一种采用NSPUDT结构的新型滤波器

　　1　前言

　　自P.V.Wright于1985年首次报道了利用自然单相单向换能器(NSPUDT)制作低损耗声表面波(SAW)滤波器以来[1],这种结构就受到了很大的关注。由于晶体结构是不对称的,NSPUDT基片的单向性完全取决于晶体的取向。在自然单相单向基片上,常规的K/4单指换能器的换能中心和反射中心存在K/8偏差,从而产生了单向性。据报道,在石英、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7等晶体上,都有NSPUDT的取向[1,2]。采用NSPUDT基片的滤波器结构,一般都是以NSPUDT作为输入换能器,而输出换能器采用K/8分裂指的双向换能结构[3],但这样就增加了3 dB的双向损耗,同时由于采用了K/8分裂指,增加了光刻难度,不利于制作高频器件。P.V.Wright提出通过改变金属化率及利用双层结构,以使NSPUDT基片反向传播,但加工工艺复杂,不利于大批量生产。本文给出了一种新型结构,能使NSPUDT基片反向传播,且最细线条为K/4、单层、单一金属化率,制作工艺简单。作者采用该结构制作的SAW滤波器,中心频率f0为83.3 MHz,带宽为190 kHz,获得了较理想的效果。

　　2　NSPUDT基片上SAW单向传播的原理

　　NSPUDT的单向性是利用非常规不对称晶向上分布内反射来获得的,文献[3]给出了详尽的理论分析。依据晶体的这个性质,可以使NSPUDT基片上SAW单向传播。图1示出了K/4单指换能器在双向换能器(BDT)基片和NSPUDT基片上换能中心Tc和反射中心Rc的关系。这里所说的换能中心是指换能器中两束对向传播的局部转换声波同相位的地方,反射中心是指换能器中固定的声反射系数为纯虚数的地方[1]。在BDT基片上,Tc和Rc完全重合,如

　　图1(b)所示,不存在单向性,而在NSPUDT基片上,由于基片的非规范不对称性,Tc和Rc不再重合,而是向+x或-x方向偏移了K/8,如图1(c),(d)所示。由NSPUDT的工作原理可知[3],Tc和Rc位置的λ/8偏差,引起单向性,如图1(c),(d)中所标箭头方向。

　　如果设计一种换能器结构,使其Tc和Rc偏离λ/4+nλ/2(n=0,1,2,…),如图2(a)所示,假设制作于BDTNSPUDT基片上,则换能器双向传输,不存在单向性;而将该结构制作于基片上时,则Tc和Rc的位置关系如图2(b)或图2(c)所示。这是由于基片的非规范不对称性造成的K/8的偏差所致。图2(b),(c)与图1(d),(c)中Tc和Rc的关系相同,这说明在BDT基片上Tc和Rc关系如图2(a)所示的结构,如果制作在NSPUDT基片上,则可以获得单向性。

　　3　NSPUDT基片上单向换能器的设计

　　本文给出一种群型反向换能器结构,基本结构如图3(a)所示,在λ/4指条间插入反射栅,其中N1为换能器指条对数,NR为反射栅条数。

　　且NR>2N1时,反射栅总反射大于换能器的总反射,可以使NSPUDT基片上SAW的传播反向。当采用只保留一个Tc和一个Rc的简单模式时,在BDT基片上Tc和Rc关系如图3(b)所示。