是說壓電諧振器26和28經間隔件122相互粘接在一起，而間隔件123和124則分別被粘接在壓電諧振器27的側部以及壓電諧振器26的外側。通過疊放所述表面基片125和126，從上下固定住其間的諧振板121，便可以得到圖45所示的層狀物。
通過在層狀物的相對端面上設置端子電極120a到120d，即可製成一個一級梯形濾波器。也就是說，通過將端子電極120a接地，將端子電極120b用作輸入端，並將端子電極120c和120d連接在一起作為輸出端，就可以製成圖46所示的一級梯形濾波器。通過經帶孔間隔板來疊放一系列這種諧振板121就可以方便地製成二級或多級梯形濾波器。
第五實施例圖47表示了本發明第五實施例的梯形濾波器130的立體分解圖，圖48是其外觀立體圖。
梯形濾波器130通過疊放以下元件而構成，它們是一個表面基片131、一個帶孔的間隔板132、一個第一諧振板133、一個帶孔間隔板134、一個第二諧振板135、一個帶孔間隔板136和一個表面基片137。
表面基片131和137由片狀絕緣陶瓷或合成樹脂製成，而帶孔間隔板132、134和136則與第二實施例所採用的相類似。
第一諧振板133通過將帶有動態阻尼器的壓電諧振器138和139製成一體，並且通過將固定件互相粘接在一起且將間隔件140和144粘接在表面基片的外側而構成，所述壓電諧振器採用了橫向膨脹態。
壓電諧振器138與第一實施例的採用橫向膨脹態並帶有動態阻尼器的壓電諧振器28相類似。如圖47右側所示，帶有動態阻尼器的壓電諧振器139通過將諧振電極139a和139b設置在平面狀壓電陶瓷板的諧振件下表面的一對相對端部上而形成，所述壓電諧振器139採用了相似的橫向膨脹態，只是它帶有縱向效果，所述平面狀壓電陶瓷板與壓電諧振器138的相似。當交流電壓施加在諧振電極139a和139b之間時，壓電諧振器130作為具有縱向壓電效果的橫向態壓電諧振器工作。諧振電極139a和139b則分別從諧振板133的兩相對邊緣引出。
第二諧振板135通過將壓電諧振器142的固定件與壓電諧振器143相粘接並在其兩側粘上間隔件144和145而構成，所述壓電諧振器142帶有採用具有橫向效果的橫向態的動態阻尼器，所述壓電諧振器143則帶有採用縱向效果的動態阻尼器。在第二諧振板135中，在採用縱向效果的帶有動態阻尼器的壓電諧振器143的上表面上，設置有一對諧振電極143a和143b。
該實施例的梯形濾波器130由上述各元件疊放而成，並且在所得到的層狀物的兩個端面上設有外部電極130a到130f，參見圖48。
也就是說，圖49所示的兩級梯形濾波器是這樣得到的外部電極130c作為輸入端，外部電極130a和130d相連接用作輸出端，外部電極130e和130f相連接和外部電極130b接地。
第六實施例圖50表示了本發明第六實施例的梯形濾波器150的立體分解圖，圖51是其外觀立體圖。
該實施例是對第五實施例所示梯形濾波器130的改進，因此，只對第六實施例中與第五實施例不同的部分進行描述。
第一諧振板151通過把壓電諧振器153和154的固定件互相粘接在一起而形成，所述壓電諧振器帶有具有縱向壓電效果的動態阻尼器。壓電諧振器153和154的結構與第四實施例的壓電諧振器143的結構相似。
另外，第二諧振板152通過把壓電諧振器155和156的固定件互相粘接在一起而形成，所述壓電諧振器帶有具有橫向壓電效果的動態阻尼器。
壓電諧振器155和156的結構與第五實施例的壓電諧振器138的結構相似。
在第一諧振板151中，電極151a和151b沿著它的一條邊緣形成於其上表面上，而且，這些電極151a和151b分別與壓電諧振器153和154的第一諧振電極電連接。另一方面，電極151c則沿諧振板151的另一邊緣形成，且該電極151c與壓電諧振器153和154的第二諧振電極電連接。
在第二諧振板152中，電極152a沿著其一條邊緣形成，與壓電諧振器155和156的諧振電極155a和156a電連接。另外，在諧振板152的下表面上，電極152b和152c沿其另一邊緣形成，分別與壓電諧振器155和156的下表面上設置的諧振電極電連接。
標號157和178表示表面基片，標號159a到159c表示帶孔間隔板。
參見圖51，通過在層狀物上形成外部電極150a到150f，便可以獲得第六實施例的梯形濾波器150，該層狀物則通過把上述各元件相互疊放起來而獲得。
通過連接外部電極150a到150f，就可以將梯形濾波器150作為與第五實施例相似的二級濾波器驅動。
