專利名稱：用于具有多個陷波頻率的陷波電路的壓電晶體諧振器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用SH型表面波的壓電晶體諧振器，尤其涉及具有多個諧振特性的壓電晶體諧振器。本發(fā)明還涉及陷波電路，這種陷波電路包括使用SH型表面波的壓電晶體諧振器，尤其涉及不僅有多個陷波頻率而且具有改進的衰減特性的陷波電路。
具有

圖1所示特性的陷波電路用于電視視頻接收機以及視頻磁帶記錄機中的中級圖象頻率部分以防止由于相鄰頻道之間的干擾所引起的差拍。換言之，在相鄰頻道的圖象載波頻率fap和相鄰頻道的聲音載波頻率fas(在NTSC中，它們分別為39.75MHz和47.25MHz)處，信號必須有足夠的衰減。
為了獲得這一陷波特性，通常是利用兩個陷波，一個在相鄰頻道圖象載波頻率fap處有一衰減極而另一個則在相鄰頻道的聲音載波頻率fas處有一衰減極，每一陷波由一個LC諧振電路或一個壓電晶體諧振器提供。在用于此目的的壓電晶體諧振器中，利用SH型表面波(例如BGS(Bleustein—Gulyaev—Shimizu)波)進行衰減。圖2示出了利用無邊表面反射的BGS波諧振器1，它包括壓電襯底2，該襯底2由壓電陶瓷之類的材料(諸如鋁鋯鈦酸鹽(lead zirconate titanate)或LiNbO3或LiTaO3的壓電單晶)制成且呈四邊平面形。若其由壓電陶瓷材料制成，則其極化方向在箭頭P所示的方向。一對梳形電極3和4形成在壓電襯底2的上表面2a上以作為交叉換能器，所述梳狀電極3和4都有多個相對交錯突出的指狀電極3a～3c和4a～4c。
由于BGS波諧振器采用如此結(jié)構(gòu)的無邊表面反射型，若一個交流電壓加到梳狀電極3和4上，BGS波就會被激勵。BGS波沿箭頭X的方向傳播而且被壓電襯底2的端表面反射。若該交叉換能器所確定的頻譜和端表面之間的尺寸確定的頻率相符，則可從表面波諧振器1處獲得一個有用的諧振特性。圖3A示出了這種端表面反射型表面波諧振器的頻率衰減特性。圖3B則示出了其頻率—阻抗特性。圖3A和圖3B清楚地示出圖2中的端表面反射型表面波諧振器有一單獨的諧振特性，就象先有技術(shù)的LC諧振電路和其他壓電晶體諧振器一樣。
結(jié)果，必須提供和聯(lián)接兩個諧振電路或壓電晶體諧振器以獲取圖1所示的陷波特性，但既使把兩個諧振電路或壓電晶體諧振器連到一起，在每個陷波頻率處的衰減依然不夠。
利用瑞利(Rayleigh)波并有兩個諧振特性的單表面聲波諧振器已為人所知。例如，kanda等人(Kokusai Denki Giho，No.16，1—7頁(1992))公開了一種表面波諧振濾波器，它利用瑞利波作為雙模諧振器，該諧振器采用了零次縱向模(主模)以及二次縱向模。但是，為得到兩個諧振特性，該雙模諧振器需要兩個以上的交叉換能器以及一個反射器。其諧振特性是由該反射器的反射頻率特性決定的，但由于反射率只是在小頻率范圍內(nèi)較大，所以兩個諧振頻率之間的差只有1MHz。換言之，有圖1所示的特性的陷波濾波器無法由這類雙模諧振器本身形成。
因此，本發(fā)明的目的是提供使用SH型表面波的壓電晶體諧振器，從而可以由一單個芯片提供多個衰減極。
本發(fā)明的另一目的是提供可在多個陷波頻率處產(chǎn)生足夠大衰減的陷波電路。
根據(jù)本發(fā)明的壓電晶體諧振器采用了SH型表面波，其特征在于包括一個壓電晶體襯底和一個交叉換能器，該換能器形成在壓電晶體襯底上并有至少兩個諧振特性。這種交叉換能器可包括一對變稀疏了(thinned—out)的梳狀電極，每一電極都有相互交叉突出的指狀部分。該換能器或是有一對梳狀電極，其指狀部分的長度可以變化從而在指狀部分之間的長度區(qū)域(在該區(qū)域中可激發(fā)表面波)亦將變化。根據(jù)本發(fā)明制作的壓電晶體諧振器有兩個諧振特性，其頻率差可高達8MHZ。這是由于諧振器可如此設(shè)計以致由交叉換能器確定的主波瓣頻率和端表面之間的距離所確定的頻率可有較大差距，或由于多個主波瓣可被設(shè)計。由于本發(fā)明可通過一個單獨的芯片提供圖1所示的多個陷波頻率，從而可望減少元件數(shù)量以及組裝成本。
