CN100544201C - 一种宽带声表面波可开关滤波器组 - Google Patents
一种宽带声表面波可开关滤波器组 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种宽带低损耗可开关声表面波滤波器组。该滤波器组由制作在印刷电路版上的两组一刀多掷开关和多个声表面波滤波器组成,其中一组开关分别将多个声表面波滤波器的输入端连接在一起,另一组开关将多个声表面波滤波器的输出端连接在一起,两组开关一一对应;所述的声表面波滤波器均采用纵向耦合谐振式结构,以实现低的插入损耗;在不同的通道上,分别采用了几种不同的纵向耦合结构,以获得在每个通道上具有尽可能相同的带宽;其基片材料采用铌酸锂、钽酸锂等压电材料。本发明提供了一种应用于通信系统中的宽带(单通道相对带宽2%-7.3%)、低插损(含开关在内小于6.5dB)、较高阻带抑制(大于40dB)的可开关声表面波滤波器组。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于通信中的声表面波可开关滤波器组,特别涉及一种宽带低损耗声表面波可开关滤波器组。
背景技术
声表面波滤波器组是由多个声表面波滤波器加上匹配网络及开关电路组合而成的,有一路输入、多路输出的部件。输出信号按频率分路,它可以用来进行频率分选和综合。主要应用于频率合成、跳频通信等系统中。本发明涉及的正是一种应用于跳频通信系统的声表面波滤波器组。
现有技术的一个很大的缺点是滤波器插入损耗大,因而限制了滤波器组的带宽和信道数。这是由于在现有技术中,滤波器采用传统的双向换能器设计的结果。采用双向换能器,每个换能器都会产生3dB的双向损耗,整个滤波器将有6dB的双向传播损耗。
由Morita等人提出的纵向耦合谐振滤波器可实现很低的插入损耗(见IEEE1992 Ultrasonics Symposium Proceedings PP95-104),在纵向耦合谐振SAW滤波器中,由于在换能器的两端放置反射栅阵,形成谐振腔,声波被限制在谐振腔中,因此可以获得很低的插入损耗,采用多级滤波器级联可以提高阻带抑制。但如果滤波器组的每个通道都采用在同样的基片上制作同样结构的纵向耦合滤波器,当最后一个通道的中心频率近似为第一个通道的中心频率的2倍时,则最后一个通道的带宽也近似为第一个通道的带宽的2倍(如图8所示),因此不可能实现每个通道具有尽可能相同的带宽。
本发明中,为了大幅度减小滤波器的双向传播损耗以及获得宽带宽,滤波器采用纵向耦合谐振式结构,同时为了实现每个通道具有尽可能相同的带宽,提出在不同的通道上分别采用几种不同的纵向耦合谐振式滤波器。
发明内容
本发明的目的在于:克服现有技术的缺陷,从而提供一种插入损耗低、带宽宽、各通道带宽尽可能相同的可开关声表面波滤波器组。
为实现上述发明目的,本发明提供的宽带声表面波可开关滤波器组,由制作在印刷电路版上的两组一刀多掷开关和N个声表面波滤波器组成,其中一组开关将N个声表面波滤波器的输入端连接在一起,另一组开关将N个声表面波滤波器的输出端连接在一起,两组开关一一对应,所述N个声表面波滤波器构成N个通道;其特征在于,所述的一刀多掷开关由电路上N个一刀单掷开关的一端并联组成,所述的声表面波滤波器采用纵向耦合谐振式结构,在任一通道上,
当该通道相对带宽在0.5%—1.8%范围内时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在1.8%—2.5%时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在2.5%—3.8%时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在3.8%—5%时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在5%—6%时,采用在机电耦合系数为13%—19%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽大于6%时,采用在机电耦合系数大于13%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器。
按上述方法,滤波器组的所有通道根据其相对带宽的大小被分为若干小组,各个小组内部采用的是在相同的压电基片材料上制作的相同模式的纵向耦合谐振式滤波器,在各小组内部,随着各通道的中心频率的增加,滤波器采用的换能器的叉指对数相应增加。
上述技术方案中,所述的1-2模式纵向耦合谐振式滤波器,由两个叉指换能器及在其两端的反射栅阵组成,叉指换能器均不加权。
上述技术方案中,所述的1-3模式纵向耦合谐振式滤波器,由三个叉指换能器及在其两端的反射栅阵组成,叉指换能器均不加权。
上述技术方案中,所述反射栅阵采用短路栅条或开路反射栅条,所述叉指换能器的同步频率是反射栅阵同步频率的1-1.05倍。
上述技术方案中,所述的声表面波滤波器,其芯片结构中的纵向耦合谐振式滤波器采用多极串联结构。
上述技术方案中,所述的声表面波滤波器,其压电基片材料采用铌酸锂或钽酸锂。
上述技术方案中,所述的声表面波滤波器,其压电基片材料是Y128°LiNbO3、Y36°LiTaO3、Y42°LiTaO3、Y64°LiNbO3或Y41°LiNbO3。
上述技术方案中,所述的一刀单掷开关由分立元件偏压二极管电路组成。
本发明的优点在于:本发明的宽带声表面波可开关滤波器组,其中的声表面波滤波器采用纵向耦合谐振式结构滤波器,既可以实现低的插入损耗,又可以实现较大的带宽,还可以实现高的远阻带抑制;组件中开关阵采用了输入输出双开关阵结构,减小了组合网络的损耗;并且在不同的通道中,根据对带宽的要求,声表面波滤波器分别采用了不同基片材料上的1-2模式纵向耦合谐振式结构或1-3模式纵向耦合谐振式结构,使各通道带宽尽可能相同,从而解决了现有技术所存在的问题,提供了一种应用于通信系统中的宽带、低插损、高阻带抑制声表面波可开关滤波器组。
