Монолитный кристаллический фильтр

Монолитный кристаллический фильтр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано в устройствах селекции по частоте, а также при разработке и изготовлении среднеполосных монолитных кристаллических фильтров (МКФ). Целью изобретения является повышение стабильности частоты среза полосы пропускания в широком диапазоне температур. Для достижения поставленной цели длина и ширина прямоугольных электродов, образующих частные акустически связанные резонаторы МКФ, имеют оптимальные значения, а угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины, выполненной из лан тан-галлиевого силиката, и ее механической осью равен 1°50' ± 1°. Приведены соотношания между длиной, шириной электродов 11 толш,иной пьезоэлектрической пластины. 5 ил.

j!:,. (1)

ООГОз СОВЕТСКИХ

СО!1!;л ПИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

БЕДОМСТОО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4886181/22 (22) 28.11.90 (46) 07.12.92, Бюл, М 45 (71) Научно-исследовательский институт

"Фонон" (72) С.А. Сахаров, И. M. Ларионов, В.А. Исаев, С, О, Долгих и В. Н. Баранов (56) Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов./

Под ред, Б. Ф..Высоцкого и В. В. Дмитриева.

M.: Радио и связь 1985, с. 175.

Бронникова Е. Т., Ларионов И. M., Исаев

B. А, и др. Монолитные фильтры и резонаторы на новом пьезоэлектрике-галлосиликате лантана. — Электронная техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты, Вып. 2(63), 1986, с. 83. (54) МОНОЛИТНЫЙ КРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ

ФИЛЬТР

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано в устройствах селекции по частоте, а также при разработке и изготовления среднеполосных монолитных фильтров (МФ).

Известен кварцевый дискретный дифференциально мостовой фильтр навесного монтажа, содержащий кварцевые резонаторы, расширительные катушки индуктивности и трансформаторы, с относительной полосой пропускания (полоса пропускания, отнесенная к средней частоте фильтра)

Ь |зль 17, относЯЩийсЯ к сРеДнеполосным фильтрам, „„5Ц„„1780147 А1 (й)5 Н 03 Н 9/56// Н 01 1 41/08 (57) Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности пьезотехнике, и может быть использовано в устройствах селекции по частоте, а также при разработке и изготовлении среднеполосных монолитных кристаллических фильтров (МКФ). Целью изобретения является повышение стабильности частоты среза полосы пропускания в широком диапазоне температур. Для достижения поставленной цели длина и ширина прямоугольных электродов, образующих частные акустически связанные резонаторы

МКФ, имеют оптимальные значения, а угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины, выполненной иэ лантан-галлиевого силиката, и ее механической осью равен 1 50 + 1 . Приведены соотношения между длиной, шириной электродов и толщиной пьезоэлектрической пластины, 5 ил.

Данный фильтр имеет ряд существенных недосгатков, в частности наличие трансформаторов, большого количества кварцевых резонаторов и расширительных катушек индуктивности, что обуславливает сложность его схемы, большие габариты и вес. малую механическую прочность и надежность, высокую трудоемкость в изгoTaBлении, кроме того, такой фильтр сложен в настройке.

Известен монолитный фильтр на кристалле лантан-галлиевого силиката {ЛГС).

Реализуемая полоса пропускання на данном кристалле Afgpp 0,0 л,. Фильтр выполнен на прлмг>м XY-срезе, относительные размеоы возбу>кг1а!Ощих электродов равны

Ix — =-б;

Н вЂ” — =12, Iz

Н где I;: — размер электрода в направлении электрической оси Х,м;

4 — размер электрода В направлении оптической оси 7, М;

Н -- толщина п езоэлектрическол плаСТИ14Ы, M.

Данное устройство принимаем за ïpîтотип и одновременно оно может служить базовым обьектом.

Нед!Зстатком вышеуказанного МФ является невысокая температурная стабильнocTb частот среза полосы пропускания вследствие неоптимального выбора угла среза пьезоэлектрической пластины, что приводит к большим изменениям частот среза, а следовательно, средней частоть! и полосы пропускания в области отрицательных темпсратур, Вышеуказанный выбор размеров возбуждающих электродов в известном устройстве приводит к появлению нежела1ельных резонансов в спектре колебаний частных резонаторов, бллзких к ocíîвному, име!Ощих отличный от îci!îDHого резонанса колебаний температурный коэффициент частоты, что снижает температ!рву!о с абильность частот среза полосы

П р О П у C K a! I M J I .

Известные МФ на кристаллах кварца и

iaHòaïaòa пития I-!B могут Сыть реаг!изованы с Относительной пОлОсОЙ пропускания

Ь 4г1г =О,З...ОЯ;!,, что возможно На кристалле Л! С. Кварцевые МФ ьспедствие малого козффлциента злектромехан гческой связи (ЗМС) (К>;!,=- 7 ., И срез), реализу!Отся в и!1тервале относительных полос пропускания

< л дпE= 0, 0 0 1 — О, 3;, Т а ! г а л а т О г1 и т и е г:, bi P.

