專利名稱：梯形濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種梯形濾波器，該濾波器包括至少一個(gè)串聯(lián)諧振器和一個(gè)并聯(lián)諧振器，這兩個(gè)諧振器相互連接構(gòu)成一個(gè)梯形，更具體地說，本發(fā)明是對(duì)構(gòu)成串聯(lián)和并聯(lián)諧振器的諧振器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。


圖1表示了一個(gè)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的梯形濾波器，該梯形濾波器由多個(gè)具有膨脹振動(dòng)態(tài)的角壓電諧振器構(gòu)成。也就是說，具有圖2所示電路中的四個(gè)元件的二級(jí)梯形濾波器是由矩形板狀串聯(lián)諧振器1和2以及矩形板狀并聯(lián)諧振器3和4構(gòu)成。
參見圖1，標(biāo)號(hào)2a表示一個(gè)設(shè)置在串聯(lián)諧振器2的一個(gè)主表面上的電極，而在串聯(lián)諧振器2的另一個(gè)主表面上也設(shè)置有一個(gè)類似的電極，此外，串聯(lián)諧振器1的兩個(gè)主表面上均設(shè)置有類似的電極。另一方面，在串聯(lián)諧振器3和4的各整個(gè)主表面上分別設(shè)置有電極3a和4a。
標(biāo)號(hào)5至11表示濾波器的金屬端子，它們與串聯(lián)諧振器1和2及并聯(lián)諧振器3和4相互連接(如圖2所示)。上述金屬端子5至11、串聯(lián)諧振器1和2以及并聯(lián)諧振器3和4放置在殼體元件12中，殼體元件12是由絕緣材料制成的。蓋件(圖中未示出)蓋在殼體元件12上部的開口12a上，從而構(gòu)成一個(gè)梯形濾波器。金屬端子9至11從殼體元件12中引出，以便作為與外界相連接的端子。
為了驅(qū)動(dòng)上述梯形濾波器，放置在殼體元件12中的串聯(lián)諧振器1和2及并聯(lián)諧振器3和4應(yīng)當(dāng)能以所需的狀態(tài)振動(dòng)。換句話說，殼體元件12中的諧振器1至4的振動(dòng)不能受到阻礙。因此，設(shè)在一個(gè)端部的金屬端子11是用具有彈性的所謂彈簧端子制成的。
然而，在圖1所示的梯形濾波器中，由于金屬端子11的存在構(gòu)成了一個(gè)很大的不需要的空間，該金屬端子11是一種彈性端子，以便允許殼體元件12中的諧振器進(jìn)行振動(dòng)。因此，整個(gè)梯形濾波器的尺寸顯著增加。舉例來說，如圖1所示的包括四個(gè)元件的兩級(jí)梯形濾波器其組裝后的尺寸約為7.0mm×8.0mm×8.0mm。
另一方面，近年來與其它電子元件一樣，也需要一種作為表面安裝型電子元件的梯形濾波器。
為此，美國(guó)專利申請(qǐng)07/941，081號(hào)及國(guó)際專利公開WO92/16997號(hào)提出了一種梯形濾波器，它可以縮小整體形狀并形成一表面安裝型的電子元件。在該梯形濾波器中，串聯(lián)和并聯(lián)諧振器由音叉型壓電諧振器構(gòu)成，在壓電板的一個(gè)邊緣上形成音叉型振動(dòng)件。另外，構(gòu)成串聯(lián)和并聯(lián)諧振器的若干音叉型壓電諧振器通過槽形件相互疊放，以確保留出若干槽，允許相互連成整體的音叉型振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
在上述采用音叉型壓電諧振器的梯形濾波器中，可以實(shí)現(xiàn)小型化、表面安裝以及組裝步驟的簡(jiǎn)化。但是在該梯形濾波器中，由于采用了音叉型壓電諧振器，不可能保證足夠的頻帶寬度。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種梯形濾波器，它可以實(shí)現(xiàn)制造步驟的簡(jiǎn)化、小型化以及表面安裝，同時(shí)確保足夠的頻帶寬度。
根據(jù)本發(fā)明的廣義的方面，提供了一種梯形濾波器，它包括至少一個(gè)構(gòu)成串聯(lián)支路的串聯(lián)諧振器、至少一個(gè)構(gòu)成并聯(lián)支路的并聯(lián)諧振器，串聯(lián)和并聯(lián)的諧振器中的至少兩個(gè)沿厚度方向疊放起來。
根據(jù)本發(fā)明的梯形濾波器，由于至少兩個(gè)串聯(lián)和并聯(lián)諧振器在厚度方向上疊放，因而可以縮小平面形狀。另外，由于這種層狀結(jié)構(gòu)，該梯形濾波器還可以容易地制成片狀元件。
另外，根據(jù)本發(fā)明，串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少兩個(gè)是由能陷型壓電諧振器構(gòu)成的，該壓電諧振器具有一個(gè)板形壓電振動(dòng)件、一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件上的支承件以及一個(gè)連接到該支承件上的固定件，以便阻止振動(dòng)能量傳遞到支承件。因此，該壓電諧振器可以通過該固定件固定到另一個(gè)壓電諧振器或表面基片上，而不會(huì)使該壓電諧振器的諧振特性變劣。
該能陷型壓電諧振器可以選自各種類型的壓電諧振器。
第一類壓電諧振器是一種采用橫向膨脹態(tài)的能陷型壓電諧振器，它包括一個(gè)具有長(zhǎng)邊和短邊的矩形板狀壓電振動(dòng)件、一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件的每個(gè)短邊中心處的支承件以及一個(gè)連接到該支承件外端的固定件，所述長(zhǎng)邊和短邊的邊比b/a處于下列值b/a＝n(-1.47σ+1.88)…(1)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電振動(dòng)件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)。
從下面所述的實(shí)施例中可以清楚地看到，上述橫向膨脹態(tài)是矩形板狀振動(dòng)器的一種振動(dòng)態(tài)，這種振動(dòng)態(tài)是處于正方形振動(dòng)器的膨脹態(tài)振動(dòng)與矩形振動(dòng)器的橫向態(tài)振動(dòng)之間的一種振動(dòng)狀態(tài)。
在上述采用橫向膨脹態(tài)的壓電諧振器中，當(dāng)通過將支承件簡(jiǎn)單固定到或整體成形到壓電振動(dòng)件每一短邊的中心而將其振動(dòng)能量捕集起來時(shí)，便可以支承住壓電振動(dòng)件，因此支承結(jié)構(gòu)可以被簡(jiǎn)化。這樣便可以通過安裝在支承件外側(cè)的固定件將壓電諧振器與其它諧振器組合，從而形成一個(gè)小型化的梯形濾波器。
另外，壓電振動(dòng)件是以橫向膨脹態(tài)被激勵(lì)的，因此可以獲得與現(xiàn)有技術(shù)相比具有更寬頻帶的梯形濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，采用橫向膨脹態(tài)的矩形板狀壓電振動(dòng)件的長(zhǎng)邊與短邊之邊比被設(shè)定在上述特定范圍內(nèi)，從而使橫向膨脹態(tài)的振動(dòng)被有效地激勵(lì)和捕集。該現(xiàn)象已被發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
第二類壓電諧振器是一種采用切變態(tài)的能陷型壓電諧振器，它包括一個(gè)帶有沿一方向極化的板形壓電元件的壓電振動(dòng)件，及設(shè)置在該壓電元件上并垂直于極化方向施加交流電壓的第一和第二諧振電極，一個(gè)平行于該極化方向并呈矩形的壓電元件表面，其邊比b/a處于下列值b/a＝n(0.3σ+1.48)…(2)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表上述矩形壓電表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電元件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件上的支承件以及一個(gè)連接到該支承件上的固定件。
在第二類壓電諧振器中，該壓電振動(dòng)件被制成上述的特殊形狀，因此，當(dāng)交流電壓施加到第一和第二諧振電極之間使壓電振動(dòng)件諧振時(shí)，振動(dòng)能量被有效地捕集在該壓電振動(dòng)件中。該現(xiàn)象已被發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
如上所述，在第二類能陷壓電諧振器中，上述振動(dòng)能量被有效地捕集在壓電振動(dòng)件中，于是第二類能陷壓電諧振器可以通過固定件來支承，而基本上不會(huì)使諧振特性變劣。這樣，通過用固定件將壓電諧振器與其它諧振器結(jié)合，可以容易地制作一種小型梯形濾波器。
由于壓電諧振器為切變態(tài)，所以，與音叉型壓電諧振器相比，本發(fā)明梯形濾波器的頻帶寬度可以加寬。
第三類壓電諧振器是一種能陷型壓電諧振器，它包括一個(gè)具有一對(duì)相對(duì)的矩形表面及連接這對(duì)矩形表面的四個(gè)側(cè)表面的板狀壓電振動(dòng)件，設(shè)置在壓電振動(dòng)件的這對(duì)矩形表面上的第一和第二諧振電極，沿矩形表面的短邊連接到壓電振動(dòng)件側(cè)表面一端上的支承件，以及連接到該支承上的固定件。在該壓電諧振器中，邊比b/a設(shè)定在下述值b/a＝n(0.3σ+1.48)…(3)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表矩形表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電振動(dòng)件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，以便通過橫向壓電效應(yīng)激勵(lì)出2n(n為整數(shù))度的彎曲態(tài)振動(dòng)。在第三類壓電諧振器中，壓電振動(dòng)件被制作成具有上述特殊形狀，這樣，2m度的彎曲態(tài)振動(dòng)被有效地捕集到該壓電振動(dòng)件中。這種現(xiàn)象業(yè)已為發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
在采用第三類壓電諧振器的梯形濾波器中，諧振能量也可以有效地捕集到壓電振動(dòng)件中，因此，第三類壓電諧振器可以容易地通過固定件與其它壓電諧振器結(jié)合，或粘接到一個(gè)表面基片上，而基本上不會(huì)使諧振特性變劣。這樣，就可以做出一種具有穩(wěn)定特性的小型梯濾波器，其中可以簡(jiǎn)化支承結(jié)構(gòu)。
第四類壓電諧振器是一種帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的能陷型壓電諧振器，該阻尼器設(shè)置在壓電振動(dòng)件與支承件之間。在這種結(jié)構(gòu)中，由于動(dòng)態(tài)阻尼現(xiàn)象，振動(dòng)能量被有效地捕集到一個(gè)部分中，該部分的范圍直至動(dòng)態(tài)阻尼器為止。這種動(dòng)態(tài)阻尼現(xiàn)象例如在Corona出版有限公司出版的、作者為Osamu Taniguchi的“振動(dòng)工程”第113到116頁有詳細(xì)的說明。簡(jiǎn)而言之，動(dòng)態(tài)阻尼現(xiàn)象是這樣一種現(xiàn)象，即當(dāng)副振動(dòng)器連接到具有適當(dāng)選擇的固有頻率的主振動(dòng)器時(shí)，主振動(dòng)器的振動(dòng)被抑制，而主振動(dòng)器的振動(dòng)正是必需加以避免的。在這種動(dòng)態(tài)阻尼現(xiàn)象中，上述動(dòng)態(tài)阻尼器相當(dāng)于副振動(dòng)器，隨諧振件振動(dòng)而振動(dòng)的支承件相當(dāng)于主振動(dòng)器。
在采用第四類壓電諧振器的梯形濾波器中，至少一個(gè)諧振器由具有動(dòng)態(tài)阻尼件的壓電諧振件構(gòu)成，從而使振動(dòng)的能陷效率得以改善，這樣就可以縮小壓電諧振器。由于采用了這種壓電諧振器，該梯形濾波器也可以縮小。
如上所述，第四類能陷壓電諧振器的特征在于設(shè)置了動(dòng)態(tài)阻尼器，對(duì)該壓電振動(dòng)件本身并沒有特殊的限制。當(dāng)動(dòng)態(tài)阻尼器設(shè)置到上述第一到第三類能陷壓電諧振器中的任何一個(gè)上時(shí)，該動(dòng)態(tài)阻尼器可以輕微地抑制振動(dòng)的泄漏，從而進(jìn)一步改善了能陷效率。另外，可以適當(dāng)?shù)剡x用壓電振動(dòng)件，例如采用縱向態(tài)的壓電振動(dòng)件、采用切變態(tài)的普通壓電振動(dòng)件、或者是采用膨脹態(tài)的方板狀壓電振動(dòng)件，該方板狀壓電振動(dòng)件不同于第一到第三類能陷壓電諧振器中的壓電振動(dòng)件。也就是說，上述具有動(dòng)態(tài)阻尼器的第四類能陷壓電諧振器可以用任何一種壓電振動(dòng)件，這些振動(dòng)件按目標(biāo)諧振頻率被激勵(lì)起各種振動(dòng)態(tài)，因此，人們很容易得到一種可用于各種頻帶的梯形濾波器。
由于設(shè)置了動(dòng)態(tài)阻尼器，振動(dòng)能量被有效地捕集到一個(gè)部分中，該部分的范圍直至動(dòng)態(tài)阻尼器為止。因此，與第一到第三能陷壓電諧振器類似，第四類壓電諧振器可以通過固定件加以固定，并且基本不會(huì)使諧振特性變劣。這樣就可以容易地制作一種具有穩(wěn)定特性的小型梯形濾波器。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，上述支承件和固定件被連接到壓電振動(dòng)件的兩側(cè)，以便壓電振動(dòng)件由支承件從其兩側(cè)支承，從而可獲得一種結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的梯形濾波器。當(dāng)固定件布置到壓電振動(dòng)件的兩側(cè)時(shí)，可以通過設(shè)置在兩側(cè)的上述固定件將壓電諧振器固定，從而穩(wěn)定了上述支承結(jié)構(gòu)。
如上所述，本發(fā)明的梯形濾波器具有至少兩個(gè)相互疊放的諧振器。更實(shí)際地說，可以通過在第一和第二表面基片之間設(shè)置層狀結(jié)構(gòu)來制作這種層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)由上述表面基片固定，從而構(gòu)成一個(gè)片狀的梯形濾波器。另外，上述層狀結(jié)構(gòu)可以疊放在一個(gè)底座基片上，一個(gè)蓋件固定到該底座基片上，以封閉該層狀結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成一種片狀梯形濾波器。