本发明的目的、特征及优点将通过优选的实施例结合附图加以说明。
附图说明
图1是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的装置示意图;
图2A是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的一种芯片结构为1-2模式纵向耦合谐振式结构;
图2B是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的另一种芯片结构为1-2模式纵向耦合谐振式结构;
图3A是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的一种芯片结构为1-3模式纵向耦合谐振式结构
图3B是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的一种芯片结构为1-3模式纵向耦合谐振式结构
图4是本发明某一例单个声表面波滤波器的频率响应曲线(41°Y-X LiNbO3上制作1-3模式);
图5是本发明某一例单个声表面波滤波器的频率响应曲线(41°Y-X LiNbO3上制作1-2模式);
图6是本发明某一例单个声表面波滤波器的频率响应曲线(64°Y-X LiNbO3上制作1-3模式);
图7是本发明某一例单个声表面波滤波器的频率响应曲线(64°Y-X LiNbO3上制作1-2模式);
图8是通常所用的在每个通道都采用在同样设计方案的滤波器组的频率响应曲线,随着单个通道频率的增加,通道带宽也成比例增加;
图9是本发明一宽带声表面波可开关滤波器组的频率响应曲线。
具体实施方式
现在结合附图和具体实施例对本发明作进一步的叙述。
实施例1:
图1是本发明宽带声表面波可开关滤波器组的原理框图,它由多个声表面波滤波器2和一刀多掷开关1组成,外加驱动信号可控制两组开关阵同时开关,使得在某一时刻只有其中一个通道被打开,其他通道被关闭,输入信号的功率全部被加在该通道上,以保证不存在组合网络的损耗,其中单个声表面波滤波器芯片采用纵向耦合谐振式结构。由于滤波器组通带跨度较宽,为了实现各个通道的带宽尽可能相同,采用在不同基片材料上制作1-2模式纵向耦合谐振式结构(如图2A)或1-3模式纵向耦合谐振式结构(如图3A)。其具体如下,当一通道相对带宽在0.5%—1.8%范围内时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在1.8%—2.5%时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在2.5%—3.8%时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在3.8%—5%时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在5%—6%时,采用在机电耦合系数为13%—19%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽大于6%时,采用在机电耦合系数大于13%的压电基片材料上制作的1—3模式纵向耦合谐振式滤波器。
按上述方法,滤波器组的所有通道根据其相对带宽的大小分为若干小组,各个小组内部的各通道采用的是在相同的压电基片材料上制作的相同模式的纵向耦合谐振式滤波器,在各小组内部,随着各通道的中心频率的增加,滤波器采用的换能器的叉指对数相应增加。
在本实施例中,信道数为12,组件的相对带宽为57%,为了实现各个通道的带宽尽可能相同,采用如下方式:信道1-信道5,采用在基片41°Y-X LiNbO3上制作1-3模式纵向耦合结构;信道6-信道12,采用在基片41°Y-X LiNbO3上制作1-2模式纵向耦合结构。在具体操作中,可根据实际情况进行调整。
实施例2:
在实施例1的基础上,当信道增加到16信道时(本实施例的16信道滤波器组中最后一个信道的中心频率约为第一个信道的中心频率的2倍),1-12信道采用同实施例1相同的方案,信道13-信道16,采用在基片64°Y-X LiNbO3上制作1-3模式纵向耦合结构。
实施例3:
在实施例2的基础上,当信道增加到20信道时,1-16信道采用同实施例2相同的方案,信道17-信道20,采用在基片64°Y-X LiNbO3上制作1-2模式纵向耦合结构,在具体操作中,可根据实际情况进行调整。
当所需信道数增加时,按上述规律类推,便可获得每个通道具有近似相同的带宽滤波器组件。
图2A所示的声表面波滤波器芯片是由压电基片3和制作在压电基片3上的两个叉指换能器4,5及在其两端的金属反射栅阵6,7组成。叉指换能器4、5不加权,其叉指电极的宽度和间隔均为0.25波长,金属反射栅阵6、7采用短路栅条,其栅条宽度和间隔均为0.25波长(即金属化比为0.5),叉指换能器的同步频率是反射栅阵同步频率的1-1.05倍。但在具体的实际操作中,应根据基片材料及金属膜的特性,选择合适的金属化比和上述两同步频率的倍数,以优化滤波器性能。在实施例1,2,3中的1-2模式纵向耦合结构,为了提高栅阵的反射系数,获得足够的带宽,其金属短路栅阵采用0.25的金属化比(如图2B所示),叉指换能器4’、5’的同步频率是反射栅阵6’、7’同步频率的1.0126倍,采取了二级级连,以提高带外抑制。