根據(jù)本發(fā)明的陷波電路可由采用SH型表面波的壓電晶體諧振器形成，且其可包括一個壓電晶體襯底和兩個互連的交叉換能器，這兩個換能器作為具有兩個諧振特性的并聯(lián)換能單元。換言之，根據(jù)本發(fā)明，只需一個壓電晶體諧振器以形成有兩個陷波頻率的陷波電路。當(dāng)這一陷波電路連在輸入和輸出端之間時，可在兩個諧振單元之間或/和在輸入端與兩個諧振單元相連處之間插入一電感，以期在相鄰頻道圖象和聲音載波頻率處獲得較大衰減。
替換之，本發(fā)明可采用兩個壓電晶體諧振器以提供兩個陷波頻率。
本發(fā)明將根據(jù)附圖并結(jié)合對實施例的敘述而予說明。
圖1是有兩個陷波的陷波電路的頻率衰減特性；圖2是采用無邊表面反射的先有技術(shù)BGS波諧振器的視圖；圖3a和3b的圖形展示了圖2所示表面波諧振器的頻率衰減特性和阻抗—頻率特性；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例的壓電晶體諧振器的視圖；圖5是圖4所示壓電晶體諧振器的視圖；圖6是圖4和圖5所示壓電晶體諧振器的頻率衰減特性圖；圖7是圖4和圖5所示壓電晶體諧振器的阻抗—頻率特性圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例的壓電晶體諧振器的平面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的壓電晶體諧振器的平面圖；圖10是一平面圖，展示了根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的壓電晶體諧振器用以形成具有改進衰減特性的陷波電路；圖11是圖10所示使用壓電晶體諧振器的陷波電路的線路圖；圖12是圖11所示陷波電路的頻率衰減特性圖；圖13是采用圖10所示壓電晶體諧振器的另一陷波電路的電路圖；圖14是圖13所示陷波電路的頻率衰減特性圖；圖15是采用圖10所示壓電晶體諧振器的另一陷波電路的電路圖；以及圖16是圖15所示陷波電路的頻率衰減特性圖。
在全部圖中，基本相同或互相等同的元件由同樣標(biāo)號標(biāo)示而不再重復(fù)敘述。
下面將舉例說明本發(fā)明，但這些例子將不對本發(fā)明構(gòu)成限制。
圖4和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的壓電晶體諧振器11，它包括一個呈矩形平面且由如鋁鋯鈦酸鹽的壓電陶瓷一類的適當(dāng)?shù)膲弘娋w制成。壓電晶體襯底12沿箭頭P所指方向進行極化處理，該方向與其主表面平行，亦與電極指的延伸方向平行。
在壓電晶體襯底12的上表面形成了一個交叉換能器(此后將稱之為IDT)15，它包括一對相互交錯的變稀疏了的梳狀電極13和14。梳狀電極13和14分別有電極指13a～13d和14r～14i相對著，它們相互的方向相反但都沿P的方向延伸。要注意的是在圖4和圖5中，雖然電極指13a～13b和14a～14i是相互交錯的，從電極13延伸的電極指13a～13d以及沿電極14延伸的電極指14a～14i不是設(shè)計成交替地沿電極指的橫向方向延伸。換言之，IDT15可被敘述為通過從相互交錯的兩個規(guī)則梳狀電極(它們的電極指原本設(shè)計成相互交替設(shè)置的)中減少(或去除)某些電極指而形成的。