如上所述，當(dāng)串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)帶有一個(gè)板形壓電件、一個(gè)支承件和一個(gè)固定件時(shí)，所有諧振器都可以帶有板形壓電振動(dòng)件、支承件和固定件。在這種情況下，所有諧振器通過上述固定件相互連接起來，并固定到表面基片或類似物上，由此可以容易地構(gòu)成一種片狀梯形濾波器。
根據(jù)本發(fā)明，在壓電諧振器的兩側(cè)設(shè)置有固定件的上述結(jié)構(gòu)中，第一和第二間隔板設(shè)置在固定件相互連接方向的兩側(cè)。第一和第二間隔板與壓電諧振器相連，以便壓電振動(dòng)件振動(dòng)，這樣，壓電諧振器及第一和第二間隔板就構(gòu)成了一個(gè)諧振板。一旦構(gòu)成了這樣的諧振板就可容易地制作出一種具有層狀結(jié)構(gòu)的片狀梯形濾波器。
當(dāng)構(gòu)成諧振板的壓電諧振器及第一和第二間隔板相互形成一個(gè)整體時(shí)，諧振器側(cè)部的空間可以被的效地封閉起來，從而可以容易易地得到這樣一種梯形濾波器，它具有出色的防止外界影響(如防潮)的特性。
當(dāng)固定件設(shè)置在至少一個(gè)壓電諧振器的兩側(cè)時(shí)，至少一個(gè)附加壓電諧振器可以在固定件相互連接方向的至少一側(cè)連接到壓電諧振器上，以允許壓電振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。換言之，在本發(fā)明的梯形濾波器中，兩個(gè)或更多的壓電諧振器可以在一定的垂直位置上相互嵌 連接。
另外，當(dāng)至少一個(gè)附加壓電諧振器連接到上述壓電諧振器的側(cè)面時(shí)，第一和第二間隔板可以布置在這種連接結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，以構(gòu)成諧振板。同樣，在這種情況下，上述構(gòu)成諧振板的壓電諧振器及第一和第二間隔板可以相互制成一個(gè)整體，這樣，若干壓電諧振器的側(cè)面可以被可靠地密封，從而構(gòu)成具有出色的防止外界影響(如防潮)特性的梯形濾波器。
該壓電振動(dòng)件最好帶有第一和第二諧振電極，以便激勵(lì)該壓電振動(dòng)件，而一個(gè)鉛電極設(shè)置在固定件上。在這種情況下，第一和第二諧振電極與該鉛電極電連接。于是，通過鉛電極與外界的電連接就可以激勵(lì)該壓電振動(dòng)件。
更有利的是將若干外部電極設(shè)置在本發(fā)明梯形濾波器的外表面，并使這些外部電極電連接到上述鉛電極上。這樣，就可以把梯形濾波器制成一個(gè)具有若干外部電極的片狀電子元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，梯形濾波器包括至少一個(gè)構(gòu)成串聯(lián)支路的串聯(lián)諧振器以及至少一個(gè)構(gòu)成并聯(lián)支路的并聯(lián)諧振器。該梯形濾波器包括至少一個(gè)板狀諧振器和至少一個(gè)疊放在該諧振器上的附加的板狀諧振器，并且串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是采用橫向膨脹態(tài)的矩形板狀能陷壓電諧振器，該矩形板狀能陷壓電諧振器的長(zhǎng)邊和短邊之邊比b/a處于滿足上述方程(1)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電振動(dòng)件所用材料的泊松比。也就是說，本發(fā)明提供一種采用壓電諧振器的梯形濾波器，該壓電諧振器僅由上述第一類能陷壓電諧振器的壓電振動(dòng)件制成。較好的方案是，串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的每一個(gè)都是由壓電諧振器制成的，該壓電諧振器由第一類能陷壓電諧振器的壓電振動(dòng)件構(gòu)成。在這種情況下，由于既沒有設(shè)置支承件也沒有設(shè)置固定件，因而可以進(jìn)一步縮小具有較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的梯形濾波器。
在第一到第三類能陷壓電諧振器及僅由第一類能陷壓電諧振器的壓電振動(dòng)件構(gòu)成的壓電諧振器里的每一個(gè)壓電諧振器中，構(gòu)成壓電振動(dòng)件的壓電材料可以由LiTaO3或LiNbO3的壓電單晶體以及壓電陶瓷制備。另外，壓電薄膜可以設(shè)置到金屬板或半導(dǎo)體板的表面，用這種復(fù)合件構(gòu)成壓電振動(dòng)件。當(dāng)壓電振動(dòng)件由上述復(fù)合件構(gòu)成時(shí)，其泊松比σ根據(jù)上述復(fù)合材料的泊松比來選定。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的前述及其它的目的、特征、情形及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)地說明。
附圖的簡(jiǎn)要說明圖1是一種傳統(tǒng)的梯形濾波器的部分分解立體圖;
圖2表示了上述傳統(tǒng)梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu);
圖3是用以說明橫向膨脹態(tài)壓電諧振器中的壓電振動(dòng)件的立體圖;
圖4為說明膨脹態(tài)的平面示意圖;
圖5為說明橫向膨脹態(tài)的平面示意圖;
圖6為說明橫向態(tài)的平面示意圖;
圖7A和圖7B則分別表示了用有限元法對(duì)橫向膨脹態(tài)的振動(dòng)進(jìn)行分析后得出的位移分布，以及圖7A中所采用的座標(biāo)系;
圖8表示了沿軸X的位置和如圖7所示位移分布中的位移量之間的關(guān)系;
圖9表示了用以激勵(lì)橫向膨脹態(tài)的泊松比和邊比b/a之間的關(guān)系;
圖10說明了邊比b/a與圖7所示的位移分布中的相對(duì)位移之間的關(guān)系;
圖11說明了泊松比與邊比b/a之間的關(guān)系;
圖12A和圖12B分別表示了第一類能陷壓電諧振器中的一種的平面圖和側(cè)視圖;
圖13表示了第一類能陷壓電諧振器中的再一種的平面圖;
圖14則表示了第一類能陷壓電諧振器中的另一種的平面圖;
圖15是第二類能陷壓電諧振器中的一種的側(cè)視圖;
圖16是圖15所示壓電諧振器的立體圖;
圖17A是一個(gè)以切變態(tài)振動(dòng)的振動(dòng)器的振動(dòng)狀態(tài)模型圖，圖17B則表示了圖17A所采用的座標(biāo)系;
圖18示意性地表示了壓電元件的側(cè)視圖;
圖19表示了壓電材料的泊松比σ與邊比b/a之間的關(guān)系;
圖20表示了在第二類能陷壓電諧振器中采用有限元法分析得出的振動(dòng)位移分布;
圖21給出了整數(shù)n與相對(duì)位移量之間的關(guān)系;
圖22是第二類能陷壓電諧振器中的再一種的側(cè)視圖;
圖23是第二類能陷壓電諧振器中的又一種的立體圖;
圖24是第二類能陷壓電諧振器中的還有一種的平面圖;
圖25是第二類能陷壓電諧振器中的另外一種的平面圖;
圖26是第二類能陷壓電諧振器中的其它一種的立體圖;
圖27表示了由壓電振動(dòng)件、支承件、動(dòng)態(tài)阻尼器和固定件制成一體而構(gòu)成的第二類能陷壓電諧振器結(jié)構(gòu)的立體圖;
圖28是將連接件和固定件制成一體的壓電板的立體圖;
圖29是本發(fā)明第一實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖30是上述第一實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖31A和31B為用于第一實(shí)施例中帶有阻尼器的壓電諧振器的立體圖;
圖32是用于說明第一實(shí)施例的端子電極連接狀態(tài)的典型的平面圖;
圖33是本發(fā)明第一實(shí)施例的梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖34是本發(fā)明第二實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖35是上述第二實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖36A和36B為用于第二實(shí)施例中帶有縱向態(tài)阻尼器的壓電諧振器的平面圖;
圖37是本發(fā)明第二實(shí)施例的梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖38是本發(fā)明第三實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖39是上述第三實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖40是本發(fā)明第三實(shí)施例的梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖41是本發(fā)明第四實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖42是上述第四實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖43是本發(fā)明第四實(shí)施例的梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖44是本發(fā)明第五實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖45是上述第五實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖46是本發(fā)明第六實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖47是上述第六實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖48是本發(fā)明第七實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖49是上述第七實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖50是本發(fā)明第八實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖51是本發(fā)明第九實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖52為用以說明第三類壓電諧振器的壓電板模型的立體圖;
圖53表示了采用有限元法分析得出的如圖52所示的壓電板的位移狀態(tài)的典型的平面圖;
圖54表示了如圖52所示的壓電板與支承件和固定件連接后采用有限元法分析得出的位移狀態(tài)的典型的剖視圖;
圖55是在圖54所示位移狀態(tài)下的電荷分布的平面圖;
圖56A表示了泊松比與邊比b/a之間的關(guān)系，圖56B則表示了整數(shù)n與相對(duì)位移量之間的關(guān)系;
圖57是第三類壓電諧振器中的一種的平面圖;
圖58是一種電極形狀的典型的平面圖，該電極通過壓電板設(shè)置在圖57所示的壓電諧振器的下表面上;
圖59是本發(fā)明第十實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖;
圖60為間隔板的立體圖;
圖61是上述第十實(shí)施例的梯形濾波器的外觀立體圖;
圖62是本發(fā)明第十實(shí)施例的梯形濾波器的電路結(jié)構(gòu)圖;
圖63是第三類壓電諧振器中的再一種的平面圖;
圖64是通過壓電板設(shè)置的第三類壓電諧振器的下部電極形狀的平面圖。
下面將對(duì)用以說明本發(fā)明的非限制性的實(shí)施例進(jìn)行說明。
<第一類能陷壓電諧振器>
首先對(duì)本發(fā)明中所使用的第一類壓電諧振器進(jìn)行描述，隨后對(duì)使用該第一類諧振器的梯形濾波器進(jìn)行說明。
圖3示意性地表示了用于本發(fā)明的第一類能陷壓電諧振器205。在該壓電諧振器205中，電極207和208均在矩形壓電陶瓷板206的主表面上，該壓電陶瓷板被極化，使極化軸沿板的厚度方向正則化設(shè)置。假設(shè)a和b分別表示壓電陶瓷板206的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，邊比b/a處于上面所述的特定范圍內(nèi)，這樣，橫向膨脹態(tài)被強(qiáng)烈地激勵(lì)(容后詳述)。下面將描述邊比在上面所述的范圍內(nèi)時(shí)橫向膨脹態(tài)的激勵(lì)情況。
圖4到圖6是振動(dòng)器振動(dòng)狀態(tài)的平面示意圖，以便分別說明膨脹態(tài)、橫向膨脹態(tài)和橫向態(tài)。本發(fā)明人用有限元的方法在改變矩形板的長(zhǎng)邊和短邊時(shí)對(duì)矩形板振動(dòng)器的振動(dòng)態(tài)進(jìn)行了分析。當(dāng)各長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度b與各短邊的長(zhǎng)度a之邊比b/a為1，即振動(dòng)器是正方形時(shí)，激勵(lì)出如圖4所示的一個(gè)膨脹振動(dòng)態(tài)的振動(dòng)。也就是說振動(dòng)是在虛線A和點(diǎn)劃線B所示的狀態(tài)之間重復(fù)進(jìn)行，振動(dòng)器201具有如圖4所示的正方形的平面，因此可以激勵(lì)出強(qiáng)烈的膨脹態(tài)。
當(dāng)邊比b/a明顯大于1時(shí)，即當(dāng)b/a＞＞1時(shí)，矩形振動(dòng)器在虛線A和實(shí)線B所示的狀態(tài)之間進(jìn)行振動(dòng)，如圖6所示，因此，可以激勵(lì)出強(qiáng)烈的橫向態(tài)振動(dòng)。
如圖5所示，在振動(dòng)器203中，當(dāng)邊比b/a大于1而小于產(chǎn)生前述橫向態(tài)振動(dòng)的邊比時(shí)，點(diǎn)劃線A與虛線B之間的振動(dòng)，即橫向膨脹態(tài)振動(dòng)被強(qiáng)烈地激勵(lì)。
由于前述橫向膨脹態(tài)被認(rèn)為是處于公知的膨脹態(tài)和橫向態(tài)之間的中間振動(dòng)態(tài)，由此而將其定名為橫向膨脹態(tài)。
基于上述認(rèn)識(shí)，本發(fā)明人制備了若干如圖3所示的壓電諧振器205的樣品，該樣品由具有在特定值范圍內(nèi)選定的邊比b/a的壓電陶瓷板制成。
在上述壓電諧振器的樣品中，當(dāng)改變邊比b/a，以激勵(lì)前述橫向膨脹態(tài)時(shí)，可以肯定如果邊比b/a滿足-1.47σ+1.88，橫向膨脹態(tài)得到最強(qiáng)烈的激勵(lì)。采用有限元的方法對(duì)壓電諧振器205的這個(gè)樣品中的位移分布進(jìn)行分析，所得結(jié)果如圖7A所示。
