[发明专利]基于相位扰动层的高线性相位薄膜体声波滤波器

说明书

本发明公开基于相位扰动层的高线性相位薄膜体声波滤波器，属于基本电气元件的技术领域。薄膜体声波滤波器由串联谐振器和并联谐振器级联而成，其基本结构均包括表面带有凹槽的衬底，位于衬底上的底电极层、位于底电极上的压电层、位于压电层的顶电极层，部分或全部串联谐振器还包括位于顶电极层上方或下方的相位扰动层。在不增加外围元器件，也不改变滤波器原有各层结构位置、形状、布局的情况下，仅仅通过增加相位扰动层在滤波器右半通带对相位响应曲线引入扰动，在滤波器滚降不变、矩形系数不变的情况下大幅提升滤波器的线性相位度，且具有不增加滤波器设计难度以及不影响薄膜体声波滤波器小型化的优势。

技术领域

本发明涉及滤波器设计技术，特别是涉及基于相位扰动层的高线性相位薄膜体声波滤波器，属于基本电气元件的技术领域。

背景技术

通信系统的快速发展对滤波器的尺寸和性能提出了越来越高的要求。薄膜体声波滤波器因其具有体积小、插损低、矩形系数高的优势在各通信系统中得到广泛应用。为了保证信号的无失真传输，一般要求信号在工作频带内具有平坦的幅度特性和线性的相位特性。因此，对于应用在通信系统中的滤波器的带内平坦度和线性相位度有较高的要求。

目前，对于窄带、高矩形度滤波器(相对带宽小于10％，矩形度小于2.0)，例如声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)滤波器、体声波(BAW，Bulk Acoustic Wave)滤波器，通常仅在距通带中心±0.7％的范围内具有较平坦的相位。以通信系统中的典型需求为例，要求中心频率±4％频率处抑制度达到40dB，相对带宽±1.5％范围内的线性相位度优于25°，这种情况下不能单纯通过展宽滤波器的带宽来提升线性相位度，因为这样会牺牲滚降。因此，对于滚降、抑制度和线性相位度要求均较高的需求，设计极具挑战性。

申请号为CN201120015822.9的中国专利公开了一种线性相位滤波器，其主要原理是在谐振器之间引入交叉耦合，在复平面的实轴得到传输零点，通过改变传输零点的位置来提高滤波器的线性相位度，这种对复数传输零点位置控制的方法适合于传统的腔体滤波器、微带滤波器、以及介质滤波器等通过零、极点调控的滤波器。薄膜体声波滤波器属于声学滤波器，其工作原理不同于传统的滤波器，相邻谐振器之间不存在直接耦合或交叉耦合，其主要是利用压电材料的电能—机械能转换能力，由交变电场激励起体声波的谐振。

申请号为CN201911086686.X的中国专利公开了另一种基于负群时延电路的宽带线性相位滤波器，提出了一种在滤波器前级增加功分器、负群时延电路单元，后级增加负群时延电路单元、合路器的结构来减小群时延波动，提高滤波器的线性相位响应，这种结构增加了整个滤波单元的电路尺寸，不适用于目前小型化的需求。

目前，尚未在公开报道中看到关于既不使用外部元件，且不改变薄膜体声波滤波器拓扑结构，也不改变通带带宽，仅通过薄膜体声波谐振器器件自身设计得以提高薄膜体声波滤波器线性相位度的技术。本发明旨在通过一种在薄膜体声波滤波器右半通带对相位响应曲线引入扰动以实现对薄膜体声波滤波器线性相位度的提升。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供基于相位扰动层的高线性相位薄膜体声波滤波器，在至少一个串联谐振器的顶电极层上制备相位扰动层，通过在薄膜体声波滤波器右半通带对相位曲线引入扰动，在薄膜体声波滤波器通带带宽余量较小的情况下，既不改变拓扑结构又不使用外部元件实现提升薄膜体声波滤波器线性相位度的发明目的，解决现有滤波器线性相位度提升方案不适用于薄膜体声波滤波器以及需以增加电路尺寸为代价的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：