一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器
阅读：974发布：2020-05-13
专利汇可以提供一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种实现非对称幅频特性即一侧陡直、另一侧平缓的声表面波滤波方法及 滤波器 ，对目标非对称幅频特性函数H(t)进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)，再利用变迹加权函数h(t)中的 实部 E(t)和 虚部 G(t)设置 叉指换能器 的各指条的长度，此时，各指条长度的变化与目标非对称幅频特性函数H(t)呈 傅立叶变换 关系，也就是说，将目标非对称幅频特性函数H(t)映射在叉指换能器的各指条的长度变化上，从而完成叉指换能器的设计，然后将此设计好的叉指换能器通过平面 半导体 工艺制作在对应的压电基片上，由此提供了一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。，下面是一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器专利的具体信息内容。
1.一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据目标非对称幅频特性函数H(t)，并对其进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)＝E(t)+jG(t)；
S2、预设声表面波滤波器中叉指换能器的各指条的指宽为λ/8，相邻两个指条之间的间隙为λ/8，将相邻的两个极性相同的指条标记为叉指对，设置每个所述叉指对中的左侧指条的长度为E(t)+G(t)，并设置每个所述叉指对中的右侧指条的长度为E(t)-G(t)；
其中，λ表示所述目标非对称幅频声表面波的波长；E(t)和G(t)分别表示所述变迹加权函数h(t)的实部和虚部，E(t)和G(t)均为函数表达式，j为虚部符号，t为时间。
2.一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器，其特征在于，执行权利要求1中所述一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。
3.根据权利要求2所述的一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器，其特征在于，叉指换能器中还包括假指，所述假指的指宽为λ/8，多个所述假指与各指条一一对应设置且预留有假指间距，且所述假指与其相对应的指条的极性相反。
一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器
技术领域
[0001] 本发明涉及声表面波滤波技术领域，尤其涉及一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器。
背景技术
[0002] 如图2所示，声表面波滤波器的基本结构是压电基片上制作两个声电换能器：叉指换能器，分别用作发射叉指换能器和接收叉指换能器，其滤波原理为：发射叉指换能器的信号电极接收源信号并将其转换为声表面波，并在压电基片的表面传播，接收叉指换能器接收声表面波后并将其转换为电信号输出，即声表面波滤波器是利用压电材料的压电效应和逆压电效完成电信号和声表面波信号的相互转化，并在声信号的传播过程中进行信号处理，从而实现滤波功能，其性能受叉指换能器的指条的设计参数的影响较大。
[0003] 目前，声表面波带通滤波器的幅频特性一般具有对称性，如图3所示，其两边都较为陡直，且滤波的目的是保留声表面波滤波器的通带信号，滤除通带信号以外的信号，所以设计声表面波滤波器时，更趋向于使声表面波滤波器的幅频特性拥有更小的损耗、更高的陡直度等特性，因此，根据对称性的幅频特性所计算出的叉指换能器的指条长度如图4、图5和图6所示，其中，图5通过对改变图4中的叉指换能器的各部分的灰度，便于辨认假指。
[0004] 而在特殊场合下，除了需要保留通带信号外，还要求其幅频特性的一侧越陡直越好，而另一侧越平缓越好，如图7所示。其中特殊场合是指：
[0005] 1)在手持电台等设备中，由于不同的频率对应不同的损耗通过调整信号频段就可以改变接受信号的强弱，需用如图12中的非对称幅频特性；
[0006] 2)在高隔离度接收设备中，对两个相邻频段滤波器有比较高的矩形度要求，而对称频响的滤波器如果要实现高矩形度，通带波动会比较大，具有非对称幅频特性的滤波器能很好的实现了单侧高矩形度、小通带波动的特性，如图13所示。
[0007] 另外，具有对称幅频特性的滤波器在实现高矩形度时通带波动会比较大，如图14所示，其中，较低曲线为较高曲线的垂直10倍放大，图16、图18、图20、图22、图23为相同显示方式。
