本發(fā)明屬于信號(hào)與信息處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器。

背景技術(shù)：

一般SAW諧振器，是在壓電基片表面加工金屬叉指換能器(Interdigital Transducer，IDT)和反射柵。通常諧振器僅僅關(guān)心主諧振峰的性能。但是由于IDT假指及反射柵采用周期且不加權(quán)的結(jié)構(gòu)，旁峰比較高。

文獻(xiàn)“Analysis of general planar waveguides with N segments,”(IEEE Ultrason.Symp.,pp.137–141,2000.)和Ken-ya Hashimoto編著的《聲表面波器件模擬與仿真》(pp.213-218)中指出在主諧振峰外有較多的旁峰波動(dòng)，基本原理如圖1所示。該書(shū)(pp.25-27)對(duì)柵條的反射特性進(jìn)行了分析。其中，入射SAW的振幅為A_in，A_-是柵條左側(cè)反射的SAW振幅，A₊是柵條右側(cè)反射的SAW振幅，r_-和r₊分別是柵條左側(cè)和柵條右側(cè)的反射系數(shù)，并且r_-＝-r₊。形成的旁峰機(jī)理包括兩類(lèi)：第一類(lèi)為SAW垂直于指條傳播，聲波經(jīng)過(guò)多次反射情況下，形成主峰和多個(gè)旁峰，這類(lèi)旁峰的頻率通常在主諧振峰的兩側(cè)；第二類(lèi)為SAW在諧振器里面發(fā)生斜入射，形成高階旁峰，旁峰的頻率高于主諧振峰，如《聲表面波器件模擬與仿真》書(shū)中的圖5.10，這種旁峰模式又稱(chēng)為橫波模式。

為了提高帶外抑制，消除旁峰模式的影響，已經(jīng)出現(xiàn)了幾種聲表面波諧振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

文獻(xiàn)“Low resistance quartz resonators for automotive applications without spurious modes”(IEEE Ultrason.Symp.,pp.1326–1329,2004.)報(bào)道，采用非對(duì)稱(chēng)基波模式攜帶聲波信號(hào)，可以抑制第二類(lèi)橫波的旁峰模式的影響，抑制比主諧振峰高的橫波旁峰模式，對(duì)于非橫波引起的第一類(lèi)旁峰并沒(méi)有改善。

專(zhuān)利“點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的聲表面波諧振器”(申請(qǐng)?zhí)?01310210349.3)，在聲表面波諧振器的IDT上設(shè)置金屬點(diǎn)陣，點(diǎn)陣在垂直于指條方向(X方向)上周期性分布，平行于指條方向(Y方向)隨機(jī)分布。該發(fā)明通過(guò)Y方向的非周期性消除高階橫波模式，但是也沒(méi)有抑制第一類(lèi)旁峰。

文獻(xiàn)“基于Hamming函數(shù)變跡加權(quán)SAW溫度傳感器設(shè)計(jì)”(電子元件與材料，第30卷第11期，pp.38-41，2011)提出，對(duì)IDT進(jìn)行Hamming函數(shù)加權(quán)，IDT部分的加權(quán)可以部分降低換能影響第一類(lèi)旁峰的抑制，但是IDT及反射柵反射引起的第一類(lèi)旁峰沒(méi)有考慮。

專(zhuān)利“點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的聲表面波諧振器”(申請(qǐng)?zhí)?01310210349.3)”申請(qǐng)的點(diǎn)陣加權(quán)僅僅出現(xiàn)在反射柵部分，抑制了周期反射柵引起的第一類(lèi)旁峰模式抑制，但是對(duì)IDT內(nèi)部反射引起的第一類(lèi)旁峰沒(méi)有考慮。

上述結(jié)構(gòu)均試圖降低旁峰干擾，但是都沒(méi)有提及第一類(lèi)旁峰中，綜合考慮IDT及反射柵反射引起的聲波旁峰模式抑制，因此該技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器，采用IDT假指和反射柵進(jìn)行整體點(diǎn)陣加權(quán)的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抑制主諧振峰兩側(cè)旁峰。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器，其特征在于：包括壓電基片，在所述壓電基片上濺射金屬叉指換能器和反射柵，所述反射柵包括分別設(shè)置在金屬叉指換能器左右兩側(cè)的第一短路柵和第二短路柵，所述第一短路柵和第二短路柵在所述金屬叉指換能器左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，在所述金屬叉指換能器的假指與相鄰電極之間、第一短路柵的相鄰柵條之間和第二短路柵的相鄰柵條之間分別設(shè)置金屬點(diǎn)陣。

