[发明专利]一种声能激发SAW谐振器及高阶对称梯形SAW滤波器

说明书

本发明提出了一种由薄的LiNbO₃薄膜和SiC组成的多层波导SAW谐振器结构和梯型电路优化方案。该SAW谐振器结构由下至上依次为SiC高速衬底、64°Y‑X LiNbO₃压电薄膜、换能器叉指电极，通过将声波引导于低声速区域中传播，强化激发主模声波，消除杂波影响，降低插入损耗，最后将用于串联的谐振器和用于并联的谐振器采用梯型电路优化方案制作成SAW滤波器。采用本结构的SAW滤波器具有大带宽和低插入损耗，能够使其工作时具有较优性能。

技术领域

本发明涉及声表面波电子器件技术领域，具体涉及一种声能激发SAW谐振器及高阶对称梯形SAW滤波器。

背景技术

随着全球卫星导航定位系统的兴起和我国北斗系统的大力建设，相关天线、芯片、板卡和接收机等配套产品发展迅速，对于接收和发射用高性能声表面波滤波器的市场需求巨大。

随着L波段的广泛应用和相关技术的快速发展，对声表面波滤波器的频率、带宽、频率温度系数、通带波动、插入损耗、阻带抑制以及体积等性能指标提出了越来越高的要求。大带宽、低波动、低损耗、高抑制、高温度稳定性、小体积的高性能声表面波滤波器在L波段相关电子设备中有着迫切的应用需求，也成为当前声表面波滤波器的重要研究方向之一。传统的晶体滤波器虽然可以很好地实现信号滤波功能，但由于工艺加工精度的影响，其带宽小、插入损耗大，无法满足高频、小体积的应用需求。

SAW滤波器通常是由串联谐振器和并联谐振器级联组成。通常SAW谐振器（声表面波谐振器）为均匀叉指单端谐振器结构，如图1所示，中间为叉指换能器，两边为金属短路栅阵（反射栅）。SAW谐振器和SAW滤波器的带宽和插入损耗主要取决于压电基底的机电耦合系数与非主模杂波影响。传统的SAW谐振器主要在铌酸锂(LiNbO₃ )等单晶体材料的压电基底上制作换能器叉指电极，其机电耦合系数一般低于10％，相对带宽也较小，且易受到非主模杂波影响导致插入损耗增加，SAW滤波器性能下降。为了满足SAW滤波器大带宽工作范围以及优良工作性能需求，研发一种大带宽工作范围同时具有良好杂波抑制的高性能SAW谐振器成为了急需攻克的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：

1. 如何满足SAW滤波器大带宽的工作范围需求；

2. 如何在大带宽工作范围内增强主模激发效应，并降低非主模杂波的影响；

3. 如何通过优化梯形电路结构来提高SAW滤波器的性能。

本发明一种多层波导高性能SAW谐振器是采用如下技术方案实现的：所述SAW谐振器由下至上依次为SiC高速衬底、64°Y-X LiNbO₃压电薄膜、换能器叉指电极；压电薄膜层的厚度为0.15-0.4λ，换能器叉指电极厚度为0.01-0.4 λ，λ表示叉指周期。

该谐振器结构通过将声波引导于低声速区域中传播，强化激发主模声波，消除杂波影响，降低插入损耗。所述低声速区域是指压电薄膜，也就是LiNbO₃；压电衬底，也就是SiC为高声速区域。

该谐振器多层波导结构之间材料的小晶格失配有利于降低SAW器件中的插入损耗，而机电耦合系数（K²）的有效增加主要归因于压电薄膜中的SAW的更有效激发，从而降低杂波所带来的影响，降低损耗。具体原因：通过优化压电薄膜与电极厚度，利用高速衬底在多层波导结构中实现导模波，将声能限制在压电薄膜中，从而强化激发主模声波。

本发明所述的一种高阶对称梯形SAW滤波器采用如下技术方案来实现：采用多级级联的梯型电路，每级梯型电路均包括一个用于串联的SAW谐振器以及两个用于并联的SAW谐振器，两个用于并联的SAW谐振器对称分布在串联SAW谐振器两侧，构成该级梯形电路的分路支路，在每个用于并联的SAW谐振器两端均并联有一个电感；所述SAW谐振器采用一种声能激发SAW谐振器。

所述多层波导SAW滤波器结构工作原理如下：