Пьезоэлемент

 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении элементов частотной селекции сигналов. Целью изобретения является увеличение подавления побочных резонансов. Поставленная цель достигается выбором значения ширины пьезоэлектрической пластины в пределах от 22,44 Н до 22,62 Н, где Н -толщина пьезоэлектрической пластины, что обеспечивает работу частных резонаторов без захвата энергии нежелательных резонансов в направлении ее ширины. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГО С ПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4855701/22 (22) 31.07.90 (46) 07,12.92. Бюл. М 45 (71) Научно-исследовательский институт

"Фонон" (72) И.M.Ëàðèoíoâ, С.А,Сахаров, B.A,Èñàåâ и С.П,Зотов (56) Интегральные пьезоэлектрические устройства фильтрации и обработки сигналов./Под ред. B.Ô.Âûñoöêoãî и

В,В.Дмитриева. М; Радио и связь, 1989, стр.21 — 55.

E.Ã.ÁðoíHèêoBà, И.M.Ëàðèoíoâ, Б.И,Шпенцер и др. Монолитные фильтры для систем дальней связи с импульсно-кодовой модуляцией. Особенности проектирования НЧ монолитных фильтров.

Электронная техника. Сер. Радиодетали и компоненты. Вып, 1(54), 1984, с,59 — 62.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении элементов частотной селекции сиГналов, Известны пьезоэлементы монолитных фильтров, содержащие пьезоэлектрическую пластину прямоугольной формы с размещенными на одной из рабочих граней входным и выходным сигнальными электродами с выводами, продольная ось симметрии которых совмещена с кристаллографической осью Z или Х, и с размещенными на противоположной рабочей грани пьезоэлектрической пластины одним или двумя

SU, 1780144 А1 (я)5 Н 03 Н 9/15//Н 03 Н 9/215 (54) ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано при разработке и изготовлении элементов частотной селекции сигналов. Целью изобретения является увеличение подавления побочных резонансов.

Поставленная цель достигается выбором значения ширины пьезоэлектрической пластины впределах от 22,,44 Н до 22,62 Н, где

Н вЂ” толщина пьезоэлектрической пластины, что обеспечивает работу частных резонаторов без захвата энергии нежелательных резонансов в направлении ее ширины. 1 ил. низкопотенциальными электродами с выводами.

Данные монолитные фильтры работают на принципе захвата энергии, в подэлектродной области, что обуславливает достаточно большие их габариты по ширине пьезопластины, поскольку ширина пьезопластины, выбранная из условия моночастотности, должна быть больше ширины электрода как минимум на 12 — 14 толщин пьезоэлектрической пластины. При реализации фильтров четвертого, восьмого порядка их габариты значительно возрастают, что затрудняет их применение в современной малогабаритной радиоэлектронной аппаратуре.

1780144

50 значения.

Наиболее близким к предлагаемому является монолитный фильтр, содержащий пьезоэлектрическую пластину прямоугольного профиля со скошенными боковыми гранями, с размещенными на одной из рабочих граней входным и выходным сигнальными электродами с выводами, продольная ось симметрии которых совмещена с кристаллографической ocI "1 и Х, и с размещенными на противоположной раб>очей грани пьезоэлектрической пластины и одним или двумя низкопотенциальными электродами с выводами. Данный МФ также работает на принципе захвата энергии, В известном МФ для уменьшения габаритов пьезоэлектрической пластины по ширине боковые грани выполнены со скосом относительно угла 90 . При этом за счет уменьшения отраженнои энергии от боковых граней удается значительно уменьшить ширину пьезоэлектрической пластины.

Однако данные МФ имеют значительно худшие частотно-селективные параметры, поскольку миниатюризация размеров электродов приводит к сни>кению добротности частных резонаторов и повышению ихдинамического сопротивления. Это обуславливает высокий уровенb вносимого затухания в полосе пропускания и относительно большой коэффициент прямоугольности, а соответственно и низкую избирательность МФ, Выполнение боковых граней пьезоэлектрической пластины со скосом обуславливает невозможность реализации данных МФ нз îTHоcèòåëьно высоких частотах. посколb ку IIa тонких пластинах технологически невозможно изготовление таких скосов, Таким образом попытка миниатюризации размеров пьезоэлектрической пластинь1 МО. работающих на принципе захвата энергии в подэлектродной области, привела к ухудшению электрических параметров этих фильтров, в результате чего они не нашли практического применения, Цель изобретения — увеличение подавления побочных резонаторов за счет чего обеспечивается повышение избирательности фильтров.