進(jìn)一步，所述反射柵的第一短路柵和第二短路柵的金屬指條材料為鋁，厚度為2600埃；周期λ為7.051微米。

進(jìn)一步，所述第一短路柵和第二短路柵的柵條寬度與間隔寬度比為0.4。

進(jìn)一步，所述第一短路柵和第二短路柵均包含184根金屬指條。

進(jìn)一步，所述金屬叉指換能器為單端諧振器結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述壓電基片的材質(zhì)選用常用的壓電基片材料，比如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰或者硅酸鎵鑭。

進(jìn)一步，所述的壓電基片材質(zhì)采用ST-X石英。

進(jìn)一步，所述金屬點(diǎn)陣采用金屬鋁，厚度為2600埃；柵條孔徑A為310微米。

進(jìn)一步，在所述金屬叉指換能器的假指與相鄰電極之間、第一短路柵的相鄰柵條之間和第二短路柵的相鄰柵條之間金屬點(diǎn)陣的點(diǎn)陣高度，采用加權(quán)函數(shù)f_(n)進(jìn)行加權(quán)，所述f_(n)為Hamming函數(shù)、反余弦函數(shù)或者Kaiser函數(shù)。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器，通過(guò)在金屬叉指換能器的假指以及第一短路柵和第二短路柵上設(shè)置金屬加權(quán)點(diǎn)陣,可降低由于金屬叉指換能器和反射柵反射引起的旁峰干擾，提高SAW諧振器的頻率響應(yīng)性能。

附圖說(shuō)明

圖1是SAW在金屬指條上的入射和反射；

圖2是含有金屬點(diǎn)陣的聲表面波諧振器各部分參數(shù)示意圖；

圖3是寬禁帶加權(quán)的SAW諧振器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是三種加權(quán)函數(shù)示意圖；

圖5是Hamming點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器回波損耗S11；

圖6是反余弦點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器回波損耗S11；

圖7是Kaiser點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器回波損耗S11。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖2含有金屬點(diǎn)陣的聲表面波諧振器各部分參數(shù)示意圖所示，包括壓電基片21，所述壓電基片21上濺射IDT22、左反射柵23和右反射柵24。左反射柵23和右反射柵24在金屬I(mǎi)DT22兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置，在IDT22、左反射柵23和右反射柵24上設(shè)置金屬點(diǎn)陣25。其中金屬點(diǎn)陣25設(shè)置在IDT22假指與相鄰電極以及左反射柵23和右反射柵24的相鄰柵條之間，其中金屬點(diǎn)陣25的高度，由加權(quán)函數(shù)決定。

如圖1所示，入射SAW的振幅為A_in，A_-是柵條左側(cè)反射的SAW振幅，A₊是柵條右側(cè)反射的SAW振幅，r_-和r₊分別是柵條左側(cè)和柵條右側(cè)的反射系數(shù)，并且r_-＝-r₊。

根據(jù)上述計(jì)算公式，如果在IDT假指與相鄰電極之間以及反射柵的相鄰兩根柵條之間某段位置設(shè)置一個(gè)金屬點(diǎn)(高度w₁)，此處的兩根金屬柵條被短路，該短路局域表面金屬連續(xù)從而反射率為0。通過(guò)調(diào)整IDT假指及反射柵條上金屬短路點(diǎn)的個(gè)數(shù)、高度，使IDT假指及反射柵條的反射率有規(guī)律的變化，從而實(shí)現(xiàn)了IDT假指和反射柵的加權(quán)，達(dá)到對(duì)主諧振峰兩側(cè)旁峰抑制的效果。

整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器，對(duì)IDT假指和反射柵同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)陣加權(quán)，指的是在IDT假指與相鄰電極之間、反射柵中柵條之間設(shè)置點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。假設(shè)IDT和反射柵陣中柵條孔徑為A(孔徑，Aperture)；第N根柵條上有m個(gè)金屬點(diǎn)，所有m個(gè)金屬點(diǎn)陣高度W的和為總高度LL(n)，LL(n)＝W*(1-f(n))；其中f(n)，n<柵條總根數(shù)，其中f(n)是常見(jiàn)的各種加權(quán)函數(shù)，可以為Hamming函數(shù)、Kaiser函數(shù)、反余弦函數(shù)等。連接金屬點(diǎn)的高度W₁可以為選定的固定值和變化值；兩個(gè)金屬點(diǎn)之間的排列間距為W₂。