更詳細的講，圖4和圖5所示的電極13可被認為是其位于電極指14c和14g之間的電極指被去除了。在兩個相鄰的電極指之間的區(qū)域中，由“1”表示位于兩個連到不同電壓的電極指之間的部分，而由“0”表示位于兩個連到相同電壓的電極指之間的部分。換言之，當(dāng)不同電壓加至兩個梳狀電極13和14時，區(qū)域1是BGS波被激勵的部分，而區(qū)域0則是沒有BGS波激勵的部分。在壓電晶體諧振器11的電極指14a和14i之間的12個區(qū)域被依次表示為1，1，1，1，0，0，0，0，1，1，1，1。
電極指13a～13d和14a～14i被設(shè)計成在相鄰的一對電極指之間的每個區(qū)域有相同的寬度，它等于被激勵的BGS波的波長λ的四分之一。除最外側(cè)上的電極指14a和14i之外的每個電極指的寬度也是λ/4，而電極指14a和14i的寬度則為λ/8。最外側(cè)的電極指形成在壓電晶體襯底12的上表面和相對的側(cè)端表面12a和12b的邊緣。通過在壓電晶體襯底上形成指寬為λ/4且指間距也為λ/4的電極指，即可提供上述梳狀電極，該壓電晶體襯底應(yīng)比要求的壓電襯底12寬并被分割成方塊，以致電極指14a和14i的寬度將被對分。
如上所述的壓電晶體諧振器11在其電極13和14上加上交流電壓時會激發(fā)BGS波，該波沿與梳狀電極13和14的電極指13a～13d和14a～14i的垂直方向傳播。BGS波在邊緣表面12a和12b之間被反射。換言之，壓電晶體諧振器11是利用BGS波的端表面反射型的表面波諧振器，就象圖2所示的先有技術(shù)諧振器一樣。其頻率衰減特性和阻抗—頻率特性分別示于圖6和圖7中，該兩圖清楚地示出了壓電晶體諧振器11有兩個諧振頻率fr1和fr2，也就是，它有兩個諧振特性，其原因在于IDT15是由減少的電極組成的，換言之，由IDT15可提供和確定兩個主波瓣。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，在兩個諧振頻率fr1和fr2之間的頻率差大約為8MHZ。換言之，本發(fā)明可獲得具有很大頻率差的兩個諧振特性，該頻率差遠大于使用瑞利波的雙模諧振濾波器的頻率差。這可能是由于IDT確定的頻譜的兩個主波瓣可被提供。因此，本發(fā)明可提供這類壓電晶體諧振器，通過改變其襯底的材料及尺寸，以及電極的形狀和IDT電極指的尺寸，即可獲得有相當(dāng)大的頻率差的兩個諧振頻率。簡言之，壓電晶體諧振器11可被有效地用于電視接收機或視頻磁帶記錄機的中級圖象頻率部分的陷波濾波器。換言之，它可用作有兩個陷波頻率的單片陷波器。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的壓電晶體諧振器21，它有一個具有兩個變稀疏了的梳狀電極23和24的IDT25。其構(gòu)成基本與第一實施例相同，不同之處只在于進行去除處理的方式。因此，下面將只敘述IDT25的結(jié)構(gòu)。與第一實施例相同的元件由同樣標(biāo)號表示。
電極23和24分別有兩個指狀物23a～23b和9個指狀物24a～24i，在這些指狀物23a，23b和24a—24i的相鄰對之間限定了一共10個區(qū)域。它們分別順序標(biāo)識為0，0，0，1，1，1，1，0，0，0。
通過這樣的設(shè)計，由IDT25所確定的主波瓣的頻率和在兩側(cè)邊表面12a和12b之間的距離所確定的頻率有了更大的差別。這不僅提供了兩個揩振頻率，且其差亦高達8．6MHZ。該頻率差可通過從形成IDT25的兩個梳狀電極23和24中去除不同的電極指的方式而予調(diào)整，雖然該頻率差由于不僅取決于從梳狀電極中去除的電極指的方式，而且取決于諸如邊緣表面12a和12b之間的距離以及壓電晶體襯底的材料和電極指的大小等其他因素而不能唯一確定。但是，這些因素可根據(jù)使用的諧振器的目的的而予適當(dāng)調(diào)整。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第三個實施例的壓電晶體諧振器31，它也有一矩形平面的壓電襯底32以形成利用其側(cè)邊表面32a和32b反射BGS波的表面波諧振器。該壓電晶體襯底32沿箭頭P方向均勻地極化，一對梳狀電極33和34形成在其矩形平面表面上。
