[發明專利]一種低插損壓電聲波帶通濾波器及實現方法

有效

• 申請號: 201310010233.5
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103929148B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 張浩;杜良楨;龐慰;魯勇;祁明可;梁光明
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司;天津大學
• 主分類號: H03H9/54
• 分類號: H03H9/54
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所11308
• 代理人: 秦力軍

技術領域

本發明涉及一種壓電聲波帶通濾波器,特別涉及一種能夠使帶通濾波器通帶的插入損耗低于傳統結構帶通濾波器的電路結構及其相關的實現方法。

背景技術

手持移動通信產品正在迅速地往小型化和輕便化發展，而隨著這些產品尺寸的減小，價格也持續下降，但功能卻逐漸增強。在這微型化的發展浪潮中，作為無線通信系統的關鍵部件，高性能的射頻濾波器扮演著極重要的角色。濾波器廠商面臨著在不改變甚至提高濾波器性能的前提下進一步縮小濾波器體積的任務。而由于手持移動通信產品中各類耗能應用和器件的不斷增加，使得濾波器的低插入損耗對延長通話時間和電池壽命變得非常重要。

利用諧振器設計射頻濾波器電路的拓撲結構主要有梯形結構和網格狀結構，目前在高性能射頻濾波器的設計中，梯形結構的設計方法較為流行。體波BAW諧振器是一種壓電聲波諧振器，主要包括薄膜體聲波諧振器FBAR和固態裝配聲波諧振器SMR。體波諧振器因其高品質因數聞名，包含一個或多個體波諧振器的帶通濾波器已經成為傳統的基于聲表面波SAW諧振器和陶瓷Ceramic諧振器的濾波技術的有力競爭者。

圖1顯示了一個傳統梯形結構聲波帶通濾波器100，它由聲波帶通濾波器單元101，102，……，10n級聯組成。聲波帶通濾波器單元101包括連接在串聯枝上的串聯諧振器101-1和連接在并聯枝上的并聯諧振器101-2。聲波帶通濾波器單元102，103，……，10n與聲波帶通濾波器單元101類似。圖1中構成聲波帶通濾波器單元101，102，……，10n的串聯諧振器101-1，102-1，……，10n-1與并聯諧振器101-2，102-2，……，10n-2可以是薄膜體聲波諧振器（FBAR）或者固態裝配諧振器（SMR）。

圖2顯示了是圖1中串聯諧振器101-1和并聯諧振器101-2的頻率響應曲線，其中，曲線210是圖1中串聯諧振器101-1的頻率響應曲線，曲線220是圖1中并聯諧振器101-2的頻率響應曲線。圖2中橫坐標表示頻率，縱坐標表示阻抗值。諧振器101-1在阻抗達到最小值時的頻率定義為串聯諧振頻率fs101-1，在阻抗達到最大值時的頻率定義為并聯諧振頻率fp101-1；并聯諧振器101-2在阻抗達到最小值時的頻率定義為串聯諧振頻率fs101-2，在阻抗達到最大值時的頻率定義為并聯諧振頻率fp101-2。加工過程中，在并聯諧振器101-2中增加一層頻率調諧層，使得fs101-2小于fs101-1，fp101-2小于fp101-1，且fp101-2等于或接近于fs101-1。在設計聲波帶通濾波器時，如圖1所示的傳統梯形結構聲波帶通濾波器100，所有的串聯枝上的串聯諧振器的串聯諧振頻率和并聯諧振頻率相同，所有的并聯枝上的并聯諧振器的串聯諧振頻率和并聯諧振頻率相同。

聲波諧振器在串聯諧振頻率與并聯諧振頻率范圍之內諧振器等效為高品質因數電感，在串聯諧振頻率與并聯諧振頻率之外等效為高品質因數電容。

圖3所示曲線為是圖1中串聯諧振器101-1與并聯諧振器101-2組成的梯形結構壓電聲波帶通濾波器單元101的頻率響應曲線。通過設計諧振器層疊結構使得并聯諧振器101-2的并聯諧振頻率fp101-2等于或接近于串聯諧振器101-1的串聯諧振頻率fs101-1。當輸入信號頻率在fp101-2附近時，串聯諧振器101-1處于串聯諧振狀態，阻抗值處于極小值附近，并聯諧振器101-2處于并聯諧振狀態，阻抗值處于極大值附近。輸入信號以最小的衰減通過諧振器101-1，而101-2阻抗值達到峰值，起到了最佳的對地隔離效果，所以信號會以最小的衰減通過壓電聲波帶通濾波器單元101。fp101-2或者fs101-1稱為壓電聲波帶通濾波器單元的通帶中心頻率。串聯諧振器101-1在fs101-1附近極低的阻抗值和并聯諧振器101-2在fp101-2附近極高的阻抗值共同保證了濾波器通帶311的性能。當輸入信號頻率小于fs101-2或大于fp101-1時，諧振器等效為電容，電容的大小由諧振器的面積和諧振器上下電極的距離決定。壓電聲波帶通濾波器的帶外抑制性能主要決定于并聯枝上的諧振器面積與串聯枝上的諧振器面積比值大小和級聯的聲波帶通濾波器單元的個數。

綜上，用體波諧振器構成的梯形結構射頻濾波器的通帶插入損耗性能主要由處于并聯枝上的并聯諧振器在其并聯諧振頻率附近的阻抗值和處于串聯枝的串聯諧振器在其串聯諧振頻率附近的阻抗值共同決定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種低插損壓電聲波帶通濾波器及實現方法，能更好地解決壓電聲波帶通濾波器的通帶插入損耗問題。