图3A所示的声表面波滤波器芯片是由压电基片8和制作在压电基片8上的三个叉指换能器9,10,11及在其两端的金属反射栅阵12,13组成。叉指换能器9、10、11不加权,其叉指电极的宽度和间隔均为0.25波长,金属反射栅阵12、13采用短路栅条,其栅条宽度和间隔均为0.25波长(即金属化比为0.5),叉指换能器的同步频率是反射栅阵同步频率的1-1.05倍。但在具体的实际操作中,应根据基片材料及金属膜的特性,选择合适的金属化比和上述两同步频率的倍数,以优化滤波器性能。在实施例1,2,3中的1-3模式纵向耦合结构,为了提高栅阵的反射系数,获得足够的带宽,其金属短路栅阵采用0.25的金属化比(如图3A所示),叉指换能器9’、10’、11’的同步频率是反射栅阵12’、13’同步频率的1.0126倍,采取了二级级连,以提高带外抑制。
上述两种声表面波滤波器芯片的压电基片可以是128°Y-X LiNbO3、36°Y-XLiTaO3、42°Y-X LiTaO3、64°Y-X LiNbO3或41°Y-X LiNbO3。
如图4、图5、图6和图7所示,其中,图4是采用图3A所示的芯片结构、基片材料采用41°Y-X LiNbO3时的幅频相应曲线,中心频率284.3MHz,带宽为21.0MHz,相对带宽7.4%,插入损耗为3.66dB;图5是采用图2所示的芯片结构、基片材料采用41°Y-X LiNbO3时的幅频相应曲线,中心频率316.4MHz,带宽为17.59MHz,相对带宽5.5%,插入损耗为3.75dB;图6是采用图3A所示的芯片结构、基片材料采用64°Y-X LiNbO3时的幅频相应曲线,中心频率445.96MHz,带宽为21.069MHz,相对带宽4.6%,插入损耗为3.47dB;图7是采用图2A所示的芯片结构、基片材料采用64°Y-X LiNbO3时的幅频相应曲线,中心频率614.5MHz,带宽为17.56MHz,相对带宽2.86%,插入损耗为2.7dB。从上述4种结构的频率响应曲线可以看出,虽然中心频率相差较大,但由于采用了如前所述的不同的纵向耦合结构,实现了近似相同的带宽。
图9是本发明一宽带声表面波可开关滤波器组的频率响应曲线(实施例2),比较本实施例和普通的现有技术,结果表明,本发明的可开关声表面波滤波器组既可以实现低的插入损耗(<6.5dB),又可以实现较大的带宽(4.5%-7.3%),较高阻带抑制(大于40dB),而且每个通道具有近似相同的带宽。
Claims (8)
1、一种宽带声表面波可开关滤波器组,由制作在印刷电路版上的两组一刀多掷开关和多个声表面波滤波器组成,其中一组一刀多掷开关将多个声表面波滤波器的输入端连接在一起,另一组开关将多个声表面波滤波器的输出端连接在一起,两组开关一一对应,多个声表面波滤波器构成多个通道;其特征在于,所述的一刀多掷开关由电路上多个一刀单掷开关的一端并联组成,所述的声表面波滤波器采用纵向耦合谐振式结构,在任一通道上,
当该通道相对带宽在0.5%—1.8%范围内时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1-2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在1.8%—2.5%时,采用在机电耦合系数为2%—7%的压电基片材料上制作的1-3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在2.5%—3.8%内时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1—2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在3.8%—5%时,采用在机电耦合系数为7%—13%的压电基片材料上制作的1-3模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽在5%—6%内时,采用在机电耦合系数为13%—19%的压电基片材料上制作的1-2模式纵向耦合谐振式滤波器;
当该通道相对带宽大于6%时,采用在机电耦合系数大于13%的压电基片材料上制作的1-3模式纵向耦合谐振式滤波器。
2、按权利要求1所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的1-2模式纵向耦合谐振式滤波器,由两个叉指换能器及在其两端的反射栅阵组成,叉指换能器均不加权。
3、按权利要求1所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的1-3模式纵向耦合谐振式滤波器,由三个叉指换能器及在其两端的反射栅阵组成,叉指换能器均不加权。
4、按权利要求2或3所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述反射栅阵采用短路栅条,所述叉指换能器的同步频率是反射栅阵同步频率的1-1.05倍。
5、按权利要求1所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的声表面波滤波器,其芯片结构中的纵向耦合谐振式滤波器采用二级级联结构。
6、按权利要求1所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的声表面波滤波器,其压电基片材料采用铌酸锂或钽酸锂。
7、按权利要求6所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的声表面波滤波器,其压电基片材料是Y128°LiNbO3、Y36°LiTaO3、Y42°LiTaO3、Y64°LiNbO3或Y41°LiNbO3。
8、按权利要求1所述的宽带声表面波可开关滤波器组,其特征在于,所述的一刀单掷开关由分立元件偏压二极管电路组成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090923 Termination date: 20111216 |