[发明专利]利用多次谐波共振在共振结构上横向耦合的体波滤波器元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种HBAR(HBAR/谐波体声波谐振器)型的初级滤波器及相应的制造方法，该初级滤波器用于形成更复杂的滤波器。

背景技术

用于构造涉及通过窄过渡区耦合两个相同的电声体波共振器的过滤器的原理是已知的，其中每个电声体波共振器由夹在两个电极间的电声换能器构成。所述换能器的过渡区足够窄，以在此处形成由两个共振器发射的场的衰减波的重叠，由此产生了所述两个共振器的谐振之间的耦合条件。这些耦合条件允许数据在滤波器的结构的输入位置和输出位置之间在频谱区中传输，当在耦合模式时，频谱区非常大，也就是说，两个共振器的过渡分离区窄。

此原理已用于使用传统的体波共振器在1-30MHz的频率范围中操作的频率滤波器，所述的使用传统体波共振器即使用通常是石英或压电陶瓷材料的单晶材料板的基谐模式，以产生这样的耦合。

然而，朝更高频率发展看来是复杂的，由于就此观点来看板的薄度会增加，从而导致脆弱的结构，该脆弱的结构的厚度为几十微米到几微米且因此不适于工业生产技术。

此原理还用于氮化铝(AlN)的薄膜滤波器，但层本身的厚度构成严重的问题，因为它们仅允许存在极少程度的横向模式的存在，该横向模式提供两个振动器间的能量的有效耦合。名称为“Simulation，conception et réalisation de filtre àondes de volume dans des couches piézoélectriques”(“压电层的体波滤波器的模拟、设计和生产”，法国贝桑松市的弗朗什孔泰大学的论文，由A.Hernhart于2005所著)的文献表明实际上不可能设想产生这样的滤波器，除非通过提高使用于表面波的交指型换能器返回的力偶。

该技术的问题在于增大了由两个HBAR型的共振器在初级滤波器内产生的波的横向振动模式提供的耦合的强度，所述的两个HBAR型的共振器耦合在一起且可以在高达20GHz的高频下操作。

发明内容

为达到上述目的，本发明涉及一种HBAR型的初级滤波器，该初级滤波器用于以预定的工作频率操作，且包括分别为HBAR型的第一共振器和第二共振器及通过衰减波的重叠而耦合的耦合元件，

所述第一共振器和所述第二共振器的每一个分别包括相应的第一电激励电极和第二电激励电极、同一参考电极和同一单体式压电换能器，第一电激励电极和第二电激励电极是分立的且由沟道隔开，

所述耦合元件包括换能器的过渡区，其设置在第一共振器和第二共振器之间，

所述压电换能器由第一厚度的第一材料层构成，该第一材料层根据由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法定义的角定位，且根据由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法(YX1)/θ定义的第一切割角θ1切割而成，使得仅在所述材料内，按照纵向模式或横向模式的波的电声耦合度大于5％，且其特征在于，

所述第一共振器、所述第二共振器和所述耦合元件包括同一单块式声波基片，该基片被设置成面对所述压电换能器，且通过具有相同的纵向振动模式或横向振动模式并穿过所述参考电极的波与所述压电换能器耦合。

根据具体实施方式，HBAR型的初级滤波器包括一个或多个以下特征：

-声波基片由第二厚度的第二材料层构成，该第二材料层具有至少为5.10¹²的工作频率音质的乘积系数，且该第二材料层根据由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法定义的、等于零的角度定向，并根据由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法(YX1)/θ定义的第二切割角θ2切割而成，且具有至少一个对应于振动模式的极化方向且换能器和基片的相对布局使得换能器的振动模式的极化方向和基片的对应于第二切割角θ2的至少一个振动模式的极化方向一致；

-声波基片的厚度与换能器的厚度的比率大于或等于1；

-由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法定义的角等于0；

-由IEEE标准Std-176(1949年修订版)的命名法定义的角不等于0；

-所述波的振动模式是纵向的；

-所述波的振动模式是横向的；

-换能器的材料包括在由下述材料构成的组中：氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)、铌酸锂(LiNbO₃)、钽酸锂(LiTaO₃)和铌酸钾；