第七實施例圖52表示了本發明第七實施例的梯形濾波器160的立體分解圖，圖53是其外觀立體圖。
該實施例的梯形濾波器160的結構與第五實施例的相似，只是第一和第二諧振板161和166的結構不同於第五實施例。
如圖52，採用切變態並帶有動態阻尼器的壓電諧振器162和採用橫向態並帶有動態阻尼器的壓電諧振器163的固定件相互粘接在第一諧振板161上，成為一體。間隔件164和165則分別粘接在壓電諧振器162和163的外側。
壓電諧振器162的結構與第一實施例的切變態的壓電諧振器26(圖17A)的結構相似。設置在壓電諧振器162一側面上的諧振電極與沿諧振板161邊緣的電極161a電連接。另外，設置在壓電諧振器另一側面上的諧振電極則與諧振板161另一邊緣上設置的電極161b電連接。
帶有橫向態動態阻尼器的壓電諧振器163的結構與用於第四實施例的壓電諧振器138相似。設置在壓電諧振器163上表面上的諧振電極163a與電極161c電連接，電極161c與電極161b設置在同一條邊緣上。
如圖52右側虛線所示，設置在壓電諧振器163下表面上的諧振電極163b與電極161d電連接，電極161d則設置在諧振板161下表面的一條邊緣上。
第二諧振板166的結構與第一諧振板161翻轉後得到的結構相對應。採用切變態動態阻尼器的壓電諧振器167以及採用橫向態動態阻尼器的壓電諧振器168的固定件相互粘接成一體，所獲得的層狀物外側粘有間隔板169a和169b。
由於上述結構與第一諧振板161翻轉後得到的結構相對應，與第一諧振板161的電極相比，第二諧振器的兩個主表面上的電極被垂直翻轉。
圖53所示的梯形濾波器160是這樣獲得的將上述各元件疊放起來，並且在所獲的層狀物上設置端子電極160a到106f。在本實施例中，梯形濾波器160還可以作為一個兩級濾波器來驅動，只要用外部電極160a和160d作為輸出端，外部電極160c作為輸入端，外部電極160b接地，外部電極160e和160f連到一起即可。
第八實施例在上述第一到第七實施例的每一個中，層狀梯形濾波器均由多層元件疊放而成，這樣，帶有動態阻尼器的壓電諧振器的主表面呈水平方向設置。然而，本發明的梯形濾波器並不僅限於採用多層壓電諧振器疊放而使其主表面沿著水平方向的結構。在本發明的第八實施例中，多個壓電諧振器相互疊放，使其主表面沿著垂直方向。
參見圖54，梯形濾波器170包括帶有橫向膨脹態動態阻尼器的壓電諧振器171和173，該橫向膨脹態動態阻尼器具有橫向壓電效果，還帶有橫向膨脹態動態阻尼器的壓電諧振器172和174，而該橫向膨脹態動態阻尼器則具有縱向壓電效果。這兩種壓電諧振器水平地間隔疊放，其間以間隔板175分隔開。大致呈U形的間隔板176和177分別粘接在壓電諧振器171以及174的外側。
多個間隔板175及兩端的間隔板176和177粘接到壓電諧振器171到174的固定件上，在用間隔板175、176和177將壓電諧振器171到174相互粘接或一體成形而得到的結構中，壓電諧振器171到174的諧振元件和動態阻尼器不會抑制振動。
根據該實施例，表面基片178和179疊放到下述結構的上下表面上該結構通過間隔板175到177將壓電諧振器171和174粘接構成或一體成形。
圖55是以上述方法獲得的梯形濾波器170的外觀圖。層狀物端面上的端子電極170a到170d和170e到170f可用來與外界相連。即可以下述方法獲得一個二級梯形濾波器端子電極170a和170g接地，端子電極170b到170d相互連接，端子電極170e和170f連接在一起作為輸出端，而端子電極170h則作為輸出端。
第九實施例在上述各實施例中，梯形濾波器由多個帶動態阻尼器的壓電諧振器構成，其中至少一個梯形濾波器可以是本發明實施例中帶有動態阻尼器的那種梯形濾波器。下面參照圖56和57對該實施例進行說明。
在本發明第九實施例的梯形濾波器180中，表面基片182和183疊放在諧振板181上、下兩部分上。表面基片182和183的結構與第一實施例所採用的類似。
在該諧振板181中，帶有動態阻尼器的壓電諧振器184、185和不帶動態阻尼器的採用普通TS態的厚度切變振動態壓電諧振器186和187經帶孔間隔板188、189和190相互水平疊放在一起。所述間隔板188到190粘接在靠近壓電諧振器184到187兩端的部分，該間隔板則由絕緣陶瓷或合成樹脂製成。