在用有限元法分析的位移分布中，各部分的位移狀態(tài)是沿圖7B所示的X軸和Y軸測(cè)量的，X軸和Y軸的原點(diǎn)位于壓電諧振器205主表面的中心，測(cè)出的結(jié)果如圖8所示?？梢钥闯觯趫D7B所示的中心O和點(diǎn)X1(即短邊中心)處位移量最小;而在壓電諧振器205的上述兩點(diǎn)之間的中間位置處位移量增大，該壓電諧振器被激勵(lì)為沿X軸的橫向膨脹態(tài)。這意味著，在橫向膨脹態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)位于壓電諧振器205主表面的中心和短邊的中心。因此，如果將另一個(gè)支承元件支承在主表面的中心或短邊的中心，則可以支承該壓電諧振器，而不影響所述的橫向膨脹態(tài)。
另外，還可以肯定，前述邊比b/a與壓電諧振器205的泊松比有關(guān)。當(dāng)改變振動(dòng)器的泊松比，以測(cè)量用于激勵(lì)上述橫向膨脹態(tài)的邊比b/a，并將該邊比b/a繪圖時(shí)，即可得到如圖9所示的結(jié)果。從圖9所示的直線可以確定地看出，在選定的邊比b/a滿足下列方程時(shí)b/a＝-1.47σ+1.88………(4)能可靠地激勵(lì)一個(gè)橫向膨脹振動(dòng)態(tài)。
另外，人們還認(rèn)識(shí)到，不僅當(dāng)邊比b/a滿足方程(4)時(shí)，可以強(qiáng)烈地激勵(lì)出橫向膨脹振動(dòng)態(tài)，而且，當(dāng)邊比b/a稍微偏離方程(4)時(shí)，同樣可以強(qiáng)烈地激勵(lì)出橫向膨脹振動(dòng)態(tài)。因此，采用的壓電陶瓷板的泊松比σ為0.324，并且改變邊比b/a，以確定橫向膨脹振動(dòng)態(tài)的激勵(lì)存在/不存在。假設(shè)D(X1)表示圖7B中點(diǎn)X1處的位移量，而D(C)表示點(diǎn)C(參見圖7)處的位移量，在橫向膨脹態(tài)中C點(diǎn)的位移量最大，于是點(diǎn)X1與點(diǎn)C的相對(duì)位移D(X1)/D(C)可被測(cè)出。圖10顯示了測(cè)量結(jié)果。
從圖10中可清楚地看到，當(dāng)泊松比σ為0.324，邊比b/a處在1.26-1.54范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)位移處±10%之內(nèi)。于是，制備若干個(gè)如圖3所示壓電諧振器205的樣品，以便使邊比b/a處在上述最佳值的±10%之內(nèi)，并且支承元件連接到短邊的中心，以測(cè)量諧振特性。從測(cè)量結(jié)果可以看出，當(dāng)相對(duì)位移處于上述±10%之內(nèi)時(shí)，可以出色地捕集到橫向膨脹振動(dòng)態(tài)。
從圖11中可以看到，當(dāng)邊比b/a設(shè)定在滿足方程(4)值的±10%之內(nèi)時(shí)，可以出色地激勵(lì)上述橫向膨脹振動(dòng)態(tài)。人們還認(rèn)識(shí)到，當(dāng)邊比b/a是n(n為整數(shù))倍于(-1.47σ+1.88)值時(shí)，也可以出色地激勵(lì)出橫向膨脹振動(dòng)態(tài)。
圖12A和12B是平面圖和正視圖，表示應(yīng)用橫向膨脹態(tài)的壓電諧振器，即根據(jù)前面已知的方法生產(chǎn)出的第一類壓電諧振器。該壓電諧振器211具有一個(gè)壓電振動(dòng)件212，作為矩形片狀的振動(dòng)器。該壓電振動(dòng)件212呈矩形平面狀，且在其結(jié)構(gòu)上使諧振電極214和215完全覆蓋在壓電陶瓷板213的兩個(gè)主表面上，該陶瓷板沿厚度方向均勻地極化。支承件216和217連接到壓電振動(dòng)件212短邊的中心，當(dāng)激勵(lì)出橫向膨脹振動(dòng)態(tài)時(shí)，該中心為節(jié)點(diǎn)。固定件218和219分別連接到支承件216和217的外端部。
支承件216和217以及固定件218和219與壓電陶瓷板213整體成型。也就是說，一塊矩形的壓電陶瓷板被加工制作成圖12A所示的形狀?；蛘撸С屑?16和217以及固定件218和219可以由獨(dú)立于壓電振動(dòng)件212的元件制成，并用適當(dāng)?shù)姆椒?例如粘接)與之相連接。
通過分別設(shè)置在支承件216和217一側(cè)表面上的鉛制導(dǎo)電件214a和215a，諧振電極214和215與鉛電極220和221電連接，這些鉛電極分別設(shè)置在固定件218和219的一側(cè)表面上。
當(dāng)交流電壓加到鉛電極220和221之間時(shí)，在壓電諧振器211內(nèi)壓電振動(dòng)件212激勵(lì)出橫向膨脹態(tài)。在這種情況下，壓電振動(dòng)件212短邊的中心位置幾乎不振動(dòng)，形成振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)，因此，盡管支承件216和217與壓電振動(dòng)件212相連，橫向膨脹態(tài)振動(dòng)幾乎不受干擾。這樣，可以有效地獲得位于支承件216和217之間的橫向膨脹態(tài)產(chǎn)生的振動(dòng)。
人們認(rèn)識(shí)到，可以制成一個(gè)能陷壓電諧振器，它適用于800KHz到2MHz的頻率范圍。這是因?yàn)楫?dāng)該壓電振動(dòng)件212的規(guī)格分別為2.5mm寬、3.5mm長(zhǎng)以及1.0mm寬、1.4mm長(zhǎng)時(shí)，該壓電振動(dòng)件表現(xiàn)出的諧振頻率是800KHz和2MHz。
對(duì)于諧振頻率來說，有效頻帶當(dāng)然隨著壓電諧振件的材料不同而改變。因此，獲得能陷壓電諧振器是可能的，該諧振器適用于各種頻帶，頻帶的不同是由于構(gòu)成壓電振動(dòng)件的壓電材料不同而造成的。
圖13顯示出一個(gè)利用橫向膨脹態(tài)的能陷壓電諧振器。該壓電諧振器231具有一個(gè)作為矩形板式振動(dòng)器的壓電振動(dòng)件232。在該壓電振動(dòng)件232中，沿著其長(zhǎng)邊將一對(duì)諧振電極232b和232c安裝在壓電板232a的上表面上。壓電板232a是沿箭頭P所示被極化的，即從諧振電極232b向諧振電極232c的方向被極化。也是在這個(gè)實(shí)施例中，壓電振動(dòng)件232的每個(gè)長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度b與每個(gè)短邊的長(zhǎng)度a之邊比b/a則被設(shè)定在滿足方程(1)的值的±10%的范圍內(nèi)。
當(dāng)交流電壓作用在諧振電極232a和232b之間時(shí)，壓電振動(dòng)件232便以橫向膨脹態(tài)振動(dòng)。在這種情況下，該壓電振動(dòng)件232在與所施加的電場(chǎng)平行的方向上移動(dòng)，從而使得壓電諧振器231利用縱向壓電效應(yīng)。
還是在該實(shí)施例的壓電諧振器231中，以橫向膨脹態(tài)諧振的壓電振動(dòng)件232的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上連接著支承件236和237，而固定件238和239則分別連接在支承件236和237的外端部上。參見圖13，標(biāo)號(hào)234a和235a是鉛制導(dǎo)電件，而標(biāo)號(hào)240和241則是各鉛制電極。
圖13所示的實(shí)施例清楚地表明，根據(jù)本發(fā)明利用橫向膨脹態(tài)的諧振器不僅可利用橫向壓電效應(yīng)，也可以利用縱向壓電效應(yīng)。
圖14表示了本發(fā)明所用的利用橫向膨脹態(tài)的能陷壓電諧振器的再一實(shí)施例。圖14所示的壓電諧振器251的特點(diǎn)是帶有動(dòng)態(tài)阻尼器252和253及連接部分254和255，而該實(shí)施例的其它情況則與圖12所示的能陷式壓電諧振器211相近似。因此，圖中相同的部分由同樣的標(biāo)號(hào)表示，不再贅述。
連接在支承件216和217的外端的動(dòng)態(tài)阻尼器252以及253構(gòu)成垂直延伸的桿型部分。連接部分254和255設(shè)置在動(dòng)態(tài)阻尼器252和253以及相應(yīng)的固定件218和219之間。
由于支承件216和217是連接在壓電諧振件212的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)上的，因而漏向支承件216和217的振動(dòng)損耗極小。然而在該實(shí)施例中，動(dòng)態(tài)阻尼器252和253是靠略微的振動(dòng)泄漏來諧振的，從而抑制了該振動(dòng)。因而可以有效地捕集到所述動(dòng)態(tài)阻尼器252和253之間部分的振動(dòng)能量。這樣壓電諧振器可以作得更為小型化。
由于壓電諧振器251的特征之一在于設(shè)有動(dòng)態(tài)阻尼器252和253，圖14所示的壓電諧振器251也是一個(gè)用于本發(fā)明梯形濾波器的第四類能陷壓電諧振器的實(shí)施例。
<第二類壓電諧振器>
圖15和圖16是用來說明第二類壓電諧振器的能陷型壓電諧振器311的側(cè)視圖和立體圖，這類用于本發(fā)明的壓電諧振器采用切變態(tài)。
壓電諧振器311由矩形壓電陶瓷板312構(gòu)成，該壓電陶瓷板312是被這樣極化的，它的極化軸在與主平面平行的方向上被正則化，即沿箭頭P所示的方向。
第一諧振電極313位于壓電陶瓷板312的上表面312a上，從端面312c一直伸向另一端面312d，但并未到達(dá)該端面312d。類似地，第二諧振電極314位于壓電陶瓷板312的上表面312b上，從端面312d一直伸向另一端面312c，但是并未到達(dá)這個(gè)端面312c。
此外，在壓電陶瓷板312的上下表面312a和312b上分別設(shè)有橫向延伸第一和第二槽315和316。第一和第二諧振電極313和314在壓電陶瓷板313的某一部分上相互重疊，該部分是壓電陶瓷板312中由第一和第二槽315和316固定的部分，這樣便形成了一個(gè)壓電振動(dòng)件。也就是說，第一和第二槽315和316是分別形成于第一和第二諧振電極313和314的前端的，從而在它們之間確定出一個(gè)諧振件。當(dāng)作用在第一和第二諧振電極313和314上的交流電壓能夠使壓電振動(dòng)件產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，便可強(qiáng)烈地激勵(lì)出切變態(tài)的振動(dòng)，這樣，由于第一和第二槽315和316的結(jié)構(gòu)型式，可使切變態(tài)振動(dòng)被有效地捕集在壓電振動(dòng)件中。
在壓電諧振器311中，位于槽315和316之間的部分構(gòu)成了壓電振動(dòng)件，而位于槽315和316上下之間的壓電陶瓷板部分則構(gòu)成了本發(fā)明的支承件。此外，位于槽315和316之上的壓電板部分形成了本發(fā)明的固定件。諧振電極313和314是用于使位于電極間的壓電振動(dòng)件產(chǎn)生諧振的電極，而該電極也可以起到如固定件中前述鉛電極的作用。
在壓電諧振器311中，與壓電振動(dòng)件的極化方向相平行的壓電表面是一個(gè)矩形表面，該表面的長(zhǎng)邊為b，短邊為a。假設(shè)σ表示構(gòu)成壓電陶瓷板312的壓電材料的泊松比，則邊比b/a處在滿足方程(2)值的±10%的范圍內(nèi)，即槽315和316的結(jié)構(gòu)是會(huì)使邊比處于上述范圍內(nèi)，從而確定出壓電振動(dòng)件的尺寸。
本發(fā)明人經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，當(dāng)壓電振動(dòng)件311的邊比b/a處于上述范圍內(nèi)時(shí)，切變態(tài)的振動(dòng)能量能夠更有效地捕集在壓電振動(dòng)件中。以下將參照?qǐng)D17A至21加以說明。
圖17A是一個(gè)側(cè)視圖，假設(shè)諧振電極322和323是在壓電元件321上的，壓電元件321沿箭頭P所示方向，即與上下表面平行的方向上被極化，且該壓電元件的邊比b/a為1。當(dāng)將交流電壓作用在諧振電極322和323之間時(shí)，壓電元件321產(chǎn)生輪廓切變態(tài)振動(dòng)。同時(shí)，壓電元件312產(chǎn)生一個(gè)如圖17A中的虛線A所表示的振動(dòng)和另一個(gè)與虛線A所示的形狀水平對(duì)稱的振動(dòng)狀態(tài)。
圖17B沿坐標(biāo)X-Y示出了振動(dòng)器321的各個(gè)部分。在這種情況下，角部A振動(dòng)時(shí)在X和Y方向上的位移最大。壓電元件321的中心O是振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)。另一方面，在壓電元件321側(cè)面垂直部分的中間點(diǎn)O1和O2也產(chǎn)生位移。
由于在點(diǎn)O1和O2處產(chǎn)生了位移，所以當(dāng)壓電板與壓電元件321的外表面相連接形成輪廓切變態(tài)的諧振器時(shí)，振動(dòng)能陷效率不高。
另一方面，還可以認(rèn)識(shí)到，當(dāng)邊比b/a為如下所示時(shí)b/a＝0.3σ+1.48則位移分布表示在圖18中。也就是說該圖表示的壓電元件331在圖中的虛線B表示的振動(dòng)態(tài)和與之水平對(duì)稱的另一振動(dòng)態(tài)之間產(chǎn)生振動(dòng)。在這種情況下，各短邊的位移向量只有X方向的分量，如圖19所示。在壓電元件331的側(cè)表面331a以及331b上的位移方向在上下兩半是相反的。
將上述邊比b/a變化，且使用不同的壓電材料，來檢驗(yàn)支承件與壓電元件相連接的結(jié)構(gòu)中位移的情況。該測(cè)試結(jié)果被顯示在圖19中，該圖中分別表示出了壓電材料的泊松比和邊比b/a。從圖19所示的結(jié)構(gòu)中可看出，當(dāng)邊比b/a滿足下式時(shí)b/a＝0.3σ+1.48傳到支承件上的位移可以降低，即有效地捕集了壓電振動(dòng)件中的振動(dòng)能量。
此外還證明，當(dāng)邊比b/a是(0.3σ+1.48)的n倍時(shí)(n為整數(shù))，也能夠有效地捕集振動(dòng)能量。
因而，能夠通過選擇符合方程(2)的尺寸來捕集壓電振動(dòng)件中的振動(dòng)?；谶@一結(jié)果，用泊松比σ為0.31的壓電材料制成邊比b/a為1.57的壓電振動(dòng)件341。再者，當(dāng)厚度等于壓電振動(dòng)件341的支承件344和345，通過支承件342A和343A與壓電振動(dòng)件341制成一體時(shí)，便形成了諧振器346，用有限元的方法對(duì)所形成的諧振器的位移分布進(jìn)行檢測(cè)，即得到如圖20所示之結(jié)果。
從圖20中可以清楚地看出，在該諧振器346中，壓電振動(dòng)件341的切變態(tài)振動(dòng)能量幾乎不泄漏到支承件342A和343A中。也就是說，選擇邊比b/a使之滿足方程(2)，就可以制成一個(gè)應(yīng)用切變態(tài)的諧振器，其具有高的能陷效率。