本發(fā)明提供的整體點(diǎn)陣反射加權(quán)的聲表面波諧振器，如圖3所示，包括壓電基片31，在所述壓電基片31上濺射金屬叉指換能器32和反射柵，所述反射柵包括分別設(shè)置在金屬叉指換能器32左右兩側(cè)的第一短路柵33和第二短路柵34，所述第一短路柵33和第二短路柵34在所述金屬叉指換能器32左右兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布，在所述金屬叉指換能器32的假指與相鄰電極之間、第一短路柵33的相鄰柵條之間和第二短路柵34的相鄰柵條之間分別設(shè)置金屬點(diǎn)陣35。

所述反射柵的第一短路柵33和第二短路柵的金屬指條材料為鋁，厚度為2600埃；周期λ為7.051微米。

所述第一短路柵33和第二短路柵34的柵條寬度與間隔寬度比為0.4。所述第一短路柵33和第二短路柵34均包含184根金屬指條。

所述金屬叉指換能器32為單端諧振器結(jié)構(gòu)。

所述壓電基片31的材質(zhì)選用壓電材料，比如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰或者硅酸鎵鑭等。所述的壓電基片31材質(zhì)采用ST-X石英。所述金屬點(diǎn)陣35采用金屬鋁，厚度為2600埃；柵條孔徑A為310微米。

在所述金屬叉指換能器32的假指與相鄰電極之間、第一短路柵33的相鄰柵條之間和第二短路柵34的相鄰柵條之間金屬點(diǎn)陣35的點(diǎn)陣高度，采用加權(quán)函數(shù)f_(n)進(jìn)行加權(quán)，所述f_(n)為常見(jiàn)的加權(quán)函數(shù)，比如Hamming函數(shù)、反余弦函數(shù)或者Kaiser函數(shù)等。

每?jī)筛饘僦笚l之間的點(diǎn)陣，分為N_w個(gè)金屬點(diǎn)，金屬點(diǎn)的高度W₁為1.25λ；金屬點(diǎn)之間的排列間距為W₂。其中，N_w、W₂的計(jì)算公式如下所示：

N_w＝A*(1-f(n))/W₁；n＝1,2,3，…n<柵條總根數(shù)，且n為整數(shù)。

W₂＝A/N_w-W₁；

以n＝180為例，加權(quán)函數(shù)f(n)分別為Hamming函數(shù)、反余弦函數(shù)(Arc cos)或者Kaiser函數(shù)時(shí)，f(n)的具體數(shù)值如圖4所示。代入上述N_w、W₂的計(jì)算公式，即可計(jì)算出每?jī)筛饘贃艞l之間的金屬點(diǎn)數(shù)N_w、以及金屬點(diǎn)之間的排列間距W₂。

以上金屬點(diǎn)陣計(jì)算公式，所產(chǎn)生的點(diǎn)陣，適用于整體點(diǎn)陣加權(quán)結(jié)構(gòu)，包括金屬叉指換能器32的假指與相鄰電極之間、第一短路柵33的相鄰柵條之間和第二短路柵34的相鄰柵條之間的金屬點(diǎn)陣35的計(jì)算。

實(shí)施方案一：

壓電基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射柵上的金屬點(diǎn)陣，采用Hamming函數(shù)加權(quán)。具體Hamming函數(shù)點(diǎn)陣加權(quán)之后的SAW諧振器結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件仿真模擬，得到該SAW諧振器的S11參數(shù)，如圖5所示。與沒(méi)有金屬點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器S11參數(shù)對(duì)比，旁峰從0.15減小到約0.03。

實(shí)施方案二：

壓電基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射柵上的金屬點(diǎn)陣，采用反余弦函數(shù)加權(quán)。具體反余弦函數(shù)點(diǎn)陣加權(quán)之后的SAW諧振器結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件仿真模擬，得到該SAW諧振器的S11參數(shù)，如圖6所示。與沒(méi)有金屬點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器S11參數(shù)對(duì)比，旁峰從0.15減小到約0.035。

實(shí)施方案三：

壓電基片31采用ST-X石英；IDT假指及反射柵上的金屬點(diǎn)陣，采用Kaiser(beta＝3.2)函數(shù)加權(quán)。具體Kaiser函數(shù)和點(diǎn)陣加權(quán)之后的SAW諧振器結(jié)構(gòu)，通過(guò)軟件仿真模擬，得到該SAW諧振器的S11參數(shù)，如圖7所示。與沒(méi)有金屬點(diǎn)陣加權(quán)的SAW諧振器S11參數(shù)對(duì)比，旁峰從0.15減小到約0.003。

通過(guò)以上3個(gè)實(shí)施例對(duì)比，可以看出，通過(guò)對(duì)IDT假指、反射柵同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)陣加權(quán)，可以控制聲波反射形成的旁峰，提高帶外抑制，進(jìn)而提高SAW諧振器的頻率響應(yīng)性能。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專(zhuān)利涵蓋范圍之內(nèi)。