另外，將間隔件191和192粘接到其最外側，便製成了諧振板181。間隔件191和192則粘接在靠近壓電諧振器181和187單一的主表面的兩端，而該間隔件也可以由絕緣陶瓷或合成樹脂製成。
如圖57所示，採用切變振動態的帶有動態阻尼器的壓電諧振器184包括一個矩形板狀壓電陶瓷板184a和一個在其主表面上形成的諧振電極184b。諧振電極184b電連接到一個電極184c上，該電極設置在靠近壓電陶瓷板184a的一端，並處於圖57所示的主表面上。另外，根據本實施例，兩個橫向延伸的槽184d和184e設置在壓電陶瓷板184a上，從而在所述槽184d和184e之間形成一個電極184f，並在槽184e和壓電陶瓷板184a的另一端之間設置電極184g和184h。這種結構可以通過下述方式獲得在壓電陶瓷板184a的兩端設置面積相等的電極184c和184h，設置一個細長的電極以使電極184c和184h相互連接，然後用切割或類似加工製成槽184d和184e。
在壓電陶瓷板184a另一端的表面上，也有兩個槽184i和184j設置在壓電陶瓷板184a縱向中心一側，與槽184d和184e的那一側相對，從而形成諧振電極以及若干與諧振電極相連接的電極。
因此，諧振電極在壓電陶瓷板184a上相互重疊的部分，即位於槽184d和184i之間的部分，構成以切變振動態諧振的諧振件。
另外，位於槽184d和184e之間以及位於槽184i和184j之間的壓電陶瓷元件分別構成動態阻尼器。
公知的採用TS態的切變振動態壓電諧振器186和187設置有公知的電極結構，該電極結構具有一對設置在矩形板狀壓電板中心部分上、隔著該壓電板相互重疊的諧振電極，這些設置在兩個主表面上的諧振電極分別由不同的端部引出。
本發明的梯形濾波器180是通過將表面基片182和183分別粘接到諧振板181的上、下部分上而形成的。通過在所獲得的層狀物的兩相對端表面上設置規定的端子電極，便可以製成與上述實施例相似的採用具有動態阻尼器的壓電諧振器的梯形濾波器。同樣在該實施例中，梯形濾波器由帶有動態阻尼器的壓電諧振器構成，因此與採用壓電音叉型諧振器的梯形濾波器相比其頻帶寬度增加了。
第一到第九實施例中每個都被描述成一種採用帶有動態阻尼器的壓電諧振器的梯形濾波器，而壓電諧振器也可以不帶動態阻尼器。
第十實施例圖58是本發明第十實施例的梯形濾波器的分解立體圖。
在本實施例中，諧振板195設置在由底座基片193和蓋件194構成的空間中。底座基片193由適當的絕緣材料製成，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂。若干導電連接件193a到193c設置在該底座基片193上，這些導電連接件193a到193c與壓電諧振器的鉛電極電連接(容後詳述)，並與外部電極193d到193g連接。這些外部電極設置在底座基片193的側表面上。
蓋件194用適當的材料製成，例如合成樹脂或金屬，並且其下部有一個孔。蓋件194的這個孔的面積小於底座基片193的上表面積，這樣，蓋件194的下端面就可以用絕緣膠或類似物粘接到底座基片193的上表面上。於是，蓋件194就與底座基片193成為一個整體。另外，蓋件194的孔還可以選擇尺寸，以便與底座基片193的側面接觸。
根據本實施例，所述諧振板195的結構與圖47所示的諧振板135相類似，只是前者的鉛電極部分與後者的稍有不同，且諧振板195沒有第一和第二間隔板144和145。結構與圖47所示壓電諧振器142和143相似的壓電諧振器196和197相互橫向相互連接起來，以便允許壓電振動件196a和197a振動，這樣就構成了諧振板195。
因此，橫向連接的兩個諧振器可以相互構成一體僅通過兩個本發明的諧振器形成一個諧振板。
壓電諧振器196和197的壓電振動件196a和197a的結構分別與壓電諧振器143和142的壓電振動件基本相似。然而，壓電諧振器196和197不帶動態阻尼器。也就是說，壓電諧振器196和197分別由上述第二和第一類壓電諧振器構成。
壓電諧振器196以及197的支承件196b、197b、196c和197c相互連接在一起，從而使壓電諧振器196和197互為一體。
諧振板195用導電膠固定到底座基片193上。也就是說，一個鉛電極199a連接到壓電諧振器196的一個諧振電極及壓電諧振器197上表面上的一個諧振電極上，該鉛電極199a通過導電膠198a連接到導電連接件193a上。與此類似，一個鉛電極電連接到壓電諧振器197下表面上的一個諧振電極上，該鉛電極用導電膠198b電連接到導電連接件193b上。一個鉛電極(圖58中未示出)設置在壓電諧振器196的下表面上，以便與壓電諧振器196的另一個諧振電極電連接，該鉛電極也是用導電膠電連接到導電連接件193c上。