[0008] 因此需要一种得到非对称幅频的声表面波滤波方法及非对称幅频声表面波滤波器。
发明内容
[0009] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法及滤波器。
[0010] 本发明的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法的技术方案如下：
[0011] S1、根据目标非对称幅频特性函数H(t)，并对其进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)＝E(t)+jG(t)；
[0012] S2、预设声表面波滤波器中叉指换能器的各指条的指宽为λ/8，相邻两个指条之间的间隙为λ/8，将相邻的两个极性相同的指条标记为叉指对，设置每个所述叉指对中的左侧指条的长度为E(t)+G(t)，并设置每个所述叉指对中的右侧指条的长度为E(t)-G(t)。
[0014] 本发明的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法的有益效果如下：
[0015] 对目标非对称幅频特性函数H(t)进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)，再利用变迹加权函数h(t)中的实部E(t)和虚部G(t)设置叉指换能器的各指条的长度，此时，各指条长度的变化与目标非对称幅频特性函数H(t)呈傅立叶变换关系，也就是说，将目标非对称幅频特性函数H(t)映射在叉指换能器的各指条的长度变化上，从而完叉指换能器的设计，然后将此设计好的叉指换能器通过平面半导体工艺制作在对应的压电基片上，采用安装有改进后的叉指换能器的声表面波滤波器进行滤波，由此提供了一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。
[0016] 本发明的一种具有非对称幅频特性的声表面波的滤波器的技术方案是：执行上述的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。
[0017] 本发明的一种具有非对称幅频特性的声表面波的滤波器的有益效果是：实现了一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器。
[0018] 在上述方案的基础上，本发明的具有非对称幅频特性的声表面波的滤波器还可以做如下改进。
[0020] 图1为本发明实施例的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法的流程示意图；
[0021] 图2为声表面波滤波器的压电基片与指条的剖面示意图；
[0022] 图3为对称幅频声表面波滤波器的对称幅频特性示意图；
[0023] 图4为对称幅频声表面波滤波器的叉指换能器的示意图；
[0024] 图5为图4的另一种形式的示意图；
[0025] 图6为图4中的一个叉指周期的放大示意图；
[0026] 图7为本发明实施例中的目标非对称幅频声表面波的幅频特性的示意图之一；
[0027] 图8为本发明实施例中的一种非对称幅频叉指换能器的示意图；
[0028] 图9为图8中的一个叉指周期的放大示意图；
[0029] 图10为本发明实施例中的目标非对称幅频声表面波的幅频特性的示意图之二；
[0030] 图11为在图9的基础上所得到的非对称幅频叉指换能器的一个叉指周期的放大示意图；
[0031] 图12为应用在手持电台等设备中的非对称幅频特性的示意图；
[0032] 图13为高隔离度接收设备的两个相邻频段的非对称幅频特性的示意图；
[0033] 图14为实现高矩形度时的示意图；
[0034] 图15为用于实验的一种非对称幅频叉指换能器的示意图之一；
[0035] 图16为图15中的一种非对称幅频叉指换能器的测试结果；
[0036] 图17为用于实验的一种非对称幅频叉指换能器的示意图之二；
[0037] 图18为图17中的一种非对称幅频叉指换能器的测试结果；
[0038] 图19为用于实验的一种非对称幅频叉指换能器的示意图之三；
[0039] 图20为图19中的一种非对称幅频叉指换能器的测试结果；
[0040] 图21为用于实验的一种非对称幅频叉指换能器的示意图之四；
[0041] 图22为图21中的一种非对称幅频叉指换能器的测试结果；
[0042] 图23为图8中的本发明实施例中的一种非对称幅频叉指换能器的测试结果；
[0043] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0044] 1、压电基片；2、指条；3、间隙；4、信号电极；5、地电极；6、叉指周期；7、叉指对；8、左侧指条；9、右侧指条；10、虚拟中置线；11、假指；12、假指间距。
[0045] 本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0046] 如图1所示，本实施例的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法，包括如下步骤：