然而，上述方程(2)中的整數(shù)n在某一泊松比σ條件下，在0.85到1.1的范圍內(nèi)改變，以測(cè)量最小值點(diǎn)Q的位移量與最大值點(diǎn)P的位移量的比率，如圖20所示，即相對(duì)位移(%)。其結(jié)果如圖21所示。
從圖21中可以清楚地看到，當(dāng)n值處于0.9到1.1時(shí)，相對(duì)位移不大于10%。另一方面，人們還認(rèn)識(shí)到，當(dāng)相對(duì)位移不大于10%時(shí)，基本上不會(huì)影響諧振器的結(jié)構(gòu)。因此當(dāng)邊比b/a處于滿足方程(2)值的±10%的范圍內(nèi)時(shí)，諧振件中能夠有效地捕集振動(dòng)能量。
在圖15和16所示的第二類壓電諧振器311中，第一和第二槽315和316這樣設(shè)計(jì)壓電振動(dòng)件中的壓電陶瓷板的厚度a和沿諧振件極化方向P的縱向尺寸b(即矩形壓電表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度a和b)的邊比b/a在方程(2)表示值的±10%的范圍內(nèi)，上述矩形壓電表面平行于壓電振動(dòng)件的極化方向，由此改善了能陷效率。
圖22表示了第二類壓電諧振器另一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖。
在這個(gè)壓電諧振器351中，壓電陶瓷板352的一個(gè)上表面352a上第一槽355的外側(cè)還設(shè)第三槽357，該壓電陶瓷板352沿箭頭P極化;而第四槽358則設(shè)置在壓電陶瓷板352下表面352b上的第二槽356的外側(cè)，由此分別構(gòu)成了第一和第二動(dòng)態(tài)阻尼器359和360。根據(jù)動(dòng)態(tài)阻尼器的已知現(xiàn)象，由于振動(dòng)的泄漏使這些動(dòng)態(tài)阻尼器359和360產(chǎn)生諧振，以便消除振動(dòng)的泄漏。因此，可根據(jù)動(dòng)態(tài)阻尼器的這一現(xiàn)象來選擇動(dòng)態(tài)阻尼器359和360的尺寸，以便消除上述振動(dòng)泄漏。
除設(shè)置第三和第四槽357和358以構(gòu)成動(dòng)態(tài)阻尼器359和360外，壓電諧振器351與壓電諧振器311的結(jié)構(gòu)是相同的，因此相同部分用同樣標(biāo)號(hào)表示，不再贅述。
在壓電諧振器351的諧振件中，邊比b/a設(shè)定在方程(2)表述值的±10%范圍內(nèi)，因此，在諧振件中振動(dòng)能量被有效地捕集。另外，根據(jù)動(dòng)態(tài)阻尼器現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)阻尼器359和360消除了細(xì)微的振動(dòng)泄漏。因此，當(dāng)壓電諧振器351被分別機(jī)械地固定到位于第三和第四槽357和358外側(cè)的固定件361和362上時(shí)，諧振特性基本上不會(huì)變劣。于是，與壓電諧振器311相比有可能進(jìn)一步改善能陷效率，從而提供更小壓電諧振器。
壓電諧振器351具有動(dòng)態(tài)阻尼器359和360，它也是本發(fā)明所采用的第四類壓電諧振器。
圖23是第二類能陷壓電諧振器的又一實(shí)例的立體圖。該壓電諧振器371由細(xì)長(zhǎng)的矩形壓電陶瓷板372構(gòu)成，該陶瓷板沿其縱向P極化。在壓電陶瓷板372中，第一和第二諧振電極373和374沿兩邊設(shè)置在板372的上表面上。另外，槽375以及376分別設(shè)置在上述兩個(gè)邊上。固定在槽375和376之間的壓電板部分構(gòu)成了一個(gè)壓電振動(dòng)件。在該壓電振動(dòng)件中，一個(gè)上表面(即壓電表面)平行于極化方向P，并且呈矩形。壓電振動(dòng)件上表面的這種形狀是這樣選定的，它應(yīng)使短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度a和b間的邊比b/a處于滿足上述方程(2)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)。當(dāng)交流電壓施加在第一和第二諧振電極373和374上時(shí)，壓電振動(dòng)件是以與圖15所示的壓電諧振器311相似的切變態(tài)進(jìn)行諧振的，并且該諧振能量被有效地捕集在壓電振動(dòng)件中。位于槽375和376一側(cè)的壓電板部分確定出一個(gè)本發(fā)明的支承部分，而那些超出槽375和376外的部分則根據(jù)本發(fā)明分別確定出固定部分。而且，鉛制電極377和378分別形成于與第一和第二諧振電極373和374相連接的固定部分的上表面上。
圖24表示第二類能陷壓電諧振器的再一實(shí)施例的平面圖。在這個(gè)壓電諧振器381上，槽383到386形成于同一側(cè)表面上，而槽387到390則形成于另一個(gè)表面上，因而分別構(gòu)成了動(dòng)態(tài)阻尼器391到394。而且位于槽384和385之間的壓電基片部分根據(jù)本發(fā)明確定出了一個(gè)壓電振動(dòng)件395。另外，固定件396和397分別形成于槽383和386的外側(cè)。本發(fā)明的支承件由位于槽384和388之間及槽385和389之間的壓電基片部分確定出來。位于槽383和387之間的壓電基片部分和位于槽386和390之間的一個(gè)薄的壓電基片部分分別構(gòu)成了連接件。
壓電振動(dòng)件395被沿箭頭P方向，即沿著壓電基片382的縱向極化。另一方面，諧振電極398和399形成于與極化方向P平行的壓電基片382的上表面上。壓電振動(dòng)件395的上表面呈矩形，它的邊比b/a處在滿足方程(2)的值的±10%的范圍內(nèi)，假定a和b代表上表面的較短一側(cè)和較長(zhǎng)一側(cè)的長(zhǎng)度。
當(dāng)交流電壓施加在諧振電極398和399上時(shí)，所述壓電振動(dòng)件395以切變態(tài)諧振，以便使諧振能量被有效地捕集在壓電振動(dòng)件395上。動(dòng)態(tài)阻尼器391到394通過動(dòng)態(tài)阻尼器的現(xiàn)象抑制了輕微漏泄的振動(dòng)。在壓電諧振器381上，振動(dòng)能量被可靠地捕集到動(dòng)態(tài)阻尼器391到394之間的部分上。
鉛制電極400和401則分別形成于固定件396和397上。
圖25顯示出圖24所示壓電諧振器381的改進(jìn)型式。與壓電諧振器381不同，該壓電諧振器411的壓電振動(dòng)件395沿箭頭P(即平行于壓電基片382的寬度方向)被極化，并且諧振電極398和399沿著寬度方向延伸。
圖26是表示圖24的壓電諧振器381另一改型的立體圖。在該壓電諧振器421中，一個(gè)壓電振動(dòng)件395沿箭頭P極化，即平行于壓電基片382的縱向。該壓電諧振器421的電極位置不同于壓電諧振器381。
在壓電諧振器421中，諧振電極398和399設(shè)置在壓電振動(dòng)件395的壓電基片382的兩側(cè)。
另外，在壓電諧振器421中，鉛電極400和401分別設(shè)置在固定件396和397的壓電基片382的兩側(cè)，將該鉛電極400和401與諧振電極398和399連接起來的導(dǎo)電連接件也分別沿著壓電基片382的側(cè)表面設(shè)置。
從壓電諧振器421清楚地看到，諧振電極可以設(shè)置在構(gòu)成壓電振動(dòng)件的壓電板的側(cè)表面上，進(jìn)一步來說，在第二類壓電諧振器中，諧振電極設(shè)置在上表面和下表面上。在圖24所示的壓電諧振器381中，諧振電極399例如可以設(shè)置在壓電基片382的下表面上;而壓電諧振器421中，諧振電極398和399中的一個(gè)例如可以設(shè)置在壓電基片382的一個(gè)主表面上。
在第二類壓電諧振器中，壓電振動(dòng)件、支承件、固定件以及需要時(shí)設(shè)置的動(dòng)態(tài)阻尼器可以在一塊單獨(dú)的壓電基片上制作。這些元件還可以制成分離的元件。
如圖27所示，絕緣板432和433可以粘接到厚度相同的矩形壓電板431上以形成壓電振動(dòng)件，從而構(gòu)成一個(gè)基片434。該基片434可以構(gòu)成前述的第二類壓電諧振器。在圖27所示的那個(gè)基片434上，動(dòng)態(tài)阻尼器435和436以及固定件437和438與絕緣板432和433整體地成形。另外，上述元件還可以分別獨(dú)立地成形。
如圖28所示，寬度相同的基片件439和440還可以設(shè)置在動(dòng)態(tài)阻尼器435和436外側(cè)。在這種情況下，基片件349和440還可以用作連接和固定件。
第一實(shí)施例圖29是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的梯形濾波器20的分解立體圖，圖30是其外觀立體圖。
梯形濾波器20的結(jié)構(gòu)由表面基片21、第一諧振板22、絕緣間隔件23、第二諧振板24及一個(gè)表面基片25疊加而成，如圖29所示。
第一諧振板22的結(jié)構(gòu)是將壓電諧振器26和27及壓電諧振器28粘結(jié)成一體，再用粘接劑把與壓電諧振器26到28厚度相同的間隔板29和30粘接到整體結(jié)構(gòu)的外側(cè)而形成的，上述壓電諧振器26和27具有采用切變振動(dòng)態(tài)的動(dòng)態(tài)阻尼器，而壓電諧振器28具有采用橫向膨脹態(tài)的動(dòng)態(tài)阻尼器。間隔板29和30由適當(dāng)?shù)木哂幸欢◤?qiáng)度的絕緣材料，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂制成，并且間隔板29和30帶有缺口29a和30a，以便允許壓電諧振器26和27的振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
如圖31A所示，具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26由細(xì)長(zhǎng)的沿箭頭P均勻極化的壓電陶瓷板26a構(gòu)成。諧振電極26b設(shè)置在壓電陶瓷板26a的一個(gè)側(cè)表面上，從壓電陶瓷板26a的第一端向第二端延伸。諧振電極26b的前端終止于缺口26c處，缺口26c則是通過切去側(cè)表面而形成的。另一缺口26d設(shè)置在距缺口26c規(guī)定距離處，由此在缺口26c和26d之間構(gòu)成動(dòng)態(tài)阻尼器26e。
類似地，諧振電極26f是在壓電陶瓷板26a的另一側(cè)表面上的，從其第二端伸向第一端。與諧振電極26b上的側(cè)表面相類似，兩個(gè)槽26g和26h之間確定出一個(gè)動(dòng)態(tài)阻尼器26i。
在第二類壓電諧振器26中，諧振電極26b和26f的重疊部分構(gòu)成了壓電振動(dòng)件，且所述壓電振動(dòng)件的邊比b/a處在滿足方程(2)的值的±10%范圍內(nèi)。也就是說壓電諧振器26與圖23所示的壓電諧振器371相似。位于壓電振動(dòng)件和動(dòng)態(tài)阻尼器26e、26i之間的部分為支承件;位于槽26d和26h外側(cè)的壓電陶瓷板部分構(gòu)成了固定件，在固定件和動(dòng)態(tài)阻尼器26e、26i之間寬度較窄的壓電陶瓷部分則構(gòu)成了連接件。
當(dāng)在具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26的諧振電極26b以及26f之間施加交流電壓時(shí)，諧振電極26b和26f之間的重疊部分產(chǎn)生出切變態(tài)諧振，從而形成壓電諧器的工作過程。此外，諧振部分具有上述特定的邊比，以便有效地捕集諧振能量。
即便諧振電極26b和26f重疊部分的振動(dòng)有所泄漏，這部分振動(dòng)也可以被有效地捕集在動(dòng)態(tài)阻尼器26e和26i中，即如果切變振動(dòng)態(tài)的諧振從諧振件中泄漏出來，泄漏的振動(dòng)也可以使動(dòng)態(tài)阻尼器26e和26i產(chǎn)生諧振，以便讓動(dòng)態(tài)阻尼器抑制上述振動(dòng)的泄漏。因此，基本上沒有振動(dòng)泄漏到位于動(dòng)態(tài)阻尼器26e和26i外側(cè)的壓電陶瓷板部分中。這樣，把位于動(dòng)態(tài)阻尼器26e和26i外部的壓電陶瓷板部分與其它元件相連接時(shí)，壓電諧振器可以被機(jī)械地固定，而不會(huì)抑制諧振部分的諧振。
再參見圖29，它與圖31B一起描述了具有用于第一諧振板22的動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器28。帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器28是前述第一類或第四類的壓電諧振器，它是由圖31B所示的平板形壓電陶瓷板28a構(gòu)成的。壓電陶瓷板28a的中心有一個(gè)矩形板形的壓電振動(dòng)件28b。壓電振動(dòng)件28b沿箭頭P方向被極化，且其兩個(gè)主表面上均設(shè)有諧振電極28c(其中設(shè)置在下表面上的那一個(gè)電極在圖31B中未示出)。
在壓電振動(dòng)件28b中，邊比b/a處在滿足方程(1)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)。
當(dāng)在位于壓電振動(dòng)件28b的兩主表面上的諧振電極28c上施加交流電壓時(shí)，壓電振動(dòng)件獲得橫向振動(dòng)態(tài)的諧振，此時(shí)，由于邊比b/a處在上述范圍內(nèi)，所以諧振能量可以被有效地捕集在壓電振動(dòng)件28b中。
另一方面，縱向桿型支承件28d和28e分別連接到壓電振動(dòng)件28b的相對(duì)側(cè)表面上，而該動(dòng)態(tài)阻尼器則分別設(shè)置在支承件28d和28e的外側(cè)。動(dòng)態(tài)阻尼器28f和28g產(chǎn)生彎曲態(tài)振動(dòng)，該振動(dòng)是由壓電振動(dòng)件28b傳來的振動(dòng)引起的諧振。即使諧振能量從壓電振動(dòng)件28b中泄漏出來，這部分能量也可以被有效地捕集在動(dòng)態(tài)阻尼器28f和28g中。
此外，連接件28h和28i分別連接到動(dòng)態(tài)阻尼器28f和28g的外側(cè)，而固定件28j和28k則分別連接到連接件28h和28i的外端。固定件28j和28k用來將壓電諧振器28與其它元件相連，或者將其機(jī)械固定，而且如圖31B所示，它具有較大的面積。