在這種情況下，按預定的厚度施放導電膠198a和198b，就可以構成若干空間，從而允許壓電諧振器196和197的壓電振動件196a和197a在壓電諧振器196和197與底座基片193之間進行振動。
另外，諧振板195還可以用間隔件粘接到底座基片193上，該間隔件取代上述導電膠從而確保了上述空間。
根據本實施例的梯形濾波器，兩個壓電諧振器196和197橫向連接成一體。因此，可以容易地構成片狀壓電濾波器，該濾波器的高度可被減小。另外，若干壓電諧振器196和197被封閉在一個密閉空間中，該密閉空間位於底座基片193和蓋件194之間，這樣就可以容易地做出一個梯形濾波器，它具有優良防止外界影響(例如防潮)的特性。
第三類能陷壓電諧振器
本發明的第三類壓電諧振器是一種採用本發明人發現的新振動態的壓電諧振器。這種新發現的振動態將參照圖59到63進行說明。
如圖59所示，設置一個模型，它包括一個矩形壓電板521、電極522和523，電極設置在壓電板的整個主表面上。該壓電板521呈矩形平面狀，並具有矩形的上、下表面。另外，壓電板521沿其厚度、即沿箭頭P被均勻地極化。
當交流電壓施加到電極522和523之間使壓電板521振動時，通過用有限元方法對壓電板521的彎曲振動的二次諧波進行分析，人們認識到，圖60所示的振動態是在平面狀的壓電板521的一定範圍內激勵起來的。參見表示振動態的圖60，該振動態用有限元法進行了分析，壓電板521的初始形狀由線A表示，振動在線B所示的位移狀態及一個與線B所示狀態相反的狀態之間重複進行。
業已證實，壓電板521被激勵，發生上述二次諧波的彎曲態振動，當該壓電板521在沿兩個短邊的一對側表面上的一端被固定時，振動能量的捕集情況如圖61所示。圖61表示用有限元法分析出的位移分布情況，連接件522連接到壓電板521的短邊上的側表面521a上。另一個連接件523連接到另一個側表面521b的一端，該另一側表面沿另一短邊延伸。在這種情況下，連接件522和523連接到壓電板521上表面的對角線的兩端。
從圖61中可以清楚地看到，當連接件522和523被連接到振動板521上從而將其固定時，在位移狀態C中，沒有位移波及到連接件522和523的外邊。換句話說，顯然可以把壓電板521的二次諧波的彎曲態振動捕集在連接件522和523之間。
圖62表示圖61所示的位移狀態C的電荷分布情況。正極區沿著壓電板521上表面上的假想線D延伸，該假想線基本上沿著一條對角線延伸。此外，具有強的負極性電勢的部分出現在靠近另一對角線的轉角處。
為在圖61的位移狀態C和另一與之相反的狀態之間通過連接上述連接件522和523激勵起強烈的振動，可以設想將諧振電極根據圖62所示的電荷分布情況設置。
當連接件522和523被連接到矩形壓電板521，並且電壓加到設置在兩個表面上的電極之間時，二次諧波的彎曲態振動被強烈地激勵，這種振動的能量被捕集在連接件522和523之間的那部分中。人們已經認識到，只有當壓電板521的尺寸處於特定範圍內時才能得到上述效果。
本發明人採用了多個各種材料製成的壓電板521的樣品，以便在每個樣品中激勵振動，該振動在圖61所示的位移狀態C和與之相反的一個狀態之間重複進行，由此認識到，當邊比b/a的值滿足上述方程(3)時，上述振動被強烈地激勵起來，並且振動能量被有效地捕集到第一和第二連接件522和523之間的部分中。在上述方程(3)中，假設a和b分別代表壓電板521的矩形表面的短邊和長邊的長度，σ表示壓電板521所用材料的泊松比。也就是說，本發明人用各種壓電材料按各種邊比b/a製作了多個樣品，以便用有限元方法對振動狀態進行分析，如圖61所示。分析結果顯示，為有效地將二次諧波的彎曲態振動捕集到所述連接件522以及523之間的部分中，邊比b/a和製作壓電板521的材料的泊松比σ可以滿足圖63A所示的關係。從圖63A所示的結果可以看出，短邊和長邊的長度a和b可以進行選擇，以便使邊比b/a為b/a＝0.3σ+1.48另外，發明從還發現，當邊比b/a是(0.3σ+1.48)的值的整數倍時，振動能量也可以被類似於上述那樣被捕集。
