聲表面波換能器及含該聲表面波換能器的濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聲表面波器件領(lǐng)域，尤其涉及聲表面波換能器及含該聲表面波換能器的濾波器。
【背景技術(shù)】
[0002]換能器是指實(shí)現(xiàn)電能、機(jī)械能或聲能從一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量的裝置。聲表面波色散換能器可以組合成多種聲表面波器件，如脈沖展寬線及壓縮線，寬帶濾波器和寬帶延遲線等。
[0003]聲表面波脈沖展寬線及壓縮線可應(yīng)用于現(xiàn)代雷達(dá)中的核心技術(shù)一一脈沖壓縮。這種脈沖壓縮系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)按某種方式編碼的長(zhǎng)脈沖，在接收系統(tǒng)中利用色散換能器構(gòu)成匹配濾波器，經(jīng)過相關(guān)處理后，變?yōu)槎堂}沖信號(hào)，這樣就保持了雷達(dá)的分辨率。一般對(duì)接收濾波器幅度進(jìn)行加權(quán)，以獲得低的壓縮時(shí)間旁瓣，即可以在不增加峰值發(fā)射功率的條件下，直接提高雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)距能力。
[0004]對(duì)于大帶寬濾波器或者延遲線，相對(duì)帶寬(40%以上)時(shí)，用傳統(tǒng)的均勻換能器來實(shí)現(xiàn)，該濾波器幅頻特性較差，存在固有的高損耗，若對(duì)器件進(jìn)行匹配，則匹配電路復(fù)雜而困難。而濾波器優(yōu)異的幅頻特性(如幅頻特性通帶更加平坦，群延時(shí)波動(dòng)更小，濾波器矩形度更好)和換能器的性能(如矩形度，群延時(shí)波動(dòng))密切相關(guān)，因此，開發(fā)出性能優(yōu)異(矩形度高，群延時(shí)波動(dòng)小)的聲表面波換能器已成為聲表面波器件領(lǐng)域亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明專利提供矩形度高，群延時(shí)波動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的聲表面波換能器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺乏矩形度高，群延時(shí)波動(dòng)小的聲表面波換能器的缺陷。
[0006]本發(fā)明專利的另一個(gè)目的還在于提供一種含該聲表面波換能器的濾波器。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
聲表面波換能器，該聲表面波換能器包括位于中部的色散區(qū)域，分別位于兩端的高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域；高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域均為非色散區(qū)域。
[0008]進(jìn)一步，所述色散區(qū)域?yàn)楣簿€色散區(qū)域或傾斜色散區(qū)域，周期結(jié)構(gòu)為單指或多指結(jié)構(gòu)單元，調(diào)頻方式為線性調(diào)頻或非線性調(diào)頻。
[0009]進(jìn)一步，所述聲表面波換能器的基片材料為壓電材料，該壓電材料為由鈮酸鋰，鉭酸鋰或者石英構(gòu)成的壓電材料，或者由鈮酸鋰，鉭酸鋰和石英制成的去熱釋電壓電材料。
[0010]進(jìn)一步，所述聲表面波換能器的電極薄膜材料為鋁，鋁銅合金，銅，摻雜一種或多種合金構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的合金，或者是由鋁、鋁銅合金、銅中至少兩種材料組合構(gòu)成上下疊加的多層結(jié)構(gòu)的合金。
[0011]進(jìn)一步，所述色散區(qū)域的指條間距從鄰近低頻均勻區(qū)域的位置到鄰近高頻均勻區(qū)域的指條間距逐漸減?。坏皖l均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最大的指條間距；高頻均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最小的指條間距。
[0012]含該聲表面波換能器的濾波器，所述濾波器由上述的聲表面波換能器構(gòu)成。
[0013]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的聲表面波換能器由于采用了末端非色散化的結(jié)構(gòu)，相對(duì)應(yīng)的頻率正好在換能器頻響過渡帶附近。末端非色散化去除了過渡帶高頻和低頻末端的一部分頻響，或者使這部分頻率的響應(yīng)變得更弱，因而使過渡帶變得更加陡峭，即頻響矩形度得到明顯提高，群延時(shí)波動(dòng)小。另外，該聲表面波換能器不需要器件進(jìn)行匹配，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