第三個實施例與和第一和第二實施例的不同之處在于其梳狀電極對33和34的電極指沒有減少，電極33和34的電極指是對齊的并相互相對突出，且這些電極指長度不同，這樣，位于不同電極33和34的一對相鄰電極指之間的區(qū)域(其表面適于激勵表面波)的長度(沿電極指方向)在表面波傳播方向上是變化的。如此構(gòu)成的壓電諧振器亦有兩個諧振頻率。兩個諧振頻率之差可確定為9.2MHz左右。該壓電晶體諧振器的頻率衰減特性和阻抗—頻率特性與圖6和圖7所示的類似。
雖然本發(fā)明已參照采用BGS波作為SH型表面波的實例進行了敘述，但其并不限制本發(fā)明的精神。其他類似的SH型表面波，例如Love波，亦可用于獲得具有多個諧振頻率的諧振器，其方法是形成具有變少電極的IDT或改變激勵表面波的區(qū)域的長度。
根據(jù)上述壓電晶體諧振器，相鄰頻道圖象載波頻率fap和相鄰頻道聲音載波fas的衰減分別約為13dB和15dB。本發(fā)明還涉及采用根據(jù)本發(fā)明并有改進衰減能力的壓電晶體諧振器的陷波電路。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第四個實施例的另一壓電晶體諧振器51，用于形成具有改進的衰減能力的陷波電路。正如圖4和圖5所述的諧振器，壓電晶體諧振器51還包括由鉛鋯鈦酸鹽或具有LiNbO3或LiTaO3的壓電單晶一類的壓電陶瓷材料制成的壓電晶體襯底。若其是由壓電陶瓷材料制成，則其極化方向如箭頭P所示。一對稱之為“第—IDT53”和“第二IDT54”的IDT形成在壓電晶體襯底52的上表面。每一IDT包括一對梳狀電極，每一電極有多個沿P或其反方向沿伸的指狀物。第一IDT53的梳狀電極對之中的一個電極包括多個電極指53a以及一個第一連接電極55，該連接電極沿壓電晶體襯底52的一個側(cè)邊形成。第一IDT53的梳狀電極對中的另一電極包括多個與共用連接電極56相連的電極指53b。其他的多個電極指54a從共用連接電極56沿偏離第一連接電極55的方向突出并與中央連接電極56一起構(gòu)成了第二IDT54的梳狀電極對中的一個電極。第二IDT54的梳狀電極對的另一電極包括多個與第二連接電極57相連的電極指54b。第二連接電極57沿壓電襯底52的側(cè)邊并相對第一連接電極55的方向形成。這三個連接電極55，56和57分別與加電壓的終端a、b、c相連。
雖然形成兩個IDT53和54的電極指只是概略的示于圖10中，但可理解的是每個IDT的電極指是按本發(fā)明的第一實施例參照圖4和圖5形成的。換言之，例如，每個電極指53a，53b，54a和54b的寬度等于λ/4，而每個IDT的最外側(cè)的電極指的寬度為λ/8，而且這些電極指之間的寬度亦為λ/4，其中，λ是被激勵的表面波的波長。
由兩個IDT53和54形成的兩個諧振單元中的每個都具有本發(fā)明第一實施例的壓電晶體諧振器的功能，即有兩個諧振特性。換言之，通過形成一個與中央處的電極指垂直的中央連接電極56，即可從本發(fā)明的第一實施例的諧振器中形成根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的諧振器，每個IDT中的電極指的長度可變，從而每個IDT都將有兩個諧振特性。
