[发明专利]一种低插损压电声波带通滤波器及实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电声波带通滤波器,特别涉及一种能够使带通滤波器通带的插入损耗低于传统结构带通滤波器的电路结构及其相关的实现方法。

背景技术

手持移动通信产品正在迅速地往小型化和轻便化发展，而随着这些产品尺寸的减小，价格也持续下降，但功能却逐渐增强。在这微型化的发展浪潮中，作为无线通信系统的关键部件，高性能的射频滤波器扮演着极重要的角色。滤波器厂商面临着在不改变甚至提高滤波器性能的前提下进一步缩小滤波器体积的任务。而由于手持移动通信产品中各类耗能应用和器件的不断增加，使得滤波器的低插入损耗对延长通话时间和电池寿命变得非常重要。

利用谐振器设计射频滤波器电路的拓扑结构主要有梯形结构和网格状结构，目前在高性能射频滤波器的设计中，梯形结构的设计方法较为流行。体波BAW谐振器是一种压电声波谐振器，主要包括薄膜体声波谐振器FBAR和固态装配声波谐振器SMR。体波谐振器因其高品质因数闻名，包含一个或多个体波谐振器的带通滤波器已经成为传统的基于声表面波SAW谐振器和陶瓷Ceramic谐振器的滤波技术的有力竞争者。

图1显示了一个传统梯形结构声波带通滤波器100，它由声波带通滤波器单元101，102，……，10n级联组成。声波带通滤波器单元101包括连接在串联枝上的串联谐振器101-1和连接在并联枝上的并联谐振器101-2。声波带通滤波器单元102，103，……，10n与声波带通滤波器单元101类似。图1中构成声波带通滤波器单元101，102，……，10n的串联谐振器101-1，102-1，……，10n-1与并联谐振器101-2，102-2，……，10n-2可以是薄膜体声波谐振器（FBAR）或者固态装配谐振器（SMR）。

图2显示了是图1中串联谐振器101-1和并联谐振器101-2的频率响应曲线，其中，曲线210是图1中串联谐振器101-1的频率响应曲线，曲线220是图1中并联谐振器101-2的频率响应曲线。图2中横坐标表示频率，纵坐标表示阻抗值。谐振器101-1在阻抗达到最小值时的频率定义为串联谐振频率fs101-1，在阻抗达到最大值时的频率定义为并联谐振频率fp101-1；并联谐振器101-2在阻抗达到最小值时的频率定义为串联谐振频率fs101-2，在阻抗达到最大值时的频率定义为并联谐振频率fp101-2。加工过程中，在并联谐振器101-2中增加一层频率调谐层，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。在设计声波带通滤波器时，如图1所示的传统梯形结构声波带通滤波器100，所有的串联枝上的串联谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率相同，所有的并联枝上的并联谐振器的串联谐振频率和并联谐振频率相同。

声波谐振器在串联谐振频率与并联谐振频率范围之内谐振器等效为高品质因数电感，在串联谐振频率与并联谐振频率之外等效为高品质因数电容。

图3所示曲线为是图1中串联谐振器101-1与并联谐振器101-2组成的梯形结构压电声波带通滤波器单元101的频率响应曲线。通过设计谐振器层叠结构使得并联谐振器101-2的并联谐振频率fp101-2等于或接近于串联谐振器101-1的串联谐振频率fs101-1。当输入信号频率在fp101-2附近时，串联谐振器101-1处于串联谐振状态，阻抗值处于极小值附近，并联谐振器101-2处于并联谐振状态，阻抗值处于极大值附近。输入信号以最小的衰减通过谐振器101-1，而101-2阻抗值达到峰值，起到了最佳的对地隔离效果，所以信号会以最小的衰减通过压电声波带通滤波器单元101。fp101-2或者fs101-1称为压电声波带通滤波器单元的通带中心频率。串联谐振器101-1在fs101-1附近极低的阻抗值和并联谐振器101-2在fp101-2附近极高的阻抗值共同保证了滤波器通带311的性能。当输入信号频率小于fs101-2或大于fp101-1时，谐振器等效为电容，电容的大小由谐振器的面积和谐振器上下电极的距离决定。压电声波带通滤波器的带外抑制性能主要决定于并联枝上的谐振器面积与串联枝上的谐振器面积比值大小和级联的声波带通滤波器单元的个数。

综上，用体波谐振器构成的梯形结构射频滤波器的通带插入损耗性能主要由处于并联枝上的并联谐振器在其并联谐振频率附近的阻抗值和处于串联枝的串联谐振器在其串联谐振频率附近的阻抗值共同决定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低插损压电声波带通滤波器及实现方法，能更好地解决压电声波带通滤波器的通带插入损耗问题。