[0014]本發(fā)明的濾波器與傳統(tǒng)濾波器相比，具有較小的群延時(shí)波動(dòng)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)施例聲表面波換能器末端非色散化示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)施例聲表面波換能器的頻率響應(yīng)曲線圖。
[0017]圖3為本實(shí)施例聲表面波換能器的群延時(shí)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0019]實(shí)施例:
現(xiàn)有技術(shù)可以通過磁控濺射或者電子束蒸發(fā)等方式將鋁銅等合金材料在壓電基底上形成聲表面波色散換能器，其指條寬度與間隔寬度之和P隨其位置變化。對(duì)于單指換能器，2P等于瞬時(shí)頻率的波長(zhǎng)，若時(shí)間帶寬積足夠大，則調(diào)頻規(guī)律由換能器指條的位置決定。本實(shí)施例的聲表面波換能器將色散換能器通過對(duì)指條位置簡(jiǎn)單修改，從而改善色散換能器性會(huì)K。
[0020]聲表面波換能器，如圖1~3所示，該聲表面波換能器包括位于中部的色散區(qū)域2，分別位于兩端的高頻均勻區(qū)域I和低頻均勻區(qū)域3 ;高頻均勻區(qū)域I和低頻均勻區(qū)域3均為非色散區(qū)域。
[0021]由于采用了末端非色散化的結(jié)構(gòu)，相對(duì)應(yīng)的頻率正好在換能器頻響過渡帶附近。末端非色散化去除了過渡帶高頻和低頻末端的一部分頻響，或者使這部分頻率的響應(yīng)變得更弱，因而使過渡帶變得更加陡峭，即頻響矩形度得到明顯提高，群延時(shí)波動(dòng)小。另外，該聲表面波換能器不需要器件進(jìn)行匹配，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。
[0022]聲表面波換能器的指條寬度與間隔寬度之和隨其位置變化，即每個(gè)周期對(duì)應(yīng)的頻率不同。如調(diào)頻色散換能器，若時(shí)間帶寬積足夠大，則調(diào)頻規(guī)律由換能器指條的位置決定，而幅頻特性由指條間的重疊長(zhǎng)度(加權(quán))決定，根據(jù)此規(guī)律可以設(shè)計(jì)新型的色散換能器。
[0023]換能器指條位置修改為所述色散區(qū)域的指條間距從鄰近低頻均勻區(qū)域的位置到鄰近高頻均勻區(qū)域的指條間距逐漸減??；低頻均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最大的指條間距；高頻均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最小的指條間距。
[0024]本實(shí)施例涉及的聲表面波換能器將換能器分為三個(gè)區(qū)域:高頻均勻區(qū)域，色散區(qū)域，低頻均勻區(qū)域。色散區(qū)域周期P2隨位置變化而變化，高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域分別以色散區(qū)域最領(lǐng)近末端一個(gè)周期寬度Pl (色散區(qū)域臨近邊緣的最小的周期寬度)，P3 (色散區(qū)域臨近邊緣的最大的周期寬度)為基準(zhǔn)，所有低頻均勻區(qū)域和高頻均勻區(qū)域的其他周期分別與該周期保持一致，即低頻均勻區(qū)域和高頻均勻區(qū)域?yàn)榫鶆蛑芷趨^(qū)域。通過這種調(diào)頻規(guī)律的改變，圖2、3即為本實(shí)施例涉及結(jié)構(gòu)的頻響圖和群延時(shí)，從圖2、3中可知，其頻響矩形系數(shù)，帶外抑制(圖2)及群延時(shí)波動(dòng)(圖3)可以得到明顯改善，其中圖2中，橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值。曲線3a為普通色散換能器的頻率響應(yīng)，曲線3b為本實(shí)施例的換能器的頻率響應(yīng)。圖3中曲線4a為普通色散換能器的群延時(shí)響應(yīng)，曲線4b為本實(shí)施例的換能器的群延時(shí)響應(yīng)圖，橫坐標(biāo)表示頻率(MHz )，縱坐標(biāo)表示時(shí)間(ns )。
[0025]根據(jù)指標(biāo)要求及具體應(yīng)用情況，所述色散區(qū)域可以為共線色散區(qū)域或傾斜色散區(qū)域，周期結(jié)構(gòu)可以是單指或多指結(jié)構(gòu)單元，調(diào)頻方式可以為線性調(diào)頻或非線性調(diào)頻。