另外，本發明人還採用了由具有一定泊松比σ的壓電材料製成的壓電板，並且在0.85-1.11的範圍內改變方程(3)中的整數n，以測量圖61中顯示最小值的點P處的位移量與顯示最大值的點Q處的位移量之比，即相對位移(%)。其結果在圖63B中顯示出來。
從圖63B中可以清楚地看到，當值n處於0.9-1.1範圍內時，相對位移不大於10%。另一方面，人們認識到當相對位移不大於10%時，在諧振器的結構中基本上不會產生問題。因此，當邊比b/a處於滿足方程(1)的一個值的±10%的範圍內時，可以有效地把振動能量捕集到壓電振動件中。
如上所述，人們認識到，可以通過把壓電振動件的邊比b/a限定在滿足方程(1)的一個值的±10%的範圍內來提供一種具有優良能陷效率的壓電諧振器，而該壓電振動件具有長度為a的短邊和長度為b的長邊，並且壓電板所用材料的泊松比為σ。關於上述二次諧波的彎曲態振動，業已證實當沒有連接件522和523連接到壓電板521上時，該振動的節點出現在矩形表面的中心以及沿兩短邊的側表面的中心處。
第三類壓電諧振器的實例圖64是表示第三類壓電諧振器531的實施例的平面圖，圖65是表示壓電板下表面上設置的電極的形狀的平面圖。
壓電諧振器531具有一個矩形壓電板532、支承件533和534以及固定件535和536。該壓電板532由壓電材料製成，例如由鈦鋯酸鉛壓電陶瓷製成。舉例來說，當壓電板由壓電陶瓷製造時，壓電板532沿其厚度方向被均勻地極化。該壓電板532為矩形平面形狀。第一支承件533被連接到沿短邊的第一側表面532a的一端上，而第二支承件534被連接到沿另一短邊的第二側表面532b的一端上。另外，固定件535和536的面積大於支承件533和534，並分別連接到支承件533和534的外側表面上。
在壓電諧振器531中，壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、第一固定件535和第二固定件536是由一塊單片壓電板製成，並在該壓電板上開設凹槽537和538。也就是說，壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、固定件535和536是由相同的材料製成一體的。另外，所述壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、第一固定件535和第二固定件536還可以由分離的元件構成，將它們用粘接劑或類似物相互粘接成一體。
壓電板532具有矩形平面狀，其邊比b/a處於滿足上述方程(3)值的±10%的範圍內，設a和b分別表示矩形表面的短邊邊長和長邊邊長，σ表示構成上述壓電板532的材料的泊松比。
第一諧振電極538形成於壓電板532的上表面，而第二諧振電極539則形成於壓電板532的下表面，並穿過該壓電板與第一諧振電極538相對置。第一和第二諧振電極538和539基本上與圖62中所示的正極區相對應。也就是說，第一和第二諧振電極538和539沿著圖62中所示的點劃線D方向延伸，即基本上沿著一條對角線方向延伸。
鉛電極540形成於第二固定件536上，而鉛電極541則形成於第一固定件535的下表面上。第一諧振電極538通過導電連接件542與鉛電極540電連接，而第二諧振電極539則通過導電連接件543與鉛電極541電連接。
當交流電施加於壓電諧振器531的兩鉛電極540和541之間時，交流電壓就會施加在第一和第二諧振電極538和539之間，因此強烈激勵出上述二次諧波的彎曲態振動。
在這種情況下，壓電板532的長邊與短邊的邊長之比，即邊比b/a處於滿足方程(3)的值的±10%的範圍內，因而，振動被有效地捕集在支承件533和534之間的部分中。即使壓電板532通過固定件535和536機械固定，諧振特性也幾乎不受影響。換句話說，可以提供出一種能陷型壓電諧振器531，它可將振動能量有效地捕集在支承件533和534之間的部分中。
第十一實施例圖66表示出了本發明第十一實施例的梯形濾波器的立體分解圖，圖67表示其外觀立體圖。
本實施例所述的梯形濾波器具有一個諧振板551、表面基片552和553，這些表面基片粘接到諧振板551的上、下表面上。
諧振板551具有與壓電諧振器531結構類似的第三類壓電諧振器531A。該壓電諧振器531A的結構與圖64和65所示的壓電諧振器531相似，只是設置在上、下表面上的導電連接件542和543形狀稍有不同。因此相同部分以相同的標號表示，不再贅述。