[0047] S1、根据目标非对称幅频特性函数H(t)，并对其进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)＝E(t)+jG(t)；
[0048] S2、预设声表面波滤波器中叉指换能器的各指条2的指宽为λ/8，相邻两个指条2之间的间隙3为λ/8，将相邻的两个极性相同的指条2标记为叉指对7，设置每个所述叉指对7中的左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，并设置每个所述叉指对7中的右侧指条9的长度为E(t)-G(t)；
[0049] 其中，λ表示所述目标非对称幅频声表面波的波长；E(t)和G(t)分别表示所述变迹加权函数h(t)的实部和虚部，E(t)和G(t)均为函数表达式，，j为虚部符号。
[0050] 对目标非对称幅频特性函数H(t)进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)，再利用变迹加权函数h(t)中的实部E(t)和虚部G(t)设置叉指换能器的各指条2的长度，此时，各指条2长度的变化与目标非对称幅频特性函数H(t)呈傅立叶变换关系，也就是说，将目标非对称幅频特性函数H(t)映射在叉指换能器的各指条2的长度变化上，从而完叉指换能器的设计，然后将此设计好的叉指换能器通过平面半导体工艺制作在对应的压电基片上，采用安装有改进后的叉指换能器的声表面波滤波器进行滤波，由此提供了一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。
[0051] 本实施例的一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器，执行上述实施例中的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法。由此实现了一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器。
[0052] 较优地，在上述技术方案中，叉指换能器中还包括假指11，所述假指11的指宽为λ/8，多个所述假指11与各指条2一一对应设置且预留有假指间距12，且所述假指11与其相对应的指条2的极性相反。
[0053] 下面，结合图3至图23，对本发明中的一种实现非对称幅频特性的声表面波滤波方法和一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器进行更详细的阐述，为便于表达，将目前具有对称幅频特性的滤波器标记为对称幅频声表面波滤波器，将本申请中的声表面波滤波器标记为非对称幅频声表面波滤波器，将对称幅频声表面波滤波器中的叉指换能器标记为对称幅频叉指换能器，将非对称幅频声表面波滤波器中的叉指换能器标记为非对称幅频叉指换能器，那么：
[0054] 对称幅频声表面波滤波器的实现方式为：根据图3中的对称幅频特性函数K(t)，通过傅里叶变换得到对称幅频叉指换能器的指条2的长度的变迹加权函数为：k(t)＝F(t)，F(t)为实部，由于为对称幅频特性，只能存在实部F(t)，然后可设置对称幅频叉指换能器的指条2的宽度为λ/4或λ/8，若为λ/8时，其对称幅频叉指换能器的结构如图4和图5所示，其中，如图6所示，对称幅频叉指换能器中的一个叉指周期6包括两对叉指对7和4个间隙3，每个叉指对7中包括两指条2，在工业生产时，往往会制作假指11，与各指条2一一对应，其之间预留有假指间距12，还设有信号电极4与地电极5，假指11与其相对应的指条2的极性相反，是指假指11连接在信号电极4上，而指条2连接在地电极5上，或，指假指11连接在地电极5上，而指条2连接在信号电极4上，根据上述对称幅频叉指换能器的指条2的长度的变迹加权函数为：k(t)＝F(t)可知，每个叉指对7中的两个指条2长度相同，从而实现对称幅频叉指换能器的设计，将对称幅频叉指换能器制作在对应的压电基片1上，由此实现了一种具有对称幅频特性的声表面波滤波器。
[0055] 而本申请中的非对称幅频声表面波滤波器的实现方式为：如图7所示的目标非对称幅频特性函数为H(t)，左侧平缓，而右侧陡直，对其进行傅里叶变换后得到变迹加权函数h(t)＝E(t)+jG(t)，由于为非对称幅频特性，则经傅里叶变换后得到其实部E(t)和虚部G(t)，设置每个所述叉指对7中的左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，并设置每个所述叉指对7中的右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，从而完成如图8所示的非对称幅频叉指换能器的设计，其中，每个叉指对7中，由于左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，而右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，因此左侧指条8的长度与右侧指条9的长度不同，这点可以从图9中可以清楚看出，而左侧指条8与右侧指条9的长短不具有比较意义。