МФ. имеющие большой коэффициент

3МС (К 1с=47% Х-срез), реапизу1отсл ь интервале относительных полос преп!гскания Л Гд1-,=1...4, ь, МФ с относительной полосой пропускания менее I,, на танталаТр..лития нельзя реализовать из-за сравнительно низкой добротности частных резонаторов МФ. Кроме того, танталатслитиевые МФ имеют низку!о температурную стаблльность !астоты резона!1са, уходы Которого соизмеримы с шириной пог!Осы Ilpoпускания для МФ с относительной поггосой п ропускан ил ме:ee 1%-.

Кристалл >Ке ЛГС имеет больший, -1ем кварц коэффициент ЭМС (Кэ;.;с-=1!I% Y-срез), ITo Г103вог!яет обеспечить значит8льно бо л88 IJJ 14 P() I

МФ и меньший коэффициент ЗМ!Г, «8;-. танталат лит!ля, что обеспечивает более узкую полосу пропускания МФ и более высоку!о температурную стабильность частоты, чем j

5 МФ на кристалле из танталата лития, UenbIo данного изобретения является повышение стабильности частот среза -,!олосы пропускания МФ в широком диапазоне темпера:тур, 10 Указан!4ая цель достигается тем,:;lо в монолитьом кристаллическом фильтре, ."одержащем по крайней мере два:1аст1:ых акустически связанных резонатора, ка>кдый из котор>1х образован двумя перекли15 ка1ощими!Ся возбух<дающими электродами прямоугольной формы, размещенными на главных гранях пьезоэлектрической г1ласти!1ь! из лa! Iтан-Галлы8ВОГО сиnи ката (Л ГС), Ось акустической сВЯзи мР>кду кото20 рыми совмещена с электрической осью Х пьезоэлектрической пластины, угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y ! бра 4 50

25 бужда!Ощих электродов выбраны из соотношений

БО Iy/Н 9 105: — Iz/f» — 8 0е где I„— длина возбу><дающих эл"..KTpo ;ов В

30 направлении оси Х, м;

Iлирина Воэбу>кда!Оьц!!х 3 I8ктр0дОВ в направлении оси Z, м, Н вЂ” тол!.!!и!!а г!ьезозле;:<тр«".1г ской плаCòIn f I i=!, м.

35 Выбор Выше,казаннь|х соотноше!!ий размеров злеKT poJ>0 f4 и ро eoãäncn экспери.-181-!Таль!!о-практи 1еским путем ввиду Отсутствия теоретического Оасчета МФ на кристагле Л ГС.

40 Известные расчеты, по !<Оторь!м определяют ориен-лцию пласти:! кварца с требуемыми г!ара1 е ра! .IM, во-первых, vll .Jeio г пОГрешность не м81488 1 /э, БО ВтОр !х,. В них

IIe учитывается вл!ляние пьезоэг!ектрическo

I О ЗфРы !,.!Ожг!О пРен lope 11 дл>1 ма! 6)зиаг!Ов с маг!ым !<Оэффицие!4то!и 3Ь!С, ..аких как Keap!J,. Вследствие зто!о погрешность расче l à орие!Гтации г1ьезоэг!ект с14ч— ской пластинь! с требуемыми пара етрами

50 (ь частности, по темг!ератур14ой стабильности) для к; исталлов с Ьол ь1ои :f1< !<Оэ<Ь(:>11 ци ентами 3МС ЗI4ачlifт8лbнО во".рзсTЗ T

Поэ; му максималы!Зя тгмпературная стзбил ть дпя пьезопластины f;ÍÑ рàñ÷åò55 Hbl!,уте I =,Оответ"твовзла о, :. 8 !ТЗЦ1:: г1рямого -среза, ЗГ1!4ако 3!<Опс риме1!тал ь1, !>,! !1 Ф a

I4of nef4o что максимально!п 1,- :.„,-;с и„,;;О!18!. стабильн! сти е ш! Ioo",о! ди!! ie!U! !e T - 1 ;и.—

1780" "-" ратур (-60)...(+85 С) соответствует 1 /50 для материала, изготавливаемого на одном из отечествен<ных предприятий. С учетам различных технологий приготовления LLI_#_x ты и выращивания кристалла максимальная температурная стабильность соответствует

10501 100

На фиг, 1 изобра>кена экспериментальная зависимость ТЧК частного резонатор от угла среза; на фиг. 2 — ориентация пьезоэлектрической пластины относительно кристаллографических осей; на фиг. 3 амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) МЮ-прототипа; на фиг, 4 — АЧХ заявленного монолитного фильтра; на фиг. 5— конструкция пьезоэлемента заявленного

МФ.

Экспериментальные зависимости ТЧКчастнога резонатора от угла среза приведены на фиг. 1, где можно видеть, что угол амежду нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью У, выбранный равным 1 50, является опти„о мальным для широкого интервала температур, Зависимости ТЧК частного резонатора для p=-1 50 соответствуют разным предо приятиям-изготовителям кристаллов. Увеличение угла до значения, равного 2О501, позволяет использовать заявляемый пьезоэлемент в области отрицательных температур, а уменьшение его до значения p=0 50 в области положительных температур, На фиг. 2 представлена ориентация пьезоэлектрической пластины относительна

I<ðèñòàëëoãðàôêHeñêèõ осей.