每個(gè)帶有如圖31A和31B所示的動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26和28都可以通過對(duì)上述單獨(dú)一片壓電陶瓷板加工而形成，另外，其中的各部分還可以通過由粘接劑或類似物互相連接的分離元件構(gòu)成。在如圖31B所示的壓電陶瓷板28a中，如一塊構(gòu)成壓電振動(dòng)件的矩形壓電陶瓷板可以采用如下方式構(gòu)成將支承件28d和28e、動(dòng)態(tài)阻尼器28f和28g、連接件28h和28i以及固定件28j和28k由粘接劑或類似物粘接其側(cè)部并相互成為一體。這里要指出，壓電陶瓷板和構(gòu)成每個(gè)壓電諧振器的元件，可以由一塊壓電陶瓷板加工而成，或?qū)⒁唤M元件互相連接在每個(gè)帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器上而形成，所述動(dòng)態(tài)阻尼器分別在第二到第十實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖31B中所示的諧振電極28c連接到電極28m上，該電極28m則通過導(dǎo)電連接件28l而形成于固定件28k的上表面上。相似地，另一個(gè)形成于諧振件28b下表面上的諧振電極，則與通過導(dǎo)電連接件形成于固定件28j的下表面上的電極相連。
再參照?qǐng)D29，帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器27和帶有動(dòng)態(tài)阻尼的壓電諧振器26及28均通過將其固定件的側(cè)表面由粘接劑相互粘接而形成一體，該壓電諧振器27與帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26結(jié)構(gòu)相同，然后再將第一和第二間隔板29和30粘接在成一體的側(cè)面部分上，從而形成第一諧振板22。
諧振板22的上表面上設(shè)置有電極22a和22d，用以將壓電諧振器26和28互相連接，構(gòu)成下述的梯形濾波器。電極22a與壓電諧振器26的諧振電極26f連接(見圖31A)。類似地，電極22c與諧振電極26b相連接，而電極22b和22d則與形成于壓電諧振器27側(cè)面的單獨(dú)一個(gè)諧振電極相連接。壓電諧振器28帶有一個(gè)電極28m，該電極與諧振電極28c一起連接到圖31B所示的諧振板22的一個(gè)邊緣上，而另一個(gè)與設(shè)置在諧振板22下表面上的諧振電極相連的電極則延伸到諧振板22下表面的另一個(gè)相對(duì)的邊緣上。
在第二諧振板24中，帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器32以及33粘接在一帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器31的兩側(cè)，所述壓電諧振器32和33采用了橫向振動(dòng)態(tài)，它的結(jié)構(gòu)與具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器28相類似，而該壓電諧振器31則采用了切變振動(dòng)態(tài)，其結(jié)構(gòu)與壓電諧振器26相同。此外，第一和第二間隔板34和35與壓電諧振器31至33的厚度相同，且第一和第二間隔板由具有一定強(qiáng)度的適當(dāng)?shù)慕^緣材料(如絕緣陶瓷和合成樹脂)制成，它們被粘接到壓電諧振器32和33的側(cè)面。如圖29所示，間隔板34和35上靠近壓電諧振器32和33的邊緣處帶有大致為U形的槽34a和35a，這些槽能確保壓電諧振器32和33的諧振和動(dòng)態(tài)諧振元件的振動(dòng)。
壓電諧振31到33本身的結(jié)構(gòu)與壓電諧振器26、28類似，因此不再贅述。
在第二諧振板24中，電極24a和24b設(shè)置在諧振板的上表面，并伸向不同的邊緣。電極24a和24b與一個(gè)單獨(dú)的諧振電極相連接，諧振電極設(shè)置在壓電諧振器31的兩側(cè)表面。然而，在壓電諧振器32和33中，設(shè)置在固定件上的電極32c和32d伸到諧振板24的不同邊緣，上述固定件與上表面上的諧振電極32a和33a連接。另外，壓電諧振器32和33的諧振件的下表面上的諧振電極連接到下表面的另一側(cè)的電極上。
表面基片21和25分別在下表面和上表面具有凹槽21a和25a，各層重疊時(shí)，凹槽21a和25a可以允許相鄰壓電諧振器的諧振件和動(dòng)態(tài)阻尼器進(jìn)行振動(dòng)。絕緣間隔板23的上表面上設(shè)有凹槽23a，下表面上設(shè)有同樣形狀的另一個(gè)凹槽(圖29中未清楚顯示)。這些凹槽可以允許上下布置的各壓電諧振器的諧振件和動(dòng)態(tài)阻尼器進(jìn)行振動(dòng)。
另外，表面基片21、絕緣間隔板23及表面基片25還可以是平板狀，其上不帶有凹槽21a、23a和25a。在這種情況下，需要留出類似的間隔，以便壓電振動(dòng)件和動(dòng)態(tài)阻尼器振動(dòng)，該間隔是通過插入厚度與凹槽21a、23a和25a的深度相應(yīng)的矩形框間隔件、或以矩形框形狀施放絕緣膠來實(shí)現(xiàn)的。
表面基片21和25及絕緣間隔板23可以采用具有一定強(qiáng)度的絕緣材料制作，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂。
按照該實(shí)施例，表面基片21、第一諧振板22、絕緣間隔板23、第二諧振板24以及表面基片25被疊放起來，并用絕緣膠相互粘接成一體，制成具有疊層結(jié)構(gòu)的梯形濾波器，如圖30所示。
從圖30可以清楚地看到，本實(shí)施例的梯形濾波器20的結(jié)構(gòu)是由若干個(gè)矩形板狀件 在一起而獲得的。該濾波器還具有端子電極20a到20l，這些電極在側(cè)面上延伸到達(dá)上下表面?？梢酝ㄟ^涂覆并烘干導(dǎo)電膠、或通過蒸發(fā)、電鍍或噴鍍來制造這些端子電極20a到20l。另外，如圖29所示，若干電極21b可以預(yù)先設(shè)置在表面基片21的上表面上，同時(shí)，表面基片25的下表面上也具有若干端子電極部分。這樣，當(dāng)電極材料隨后放到圖30所示的疊層結(jié)構(gòu)的側(cè)面時(shí)，可以構(gòu)成端子電極20a到20l，這些電極在側(cè)面上延伸，到達(dá)上下表面。
將圖32所示的端子電極20a與20l相連，端子電極20a作為輸入端，端子電極20k和20j作為輸出端，而端子電極20l、20f和20b均接地，這樣就可以驅(qū)動(dòng)由圖32的電路表示的梯形濾波器20。
在本發(fā)明實(shí)施例的梯形濾波器20中，串聯(lián)和并聯(lián)諧振器均由采用切變和橫向振動(dòng)態(tài)的具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26到28和31到33構(gòu)成。因此，與采用音叉型壓電諧振器的梯形濾波器相比，可以很容易地加寬通帶寬度。
另外，振動(dòng)能量被有效地捕集到壓電諧振器的動(dòng)態(tài)阻尼器部分中，從而使壓電諧振器可以很容易地如上所述通過固定件相互連接并呈一體。
第二實(shí)施例圖34是說明本發(fā)明第二實(shí)施例的梯形濾波器40的立體分解圖，而圖35則是其外觀圖。該梯形濾波器40由連續(xù)疊 的表面基片41、一個(gè)帶孔隔板42、一個(gè)第一諧振板43、一個(gè)帶孔隔板44、一個(gè)第二諧振板45、一個(gè)帶孔隔板46、一個(gè)第三諧振板47、一個(gè)帶孔隔板48、一個(gè)第四諧振板49、一個(gè)帶孔隔板50和一個(gè)表面基片51構(gòu)成。
表面基片41和51是由與第一實(shí)施例的表面基片21和25相似的材料制成。然而，表面基片41和51由平板形元件構(gòu)成，并且沒有與第一實(shí)施例的表面基片21和25中所帶有的凹槽21a和25a相應(yīng)的凹槽。因此，隔板42的插入應(yīng)確保有一個(gè)讓安裝在表面基片41下的第一諧振板43的振動(dòng)件振動(dòng)的空間。相似地，帶孔隔板50設(shè)置在表面基片51的上表面，以確保有一個(gè)讓第四諧振板49的振動(dòng)件振動(dòng)的空間。
帶孔隔板42和50是矩形框元件，它具有如圖34所示的較小的厚度，該矩形框元件可以由如合成樹脂或其它適當(dāng)?shù)慕^緣材料構(gòu)成。其它帶孔隔板44、46和48也可以采用與帶孔隔板42和50相類似的材料來制造。
第一諧振板43具有帶動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器52，該動(dòng)態(tài)阻尼器以縱向振動(dòng)態(tài)的方式振動(dòng)。如圖36A的平面圖所示，壓電諧振器52由壓電陶瓷板構(gòu)成，且其中心具有壓電振動(dòng)件52a，該壓電振動(dòng)件也是以縱向振動(dòng)態(tài)振動(dòng)的。壓電振動(dòng)件52a是一個(gè)長(zhǎng)的矩形板，其極化軸是縱向的。支承件52b和52c與壓電振動(dòng)件52a的縱向中心相連，以便支承壓電振動(dòng)件52a。動(dòng)態(tài)阻尼器52d和52e可以在彎曲態(tài)下諧振，它們分別設(shè)置在支承件52b和52c的外端。動(dòng)態(tài)阻尼器52d和52e的尺寸是這樣確定的，壓電振動(dòng)件52a諧振的振動(dòng)泄漏在上述動(dòng)態(tài)阻尼器上所產(chǎn)生的諧振，可以防止振動(dòng)能量越過動(dòng)態(tài)阻尼器25d和25e而泄漏出去。
寬度相對(duì)較小的連接件52f和52g與動(dòng)態(tài)阻尼器52d和52e的外側(cè)相連，而面積相對(duì)較大的固定件52h和52i則分別連接到連接件52f和52g的外側(cè)。
間隔板53和54的厚度與帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器52相同，上述間隔板與固定件52h和52i粘接到一起，從而確定出第一諧振板43。固定件52h和52i的尺寸或間隔板53和54的形狀是這樣選擇的，它們所確定出的空間應(yīng)能允許壓電振動(dòng)件52a進(jìn)行諧振。
壓電振動(dòng)件52a的上表面設(shè)置有諧振電極52j和52k，用以激勵(lì)壓電振動(dòng)件52a，并且上述諧振電極52j和52k分別通過導(dǎo)電件與固定件52h和52i上的電極相連。
另一方面，第二諧振板45這樣構(gòu)成它在帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振板55兩側(cè)粘接間隔板56和57。間隔板56和57與上述間隔板53和54的結(jié)構(gòu)類似。
如平面圖36B所示，壓電諧振器55的中部有一個(gè)長(zhǎng)的矩形板狀壓電振動(dòng)件55a。支承件55b和55c與壓電振動(dòng)件55a的兩側(cè)相連接，并且動(dòng)態(tài)阻尼器55d和55e分別設(shè)置在支承件55b和55c的外端，而面積相對(duì)較大的固定件55h和55i則分別通過連接件55f和55g設(shè)置在動(dòng)態(tài)阻尼器55d以及55e的側(cè)面。這樣，壓電諧振器55的平面形狀與帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器52相似。
壓電諧振器55與壓電諧振器52的區(qū)別在于諧振電極55j設(shè)置在壓電振動(dòng)件55a的整個(gè)上表面上，另一電極(圖中未示出)設(shè)置在整個(gè)下表面上，同時(shí)，壓電陶瓷板則沿壓電振動(dòng)件厚度方向均勻極化，即該壓電振動(dòng)件55a也是以縱向態(tài)振動(dòng)。
設(shè)置在壓電振動(dòng)件55a上的諧振電極55j通過導(dǎo)電連接件連接到一個(gè)位于固定件55i上的電極55k上，而設(shè)置在下表面上的諧振電極則通過導(dǎo)電連接件連接到一個(gè)位于固定件55h下表面上的電極。
參見圖34，第三諧振板47與第一諧振板43的不同之處僅在于朝向固定件的電極的引出方式。因此，對(duì)上述第一諧振板43的說明也適用于壓電諧振器58，諧振器58具有設(shè)置在第三諧振板47上的動(dòng)態(tài)阻尼器和間隔件59和60，在此不再贅述。
第四諧振板49與第二諧振板45的不同之處僅在于朝向固定件的電極的引出方式。簡(jiǎn)而言之，電極61c設(shè)置在固定件61d上，以便與諧振電極61b連接，該電極61b設(shè)置在壓電諧振器61的壓電振動(dòng)件61a的上表面上，電極61c則設(shè)置在固定件61d的中部。另一方面，一個(gè)諧振電極(未示出)設(shè)置在壓電振動(dòng)件61a的整個(gè)下表面上，該諧振電極電連接到固定件61e下端的一個(gè)電極上。
第三和第四諧振板47和49的鉛電極不同于第一和第二諧振板43和45的鉛電極，以便實(shí)現(xiàn)下述目的一個(gè)外部電極40a使圖34中的電極60m和61m相互導(dǎo)通，而另外一個(gè)外部電極40d使電極52n、55k和60n相互導(dǎo)通，由此形成一個(gè)如圖37所示的兩級(jí)梯形濾波器。一個(gè)虛設(shè)電極40d具有上述功能，外部電極40f是一個(gè)純虛設(shè)電極。
在第二個(gè)實(shí)施例中，也可以實(shí)現(xiàn)梯形濾波器40，它作為兩級(jí)梯形濾波器，如圖35所示，其結(jié)構(gòu)是將各元件疊放，并設(shè)置外部電極，以便在側(cè)面上延伸到達(dá)上下表面，這與第一實(shí)施例類似。參見圖35，標(biāo)號(hào)40a到40f表示外部電極。厚度較小的間隔板42、44、46和48在圖35中沒有表示出來。
采用外部電極40c和40a分別作為輸入端和輸出端，并把外部電極40b和40d接地，這樣就可以把梯形濾波器40作為圖37所示的兩級(jí)梯形濾波器來驅(qū)動(dòng)。
第三實(shí)施例圖38是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的單級(jí)梯形濾波器110的分解立體圖，圖39是其外觀立體圖。
在本實(shí)施例的梯形濾波器110中，一個(gè)表面基片111、諧振板112、凹槽形的間隔板113、諧振板114以及表面基片115相互疊放。
基片115的上表面上設(shè)置有一個(gè)凹槽115，一個(gè)類似的凹槽設(shè)置在基片111的下表面上，由此保證了一定的空間，使諧振板112和114的振動(dòng)件在疊放狀態(tài)下仍可振動(dòng)。由于凹槽形間隔板113處于中間位置，構(gòu)成了進(jìn)一步的空間，因而允許諧振板112和114的振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
表面基片111和115、凹槽形間隔板113的構(gòu)成與第一實(shí)施例類似，這是不再贅述。將間隔板116和117粘貼在帶有與圖31A相類似的動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器26的兩側(cè)，從而構(gòu)成諧振板112。間隔板116和117的側(cè)表面具有缺口116a和117a，上述側(cè)表面緊貼著壓電諧振器26，從而允許壓電諧振器26的振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