根據本實施例，上述採用切變態的能陷型壓電諧振器554和555粘接到壓電諧振器531A的外側。壓電諧振器554帶有槽558和559，這兩個槽設置在一個細長的矩形壓電板上，這樣，壓電振動件560就位於槽558和559之間的部分中。在壓電振動件560中，壓電板沿箭頭P，即沿壓電諧振器554的縱向被極化。壓電振動件560的平面形狀是這樣選定的，使之滿足上述方程(3)，假設a和b代表其短邊和長邊的長度，σ代表壓電振動件560所用材料的泊松比。壓電諧振器554的上表面的兩側邊上還設有第一和第二諧振電極561和562。壓電諧振器554的下表面上也設置有第一和第二諧振電極563和564。圖66的右側示意性地表示了諧振板551下表面上的電極形狀。在壓電諧振器554中，第一和第二諧振電極561和562電連接到鉛電極565和566上，鉛電極分別設置在固定件的兩端。與此類似，第一和第二諧振電極563和564分別電連接到位於壓電諧振器554下表面的鉛電極567和568上。壓電諧振器555在結構上與壓電諧振器554類似。
當交流電壓施加到壓電諧振器554中的第一和第二諧振電極561和562之間及第一和第二諧振電極563和564之間時，壓電振動件560被激勵起切變態。由於壓電振動件560具有特殊形狀，諧振能量被有效地捕集到壓電振動件560中。也就是說，即使壓電諧振器554用設置在槽558和559外側的固定件機械地固定，壓電諧振特性也不會變劣。
第一和第二間隔板556和557被分別地粘接到壓電諧振器554和555的外側面上。該間隔板556和557由U形件構成，以便形成間隙，允許壓電諧振器554和555的諧振部件進行振動。該壓電諧振器531A和壓電諧振器554和555有間隙地相互粘接起來，以防止壓電振動件相互接觸。
第一和第二間隔板556和557由適當的材料製成，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂。第一和第二間隔板556和557的厚度與壓電諧振器531A、554和555的厚度相似，也就是說，諧振板551被製成一個厚度基本均勻的板形件。
第一和第二表面基片552和553由絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂製成。矩形凹槽553a設置在第二表面基片553的上表面，另一個類似的凹槽(圖中未特別示出)設置在第一表面基片552的下表面上。
該凹槽553a適於構成一個空間，以便允許諧振板551的壓電諧振器531A、554和555的振動件進行振動。
如圖67所示，本實施例的梯形濾波器550是這樣獲得的用粘接劑或類似物將諧振板551及第一和第二表面基片552和553相互粘接而成。外部電極570a到570c及570d到570f設置在所得層狀物569的兩個側表面上。
因此，在片形濾波器550中，當外部電極570c、570b和570a作為輸入端，採用一個分別與參考電位和輸出端相連的端子，並將外部電極570d到570f相互內連接時，即可構成圖68所示的T形濾波器。在圖68所示的電路中，兩串聯諧振器是由上述採用切變態的壓電諧振器554和555構成的，一個單獨的並聯諧振器由壓電諧振器531A構成。
將上述片狀濾波器550與帶有以下將要描述的π形連接結構的片狀濾波器相連接，即可得到一個三級梯形濾波器。
第十二實施例圖69和70分別表示出本發明第十二實施例片狀梯形濾波器的立體分解圖和外觀立體圖。該梯形濾波器中帶有圖71所示的π形電路結構。因此，將該濾波器與前述的帶有T形連接結構的梯形濾波器550相連接，即可得到一個三級梯形濾波器。
如圖69所示，在本實施例的片狀濾波器中，第一和第二表面基片572和573疊放在諧振板571的上部和下部。第一和第二表面基片572和573在結構上與上述的第一和第二表面基片552和553相類似，也就是說，凹槽573a設置在表面基片573的上表面，而另一個凹槽則設置在表面基片572的下表面上。
在諧振板571中，採用切變態的壓電諧振器574設置在其中部，第三類壓電諧振器531A分別連接到壓電諧振器574的兩側。該壓電諧振器574的結構與第十一實施例的採用切變態的壓電諧振器554相類似。也就是說，第十二實施例梯形濾波器的結構為一個構成串聯諧振器的壓電諧振器574設置在其中央，而構成並聯諧振器的壓電諧振器531A粘接到壓電諧振器574的兩側。另外，第一和第二間隔板575和576分別粘接到壓電諧振器531A的外側。第一和第二間隔板575和576的結構與第十一實施例中的第一和第二間隔板556和557相似。因此相同部分以相同的標號表示，不再贅述。
