一種塊加權聲表面波分裂指換能器的製作方法
2023-09-21 09:34:20
專利名稱：：一種塊加權聲表面波分裂指換能器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種在單指塊加權換能器基礎上，採用分裂指叉指結構設計，從而提高塊加權換能器的採用頻率，以獲得具有更優加權精確和更小衍射效果的換能器，屬於聲表面波
技術領域：
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背景技術：
：聲表面波(SAW)叉指換能器(IDT)從十九世紀60年代開始研究，由於其體積小，設計靈活度大，而廣泛應用與中頻、射頻濾波器中。如圖1所示，典型的聲表面波換能器包括壓電基片、叉指匯流電極、叉指、和電極接口組成。叉指換能器的兩個電極直接和電路的埠連接。當叉指換能器作為輸入換能器時，交變的電激勵信號通過輸入換能器的壓電效應激發聲波，激發的聲波傳播到輸出叉指換能器時，輸出叉指通過逆壓電效應把聲信號轉換成交變電信號。輸入和輸出叉指換能器通過電極的周期排列，有時通過加權來處理電信號，達到濾波的作用。叉指換能器的結構設計一直是濾波器設計的核心問題，這是因為叉指換能器通過加權優化，可以實現平坦通帶、高阻帶抑制、窄過度帶等優異性能。目前通常的加權方法有三種切指加權、抽指加權和塊加權。如圖1(a)所示，IEEEUltrasonicsSymposium1972，pp215-217報導了切指加權的方法，可以實現精確加權，該方法可以用於單指(一個周期λ內兩根叉指，且叉指寬度和叉指間距均為λ/4)和分裂指結構(一個周期λ內四根叉指，且叉指寬度和叉指間距均為λ/8)，但是這種結構在換能器較長時候由於聲波的衍射效應，使得濾波器的特性惡化。如圖1(b)所示，聲波的衍射效應可以通過加大叉指長度來改善，所以IEEEUltrasonicsSymposium1973，pp423_426報導了採用抽指加權結構，抽指加權是採用抽去部分叉指來近似切指加權函數，其缺點在於近似後的頻率響應函數近阻帶好,遠阻帶差。如圖1(c)所示，IEEEUltrasonicsSymposium1998，pp27_37和美國專利(US6559739B2)提出了單指塊加權的辦法近似切指加權函數，原理如美國專利(US6559739B2)，把叉指換能器分成若干電學串聯的塊，每塊上電壓幅度正比於該塊的阻抗(電容的倒數)。由於每段電容等於每塊所含叉指對的數乘以每對電容，所以每塊上電壓幅度正比於叉指對數的倒數。該方法相對抽指加權可以獲得相對較好的近阻帶和遠阻帶特性，但是由於單指是以一個周期λ進行計算，其精確加權受到限制。綜上所述，可見現有叉指換能器的加權結構均存在其各自的弊端。因此，我們有必要在現有技術結構的基礎上對換能器的加權結構進行改造，以得到一種性能更優的叉指換能器結構。
發明內容本發明的目的在於解決現有技術中存在的問題，提供一種採用分裂指叉指結構的塊加權叉指換能器，從而提高塊加權換能器的採用頻率，以獲得具有更優加權精確和更小衍射效果的換能器結構。本發明的目的是通過下述技術方案予以實現的一種塊加權聲表面波分裂指換能器，包括壓電基片、叉指匯流電極、叉指和電極接口；該叉指匯流電極直接和電極接口相連接；該叉指及叉指匯流電極設置在壓電基片上，其特徵在於所述叉指採用塊加權叉指；該塊加權叉指採用了分裂指結構設計。所述叉指中的各叉指中心與相鄰叉指中心間隔為λ/4，各叉指寬度為λ/8。所述壓電基片採用ST-XQuartz、ST-ZQuartz、LST-Quartz,X112_YLiTa03、YX36-LiTa03、YZ-LiNbO3,YX128_LiNb03、YX64_LiNb03、YX41_LiNb03、45XZLi2B4O7,Li2B4O7,ZnO/Glass、ZnO/Diamond、ZnO/Sapphire、AIN/Sapphire或LangasiteST-XQuartz製成。所述叉指匯流電極採用金屬材料製成。所述叉指匯流電極採用金、銅或鋁製成。所述換能器可分成四個不同的編碼塊；每個編碼塊的周期數目比為3·1.5·2·5·3ο本發明的有益效果是該塊加權聲表面波分裂指換能器在現有叉指換能器基礎上，通過採用分裂指叉指結構的塊加權結構，提高了採用頻率，克服了單指塊加權不夠精確，和分裂指切指加權衍射大的問題，從而獲得了加權精確、衍射小的塊加權分裂指結構，可以綜合提升聲表面波換能器的帶外抑制、通帶波動、矩形係數等性能。圖1為現有聲表面波叉指換能器加權結構示意圖，其中(a)是切指加權結構，(b)是抽指加權結構，(c)是單指塊加權結構；圖2為塊加權聲表面波分裂叉指換能器的結構示意圖；圖3為塊加權聲表面波分裂叉指換能器的等效電路圖結構。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。如前所述，就現有叉指換能器的加權技術而言，採用分裂指結構的切指加權換能器在換能器較長時候由於聲波的衍射效應，使得濾波器的特性惡化，而單指塊加權換能器的加權採用頻率較低，限制了換能器的精確加權。