如圖11所示，用于電視視頻接收機的陷波電路可通過把圖10的端點a和c連在輸入端IN和輸出端OUT之間并把端點b接地的方式而構(gòu)成。圖11中，數(shù)字58和59指示由兩個IDT53和54構(gòu)成的諧振單元。插在上述壓電晶體諧振器51和輸入端IN之間的是一個第一電阻61。而在接地端和輸入端IN及第一電阻61之間一點處有一個第二電阻62相連其間。在壓電晶體諧振器51和輸出端OUT之間連有一第三電阻63。在接地端和輸出端OUT與第三電阻之間的端點處有一第四電阻64相連其間。圖12示出了如此構(gòu)成的陷波電路的頻率衰減特性，它清楚的示出了在頻率fap和頻率fas處形成的兩個陷波，在這兩頻率處的衰減分別為15dB和17dB。然而，可看到圖象載波頻率fp處有不理想的衰減，如圖12所示該頻率fp位于陷波頻率fap和fas之間并靠近其中頻率較高者。
再者，在圖10中由點劃線所示的端點a和c之間連有一電感65，以形成本發(fā)明的另一陷波電路，端點b接地，如圖13所示，換言之，該陷波電路與圖11所示的相同，除了多了一個電感65之外。因此，圖11所示符號可用于標(biāo)識圖13的陷波電路的元件。圖14是如此構(gòu)成的陷波電路的頻率衰減特性，示出了在頻率fap和fas處的衰減分別為22dB和27.5dB。這清楚地說明了在壓電晶體諧振器51的端點a和c之間加入一個電感65可有效地在相鄰頻道圖象和聲音頻率處增加9dB和12.5dB的衰減。通過比較圖12和圖14的曲線，可明白加入電感65具有減少圖象載波頻率處的衰減的效果，或可防止圖象載波頻率的衰減過大。
圖15示出了另一陷波電路，它與圖13的電路之不同之處在于另一電感60被連在端點a和輸入端IN之間。圖16展示了其頻率衰減特性。可看到在陷波頻率fap和fas處的衰減分別為26dB和33dB。這清楚地說明在端點a和輸入端IN之間加入一個電感60具有在相鄰頻道圖象和聲音頻率處增加衰減的效果。表1示出了在相鄰頻道圖象和聲音載波頻率fap和fas處上述三個陷波電路的衰減幅值(分別參見圖10—21，13—14和15—16)。
表1
雖然只是展示了三個根據(jù)本發(fā)明的陷波電路，但本發(fā)明的范圍不止于此?？稍诒景l(fā)明范圍內(nèi)作出許多修改和變型。例如，可以在圖11所示的電路的端點a和輸入端IN之間加入一個電感(如圖15中的電感60)而沒有在諧振器51的端點a和c之間的電感(例如圖13或15中所示的電感65)，以形成另一陷波電路。這種電路相鄰頻道圖象和聲音載波頻率fap和fas處的衰減分別是21dB和24dB。
作為另一例子，圖4所示實例的兩個壓電晶體諧振器可用于上述例子以取代根據(jù)本發(fā)明第四個實施例的壓電晶體諧振器51。換言之，上述兩個壓電晶體諧振器11可用作為圖11，13和15所示的兩個諧振單元58和59，一個電感連在其中(象圖13和15所示的電感65)而另一個則象圖15中所示的電感60那樣連接。在兩個陷波頻率處的衰減從而可以類似方式被有效地改進。雖然使用根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的壓電晶體諧振器具有結(jié)構(gòu)簡化的優(yōu)點(由于諧振單元形成在一個單片上)，但也可方便的使用兩個利用SH表面波的諧振器來構(gòu)成比先有技術(shù)的LC諧振電路有更好衰減特性的陷波電路。
當(dāng)兩個諧振器用來取代根據(jù)本發(fā)明的第四個實施例的單諧振器51時，它們無需一定是本發(fā)明第一實施例的諧振器(如圖4和圖5所示的)。與圖11類似但使用本發(fā)明第三實施例的兩個諧振器可用作為圖11的兩個諧振單元58和59從而構(gòu)成一陷波電路。該電路的兩個諧振頻率之差亦可增加至8MHZ左右。
