[发明专利]微波声波滤波器的改进设计

说明书

技术领域

本发明总体上涉及微波滤波器，且更具体地，涉及声波微波滤波器。

背景技术

在1910年左右，开始研制用于通信应用的频率选择的电气信号滤波器，用于电报和电话使用中，尤其用于多路复用和解复用在长距离电缆和无线链路上携带的通信信号信道。其中，在20世纪20年代，贝尔实验室研发了称为“图像”或“图像参数”设计方法的滤波器设计方法(见George A.Campbell,Physical Theory of the Electric Wave Filter,The Bell System Technical Journal,Volume I,No.2(1922年11月)；Otto J.Zobel,Theory and Design of Uniform and Composite Electric Wave-Filters,The Bell System Technical Journal,Volume II,No.1(1923年1月))。使用这些技术，滤波器被设计为传输线，该传输线在拓扑上分解成通常相同的部分，这些部分具有相同或相似的输入阻抗以及相同或相似的输出阻抗。这些部分通过交替的方式连接，以便相邻部分的输入彼此连接，并且相邻部分的输出彼此连接(即，第一部分的输入连接至第二部分的输入，第二部分的输出连接至第三部分的输出，第三部分的输入连接至第四部分的输入等)。由于输入阻抗或输出阻抗始终彼此相对，所以在通过滤波器传输信号时，在这些部分之间的界面上将没有反射。

通常，图像设计方法产生“初始滤波器设计”。需要更多的设计步骤来产生可以制造的“最终滤波器设计”。这些额外的步骤可以包括：使相似的相邻元件相结合，增加或删除特定的电路元件，以便对滤波器特性产生期望的增强，增加在理想化的电路元件模型中不包含的寄生效应，以便更精确地表示要制造的物理电路，执行电路元件值的计算机优化，以便更好地与期望的要求匹配等。

声波(AW)谐振器(特别是石英体声波(BAW)谐振器)开始用于一些电信号滤波器中。AW谐振器的等效电路具有在称为“谐振”频率和“反谐振频率”的频率中具有小间距的两个谐振(参见K.S.Van Dyke,Piezo-Electric Resonator and its Equivalent Network Proc.IRE,Vol.16,1928,pp.742-764)。图像滤波器设计方法应用于利用这些石英谐振器的滤波器电路中，并且两个AW滤波器电路类型产生“阶梯”和“晶格”AW滤波器设计(参见美国专利号1,795,204；W.P.Mason,Electrical Wave Filters Employing Quartz Crystals as Elements,The Bell System Technical Journal(1934))。在随后的几十年内，由于具有特别窄的带宽，所以石英梯设计通常仅用于单信道滤波器。大部分石英滤波器是混合晶格设计，这些设计允许具有不太窄的带宽，但通常需要电感器。

网络合成设计在20世纪60年代开始出现，这允许具有更多类型的滤波器电路设计，但是也通常需要电感器，与电容器相比，电感器常常在物理上较大并且具有损耗。这些设计处于射频以及更低的频率(<100MHz)，并且使用大块晶体(通常是石英)来制造这些设计。表面声波(SAW)滤波器此时也开始出现。由于换能器损耗，这些设计经受高插入损耗，允许仅在具有中间频率(而非射频)时使用，并且以横向设计(也称为“抽头延迟线”)为基础。

从1992年左右开始，研制了薄膜SAW谐振器和BAW谐振器，并且开始用于微波中(频率>500MHz)。AW阻抗元件滤波器(IEF)设计也可以称为Espenschied型梯形声波滤波器设计(参见O.Ikata等的Development of Low-Loss Bandpass Filters Using Saw Resonators for Portable Telephones,1992Ultrasonics Symposium,pp.111-115)。在SAW和BAW实现方式中由AW IEF带通滤波器设计的图像通常在移动通信装置的射频(RF)前端中用于微波滤波应用。在移动通信工业中最特别重要的是约500-3,500MHz的频率范围。在美国，有多个标准频带用于蜂窝通信中。这些包括频带2(～1800-1900MHz)、频带4(～1700-2100MHz)、频带5(～800-900MHz)、频带13(～700-800MHz)以及频带17(～700-800MHz)；以及出现的其他频带。