ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТ Российский патент 1997 года по МПК H03H9/56 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к пьезотехнике, и может быть использовано в устройствах селекции и стабилизации сигналов по частоте, резонаторов, узкополосных и среднеполосных фильтров.

Известны пьезоэлементы на кристаллических пластинах кварца [1] Они обладают высокой термостабильностью.

Недостатком таких пьезоэлементов является невысокий коэффициент электромеханической связи, затрудняющий изготовление фильтров с полосой шире 0,2% и резонаторов с большим диапазоном перестройки.

Известны также пьезоэлементы на кристаллических пластинах ниобата и танталата лития [2] Эти пьезоэлементы имеют высокие коэффициенты электромеханической связи.

Недостатком таких пьезоэлементов является низкая термостабильность.

Известны пьезоэлементы на кристаллических пластинах лангасита La₃Ga₅SiO₁₄ (ЛГС): резонатор, содержащий пару электродов, и монолитный фильтр, содержащий по крайней мере две пары перекрывающих электродов, размещенных на пластине из ЛГС, угол между нормалью к главной грани которой и кристаллографической осью Y выбран равным 1^o50'+1^o [3] Такие пьезоэлементы имеют лучшую термостабильность, чем пьезоэлементы из танталата и ниобата лития, и более высокий коэффициент связи, чем кварцевые пьезоэлементы.

Известны также пьезоэлементы, выполненные из кристалла лантангаллиевого ниобата La₃Ga_5,5Nb_0,5O₁₄ Y-среза и X-среза [4] Эти пьезоэлементы имеют невысокую термостабильность.

Вышеуказанный пьезоэлемент, выполненный из кристалла лантангаллиевого ниобата La₃Ga_5,5Nb_0,5O₁₄, является наиболее близким к заявляемому по технической сущности, количеству сходных существенных признаков и достигаемому результату. Поэтому данное устройство принимаем за прототип.

Недостатком вышеуказанных пьезоустройств является недостаточно высокая термостабильность: уход частоты пьезоэлементов на лангасите, использующих колебания сдвига по толщине, превышает 150•10⁶ в интервале температур -20+70^oC для всех, как для одноповоротных, так и для двуповоротных срезов.

Предлагаемое изобретение решает задачу повышения термостабильности при улучшении других параметров.

Это достигается за счет того, что пьезоэлементы изготавливаются из кристаллических пластин La₃Ga_5,5Nb_0,5O₁₄ среза yx1b/α/β . В соответствии с изобретением угол α между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и ее кристаллографической осью Y в плоскости ZY выбран в пределах - 15^° < α < + 25^°, в угол β между нормалью к главной грани пьезоэлектрической пластины и кристаллографической осью Y в плоскости XY выбран в пределах - 10^° < β < + 10^°.

На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого пьезоэлемента. Пьезоэлемент содержит пластину 1 плосковыпуклую или двояковыпуклую, одну или несколько пар перекрывающихся электродов 2,3 и 4,5 соответственно и выводы 6.

На фиг. 2 приведена температурная характеристика плоского резонатора из ланганита, изготовленного на основе пьезоэлемента yxlb/+7^o/+1,5^o в диапазоне температур -20+75^oC.

На фиг. 3 показана ориентация кристаллической пластины.

Пьезоэлемент работает следующим образом. Напряжение высокой частоты подается на выводы возбуждающих электродов пьезоэлемента и вызывает в нем упругие колебания сдвига по толщине, которые за счет высокой добротности и термостабильности могут быть использованы в резонаторах и монолитных кристаллических фильтрах. При уходе углов α и β за пределы вышеуказанных термостабильность резко падает.

Сравнительные данные пьезоэлементов согласно изобретению и прототипов приведены в таблице.

Из таблицы видно, что пьезоэлемент из ланганита имеет существенно лучшую термостабильность при некотором улучшении коэффициента электромеханической связи по сравнению с прототипом и является наилучшим для большого числа устройств, и в первую очередь для устройств мобильной связи, где необходимы полосы частот 0,2-1% при сдвиге частоты <10^-4.

Источники информации.

1. Bechman R. Frequency-temperature-anqle characteristic of AT and BT type quartz oscillators in an extended temperature range.// Pros. of the IRE. 1960. Vol. 48 N 8, p. 1494.

2. Кочетков Ю.А. Ярославский М.И. Васильев Е.Н. Танталолитиевые резонаторы с колебаниями изгиба в плоскости XY.// Электронная техника. Сер. 5. 1983. Вып. 1(50). С. 52-55.

3. Авторское свидетельство СССР N 1780147, кл. Н 03Н 9/56, 1990.

4. И.М. Сильвестрова, Ю.В. Писаревский, А.А. Каминский, Б.В. Милль. Упругие, пьезоэлектрические и диэлектрические свойства кристаллов La₃Ga_5,5Nb_0,5O₁₄.// ФТТ, том 29, в. 5, 1987.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться при разработке резонаторов и фильтров на объемных акустических волнах. Изобретение решает задачу сочетания высокой термостабильности и высокого коэффициента электромеханической связи. Пьезоэлемент содержит кристаллическую пластину лантангаллиевого ниобата, нормаль которой повернута относительно кристаллографической оси Y до 25^o и относительно оси X до 10^o. 1 табл., 3 ил.

Пьезоэлемент для устройств на объемных упругих волнах из пьезоэлектрического кристалла лантагаллиевого ниобата La₃Ga_5,5Nb_0,5O₁₄ среза yxlb/α/β, имеющий одну или несколько пар электродов, отличающийся тем, что угол α между нормалью к главной грани пьезоэлемента и ее кристаллофизической осью Y лежит в пределах - 10^° < α < 25^°, а угол β между кристаллофизической плоскостью ZY и нормалью к главной грани пьезоэлемента лежит в пределах - 10^° < β < 10^°.г