Относительные размеры электродов выбирались из усговия отсутствия нежелательнь:х резонансов в пределах резснансного праме>кутка частного резонатора.

На фиг. 3 показана амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) МФ на пьезоэлементе с размерами возбуждаюших элекградав, саг-;ьетствующих прототипу, Нежелательный резонанс находится в паласе прапускания или вблизи нее. Вследствие различных ТЧК основнога резонанса и нежелательнага (что подтверждено экспериMåHTàëbHа) ухудшается температурHая стабильность частот среза полосы прапускания. Сплошной линией показана АЧХ при нормальных условиях (Т=25 С), пунктирной линией — ппи температуре (+85)"С, а точками — при температуре (— 60) С.

При выполнении соотношения между размерами электродов в направлениях па осям Z и Х, равнага 4/4>1, нежелательные резонансы находятся выше паласы пропускания МФ, причем при в1.1боре размеров 9 интервалах 8 Ix/H «10,5; 6,5 «!,/Н «8, 25

55 нежелательные резонансы при изменении температуры в диапазоне (— 60) — (+85)"С не оказывают влияния на частоты среза полосы пропускания.

На <,:лг, 1 показана АЧХ МФ на заявляемом пьезоэлемента, Можно видеть, что нежелательный резонанс расположен за пределами .,оласы пропускания и влияния на температурну1а стабильность частотсреза полосы пропускания не аказывает.

Сплошной линией показана АЧХ МФ в нормальных условиях, пунктирной — при температуре, - 85)ОС. а —,очками — при температуре (— 6%ОГ

На фиг. 5 представлена конструкция пьезоэлемента МФ, Пьезоэлемент МФ содержит пьезоэлектрическую пластину 1, две пары перекрывающихся возбуждающих электродов 2,3 и 4,5 соответственна и выводы 6, П ьезаэлемент tIII Ф работает следующим образом, Напряжение высокой частоты подается на выводы возбуждающих электродов 2 и 3 входного частного резонатора и вызывает в нем талщинно-сдвигавые колебания, которые за счет акустической связи передаются в соседний ас ный резонатор. образованный вазбуждающ1 ми электродами 4 и 5, и постуг ак)т на выходные выводы 5 пьезоэлемента моналитного фильтра. Полоса пропускания 1ьезаэлеме.гта МФ определяется расстоянием ме к;-.у частными резонаторами I3 напрзвлении акустичсскай связи, причем, чем больше этс расстояние, тем уже палас" прапускания.

В устройстве повышение температурной с..àáèIlüHîñTè частот среза полосы пропускания достигается за счет выбора аптимальнога угла среза пьезоэлектрической пластины и выбора атнасител1ных размеров электродов, смещающих 11ем<елательныи резонанс за по-осу прапуакания в сторону высоких

-1ас гат.

Использование предлагаемого изобретения приведет;< перекрытию диапазона полос прапускания ЛГ,д=0,3...0,8",ь монол итн ы ми фил ьтра ми, который да настая.цега времени перекрывался только дискретными кварцевыми фильтрами с расширительными ка.ушками индуктивнасти, име1ащими ряд вышеуказанных недостатков, в частности абьсмна-весовые показатели дискретнага фильтра в 8-10 раз и р е О ы ш а 1ат 3 н с"- -1 е и 1 я дл я М Ф .

cDармула изобретения

Моналит<ный кристаллический фильтр, содержащий па меньше мере два частных акустически связанных резонатора, каждый из которых образован двумя перекрь1ваю1780147 щимися возбуждающими электродами прямоугольной формы, размещенными на главных гранях пьезоэлектрической пластины из лантан-галлиевого силиката, ось акустической связи между которыми совмещена с электрической осью Х пьезоэлектрической пластины, о т л и ч а ю щ и и сятем,,что,,с целью повышения стабильности частот среза полосы пропускания в широком диапазоне температур, угол между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее механической осью Y выбоан оавным 1 50 -1, а длина и ширина возбуждающих электродов выбрана из соотношений

8,0 ИН - 10,5;

6,5 « Iк/Н « 8,0, где 4 — длина возбуждающих электродов в направлении оси Х, м;

Iz — ширина возбуждающих электродов в направлении оси Z, м;

10 Н толщина пьезоэлектрической пластины, м.

1780147 а 6

Eo c e 85 c

<и,кг

Фиг, Э. пЪБ с!. i

I

I! г I г

loo гр

-Г jgt) o 4.:г pP Q

/ р

l ср;у. 5

Составитель Ь. Шевченко

Техред М.Моргентал Корректор 0, К)рковецкая

Редактор

Производственно-издательский коь 5 ..нат ":1лтент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10

Заказ 4440 Ти ра к Под..ясное

ВНИИПИ Государственного комитета по изооратениям v, открь.тиям при ГКНТ С(,CP

113035, Москва, К-35, Рауаская наб., 4/5