在本實施例的片狀濾波器中，圖70所示的層狀物577是這樣獲得的將表面基片572和573分別粘接到諧振板571的上部和下部。外部電極578a到578c及578d到578f分別設置在該層狀物577的兩個側表面上，從而獲得第十二實施例的片狀梯形濾波器579。
在梯形濾波器579中，外部電極578a和578b連接在一起構成輸出端，而外部電極578c和578d連接到參考電位，另外，外部電極578e和578f連接在一起構成輸入端，這樣具有圖71所示π形連接結構的梯形濾波器579就可被驅動。
將第十一和第十二實施例中的梯形濾波器550和579相互連接，就可以構成一個三級梯形濾波器。舉例來說，如圖72所示，梯形濾波器550的輸出端連接到梯形濾波器579的輸入端，第十一實施例的梯形濾波器550的外部電極570a電連接到第十二實施例的梯形濾波器579的外部電極578e和578f上，這樣形成的濾波器可作為一個三級梯形濾波器來驅動。
其它從以上第一到第十二實施例中可以清楚地看出，在本發明的梯形濾波器中，至少有兩個壓電諧振器相互疊置而成，這樣可以很容易地得到一種片狀的梯形濾波器。此外，在第一至第四類壓電諧振器中，振動能量能夠有效地被捕集到壓電振動件中(如上所述)，這樣，即使壓電諧振器是被機械地固定到固定件上，壓電諧振器的諧振特性也幾乎不會受到影響。因此，參照第一到第十二實施例，當壓電諧振器在固定件處與其它元件相連時，每個壓電諧振器都可以得到所需的諧振特性。這樣便能可靠地得到一個具有穩定特性的梯形濾波器。
在需要時，將第一壓電諧振器和附加壓電諧振器相互粘接、並將第一和第二間隔板在其兩側相互粘接，從而構成第一至第十二實施例所述的諧振板;諧振板也可由相同材料整體製成。例如，在圖29所示的實施例中，矩形壓電諧振板可以這樣製備，即用雷射束或類似物將平面狀的諧振板22製成規定的形狀，並在其兩個表面加工出預定的電極形狀，從而得到諧振板22。在這種情況下，因為諧振板22是一個整體元件，所以可以省略諧振板22外周邊上的粘接部分，以改善片狀濾波器的防潮性能。也就是說，這樣得到的片狀濾波器的諧振板22的側面能夠避免潮溼滲入。
在第一至三實施例中，採用切變態的第四類壓電諧振器是一種與第一類壓電諧振器相結合的壓電諧振器。但是，這類壓電諧振器也可以由另一種如採用橫向膨脹態或縱向膨脹態的能陷型壓電諧振器製備出來。
此外，第三類壓電諧振器的電極形狀並不僅限於圖64和65所示的形狀。例如圖73和74所示，一對第一諧振電極601a和601b可以設置在壓電振動件600的上表面上，而一對第二諧振電極602a和602b則設置在壓電振動件的下表面上，其位置分別與第一諧振電極601a和601b相對。在這種情況下，第一和第二諧振電極601a和602b設置在圖62所示電荷分布中具有強負極性的部分中。因此，雖然該壓電振動件600與圖64所示的壓電諧振器531的相位不同，2n度的彎曲態振動也會被可靠地激勵起來，以便將能量捕集在壓電振動件600中。
儘管上面已對本發明進行了詳細的說明，顯然它們只是用於說明本發明的例子而不是對本發明的限制，本發明的宗旨和範圍僅由所附的權利要求書的條款來限定。
權利要求
1.一種梯形濾波器，它包括至少一個構成串聯支路的串聯諧振器，至少一個構成並聯支路的並聯諧振器，所述串聯和並聯諧振器中的至少兩個相對於安裝面相互橫向連接在一起，串聯和並聯諧振器中的至少一個是能陷型諧振器，其具有板狀壓電振動件、一個連接到上述壓電振動件上的支承件、以及一個連接到上述支承件上的固定件。
2.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於串聯和並聯諧振器中的至少一個是採用橫向膨脹態的能陷型諧振器，它包括一個矩形板狀壓電振動器，其邊比b/a處於下列值b/a＝n(-1.47σ+1.88) …方程(1)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表上述壓電振動件的短邊和長邊的長度，σ代表壓電振動件所用材料的泊松比，n代表一個整數，一個連接到該壓電振動件的每個短邊中心處的支承件以及一個連接到該支承件外端的固定件。