Укаэанная цель достигается тем, что в пьезоэлементе монолитного фильтра, выполненном из кристалла кварца среза

YZb/I35 11+5 в виде пластины прямоугольной формы, продольная ось симметрии которой совмещена с кристаллической осью, ширина пластины кварцевого пьезоэлемента выбрана в пределах 22,44 Н 0/ 22.6 Н, где И/ — ширина пьезоэлектрической пластины, м; Н -- толщина пьезоэлектрической плзсти ы, м.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от иэве тного выбором ширины пьезоэлектрической пластины в пределах от

22,44 до 22,62 Н, где Н вЂ” толщина пьезоэлектрической пластины.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого пьезоэлемента в виде звена второго порядка для монолитного пьезоэлектрического фильтра.

Пьезоэлемент фильтра содержит пьезоэлектрическую пластину 1, входной и выходной электроды 2 и 3 и низкопотенциальные электроды 4 и 5.

Пьезоэлемент работает следующим образом.

При подаче на электроды 2 и 4 высокочастотного напря>кения с частотой, соответствующей основному колебанию сдвлга по толщине (или гармоническому колебанию), I. пьезоэлектродной области устанавливается сдвиговая стоячая волна. За счет акустической связи между частными резонаторами (2,4 и 3,5) сдвиговые колебания передаются в подэлектродную область выходного частотного резонатора, образованного электродами 3 и 5, с выводов которых снимается выходной высокочастотный сигнал.

Выбор значения ширины пьезоэгектрической пластины в пределах от 22,44 H до

22,62 Н, где Н вЂ” толщина пьезоэлектрической пластины, обеспечивает работу частных резонаторов без захвата энергии не>келательных резонансов в направлении ее ширины, Это обеспечивает относительно высокую моночастотнссть, ITo приводит к увеличению добротности частных резонаторов вследствие отсутствия отсоса колебательной энергии близкорасположенными нежелательными видами колебаний.

1(ак показали экспериментальные исследования максимальному значению добротности и одновременно «avcl,ìальному значению коэффициента акусти :ской связи между частными резонаторами соответст в уе.г значение ширины пьезоэлектрической пластины, равное 22,53

Н. Причем при отклонении от этого значения как в сторону уменьшения, так и в стоpolló увеличения сни>каются кзк величина добротности, так и величина коэффициента акустической связи. При значениях 22,44 и

22,62 Н величина добротности резонатора снижается íà 30% относительно максимального значения. Поэтому нецелесообразно выполнять пьезоэлементы с большими отклонениями от оптимального

При значениях шир,IIII пьезоэлектрической пластины меньше 22.44 Il больl!«:

1780144

Составитель В.Шевченко

Редактор T.Êóïðÿêîâà Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Лукач

Заказ 4439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

22,62 Н кроме основного сдвигового колебания появляются нежелательные колебания гармоник изгиба по толщине. Причем при удалении от указанных значений ширины нежелательные колебания приближаются 5 по частоте к основному сдвиговому колебанию, апри значениях ширины,,равных 21 Н и 24 Н, сдвиговые колебания полностью вырождаются в другой вид колебаний.

Подобные области существуютдискрет- 10 но и при других значениях ширины пьезоэлектрической пластины, например при (25,6 0,08) Н и при (19,3 +.0,1) Н. Однако при значении ширины, равной 25,5 Н, растут габариты пластин и требуется более точ- 15 ное их выполнение, что технологически неоправдано. При значении ширины равной

19,3 Н уменьшается коэффициент акустической связи порядка 3 раз, что не позволяет выполнять относительно широкополосные 20 фильтры.

Кроме того, при выборе ширины пьезоэлектрической пластины в соответствии с предлагаемым техническим решением (22,53 +0,09) Н имеется возможность увели- 25 чить размеры электродов по ширине. Это также снижает величину динамического сопротивления и увеличивает статическую емкость частных резонаторов. Последнее снижает влияние паразитных емкостей монтажа. А уменьшение динамического сопротивления повышает их добротность.

Все вышеизложенное обеспечивает уменьшение коэффициента прямоугольности фильтра и повышение его избирательности.

Кроме того, отсутствие в данной конструкции скосов боковых граней и независимость вышеприведенного соотношения (22,53 -0,09) Н от частоты позволяют выполнять резонаторы предложенной конструкции в широком диапазоне частот, Формула изобретения

Пьезоэлемент, выполненный иэ кристалла кварцасреза YZb/+35 11 5 в виде пластины прямоугольной формы, продольная ось симметрии которой совмещена с ! кристаллической осью 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью подавления побочных резонансов, ширина пластины кварцевого пьезоэлемента выбрана в пределах

22,44 Н <:О/ 22,62 Н, где W — ширина пьезоэлектрической пластины,м;

Н вЂ” толщина пьезоэлектрической пластины, м.