[0026]所述聲表面波換能器的基片材料為壓電材料，該壓電材料可以為由鈮酸鋰，鉭酸鋰或石英構(gòu)成的壓電材料，高耦合材料鈮酸鋰實(shí)用于損耗要求低或者帶寬較寬的情況。低耦合材料石英適用于頻率穩(wěn)定度較好。窄帶的情況，鉭酸鋰則適中。該壓電材料還可以為由鈮酸鋰，鉭酸鋰和石英制成的去熱釋電壓電材料，這樣避免加工過程中靜電對(duì)指條的燒傷。
[0027]根據(jù)用戶指標(biāo)對(duì)損耗及功率的要求，所述聲表面波換能器的電極薄膜材料可以為鋁，鋁銅合金，銅或者金，金屬不同的導(dǎo)電率將會(huì)影響最終產(chǎn)品的損耗。電極薄膜材料還可以是摻雜一種或多種合金構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的合金，或者是由鋁、鋁銅合金、銅中至少兩種材料組合構(gòu)成上下疊加的多層結(jié)構(gòu)的合金，不同的合金結(jié)構(gòu)將會(huì)對(duì)產(chǎn)品功率耐受能力造成影響。
[0028]本實(shí)施例還提供一種優(yōu)異的幅頻特性的濾波器，由上述的聲表面波換能器構(gòu)成。另外由該聲表面波換能器與其他均勻換能器或兩個(gè)該聲表面波換能器還可以構(gòu)成色散延遲線，展寬線或者壓縮線。如果輸出換能器的色散關(guān)系是輸入換能器的簡(jiǎn)單平移，則構(gòu)成線性相位濾波器，可以應(yīng)用于高矩形度的寬帶濾波器；如果輸出換能器的色散關(guān)系是輸入換能器的鏡像結(jié)構(gòu)，則可構(gòu)成色散延遲線。
[0029]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.聲表面波換能器，其特征在于，該聲表面波換能器包括位于中部的色散區(qū)域，分別位于兩端的高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域；高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域均為非色散區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的聲表面波換能器，其特征在于，所述色散區(qū)域?yàn)楣簿€色散區(qū)域或傾斜色散區(qū)域，周期結(jié)構(gòu)為單指或多指結(jié)構(gòu)單元，調(diào)頻方式為線性調(diào)頻或非線性調(diào)頻。
3.如權(quán)利要求1所述的聲表面波換能器，其特征在于，所述聲表面波換能器的基片材料為壓電材料，該壓電材料為由鈮酸鋰，鉭酸鋰或者石英構(gòu)成的壓電材料，或者由鈮酸鋰，鉭酸鋰和石英制成的去熱釋電壓電材料。
4.如權(quán)利要求1所述的聲表面波換能器，其特征在于，所述聲表面波換能器的電極薄膜材料為鋁，鋁銅合金，銅，摻雜一種或多種合金構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的合金，或者是由鋁、鋁銅合金、銅中至少兩種材料組合構(gòu)成上下疊加的多層結(jié)構(gòu)的合金。
5.如權(quán)利要求1所述的聲表面波換能器，其特征在于，所述色散區(qū)域的指條間距從鄰近低頻均勻區(qū)域的位置到鄰近高頻均勻區(qū)域的指條間距逐漸減??；低頻均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最大的指條間距；高頻均勻區(qū)域的所有指條間距相等且等于色散區(qū)域臨近邊緣的最小的指條間距。
6.含該聲表面波換能器的濾波器，其特征在于，所述濾波器由權(quán)利要求1~5中任一權(quán)利要求所述的聲表面波換能器構(gòu)成。
【專利摘要】本發(fā)明提供的聲表面波換能器，該聲表面波換能器包括位于中部的色散區(qū)域，分別位于兩端的高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域；高頻均勻區(qū)域和低頻均勻區(qū)域均為非色散區(qū)域。該聲表面波換能器由于采用了末端非色散化的結(jié)構(gòu)，末端非色散化使過渡帶變得更加陡峭，即頻響矩形度得到明顯提高，群延時(shí)波動(dòng)小。本發(fā)明還提供由該聲表面波換能器構(gòu)成的濾波器，具有較小的群延時(shí)波動(dòng)。
【IPC分類】H03H9-64
【公開號(hào)】CN104734665
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510151104
【發(fā)明人】姚遠(yuǎn), 曹亮, 彭錦婕, 羅丹, 陳婷婷, 張鈴
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日