另一方面，間隔板118和119粘貼在壓電諧振器28的兩側(cè)，由此構(gòu)成諧振板114，上述壓電諧振器28除電極位置在引出諧振電極的部分稍有不同外，其余均與圖31B所示相同。間隔板118和119的側(cè)表面具有缺口118a和119a，上述側(cè)表面靠近壓電諧振器28，這與間隔板116和117類似。
在壓電諧振器28中，諧振電極也設(shè)置在諧振件28b的下表面上，使與該諧振電極電連接的一個(gè)電極到達(dá)諧振板114的邊緣114a處，而這種結(jié)構(gòu)不需要在圖38中表明。
本實(shí)施例的梯形濾波器110是這樣構(gòu)成的將上述各元件疊放起來，并且成形時(shí)在層狀物的側(cè)表面設(shè)置外部電極110a以及110b和110c，如圖39所示。也就是說，通過將外部電極110a接地，并采用外部電極110b和110c分別作為輸入和輸出端，就可以構(gòu)成如圖40所示的單級(jí)梯形濾波器。
當(dāng)相應(yīng)于每個(gè)諧振板112和114處有兩個(gè)或者更多的諧振板疊放時(shí)，即可很容易地構(gòu)成兩級(jí)或多級(jí)梯形濾波器。
第四實(shí)施例圖41是表示本發(fā)明第四實(shí)施例梯形濾波器130的分解立體圖，圖42是其外觀立體圖。
梯形濾波器130由一個(gè)表面基片131、帶孔間隔板132一個(gè)第一諧振板133、一個(gè)帶孔間隔板134、一個(gè)第二諧振板135、一個(gè)帶孔間隔板136以及一個(gè)表面基片137相疊放而構(gòu)成。
表面基片131和137由平板狀絕緣陶瓷或合成樹脂制成，而帶孔間隔板132、134和136則由與第二實(shí)施例中所采用的相似材料制成。
第一諧振板133由具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振板138和139與固定件互相粘接，并且將間隔板140和144粘接到整個(gè)部件的外側(cè)而構(gòu)成，該動(dòng)態(tài)阻尼器采用了橫向膨脹態(tài)。
壓電諧振器138的構(gòu)成與具有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器28相類似，該動(dòng)態(tài)阻尼器采用了第一實(shí)施例所用的橫向膨脹態(tài)。帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器139采用了具有縱向效應(yīng)的相似的橫向膨脹態(tài)，諧振電極139a和139b設(shè)置在平面狀壓電陶瓷板諧振件的下表面的相對(duì)兩端邊緣，如圖41的右側(cè)所示，這與壓電諧振器138相類似。當(dāng)交流電壓施加在諧振電極139a和139b之間時(shí)，壓電諧振器130以采用縱向壓電效應(yīng)的橫向膨脹態(tài)工作。諧振電極139a和139b分別從諧振板133的兩相對(duì)的邊緣引出。
所述第二諧振板135是通過粘接帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器142和帶有動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器143，并且再將間隔板144和145粘接到其兩側(cè)而構(gòu)成。所述壓電諧振器142的動(dòng)態(tài)阻尼器采用了帶橫向效應(yīng)的橫向態(tài)振動(dòng)，而壓電諧振器143的動(dòng)態(tài)阻尼器則采用了縱向效應(yīng)的振動(dòng)。在第二諧振板135中，壓電諧振器143的上表面帶有一對(duì)諧振電極143a和143b，而該壓電諧振器143則帶有采用縱向效果的動(dòng)態(tài)阻尼器。
本實(shí)施例的梯形濾波器130如圖42所示，是通過粘接上述各個(gè)元件，并在所獲得的疊層兩端設(shè)置外部電極130a到130f而得到的。
也就是說，圖43所示的兩級(jí)梯形濾波器則是通過下述方式獲得的，即將外部電極130c作為輸入端，將外部電極130a和130d連接在一起形成輸出端，將外部電極130e和130f連接在一起，并將外部電極130b接地。
第五實(shí)施例圖44是本發(fā)明第五實(shí)施例的梯形濾波器150有立體分解圖，圖45則是其外形立體圖。
本實(shí)施例是對(duì)第四實(shí)施例所示梯形濾波器130的改進(jìn)，因此這里只對(duì)它與第四實(shí)施例不同的部分進(jìn)行描述。
第一諧振板151由壓電諧振器153和154的固定件相粘接而成，使之成為一體。上述壓電諧振器153和154帶有具有縱向壓電效果的動(dòng)態(tài)阻尼器，它們的結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例所用的壓電諧振器143相類似。
另一方面，第二諧振板152是將橫向態(tài)壓電諧振器155和156的固定件粘接而成為一體的。上述壓電諧振器帶有采用橫向壓電效果的動(dòng)態(tài)阻尼器。
壓電諧振器155和156的結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例所述的壓電諧振器138相類似。
在第一諧振板151中，電極151a和151b在第一諧振板的上表面的一條邊上，該電極分別與壓電諧振器153和154的第一諧振電極相連。另外，電極151c則是沿諧振板的另一條邊設(shè)置的，且該電極與壓電諧振板153和154的第二諧振電極相連。
在第二諧振板152中，電極152a沿諧振板的一條邊設(shè)置它與壓電諧振器155和156的諧振電極155a和156a相連。在諧振板152的下表面上，電極152b和152c沿諧振板的另一邊設(shè)置，它們分別與壓電諧振器155和156下表面上的諧振電極相連。
標(biāo)號(hào)157和158表示表面基片，159a和159c則表示帶孔間隔板。
如圖45所示，通過將外部電極150a到150f設(shè)置在由上述元件相互疊加而得到的層狀物上便得到了本發(fā)明第五實(shí)施例的梯形濾波器150。
可以通過連接外部電極150a到150f而驅(qū)動(dòng)梯形濾波器150，該濾波器與第四實(shí)施例的兩級(jí)濾波器相類似。
第六實(shí)施例圖46是說明本發(fā)明第六實(shí)施例的梯形濾波器160的立體分解圖，圖47是其外觀立體圖。
本實(shí)施例的梯形濾波器160具有與第四實(shí)施例的濾波器相似的結(jié)構(gòu)，只是第一和第二諧振板161和166的結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例不同。
參見圖46，帶有切變態(tài)動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器162上的固定件和帶有橫向態(tài)動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器163的固定件相互粘接在第一諧振板161上，使它們成為一體。所述間隔板164和165則分別被粘接到壓電諧振器162和163的外側(cè)。
壓電諧振器162的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例所用的切變態(tài)壓電諧振器26(見圖17A)相類似。壓電諧振器162一側(cè)的諧振電極與諧振板161一邊的電極161a相連。另外，諧振器另一側(cè)的諧電極則與諧振板161另一邊的電極161b相連。
帶有橫向態(tài)動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器163的結(jié)構(gòu)與第四實(shí)施例所述的壓電諧振器138相類似。壓電諧振器163上表面的諧振電極163a與電極161c相連，電極161c在電極161b的同一邊上。
如同46右側(cè)虛線所示，壓電諧振器163下表面上的諧振電極163b與諧振板161下表面一邊的電極161d相連。
第二諧振板166的結(jié)構(gòu)是與第一諧振板161翻轉(zhuǎn)后得到的結(jié)構(gòu)相應(yīng)。采用切變態(tài)動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器167的固定件以及采用橫向態(tài)動(dòng)態(tài)阻尼器的壓電諧振器168的固定件相互粘接成一體，所獲得的層狀物外側(cè)粘有間隔板169a和169b。
由于上述結(jié)構(gòu)與第一諧振板161翻轉(zhuǎn)后得到的結(jié)構(gòu)相應(yīng)，與第一諧振板161的電極相比，第二諧振器的兩個(gè)主表面上的電極被垂直翻轉(zhuǎn)。
圖47所示的梯形濾波器160是這樣獲得的將上述各元件疊放起來，并且在所獲的層狀物上設(shè)置端子電極160a到106f。在本實(shí)施例中，梯形濾波器160還可以作為一個(gè)兩級(jí)濾波器來驅(qū)動(dòng)，只要用外部電極160a和160d作為輸出端，外部電極160作為輸入端，外部電極160b接地，外部電極160e和160f連到一起即可。
第七實(shí)施例圖48是本發(fā)明實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖，圖49是其外觀立體圖。
根據(jù)本實(shí)施例，第一表面基片171、諧振板172到175以及表面基片176相互疊放在一起。
表面基片171和176及諧振板172到175被相互粘接到一起，粘接劑按矩形涂布到這些元件的一個(gè)或兩個(gè)表面上，以構(gòu)成一個(gè)空間，不會(huì)抑制諧振器的振動(dòng)。
第一和第二間隔板178和179粘接到第一類能陷壓電諧振器177的側(cè)部，從而構(gòu)成諧振板172。固定件182和183通過支承件連接到一個(gè)矩形板狀壓電振動(dòng)件181上，從而構(gòu)成該壓電諧振器177。在壓電諧振件181中，第一和第二諧振電極180a和180b分別設(shè)置在其上下表面。在本實(shí)施例中，壓電振動(dòng)件181的上表面的邊比b/a設(shè)定在滿足方程(1)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)，假設(shè)a和b分別代表短邊長(zhǎng)度和長(zhǎng)邊長(zhǎng)度。因此振動(dòng)能量被有效地捕集在壓電振動(dòng)件181中。
諧振板175的結(jié)構(gòu)與諧振板172的基本類似，但是前者與后者的區(qū)別在于鉛電極的位置不同，所述的電極設(shè)置在與諧振電極180a和180b電連接的固定件182和183上。
在諧振板172和175中，第一和第二諧振電極180a和180b的面積顯著小于壓電振動(dòng)件181主表面的面積。因此，電極180a和180b之間的電容做得比較小。
另一方面，諧振板173采用了第一類能陷壓電諧振器185，該諧振器185則應(yīng)用了橫向膨脹態(tài)。第一和第二間隔板186和187粘接到壓電諧振器185的側(cè)部。壓電諧振器185在結(jié)構(gòu)上與壓電諧振器177類似，只是諧振電極不同。因此，相同的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，以免贅述。在壓電諧振器185中，第一和第二諧振電極188a和188b設(shè)置在壓電振動(dòng)件181的上表面和下表面上，它們所占的面積明顯較大，但又未到達(dá)外緣。因此，諧振電極188a和188b間的電容明顯大于壓電諧振器177的諧振電極180a和180b之間的電容。
壓電諧振器185也具有壓電振動(dòng)件181，用以構(gòu)成第一類能陷壓電諧振器，于是振動(dòng)能量被有效地捕集到壓電振動(dòng)件181中。
本實(shí)施例的梯形濾波器170是這樣獲得的將上述表面基片171和176及諧振板172到175疊放起來，并設(shè)置規(guī)定的外部電極。
如圖49所示，外部電極189a到189c以及189d到189f設(shè)置在構(gòu)成梯形濾波器170的層狀物的側(cè)表面上。當(dāng)外部電極189a作為輸出端、外部電極189b和189e接地、外部電極189c作為輸入端時(shí)，上述梯形濾波器170可以作為一個(gè)兩級(jí)式濾波器。在這種情況下，壓電諧振器177構(gòu)成串聯(lián)諧振器，而電容較大的壓電諧振器185則構(gòu)成并聯(lián)諧振器。另外，電極189d具有功能連接的端子電極A到C，外部電極189d和189f是虛設(shè)外部電極，未被用作連接梯形濾波器170的外部驅(qū)動(dòng)電路的電極。
第八實(shí)施例圖50是本發(fā)明第八實(shí)施例的梯形濾波器的分解立體圖。在本實(shí)施例的梯形濾波器中，若干壓電諧振器疊放在由底座基片191和蓋件192構(gòu)成的空間中。底座基片191由適當(dāng)?shù)慕^緣材料制成，例如絕緣陶瓷、鋁土或合成樹脂。若干導(dǎo)電連接件191a到191e以分散的方式設(shè)置在底座基片191上，這些導(dǎo)電連接件191a到191e與壓電諧振器的鉛電極電連接(容后詳述)，或與外部電極191f到191h和191j連接。這些外部電極設(shè)置在底座基片191的側(cè)表面上。
蓋件192用適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，例如合成樹脂或金屬，并且其下部有一個(gè)孔。蓋件192的這個(gè)孔的面積小于底座基片191的上表面積，這樣，蓋件192的下端面就可以用絕緣膠或類似物粘接到底座基片191的上表面上。于是，蓋件192就與底座基片191成為一個(gè)整體。另外，蓋件192的孔還可以選擇尺寸，以便與底座基片191的側(cè)面接觸。
與第七實(shí)施例所用的壓電諧振器相應(yīng)，本實(shí)施例中采用了壓電諧振器對(duì)177和185，并且疊放起來，如圖50所示。導(dǎo)電膠或類似物192A到195被采用，以構(gòu)成若干空間(未示出)，從而允許壓電諧振器177和185之間及下壓電諧振器177和底座基片191之間豎向布置的壓電諧振器177和185進(jìn)行振動(dòng)。也就是說，如圖50所示的處于分離狀態(tài)的導(dǎo)電膠192A到195被施加到疊放著的壓電諧振器177和185上。舉例來說，導(dǎo)電膠192A適于把上壓電諧振器177和185相互粘接在一起，該導(dǎo)電膠以規(guī)定的厚度夾在上述壓電諧振器177和185和的固定件之間。于是，在上壓電諧振器177和185之間構(gòu)成規(guī)定厚度的空間，以便允許這兩個(gè)壓電諧振器177和185的壓電振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。進(jìn)一步來說，導(dǎo)電膠192被涂布直到上壓電諧振器177的固定件182和183的外周緣，以便與電極182a到182c及183a到183c電連接，這些電極設(shè)置在上述固定件182和183的側(cè)表面上，如圖50所示。其余的導(dǎo)電膠193到195也被制成規(guī)定的厚度，以便構(gòu)成空間，允許上、下壓電諧振器的壓電振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