3.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於串聯和並聯諧振器中的至少一個是切變態能陷型壓電諧振器，它包括一個帶有沿一方向極化的板形壓電元件的壓電振動件，及設置在該壓電元件上並垂直於極化方向施加交流電壓的第一和第二諧振電極，一個平行於該極化方向並呈矩形的壓電錶面，其邊比b/a處於下列值b/a＝n(0.3σ+1.48) …方程(2)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表上述矩形表面的短邊和長邊的長度，σ代表壓電元件所用材料的泊松比，n代表一個整數，一個連接到該壓電振動件上的支承件以及一個連接到該支承件上的固定件。
4.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於串聯和並聯諧振器中的至少一個是第一類壓電諧振器，它包括一個具有一對相對的矩形表面及連接這對矩形表面的四個側表面的板狀壓電振動件，設置在壓電振動件的這對矩形表面上的第一和第二諧振電極，沿矩形表面的每個短邊連接到壓電振動件側表面一端上的支承件，以及連接到該支承件上的固定件，邊比b/a設定在下述值b/a＝n(0.3σ+1.48) …方程(3)的±10%的範圍內，其中a和b分別代表矩形表面的短邊和長邊的長度，σ代表壓電振動件所用材料的泊松比，n代表一個整數，這樣構成的第一類壓電諧振器通過壓電的橫向效應，可激勵出2m(m為整數)度的彎曲態振動。
5.如權利要求1到4之一所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括一個設置在壓電振動件和上述支承件之間的動態阻尼器。
6.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於上述支承件和上述固定件被連接到上述壓電振動件的每一側。
7.如權利要求1或6所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括第一和第二表面基片，至少兩個固定在上述第一和第二表面基片之間的諧振器的至少一個連接結構。
8.如權利要求1或6所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括一個底座基片和一個固定到該底座基片上的蓋件，至少一個將所述至少兩個諧振器疊放在該底座基片上連接結構，固定在底座基片上的所述蓋件將相互疊放的若干諧振器封閉起來。
9.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於所述串聯和並聯諧振器中的每一個均具有一個板狀壓電振動件，和在該壓電振動件兩側設置的並與該壓電振動件相連的支承件，以及與該支承件連接的固定件。
10.如權利要求9所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括連接到至少兩個所述壓電諧振器的兩側的第一和第二間隔板，所述至少兩個壓電諧振器相互橫向連接在一起，以便允許壓電諧振器的振動件進行振動，從而由上述至少兩個壓電諧振器及第一和第二間隔板構成一個諧振板。
11.如權利要求10所述的梯形濾波器，其特徵在於構成上述諧振板的至少兩個壓電諧振器及第一和第二間隔板被製成一個整體。
12.如權利要求10所述的梯形濾波器，其特徵在於設置有若干諧振板，所述這些諧振板被疊放起來，以便允許其壓電振動件進行振動。
13.如權利要求1所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括設置在上述壓電振動件上的第一和第二諧振電極，設置在上述固定件上的鉛電極，上述第一和第二諧振電極電連接到所述鉛電極上。
14.如權利要求13所述的梯形濾波器，其特徵在於進一步包括若干設置在其外表面上的外部電極，這些外部電極與上述鉛電極電連接。
全文摘要
一種梯形濾波器，包括若干串聯諧振器和若干並聯諧振器連接而成的電路結構。至少兩個板狀諧振器相對於安裝面互相橫向連接，串聯諧振器和並聯諧振器中的至少一個是能陷型壓電諧振器，其具有一個板狀壓電振動件，一個連接到該壓電振動件上的支承件以及一個連接到該支承件上的固定件。
文檔編號H03H9/58GK1105490SQ94116188
公開日1995年7月19日 申請日期1994年8月17日 優先權日1993年8月17日
發明者開田弘明 申請人:株式會社村田製作所