[发明专利]带阻滤波器

说明书

技术领域

本发明总地涉及滤波技术，特别涉及带阻滤波器。 

背景技术

自从二十世纪六十年代中期以来，表面声波(SAW)器件已被开发并逐步商业化。这些器件通常具有形成于压电晶片上的叉“指”形式的电极(所谓的叉指电极)。当高频信号被施加于输入电极时，在压电晶片上将产生行声波形式的机械振动并被输出电极提取。一般而言，当表面声波的波长和电极“指”的周期相同时，表面声波的振幅是最大的并且器件有较低的电阻抗。阻抗很低的频带定义为“通带”。在通带之外的其它输入频率上，器件表现出具有更高的电阻抗。 

因此，所谓“SAW谐振滤波器”可以制成具有非常精确和窄的(通常具有大于1000的Q因子)带通特性。此外，由于表面声波穿过晶片的速度比电磁波的速度慢100000倍，这种器件通常压缩并形成于单个晶片(die)上。在实践中，这种器件可被用于梯形结构(多个并联和多个串联谐振滤波器共同使用)。这使得可以根据需要调节组合带通特性。 

此类器件具有多种用途，但是却有两个显著缺陷阻碍其在某些应用中使用。首先，利用SAW谐振器制造的带通滤波器通常具有相对较高的、通常为最小1或2dB的插入损耗。就目前的工艺状况而言，对于单级带通梯形滤波器，通带中的插入损耗大约是1dB并且阻带中的抑制大约是15dB。损耗通常是粘弹性衰减和/或当电能转换成声能并在SAW滤波器腔周围传播时的SAW到体声波之间的模式转换而导致的。第二，SAW滤波器的功率处理能力有限。在高功率下，金属电极经受的超声振动最终将使金属晶界迁移。这样，例如，在现有的1800、1900和2100MHz移动通信频带下，这种滤波器很难承受典型手机的500mW至1W的典型发射功率。此外，为了达到适度的功率 处理能力，已经开发了先进的系统。 

SAW带阻滤波器潜在地提供了一种改进的方法。在带阻滤波器中，阻抗的振幅在阻带中最大。在其他输入频率下，在通带中，器件具有低电阻抗。由于SAW带阻滤波器在通带中可被设计以充当叉指变换器(IDT)电容性器件，并且仅在其阻带中呈现出强声波相应，因此这些滤波器可能实现非常低的插入损耗并且处理比相应的带通滤波器高得多的功率。在远离阻带的频率(即，器件的通带)下，器件的声波相应非常弱，由此粘弹性衰减或者模式转换非常小而且可达插入损耗基本上由很少的匹配元件和IDT电容(SAW变换器)的Q来限制。此外，声-电迁移不再那样显著，由此器件能够处理更高的功率并且主要仅由通过IDT的电弧来限制。尽管SAW陷滤波器和带阻滤波器有很大的潜力，但是至今对其的开发工作相对而言非常之少。 

C.S Hartman发表了有关SAW陷波器的一些最早的出版物，包括1986年3月18日公开的美国专利4,577,168，以及C.S Hartman，J.C Andle和M.B.King于1987年Ultrasonics Symposium第一卷第131-138页发表的“SAW陷波器”。提出了实现SAW陷波器的各种技术，其中单相单向变换器(SPUDT)的通带中的电导被用作阻抗元件以构造陷波器。一个例子是使用了SPUDT变换器的阻抗于射频(RF)转换器，其他例子是以SPUDT变换器阻抗元件替代桥T型陷波器中的电容。 

1990年Gopani等人提出了这种技术的一个变化(S.Gopani和B.A.Horine在1990年Ultrasonics Symposium上的“SAW波导耦合谐振陷波器”)，其中两极波导耦合谐振器被嵌入到全通网络中以实现陷波器。Lorenz等人在1998年提出了进一步的改进(P.A.Lorenz和D.F.Thompson在1998年Ultrasonics Symposium上的“宽带宽低开销SAW陷波器”)。这种技术包括将两个单极SAW谐振器串联放置并在它们中间放置并联电感以它们的静态电容外谐振。 

利用带阻滤波器的固有优势，本发明的发明人基于SAW梯形滤波器开发了一种带阻滤波器(2004年3月23日公开的美国专利6,710,677，和S.Beaudin，C.Y.Jian和S.Sychaleun在2002年Ultrasonics Symposium上的“无线系统中的新型SAW带阻滤波器及 其应用”)。这一在先SAW带阻滤波器的设计技术是基于非常著名的带通梯形滤波器的反转，所述滤波器是Y.Sato，O.Ikata，T.Matsuda，T.Nishihara和T.Miyashita在1992年的Proc.Int.Symp.移动通信SAW设备第179-185页发表的“谐振型低损耗滤波器”。