導(dǎo)電膠193到195與以下元件電連接，即設(shè)置在壓電諧振器側(cè)表面上的電極、設(shè)置在底座基片191上的導(dǎo)電連接件191a到191e或設(shè)置在底座基片191側(cè)表面上的外部電極191f到191k。
同樣，在該實(shí)施中，第一類能陷壓電諧振器對(duì)177和185相互疊放，形成如上所述的兩級(jí)梯形濾波器。此外，在由底座基片191和蓋件192相互連接所形成的空間中，封閉著多個(gè)壓電諧振器177和185，這樣易于形成具有很好的防潮性能的梯形濾波器。
第九實(shí)施例圖51是本發(fā)明第九實(shí)施例梯形濾波器的立體分解圖。
第九實(shí)施例的梯形濾波器是第八實(shí)施例梯形濾波器的改進(jìn)型。
在該實(shí)施例中，片狀梯形濾波器也是由底座基片196和蓋件192構(gòu)成，該底座基片196與底座基片191的結(jié)構(gòu)相似，只是兩者上表面的導(dǎo)電連接件有所不同。
底座基片196上帶有導(dǎo)電連接件196a到196f，這些導(dǎo)電連接件與底座基片196(或同樣具有上述結(jié)構(gòu)的壓電諧振器)側(cè)表面上的外部電極電連接。
根據(jù)本實(shí)施例，多個(gè)板狀壓電諧振器451到454相互疊放。與第八實(shí)施例類似，導(dǎo)電膠或類似物192A到195用來將壓電諧振器454與底座基片196相互粘接，同時(shí)，也將壓電諧振器451到454相互粘接在一起。在圖51的分解圖中說明了導(dǎo)電膠192到195，與第八實(shí)施例相類似，該導(dǎo)電膠被涂布到壓電諧振器451到454的上或下表面上，或涂布到底座基片196的下表面上，而達(dá)到一定的厚度。此外，如果用各向異性的導(dǎo)電膠來代替粘接劑192A到195，則粘接劑不可如圖51側(cè)部所示那樣被分離。在圖51中表示了一個(gè)粘接劑195A，這種各向異性的導(dǎo)電膠也可用于第八實(shí)施例中。
本實(shí)施例的特征是壓電諧振器451到454中的每一個(gè)都由一個(gè)上述第一類能陷壓電諧振器的壓電諧振件構(gòu)成，即橫向膨脹態(tài)的壓電諧振器。壓電諧振器451由沿其厚度方向極化的矩形壓電陶瓷板455構(gòu)成。壓電陶瓷板的上表面451a為矩形，其邊比b/a處于滿足上述方程(1)值的±10%的范圍內(nèi)，設(shè)a和b分別表示矩形的短邊邊長(zhǎng)和長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)，σ表示構(gòu)成上述壓電陶瓷板455的材料的泊松比。此外，第一和第二諧振電極456a以及456b設(shè)置在壓電陶瓷板455的上、下表面上，與壓電諧振器177類似，該電極的面積明顯小于主表面的面積。
當(dāng)在第一和第二諧振電極456a和456b上施加交流電壓時(shí)，壓電諧振器451通過橫向壓電效應(yīng)，以橫向膨脹態(tài)振動(dòng)。在這種情況下，振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)位于壓電陶瓷板455短邊側(cè)表面的中心。根據(jù)本實(shí)施例，在短邊的中心區(qū)域，設(shè)置鉛電極457a到457c和458a到458c，以便粘接壓電諧振器451。
壓電諧振器454的結(jié)構(gòu)與壓電諧振器451的結(jié)構(gòu)基本類似。兩者的區(qū)別僅在于第一和第二諧振電極456a和456b的引出方向，這個(gè)諧振電極設(shè)置在壓電諧振器的上下表面上。
壓電諧振器452的結(jié)構(gòu)與壓電諧振器451的結(jié)構(gòu)相似，只是第一和第二諧振電極457a和457b的尺寸遠(yuǎn)大于諧振電極456a和456b的尺寸。此外，壓電諧振器453的結(jié)構(gòu)也與壓電諧振器452的結(jié)構(gòu)相似，只是它們的電極的引出方向不同。
當(dāng)在設(shè)置于兩個(gè)主表面上的第一和第二諧振電極上施加交流電壓時(shí)，在壓電諧振器452到454的每一個(gè)上激勵(lì)出橫向膨脹態(tài)的振動(dòng)。這種振動(dòng)的諧振能量可以被有效地捕集在所述壓電諧振器452到454的每一個(gè)當(dāng)中。
如上所述，壓電諧振器451到454的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)分別位于其短邊一側(cè)表面的中心區(qū)域，這樣可以將壓電諧振器451到454疊放并固定在一起，并且對(duì)諧振特性基本不產(chǎn)生影響。如上所述，壓電諧振器451到454由導(dǎo)電膠或類似物192A到195在鉛電極157a到157c和158a到158c處粘接在一起。
在本實(shí)施例中，也可以制作一個(gè)兩級(jí)梯形濾波器，這與第七和第八實(shí)施例的梯形濾波器類似。
另外，根據(jù)本實(shí)施例，壓電諧振器451到454僅由第一類壓電諧振器的壓電振動(dòng)件構(gòu)成。因此，上述這些壓電諧振器451到454可以非常容易地制造，并且機(jī)械強(qiáng)度有所改善。
盡管在第九實(shí)施例中，壓電諧振器451到454僅由第一類能陷壓電諧振器的壓電諧振件構(gòu)成，但是一個(gè)與本實(shí)施例類似的梯形濾波器也可以僅由第二類能陷壓電諧振器的壓電振動(dòng)件構(gòu)成。也就上說，壓電諧振器451到454可以由另一些壓電諧振器所替代，這些壓電諧振器只采用上述第二類能陷壓電諧振器的壓電振動(dòng)件。
盡管在第一到第六實(shí)施例中已經(jīng)對(duì)具有壓電諧振器的梯形濾波器作了說明，該壓電諧振器具有動(dòng)態(tài)阻尼器，但是在第一及第三到第六實(shí)施例中的壓電諧振器也可以不帶有動(dòng)態(tài)阻尼器。
<第二類能陷壓電諧振器>
本發(fā)明的第三類壓電諧振器是一種采用本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的新振動(dòng)態(tài)的壓電諧振器。這種新發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)態(tài)將參照?qǐng)D52到56進(jìn)行說明。
如圖52所示，設(shè)置一個(gè)模型，它包括一個(gè)矩形壓電板521、電極522和523，電極設(shè)置在壓電板的整個(gè)主表面上。該壓電板521呈矩形平面狀，并具有矩形的上、下表面。另外，壓電板521沿其厚度、即沿箭頭P被均勻地極化。
當(dāng)交流電壓施加到電極522和523之間使壓電板521振動(dòng)時(shí)，通過用有限元方法對(duì)壓電板521的上或下表面的彎曲振動(dòng)的二次諧波進(jìn)行分析，人們認(rèn)識(shí)到，圖53所示的振動(dòng)態(tài)是在平面狀的壓電板521的一定范圍內(nèi)激勵(lì)起來的。參見表示振動(dòng)態(tài)的圖53，該振動(dòng)態(tài)用有限元法進(jìn)行了分析，壓電板521的初始形狀由線A表面，振動(dòng)在線B所示的位移狀態(tài)及一個(gè)與線B所示狀態(tài)相反的狀態(tài)之間重復(fù)進(jìn)行。
業(yè)已證實(shí)，壓電板521被激勵(lì)，發(fā)生上述二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)，當(dāng)該壓電板521被固定在沿兩個(gè)短邊的一對(duì)側(cè)表面上的一端時(shí)，振動(dòng)能量的捕集情況如圖54所示。圖54表示用有限元法分析出的位移分布情況，連接件522連接到壓電板521的短邊上的側(cè)表面521a上。另一個(gè)連接件523連接到另一個(gè)側(cè)表面521b的一端，該另一側(cè)表面沿另一短邊延伸。在這種情況下，連接件522和523連接到壓電板521上表面的對(duì)角線的兩端。
從圖54中可以清楚地看到，當(dāng)連接件522和523被連接到振動(dòng)板521上從而將其固定時(shí)，在位移狀態(tài)C中，沒有位移波及到連接件522和523的外邊。換句話說，顯然可以把壓電板521的二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)捕集在連接件522和523之間。
圖55表示圖54所示的位移狀態(tài)C的電荷分布情況。正極區(qū)沿著壓電板521上表面上的假想線D延伸，該假想線基本上沿著一條對(duì)角線延伸。此外，具有強(qiáng)的負(fù)極性電勢(shì)的部分出現(xiàn)在靠近另一對(duì)角線的轉(zhuǎn)角處。
為在圖54的位移狀態(tài)C和另一與之相反的狀態(tài)之間通過連接上述連接件522和523激勵(lì)起強(qiáng)烈的振動(dòng)，可以設(shè)想將諧振電極根據(jù)圖55所示的電荷分布情況設(shè)置。
當(dāng)連接件522和523被連接到矩形壓電板521，并且電壓加到設(shè)置在兩個(gè)表面上的電極之間時(shí)，二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)被強(qiáng)烈地激勵(lì)，這種振動(dòng)的能量被捕集在連接件522和523之間的那部分中。人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，只有當(dāng)壓電板521的尺寸處于特定范圍內(nèi)時(shí)才能得到上述效果。
本發(fā)明人采用了多個(gè)各種材料制成的壓電板521的樣品，以便在每個(gè)樣品中激勵(lì)振動(dòng)，該振動(dòng)在圖54所示的位移狀態(tài)C和與之相反的一個(gè)狀態(tài)之間重復(fù)進(jìn)行，由此認(rèn)識(shí)到，當(dāng)邊比b/a的值滿足上述方程(3)時(shí)，上述振動(dòng)被強(qiáng)烈地激勵(lì)起來，并且振動(dòng)能量被有效地捕集到第一和第二連接件522和523之間的部分中。在上述方程(3)中，假設(shè)a和b分別代表壓電板521的矩形表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ表示壓電板所用材料的泊松比。也就是說，本發(fā)明人用各種壓電材料按各種邊比b/a制作了多個(gè)樣品，以便用有限元方法對(duì)振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，如圖54所示。分析結(jié)果顯示，為有效地將二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)捕集到連接件522以及523之間的部分中，邊比b/a和制作壓電板521的材料的泊松比σ可以滿足圖56A所示的關(guān)系。從圖56A所示的結(jié)果可以看出，短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度a和b可以進(jìn)行選擇，以便使邊比b/a為b/a＝0.3σ+1.48另外，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)邊比b/a是(0.3σ+1.48)的值的整數(shù)倍時(shí)，振動(dòng)能量也可以被類似于上述那樣被捕集。
另外，本發(fā)明人還采用了由具有一定泊松比σ的壓電材料制成的壓電板，并且在0.85-1.11的范圍內(nèi)改變方程(3)中的整數(shù)n，以測(cè)量圖54中顯示最小值的點(diǎn)P處的位移量與顯示最大值的點(diǎn)Q處的位移量之比，即相對(duì)位移(%)。其結(jié)果在圖56B中顯示出來。
從圖56B中可以清楚地看到，當(dāng)值n處于0.9-1.1范圍內(nèi)時(shí)，相對(duì)位移不大于10%。另一方面，人們認(rèn)識(shí)到當(dāng)相對(duì)位移不大于10%時(shí)，在諧振器的結(jié)構(gòu)中基本上不會(huì)產(chǎn)生問題。因此，當(dāng)邊比b/a處于滿足方程(1)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)時(shí)，可以有效地把振動(dòng)能量捕集到壓電振動(dòng)件中。
如上所述，人們認(rèn)識(shí)到，可以通過把壓電振動(dòng)件的邊比b/a限定在滿足方程(3)的一個(gè)值的±10%的范圍內(nèi)來提供一種具有優(yōu)良能陷效率的壓電諧振器，而該壓電振動(dòng)件具有長(zhǎng)度為a的短邊和長(zhǎng)度為b的長(zhǎng)邊，并且壓電板所用材料的泊松比為σ。關(guān)于上述二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)，業(yè)已證實(shí)當(dāng)沒有連接件522和523連接到壓電板521上時(shí)，該振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在矩形表面的中心以及沿兩短邊的側(cè)表面的中心處。
第三類壓電諧振器的實(shí)例圖57是表示第三類壓電諧振器531的實(shí)施例的平面圖，圖58是表示壓電板下表面上設(shè)置的電極的形狀的平面圖。
壓電諧振器531具有一個(gè)矩形壓電板532、支承件533和534以及固定件535和536。該壓電板532由壓電材料制成，例如由鈦鋯酸鉛壓電陶瓷制成。舉例來說，當(dāng)壓電板由壓電陶瓷制造時(shí)，壓電板532沿其厚度方向被均勻地極化。該壓電板532為矩形平面形狀。第一支承件533被連接到沿短邊的第一側(cè)表面532a的一端上，而第二支承件534被連接到沿另一短邊的第二側(cè)表面532b的一端上。另外，固定件535和536的面積大于支承件533和534，并分別連接到支承件533和534的外側(cè)表面上。
在壓電諧振器531中，壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、第一固定件535和第二固定件536是通過加工一塊單片壓電板，并在該壓電板上開設(shè)凹槽537和538而構(gòu)成。也就是說，壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、固定件535和536是由相同的材料制成一體的。另外，壓電板532、第一支承件533、第二支承件534、第一固定件535和第二固定件536可以由分離的元件構(gòu)成，將它們用粘接劑或類似物相互粘接成一體。
壓電板532具有矩形平面狀，其邊比b/a處于滿足上述方程(3)值的±10%的范圍內(nèi)，設(shè)a和b分別表示矩形表面的短邊邊長(zhǎng)和長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)，σ表示構(gòu)成上述壓電板532的材料的泊松比。
第一諧振電極538形成于壓電板532的上表面，而第二諧振電極539則形成于壓電板532的下表面，并穿過該壓電板與第一諧振電極538相對(duì)置。第一和第二諧振板538和539基本上與圖55中所示的正極區(qū)相對(duì)應(yīng)。也就是說，第一和第二諧振電極538和539沿著圖55中所示的點(diǎn)劃線D方向延伸，即基本上沿著一條對(duì)角線方向延伸。
