[发明专利]一种基于声表面波-集总元件组合谐振器及带通滤波器

说明书

本发明涉及一种基于声表面波‑集总元件组合谐振器及带通滤波器，属于通信技术领域，它包括声表面波SAW谐振器，声表面波SAW谐振器包括由叉指换能器和对称分布于叉指换能器左右两侧的反射栅组成，在声表面波SAW谐振器上并联有一集总电感组成组合SAW‑LC谐振器，在组合SAW‑LC谐振器上形成一个极点，以及位于极点左右两侧的传输零点，传输零点与极点相互解耦。本发明采用SAW‑LC谐振器在极点两侧分别产生一个传输零点，左侧的传输零点Q值较高，对于阻带抑制有明显的提升效果，此零点的位置随外加电感值的变化而变化，可以灵活配置每个谐振器所带来的零点的位置，实现较高的阻带抑制和较好的通带矩形度。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于声表面波-集总元件组合谐振器及带通滤波器。

背景技术

随着5G时代的到来，终端产品所需要支持的频段越来越多，Sub 6GHz频段的无线通信信道日益拥挤，具有信道选择作用的带通滤波器发挥着越来越重要的作用；一方面，高质量、高码率、低功耗的无线通信系统要求带通滤波器具有较宽的通带带宽和尽可能低的插入损耗；另一方面，对于相邻信道频率间隔越来越窄的通信应用场景，就要求滤波器具有较高的带外抑制水平和较高的矩形系数，例如长期演进技术LTE中的频分双工（FDD）Band 8频段，其上行发射（TX）通信频率为880-915 MHz，下行接收（RX）通信频率为925-960 MHz，两频段之间的频率间隔仅为10 MHz，为了避免大功率的发射信号泄露进入接收端，造成串扰和接收模块的烧毁，RX滤波器就必须具有较高的左侧带外抑制和陡峭度。

与此同时，无线通信系统的小型化、集成化发展趋势要求滤波器的尺寸越来越小，传统的基于印刷电路板（PCB）的微带线、共面波导、基片集成波导（SIW）等滤波器难以集成于移动终端之中。专利CN105304981B中所提供的覆盖Ka波段的波导滤波器具有宽频带和高抑制等优点，然而庞大的体积和高昂的成本使其并不适合于Sub 6 GHz频段的通信应用场景之中。中国电子科技集团公司第二十六研究所在专利CN214672909U中提出了一种使用陶瓷介质的高抑制宽带介质滤波器，其尺寸相比传统的金属腔体滤波器有所减小，然而依然无法集成于通信模组或系统级封装（SIP）中。

基于集总元件的LC滤波器可以表贴于电路板表面，具有较高的集成度和更广的结构灵活性，然而，集总元件的质量因数Q值较低，容易带来较高的损耗和较差的带外抑制。为了实现更高的集成度并在一定程度上提高LC滤波器在高频应用场景下的Q值，专利CN114567282B提出了一种基于GaAs工艺的高选择性IPD滤波器，这种滤波器芯片可应用于5G N77频段，具有较好的抑制性能。然而，IPD器件加工工艺复杂，成本昂贵，其中，电容器由叠层电容实现，而电感器则由绕线电感实现，这大大限制了其在诸如L波段等较低频段的应用，此时，电感的尺寸将由于导波波长的增加而显著增大，芯片面积和量产成本也将相应扩大。

如今，包括声表面波（SAW）和体声波（BAW）在内的基于压电材料的声波滤波器因其极小的尺寸和优异的滤波性能而越来越多的应用于无线通信系统之中。传统的声波滤波器的实现形式包括阶梯型（Ladder）结构和多模谐振结构（DMS）等。前者被广泛应用于SAW和BAW的TX滤波器和双工器之中，其通过级联和并联声波谐振器实现带内极点的耦合和带外零点的灵活分布。而后者（CN113746449）则更多应用于SAW滤波器之中，其同时激励起多个谐振模式，形成类似于3阶切比雪夫滤波响应的宽带滤波曲线。然而，这类单纯基于压电效应的声波滤波器的相对带宽受限于所使用材料的机电耦合系数，在宽带应用场景中表现乏力。同时，基于声波谐振器的带通滤波器的带外抑制水平取决于级联声波谐振器的个数，即滤波器的阶数，在一些对某一侧带外抑制较高的应用场景中，增加阶数也意味着更多的损耗，这对于提高通信信噪比是不利的。