鑑於此，本發明提出了一種全新結構的表面波換能器。如圖2所示，本發明所設計的塊加權聲表面波分裂指換能器包括壓電基片1、叉指匯流電極2、叉指3和電極接口4。該叉指匯流電極2直接和電極接口4相連接。該叉指3及叉指匯流電極2鍍膜附著在壓電基片1上。所述叉指3採用塊加權叉指。該塊加權叉指採用了分裂指結構設計。所謂分裂叉指結構是相對於在單位周期內設置兩根叉指(又稱指條)的單叉指結構，減小叉指的厚度及叉指間的間隔，使單位周期內可以設置四根叉指的結構。即叉指中心與相鄰叉指中心間隔為λ/4(λ為一個周期長度)，叉指寬度為λ/8。這樣基於上述結構的叉指換能器一方面通過採用分裂叉指結構，在不增加叉指換能器尺寸的基礎上，提高加權採用頻率，使得加權函數更加精確。另一方面通過採用塊加權叉指結構克服了切指加權衍射大的問題。最終，綜合提升了聲表面波換能器的帶外抑制、通帶波動、矩形係數等各方面性能。這裡應該指出，如前所述塊加權叉指為現有叉指換能器的加權結構，其具體叉指排布形式有很多，圖2中所示叉指排布形式僅作示意性質，並不用以限制本發明叉指的排布形式。本實施例中，所述壓電基片1具體採用ST-XQuartz製成。但作為壓電基片的常用材料還包括ST-ZQuartz、LST-Quartz,X112_YLiTa03、YX36_LiTa03、YZ-LiNbO3,YX128-LiNb03、YX64_LiNb03、YX41_LiNb03、45XZLi2B4O7,Li2B4O7,ZnO/Glass、ZnO/Diamond、ZnO/Sapphire,AIN/Sapphire和Langasite。各聲表基片材料具體特性如表1所示。tableseeoriginaldocumentpage5表1所述叉指匯流電極2採用金屬材料製成。作為其優選方案，該叉指匯流電極2最好採用金、銅或鋁製成。如圖2所示，更進一步該塊加權聲表面波分裂指換能器可分成四個不同的編碼塊，其中每個塊的周期數目分別為nl=3,n2=1.5，n3=2.5，n4=3。叉指換能器對聲電轉換信號進行處理，其加權幅度在不同編碼塊的電壓幅度正比於每段數目的阻抗(電容倒數)，Z1Z2Z3Z4即正比於周期數目的倒數。即如圖3所示等效示意圖，此實施例電壓幅度為1/31/1.51/2.51/3。綜上所述，本發明所設計的塊加權聲表面波分裂指換能器在現有叉指換能器基礎上，採用分裂指叉指結構的塊加權結構，提高了採用頻率，克服了單指塊加權不夠精確，和分裂指切指加權衍射大的問題，從而獲得了加權精確、衍射小的塊加權分裂指結構，可以綜合提升聲表面波換能器的帶外抑制、通帶波動、矩形係數等性能。本領域一般技術人員在此設計思想之下，所做的任何不具有創造性的改造均應視為在本發明的保護範圍之內。權利要求一種塊加權聲表面波分裂指換能器，包括壓電基片、叉指匯流電極、叉指和電極接口；該叉指匯流電極直接和電極接口相連接；該叉指及叉指匯流電極設置在壓電基片上，其特徵在於所述叉指採用塊加權叉指；該塊加權叉指採用了分裂指結構設計。2.如權利要求1所述的塊加權聲表面波分裂指換能器，其特徵在於所述叉指中的各叉指中心與相鄰叉指中心間隔為入/4，各叉指寬度為X/8。3.如權利要求1所述的塊加權聲表面波分裂指換能器，其特徵在於所述壓電基片採用ST-XQuartz、ST-ZQuartz、LST-Quartz、X112_YLiTa03、YX36_LiTa03、YZ_LiNb03、YX128-LiNb03、YX64_LiNb03、YX41_LiNb03、45XZLi2B407、Li2B407、ZnO/Glass、ZnO/Diamond、ZnO/Sapphire、AIN/Sapphire或LangasiteST-XQuartz製成。4.如權利要求1所述的塊加權聲表面波分裂指換能器，其特徵在於所述叉指匯流電極採用金屬材料製成。5.如權利要求4所述的塊加權聲表面波分裂指換能器，其特徵在於所述叉指匯流電極採用金、銅或鋁製成。6.如權利要求1所述的塊加權聲表面波分裂指換能器，其特徵在於所述換能器可分成四個不同的編碼塊；每個編碼塊的周期數目比為31.52.53。全文摘要本發明提供了一種塊加權聲表面波分裂指換能器，包括壓電基片、叉指匯流電極、叉指和電極接口；該叉指匯流電極直接和電極接口相連接；該叉指及叉指匯流電極設置在壓電基片上，其特徵在於所述叉指採用塊加權叉指；該塊加權叉指採用了分裂指結構設計。該換能器通過採用分裂指叉指結構的塊加權結構，提高了採用頻率，克服了單指塊加權不夠精確，和分裂指切指加權衍射大的問題，從而獲得了加權精確、衍射小的塊加權分裂指結構，可以綜合提升聲表面波換能器的帶外抑制、通帶波動、矩形係數等性能。文檔編號H03H9/145GK101834578SQ20101017540公開日2010年9月15日申請日期2010年5月18日優先權日2010年5月18日發明者吳明星,徐子耀,黃平申請人:北京晶芯網信科技有限公司