然后将此非对称幅频叉指换能器制作在对应的压电基片1上，由此实现了一种具有非对称幅频特性的声表面波滤波器，在此需说明的一点是，非对称幅频叉指换能器的指条2的宽度必须为λ/8，若为λ/4时，由于相邻的指条2的极性不同，则不能形成叉指对7。且可得出如下结论：无论目标非对称幅频特性为左侧平缓而右侧陡直，如图7所示，还是左侧陡直而右侧平缓，如图10所示，其特性函数H(t)经过傅立叶变换后总可以表示为h(t)＝E(t)+jG(t)的形式，例如，h(t)＝-e(t)-jg(t)＝(-e(t))+j(-g(t))，此时，E(t)＝-e(t)，G(t)＝-g(t)，每个所述叉指对7中的左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，每个所述叉指对7中的右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，从而完成非对称幅频叉指换能器的设计。
[0056] 其中，在图4和图8中分辨指条2与假指11的方法为：在图4和图8的中间的水平方向上设置一条虚拟中置线10，若假指间距12位于虚拟中置线10上方时，则位于假指间距12下方的为指条2，且连接在地电极5上，位于假指间距12上方的为假指11，且连接在信号电极4上；若假指间距12位于虚拟中置线10下方时，则位于假指间距12上方的为指条2，且连接在信号电极4上，位于假指间距12下方的为假指11，且连接在地电极5上，且本申请中的“上”、“下”。“左”、“右”等方位词，均以当前视图为基础。
[0057] 还有一点需要指出，本申请中将每个所述叉指对7中的左侧指条8的长度设置为E(t)+G(t)、并将每个所述叉指对7中的右侧指条9的长度设置为E(t)-G(t)的是根据大量实验数据进行归纳得到：
[0058] (1)首先，当人们对目标非对称幅频特性函数H(t)进行转换后得到变迹加权函数h(t)＝E(t)+jG(t)，但均认为虚部G(t)无实际意义，因为虚部并不能得到实际参数来对实体设计进行指导；
[0059] (2)然而，申请人对虚部G(t)进行分析后，认为其对实体的叉指换能器可能存在指导作用，于是进行大量实验，例如利用G(t)对叉指换能的假指间距、假指11的长度、压电基片1的厚度、压电基片1的外形尺寸等进行调整并进行实验，以及在虚部G(t)上填加整数倍系数、或利用E(t)×G(t)、或先对G(t)继续进行傅里叶转换、或对G(t)进行多级展开、或对G(t)进行对某一预设函数进行微分和积分等然后对叉指换能器的假指间距12、假指11的长度、压电基片1的厚度、压电基片1的外形尺寸等进行调整并进行实验，得到大量的实验数据，在本申请中只列举几个实验与实验结果予以说明，以目标非对称幅频为左侧平缓、右侧陡直为例，具体地：
[0060] 1)设定左侧指条8的长度为E(t)，右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，得到如图15所示的非对称幅频叉指换能器，对其进行测试后得到如图16所述的测试结果；
[0061] 2)设定左侧指条8的长度为E(t)，右侧指条9的长度为E(t)+G(t)，得到如图17所示的非对称幅频叉指换能器，对其进行测试后得到如图18所述的测试结果；
[0062] 3)设定左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，右侧指条9的长度为E(t)+G(t)，得到如图19所示的非对称幅频叉指换能器，对其进行测试后得到如图20所述的测试结果；
[0063] 4)设定左侧指条8的长度为E(t)-G(t)，右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，得到如图21所示的非对称幅频叉指换能器，对其进行测试后得到如图22所述的测试结果；
[0064] 5)设定左侧指条8的长度为E(t)+G(t)，右侧指条9的长度为E(t)-G(t)，得到如图8所示的非对称幅频叉指换能器即依据本申请中的方法所制作的非对称幅频叉指换能器，对其进行测试后得到如图23所述的测试结果；
[0065] 通过对图16、图18、图20、图22和图23的测试结果进行比较后，可知依据本申请中的方法所制作的非对称幅频叉指换能器的测试结果最优。
[0066] 在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0067] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
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