總之，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可在本發(fā)明范圍內(nèi)作各種變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種采用SH型表面波的壓電晶體諧振器，其特征在于包括一個壓電晶體襯底；以及一個交叉換能器，該換能器形成在該襯底上并有至少兩個諧振特性。
2.權(quán)利要求1的壓電晶體諧振器，其中所述交叉換能器包括一對變稀疏了的梳狀電極，每一電極有多個向另一電極突出的指狀物，該對電極的指狀物呈相互交錯的形態(tài)，至少所述電極之一的一對相鄰指狀物位于另一電極的至少兩個指狀物之間。
3.權(quán)利要求1的壓電晶體諧振器，其中所述交叉換能器包括一對梳狀電極，每一電極有多個朝向另一電極并平行成排突出的指狀物，一個電極的每個指狀物與另一電極的指狀物之一對準，指狀物區(qū)域的長度是變化的，在把電壓加至兩電極時，在指狀物區(qū)域上可激勵表面波。
4.權(quán)利要求2的壓電晶體諧振器，其中，除在壓電晶體襯底兩邊的指狀物之外的每個指狀物的寬度等于所述兩個指狀物之間區(qū)域所激勵的表面波波長的四分之一，且相鄰的指狀物對被分離的寬度為該波長的四分之一。
5.權(quán)利要求3的壓電晶體諧振器，其中，除了在壓電晶體襯底兩端的指狀物之外的每個指狀物的寬度等于所述兩個指狀物之間區(qū)域激勵的表面波波長的四分之一，且相鄰的指狀物對的分離寬度為該波長的四分之一。
6.權(quán)利要求1的壓電晶體諧振器包括兩個交叉換能器，它們形成在壓電晶體襯底上且相互連接，從而形成兩個諧振單元，每一單元有兩個諧振特性。
7.一種包括一個利用SH型表面波的壓電晶體諧振器的陷波電路，其特征在于該諧振器包括一個壓電晶體襯底；一個交叉換能器，該換能器形成在該襯底上并有至少兩個陷波頻率。
8.權(quán)利要求7的陷波電路，其中的壓電晶體諧振器包括兩個交叉換能器，它們形成在壓電晶體襯底上并相互連接以便形成兩個諧振單元，每一單元有兩個諧振特性。
9.權(quán)利要求8的陷波電路還包括一個連在兩個諧振單元之間的電感。
10.權(quán)利要求8的陷波電路，其中的交叉換能器之一有一信號接收端，從一輸入端而來的信號經(jīng)過該信號接收端而適于被陷波電路接收，該陷波電路還包括一個連接在該信號接收端和輸入端之間的電感。
11.權(quán)利要求10的陷波電路還包括連在兩個諧振單元之間的另一電感。
12.權(quán)利要求7的陷波電路，包括兩個使用SH型表面波的壓電晶體諧振器，這兩個諧振器都形成在壓電晶體襯底上，每一諧振器都有一交叉換能器，兩個諧振器是并聯(lián)的且提供兩個諧振特性。
13.權(quán)利要求12的陷波電路，還包括一個位于兩個壓電晶體諧振器之間的電感。
14.權(quán)利要求12的陷波電路，其中兩個壓電晶體諧振器之一有一信號接收端，從一個輸入端而來的信號通過該信號接收端而適于被陷波電路接收，該陷波電路還包括一個接在該信號接收端和輸入端之間的電感。
15.權(quán)利要求14的陷波電路還包括另一個連接在兩個壓電晶體諧振器之間的電感。
全文摘要
一個利用SH表面波的單片壓電晶體諧振器，有一形成在壓電晶體襯底上的交叉換能器，該換能器有至少兩個諧振特性。該換能器含一對有多個相互相對突出的變稀疏了的梳狀電極指，它亦可由一對其指狀物長度可變的梳狀電極形成。如此構(gòu)成的陷波電路有兩個相差隔足夠大的陷波頻率以及在該兩頻率上的改進衰減特性。該陷波電路有兩個諧振單元，每一單元有兩個諧振特性。
文檔編號H03H9/25GK1114799SQ9510202
公開日1996年1月10日 申請日期1995年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月4日
發(fā)明者門田道雄, 吾鄉(xiāng)純也, 諸角和彥 申請人:株式會社村田制作所