鉛電極540形成于第二固定件536上，而鉛電極541則形成于第一固定件535的下表面上。第一諧振電極538通過導(dǎo)電連接件542與鉛電極540電連接，而第二諧振電極539則通過導(dǎo)電連接件543與鉛電極541電連接。
當(dāng)交流電施加于壓電諧振器531的兩鉛電極540和541之間時(shí)，則交流電壓便施加在第一和第二諧振電極538和539之間，因此強(qiáng)烈激勵(lì)出上述二次諧波的彎曲態(tài)振動(dòng)。
在這種情況下，壓電板532的長(zhǎng)邊與短邊的邊長(zhǎng)之比，即邊比b/a處于滿足方程(3)值的±10%的范圍內(nèi)，因而，振動(dòng)被有效地捕集在支承件533和534中。即使壓電板532是通過固定件535和536機(jī)械固定，諧振特性也幾乎不受影響。換句話說，可以提供出一種將振動(dòng)能量有效地捕集在支承件533和534中的能陷型壓電諧振器531。
第十實(shí)施例圖59到61分別表示出了本發(fā)明第十實(shí)施例的梯形濾波器的立體分解圖、一個(gè)表示間隔板的立體圖和一個(gè)表示梯形濾波器的外觀圖。
參見圖59，諧振板581和582以及第一和第二表面基片583和584在第十實(shí)施例中被疊放在一起。在所述第二表面基片584的上表面形成一個(gè)凹槽，而在第一表面基片583的下表面上也形成有一凹槽。
所述諧振板581的結(jié)構(gòu)是通過將第一和第二間隔板585和586粘接在采用切變態(tài)的第二類壓電諧振器554的兩側(cè)而形成的。另外，諧振板582的結(jié)構(gòu)是通過將第一和第二間隔板587和588粘接在第三類壓電諧振器531B的兩側(cè)部而形成的。
壓電諧振器531B的結(jié)構(gòu)類似于圖57中所示的壓電諧振器531的結(jié)構(gòu)。兩者的主要區(qū)別在于導(dǎo)電連接件和設(shè)有鉛電極的部分的形狀。
第一和第二間隔板585、586、587和588的結(jié)構(gòu)與圖29所示的第一和第二間隔板29和30相類似。
在本實(shí)施例梯形濾波器中，第一和第二諧振板581和582經(jīng)圖60所示的間隔板589相互疊放在一起。
在第一和第二諧振板581和582相互疊放后，矩形框架狀的間隔板589插入其中，以確保壓電諧振器554和第一壓電諧振器531B的振動(dòng)部分有一個(gè)振動(dòng)空間。
通過將諧振板581和582如上所述疊放起來，并且將第一和第二表面基片583和584粘接在層狀結(jié)構(gòu)的上下部分，就可以獲得如圖61所示的層狀物590。另外，在層狀物590的兩個(gè)側(cè)面上設(shè)置外部電極590a、590b、590c和590d，即可獲得一種梯形濾波器591。
通過將外部電極590a用作輸入端，將外部電極590b與一參考電位相連，并將外部電極590c和590d一起用作輸出端，便可以將該梯形濾波器591作為圖62所示的一級(jí)梯形濾波器來驅(qū)動(dòng)。
其它從以上第一到第十實(shí)施例中可以清楚地看出，在本發(fā)明的梯形濾波器中，至少需要兩層壓電諧振器相互疊置而成，這樣可以很容易地得到一種片狀的梯形濾波器。此外，在第一至第四種壓電諧振器中，振動(dòng)能量能夠有效地被捕集到壓電振動(dòng)件中(如上所述)，這樣，即使壓電諧振器是被機(jī)械地固定到固定件上，壓電諧振器的諧振特性也幾乎不會(huì)受到影響。因此，參照第一至第十實(shí)施例，當(dāng)壓電諧振器在固定件處與其它元件相連時(shí)，每個(gè)壓電諧振器都可以得到所需的諧振特性。這樣便能可靠地得到一個(gè)具有穩(wěn)定特性的梯形濾波器。
在需要時(shí)，將第一壓電諧振器和附加壓電諧振器相互粘接、將第一和第二間隔板在其兩側(cè)相互粘接構(gòu)成第一至第十實(shí)施例所述的諧振板;但是諧振板也可由相同材料整體制成。例如，在圖29所示的實(shí)施例中，矩形壓電諧振板可以這樣制備，即用激光束或類似物將平面狀的諧振板22制成規(guī)定的形狀，并在其兩個(gè)表面加工出預(yù)定的電極形狀，從而得到諧振板22。在這種情況下，因?yàn)橹C振板22是一個(gè)整體元件，所以可以省略諧振板22外周邊上的粘接部分，以改善片狀濾波器的防潮性能。也就是說，這樣得到的片狀濾波器的諧振板22的側(cè)面能夠避免潮濕滲入。
采用切變態(tài)的第四類壓電諧振器在第一至三實(shí)施例的壓電諧振器中，是一種與第一類壓電諧振器相結(jié)合的壓電諧振器。但是這類壓電諧振器也可以由另一種如采用橫向膨脹態(tài)或縱向膨脹態(tài)的能陷型壓電諧振器制備出來。
此外，第三類壓電諧振器的電極形狀并不僅限于圖57和58所示的形狀。例如圖63和64所示，一對(duì)第一諧振電極601a和601b可以設(shè)置在壓電振動(dòng)件600的上表面上，而一對(duì)第二諧振電極602a和602b則設(shè)置在壓電振動(dòng)件的下表面上，其位置分別與第一諧振電極601a和601b相對(duì)。在這種情況下，第一和第二諧振電極601a和602b設(shè)置在如圖55所示電荷分布中具有強(qiáng)負(fù)極性的部分中。因此，雖然所述壓振動(dòng)件600與圖57所示的壓電諧振器531的相位不同，2m度的彎曲態(tài)振動(dòng)也會(huì)被可靠地激勵(lì)起來，以便將能量捕集在壓電振動(dòng)件600中。
盡管上面已對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，顯然它們只是用于說明本發(fā)明的例子而不是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的宗旨和范圍僅由所附的權(quán)利要求書的條款來限定。
權(quán)利要求
1.一種梯形濾波器，它包括至少一個(gè)構(gòu)成串聯(lián)支路的串聯(lián)諧振器，至少一個(gè)構(gòu)成并聯(lián)支路的并聯(lián)諧振器，該梯形濾器還包括至少一個(gè)板狀諧振器，至少一個(gè)疊放在至少一個(gè)上述諧振器上的附加的板狀諧振器，串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是能陷型諧振器，其具有板狀壓電振動(dòng)件、一個(gè)連接到上述壓電振動(dòng)件上的支承件、以及一個(gè)連接到上述支承件上的固定件。
2.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是采用橫向膨脹態(tài)的能陷型諧振器，它包括一個(gè)矩形板狀壓電振動(dòng)器，其邊比b/a處于下列值b/a＝n(-1.47σ+1.88) …方程(1)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表上述壓電振動(dòng)件的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電振動(dòng)件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件的每個(gè)短邊中心處的支承件以及一個(gè)連接到該支承件外端的固定件。
3.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是切變態(tài)能陷型壓電諧振器，它包括一個(gè)帶有沿一方向極化的板形壓電元件的壓電振動(dòng)件，及設(shè)置在該壓電元件上并垂直于極化方向施加交流電壓的第一和第二諧振電極，一個(gè)平行于該極化方向并呈矩形的壓電表面，其邊比b/a處于下列值b/a＝n(0.3σ+1.48) …方程(2)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表上述矩形表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電元件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件上的支承件以及一個(gè)連接到該支承件上的固定件。
4.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是第一類壓電諧振器，它包括一個(gè)具有一對(duì)相對(duì)的矩形表面及連接這對(duì)矩形表面的四個(gè)側(cè)表面的板狀壓電振動(dòng)件，設(shè)置在壓電振動(dòng)件的這對(duì)矩形表面上的第一和第二諧振電極，沿矩形表面的每個(gè)短邊連接到壓電振動(dòng)件側(cè)表面一端上的支承件，以及連接到該支承上的固定件，邊比b/a設(shè)定在下述值b/a＝n(0.3σ+1.48) …方程(3)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表矩形表面的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電振動(dòng)件所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，這樣構(gòu)成的第一類壓電諧振器通過壓電的橫向效應(yīng)，可激勵(lì)出2n(n為整數(shù))度的彎曲態(tài)振動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1到4之一所述的梯形濾波器，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)設(shè)置在壓電振動(dòng)件和上述支承件之間的動(dòng)態(tài)阻尼器。
6.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于上述支承件和上述固定件被連接到上述壓電振動(dòng)件的每一側(cè)。
7.如權(quán)利要求1或6所述的梯形濾波器，其特征在于進(jìn)一步包括第一和第二表面基片，至少一個(gè)上述諧振器及至少一個(gè)上述附加諧振器固定在上述第一和第二表面基片之間。
8.如權(quán)利要求1或6所述的梯形濾波器，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)底座基片和一個(gè)固定到該底座基片上的蓋件，至少兩個(gè)串聯(lián)諧振器疊放在該底座基片上，固定在底座基片上的所述蓋件將相互疊放的若干諧振器封閉起來。
9.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于所述串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的每一個(gè)均具有一個(gè)板狀壓電振動(dòng)件，和在該壓電振動(dòng)件兩側(cè)設(shè)置的并與該壓電振動(dòng)件相連的支承件，以及與該支承件連接的固定件。
10.如權(quán)利要求9所述的梯形濾波器，其特征在于第一和第二間隔板設(shè)置在固定件相互連接方向的兩側(cè)，這些固定件設(shè)置在壓電諧振器的兩側(cè)，從而上述壓電諧振器及第一和第二間隔板就構(gòu)成了一個(gè)諧振板。
11.如權(quán)利要求10所述的梯形濾波器，其特征在于上述構(gòu)成諧振板的壓電諧振器及第一和第二間隔板被制成一個(gè)整體。
12.如權(quán)利要求9所述的梯形濾波器，其特征在于至少一個(gè)附加壓電諧振器連接到上述固定件相互連接方向的至少一側(cè)，這些固定件設(shè)置在壓電諧振器的兩側(cè)，從而允許壓電振動(dòng)件進(jìn)行振動(dòng)。
13.如權(quán)利要求12所述的梯形濾波器，其特征在于第一和第二間隔板連接到連接件的兩側(cè)，以允許上述壓電振動(dòng)器振動(dòng)，從而構(gòu)成一諧振板，該連接件是用于上述壓電諧振器及至少一個(gè)與其連接的壓電諧振器上的。
14.如權(quán)利要求13所述的梯形濾波器，其特征在于構(gòu)成諧振板的上述若干壓電諧振器及第一和第二間隔板被制成一個(gè)整體。
15.如權(quán)利要求1所述的梯形濾波器，其特征在于進(jìn)一步包括設(shè)置在上述壓電振動(dòng)件上的第一和第二諧振電極，設(shè)置在上述固定件上的一個(gè)鉛電極，上述第一和第二諧振電極電連接到上述鉛電極上。
16.如權(quán)利要求15所述的梯形濾波器，其特征在于進(jìn)一步包括若干設(shè)置在梯形濾波器外表面上的外部電極，上述這些外部電極電連接到所述的鉛電極上。
17.一種梯形濾波器，它包括至少一個(gè)構(gòu)成串聯(lián)支路的串聯(lián)諧振器，至少一個(gè)構(gòu)成并聯(lián)支路的并聯(lián)諧振器，該梯形濾器還包括至少一個(gè)矩形板狀的諧振器，至少一個(gè)疊放在至少一個(gè)上述矩形板狀諧振器上的附加的矩形板狀諧振器，所述串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是矩形板狀諧振器，其邊比b/a處于下述值b/a＝n(-1.47σ+1.88) …方程(1)的±10%的范圍內(nèi)，其中a和b分別代表上述壓電諧振器的短邊和長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度，σ代表壓電諧振器所用材料的泊松比，n代表一個(gè)整數(shù)，上述壓電諧振器是一種采用橫向膨脹態(tài)的能陷型壓電諧振器。
18.如權(quán)利要求17所述的梯形濾波器，其特征在于上述串聯(lián)和并聯(lián)諧振器中的每一個(gè)均由上述采用橫向膨脹態(tài)的能陷型壓電諧振器構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求18所述的梯形濾波器，其特征在于上述若干能陷型壓電諧振器中相鄰的壓電諧振器的主表面，在靠近短邊中心處被相互粘接起來。
20.如權(quán)利要求19所述的梯形濾波器，其特征在于上述壓電諧振器被粘接劑層相互粘接起來，該粘接劑層具有規(guī)定的厚度，以便構(gòu)成若干空間，允許相互粘接到一起的兩個(gè)壓電諧振器進(jìn)行振動(dòng)。
全文摘要
一種梯形濾波器，包括若干串聯(lián)諧振器和若干并聯(lián)諧振器連接而成的電路結(jié)構(gòu)。至少一個(gè)板狀串聯(lián)諧振器和至少一個(gè)板狀并聯(lián)諧振器相互疊放，串聯(lián)諧振器和并聯(lián)諧振器中的至少一個(gè)是能陷型壓電諧振器，其具有一個(gè)板狀壓電振動(dòng)件，一個(gè)連接到該壓電振動(dòng)件上的支承件以及一個(gè)連接到該支承件上的固定件。
文檔編號(hào)H03H9/10GK1105489SQ9410864
公開日1995年7月19日 申請(qǐng)日期1994年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月17日
發(fā)明者開田弘明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所